KR101654614B1 - 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법 - Google Patents

상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법 Download PDF

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삼원환경산업(주)
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Abstract

본 발명은 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질첨가제와 유화아스팔트를 골재와 혼합하여 기존의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 보다 물성을 향상시키고, 골재와의 균일한 혼합 및 골재 간의 접착성을 향상시켜 내부 응집력을 증가시킴으로써 내구성이 향상된 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로서, 산업폐기물인 폐아스팔트 콘크리트를 재활용하여 사용함으로써 산업상 유용한 용도를 갖도록 재활용하여 환경을 보호하고 경제성을 높일 수 있다. 또한, 아스팔트 콘크리트 시공시 가열 아스팔트 혼합물 공법과 달리 골재의 가열로 인한 먼지, 이산화탄소, 질소, 황산화합물 등 대기환경 오염물질의 발생을 억제하여 환경친화적 도로건설을 할 수 있을 뿐만 아니라, 아스팔트의 가열 산화 열화에 의한 품질 및 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법{Recycled cold asphalt concrete mixture and construction method therewith}
본 발명은 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질첨가제와 유화아스팔트를 골재와 혼합하여 기존의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 보다 물성을 향상시키고, 골재와의 균일한 혼합 및 골재 간의 접착성을 향상시켜 내부 응집력을 증가시킴으로써 내구성이 향상된 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 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 개보수뿐만 아니라 도시가스, 상수도 및 오·폐수관거 등의 교체공사로 인하여 건설산업부산물 중에 폐아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘으로 칭함)의 발생량이 상당한 부분을 차지하고 있다.
이러한 폐아스콘은 건설산업부산물 중 가장 발생량이 많은 폐콘크리트와는 달리 골재표면에 아스팔트 유제가 부착되어 있기 때문에 콘크리트용, 구조물 뒷 채움재 및 보조 기층용으로 사용할 수 없다. 또한, 폐아스콘의 매립은 매립지로부터 빗물 등에 의해 씻겨 나온 아스팔트나 잔류시멘트가 지층으로 흘러들어가 지하수와 하천을 오염시키는 등 환경오염의 주요 원인으로 작용하고 있어 재활용이 가능한 폐아스콘 등의 매립은 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.
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 방법이 제시되어 있다.
그러나, 상기 선행문헌의 경우 아스팔트 콘크리트 혼합물에 물과 반응하여 경화되는 재료를 혼합하여 사용함으로써, 도로 표면의 높은 강성으로 인하여 상층의 하중을 하부로 전달하지 못해 하중지지력의 한계에 도달하게 되어 도로의 붕괴와 같은 문제가 발생될 수도 있다.
등록특허 제1360886호(2014.02.11 등록공고) 등록특허 제1284685호(2013.07.16 등록공고)
본 발명은 고분자 화합물 및 계면활성제가 포함된 개질첨가제를 포함하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조함으로써, 골재와의 접착성을 향상시켜 내부 응집력을 증진시킬 뿐만 아니라 화학적 및 물리적 안정성을 부여하여 아스팔트 콘크리트에 필요한 마샬안정도값 및 흐름값의 개선이 이루어지게되어 내구성능을 향상시킬 수 있는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 형태는, 순환골재, 신재골재, 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 포함하고, 상기 개질첨가제는 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌, 계면활성제 및 물을 포함하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물이다.
상기 혼합물은, 상기 혼합물 전체중량에 대하여 순환골재 30 ~ 45 wt, 신재골재 50 ~ 55 wt%, 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt% 및 물 3 ~ 7 wt% 포함할 수 있다.
상기 개질첨가제는, 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 부틸아크릴레이트 7 ~ 16 wt%, 메틸메타아크릴레이트 4 ~ 17 wt%, 스티렌 11 ~ 19 wt%, 아크릴산 1 ~ 5 wt%, 계면활성제 0.1 ~ 5 wt% 및 물 58 ~ 63 wt%를 포함할 수 있다.
상기 개질첨가제는 유화제 0.01 ~ 0.1 wt% 더 포함하고, 상기 유화제는, 폴리실란, 시클로펜타실란, 실릴시클로펜타실란, 실란트리올, 알콕시실란, 및 에폭시 실란 올리고머로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상의 실란계 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 전해질 및 물을 포함하고, 상기 음이온성 계면활성제는, 설포네이트계 음이온 계면활성제, 설페이트계 음이온 계면활성제, C8 내지 C22의 탄소수를 갖는 지방산 계면활성제, 올레핀계 음이온 계면활성제, 아민계 음이온 계면활성제 및 인산 에스테르염을 갖는 음이온 계면활성제로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계, 상기 선별된 순환골재와 신재골재에 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 혼합하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 포설하는 단계 및 상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계를 포함하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 시공방법으로서, 상기 개질첨가제는 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌, 계면활성제 및 물을 포함할 수 있다.
상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 순환골재 30 ~ 45 wt%, 신재골재 50 ~ 55 wt%, 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt% 및 물 3 ~ 7 wt% 포함하는 것이 바람직하며, 상기 개질첨가제는, 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 부틸아크릴레이트 7 ~ 16 wt%, 메틸메타아크릴레이트 4 ~ 17 wt%, 스티렌 11 ~ 19 wt%, 아크릴산 1 ~ 5 wt%, 계면활성제 0.1 ~ 5 wt% 및 물 58 ~ 63 wt%를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는 상기 언급된 시공방법으로 시공된 도로 표층용 상온 재생 아스팔트 콘크리트이다.
본 발명은 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 사용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 관한 것으로, 골재와 골재간, 골재와 채움재 사이 내 결합력이 증가되고, 아스팔트의 점도가 낮아져 작업성이 향상되고, 이로 인하여 아스팔트 콘크리트에 필요한 마샬안정도값 및 흐름값의 개선이 이루어지게되어 우수한 물성을 가지는 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있다.
