KR101612491B1

KR101612491B1 - 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법

Info

Publication number: KR101612491B1
Application number: KR1020150134963A
Authority: KR
Inventors: 김원기; 김정훈
Original assignee: (주)에스엔건설; 주식회사 에이스로드텍; 김원기; 김정훈
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-04-14

Abstract

본 발명은 아스팔트 포장도로에 있어서 교통하중에 의한 피로균열 및 반사균열을 방지함은 물론, 아스팔트도로 포장체의 골재가 이동하는 것을 방지하여 소성변형을 최소화할 수 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법에 관한 것으로, 택코팅 이후 종, 횡방향 섬유로 이루어지되, 횡방향 바잘트 섬유는 2,400Tex이고, 종방향 바잘트 섬유의 제1, 2 종방향 바잘트 섬유는 각각 1,200Tex이며, 차량 통행량에 따라 종방향 바잘트 섬유는 20 ∼ 25㎜(±5%) 간격을 유지하고, 횡방향 바잘트 섬유는 15 ∼ 20㎜(±5%)의 격자간격을 유지하는 바잘트 섬유 그리드 설치 및 아스팔트 포장층을 포설 및 다짐하여 시공함으로써, 인장강도 및 탄성계수가 높은 바잘트 섬유를 이용하여 아스팔트 포장층이 교통 하중에 의한 피로균열 및 반사균열을 방지함은 물론, 소성변형(바퀴 패임)을 최소화 할 수 있고, 광물 섬유인 바잘트 섬유를 이용하여 친환경적이면서 도로 포장층의 제거시에도 재활용이 가능하며, 특히, 물리적 특성 이외에 열저항성이 우수해 높은 온도에서의 작업성이 좋을 뿐만 아니라, 부도체로 이루어져 있어 전식에 의한 부식이 발생하지 않는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법을 제공한다.

Description

바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법{Durability enhancement method of asphalt pavement by using Basalt fiber grids}

본 발명은 아스팔트 포장도로에 있어서 교통하중에 의한 피로균열 및 반사균열을 방지함은 물론, 아스팔트도로 포장체의 골재가 이동하는 것을 방지하여 소성변형을 최소화할 수 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법에 관한 것이다.

일반적으로 아스팔트는 교통하중, 지반, 거동뿐만 아니라, 결빙, 해빙 및 결빙을 제거하기 위한 염화물의 침입이 포장면에 수직 또는 수평변형을 일으키는 원인이 되어 아스팔트의 균열 및 파손의 원인이 된다.

한편, 상기와 같이 균열 및 파손된 아스팔트를 보강하기 위하여 대한민국 공개특허 제10-2005-0102469호(2005.10.26), 『아스팔트 보강재 및 그를 이용한 아스팔트 보강공법』이 제안된 바 있다.

상기 종래의 아스팔트 보강재 및 그를 이용한 아스팔트 보강공법은 유리섬유를 위, 아래로 교차한 후 표면에 비투멘을 코팅한 격자망을 형성하고, 상기 격자망의 상측으로는 샌딩층을 형성하며, 하측에는 필름층을 형성한 아스팔트 보강재를 롤에 감아서 보관하였다가 아스팔트 보강시 언롤링시켜서 사용하며, 사용시에는 화염을 이용해 하측에 형성된 필름층을 연소시켜 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

하지만, 위의 등록특허는 섬유사의 흐트러짐을 방지하기 위해 끈적한 형태의 수지를 함침하여 섬유 보강재를 제조하기 때문에, 이를 롤에 보관하기 위해서는 이형재를 쓸 수 밖에 없는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 시공시 이를 연소시켜야만 하는데, 이때에, 환경유해물질이 발생하게 되어 사용자 및 주변 환경을 저해하게 되는 문제가 있었고, 특히나, 아무리 이형재를 잘 연소시킨다 할 지라도 섬유 사이에 강력하게 들러붙은 이형재의 경우 연소가 잘 되지 않기 때문에 시공면과의 박리현상이 발생할 수 밖에 없는 구조로 이루어져 있다.

또한, 시공과정에서 이형재를 제거하는 작업을 수행하여야만 하기 때문에 시공시간 및 그에 따른 비용이 상승하는 문제점도 지적되어 왔다.

아울러, 상술한 섬유는 전기적특성으로 인해 대지에 전류가 흐를 경우 에 의해 부식되는 문제점도 지적되어 왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 소성변형 저감 및 수명 연장을 위한 친환경 바잘트 섬유 그리드를 보강재로서 이용함으로써, 친환경적이면서 소성변형, 반사균열, 수분 저항성, 열저항성 및 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법에 관한 것이다.

