KR101628932B1 - 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법 - Google Patents

압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 포장체의 아스팔트층에 매입 설치되는 압전발전장치를 둘러싸면서 외피부를 형성하게 되는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법에 관한 것으로, 본 발명의 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 혼합한 바인더 혼합재와; 상기 바인더 혼합재에 함께 혼합되는 골재와, 채움재와, 외면이 수지로 코팅된 봉 형태의 유리섬유 보강선재와, 외면이 수지로 코팅된 유리섬유 파분 골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법{Asphalt Concrete Composite Material, Method for Manufacturing Thereof, And Method for Constructing Piezo-electric Generating Device Using the Same}
본 발명은 압전발전장치를 설치하기 위한 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 아스팔트와 블로우 아스팔트를 혼합한 아스팔트 바인더와 설정된 입도의 골재를 혼합하여 만들어져, 아스팔트 포장체의 아스팔트층에 매입 설치되는 압전발전장치를 둘러싸면서 외피부를 형성하게 되는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법에 관한 것이다.
도로에서 전기를 발생시키는 방법으로는 태양광 패널을 설치하는 태양광 발전방식, 도로에서 발생하는 바람을 이용하는 풍력발전 방식, 도로를 주행하는 차량의 타이어와 도로포장 표면사이의 압력을 이용하는 압전 발전 방식 등이 있다. 특히 압전 발전 방식에서는 차량으로부터 도로 표면에 전달하는 진동에너지를 도로에 매설한 압전발전장치까지 전달하여 발전하게 된다.
일반적으로 도로 압전발전장치는 도로에 매설하지 않고 압전발전장치 표면이 도로 표면에 노출되는 방식이 대부분이다. 이는 압전발전장치가 차량의 타이어와 직접 접촉하여야 압력을 충분히 전달할 수 있기 때문인데, 이런 도로표면에 노출된 압전발전장치는 도로에 적용하는 기준이 없어, 실용화되지 않고 있다. 또한, 장기간 외부에 노출되므로 반복적 하중과 기상의 영향으로 압전발전장치와 도로 포장면 사이에 크랙이 발생하게 되어 교통 사고를 유발할 수 있다. 따라서, 압전발전장치를 도로 포장층 하부에 매설하여, 압전발전장치가 외부로 나오지 않게 완전 매립하는 방식이 요구되고 있다.
도로포장에 압전발전장치를 매설하는 방법은, 도로 포장체를 시공한 후에 압전발전장치를 설치할 부위를 절단하고, 절단한 부위 내측에 압전발전장치를 설치한 다음, 그 안에 흐름성이 좋은 아스팔트 혼합물을 포설하여 압전발전장치를 매립하는 방법이 일반적이다.
이와 같이 압전발전장치를 시공할 때, 아스팔트 혼합물을 포설한 다음 10톤 이상의 롤러 다짐기를 사용해 다짐을 할 경우, 다짐기의 충격으로 압전발전장치가 파손될 우려가 있다. 따라서 압전발전장치를 도로 포장체에 매설할 때 롤러를 사용하지 않는 무다짐 시공방식으로 시공하는 것이 바람직하지만, 이러한 무다짐 시공을 하게 되면 연성재료인 아스팔트 혼합물의 강도가 부족하여 포장체가 조기에 파손될 우려가 있다.
또한 콘크리트 포장 방식을 적용하여 압전발전장치를 도로 포장체의 아스팔트층에 매설할 경우, 콘크리트 포장체는 별도의 롤러 다짐 과정이 없지만, 탄성계수가 아스팔트 포장체의 10배 이상인 강성 재료를 압전 포장체에 적용하게 되면, 압전발전장치 및 기존 아스팔트 면과의 계면에서의 강성 차이가 2배 이상으로 커져 응력 집중으로 인한 조기 파손 우려로 적용하는데 한계가 있다.