또한, 산업폐기물인 폐아스팔트 콘크리트를 재활용하여 사용함으로써 산업상 유용한 용도를 갖도록 재활용하여 환경을 보호하고 경제성을 높일 수 있다.
또한, 아스팔트 콘크리트 시공시 가열 아스팔트 혼합물 공법과 달리 골재의 가열로 인한 먼지, 이산화탄소, 질소, 황산화합물 등 대기환경 오염물질의 발생을 억제하여 환경친화적 도로건설을 할 수 있을 뿐만 아니라, 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 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 시공방법에 대하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 본 발명은 순환골재, 신재골재, 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 포함하고, 상기 개질첨가제는 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌, 계면활성제 및 물을 포함하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물이다.
바람직하게는 상기 혼합물은, 상기 혼합물 전체중량에 대하여 순환골재 30 ~ 45 wt, 신재골재 50 ~ 55 wt%, 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt% 및 물 3 ~ 7 wt% 포함할 수 있다.
상기 순환골재 및 신재골재의 경우 8 ~ 20 mm 크기의 체를 통과하는 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 상기 골재의 입도가 20 mm를 초과할 경우 아스팔트 콘크리트를 형성하는 아스팔트의 코팅 피막이 쉽게 벗겨질 수 있으며, 도로 포장시 다짐공정을 제대로 수행할 수 없게 되고, 8 mm 미만의 크기를 가지는 체를 통과한 잔골재를 사용하게 될 경우 입도가 큰 골재와의 입도 차이가 커 아스팔트 콘크리트 시공 후 박리현상 또는 크랙이 발생될 수 있다.
더욱 상세하게 상기 순환골재는, 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 내에 포함됨으로써, 흡수율을 저감시켜 유연성을 향상시킬 뿐만 아니라, 폐자원을 재활용하기 위한 것으로서 건설폐기물인 폐아스팔트 콘크리트를 물리적 또는 화학적 처리과정을 통해 제조될 수 있다.
바람직하게는, 상기 순환골재는 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, 시공 후 아스팔트 콘크리트의 강도 및 내구성을 증진시키기 위하여 KSF 2572 규격에 따라 20 mm 의 체를 통과하는 것을 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게는 8 ~ 12 mm 크기의 체를 통해 선별된 순환골재 35 ~ 45 wt%, 15 ~ 20 mm 크기의 체를 통해 선별된 순환골재 55 ~ 65 wt%가 혼합된 순환골재를 사용할 수 있으며, 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 30 ~ 45 wt% 포함될 수 있다. 상기 순환골재의 함량이 30 wt% 미만일 경우, 아스팔트 콘크리트 시공시 흡수율이 증가할 우려가 있고, 45 wt%를 초과할 경우 아스팔트 콘크리트의 강도가 저하될 우려가 있다.
일반적인 순환골재를 사용하는 것보다 상기 순환골재에 열을 가한 후, 고분자화합물을 코팅시켜 전처리된 순환골재를 사용할 수 있다. 이는 상기 순환골재와 신재골재, 순환골재와 순환골재, 신재골재와 신재골재 사이에 망상구조를 형성시킴으로써 상기 골재 간의 형성된 공극에 채움재 및 개질첨가제, 유화아스팔트가 균일하게 충진될 수 있도록 하여 아스팔트 콘크리트의 내구성을 증가시킬 수 있다.
상기 순환골재에 코팅되는 고분자화합물은 상기 순환골재 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부 포함되는 것이 바람직하고, 상기 고분자화합물의 함량이 바람직한 범위를 벗어나게 되는 경우 함량이 미미하여 원하는 물성향상효과를 얻지 못하거나 함량초과에 따른 이익이 없어 경제성이 저하될 수 있다.
상기 고분자 화합물은, 티아진(thiazine)계, 푸란(Purine)계, 폴리페닐퀴녹사졸린(PPQ)계, 폴리벤즈옥사졸(PBO)계, 폴리벤즈티아졸(PBT)계, 폴리인산계 및 비스말레이디드(BMI)계로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 방향족 화합물로 염기성을 띠는 티아진계 화합물인 N-(7-(dimethylamino)-3H-phenothiazin-3-ylidene)-N-methylmethanaminium chloride로, N,N-디메틸-p-페니렌디아민의 티오술폰산유도체에 디메틸아닐린을 축합하고 산화하여 제조할 수 있다.
상기 신재골재는 일반적으로 모래와 자갈이 포함된 골재를 의미하는 것으로서, KSF 2357 기준에 적합한 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 8 ~ 12 mm 크기의 체를 통해 선별된 잔골재를 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 50 ~ 55 wt% 포함될 수 있다. 상기 신재골재의 함량이 50 wt% 미만일 경우 아스팔트 콘크리트 시공시 표면 강도가 낮아져 내구성이 떨어질 수 있고, 55 wt%를 초과할 경우 순환골재의 함량에 비하여 신재골재의 함량이 증가함으로써 제조원가 상승으로 인한 경제성이 떨어지고, 자원재활용 측면에서 바람직하지 못하다.
상기 채움재는 일반적으로 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 사용되는 KS I 3022의 포장용 채움재 규정에 맞는 재료이면 한정되지 않고 사용 가능하나, 바람직하게는 석회석분을 사용할 수 있다.
상기 채움재는 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 1 ~ 5 wt% 포함될 수 있다. 상기 채움재의 함량이 1 wt% 미만일 경우 순환골재 및 신재골재 사이의 공극을 충분히 채워주지 못해, 아스팔트 콘크리트의 밀도가 감소될 수 있고, 이에 따라 균일 발생될 수 있다. 또한, 상기 채움재의 함량이 5 wt% 초과할 경우 함량 초과에 따른 이익이 없어 경제성이 저하될 수 있다.