본 발명은 인장강도 및 탄성계수가 높은 바잘트 섬유를 이용하여 아스팔트 포장층이 교통 하중에 의한 피로균열 및 반사균열을 방지함은 물론, 소성변형(바퀴패임)을 최소화 할 수 있다.

또한, 광물 섬유인 바잘트 섬유를 이용하여 친환경적이면서 도로 포장층의 제거시에도 재활용이 가능하고, 특히, 물리적 특성 이외에 열저항성이 우수해 높은 온도에서의 작업성이 좋을 뿐만 아니라, 부도체로 이루어져 있어 전식에 의한 부식이 발생하지 않는다.

그리고 바잘트 섬유 그리드의 시공시 바잘트 섬유 그리드의 상, 하측면에 버너를 배치하여 화염을 통해 수지필름층을 태워 연소시켜 제거하기 때문에 작업의 자동화로 인한 효율성을 향상시킬 수 있으며, 특히, 버너의 외측에 커버를 형성해 화염 분사시 발생하는 바람, 겨울철 저온시의 연소 효율성을 높임과 동시에 작업 속도가 빠르더라도 완전 연소가 이루어져 바잘트 섬유 그리드의 부착력을 향상시켜 전단부착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 내알칼리성이 강한 바잘트 섬유 그리드를 적용하기 때문에 기층이 콘크리트로 이루어져 있을 경우에도 적용이 가능하며 특히, 아스팔트에 대한 내화학성 및 높은 온도에서도 열변형이 적다.

아울러, 바잘트 섬유 그리드에 포함된 규사에 의해 포장 표층의 시공 이전 도로의 임시 개통시 차량의 미끄러짐 현상과 차량 바퀴에 바잘트 섬유 그리드가 들러붙는 현상을 방지할 수 있음은 물론, 다양한 입도의 규사를 이용해 시공이 이루어지기 때문에 미끄럼 방지 성능과 더불어 포장 표층과의 부착력을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 바잘트 섬유 그리드를 도시한 분해 사시도.
도 3은 도 2의 A부 확대도.
도 4는 본 발명에서의 포장장비를 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명의 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법은 기존의 아스팔트 포장층을 형성하기 위해 격자망 형태의 유리섬유 또는 유리섬유와 탄소섬유로 이루어진 섬유보강재 대신 광물인 현무암을 원료로 한 친환경 바잘트 섬유를 적용함으로써 보강력을 향상시킴은 물론, 시공시 공정수를 단축하여 시공시간 단축 및 시공의 편의성과 더불어 비용을 절감하기 위한 것이다.

1. 바잘트 섬유 그리드

본 발명에서의 바잘트 섬유 그리드(50)는 다수의 바잘트 섬유사로 바잘트 섬유를 제조한 후, 이 바잘트 섬유를 이용하여 격자망 형태로 제작된 것이다.

바잘트 섬유 물성자료

물성목록	물성값
선밀도(Tex)	22 ∼ 4,800
바잘트 섬유사 직경(㎛)	7 ∼ 24
색상	골든 브라운
평균 오일 흡수율(%)	70
최대 수분량(%)	0.5
상대밀도(비중)(g/㎤)	2.463

바잘트 섬유 성분

화학성분	함량
SiO₂	57.2
Al₂O₃	18.2
CaO	5.5
MgO	5.0
Na₂O+K₂O	4.6
TiO₂	1.0
Fe₂O₃+FeO	8.1
기타	0.4

여기서, 바잘트 섬유사는 현무암을 용융하여 제조한 필라멘트사로서 실레인으로 사이징을 하기 전의 밀도는 2.7㎏/㎥(±5%), 현무암 광물의 수분량은 0.1%(±0.05%), 용융점은 1,350℃(±100℃), 전기 저항성 1×1O¹²Ohm.m이다.

이러한 바잘트 섬유사는 약 1,200℃ 전, 후의 온도에서 용융하여 제작되기 때문에 내열성이 높아 고온에서 작업하여야 하는 아스팔트 포장층 시공시에도 바잘트 섬유 고유의 특성의 변화가 발생하지 않게 된다.

또한, 바잘트 섬유는 비금속섬유로 높은 전기저항성을 가지고 있어 전기적 특성에 의해 발생하는 전식에 영향을 받지 않아 쉽게 산화되거나 부식되지 않게 된다.

이러한, 바잘트 섬유는 앞서 설명한 바와 같이 광물섬유로서 아스팔트 포장층 형성 후 유지 보수시에 제거할 경우에도 재활용이 가능한 장점도 있다.

