KR101640203B1

KR101640203B1 - 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법

Info

Publication number: KR101640203B1
Application number: KR1020160014220A
Authority: KR
Inventors: 김태기
Original assignee: (주)태산파우텍
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2016-07-15

Abstract

본 발명은 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트가 포함되지 않는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 이용하여 도로 포장시 낮은 강성을 가지고, 별도의 가열과정 없이 상온에서 시공할 수 있는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법으로, 기존의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트보다 상대적으로 낮은 강성을 가지면서도 다른 성능은 동등 또는 더 우수하게 유지시킴으로써, 도로 포장시 상층의 하중을 하부로 전달하여 도로가 붕괴되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열하지 않고 상온에서 재활용 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있기 때문에 이산화탄소 발생량을 저감하고 아스팔트의 가열 산화 열화에 의한 품질 및 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법{Recycled cold asphalt concrete composition with emulsion additives and the construction method therewith}

본 발명은 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트가 포함되지 않는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 이용하여 도로 포장시 낮은 강성을 가지고, 별도의 가열과정 없이 상온에서 시공할 수 있는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것이다.

국내의 도로는 도로 증가율에 비하여 교통량이 급속도로 증가함에 따라, 도로포장에 균열이 발생 되고 그 틈새로 우수 등이 침투하여, 포장의 조기 파손 등을 초래하고 있다. 이와 같은 도로포장이 조기 파손됨으로 인하여 도로의 아스팔트 콘크리트 개보수 뿐만 아니라 도시가스, 상수도 및 오폐수관거 등의 교체공사로 인하여 건설산업부산물 중에 폐아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘으로 칭함)의 발생량이 상당한 부분을 차지하고 있다.

이러한 폐아스콘은 건설산업부산물 중 가장 발생량이 많은 폐콘크리트 와는 달리 골재표면에 아스팔트 유제가 부착되어 있기 때문에 콘크리트용, 구조물 뒷체움재 및 보조기층용으로 사용할 수 없다. 또한 폐아스콘의 매립은 매립지로부터 빗물 등에 의해 씻겨 나온 아스팔트가 지층으로 흘러들어가 지하수와 하천을 오염시키는 등 환경오염의 주요 원인으로 작용하고 있으므로, 재활용 가능한 폐아스콘 등의 매립을 줄여야 한다는 사회적 요구가 제기되고 있다.

해외에서는 다량으로 발생되는 폐아스콘을 재활용함으로써 아스콘의 재활용은 물론 환경오염을 줄이면서 동시에 폭발적으로 늘어나는 아스팔트의 수요량을 대체할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 이러한 재생 아스콘에 관한 연구가 활발히 진행됨에 따라 플랜트 가열 재생 아스팔트 혼합물공법(Plant Hot Mix Recycling)과 현장가열 표층재생공법(Hot In-Place Surface Recycling)등이 개발되었으나, 플랜트공법과 표층재생공법 모두 상온시공이 어렵고 가열을 통해 시공해야만 하는 문제점이 존재한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐아스콘에서 유래하는 순환골재를 상온에서 유화아스팔트와 혼합하여 활용하는 방식의 폐아스콘 재활용에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔으며, 국가적 차원에서도 폐기되는 폐아스콘의 재활용을 위하여 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고, "건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률" 및 "순환골재 품질기준"을 제정하여 고품질을 유지하면서 재활용률을 높이기 위한 노력을 하고 있다.

그러나, 이러한 재활용 방법에 의해 생산된 폐아스콘은 시공 초기에 입자 간의 결합력이 크지 않아서 시공 초기 혼합물이 쉽게 탈리되는 문제가 있고, 폐아스콘의 유효재활용을 증대시키기 위해서는 가열 또는 상온 재생아스팔트로 사용해야하는데, 높은 열을 요구하는 가열 아스팔트의 경우 CO₂의 발생량이 많고, 이를 사용하여 도로포장 시 조기에 균열이 발생하거나 파괴되는 문제가 있었다. 또한, 폐아스콘 순환골재 입자의 분포가 일정하지 않아 아스팔트 혼합물의 품질 기준을 만족시키기 어려운 문제가 있다.