상기 채움재로 사용될 수 있는 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 6 이하, 흐름시험 50 % 이하, 침수팽창 3 % 이하, 박리저항성 1/4 이하의 품질인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함되는 유화아스팔트는 0.1 ~ 1 wt% 포함되는 것이 바람직하며, 순환골재와 신재골재 간의 크랙 및 공극 사이에 침투하여 바인더 역할을 한다. 상기와 같은 함량범위로 유화아스팔트가 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함될 경우 상기 순환골재 및 신재골재의 표면에 충분히 코팅되고, 이로 인하여 도로포장 후 표면강도를 향상시켜 내구연한을 증가시킬 수 있다.
상기 유화아스팔트는 KS 규격에서 규정하는 RSC-1,2,3 또는 MSC-1,2,3 중에서 선택하여 사용 가능하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 사용양태, 사용방법, 시공시기에 따라 적절하게 선택하여 사용될 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 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 사용하여 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있기 때문에 가열시 발생 되는 탄산가스가 생성되지 않아 환경적으로도 이점이 있다.
상기 개질첨가제는 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 혼화시 작업성을 향상시키고, 아스팔트 콘크리트의 Marshall 안정도, 간접 인장강도 및 동탄성 계수 등의 강도를 향상시거나 시공 후, 도로포장의 소성변형, 피로, 포트홀 또는 온도 균열 등의 파손으로 도로의 내구연한이 증가시킬 수 있다.
상기 개질첨가제는, 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌, 계면활성제 및 물을 포함할 수 있는데, 바람직하게는 상기 개질첨가제의 전체중량에 대하여 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 부틸아크릴레이트 7 ~ 16 wt%, 메틸메타아크릴레이트 4 ~ 17 wt%, 스티렌 11 ~ 19 wt%, 아크릴산 1 ~ 5 wt%, 계면활성제 0.1 ~ 5 wt% 및 물 58 ~ 63 wt%를 포함할 수 있다.
상기 개질첨가제에 포함되는 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌은 고분자로서, 상기 개질첨가제 내에서 혼합된 고분자혼합물 형태로 포함되거나, 중합반응을 통해 공중합체 형태로 포함될 수 있다.
상기 고분자혼합물은 아크릴계 에멀젼인 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산에 고탄성 고분자 물질인 스티렌이 혼합되어 있어, 아스팔트 콘크리트 내 포함시 아스팔트 콘크리트의 강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 탄성이 높아 내구성이 우수하며 온도 변화에 대한 신축성이 우수하여 고온 안정성 및 변형에 대한 저항성이 우수하고, 상온에서 유연성을 유지하여 균열 발생률이 떨어진다. 또한 골재 입자 사이사이에 침투하고 골재 입자들이 서로 연결되도록 함으로써 시공 후, 아스팔트 콘크리트의 공극률을 낮추어 수분에 대한 민감성은 낮추고, 노화에 대한 저항성을 높여준다.
상기 개질첨가제에 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 유동성을 향상시켜 도로포장 작업시 작업성, 부착성이 우수하고, 내구성을 향상시키기 위하여 유화제를 더 포함할 수 있는데, 바람직하게는 상기 개질첨가제 전체 중량에 대하여 0.01 ~ 0.1 wt% 포함할 수 있다.
상기 유화제는 폴리실란, 시클로펜타실란, 실릴시클로펜타실란, 실란 트리올, 알콕시 실란, 및 에폭시 실란 올리고머로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상의 실란계 화합물을 포함할 수 있으며, 중량평균 분자량은 5,000 ~ 15,000 범위가 바람직하다.
더욱 바람직하게는 유기기능적인 알콕시 실란으로써 흡착력이 뛰어난 성질을 가지고 있어 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함 시 각각 조성물 간의 결속력을 향상시켜 보다 안정적인 상태를 유지할 수 있도록 한다.
상기 알콕시실란은 3-아미노프로필트리알콕시실란(3-aminopropyltrialkoxysilanes), 3-아미노프로필메틸디알콕시실란(3-aminopropylmethyldialkoxysilanes), N-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시-실란(N-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxy-silane), N-아미노에틸-3-아미노프로필-메치실디아메톡시실란(N-aminoethyl-3-aminopropyl-meththyldiamethoxysilane), 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-메타옥시프로필트리메톡시실란(3-methaoxypropyltrimethoxysilane), 3-아미노이소부틸트리알콕시실란(3-aminoisobutyltrialkoxysilanes), 3-아미노이소부틸메틸디알콕시실란(3-aminoisobutylmethyldiakloxysilanes), N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필알콕시실란(N-(2-aminoethyl)-3-amino-2-methylpropylalkoxysilanes), 및 N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필메틸디알콕시실란(N-(2-aminoethyl), 3-amino-2-methylpropylmethyldialkoxysilanes) 등이 사용될 수 있다.
상기 계면활성제는 유화아스팔트와 개질첨가제, 채움재 간의 혼화성을 향상시키기 위한 것으로, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽이온성 계면활성제, 전해질 및 물이 포함된 것을 사용할 수 있다.
상기 음이온성 계면활성제는, 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 온도 민감성을 낮추고, 고온에서의 상안전성을 유지하여 시공 후 외부 기온에 따라 변성을 저감시키는 역할을 하는 것으로서, 바람직하게는 설포네이트계 음이온 계면활성제, 설페이트계 음이온 계면활성제, C8 내지 C22의 탄소수를 갖는 지방산 계면활성제, 올레핀계 음이온 계면활성제, 아민계 음이온 계면활성제 및 인산 에스테르염을 갖는 음이온 계면활성제로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C8 내지 C22의 탄소수를 갖는 지방산 계면활성제, 올레핀계 음이온 계면활성제 및 아민계 음이온 계면활성제가 혼합되어 소듐염 형태인 것을 사용할 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 물에 의한 계면활성제, 개질첨가제의 상안전성을 유지시키기 위해 포함되는 것으로서, 바람직하게는 평균 HLB가(hydrophile-lipophile balance)가 4 ~ 20 범위인 것으로서, 에틸렌 옥사이드가 1 ~ 25몰 포함된 1차 또는 2차 알코올계 비이온 계면활성제, 알킬폴리글리코시드계 비이온 계면활성제, 지방산 아마이드계 비이온 계면활성제(예를 들어, 암모니아 아마이드, 모노에탄올 아마이드, 디에탄올 아마이드 또는 이소프로판올 아마이드) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 탄소수가 8 ~ 22인 직쇄 또는 분지상의 알킬기를 가지는 알킬폴리글리코시드계 비이온 계면활성제가 사용될 수 있다.