한편, 상기와 같은 바잘트 섬유를 이용하여 제작된 본 발명에서의 바잘트 섬유 그리드(50)는 도 2 내지 도 3에서와 같이 다수의 바잘트 섬유로 이루어진 종, 횡방향 바잘트 섬유(12, 11)가 일정한 간격으로 이격되어 그물망과 같은 형태로 직조된 바잘트 섬유 격자망(10)이 구성된다.

상기 바잘트 섬유 격자망(10)은 횡방향 바잘트 섬유(11)와 종방향 바잘트 섬유(12)가 위, 아래 방향으로 교차시킨 형태로 구성되며, 특히, 상술한 종방향 바잘트 섬유(12)는 제1, 2 종방향 바잘트 섬유(12a, 12b)로 분할하여 구성된다.

또한, 바잘트 섬유 그리드(50)를 구성하는 바잘트 섬유 격자망(10)에는 제1, 2 종방향 바잘트 섬유(12a, 12b)가 연장되는 방향으로 연장되되 제1, 2 종방향 바잘트 섬유(12a, 12b) 및 횡방향 바잘트 섬유(11)를 감싸는 형태로 결합하여 제1, 2 종방향 바잘트 섬유(12a, 12b) 및 횡방향 바잘트 섬유(11)의 결합력을 향상시키기 위한 세선 바잘트 섬유(13)가 더 포함되어 구성됨으로써, 횡방향 바잘트 섬유(11) 및 종방향 바잘트 섬유(12)가 이격된 간격을 유지하도록 하여 최초 설계시의 보강력을 그대로 유지할 수 있다.

그리고 바잘트 섬유 그리드(50)의 바잘트 섬유 격자망(10)의 외측에는 유연성을 부여하기 위해 계절에 따라 여름철 시공시에는 블로운 아스팔트, 겨울철에는 컴파운드 아스팔트, 봄 및 가을에는 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 배합한 아스팔트 혼합물로 이루어진 코팅층(30)을 더 형성할 수 있으며, 바잘트 섬유 격자망(10)의 상측으로는 규사층(20)이 형성되고, 하측에는 수지필름층(40)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 규사층(20)은 다양한 입도의 규사로 이루어지게 된다.

이를 살펴보면, 규사층(20)은 입도 0.1 ∼ 0.3㎜인 제1 규사 30 ∼ 60중량%, 입도 0.4 ∼ 0.8㎜인 제2 규사 30 ∼ 60중량%, 입도 1.0 ∼ 1.5㎜인 제3 규사 10 ∼ 15중량%로 구성되며, 각각의 규사들은 각각 다른 작용효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 제1 규사는 제1 규사는 입도가 작은 만큼 바잘트 섬유 격자망(10)에 코팅된 코팅층(30) 표면에 존재하게 되어 차량 바퀴에 코팅층(30)이 들러붙지 않도록 작용하게되고, 제2 규사는 제1 규사보다 입도가 큰 만큼 바잘트 섬유 격자망(10)의 표면에 코팅된 코팅층(30)에 깊숙히 박힘은 물론, 차량 주행시 미끄럼 방지 역할을 수행할 수 있게 되며, 제3 규사는 아스팔트 콘크리트의 타설시 아스팔트 유제와 코팅층(30) 사이에 알갱이 형태로 존재하게 되어 아스팔트 유제 및 코팅층(30) 내에서 가교역할을 수행하도록 작용하게 됨으로써 아스팔트 기층 및 아스팔트 표층과 본 발명에서의 바잘트 섬유 그리드(50)를 일체화시키도록 작용하게 된다.

여기서, 본 발명에서는 제1 규사의 입도는 0.1 ∼ 0.3㎜, 혼합량은 30 ∼ 60중량%로 한정하고 있는데, 입도가 임계치 미만일 경우 작업시 비산되어 작업환경이 저해되는 문제와 더불어 코팅층(30)에 부착되지 못하는 문제점이 발생하게 되고, 혼합량의 경우 임계치 미만일 경우에는 코팅층(30)에 부착되는 양이 적어지게 되어 차량 바퀴와 들러붙는 현상을 방지하기 위한 기능을 수행할 수 없게 되고, 임계치를 초과할 경우 제2 규사의 양이 상대적으로 작아지게 되어 제2 규사 사용에 따른 효과를 얻을 수 없게 된다.