등록특허 제10-1117493호(2012.02.10. 등록) 공개특허 제10-2010-0011251호(2010.02.03. 공개) 등록특허 제10-0886409호(2009.02.24. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 일반 아스팔트와 블로우 아스팔트를 혼합한 아스팔트 바인더와 설정된 입도의 골재를 혼합하여 만들어져, 아스팔트 포장체의 아스팔트층에 매입 설치되는 압전발전장치를 둘러싸면서 외피부를 형성하는 것으로, 압전발전장치의 상부 포장체 즉, 포장 표층부에서 변형이 발생하고, 주변 재료와의 강성 차이가 크게 나지 않으며, 롤러 장비의 다짐 시공 과정을 하지 않고도 기존의 연성 아스팔트 포장 재료 대비 우수한 강도를 갖는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 도로의 포장체에 매입되어 설치되는 압전발전장치의 외면을 둘러싸면서 외피부를 형성하게 되는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물로서, 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 혼합한 바인더 혼합재와; 상기 바인더 혼합재에 함께 혼합되는 골재와, 채움재와, 외면이 수지로 코팅된 봉 형태의 유리섬유 보강선재와, 외면이 수지로 코팅된 유리섬유 파분 골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법은,
(a) 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 혼합한 바인더 혼합재를 제조하는 단계;
(b) 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재를 설정된 골재 입도로 혼합하여 마른 비빔을 수행하는 단계와;
(c) 상기 (b) 단계에서 혼합된 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재의 혼합물에 상기 (a) 단계에서 제조된 바인더 혼합재를 혼합하여 젖은 비빔을 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하여 압전발전장치를 시공하는 방법은,
(a) 아스팔트 기층 또는 콘크리트 기층 위에 아스팔트 층을 시공하는 단계;
(b) 상기 아스팔트 층에 압전발전장치가 설치될 부분을 절개하는 단계;
(c) 상기 아스팔트 층의 절개된 부분에 압전발전장치를 설치하는 단계; 그리고,
(d) 상기 아스팔트 층의 절개된 부분에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물을 타설하는 단계;
(e) 상기 아스팔트 층의 상부를 덮도록 아스팔트 표층을 시공하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 종래의 아스팔트 콘크리트 혼합물과 비교하여 다짐 없이도 더 우수한 인장강도를 갖기 때문에, 매립형 압전발전장치에 적용하여 다짐을 시행하지 않고 우수한 강성과 주변 재료와의 부착성을 제공할 수 있고, 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
특히 콘크리트 기층 상에 압전발전장치가 설치되는 경우에도 강도 차이가 2배 이하로 현저하게 줄어들기 때문에 응력 집중으로 인한 포장체 표층부, 압전발전장치, 전력선 케이블 등의 손상을 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트 콘크리트 혼합물이 압전발전장치의 함체 외측에 포설된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전발전장치의 함체의 외형을 나타낸 평면도이다.
도 3은 아스팔트 바인더의 조성에 따른 침입도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 노화되지 않은 아스팔트 바인더의 소성변형 저항성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 단기 노화 아스팔트 바인더의 소성변형 저항성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 장기 노화 아스팔트 바인더의 소성변형 저항성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물이 아스팔트 도로 포장체에 시공된 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물이 복합 도로 포장체에 시공된 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전발전장치의 시공 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 압전발전장치가 매설되는 아스팔트 층의 절개된 부분에 포설되어 압전발전장치의 함체(10)를 뒤덮는 외피재로서 기능하도록 시공된다. 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 다짐 과정없이 함체(10)의 외면에 설치된 완충용의 고무층(12)과 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)의 바깥쪽의 아스팔트 층과의 완전한 결합을 위해 점성 및 강도가 강화된 혼합물로 제조된다.
이를 위한 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 설정된 중량비로 혼합한 바인더 혼합재와; 상기 바인더 혼합재에 함께 혼합되는 골재와, 채움재와, 외면이 수지로 코팅된 봉 형태의 유리섬유 보강선재와, 외면이 수지로 코팅된 유리섬유 파분 골재를 포함하여 만들어진다.