상기 음이온성 계면활성제가 상기 개질첨가제에 포함된 친수성 고분자로 인하여 전하의 불안정을 유발하여 유화아스팔트의 유화상태가 파괴될 수 있기 때문에, 물에 분산되어 있는 유화입자의 안정성을 유지시키기 위하여 상기 양쪽이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 양쪽이온성 계면활성제는 일반적으로 널리 알려진 양쪽이온성 계면활성제이면 특별히 한정되지 않고 사용가능하나, 바람직하게는 베타인형(-CH(N+(CH3)3)COO-) 양쪽이온성 계면활성제, 글리신형(-NH-CH2-COOH) 양쪽이온성 계면활성제, 알라닌형(-NH-CH2-CH2-COOH) 양쪽이온성 계면활성제 및 Sulfobetain 형(-NH-SO3H) 계면활성제 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 전해질은 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 분산 안정성을 높이고, 점탄성 효과를 부여하는 것으로서, 바람직하게는 1가 혹은 다가의 유기 또는 무기산 염일 수 있다. 바람직하게는, 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 초산염, 중탄산염, 인산염, 구연산염, 황산염, 폴리인산염, 피로인산염, 트리인산염, 테트라인산염, 규산염, 메타규산염, 폴리규산염, 탄산염, 수산화물 및 알칼리금속염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 염화물, 초산염, 중탄산염, 인산염, 규산염, 및 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 염화물이 사용될 수 있다. 이러한 염의 음이온의 카운터 양이온으로 소디움, 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄 또는 철 등이 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로는 1가, 2가 또는 3가염의 염화물 전해질이 바람직하다.
상기 계면활성제는 개질첨가제의 상안정성을 해치지 않는 범위 내에서, 산화 방지제, 킬레이트제, 소포제, pH 조절제, 금속이온 봉집제 또는 가용화제가 포함될 수 있고, 그 종류 및 함량은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 선택 및 조절될 수 있다.
상기 계면활성제의 pH의 범위는 6 ~ 10.5의 범위에 있는 것이 바람직하다. pH 6 미만이면 에틸렌옥사이드를 함유하고 있는 계면활성제들이 수소이온에 의해 분해되므로 계면활성제를 포함함으로서 얻고자 하는 효과가 떨어질 수 있고, pH 10.5 초과하면 유화아스팔트와의 혼화성이 떨어져 시공 후 내구성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 pH 조절제를 통하여 계면활성제의 pH가 6.0 ~ 10.5를 유지시킬 수 있다. 상기 pH 조절제는 저분자량의 무기 또는 유기화합물을 사용할 수 있는데, 바람직하게는, 알칼리 조절제로는 가성소다, 가성가리, 디에탄올아민 또는 트리에탄올아민이 사용될 수 있고, 산성 조절제로는 구연산, 사과산, 살리실산, 주석산, 젖산, 아세틱산, 소르빅산 또는 벤조인산 등이 사용될 수 있다.
상기 금속이온 봉집제는 본 발명의 액체 조성물의 제형 및 상안정성을 증가시키기 위해 사용되며, 구연산, 젖산, 호박산, 주석산, 사과산, EDTA, EDTA-2Na, EDTA-4Na, DTA, NTPA, 인산염류, 폴리아크릴산, 글루코닉산, 소르베이트류 및 중조 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 개질첨가제와 유화아스팔트 간의 혼화성을 더욱 향상시키기 위하여 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 변성 폴리에틸렌, 오일 및 왁스를 포함하는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체중량에 대하여 0.1 ~ 1 wt% 포함되는 것이 바람직하고, 상기 바인더가 0.1 wt% 미만을 포함시 아스팔트와 고분자 간의 혼화성 증가 효과를 얻지 못하여 상기 유화아스팔트 내부에 개질첨가제가 충분히 중합되지 못하여 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 강성 향상효과가 미미해지고, 1 wt%를 초과하여 포함될 경우 고점도로 인하여 작업성이 떨어지고, 아스팔트 콘크리트 시공 후 박리 또는 균열이 발생될 수 있다.
바인더에 포함되는 변성 폴리에틸렌은 폴리에틸렌에 불포화 실란 화합물을 포함시켜 변성시킨 것으로, 상기 폴리에틸렌과 불포화 실란 화합물 이외에도 아크릴산, 메타크릴산, 에타크리르산, 말레산, 푸말산, 테트라하이드로프탈산, 이타콘산, 시트라콘산, 크로톤산, 이소크로톤 등의 불포화 카르복실산 및 산무수물을 더 포함시켜 제조할 수 있다.
변성 폴리에틸렌에 사용되는 폴리에틸렌으로는 일반적으로 모노머로 에틸렌을 포함하는 고분자면 그 형태를 한정하지 않고 사용가능하다. 폴리에틸렌의 에틸렌 함량은 특별히 한정되지 않지만 바람직하게는 80 mol% 이상으로, 저·중·고밀도 폴리에틸렌 등의(분기상 또는 직쇄형) 에틸렌 고분자 중합체, 에틸렌 프로필렌 코폴리머, 에틸렌-1-부테인 코폴리머, 에틸렌-4-메틸-1-펜테인 코폴리머, 에틸렌-1-헥세인 코폴리머, 에틸렌-1-옥테인 코폴리머 등의 에틸렌-α올레핀 공중합 폴리에틸렌, 에틸렌-초산비닐 코폴리머, 에틸렌-(메타)아크릴산 코폴리머, 에틸렌-(메타)아크릴산 에스테르 코폴리머 등의 에틸렌계 공중합 수지 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 내열성과 강도의 균형이 우수한 고압법 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-α올레핀 공중합 폴리에틸렌이다.