한편, 상온 재생 아스팔트 콘크리트를 제조할 때 일반적으로 채움재로 시멘트 및 콘크리트 미립 부산물이나 소석회 또는 생석회를 사용하는데, 이러한 채움재를 사용하여 아스팔트 콘크리트를 도로에 포장시 높은 강성으로 인해 상층의 하중을 하부로 전달하지 못해 하중지지력의 한계에 도달하는 경우 도로의 붕괴와 같은 문제점이 있다.

등록특허 제1360886호(2014.02.11 등록공고)에는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 폐아스콘, 신규골재, 시멘트 및 유리전이온도(Tg)가 -30℃ 이하인 아크릴계 에멀젼과 증발 잔류물의 연화점이 70℃ 이상인 석유수지 에멀젼으로 개질된 개질 유화아스팔트를 포함하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하여 도로를 포장함으로써, 별도의 가열과정 없이 상온에서의 포장시공이 가능하도록 한 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 제조방법이 제시되어 있다.

등록특허 제1284685호(2013.07.16 등록공고)에서는 폐아스콘 순환골재와, 신규골재의 배합비율, 시멘트를 적절하게 조절함으로써, GR F 4026 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 입도(粒度) 기준에 적합하도록 하고, 개질된 유화아스팔트를 혼합함으로서 GR F 4026에서 규정하는 안정도와, 공극률 및 포화도 등을 만족시키는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 제조 방법을 제시하고 있으나, 아스팔트 콘크리트 혼합물에 시멘트를 사용함으로써 높은 강성을 지니고 있어 도로의 붕괴위험이 큰 문제점이 있다.

등록특허 제1360886호(2014.02.11 등록공고) 등록특허 제1284685호(2013.07.16 등록공고)

본 발명은 재활용 상온 아스팔트의 강성화 억제를 위하여 수분과 반응하여 경화되는 시멘트 대신에 석회석분을 채움재로 사용하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조함으로써, 기존의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트보다 상대적으로 낮은 강성을 가지면서도 다른 성능은 동등 또는 더 우수하게 유지되어 도로 포장시 상층의 하중을 하부로 전달하여 도로가 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는, 순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%를 포함하는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물이다.

상기 석회석분은 비중이 2.7 ~ 3 이고, 상기 석회석분을 기준으로 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt% 이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt% 포함될 수 있고, CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함되고, 상기 CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ 및 기타성분의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 형태는, 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계, 상기 순환골재와 신재골재에 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제, 물을 혼합하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 포설하는 단계 및 상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 100 wt%를 기준으로, 순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%를 포함할 수 있다.

상기 석회석분은 비중이 2.7 ~ 3 이고, 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt% 이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt% 포함될 수 있고, 상기 석회석분 100 wt%를 기준으로 CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함되고, 상기 CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ 및 기타성분의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 언급된 시공방법으로 시공된, 도로 기층용 재활용 상온 아스팔트 콘크리트이다.

본 발명은 아스팔트 콘크리트 조성물에 시멘트 및 물과 반응하여 강성을 발현시키는 재료의 채움재를 포함하지 않아 기존의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트보다 상대적으로 낮은 강성을 가지면서도 다른 성능은 동등 또는 더 우수하게 유지시킴으로써, 도로 포장시 상층의 하중을 하부로 전달하여 도로가 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가열하지 않고 상온에서 재활용 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있기 때문에 이산화탄소 발생량을 저감하고 아스팔트의 가열 산화 열화에 의한 품질 및 성능 저하를 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관하여 보다상세히 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물에는 순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%가 포함될 수 있다.

상기 순환골재는 건설폐기물에 물리적 또는 화학적 처리과정을 통하여 제조되는 것으로서, 건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률 제2조 제7호의 규정(건설폐기물을 물리적 또는 화학적 처리과정 등을 거쳐 제35조의 규정에 의한 품질기준에 적합하게 한 것)을 만족한 골재로서, 상기 아스팔트 조성물에 포함될 경우 흡수율을 저감시켜 유연성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 순환골재 및 신재골재의 경우, 입도가 30 mm를 초과할 경우 아스팔트 콘크리트를 형성하는 아스팔트의 코팅 피막이 쉽게 벗겨질 수 있으며, 도로 포장시 다짐공정을 제대로 수행할 수 없게 되고, 입도가 8 mm 미만일 경우 현장에서 아스팔트 콘크리트 시공시 작은 입도로 인하여 굵은 골재와의 분리 현상이 극심하게 발생될 수 있다. 따라서, 골재의 입도는 8 ~ 30 mm을 사용하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 상기 순환골재는 입도가 8 ~ 12 mm인 골재 30 ~ 50 wt%와 15 ~ 30 mm인 골재 50 ~ 70 wt%를 혼합하여 이루어진 것으로서, 상기 순환골재는 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 기준으로 40 ~ 70 wt% 포함될 수 있다. 상기 순환골재가 40 wt% 미만일 경우 상기 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 사용하여 아스팔트 콘크리트 제조시 포화도가 감소할 우려가 있고, 상기 순환골재 사용량이 70 wt%를 초과할 경우에는 포화도는 증가시킬 수 있으나, 강도가 저하될 우려가 있으며, 상기 순환골재가 이러한 입경의 분포를 가져야 도로포장용이나 바닥포장용에 적합한 강도, 경도, 유연성 등을 갖게 될 수 있다.