또한, 제2 규사의 입도에 대한 임계치를 초과하게 될 경우에는 슬립현상을 방지하기 위한 목적은 달성할 수 있겠으나 마찰력 증가로 인하여 코팅층(30)에서 쉽게 탈락되어 실효성이 없고, 혼합량이 임계치 미만일 경우에는 슬립현상을 방지하기 위한 목적을 달성할 수 없고, 혼합량의 임계치를 초과할 경우에는 제1 규사의 혼합량이 적어지게 되어 제1 규사 사용에 따른 효과를 얻을 수 없는 문제가 발생하게 된다.

그리고 제3 규사의 경우 임계치 미만일 경우 목적하는 효과를 얻을 수 없게 되고, 임계치를 초과할 경우 아스팔트 기층 및 아스팔트 표층과 바잘트 섬유 그리드(50)의 결합력이 오히려 더 저하되는 문제가 발생하게 된다.

아울러, 바잘트 섬유 격자망(10)의 하측에 형성되는 수지필름층(40)은 폴리프로필렌 재질로 이루어진 이형재로서 시공시 화염에 의해 조기에 연소될 수 있도록 4㎛의 두께로 이루어져 있다.

한편, 본 발명에서는 상술한 바잘트 섬유 그리드(50)를 구성하는 필라멘트사인 바잘트 섬유사(紗)는 최초 제조시에 표면에 실레인(silane)으로 사이징 처리하여 바잘트 섬유사(紗) 자체의 유연성 및 탄성력을 부여할 수 있음은 물론, 바닐에스테르 및 폴리에스테르 레진 시스템과의 호환성을 향상시킬 수 있다.

즉, 상술한 실레인은 수소화규소의 한 계열로서 화학식은 SiH₄, 특이한 냄새가 나는 무색 기체로, 녹는점은 184.7℃, 끊는점은 112℃이다.

이러한, 실레인은 상온경화되어 겔타입으로 변하는게 되는 것으로, 바잘트 섬유사(紗) 표면에 코팅되어 유연성을 부가함은 물론, 높은 온도에서 포설되는 아스팔트 포장층의 시공시 일부 녹다가 아스팔트 포장층이 식는 과정에서 경화되어 바잘트 섬유사(紗)와 아스팔트 포장층 간의 가교역할을 수행할 수 있음은 물론, 아스팔트 포장층을 미세하게 나마 개질시킬 수 있는 작용을 하게 된다.

본 발명은 상기와 같이 유연성 및 탄성력이 부가된 상태의 바잘트 섬유사를 이용하여 바잘트 섬유 그리드(50)를 제작하기 때문에 파손 없이 제작이 가능한 장점이 있다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 실레인이 코팅된 바잘트 섬유사를 이용해 제작하는 바잘트 섬유 그리드(50) 표면에 계절에 따라 여름철 시공시에는 블로운 아스팔트, 겨울철에는 컴파운드 아스팔트, 봄 및 가을에는 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 배합한 아스팔트 혼합물로 이루어진 코팅층(30)을 250 ∼ 300g/㎡를 코팅하여 바잘트 섬유 그리드 자체의 유연성 및 바잘트 섬유사들 및 바잘트 섬유들이 흩어지지 않고 외형을 그대로 유지할 수 있도록 작용하게 된다.

즉, 상술한 바잘트 섬유사에 코팅한 실레인은 바잘트 섬유사를 이용한 바잘트 섬유 그리드(50) 제작시 유연성을 부가하여 제작은 용이하나 다수의 바잘트 섬유사를 이용해 제작된 바잘트 섬유 그리드 자체의 유연성은 저하된다.

만약, 바잘트 섬유 그리드(50)의 유연성, 다시 말해 연성이 부족할 경우 시공면에 형성된 요철 부분 등에 의해 시공시 바잘트 섬유 그리드(50)가 부러지는 현상이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 유연성이 있는 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나의 아스팔트로 이루어진 코팅층(30)을 일정량 코팅하여 바잘트 섬유 그리드(50) 자체에 유연성을 부가함으로써 이러한 문제점을 개선할 수 있게 된다.

특히, 상기 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물은 바잘트 섬유 그리드(50)의 코팅작업시 발암물질 등이 발생하지 않아 작업환경을 개선할 수 있고, 수지필름층(40)을 코팅층(30)이 코팅된 바잘트 섬유 격자망(10)의 하측에 부착함으로써 바잘트 섬유 그리드(50)의 제작 후 롤에 감아 보관할 때에도 서로가 들러 붙지 않는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 끈적임이 발생하지 않기 때문에 바잘트 섬유 그리드(50) 제작후 롤에 감아 보관시에도 별도의 이형재를 사용하지 않아도 서로가 들러붙지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서의 바잘트 섬유 그리드(50)는 앞서 설명한 바와 같이 다수의 바잘트 섬유사로 이루어진 횡방향 바잘트 섬유(11)와 종방향 바잘트 섬유(12)가 위, 아래가 엇갈리게 반복적으로 교차시켜 격자 형태로 제작되어 있으며, 본 발명은 현장상황에서 요구되는 소성변형에 따른 설계 하중에 따라 다양한 격자 간격으로 이루어진 바잘트 섬유 그리드(50)를 이용할 수 있다.