사용되는 폴리에틸렌의 물성에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 190 ℃, 21.16N 하중에서 측정한 폴리에틸렌의 용융유동지수(MFR)가 3g/10분 ~ 150g/10분, 바람직하게는 10g/10분 ~ 100g/10분, 더욱 바람직하게는 15g/10분 ~ 60g/10분이다. 용융유동지수가 3g/10분보다 낮으면 아스팔트 개질 시 점도가 높아져, 분산성이 뒤떨어지는 것 외에 골재 내부의 침투성도 나빠져 골재의 지지성이 떨어진다. 또한, 용융유동지수가 150g/10분보다 높으면 폴리에틸렌의 재료 자체의 강도가 떨어지기 때문에 아스팔트 콘크리트를 도로에 포장시 내구성이나 골재 지지성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한 폴리에틸렌의 시차주사 열량계(DSC, Differential Scanning Calorimeter)에 있어서 융해 피크 온도(Tm)은 100 ~ 130 ℃가 바람직한데, 이는 100 ℃보다 낮으면 아스팔트와 혼화시 연화 온도가 낮아지므로 도로에 포장시 충분히 냉각할 때까지 도로를 사용할 수 없는 문제가 발생되고, 130 ℃보다 높으면 작업성이 떨어지는 문제가 발생된다. 상기 폴리에틸렌의 밀도는 0.9 ~ 0.96 g/cm3 인 것이 아스팔트와 혼합시 유동성 측면에서 바람직하다.
폴리에틸렌을 변성시킬 때 사용되는 불포화 실란화합물은 RSi(R')3로 (R은 에틸렌성 불포화 탄화수소기, R'은 서로 독립적으로 탄화수소기 또는 알콕시기이며, R' 중 적어도 하나는 알콕시기이다) 나타나는 불포화 실란화합물로서, R은 탄소수 2 ~ 10, 바람직하게는 탄소수 2 ~ 6의 에틸렌성 불포화 탄화수소기가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 비닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 사이크로헥세닐기이다. R'은 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, t-부틸기, n-부틸기,i-부틸기, 페닐기, 사이클로헥실기 등의 알킬기 또는 아케닐기 이거나, 하이드로 에틸기, β-메톡시 에틸기, γ-(메타_아크릴옥시프로필기 등의 알콕시알킬기, β-아미노에틸기, γ-아미노프로필기, γ-글리독시 프로필기 등의 산소 및/또는 질소가 포함된 탄화수소기, 클로로 메틸기, β-클로로에틸기, γ-클로로 프로필기 등의 할로겐이 포함된 탄화수소기 또는 알콕시기가 바람직하다. 불포화 실란 화합물이 RSi(R')3 로 나타내는 경우 3개의 R' 중 적어도 하나는 알콕시기이지만 바람직하게는 2개, 더욱 바람직하게는 3개 모두가 알콕시인 것이 바람직하다. 상기 불포화 실란화합물은 구체적으로 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 프로페닐 트리메톡시실란 등 비닐트리알콕시실란이 바람직하며 이는 비닐기에 의해 폴리에틸렌과의 변성이 가능하게 하고, 알콕시기로 인하여 아스팔트에 혼합시 상용성은 물론, 골재와의 높은 친화성과 반응성이 증가되는 효과가 발생되기 때문이다.
상기 폴리에틸렌과 불포화 실란화합물을 크래프트 공중합(graft copolymerization) 변성 방법을 통해 변성 폴리에틸렌을 얻는다. 상기 크래프트 공중합 변성 방법은 일반적으로 용액 변성, 용융 변성, 전자선이나 전리 방사선의 조사에 의한 고상 변성, 초임계 유체 중에서의 변성시키는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 연속 생산성이 우수한 압출기를 이용한 용융 혼련변성방법이다.
바인더에 포함되는 오일은 CNSL(Cashew Nut Shell Liquid)의 증발 잔류물 25 ~ 75 wt% 및 파라핀계 오일 25 ~ 75 wt%이 혼합된 혼합오일이 바람직하다. 상기 CNSL의 증발 잔류물은 일종의 페놀 지질로서, 아나카르드산이 주성분으로 포함되어 있다. 상기 아나카르드산은 벤젠링을 포함하는 방향족화합물로서, 기존의 아로마틱 기유 성분을 대체하는 역할을 할 뿐만 아니라, 알킬기, 카복실기, 수산화기를 내부에 모두 포함하고 있기 때문에 아스팔트와의 상용성을 증가하는 효과가 있어 장기간 보관시 안정성이 뛰어나고, 긴 탄화수소 사슬을 포함하고 있어 유동성을 부여한다.
오일로서 상기 CNSL의 증발 잔류물과 파라핀계 성분 오일의 혼합오일을 사용함으로써, 아스팔트 콘크리트의 유화도가 증가되어 아스팔트를 용융시키기 위하여 고온 가열이 필요했던 종래기술 보다 더 낮은 온도에서 아스팔트 콘크리트의 제조가 가능할 뿐만 아니라, 고분자 첨가제와 아스팔트와의 혼화성이 더욱 좋아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 필요에 따라 선택적으로 상기 파라핀계 성분 오일은 침입도가 80 ~ 100인 아스팔트를 추가로 혼합한 것이 사용될 수 있으며, 이때 파라핀계 성분 오일과 아스팔트의 혼합 중량비는 1:0.5 ~ 1:1.5인 것이 바람직하다.