상기 순환골재는 신재골재, 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제 및 물과 혼합하기 전에 상기 순환골재 100 중량부에 대하여 방향족 탄화수소계 아크릴 0.01 ~ 10 중량부, 바람직하게는 아크릴 수지 0.01 ~ 0.03 중량부를 포함하여 상기 순환골재를 코팅 처리한 코팅된 순환골재를 사용할 수 있다. 상기 코팅된 순환골재를 사용하게되면 골재와 골재 사이에 망상구조가 형성되게 함으로써 공극 사이에 다른 조성물이 골고루 충진될 수 있으며, 아스팔트 시공시 접착력과 인장강도를 증가시켜 도로포장 후 도로의 표면을 보호하고 마모를 낮출 수 있다.

상기 신재골재는 일반적으로 모래와 자갈이 포함되는 것으로서, KS F 2357 기준에 적합한 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 신재골재는 입도가 8 ~ 12 mm인 골재 30 ~ 50 wt%, 입도가 20 ~ 30 mm인 골재 50 ~ 70 wt%를 혼합하여 이루어진 신재골재가 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 기준으로 20 ~ 50 wt% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 신재골재가 20 wt% 미만일 경우, 아스팔트 콘크리트 제조시 표면 강도가 낮아져 내구성이 떨어질 수 있고, 50 wt% 초과할 경우 순환골재에 비하여 신재골재의 함량이 증가함으로서 경제성이 떨어지고, 자원재활용 효과가 떨어진다.

상기 석회석분은 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 중요한 품질특성 중 하나인 공극율 기준값을 만족시키고, 수분 취약성에 강하며, 충진제 및 방리방지제 역할을 할 수 있다.

상기 석회석분은 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 기준으로 2 ~ 4 wt% 포함될 수 있는데, 2 wt% 미만일 경우 재생골재 및 신재골재 사이의 공극을 충분히 채워주지 못해 아스팔트 콘크리트의 밀도가 감소될 수 있고, 이에 따라 균열이 발생될 수 있다. 4 wt%를 초과할 경우 과도한 공극률 감소 및 미립분의 증가로 아스팔트 포장채의 수명을 단축시키고, 소성변형의 원인니 되는 흐름값의 증가로 인해 본 발명의 에멀젼 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 시공시 내구성이 저하될 수 있다.

또한, 상기 석회석분은 비중이 2.7 ~ 3 이고, 상기 석회석분을 기준으로 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt% 이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt%로 세립자 덩어리가 없는 것으로서, 동시에 상기 석회석분는 CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함되고, 상기 CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ 및 기타성분의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 소성지수 6이하, 흐름시험 50 % 이하, 침수팽창 3 % 이하, 박리저항성 1/4 이하의 품질로서, KS F 3501(포장용 채움재)의 규격에 맞는 것을 사용할 수 있다.

유화아스팔트는 상기 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물에 1.5 ~ 2.5 wt% 포함되는 것이 바람직하며, 순환골재와 신재골재 간의 크랙 및 공극 사이에 침투하여 바인더 역할을 하는 것으로, 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 점착력을 향상시킬 수 있다. 상기와 같은 범위로 유화아스팔트가 포함될 경우 상기 순환골재 및 신재골재의 표면에 충분히 코팅되고, 이로 인하여 아스팔트 콘크리트 제조 시 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 유화아스팔트는 특별히 유화제의 종류에 제한이 없으므로, 양이온계 아스팔트 유화제, 음이온계 아스팔트 유화제, 비이온계 아스팔트 유화제를 포함하는 상용화된 유화 아스팔트 중에서 자유롭게 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 유화제를 사용하게 되면 상온에서 본 발명의 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 시공할 수 있기 때문에 가열시 발생되는 탄산가스가 생성되지 않아 환경적으로도 이점이 있다.