본 발명에서의 바잘트 섬유 그리드(50)의 횡방향 바잘트 섬유(11)는 2,400Tex이고, 종방향 바잘트 섬유(12)의 제1, 2 종방향 바잘트 섬유(12a, 12b)는 각각 1,200Tex이며, 차량 통행량에 따라 종방향 바잘트 섬유(12)는 20 ∼ 25㎜(±5%) 간격을 유지하고, 횡방향 바잘트 섬유(11)는 15 ∼ 20㎜(±5%)의 격자간격을 유지할 수 있다.

따라서, 교통량이 많은 구간일 경우에는 횡방향 바잘트 섬유(11)와 종방향 바잘트 섬유(12)의 격자 간격을 더욱 좁게 형성하도록 하고, 교통량이 적은 구간일 경우에는 격자 간격을 넓게 형성하되, 차량 운행에 따른 변형이 심하게 발생하는 횡방향의 경우에는 종방향과 동일한 격자 간격을 유지하거나 또는, 종방향보다 격자 간격을 좁게 형성하는 것이 좋다.

2. 시공

우선, 시공하고자 하는 시공면의 노후화되어 있는 포장층 제거 및 이물질을 제거한 후 택코팅을 실시한다.(제1 단계)

여기서, 상기 택코팅은 이산화탄소 또는 휘발성의 액상탄화수소에 상온에서 녹는 흑색 고체 또는 반고체, 액상의 물질로 석유의 정류 시에 발생되는 잔류물로서, 천연 탄화수소 화합물인 비투멘(bitumen)으로 우리에게 아스팔트 또는 피치(pitch)로 알려져 있고, 역청탄은 보일러와 코크스용으로 쓰인다. Oil Sand에는 밀도가 높고 찐득찐득한 석유 형태의 역청(비투멘), 모래나 점토, 물 등이 섞여 있다. Oil Sand에서 역청(비투멘)을 분리해서 열을 가하면 석유처럼 쓸 수 있다.

본 발명에서의 택코팅은 연화온도 94℃, 침입도(25℃, 100g, 5sec) 12, 연성 2.5㎝, 증발감량 0.1wt%, 인화점 292℃, 밀도 1.02g/㎤인 것을 이용한다.

다음으로, 상기 택코팅층의 상부로 상술한 바잘트 섬유 그리드(50)를 바탕면에 부착한다.(제2 단계)

이때에, 상기 바잘트 섬유 그리드(50)는 도 4에서와 같이 포장장비(60)를 이용하여 바잘트 섬유 그리드(50)를 깔 수 있으며, 상술한 포장장비(60)에는 바잘트 섬유 그리드(50)의 바잘트 섬유 격자망(10) 하측에 형성되어 있는 수지필름층(40)을 연소시키기 위한 버너(64)를 이용해 수지필름층(40)을 태우는 작업을 동시에 수행하여 작업의 효율성을 높일 수 있다.

특히, 상기 포장장비(60)의 버너(64) 외측에는 버너(64)에서 발생하는 화염이 바람에 의해 영향을 받지 않도록 함과 동시에 겨울철 작업시에는 외부의 찬공기에 의한 연소 효율성이 저하되는 현상을 방지함은 물론 작업 속도가 빠르더라도 수지필름층(40)을 완전히 연소시키고자 버너(64) 외측을 감싸는 형태로 형성되는 버너 커버(65)가 구성되어 있다.

이러한, 버너(64)는 포장장비(60)의 권취기(61)에 감겨진 바잘트 섬유 그리드(50)를 풀어 바탕면에 깔기 전에 형성되며, 특히, 바잘트 섬유 그리드(50)의 상, 하측에 화염을 뿜을 수 있도록 버너(64)는 바잘트 섬유 그리드(50)를 기준으로 전, 후측에 각각 1개소씩 형성하도록 하고, 이 버너(64)의 화염의 효율을 향상시키기 위해 버너(64)의 외측에 형성하는 버너 커버(65)도 마찬가지로 1개소씩 형성한다.

