KR101640517B1 - 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법 - Google Patents

이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 트레일러 내에서 굵은 골재의 표면에 습기 경화형 고분자 재료를 코팅하고, 저점도 아스팔트 바인더와 고점도 아스팔트 바인더를 함께 공급하여 아스팔트 혼합물의 강도를 증대시키고 내구성을 향상시킬 수 있는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 준고온/준저온 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트는, 차량에 설치되어 골재와 아스팔트를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트에 있어서, 골재를 저장하는 골재공급부와; 상기 골재공급부의 골재를 이송하는 골재이송부와; 속이 빈 원통형으로 되어 상기 골재이송부에서 이송된 골재를 아스팔트와 고분자 수지를 포함하는 첨가 재료와 혼합하는 드럼믹서기와; 상기 드럼믹서기에 설치되어 드럼믹서기 내부를 설정된 온도 범위로 가열하는 히팅유닛과; 상기 드럼믹서기를 회전시키는 믹서구동부와; 상기 드럼믹서 내측에 골재 표면의 습기와 반응하여 경화되면서 골재의 표면에 코팅되는 액상의 습기 경화형 고분자 수지를 공급하는 고분자수지 공급부와; 상기 드럼믹서 내측으로 아스팔트를 공급하는 아스팔트 공급부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법{Mobile Asphalt Mixing Plant And Method for Manufacturing Asphalt Concrete Compound Using the Same}
본 발명은 이동형 아스팔트 믹싱 플랜트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아스팔트 혼합물을 제조하기 위한 골재 공급기와 아스팔트 공급기, 드럼 믹서, 고분자 공급기 등의 구성요소들이 트레일러에 탑재된 구조로 이루어져 아스팔트 시공 현장으로 이동하여 아스팔트를 제조하여 시공할 수 있으며, 아스팔트 혼합물에 혼합되는 굵은 골재의 표면에 습기 경화형 고분자를 코팅하여 준고온 또는 준저온에서 아스팔트 혼합물을 생산하여 시공할 수 있는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 아스팔트 믹스(Asphalt Mix)는 균질 포장제로서 첨가제 및 채움재를 포함 가능한 결합제로 혼합 및 균일하게 형성되어 있는 일정 크기의 광혼합물을 말하는 것으로 아스콘이라고도 하며, 이러한 아스팔트 믹스 생산용 장비 일체를 가리켜 아스팔트 믹싱 플랜트(Asphalt Mixing Plant)라 한다.
최근에는 아스팔트 믹싱 플랜트를 트레일러(Trailer) 형태로 제작하여 이동이 가능토록 함으로써 작업현장에서 생산된 양질의 아스팔트 믹스를 공급할 수 있도록 하는 이동식 아스팔트 믹싱 플랜트가 개발되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일례로 대한민국 등록특허 제10-0393257호에 공개된 '이동식 아스팔트 콘크리트 제조장치'가 있다. 상기 등록특허의 이동식 아스팔트 콘크리트 제조장치는, 일반도로 및 고속도로의 포장작업에 사용되는 플랜트 시설을 각각의 트레일러에 탑재된 상태에서 도로의 포장에 사용되는 재료를 선별, 가열, 혼합하여 아스콘으로 형성될 수 있도록 저장기, 직접 가열기, 선별기, 혼합기를 각각의 트레일러 프레임에 고정한 구성으로 이루어진다. 따라서 저장기를 통해 일정한 크기에 따라 구분되고 가열기로 이동하여 건조된 후 버킷 엘리베이터를 타고 선별기인 진동스크린을 통해 골재 및 자갈을 분리하여 골재저장 빈(bin)에 낙하하여 보관한 다음, 보관한 골재를 버킷엘리베이터를 따라 계량기에 공급한 후 혼합기에 공급하게 된다.
그러나 상기와 같은 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트는, 골재를 상대습도 1%이하로 완전 건조한 후 믹서기에 공급하여 아스팔트와 혼합하는 단순한 기능만 수행하도록 구성되기 때문에 골재에 고분자 재료를 코팅하고 다양한 재료를 첨가하여 인장강도와 내구성을 향상시킬 수 있는 아스팔트 혼합물을 생산하는 데에는 적합하지 못한 문제가 있다.