상기 바인더 혼합재는 일반 아스팔트 바인더로서 등급이 AP5 또는 AP3 아스팔트 바인더를 주원료로 사용하되 블로운 아스팔트 바인더를 일정량 배합하여 시공 중에 유동성을 확보하고 공용 중의 소성 변형에 대한 저항성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 상기 바인더 혼합재는 AP5 또는 AP3 아스팔트 바인더 60~70중량%와, 블로운 아스팔트 바인더 30~40 중량%를 혼합하여 만들어지는 것이 바람직하다. AP5와 블로운 아스팔트 바인더의 조성에 따른 침입도의 변화는 도 3에 도시된 것과 같다.
아스팔트 바인더의 등급은 여러 가지를 사용하고 있으나, 최근 미국 및 한국에서 활용하는 PG(Performance Grade) 등급 방식으로 평가한다. 아스팔트 바인더의 등급은 산소에 의한 노화가 전혀 발생하지 않는 비노화조건, 단기노화조건, 장기노화조건으로 구분하는데, 본 발명의 바인더 혼합재와 같이 AP5 아스팔트 바인더와 블로운(Blown) 아스팔트 바인더 첨가 비율을 각각 70%와 30%로 조성한 경우, 일반 AP5 아스팔트 바인더보다 노화되지 않은 바인더 시험(도 4), 단기노화 시험(도 5)에서는 소성변형 저항성에 대해 PG등급이 2등급(일반 AP5의 경우 64℃, AP5+블로운의 경우 76℃) 상승하였으며, 장기노화 시험(도 6)에서는 피로균열에 대해서 25℃까지 기준에 만족하는 것을 도 4 내지 도 6에서 볼 수 있다.
상기 바인더 혼합재는 골재 등과 혼합되어 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)을 형성하지만, 도로의 포장층 사이에 사용되는 택코팅(tack-coating) 재로서도 사용될 수 있다.
본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 바인더 혼합재에 골재와 채움재, 유리섬유 보강선재, 유리섬유 파분 골재가 설정된 입도로 배합되어야 매설형 압전 발전 설비에 적합한 성능을 발휘할 수 있는데, 바람직하기로 상기 골재는 체(sieve) 통과 기준으로 크기가 13㎜ 이상인 것이 20중량%, 2.36㎜ ~ 13㎜ 인 것이 20 중량%, 0.08㎜ ~ 2.36㎜인 것이 26 중량%가 각각 혼합되고, 상기 채움재는 9.5~11.0 중량%, 유리섬유 보강선재는 0.5~1.5 중량%, 유리섬유 파분 골재는 9.5~11.0 중량%, 잔여분의 바인더 혼합재가 혼합되어 만들어진다.
예를 들어 표 1에 도시된 것과 같이, 상기 골재는 체(sieve)의 눈 크기를 기준으로 크기가 13㎜ 이상인 것이 20중량%, 2.36㎜ ~ 13㎜ 인 것이 20 중량%, 0.08㎜ ~ 2.36㎜인 것이 26 중량%가 각각 혼합되고, 상기 채움재는 10.5 중량%, 유리섬유 보강선재는 1.0 중량%, 유리섬유 파분 골재는 10.5 중량%, 바인더 혼합재는 12 중량%가 혼합되어 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)이 만들어질 수 있다.
구성 Contents(중량%)
13㎜ 20
#8(2.36㎜) 20
#8(2.36㎜)~#200(0.08㎜) 26
채움재 10.5
유리섬유 파분 골재 10.5
유리섬유 보강선재 1
바인더 혼합재 12
상기 유리섬유 보강선재는 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)의 인성을 증대시키기위하여 첨가되는데, 직경이 1~1.5㎜ 이고 길이가 8~10 ㎜ 인 봉형태의 유리섬유의 외면에 폴리프로필렌이 코팅되어 만들어진다. 이 때 상기 유리섬유 보강선재는 폴리프로필렌 52 중량%와 유리섬유 48 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 유리섬유 보강선재의 폴리프로필렌 수지는 170~180℃의 온도 하에서 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)을 제조하는 과정에서 용융되어 봉형태의 유리섬유가 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)에 균일하게 분산되어 보강 작용을 수행하게 된다. 만일 본 발명의 유리섬유 보강선재와 같이 유리섬유에 폴리프로필렌 수지를 코팅하지 않고 기존처럼 별도로 유리섬유를 바인더 혼합재 또는 일반 아스팔트 바인더에 혼합하여 젖은 비빔을 하게 되면 유리섬유가 혼합물 내에 균일하게 분산되지 않고 뭉쳐져서 전체에 걸쳐 균일한 보강 효과를 얻기 어렵다.