그런 후, 상기 바잘트 섬유 그리드층이 형성된 시공면에 아스팔트 포장층을 포설하여 시공을 완료할 수 있다.(제3 단계)

이때에, 상기 아스팔트 콘크리트의 시공두께는 종래와 마찬가지로 50㎜로 형성한다.

상기와 같이 본 발명은 바잘트 섬유 그리드(50)를 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나의 아스팔트를 코팅제로 하여 코팅층(30)을 형성하기 때문에 아스팔트 바탕면과의 부착력이 향상되고, 종래에 비해 시공이 간편하여 작업자의 편의성을 향상시킴은 물론, 공사기간 단축에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.

[실시 예1] : 휠 트랙킹 시험

KS F 2374:2010의 시험규정에 의해 아스팔트 혼합물을 롤러로 다짐한 공시체에 시험 차륜 하중을 반복적 가하여 동적 안정도 및 변형률을 측정하기 위한 것이다.

가. 공시체 제작

1) 무보강

300㎜ × 300㎜× 60㎜ 크기(4,500㎤)의 형틀에 입도 13㎜인 혼합골재를 포함한 아스팔트 혼합물을 50㎜의 두께로 포설 및 다짐 작업하여 제작하였다.

2) 아스팔트 보강재 공시체

300㎜ × 300㎜× 60㎜ 크기(4,500㎤)의 형틀에 입도 13㎜인 혼합골재를 포함한 아스팔트 혼합물을 25㎜의 두께로 1차로 포설한 후 아스팔트 보강재(대한민국 공개특허 제10-2005-0102469호)를 배치하고, 그 이후에 다시 두께 25㎜의 두께로 2차로 아스팔트 혼합물을 포설 및 다짐 작업하여 제작하였다.

3) 바잘트 섬유 그리드

300㎜ × 300㎜× 60㎜ 크기(4,500㎤)의 형틀에 입도 13㎜인 혼합골재를 포함한 아스팔트 혼합물을 25㎜의 두께로 1차로 포설한 후 격자크기 25㎜ ×25㎜인 바잘트 섬유 그리드를 배치하고, 그 이후에 다시 두께 25㎜의 두께로 2차로 아스팔트 혼합물을 포설 및 다짐 작업하여 제작하였다.

나. 시험방법

그런 후, KS F 2374:2010의 규정에 의한 시험순서로 시험을 실시하였다.

대략적인 시험방법을 살펴보면, 공시체의 온도(60±2℃)가 안정된 이후 시험 차륜하중을 686±10N로 설정하여 왕복 주행시켰으며, 변형량은 최초에 중앙부를 통과하는 때의 다이얼 게이지의 눈금을 원점으로 하며, 1분, 5분, 30분, 45분, 60분 경과한 때의 침하 깊이를 측정기록하였고, 변형속도의 계산은 일정화되는 45분, 60분의 15분간의 변형량을 측정하여 구하였다.

이때에, 변형속도는 하기 식에서와 같다.

RD : 함수비(%)

d₆₀ : 60분에서의 변형량(mm)

d₄₅ : 45분에서의 변형량(mm)

동적안정도(DS)는 공시체의 표면으로부터 1mm 변형하는데 소요되는 시험차륜의 통과횟수로서 다음 식으로 구했다.

DS : 동적안정도(회/mm)

d₁ : t₁(일반적으로 45분)에서의 변형량(mm)

d₂ : t₂(일반적으로 60분)에서의 변형량(mm)

C : 크랭크에 의한 변속 구동형 시험기를 사용한 경우의 보정계수 = 1.0

그에 대한 실험결과는 [표 3]과 같다.

시험결과

	무보강	아스팔트 보강재(25㎜)	바잘트 섬유 보강재(25㎜)
동적안정도 (DS, 회/㎜)	1,212	4,846	5,614
총변형량 (㎜)	4.29	1.53	1.09
변형속도 (RD, ㎜/min)	0.03	0.01	0.01
주행시간당 변형량 (㎜) - d15(℃)	2.32	0.96	0.64
주행시간당 변형량 (㎜) - d30(℃)	3.11	1.22	0.85
주행시간당 변형량 (㎜) - d45(℃)	3.77	1.40	1.10
주행시간당 변형량 (㎜) - d60(℃)	4.29	1.53	0.90

상기 [표 3]에서와 같이 아스팔트 혼합물의 유동 바퀴 자국에 대한 저항성을 나타내는 지표인 휠 트래킹 시험에서 공시체가 1㎜ 변형하기 까지의 바퀴의 통과횟수로서 구해지는 동적안정도를 보면, 보강재를 적용한 공시체가 무보강 공시체에 비해 더 높은 값을 형성함을 알 수 있으며, 특히, 아스팔트 보강재를 적용한 공시체에 비해 바잘트 섬유 그리드를 적용한 공시체에서 더 좋은 값이 나왔다.