또한 종래의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플래트는 일반적인 아스팔트 콘크리트 혼합물이 생산되는 온도인 170℃ 이상의 가열형 혼합물만을 생산할 수 있으며, 이에 따라 많은 열에너지 소모 및 분진, 유해가스 등이 발생하는 단점이 있다. 또한, 기존의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플래트는 120-130℃ 범위의 준고온 또는 100-110℃ 범위의 준저온에서 적용할 수 없는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0393257호(2003년 07월 18일 등록) 대한민국 등록특허 제10-0890954호(2009년 03월 23일 등록) 대한민국 등록특허 제10-0779070호(2007년 11월 28일 등록) 일본 공개특허공보 특개평 10-018216 (1998년 01월 20일 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 트레일러 내에서 굵은 골재의 표면에 습기 경화형 고분자 재료를 코팅하여 아스팔트 혼합물의 강도를 증대시키고 내구성을 향상시킬 수 있는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구성과 공정으로 120-130℃ 범위의 준고온 또는 100-110℃ 범위의 준저온에서 아스팔트 혼합물을 생산할 수 있는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 준고온/준저온 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트는, 차량에 설치되어 골재와 아스팔트를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트에 있어서, 골재를 저장하는 골재공급부와; 상기 골재공급부의 골재를 이송하는 골재이송부와; 속이 빈 원통형으로 되어 상기 골재이송부에서 이송된 골재를 아스팔트와 고분자 수지를 포함하는 첨가 재료와 혼합하는 드럼믹서기와; 상기 드럼믹서기에 설치되어 드럼믹서기 내부를 설정된 온도 범위로 가열하는 히팅유닛과; 상기 드럼믹서기를 회전시키는 믹서구동부와; 상기 드럼믹서 내측에 골재 표면의 습기와 반응하여 경화되면서 골재의 표면에 코팅되는 액상의 습기 경화형 고분자 수지를 공급하는 고분자수지 공급부와; 상기 드럼믹서 내측으로 아스팔트를 공급하는 아스팔트 공급부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법은,
(a) 골재공급부에서 굵은 골재를 이송하여 드럼믹서기 내에 공급하는 단계;
(b) 드럼믹서기에서 굵은 골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
(c) 드럼믹서기 내측으로 습기 경화형 고분자 수지를 공급하고 교반하여 굵은 골재의 표면에 고분자 수지를 코팅하는 단계;
(d) 골재공급부에서 잔골재를 이송하여 드럼믹서기 내에 공급하는 단계;
(e) 드럼믹서기에서 잔골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
(f) 드럼믹서기 내에서 상기 고분자 수지가 코팅된 굵은 골재와 상기 잔골재를 혼합하는 단계;
(g) 드럼믹서기의 내측으로 아스팔트를 공급하여 설정 온도 범위에서 혼합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량에 구성된 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용하여 굵은 골재의 표면에 습기 경화형 고분자 수지를 코팅하고, 유화 아스팔트와 일반 아스팔트를 순차적으로 공급 및 혼합하여 향상된 인장강도를 갖는 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다.
특히 본 발명은 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트의 드럼믹서기에서 골재의 가열과 고분자 수지의 코팅, 아스팔트의 혼합 공정이 함께 수행되므로 장치의 구성 및 작동을 대폭 간소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존의 이동형 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트에서 수행하는 일반 아스팔트 혼합물의 제조 공정보다 제조 공정이 대폭 단순화되므로 믹싱 플랜트의 전체 구성도 콤팩트화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 아스팔트 혼합물의 제조 방법을 순차적으로 설명하는 도면 들이다.
도 13은 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 혼합물과 기존의 일반 아스팔트 혼합물의 간접인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 각각 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 혼합물과 기존의 일반 아스팔트 혼합물의 현장가속시험을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트 및 이를 이용한 준고온/준저온 아스팔트 혼합물의 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트는, 차량의 차대프레임(1)에 설치되는 골재공급부(10), 골재이송부(20), 드럼믹서기(30), 히팅유닛(40), 믹서구동부, 고분자수지 공급부와, 아스팔트 공급부 등을 포함한 구성으로 이루어져, 골재와 아스팔트를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조한다.
상기 골재공급부(10)는 크기 별로 골재를 저장하는 복수의 호퍼를 구비한다. 예를 들어 크기가 4.75㎜ 이상이며 자연상태의 습기를 함유한 굵은 골재를 저장하는 굵은 골재 호퍼(11)와, 크기가 4.75㎜ 미만의 잔골재를 저장하는 잔골재 호퍼(12)와, 10㎛-100㎛ 크기 범위의 유리섬유 파분을 열가소성 수지로 코팅하여 제작한 유리섬유 파분 골재를 저장하고 있는 혼화재 호퍼(13)를 포함한다.
도면에 도시하지는 않았으나, 상기 골재공급부(10)의 하측에는 크기별 골재를 설정된 중량비로 공급할 수 있도록 하기 위하여 상기 호퍼(11, 12, 13)들로부터 낙하한 골재를 진동방식으로 체가름할 수 있는 진동 체가름부재와, 골재의 중량을 측정하는 계량기가 설치된다.
상기 굵은 골재는 자연상태의 상도습도 5~15% 내외의 습기를 갖는 것으로, 이후에 상기 드럼믹서기(30) 내에서 상기 고분자수지 공급부에서 공급되는 습기 경화형 고분자 수지에 의해 코팅된다.
상기 유리섬유 파분 골재는 100번체(0.15mm) 이하 크기의 골재를 치환함으로써 천연자원의 소비를 감소시키고, 아스팔트 혼합물의 강도 증대 및 내구성 향상의 효과를 제공하는 혼화재이다. 상기 유리섬유 파분에 코팅되는 열가소성 수지는 폴리에틸렌 수지를 이용하는 것이 바람직하며, 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.