한편 상기 유리섬유 파분 골재는 유리섬유 파분에 폴리에틸렌 수지를 코팅하여 만들어져 직경 3~5㎜와 두께 3~5㎜를 갖는 골재 형태를 갖는데, 여기서 폴리에틸렌 수지와 유리섬유 파분의 중량은 각각 60 중량% 및 40 중량% 인 것이 바람직하다.
유리섬유 파분은 유리섬유(Glass Fiber)를 생산하는 과정에서 유리섬유 실의 절사로 발생하는 손실물(Loss)을 햄머로 분쇄하여 만들어지며, 일정량을 재활용하기도 하지만 대부분 폐기하는 산업 부산물이다. 유리섬유 파분의 조성은 알칼리 함량이 1% 미만인 E-glass 섬유 생산시 부산물이며, 비결정성 인조광물섬유 이며, 인체에 무해하고 IARC(International Agency for Research on Cancer)에서도 등급 3으로 구분되어 발암성 물질이 아닌 것으로 규정되어 있다. 유리섬유 파분의 입도 분포의 경우, 두께 0.1mm 이하, 길이 5 mm 이하의 섬유형태를 유지하는 유리섬유 함량이 45㎛체 잔량 53%의 약 5% 이하이며, 45㎛체 통과분은 47%인 입도분포 잔량율을 갖는 유리섬유 파분을 채택하는 것이 바람직하다.
상기 유리섬유 파분 골재는 채움재의 50중량%로 치환하여 첨가된다. 즉, 유리섬유 파분 골재와 채움재가 50:50 의 중량비로 배합된다. 상기 채움재는 통상의 아스팔트 콘크리트 혼합물에 사용하는 석회석분을 사용할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 다음과 같이 제조된다.
먼저 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 혼합한 바인더 혼합재를 제조한다(단계 S1).
이 바인더 혼합재를 제조하는 단계에서는 일반 아스팔트 바인더로서 AP5 또는 AP3 아스팔트 바인더 60~70 중량%와, 블로운 아스팔트 바인더 30~40 중량%를 100~140℃의 온도 하에서 유체 교반기(agitator)를 200RPM으로 5분 이상 회전시켜 혼합한다. 상기 블로운 아스팔트 바인더가 30 중량% 미만으로 혼합될 경우에는 바인더의 유동성이 좋지 못하고, 블로운 아스팔트 바인더가 40 중량% 를 초과하게 되면 강도 저하가 발생하여 다짐 없이 원하는 강도를 발현하기 어려운 문제가 발생한다. 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)에서 사용되는 바인더 혼합재의 양은 12~15 중량% 인 것이 바람직하다.
그리고, 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재를 설정된 골재 입도로 혼합하여 약 30초 동안 마른 비빔을 수행한다(단계 S2). 이 때, 상기 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재는 전술한 배합비 범위 내에서 배합된다.
이어서 170~180℃의 온도로 녹인 바인더 혼합재를 상기 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재의 혼합물에 혼합하여 젖은 비빔을 수행한다(단계 S3). 이 때 전술한 것처럼 유리섬유 보강선재의 폴리프로필렌 수지가 녹으면서 유리섬유가 혼합물 내에 균일하게 분산되면서 혼합된다.
이와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 도로 포장체의 아스팔트 중간층에 매립 시공되는 압전발전장치를 둘러싸도록 시공된다.