상기 재생첨가제는 순환골재에 포함된 아스팔트의 성능회복(침입도 및 점도 증가)를 회복시켜주는 역할을 하는 것으로서, 에멀젼계의 재생첨가제를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물에 0.1 ~ 0.4 wt% 포함될 수 있다. 상기 재생첨가제가 0.1 wt% 미만으로 포함될 경우 도로 포장시 아스팔트 콘크리트에 미치는 영향이 미미하여 충분한 효과를 발휘하지 못할 수 있고, 0.4 wt% 초과하게 되면 과량으로 첨가되어 경제적인 효과가 떨어질 수 있다.

이때, 상기 재생첨가제는 상기 순환골재에 포함된 아스팔트의 성능회복 및 본 발명의 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 물성이 저하되지 않도록 인화점(COC)는 230 ℃ 이상이고, 동점도(25 ℃, SFS)가 15 ~ 85이며, 박막가열 후 점도비(60 ℃)가 2 이하이고 박막 가열 후 중량변화율(%)이 ±3 이하인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

더욱 상세하게는, 상기 재생첨가제는 아로마틱 기유와 VHGO(Vacuum High boiling pint Gas Oil)가 혼합된 베이스오일 50 ~ 70 wt% 및 유화수 30 ~ 50 wt%를 포함할 수 있다. 상기 베이스오일은 아로마틱 기유 45 ~ 55 wt% 및 VHGO 45 ~ 55 wt%가 혼합된 것으로, 여기에 정밀 용제-정제된 중파라핀 증류액, 비투멘(Bimumen) 및 미네랄 피치(Mineral Pitch)가 더 포함될 수 있다.

또한, 추가적으로 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 나프탄계 유분, 방향족 유분을 포함시켜 순환골재에 포함된 노화된 아스팔트 성분을 용해 및 재생시키고 골재와의 접착력을 증대시킬 수 있다.

상기 유화수는 기본적으로 물 95 ~ 99.9 wt%, 및 유화제 0.1 ~ 5 wt%가 혼합된 것으로 장기저장시 증점 효과 및 에멀젼계 첨가제의 안정성을 증가시키기 위하여, 염산, 초산 등의 산성 물질에 의한 pH조절제가 추가로 더 포함될 수 있다. 상기 유화제의 종류에는 음이온 유화제, 양이온 유화제, 비이온 유화제 등이 있으며, 이 중에서도 상기 유화아스팔트와의 상용성 향상을 위하여 양이온 유화제인 지방산 아민을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계, 상기 순환골재와 신재골재에 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제, 물을 혼합하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 포설하는 단계 및 상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계를 포함하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있다.

상기 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계에서는 파쇄한 순환골재는 구멍이 8 ~ 12 mm 및 15 ~ 30 mm 크기인 체를 통해 선별하고, 파쇄한 신재골재는 구멍이 8 ~ 12 mm 및 20 ~ 30 mm 크기인 체를 통해 선별하여 각각 크기별로 분리보관할 수 있다.

상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계는, 크기별로 선별된 순환골재 및 신재골재에 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제 및 물을 혼합하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계로 바람직하게는 순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%를 포함할 수 있다.

상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물은 상기 혼합물의 사용양태 및 사용방법에 따라서 상기 석회석분의 함량을 기능적으로 유효한 양 또는 바람직한 양으로 적절히 조절하여 사용될 수 있다.

상기 유화아스팔트, 재생첨가제에 대한 구체적인 설명은 상기 언급하였으므로 생략하기로 한다.

상기 석회석분은 석회암을 채굴하여 파쇄, 분쇄 및 분급하여 생성하거나 석회광산, 비료, 탄산소다 공장과 같은 석회석을 사용하는 대형공장에서 부산물로 생성된 폐기물을 사용하고 있으나, 석회암을 채굴하여 석회석분을 생성하는 과정은 높은 생산비로 경제성이 떨어지므로 일반적으로는 폐기물로 생성되는 석회석분을 사용한다.