상기 골재이송부(20)는 공지의 컨베이어 장치를 이용하여 구성할 수 있으며, 상기 골재공급부(10)의 하측에서부터 드럼믹서기(30)의 입구 부분까지 연장되게 설치되어, 골재이송부(20)에서 드럼믹서기(30)로 골재를 이송한다.
상기 드럼믹서기(30)는 속이 빈 원통형으로 되어 지면에 대해 대체로 수평한 축을 중심으로 회전하면서 골재의 가열과, 골재와 아스팔트와 고분자 수지를 포함하는 첨가 재료와 혼합하는 기능을 수행한다.
이 실시예에서 상기 드럼믹서기(30)는 입구에서부터 출구 쪽으로 일정 각도로 하향 경사지게 설치되며, 내측면에 골재를 출구 측으로 이송하기 위한 적어도 1개 이상의 스크류날개(31)가 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 드럼믹서기(30)의 전방측 입구를 통해 투입된 골재가 후방측의 출구 쪽으로 자연스럽게 이동할 수 있도록 되어 있다.
상기 드럼믹서기(30)를 회전시키는 믹서구동부는 공지의 회전장치를 이용하여 구성될 수 있는데, 예를 들어 모터와, 상기 모터의 동력을 드럼믹서기(30)에 전달하는 동력전달벨트 또는 기어 등으로 구성될 수 있다.
상기 드럼믹서기(30)는 내부에 투입된 골재와 아스팔트 등을 설정된 온도 범위로 가열하기 위한 히팅유닛을 구비하는데, 이 실시예에서 상기 히팅유닛은, 상기 드럼믹서기(30)의 외측에 드럼믹서기(30)와 나란하게 설치되며 내부에 전기히터(미도시)가 설치되어 있는 히팅드럼(41)과, 상기 히팅드럼(41) 내에서 가열된 공기를 상기 드럼믹서기로 송풍하여 공급하는 열풍공급유닛(미도시)을 포함한 구성으로 이루어진다. 상기 전기히터는 전기에너지에 의해 발열하는 공지의 전기히터를 사용하여 구성할 수 있으며, 버너 방식보다 온도 제어가 정확하게 이루어질 수 있는 이점이 있다. 상기 열풍공급유닛(미도시)은 송풍팬과 모터 등을 이용하여 구성할 수 있다.
상기 히팅드럼(41)의 양단부는 상기 드럼믹서기(30)의 양단부에 연통되어, 드럼믹서기(30) 내의 공기를 순환하면서 가열하여 드럼믹서기(30) 내측으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 이러한 구성에 의해 전기히터의 효율을 향상시킬 수 있고, 드럼믹서기(30) 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 상기 드럼믹서기(30)와 연통되어 있는 히팅드럼(41)의 공기 유입구 부분에는 분진을 걸러내기 위한 필터(미도시)가 구비됨이 바람직하다.
상기 드럼믹서기(30)의 일측에는 드럼믹서기(30)에서 연도(chimney)를 통해 상기 드럼믹서기(30)와 연결되어 드럼믹서기(30)에서 배출된 가스와 분진을 여과하여 분진을 제거하고 정화된 공기만 외부로 배출되도록 하는 작용을 하는 집진기(90)가 구성되는데, 상기 집진기(90)는 공지의 백필터(bag filter) 장치 등을 이용하여 구성될 수 있다.
상기 고분자수지 공급부는 상기 드럼믹서기(30) 내측에 골재 표면의 습기와 반응하여 경화되면서 골재의 표면에 코팅되는 액상의 습기 경화형 고분자 수지를 공급하도록 구성된다. 상기 습기 경화형 고분자 수지는 골재의 표면을 코팅하는 작용과 함께 이후에 투입되는 저점도 유화 아스팔트의 점도 증진제(Adhesion improver)의 작용도 겸하게 된다.
상기 고분자수지 공급부는 습기 경화형 고분자 수지를 저장하고 있는 수지저장탱크(51)와, 상기 수지저장탱크(51)의 고분자 수지를 드럼믹서기(30)로 안내하는 수지공급관(52)과, 상기 수지저장탱크(51)의 고분자 수지를 수지공급관(52)을 통해 펌핑하여 드럼믹서기(30)로 송출하는 수지펌핑유닛(53)을 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 고분자수지 공급부를 통해 드럼믹서기(30)로 공급되는 습기 경화형 고분자 수지의 조성 및 작용에 대해서는 이후에 더욱 상세히 설명할 것이다.