바인더에 포함되는 왁스는 저온에서의 개선된 이완 특성을 제공하기 위해 포함되는 것으로서, 아미드 화합물과 식물성 왁스를 10:1 ~ 10:20의 중량비로 혼합된 것이다. 상기 식물성 왁스의 중량이 1 중량부 미만이면 아스팔트의 저온물성 개선 효과를 얻기 어렵고, 20 중량부 초과하면 아스팔트의 고온물성이 나빠진다. 또한, 상기 바인더에 포함되는 왁스는 고분자 개질 아스팔트 콘크리트 조성물의 특성을 더 증진시켜 영구 변형을 견디도록 하여 높은 포장온도에서 바퀴자국과 변형에 대한 높은 저항성을 향상시키며, 저온에서 유연성을 증대시키는 효과가 있다.
왁스에 포함되는 아미드 화합물은 지방산 아미드 또는 N,N-에틸렌 비스티어아미드(bissteramide)로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이고, 상기 식물성 왁스는 아스팔트의 저온물성 개선 등을 위하여 포함되는 것으로, 일반적으로 사용되는 식물성 왁스이면 무방하나, 야자열매에서 추출한 식물성 야자유에서 얻은 왁스를 수첨 공정을 통해 얻은 팜 왁스인 것이 바람직하다. 상기 팜왁스는 용융점이 낮아 아스팔트와 혼화시 물성향상 효과가 제한적일 수 있기 때문에 수산화 나트륨과 스테아린산으로 개질한 팜 왁스를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 개질한 팜 왁스는 야자열매에서 추출한 팜 오일(Palm oil)을 수첨하여 제조한 팜 왁스에 수산화 나트륨 및 스테아린산을 용융반응시켜 생성된 80 ~ 110 ℃ 융점의 개질 팜 왁스인 것이 바람직하다. 상기 개질 팜 왁스는 팜 왁스를 용융시킨 후, 수산화나트륨을 팜 왁스 100 중량부 대비 3.5 ~ 4.0 더 포함시켜 교반하고, 스테아린산을 팜 왁스 100 중량부 대비 16.0 ~ 27.5 더 포함시켜 반응시킨 것이다.
바인더는 변성 폴리에틸렌, 오일 및 왁스가 1:1:1 ~ 3:1:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 비율을 벗어나 오일 및 왁스의 함량이 증가된 경우 아스팔트 개질시 저온에서의 점도감소로 인하여 균열이 발생되고, 변성 폴리에틸렌의 함량이 증가될 경우 아스팔트 개질시 점도가 높아져 분산성이 떨어지고, 골재에 침투성도 나빠져 지지력이 낮아진다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계, 상기 선별된 순환골재와 신재골재에 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 혼합하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 포설하는 단계 및 상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계를 포함하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있으며, 상기 개질첨가제는 부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 스티렌, 계면활성제 및 물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 파쇄된 순환골재 및 신재골재를 크기별로 선별하는 단계는, 산업폐기물로 배출된 순환골재를 파쇄한 다음, 구멍이 8 ~ 12 mm 및 15 ~ 20 mm 크기인 체를 통해 선별하여 분리보관하고, 채취된 신재골재는 구멍이 8 ~ 12 mm 크기인 체를 통해 선별한 뒤 각각 크기별로 분리보관하는 것이 바람직하다.
상기 상온 재생 아스팔트 조성물을 준비하는 단계 전에, 상기 선별된 순환골재를 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리하는 단계는, 상기 각각 다른 크기의 체를 통과하여 선별된 순환골재를 티아진(thiazine)계, 푸란(Purine)계, 폴리페닐퀴녹사졸린(PPQ)계, 폴리벤즈옥사졸(PBO)계, 폴리벤즈티아졸(PBT)계, 폴리인산계 및 비스말레이디드(BMI)계로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자 화합물이 포함된 유기용매에 담지시키는 것으로서, 후단의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계에서 순환골재와 신재골재, 채움재가 혼합시, 골재와 골재 사이, 골재와 채움재 사이의 망상구조를 형성하게 함으로써, 공극 사이의 충진율을 증가시킬 수 있으며, 이로 인하여 아스팔트 콘크리트 시공시 접착력과 강도를 증진시킬 수 있다.
상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계, 크기가 각기 다른 체로 선별된 순환골재 및 신재골재에 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 혼합하는 것으로서, 바람직하게는 순환골재 30 ~ 45 wt, 신재골재 50 ~ 55 wt%, 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt% 및 물 3 ~ 7 wt% 혼합할 수 있으며, 상기 상온 재생 아스팔트 조성물은 상기 조성물의 사용태양 및 사용방법, 시기에 따라서 상기 함량을 바람직한 양으로 적절히 조절하여 혼합할 수 있다.
상기 유화아스팔트, 개질첨가제에 대한 구체적인 설명은 상기 언급하였으므로 생략하기로 한다.
상기 채움재로는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 사용되는 KS I 3022의 포장용 채움재 규정에 맞는 재료이면 한정되지 않고 사용 가능하나, 바람직하게는 석회석분을 사용할 수 있다.
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 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 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 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 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)과 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 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계를 통해 준비된 조성물을 포설한 후, 상기 포설된 조성물을 다짐으로써, 상온 재생 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 시공방법을 통해 도로 표층용 상온 재생 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.
[제조예]
상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물
순환골재, 신재골재, 채움재, 유화아스팔트, 개질첨가제 및 물을 하기 표 1에 제시된 배합 비율에 따라 혼합하여 상온 재생 아스팔트 조성물인 비교예 및 실시예의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 얻었다.
상기 순환골재 및 신재골재는 "KS F 2357"에 명시된 품질에 따라 밀도 2.50 % 이상, 흡수율 3.0 %, 마모율 40 % 이하인 골재를 사용하였다.