도 8은 아스팔트 기층(20) 위의 아스팔트 중간층(30)에 압전발전장치가 매립 시공된 예를 나타낸 것으로, 먼저 아스팔트 기층(20) 위에 아스팔트 중간층(30)을 시공한 다음, 상기 아스팔트 중간층(30)에 압전발전장치가 설치될 부분을 절개하고, 상기 아스팔트 중간층(30)의 절개된 부분에 압전발전장치를 설치한다. 상기 압전발전장치의 함체(10) 내부는 압전 발전 재료가 집적된 구조로 이루어지며, 전기변환회로, 케이블, 기타 부속장치 등으로 구성된다. 상기 압전발전장치의 함체(10) 외부는 고무로 뒤덮여 있다. 압전발전장치의 크기와 수는 발전 효율을 고려하여 가변적으로 조절될 수 있다.
상기 아스팔트 중간층(30)의 절개된 부분에 압전발전장치의 설치가 완료되면, 상기 압전발전장치가 설치되어 있는 아스팔트 중간층(30)의 절개부에 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)을 타설하여 압전발전장치가 완전히 덮히도록 한다.
이어서 상기 아스팔트 중간층(30)의 아스팔트 층의 상부를 덮도록 아스팔트 표층(40)을 시공한다. 이 때 상기 아스팔트 표층(40)은 탄성력이 높은 초탄성 아스팔트 매트 표층으로서, 탄성 강화를 위해 혼합물 전체 중량의 10-20% 이며, 매시(mesh) 사이즈 #30-#50 크기의 폐타이어 고무칩을 함유한 탄성 아스팔트 매트를 사전 제작하여 아스팔트 중간층(30)의 상부면에 시공된다. 이 때, 상기 아스팔트 중간층(30)의 상부면에 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)의 구성부 중 바인더 혼합재를 택코팅(tack coating)재로서 도포한 다음, 아스팔트 표층(40)을 시공하는 것이 바람직하다.
상기 아스팔트 기층(20)은 연성 포장체로서 아스팔트와 크기 19㎜ 이하 골재를 포함한 밀입도 층으로 탄성계수 범위는 상온 20-25℃ 온도에서 3000-4000MPa이다. 이 아스팔트 기층(20)의 역할은 압전발전장치의 매립 중간층의 기초 역할로서 적절한 강성을 유지하여 압전발전장치의 하부 변형을 막을 수 있도록 공극률 4-8% 범위로 골재 19mm 이하인 아스팔트 콘크리트 혼합물을 적용한다.
상기 아스팔트 기층(20)에 아스팔트 중간층(30)을 포설하기 전에도 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)의 구성부 중 바인더 혼합재를 택코팅(tack coating)재로서 도포한 다음, 아스팔트를 포설하여 아스팔트 중간층(30)을 시공하는 것이 바람직하다.
한편 압전발전장치는 전술한 것과 같이 아스팔트 기층(20) 위의 아스팔트 중간층(30)에 매립 시공될 수도 있지만, 도 9에 도시한 것과 같이 복합 포장체의 콘크리트 기층(21) 상에 적층된 아스팔트 중간층(30)에 압전발전장치가 매립 시공될 수도 있다.
상기 콘크리트 기층(21)은 시멘트량을 120~130 kg/㎥ 을 함유한 빈배합 강성 기초층으로, 탄성계수는 8-10GPa 범위이고, 수축 및 양생시의 균열 방지 및 부착 강도 개선을 위하여 섬유소재가 첨가재로 혼합될 수 있다. 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 상기 콘크리트 기층(21)의 상부에 시공되므로 계면에서의 집중하중 발생을 방지하기 위하여 2~2.5 배 이하의 탄성계수 차이를 유지하는 것이 바람직하다.