상기 아스팔트 공급부는 저점도 아스팔트 바인더로서 물이 20~30 중량%로 연행된 유화 아스팔트(emulsified asphalt)와, 고점도 아스팔트 바인더로서 일반 아스팔트 바인더를 순차적으로 공급하여 골재와 혼합하도록 구성된다. 이 실시예에서 상기 아스팔트 공급부는 물이 20~30 중량%로 연행된 유화 아스팔트가 저장된 저점도 아스팔트 저장탱크(61)와, 상기 저점도 아스팔트 저장탱크(61) 내의 유화 아스팔트를 드럼믹서기(30)의 내측으로 안내하는 제1공급관(62)과, 상기 저점도 아스팔트 저장탱크(61) 내의 유화 아스팔트를 제1공급관(62)을 통해 펌핑하여 송출하는 제1펌핑유닛(63)과, 일반 아스팔트가 저장된 고점도 아스팔트 저장탱크(65)와, 상기 고점도 아스팔트 저장탱크(65) 내의 일반 아스팔트를 드럼믹서기(30)의 내측으로 안내하는 제2공급관(66)과, 상기 고점도 아스팔트 저장탱크(65) 내의 일반 아스팔트를 제2공급관(66)을 통해 펌핑하여 송출하는 제2펌핑유닛(67)을 포함한 구성으로 이루어진다. 상기 아스팔트 공급부는 유화 아스팔트와 일반 아스팔트를 설정된 온도로 공급할 수 있도록 별도의 히터를 더 구비함이 바람직하다.
여기서 상기 제1공급관(62) 및 제2공급관(66)은 상기 수지공급관(52)과 함께 상기 드럼믹서기(30)의 출구와 인접한 드럼믹서기(30)의 후방부를 관통하여 드럼믹서기(30) 내측에 배치된다.
상기 유화 아스팔트는 기존의 유화 아스팔트와 같이 40 중량% 이상의 과도한 물 분자 연행은 습기 경화형 고분자 수지와 반응하지 않는 비반응성 물의 양을 증가시키게 되어 단기에 아스팔트 혼합물 내부에서 수분에 의한 손상을 일으킬 수 있으므로, 저점도 유화 아스팔트에 함유되는 물의 양을 목표 동점도(0.3 Pa.s 이하)에 따라 20~30 중량% 범위로 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 물 분자 연행율 20~30 중량%의 경우에서도 비반응성 물이 존재 할 수 있으나, 양생 시간이 길어지는 경우, 자연 증발하거나, 추가 반응으로 시간에 따라 아스팔트 혼합물의 강성이 점차적으로 증가하게 된다.
상기 저점도 유화 아스팔트는 상기 고분자수지 공급부를 통해 공급되는 습기 경화형 고분자 수지와 반응하여 굵은 골재를 코팅하는 작용과 함께 혼합 과정에서 작업성을 개선하는 작용도 수행한다.
그리고 상기 일반 아스팔트는 섭씨 25℃ 침입도가 약 40-50 등급, 60-80등급, 또는 80-100 등급을 바람직하게 사용할 수 있으며, 점도 등급 조절을 위해 일반적인 스트레이트 아스팔트만을 사용하거나, 80-100 등급의 아스팔트에 고점도의 공기연행 아스팔트(Air Blown Asphalt)를 첨가하여 사용할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시한 것과 같이 본 발명의 아스팔트 혼합물의 제조 방법은 다음과 같다.
(S1) 골재공급부(10)에서 굵은 골재를 이송하여 드럼믹서기(30) 내에 공급하는 단계;
(S2) 드럼믹서기(30)에서 굵은 골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
(S3) 드럼믹서기(30) 내측으로 습기 경화형 고분자 수지를 공급하고 교반하여 굵은 골재의 표면에 고분자 수지를 코팅하는 단계;
(S4) 골재공급부(10)에서 잔골재를 이송하여 드럼믹서기(30) 내에 공급하는 단계;
(S5) 드럼믹서기(30)에서 잔골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
(S6) 드럼믹서기(30) 내에서 상기 고분자 수지가 코팅된 굵은 골재와 상기 잔골재를 혼합하는 단계;
(S7) 드럼믹서기(30)의 내측으로 유화 아스팔트와 일반 아스팔트를 순차적으로 공급하여 설정 온도 범위에서 혼합하는 단계;
도 4 내지 도 12를 참조하여 각 단계 별로 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 골재공급부(10)의 굵은 골재 호퍼(11)에서 크기가 4.75㎜ 이상의 굵은 골재를 낙하하여 설정된 중량으로 계량하고, 골재이송부(20)를 통해 굵은 골재를 이송하여 드럼믹서기(30)로 투입한다(도 4 참조).
상기 드럼믹서기(30)에 투입된 굵은 골재는 드럼믹서기(30)의 회전에 의해 점차적으로 후방으로 이동하면서 가열된다. 이 때, 드럼믹서기(30) 내부의 온도는 80~100℃를 유지한다(도 5 참조).
상기 드럼믹서기(30)에서 굵은 골재가 후방으로 이송되면, 고분자수지 공급부에서 드럼믹서기(30)의 후방으로 습기 경화형 고분자 수지를 공급한다. 상기 드럼믹서기(30)로 공급된 습기 경화형 고분자 수지는 굵은 골재의 표면에 존재하는 습기의 하이드록실기(-OH)와 반응하여 굵은 골재의 표면에 코팅된다. 이러한 고분자 수지 코팅이 이루어지는 온도는 80~100℃인 것이 바람직하다(도 6 참조). 이 단계에서 공급되는 습기 경화형 고분자 수지는 굵은 골재 중량의 0.5~1.5 중량%인 것이 바람직하다.