채움재는 석회석분으로 600 ㎛체에서 100 wt%, 300 ㎛체에서 95 wt%이상, 150 ㎛체에서 90 wt%이상, 75 ㎛체에서 70 wt%를 통과하는 것으로, KS F 2303에 따른 소성지수가 6 이하이고, KS F 2380에 따른 박리저항성이 1/4 이하이고, KS L 5111에 따른 흐름 시험이 50 % 이하이고, KS F 2337에 의한 침수팽창이 3 % 인 것을 사용하였다.
상기 유화아스팔트는 한국석유공업 주식회사의 MSC-2를 사용하였으며, 바인더는 선형 저밀도 폴리에틸렌(MFR=50g/10분(190 ℃ 21.16N 하중), 밀도=0.928 g/cm3, 융해 피크 온도=122 ℃) 100 g 에 비닐트리메톡시실란(VTMOS) 0.5 g, 과산화디큐밀(Dicumyl peroxide) 0.2 g을 넣고 교반한 후 220 ℃로 설정된 2축 압축기(Ikegai사, PCM-45)에 투입하여 수득한 변성폴리에틸렌 60 g, CNSL(Cashew Nut Shell Liquid)의 증발 잔류물 70 g과 파라핀계 오일 30 g을 상온에서 H.S.D(High Speed Dissolver)를 이용하여 균일하게 혼합하여 제조된 오일 50 g, 야자열매에서 추출한 팜 오일을 사용하여 제조한 팜 왁스에 수산화나트륨, 스테아린산, 소석회 등을 혼합하여 제조된 왁스 50 g을 중탕가열하여 혼합하여 제조하였다.
상기 개질첨가제에 포함되는 계면활성제는 직쇄알킬벤젠계, 고급알콜계, 고급알콜계 음이온 계면활성제와 고급 아민계 비이온계 계면활성제, 들국화 추출물, 염화나트륨, 황산나트륨, 황산마그네슘을 혼합하여 준비하였다.
상기 개질첨가제는 부틸아크릴레이트 800 g, 메틸메타크릴레이트(Methyl Metacrylate) 750 g, 스티렌 1 kg 을 적정한 양의 증류수에 40 ~ 50℃의 온도에서 30 분간 혼합한 후, 아크릴산(Acryl Acid) 400 g를 증류수에 용해시켜 일정한 속도로 투입하고 충분히 와류가 형성되도록 교반하면서 반응 온도를 50 ~ 80℃로 하여 2시간 동안 교반시켜 고분자혼합물을 준비한 다음, 하기 표 1에 제시된 비율로 준비된 고분자물질, 계면활성제, 유화제를 혼합하여 개질첨가제를 준비하였다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
순환골재 20mm이하
 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200
10mm이하
 2,620 2,610 2,620 2,521 2,620 2,620 2,620 2,620 2,615
신재골재 10mm이하
 5,254 5,158 5,200 5,200 5,250 5,200 5,150 5,200 5,200
채움재
(석회석분)		 380 380 380 380 380 380 380 380 380
유화아스팔트 50 50 50 50 50 50 50 50 50
개질첨가제 고분자
혼합물		 16.4 54.1 40.1 35.8 18.3 36.1 53.9 36.6 33.8
계면
활성제		 1.5 4.6 - 4.1 1.6 3.4 4.6 3.6 3.1
유화제 0.4 1.7 - 1.0 0.2 0.7 1.4 - 1.0
물 27.7 91.6 59.9 48.1 29.9 59.8 90.1 59.8 57.1
바인더 - - - 110 - - - - 10
물 450 450 450 450 450 450 450 450 450
합계 10,000 10,000 10,000 10,000 10,000 10,000 10,000 10,000 10,000
(단위 : g)
[실험예 1]
상온 재생 아스팔트 콘크리트 물성측정
상기 제조예에서 제조된 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 4의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 사용하여 각각 101.6 mm × 63 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 재활용 상온 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 실내에서 2 ~ 3시간 방치 후 탈형하고, 25 ℃의 공기욕조에서 2시간 방치시켰다.
마샬안정도 및 흐름값(시험방법 KS F 2337) 시험은 아스팔트 혼합물(아스팔트 콘크리트)의 실내 다짐으로 만들어진 원주형 공시체에 대한 소성 흐름 저항력을 측정하기 위한 방법으로 상기 제조된 공시체를 50.8 ㎜/min 속도로 하중을 가할 때 견딜 수 있는 최대 하중(마샬안정도)과 최대하중 하 총 수직변위(흐름값) 측정하였다.
공극율 및 포화도는 KS F 2364, 간접인장강도는 KS F 2382에 따라 시험을 진행하였다.
하기 표 2는 표층용 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시험 기준치를 나타낸 것이다.