상술한 것과 같이 압전발전장치를 아스팔트 층에 매립 시공함에 있어서 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 다짐 없이 시공된다. 이는 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)이 다짐 없이도 높은 인장강도를 가지며, 압전발전장치의 함체(10) 외면에 장착된 고무층 및 압전발전장치가 매립되는 아스팔트 층과의 결합력이 우수하기 때문이다. 또한 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물(1)은 압전발전장치가 탄성계수가 큰 콘크리트 기층(21) 위에 설치되는 경우에도 콘크리트 기층(21)과 강성 차이가 크게 나지 않아 응력 집중으로 인한 조기 파손 등이 방지될 수 있는 이점을 제공한다.
이러한 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물의 성능을 아래의 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
비교예 1은 일반 아스팔트 바인더(AP5 아스팔트 바인더 단독) 5.5 중량%에 골재와 석분 94.5 중량%(표 2 참조)를 일반 아스팔트 혼합물에 사용되는 조립도의 골재 입도로 혼합하고, 양면 75회 다짐을 실시하여 시편을 제작하였다.
골재 구성 배합비(중량%)
13㎜ 이상 7.0
10㎜ ~13㎜ 37.0
4.75㎜~10㎜ 25.0
2.36㎜~4.75㎜ 14.0
1.18㎜~2.36㎜ 7.0
0.6㎜~1.18㎜ 3.0
0.3㎜~0.6㎜ 3.0
0.15㎜~0.3㎜ 2.0
석분 2.0
합계 100.0
실시예 1은 AP5 아스팔트 바인더 70 중량%와 블로운 아스팔트 바인더 30 중량%를 혼합한 바인더 혼합재 11 중량%에 89 중량 %의 골재와 채움재(석회석분), 유리섬유 파분 골재, 유리섬유 보강선재를 혼합한 후(표 3 참조) 다짐 없이 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제작한 것이다.
구성 Contents(중량%)
13㎜ 20
#8(2.36㎜) 20
#8(2.36㎜)~#200(0.08㎜) 28
채움재 10
유리섬유 파분 골재 10
유리섬유 보강선재 1
바인더 혼합재 11
비교예 1 및 실시예 1에 대한 압축 실험 및 휨인장강도 실험 결과, 아래의 표 4와 같은 결과를 얻었다.
비교예 1 실시예 1
압축 실험 2.0 N/㎟ 3.5 N/㎟
휨인장강도 실험 강도 : 2.0 N/㎟
휨량 : 3.01 ㎜		 강도 : 3.0 N/㎟
휨량 : 2.53 ㎜
간접인장강도 시편의 경우, 직경 100㎜, 높이 65㎜ 기준을 맞추기 위하여 일반적인 마샬 몰드(100㎜ × 75㎜)에 혼합물을 다짐 과정 없이 제작하였고, 각각의 물성치는 아래의 표 5와 같다.
직경
(㎜)		 두께
(㎜)		 공극률
(%)		 최대하중
(N)		 최대변형
(㎜)		 간접인장강도
(MPa)
비교예1 101.6 63.52 1~2 3,941 6.18 0.39
실시예1 101.6 61.79 1~2 9,348 4.23 0.95
이와 같이 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 휨인장강도 및 간접인장강도 모두 기존의 아스팔트 콘크리트 혼합물과 비교하여 월등히 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있었으며, 매립형 압전발전장치에 적용하여 다짐 없이 우수한 강도와 주변 재료와의 부착성을 제공할 수 있다.