이와 같이 굵은 골재의 표면을 고분자 수지로 코팅하는 작업이 완료되면, 상기 골재공급부(10)의 잔골재 호퍼(12) 및/또는 혼화재 호퍼(13)에서 4.75㎜ 미만의 잔골재 및/또는 유리섬유 파분 골재가 낙하하여 설정된 중량으로 계량하고, 골재이송부(20)를 통해 굵은 골재를 이송하여 드럼믹서기(30)로 투입한다(도 7 참조).
상기 드럼믹서기(30)로 투입된 잔골재 및 유리섬유 파분 골재는 드럼믹서기(30)의 회전에 의해 점차적으로 후방으로 이송되면서 예열된 다음, 드럼믹서기(30)의 후방에서 상기 굵은 골재와 함께 혼합된다(도 8 참조).
이어서 아스팔트 공급부에서 드럼믹서기(30)의 후방에 물이 20~30 중량% 연행된 유화 아스팔트가 분사되어 공급된다. 이 때 상기 유화 아스팔트는 대략 80~100℃의 온도를 가열된 상태이다(도 9 참조). 상기 드럼믹서기(30) 내부로 공급된 유화 아스팔트는 드럼믹서기(30) 내의 습기 경화형 고분자 수지와 반응하면서 골재의 표면에 코팅된다.
그 다음으로 설정 온도 범위로 가열된 고점도의 일반 아스팔트가 드럼믹서기(30) 내부로 공급된다(도 10 참조). 상기 드럼믹서기(30) 내로 공급되는 일반 아스팔트의 온도는 상기 (S7) 단계에서의 드럼믹서기(30) 내의 온도 범위가 120~130℃인 준고온 환경에서는 150~170℃이고, 상기 (S7) 단계에서의 드럼믹서기(30) 내의 온도 범위가 100~110℃인 준저온 환경에서는 130~140℃인 것이 바람직하다(도 11 참조).
상기 (S7) 단계에서 공급되는 유화 아스팔트는 전체 골재 중량의 1.0~2.0 중량% 이고, 일반 아스팔트는 전체 골재 중량의 2.0~3.0 중량% 인 것이 바람직하다.
상술한 것과 같이 드럼믹서기(30) 내부에서 골재와 습기 경화형 고분자 수지와 유화아스팔트 및 일반 아스팔트가 설정 시간 동안 혼합되면서 아스팔트 혼합물이 만들어지면, 도 12에 도시한 것과 같이 드럼믹서기(30) 내에서 완성된 아스팔트 혼합물이 드럼믹서기(30) 후단부에 마련된 배출구(32)를 통해 외부로 배출된 다음, 도로에 포설된다.
한편 상기 골재의 표면에 코팅되는 습기 경화형 고분자 수지는 고무변성된 에폭시 수지로서, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 카르복실 말단 부타디엔 공중합체, 실란 커플링제 및 습기 반응형 아민형 경화제를 포함하는 습기 경화형 고분자 수지를 포함하여 만들어진다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015118504717-pat00001
상기 화학식 1에서,
n은 0 내지 30의 정수이다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 상기 100 중량%에 대하여 60 내지 95 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 60 중량% 미만인 경우 내약품성, 내용제성, 내식성 등이 저하될 수 있고, 95 중량% 초과인 경우 탄성, 부착성, 충격성 등이 저하될 수 있다.
본 발명에서 상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합체는 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015118504717-pat00002
상기 화학식 2에서,
R'는 C1-C10의 알킬기 또는 아릴기이고,
p 및 q는 1 내지 20의 정수이며,
m은 1 내지 20의 정수이다.