종류
(최대골재크기)		 밀입도 개립도
20 13 10 20 13 10
마샬 다짐 횟수(회) 50 또는 75 50 또는 75
마샬안정도(N) 5,000 이상 3,500 이상
흐름값(1/100cm) 20 ~ 50
공극률(%) 3 ~ 10 3 ~ 12
간접인장강도(건조상태)
(MPa)		 0.15 이상 0.11 이상
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
다짐횟수 50 50 50 50 50 50 50 50 50
마샬안정도(N) 12,751 27,498 24,701 28,125 28,120 27,120 28,448 25,164 29,049
흐름값
(1/100cm)		 63.20 41.1 69.1 71.4 32.4 37.8 37.9 47.8 43.1
공극률(%) 9 13 11 2.9 5.4 6.4 7.9 9.2 7.8
간접
인장강도
(건조상태)
(MPa)		 0.16 0.1 0.12 0.15 0.19 0.24 0.27 0.21 0.27
상기 표 3의 결과를 살펴보면, 비교예 1은 개질첨가제 내의 함량이 너무 낮아 흐름값이 기준이 부적합하고, 비교예 2는 개질첨가제의 함량이 높아 콘크리트 내 고분자 함량이 높아 아스팔트 콘크리트의 다짐을 방해하여 공극이 커지고, 인장강도가 떨어져 공극률과 간접인장강도비가 기준에 부적합하고, 비교예 3의 경우에는 계면활성제가 포함되지 않아 혼화성이 떨어져 흐름값 및 간접인장강도가 기준에 부적합하고, 비교예 4의 경우에는 바인더의 함량이 높아 흐름값과 공극율이 기준에 부적합한 것으로 확인되었다. 실시예 1 ~ 5의 경우에는 모두 실험결과에서 우수한 결과를 보였으나, 특히 실시예 5의 경우에는 바인더를 포함하지 않는 실시예 1 ~ 4에 비하여 마샬안정도값이 증가되었음을 확인할 수 있었다. 따라서, 좀 더 우수한 물성의 상온 재생 아스팔트 콘크리트를 시공하기 위해서는 바인더를 더 추가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
상기 결과로부터, 본 발명의 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 사용하여 마샬안정도가 우수하고, 내구성이 우수한 고품질의 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 있어서,
    상기 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 전체중량에 대하여 순환골재 30 ~ 45 wt, 신재골재 50 ~ 55 wt%, 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt%, 알콕시 실란 유화제 0.01 ~ 0.1 wt%, 변성 폴리에틸렌, 오일 및 왁스를 포함하는 바인더 0.1 ~ 1 wt% 및 물 3 ~ 7 wt% 포함하고,
    상기 개질첨가제는, 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 부틸아크릴레이트 7 ~ 16 wt%, 메틸메타아크릴레이트 4 ~ 17 wt%, 스티렌 11 ~ 19 wt%, 아크릴산 1 ~ 5 wt%, 계면활성제 0.1 ~ 5 wt% 및 물 58 ~ 63 wt%를 포함하며,
    상기 순환골재는, 순환골재 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부의 N-(7-(dimethylamino)-3H-phenothiazin-3-ylidene)-N-methylmethanaminium chloride로 코팅된 것을 특징으로 하는, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시 실란 유화제는, 3-아미노프로필트리알콕시실란(3-aminopropyltrialkoxysilanes), 3-아미노프로필메틸디알콕시실란(3-aminopropylmethyldialkoxysilanes), N-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시-실란(N-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxy-silane), N-아미노에틸-3-아미노프로필-메치실디아메톡시실란(N-aminoethyl-3-aminopropyl-meththyldiamethoxysilane), 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-메타옥시프로필트리메톡시실란(3-methaoxypropyltrimethoxysilane), 3-아미노이소부틸트리알콕시실란(3-aminoisobutyltrialkoxysilanes), 3-아미노이소부틸메틸디알콕시실란(3-aminoisobutylmethyldiakloxysilanes), N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필알콕시실란(N-(2-aminoethyl)-3-amino-2-methylpropylalkoxysilanes), 및 N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필메틸디알콕시실란(N-(2-aminoethyl), 3-amino-2-methylpropylmethyldialkoxysilanes)으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 전해질 및 물을 포함하고,
    상기 음이온성 계면활성제는, 설포네이트계 음이온 계면활성제, 설페이트계 음이온 계면활성제, C8 내지 C22의 탄소수를 갖는 지방산 계면활성제, 올레핀계 음이온 계면활성제, 아민계 음이온 계면활성제 및 인산 에스테르염을 갖는 음이온 계면활성제로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것임을 특징으로 하는, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  6. 파쇄된 순환골재 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부의 N-(7-(dimethylamino)-3H-phenothiazin-3-ylidene)-N-methylmethanaminium chloride로 코팅하는 전처리 단계;
    상기 파쇄된 순환골재와 신재골재를 크기별로 선별하는 단계;
    상기 선별된 순환골재 30 ~ 45 wt%와 신재골재 50 ~ 55 wt%에 채움재 1 ~ 5 wt%, 유화아스팔트 0.1 ~ 1 wt%, 개질첨가제 0.5 ~ 1.5 wt%, 알콕시 실란 유화제 0.01 ~ 0.1 wt%, 변성 폴리에틸렌, 오일 및 왁스를 포함하는 바인더 0.1 ~ 1 wt% 및 물 3 ~ 7 wt%를 혼합하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 혼합물을 포설하는 단계; 및
    상기 포설된 혼합물을 다짐하는 단계;를 포함하고,
    상기 개질첨가제는, 상기 개질첨가제 전체중량에 대하여 부틸아크릴레이트 7 ~ 16 wt%, 메틸메타아크릴레이트 4 ~ 17 wt%, 스티렌 11 ~ 19 wt%, 아크릴산 1 ~ 5 wt%, 계면활성제 0.1 ~ 5 wt% 및 물 58 ~ 63 wt%를 포함하는, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 알콕시 실란 유화제는, 3-아미노프로필트리알콕시실란(3-aminopropyltrialkoxysilanes), 3-아미노프로필메틸디알콕시실란(3-aminopropylmethyldialkoxysilanes), N-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시-실란(N-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxy-silane), N-아미노에틸-3-아미노프로필-메치실디아메톡시실란(N-aminoethyl-3-aminopropyl-meththyldiamethoxysilane), 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-메타옥시프로필트리메톡시실란(3-methaoxypropyltrimethoxysilane), 3-아미노이소부틸트리알콕시실란(3-aminoisobutyltrialkoxysilanes), 3-아미노이소부틸메틸디알콕시실란(3-aminoisobutylmethyldiakloxysilanes), N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필알콕시실란(N-(2-aminoethyl)-3-amino-2-methylpropylalkoxysilanes), 및 N-(2-아미노에틸)-3-아미노-2-메틸프로필메틸디알콕시실란(N-(2-aminoethyl), 3-amino-2-methylpropylmethyldialkoxysilanes)으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는것을 특징으로 하는, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 시공방법.
  8. 삭제
  9. 제6항 또는 제7항에 기재된 시공방법으로 시공된 도로 표층용 상온 재생 아스팔트 콘크리트.
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