상기 폐기물로 생성되는 석회석분은 최초 함수율이 70 ~ 80 % 전후의 침전퇴적물 슬러지 상태로서, 압축여과 과정을 거쳐 수분을 제거한 케이크(Cake) 상태에서 분말형태로 가공한 뒤 건조시켜 사용할 수 있다.

본 발명의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 조성물에 포함되는 석회석분은 산화칼슘(CaO)의 함량이 높은 고품질의 석회석분을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 석회암을 채굴하여 석회석분 또는 폐기물로 생성되는 석회석분은 바람직하게는 소성시키는 소성단계 및 산성용액에 담지시켜 산처리하는 단계를 포함하여 전처리시켜 본 발명의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 조성물에 사용할 수 있다.

상기 소성단계는 바람직하게는 700 ~ 1,400 ℃에서 2 ~ 5 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 소성온도가 700 ℃ 미만이면 원하는 정도의 소성이 이루어지지 않고, 소성온도가 1,400 ℃를 초과하면 고온으로 인한 물성 변화를 초래할 수 있다. 또한, 소성시간이 2시간 미만이면 원하는 정도의 소성이 이루어지지 않고, 소성시간이 5시간을 초과하면 시간 초과에 따른 이익이 없다.

상기 석회석분을 소성하면 탄산가스가 배출되면서 산화칼슘 및 산화마그네슘으로 변화하여 소성된 석회석분은 강알칼리성을 띄게 되며, 그 중량은 절반으로 줄어들게 된다.

이때, 상기 석회석분을 소성시켜 수득할 수 있는 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO)은 물과 반응하여 극렬한 발열반응을 한 후, 수산화칼슘과 수산화마그네슘으로 되면서 강알칼리성을 띈다. 결국, 소성단계를 통해 소성된 석회석분은 강알칼리성의 특성을 띄게 될 뿐만 아니라, 산화칼슘(CaO) 및 산화마그네슘(MgO)의 성분비도 증가시킬 수 있으므로, 상기 석회석분의 조성비 및 산성의 정도에 따라 상기 석회석분의 소성온도 및 소성시간을 적절히 조절하여 소성하는 것이 바람직하다.

상기 소성된 석회석분을 산성용액에 담지시켜 산처리하는 단계는, 상기 소성단계를 통해 강알칼리성을 순화시키고 불순물을 제거하기 위한 것으로서, 20 ~ 30 ℃에서 20 ~ 28 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어날 경우 중화반응이 불충분하게 되거나 상기 석회석분의 물성이 변화될 수 있다.

상기 산성용액은 pH 6 미만으로 산성을 띄는 용액이면 제한되지 않고 사용가능하나 바람직하게는 무기산을 사용할 수 있다.

상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계를 통해 준비된 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포설한 후, 상기 포설된 혼합물을 다짐으로써, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

[실험예 1]

석회석분의 분석

본 발명의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트에 포함되는 석회석분을 KS F 3501:2013 아스팔트 포장용 채움재에 명시된 기준에 따라 성능시험을 하였고, 상기 석회석분의 주요 성분 및 미량성분을 분석하였다.

석회석 원석 분말 184.41 g을 1000 ~ 1100 ℃의 전기로에서 3 시간 동안 소성시켰다. 그 후, 소성된 석회석 분말 151 g을 2 L 용량의 페트(PET)병 속에 넣고 질산 5% 용액(H.J.Heinz, USA) 1057 g과 혼합하여 하루 동안 방치하여 반응시킨 후 잘 흔들어 교반시킨 혼합물을 제조하였다. 리트머스 시험지를 사용하여 상기 혼합물의 pH를 측정한 결과, pH 10 ~ 11인 것을 확인할 수 있었다. 상기 혼합물을 90 ℃로 가열하여 용매를 제거하여 건조한 뒤, 빻아 석회석분을 전처리 하였다.

		CaO(%)	MgO(%)	Al₂O₃(%)	SiO₂(%)	Pb(ppm)	Cd(ppm)
석회석 원석 분말	1	31.8	3.2	1.1	18.8	36	Tr
	2	35.9	2.7	0.9	11.4	13	1
	3	37.1	3.7	1.0	5.8	3	Tr
	4	38.6	1.8	1.5	13.4	17	Tr
	5	41.1	2.2	0.7	7.9	9	Tr
	평 균	36.9	2.7	1.04	11.46	15.6	0.2
전처리 된 석회 석분	1	50.7	3.5	1.4	19.3	32	Tr
	2	54.5	3.9	1.0	12.9	10.5	0.9
	3	52.1	5.2	1.0	6.5	1.1	Tr
	4	53.6	1.9	1.6	14.3	14.2	Tr
	5	54.6	2.4	0.9	8.6	7.0	Tr
	평 균	53.1	3.38	1.18	12.32	12.96	0.18

상기 표 1는 석회석 원석 분말과 전처리된 석회석분을 1 g씩 5회에 걸쳐 샘플을 취득하여 주요성분 및 미량성분을 분석하였다.