본 발명에서 사용되는 C1-C10의 알킬기는 탄소수 1 내지 10개로 구성된 직쇄형 또는 분지형의 1가 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-옥틸, n-데실 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 아릴기는 아로메틱기와 헤테로아로메틱기 및 그들의 부분적으로 환원된 유도체를 모두 포함한다. 상기 아로메틱기는 5 내지 15각형으로 이루어진 단순 또는 융합 고리형이며, 헤테로아로메틱기는 산소, 황 또는 질소를 하나 이상 포함하는 아로메틱기를 의미한다. 대표적인 아릴기의 예로는 페닐, 나프틸, 피리디닐(pyridinyl), 푸라닐(furanyl), 티오페닐(thiophenyl), 인돌릴(indolyl), 퀴놀리닐(quinolinyl), 이미다졸리닐(imidazolinyl), 옥사졸릴(oxazolyl), 티아졸릴(thiazolyl), 테트라히드로나프틸 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합체는 습기 경화형 고분자 수지 100 중량%에 대하여 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 5 중량% 미만인 경우 탄성, 부착성 충격성 등이 저하될 수 있고, 10 중량% 초과인 경우 내약품성, 내용제성, 내식 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 화학식 1의 비스페놀 A형 에폭시 수지의 에폭시기는 상기 화학식 2의 카르복실 말단 부타디엔 공중합체의 카르복실기와 가교되어 고무변성된 에폭시 수지를 형성하며, 인성 및 탄성이 향상되어 고무성질을 나타낼 수 있다. 상기 고무변성된 에폭시 수지는 예를 들면 하기 화학식 3의 화합물로 나타낼 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112015118504717-pat00003
상기 고무변성된 에폭시 수지는, 에폭시 수지 자체의 우수한 기계적 물성(부착강도, 산화 안정성, 화학적 안정성 등)을 유지할 뿐만 아니라, 취성 물성의 에폭시 수지에 5 내지 10 중량%의 카르복실 말단 부타디엔 공중합체를 가교시킴으로써 고무성질을 가지는 에폭시 수지로 개질하여 경화 단계를 수행한 후 탄성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서 더욱 유연한 물성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 실란 커플링제는 유기질 재료와 반응하는 반응기(-Y)와 무기질 재료와 반응하는 알콕시기(-OR)를 포함하고 있으며, 하기 화학식 4의 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112015118504717-pat00004
상기 식에서,
R은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고,
Y는 에폭시기, 아미노 또는 C2-C4의 알케닐기, 바람직하게는 에폭시기, 아미노 또는 비닐이다.
상기 C1-C4의 알킬기는 탄소수 1 내지 4개로 구성된 직쇄형 또는 분지형 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 C2-C4의 알케닐기는 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 탄소수 2 내지 4개로 구성된 직쇄형 또는 분지형 불포화 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 비닐(vinyl), 프로펜일, 부텐일 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 C1-C10의 알킬기, 아릴기, C1-C4의 알킬기 및 C2-C4의 알케닐기는 한 개 또는 그 이상의 수소가 C1-C5의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C2-C6의 알키닐기, C3-C10의 시클로알킬기, C3-C10의 헤테로시클로알킬기, C3-C10의 헤테로시클로알킬옥시, C1-C5의 할로알킬기, C1-C5의 알콕시기, C1-C5의 티오알콕시기, 아릴기, 아실기, 히드록시, 티오(thio), 할로겐, 아미노, 알콕시카보닐, 카복시, 카바모일, 시아노, 니트로 등으로 치환될 수 있다.
상기 실란 커플링제는 상기 습기 경화형 고분자 수지 100 중량%에 대하여 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 1 중량% 미만인 경우 부착성, 내열성 등이 저하될 수 있고, 5 중량% 초과인 경우 유연성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고무변성된 에폭시 수지에 상기 실란 커플링제를 가교시켜 습기 경화형 고분자 수지를 형성하며, 압축강도 및 내마모성능이 향상될 수 있다. 상기 습기 경화형 고분자 수지는 예를 들면 하기 화학식 5의 화합물로 나타낼 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112015118504717-pat00005
상기 식에서,
R은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고,
n은 0 내지 30의 정수이다.
본 발명에 따른 습기 경화형 고분자 수지는 아스팔트 혼합물의 굵은 골재를 코팅하기 위한 용도로서, 우수한 점착성 및 부착성이 요구된다.
상기 실란 커플링제는 화합물 내에 유기질 재료와 반응하는 반응기(-Y)와 무기질 재료와 반응하는 알콕시기(-OR)를 모두 포함하고 있으며, 무기질 재료인 골재 표면에 있는 수분과 가수분해 반응을 하여 실라놀(Silanol) 그룹을 만들고, 하기 반응식 1에 도시된 바와 같이 실라놀 그룹에 존재하는 히드록시기(-OH)와 골재 표면의 히드록시기 간의 수소 결합 또는 화학적 결합으로 인해 골재 표면에서의 부착성을 개선할 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112015118504717-pat00006
또한, 상기 실란 커플링제의 유기질 재료와 반응하는 반응기(-Y)는 에폭시 수지, 경화제, 유기질(레진 및 오일 성분) 등과 반응하여 화학 결합을 형성함으로써 부착성을 강화시킬 수 있다. 따라서, 상기 실란 커플링제는 무기질 재료와 결합하여 유기/무기 결합을 형성하고, 유기질 재료와 결합하여 유기/유기 결합을 형성함으로써 부착성이 강화될 수 있다.
본 발명의 습기 경화형 고분자 수지는 열경화성의 합성 수지로서, 골재내 또는 유화아스팔트에 잔존해 있는 수분을 이용한 경화제가 필요하며 동시에 속경화가 가능해야 하므로, 습기 반응형 아민(Amine)형 경화제를 필요로 한다.