1 : 아스팔트 콘크리트 혼합물 10 : 함체(압전발전장치)
12 : 고무층 20 : 아스팔트 기층
21 : 콘크리트 기층 30 : 아스팔트 중간층
40 : 아스팔트 표층

Claims (13)

  1. 도로의 포장체에 매입되어 설치되는 압전발전장치의 외면을 둘러싸면서 외피부를 형성하게 되는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물로서,
    침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더 60~70중량%와, 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더 30~40 중량%를 혼합한 바인더 혼합재와;
    상기 바인더 혼합재에 함께 혼합되는 골재와, 채움재와, 외면이 수지로 코팅된 봉 형태의 유리섬유 보강선재와, 외면이 수지로 코팅된 유리섬유 파분 골재를 포함하며,
    상기 골재는 체(sieve) 통과 기준으로 크기가 13㎜ 이상인 것이 20중량%, 2.36㎜ ~ 13㎜ 인 것이 20 중량%, 0.08㎜ ~ 2.36㎜인 것이 26 중량%가 각각 혼합되고, 상기 채움재는 9.5~11.0 중량%, 유리섬유 보강선재는 0.5~1.5 중량%, 유리섬유 파분 골재는 9.5~11.0 중량%, 잔여분의 바인더 혼합재가 혼합되어 만들어지는 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유 보강선재는 직경이 1~1.5㎜ 이고 길이가 8~10 ㎜ 인 봉형태의 유리섬유의 외면에 폴리프로필렌이 코팅되어 만들어진 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유리섬유 보강선재는 폴리프로필렌 52 중량%와 유리섬유 48 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유 파분 골재는 유리섬유 파분에 폴리에틸렌 수지를 코팅하여 만들어져 직경 3~5㎜와 두께 3~5㎜를 가지며, 폴리에틸렌 수지와 유리섬유 파분의 중량은 각각 60 중량% 및 40 중량% 인 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  7. 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법으로서,
    (a) 침입도 규격 KS F 2389에서 침입도의 범위가 60~80인 일반 아스팔트 바인더와 침입도의 범위가 10~20인 블로운(blown) 아스팔트 바인더를 혼합한 바인더 혼합재를 제조하는 단계;
    (b) 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재를 설정된 골재 입도로 혼합하여 마른 비빔을 수행하는 단계와;
    (c) 상기 (b) 단계에서 혼합된 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재의 혼합물에 상기 (a) 단계에서 제조된 바인더 혼합재를 혼합하여 젖은 비빔을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (a) 단계는 일반 아스팔트 바인더로서 AP5 또는 AP3 아스팔트 바인더 60~70 중량%와, 블로운 아스팔트 바인더 30~40 중량%를 100~140℃의 온도 하에서 유체 교반기(agitator)를 이용하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 (b) 단계에서는, 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물 전체 중량 대비, 상기 골재는 체(sieve)의 눈 크기를 기준으로 크기가 13㎜ 이상인 것이 20중량%, 2.36㎜ ~ 13㎜ 인 것이 20 중량%, 0.08㎜ ~ 2.36㎜인 것이 26 중량%가 각각 혼합되고, 상기 채움재는 9.5~11.0 중량%, 유리섬유 보강선재는 0.5~1.5 중량%, 유리섬유 파분 골재는 9.5~11.0 중량%가 혼합되어 만들어진 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 (c) 단계에서는 170~180℃의 온도로 녹인 바인더 혼합재를 골재와, 채움재와, 유리섬유 보강선재와, 유리섬유 파분 골재의 혼합물에 혼합하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조방법.
  11. 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용한 압전발전장치의 시공 방법으로서,
    (a) 아스팔트 기층 또는 콘크리트 기층 위에 아스팔트 층을 시공하는 단계;
    (b) 상기 아스팔트 층에 압전발전장치가 설치될 부분을 절개하는 단계;
    (c) 상기 아스팔트 층의 절개된 부분에 압전발전장치를 설치하는 단계; 그리고,
    (d) 상기 아스팔트 층의 절개된 부분에 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압전발전장치 설치용 롤러 무다짐 아스팔트 콘크리트 혼합물을 타설하는 단계;
    (e) 상기 아스팔트 층의 상부를 덮도록 아스팔트 표층을 시공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치의 시공 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (a) 단계를 수행하기 전에 이전에 상기 아스팔트 기층 또는 콘크리트 기층의 상부면에 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 구성부 중 바인더 혼합재를 택코팅(tack coating)재로서 도포하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치의 시공 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 (e) 수행하기 전에 이전에 상기 아스팔트 층의 상부면에 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 구성부 중 바인더 혼합재를 택코팅(tack coating)재로서 도포하는 것을 특징으로 하는 압전발전장치의 시공 방법.
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