결과를 살펴보면, 석회석 원석 분말에 비하여 소성을 통한 전처리 후, 석회석분의 주요성분인 CaO 함량이 증가하여 고품질의 석회석분을 수득할 수 있음을 확인할 수 있었다.

[제조예]

에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 제조

순환골재 및 신재골재에 하기 표 2의 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제 및 물을 하기 표 3과 같이 혼합하여 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물을 제조하였다.

상기 순환골재 및 신재골재는 "KS F 2357"에 명시된 품질에 따라 밀도 2.50 % 이상, 흡수율 3.0 %, 마모율 40 % 이하인 골재를 사용하였다.

상기 유화아스팔트는 한국석유공업 주식회사의 MSC-2를 사용하였고, 상기 재생첨가제는 130 ℃로 가열한 아로마틱 기유 및 VHGO를 1:1로 혼합하여 베이스 오일을 제조하고, 58 ℃로 가열된 물에 3 wt%의 유화제를 용해시켜 유화제를 제조한 뒤, 상기 베이스 오일 및 유화수를 유화 분산 혼합기를 사용하여 혼합하여 제조된 에멀젼계 재생첨가제를 사용하였다.

항목		기준	비교예 1	실시예 1	실시예 2	비교예 2	비교예 3
전처리 유무		-	×	○	○	○	○
입도 (체 통과 질량 백분율 (%))	600 ㎛	100	100	100	100	100	100
	300 ㎛	95 이상	100	100	100	100	100
	150 ㎛	90 이상	94	94.7	96	100	94.1
	75 ㎛	70 이상	75.5	76.9	90	96	75.2
	50 ㎛	-	55	61	53	81	52
수분 함량 (%)		1.0	0.8	0.6	0.47	0.54	0.2
밀도(g/cm)		-	2.78	2.75	2.78	2.68	2.78

		투입량 (Kg)	비고
순환골재	25 - 10 mm	162	추출 후 AP 함유량 = 5.1 wt%
순환골재	10 mm 이하	362	추출 후 AP 함유량 = 5.1 wt%
신재골재	25 - 10 mm	286	-
신재골재	10 mm 이하	114	-
석회석분		29	-
유화아스팔트		16	증발잔류분 63 wt%
재생첨가제		10	-
물		21	-
합계		1000	-

[실험예 2]

에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물의 물성측정

상기 제조예를 통해 제조된 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물 및 상기 제조예에서 석회석분 대신에 포클랜드 시멘트를 사용하여 동일한 제조방법을 통해 비교예 4을 사용하여 각각 101.6 mm × 63.5 mm 크기로 시험공시체를 제작한 뒤, KS I 3022 : 2014에 따라 물성을 측정하였다.

상기 시험공시체는 스패튤러를 사용하여 몰드 주위를 15회 중앙을 10회 다져서 표면을 고르며, 상기 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물인 비교예 1 ~ 3 및 실시예 1,2의 마샬 다짐은 50 회 실시하였으며, 선회다짐은 KS F 2377에 따른 선회다짐기를 사용하여 다짐하였으며, 다짐온도는 25 ℃로 하였다. 그리고, 60 ℃의 오븐에서 48 시간 양생하였으며, 양생이 끝난 시험공시체는 실내(20 ℃)에서 2 ~ 3시간 방치 후 탈형하고, 25 ℃의 공기욕조에서 2시간 방치시켰다.

안정도 및 흐름값은 KS F 2337, 공극율은 KS F 2364, 간접인장강도는 KS F 2382에 따라 시험을 진행하였고, 피막입자 백분율은 KS F 2355에 따라 피막 박리 시험을 진행하였다.