하기 반응식 2에 도시된 바와 같이, 습기가 있는 환경에서 블로킹된 아민계 경화제(R1R2(CN)R3)가 물을 만나면, 케톤(R1(CO)R2)에 블로킹되어 있던 아민은 수분과의 접촉으로 인해 케톤과 아민으로 해리되며, 해리된 아민은 습기 경화형 고분자 수지와의 반응을 통해 경화 반응이 수행된다.
[반응식 2]
Figure 112015118504717-pat00007
상기 습기 반응형 아민형 경화제는 상기 습기 경화형 고분자 수지 100 중량%에 대하여 9 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 9 중량% 미만인 경우 미경화로 인해 골재 표면에 피막을 형성하지 못해 내약품성, 내용제성 등이 저하될 수 있고, 25 중량% 초과인 경우 과경화로 인해 피막된 표면이 너무 단단해져 피막 깨짐 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 습기 경화형 고분자 수지를 굵은 골재에 코팅하여 아스팔트 혼합물을 제조했을 때(실시예 1~3), 아스팔트 혼합물의 간접인장강도가 일반 아스팔트 혼합물 대비하여 최대 1.5배 정도 증대되는 효과가 있음이 확인되었다(도 13 참조).
또한 본 발명의 습기 경화형 고분자 수지를 굵은 골재에 코팅하여 아스팔트 혼합물을 현장에서 제조하고(실시예 1~2), 일반 혼합물 (일반 비교예 3) 또한 현장에서 제조하여 실시한 현장 가속시험결과, 6톤의 실제 트럭 하중을 최대 60,000회 동안 가한 결과, 실시예 1의 최대 변형은 6.9mm, 실시예 2의 최대 변형은 9.2mm 이며, 일반 비교예 3의 경우 최대변형이 14.8mm 로 나타났다. 본 발명인 아스팔트 혼합물의 변형저항능력이 일반 아스팔트 혼합물 대비하여 최대 2.1배 정도 증대되는 효과가 있음이 확인되었다(도 14a 내지 도 14c 참조).
상술한 것과 같이 본 발명은 트레일러와 같은 차량에 구성된 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용하여 굵은 골재의 표면에 습기 경화형 고분자 수지를 코팅하고, 유화 아스팔트와 일반 아스팔트를 순차적으로 공급 및 혼합하여 향상된 인장강도를 갖는 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다.
또한 기존의 이동형 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트에서 수행하는 일반 아스팔트 혼합물의 제조 공정보다 제조 공정이 대폭 단순화되므로 믹싱 플랜트의 전체 구성도 콤팩트화할 수 있는 이점도 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1 : 차대프레임 10 : 골재공급부
20 : 골재이송부 30 : 드럼믹서기
31 : 스크류날개 40 : 히팅유닛
41 : 히팅드럼 51 : 수지저장탱크
52 : 수지공급관 53 : 수지펌핑유닛
61 : 저점도 아스팔트 저장탱크 62 : 제1공급관
63 : 제1펌핑유닛 65 : 고점도 아스팔트 저장탱크
66 : 제2공급관 67 : 제2펌핑유닛

Claims (18)

  1. 차량에 설치되어 골재와 아스팔트를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트에 있어서,
    골재를 저장하는 골재공급부와;
    상기 골재공급부의 골재를 이송하는 골재이송부와;
    속이 빈 원통형으로 이루어지며, 지면에 대해 수평하거나 지면에 대해 일정 각도로 경사지게 설치되어, 회전 운동하면서 상기 골재이송부에서 이송된 골재를 아스팔트와 고분자 수지를 포함하는 첨가 재료와 혼합하는 드럼믹서기와;
    상기 드럼믹서기에 설치되어 드럼믹서기 내부를 설정된 온도 범위로 가열하는 히팅유닛과;
    상기 드럼믹서기를 회전시키는 믹서구동부와;
    상기 드럼믹서기 내측에 골재 표면의 습기와 반응하여 경화되면서 골재의 표면에 코팅되는 액상의 습기 경화형 고분자 수지를 공급하는 고분자수지 공급부와;
    상기 드럼믹서기 내측으로 아스팔트를 공급하는 아스팔트 공급부;
    를 포함하며,
    상기 히팅유닛은, 상기 드럼믹서기의 외측에 드럼믹서기와 나란하게 설치되며 내부에 전기히터가 설치되어 있는 히팅드럼과, 상기 히팅드럼 내에서 가열된 공기를 상기 드럼믹서기로 송풍하여 공급하는 열풍공급유닛을 포함하고,
    상기 히팅드럼의 양단부는 상기 드럼믹서기의 양단부에 연통되어 드럼믹서기 내의 공기를 순환하면서 가열하여 드럼믹서기 내측으로 공급하며,
    상기 고분자수지 공급부에서 공급되는 고분자수지는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 카르복실 말단 부타디엔 공중합체, 실란 커플링제 및 습기 반응형 아민형 경화제를 포함하며,
    상기 실란 커플링제는 하기 화학식 4의 화합물이며,
    [화학식 4]
    Figure 112016053550076-pat00027

    상기 화학식 4에서,
    R은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고,
    Y는 에폭시기, 아미노 또는 C2-C4의 알케닐기인 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 화합물이며,
    [화학식 1]
    Figure 112016053550076-pat00008

    상기 화학식 1에서,