또한, 주행시간당 변형량을 측정한 결과에서는 각각의 온도를 달리하여 시험하였었는데, 온도 변화에 따른 공시체의 변형량은 온도가 증가함에 따라 무보강시의 공시체와 보강재를 형성한 공시체에서 많은 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.

그리고 미세하게 나마 바잘트 섬유 그리드를 적용한 공시체에서 변형량의 차이가 발생하고 있다. 통상적으로, 아스팔트 혼합물은 고온에서 골재들의 움직임이 이루어지게 되는데, 이때에 본 발명에서의 바잘트 섬유는 열저항성이 뛰어나 열에 의한 변형이 거의 발생하지 않고, 특히, 아스팔트 혼합물 내의 골재들의 거동을 제한하여 안정성을 강화한 것으로 판단된다.

특히, 시공시 바잘트 섬유 그리드(50)는 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나의 아스팔트를 코팅제로 하여 코팅층(30)을 형성하여 유연성이 부가된 상태이기 때문에 온전한 상태로 시공면에 부착된 상태를 유지하여 소성변형, 반사균열 및 전단변형, 특히, 수직 변형을 줄여주는 작용을 하는 것으로 판단된다.

[실시 예2] : 수분 저항성 시험

이 시험은 아스팔트 혼합물의 건조 상태에서의 간접 인장 강도와 수분 포화 동결융해 후 상태의 간접 인장강도를 측정하여 수분 저항성을 측정하는 인장 강도비(Tensile strength ratio : TSR)를 시험하는 것이다.

바잘트 섬유 그리드를 적용한 공시체와 바잘트 섬유가 포함되지 않은 공시체를 지름 100mm, 두께 63.5±2.5mm의 크기로 각각 제작하되, 3개는 건조상태를 유지하고 3개는 동결융해 처리 후 SK F 2398에서 규정한 방법으로 시험한다.

시험 방법을 간력히 설명하면, 25℃에 2±0.5시간 동안 담겨진 건조 시험용 공시체와 동결융해 시험용 공시체를 꺼내어 KS F 2382에 따라 간접 인장 강도 시험기의 재하헤드에 장착한 후 50mm/min의 속도로 일정하게 하중을 가하여 수직 파괴가 발생할 때 까지 하중을 재하한 후의 최대 하중값을 이용해 각각의 공시체의 인장가도 값을 구한 후 건조 공시체의 인장 강도 평균값을 수분 처리 공시체의 인장강도 평균값으로 나누어 인장강도비를 계산하였으며, 그 결과 값은 [표 4]에서와 같다.

수분 안정성 결과값

	45분 안정성 (kN) - 60℃	28시간 안정성 (kN) - 60℃	잔류 안정성
무보강	8.60	7.70	89.53
바잘트 섬유 그리드	7.53	7.22	95.85

상기에서와 같이 바잘트 섬유 그리드를 포함한 공시체는 바잘트 섬유 그리드를 포함하지 않은 공시체에 비해 안정성 및 잔류 안정성이 더 좋은 결과를 얻은 것을 알 수 있다. 이는, 실레인이 사이징된 바잘트 섬유사를 이용해 제작한 바잘트 섬유 그리드 및 이 바잘트 섬유 그리드 표면에 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나의 아스팔트를 이용해 코팅층(30)을 형성함으로써 유연한 상태임은 물론, 아스팔트 포장층에 포함된 골재 및 아스팔트와의 결합을 향상시키고, 아스팔트가 바잘트 섬유에 흡수되어 수분 저항성을 향상시켜 줌으로써 수분에 의한 박리현상을 방지하여 건전한 상태의 아스팔트 혼합물이 증가하였음을 의미한다.