또한, 겉보기 밀도는 상기 시험공시체를 25 ℃의 실내에서 질량 변화가 발생하지 않을 때까지 건조한 후, 질량 A를 측정하였다. 질량을 측정한 시험공시체의 표면을 파라핀으로 완전히 피복하여 공극을 제거한 뒤, 25 ℃의 공기 중에서 30 분간 냉각한 다음 건조 질량 D를 측정하였다. 파라핀으로 피복한 시험공시체를 25 ℃ 수조에 30분간 침수시킨 다음 수중질량 E를 측정하였다.

상기 측정된 A, D 및 E 값을 사용하여 식(1)을 통해 공시체의 겉보기 밀도를 계산하였다.

식(1)

(F:파라핀의 겉보기 밀도, 모를 때는 0.95)

	기준치	비교예 1	실시예 1	실시예 2	비교예 2	비교예 3	비교예 4
안정도 (25 ℃) (N)	3,500 이상	14,517	26,305	23,838	12,751	13,967	12,188
흐름값 (1/100 cm)	10 ~ 50	35	40	44	21	27	22.7
공극률(%)	3 ~ 12	8.7	9.0	9.6	2.8	7.9	12
겉보기 밀도(g/cm³) (파라핀 피복에 의한 밀도)	-	2.059	2.195	2.201	2.398	1.987	2.089
피막입자 백분율(%)	95 % 이상	94	98	97	93	96	95
간접인장강도(건조상태)	0.11 이상	0.09	0.18	0.23	0.24	0.12	0.11

상기 표 4의 결과를 살펴보면, 채움재로 포클랜드 시멘트를 사용한 비교예 4의 경우 석회석분을 사용한 비교예 1 내지 3 및 실시예 1과 2에 비하여 안정도 수치가 크게 증가하였으며, 공극률 및 간접 인장강도 수치도 향상되었음을 확인할 수 있었다.

특히, 전처리를 거친 석회석분을 채움재로 사용하여 제조된 아스팔트 콘크리트인 실시예 1, 2의 경우에는 모든 시험에서 우수한 성능을 확인할 수 있었고, 전처리를 하지 않은 석회석 원석 분말을 채움재로 사용한 아스팔트 콘크리트인 비교예 1 및 수분 함유량이 0.2 wt%인 석회석분이 포함된 비교예 3의 경우 실시예 1, 2에 비하여 안정도값이 낮고 골재 간의 접착력이 약해 간접인장강도 값이 낮음을 확인할 수 있었고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 96 wt% 포함되어 미립자의 전처리된 석회석분이 포함된 비교예 2의 경우 미립자로 인하여 다짐성이 떨어져 안정도값이 낮고 피막박리 시험에서 기준치를 만족하지 못함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트는 채움재로 비중 2.7 ~ 3이고, 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt%이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt% 포함되고, CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함됨으로써 고품질의 아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있다.

Claims

순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%를 포함하고,
상기 석회석분은 비중이 2.7 ~ 3 이고, 상기 석회석분을 기준으로 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt% 이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt% 포함된, 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 석회석분는 CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함되고, 상기 CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ 및 기타성분의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 에멀젼계 재생 첨가제를 사용한 무시멘트 상온 재생 아스팔트 조성물.
파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계;
상기 순환골재와 신재골재에 석회석분, 유화아스팔트, 재생첨가제, 물을 혼합하여 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물을 포설하는 단계; 및
상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계;를 포함하고,
상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 순환골재 40 ~ 70 wt%, 신재골재 20 ~ 50 wt%, 석회석분 2 ~ 4 wt%, 유화아스팔트 1.5 ~ 2.5 wt%, 재생첨가제 0.1 ~ 0.4 wt% 및 물 2 ~ 4 wt%를 포함하고,
상기 석회석분은 비중이 2.7 ~ 3 이고, 수분 함유량이 0.3 ~ 1 wt% 이고, 지름 75 ㎛ 이하의 입자가 70 ~ 90 wt% 포함된, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트의 시공방법.
삭제
제4항에 있어서,
상기 석회석분은 CaO 30 ~ 60 wt%, MgO 1 ~ 7 wt%, Al₂O₃ 0.5 ~ 2.0 wt%, SiO₂ 1.5 ~ 30 wt% 및 적어도 5 wt% 이하의 기타성분이 포함되고, 상기 CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ 및 기타성분의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트의 시공방법.
제4항 또는 제6항의 시공방법으로 시공된, 도로 기층용 재활용 상온 아스팔트 콘크리트.