    n은 0 내지 30의 정수인 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합체는 하기 화학식 2의 화합물이며,
    [화학식 2]
    Figure 112016053550076-pat00009

    상기 화학식 2에서,
    R'는 C1-C10의 알킬기 또는 아릴기이고,
    p 및 q는 1 내지 20의 정수이며,
    m은 1 내지 20의 정수인 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 습기 경화형 고분자 수지 100 중량%에 대하여, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 60 내지 85 중량%, 카르복실 말단 부타디엔 공중합체는 5 내지 10 중량%, 실란 커플링제는 1 내지 5 중량%, 습기 반응형 아민형 경화제는 9 내지 25 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 골재 공급부는, 크기가 4.75㎜ 이상의 굵은 골재를 저장하는 굵은 골재 호퍼와, 크기가 4.75㎜ 미만의 잔골재를 저장하는 잔골재 호퍼와, 10㎛-100㎛ 크기 범위의 유리섬유 파분을 열가소성 수지로 코팅하여 제작한 유리섬유 파분 골재를 저장하고 있는 혼화재 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 드럼믹서기는 입구에서부터 출구 쪽으로 일정 각도로 하향 경사지게 설치되며, 내측면에 골재를 출구 측으로 이송하기 위한 적어도 1개 이상의 스크류날개가 길이방향을 따라 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 아스팔트 공급부는, 물이 20~30 중량%로 연행된 유화 아스팔트가 저장된 저점도 아스팔트 저장탱크와, 상기 저점도 아스팔트 저장탱크 내의 유화 아스팔트를 드럼믹서기의 내측으로 안내하는 제1공급관과, 상기 저점도 아스팔트 저장탱크 내의 유화 아스팔트를 제1공급관을 통해 펌핑하여 송출하는 제1펌핑유닛과, 일반 아스팔트가 저장된 고점도 아스팔트 저장탱크와, 상기 고점도 아스팔트 저장탱크 내의 일반 아스팔트를 드럼믹서기의 내측으로 안내하는 제2공급관과, 상기 고점도 아스팔트 저장탱크 내의 일반 아스팔트를 제2공급관을 통해 펌핑하여 송출하는 제2펌핑유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고분자수지 공급부에서 공급되는 습기 경화형 고분자 수지를 드럼믹서기의 내측으로 안내하는 수지공급관과, 상기 제1공급관 및 제2공급관은 상기 드럼믹서기의 출구와 인접한 드럼믹서기의 후방부를 관통하여 연결된 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트.
  13. 제1항 및 제3항 내지 제4항 및 제6항 내지 제8항 및 제11항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 골재공급부에서 굵은 골재를 이송하여 드럼믹서기 내에 공급하는 단계;
    (b) 드럼믹서기에서 굵은 골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
    (c) 드럼믹서기 내측으로 습기 경화형 고분자 수지를 공급하고 교반하여 굵은 골재의 표면에 고분자 수지를 코팅하는 단계;
    (d) 골재공급부에서 잔골재를 이송하여 드럼믹서기 내에 공급하는 단계;
    (e) 드럼믹서기에서 잔골재를 일방향으로 이송하면서 설정된 온도로 예열하는 단계;
    (f) 드럼믹서기 내에서 상기 고분자 수지가 코팅된 굵은 골재와 상기 잔골재를 혼합하는 단계;
    (g) 드럼믹서기의 내측으로 아스팔트를 공급하여 설정 온도 범위에서 혼합하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (g) 단계에서는 물이 20~30 중량%로 연행된 설정 온도 범위의 유화 아스팔트를 먼저 공급한 이후에 설정 온도 범위의 일반 아스팔트를 공급하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 유화 아스팔트는 80~100℃의 온도 범위로 가열된 것을 공급하고, 상기 일반 아스팔트는 상기 (g) 단계에서의 드럼믹서기 내의 온도 범위가 120~130℃의 준고온 환경에서는 150~170℃로 가열된 것을 공급하고 상기 (g) 단계에서의 드럼믹서기 내의 온도 범위가 100~110℃의 준저온 환경에서는 130~140℃로 가열된 것을 공급하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 (d) 단계에서는 10㎛-100㎛ 크기 범위의 유리섬유 파분을 열가소성 수지로 코팅하여 제작한 유리섬유 파분 골재를 잔골재와 함께 이송하여 드럼믹서기 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 공급되는 습기 경화형 고분자 수지는 굵은 골재 중량의 0.5~1.5 중량%인 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 (g) 단계에서 공급되는 유화 아스팔트는 전체 골재 중량의 1.0~2.0 중량% 이고, 일반 아스팔트는 전체 골재 중량의 2.0~3.0 중량% 인 것을 특징으로 하는 이동식 아스팔트 혼합물 믹싱 플랜트를 이용한 아스팔트 혼합물의 제조 방법.
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