상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

50 : 바잘트 섬유 그리드
10 : 바잘트 섬유 격자망
11 : 횡방향 바잘트 섬유 12 : 종방향 바잘트 섬유
12a : 제1 종방향 바잘트 섬유 12b : 제2 종방향 바잘트 섬유
13 : 세선 바잘트 섬유
20 : 규사층
30 : 코팅층
40 : 수지필름층
60 : 포장장비
61 : 권취기 62 : 압착롤러 64 : 버너 65 : 버너 커버

Claims

바탕정리가 완료된 시공면에 택코팅을 실시하는 제1 단계;
상기 택코팅의 상부로 다수의 바잘트 섬유사로 이루어진 종방향 바잘트 섬유와 횡방향 바잘트 섬유가 격자형태로 직조되되, 횡방향 바잘트 섬유와 종방향 바잘트 섬유의 결합이 해제되지 않도록 종방향 바잘트 섬유는 제1, 2 종방향 바잘트 섬유로 분할한 후 횡방향 바잘트 섬유와 교차시킬 때에 위, 아래가 서로 다르게 교차시켜 연결하며, 상기 횡방향 바잘트 섬유와 종방향 바잘트 섬유를 구성하는 바잘트 섬유는 유연성을 부여하기 위한 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트, 또는 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트를 혼합한 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나로 이루어진 코팅제로 코팅되어 있는 바잘트 섬유 격자망과 상기 바잘트 섬유 격자망의 상측에 형성되는 규사층 및 바잘트 섬유 격자망의 하측에 형성되는 수지필름층으로 구성된 바잘트 섬유 그리드와 상기 바잘트 섬유 그리드의 수지필름층을 열로 가열하여 연소시켜 제거한 후 기존 아스팔트가 절삭된 바탕면에 설치하는 제2 단계;
상기 바잘트 섬유 그리드가 형성된 시공면에 아스팔트 콘크리트를 타설하는 제3 단계;
상기 제1 단계에서의 택코팅에 이용하는 재질은 비투멘으로서, 연화온도 94℃, 침입도(25℃, 100g, 5sec) 12, 연성 2.5㎝, 증발감량 0.1wt%, 인화점 292℃, 밀도 1.02g/㎤로 구성되어지며,
상기 제2 단계에서의 바잘트 섬유 그리드를 구성하는 바잘트 섬유 격자망은,횡방향 바잘트 섬유는 2,400Tex이고, 종방향 바잘트 섬유의 제1, 2 종방향 바잘트 섬유는 각각 1,200Tex이며, 격자 간격은 20 ∼ 25㎜(종방향) × 15 ∼ 20㎜(횡방향)(±5%)인 바잘트 섬유 격자망(10)에 블로운 아스팔트, 컴파운드 아스팔트 또는 블로운 아스팔트와 컴파운드 아스팔트가 혼합된 아스팔트 혼합물 중 선택된 어느 하나의 코팅제로 구성되는 코팅층이 250 ∼ 300g/㎡ 으로 코팅되어지고, 상기 바잘트 섬유 그리드의 바잘트 섬유 격자망을 구성하는 종, 황 방향 바잘트 섬유의 바잘트 섬유사는 실레인 코팅이 되어 있는 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.
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제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서 바잘트 섬유 그리드의 수지필름층은 폴리프로필렌 재질로서 두께는 4㎛인 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.
제 1항에 있어서, 상기 제2 단계에서 바잘트 섬유 그리드의 바잘트 섬유 격자망에는 제1, 2 종방향 바잘트 섬유의 결합력 향상을 위해 제1, 2 종방향 바잘트 섬유가 연장되는 방향으로 제1, 2 종방향 바잘트 섬유 및 횡방향 바잘트 섬유르 감싸는 형태로 결합하는 세선 바잘트섬유가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.
제 1항에 있어서, 상기 제2 단계에서 바잘트 섬유 그리드의 규사는 입도 0.1 ∼ 0.3㎜인 제1 규사 30 ∼ 60중량%, 입도 0.4 ∼ 0.8㎜인 제2 규사 30 ∼ 60중량%, 입도 1.0 ∼ 1.5㎜인 제3 규사 10 ∼ 15중량%로 이루어져 있는 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.
제 1항에 있어서, 상기 제2 단계에서 바탕면에 바잘트 섬유 그리드 부착은 바잘트 섬유 그리드를 권취하고 있는 권취기와 바잘트 섬유 그리드를 바탕면에 압착시키기 위한 압착롤러와 바잘트 섬유 그리드의 수지필름층을 연소시키기 위한 버너 및 상기 버너의 화염이 수지필름층을 완전 연소시킬 수 있도록 버너의 외측을 감싸는 형태로 형성되는 버너 커버로 구성된 포장장비를 이용하여 바잘트 섬유 그리드를 배치함과 동시에 버너를 이용해 수지필름층을 제거하면서 바탕면에 부착시키는 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.
제 1항에 있어서, 상기 제3 단계 이후 포장된 아스팔트 층에 택코팅 이후 아스팔트 포장층을 1회 이상 반복하여 실시하는 것에 특징이 있는 바잘트 섬유 그리드를 이용한 아스팔트 포장 내구성 증대공법.