KR101668619B1 - 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법 - Google Patents

재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 폐아스콘 순환골재 60~93중량%; 신골재 또는 콘크리트용 순환골재 0.1~30중량%; 채움재 1~6중량%; 양이온계 유화아스팔트 3.0~10중량%; 및 에멀젼계 재생 첨가제 0.1~5중량%;를 포함하고, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함하며, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙을 포함하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.

Description

재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법{RECYCLED COLD ASPHALT CONCRETE MIXTURE AND ROAD PAVING METHOD USING THE SAME }
본 발명은 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법에 관한 것이다.
대부분이 아스팔트 콘크리트 혼합물로 포장된 국내의 도로는 그 증설 비율에 비해 교통량이 급속도로 증가하고 있고, 이에 따라 이러한 포장도로는 소성변형과 균열 등으로 인해 공용수명을 채우지 못하고 조기 파손으로 인해 유지보수 비용이 증가되고 있다.
이러한 아스팔트 콘크리트 포장의 유지보수 공법으로는 덧씌우기 공법과 절삭 덧씌우기 공법이 있는데, 종래 주로 채택되던 덧씌우기 공법은 시공할 때마다 덧씌우기 두께만큼 노면이 상승하여 차량 통과 높이 제한에 따른 사고의 위험이 있을 뿐만 아니라, 배수 구조물의 기능 저하, 도로면 경계석, 맨홀 등과의 높이 유지에 따른 문제와 주변 구조물과의 높이 차, 불필요한 길 어깨까지 덧씌우기를 해야하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 최근에는 기존 노면을 절삭한 후 덧씌우는 방법을 이용한 절삭 덧씌우기 공법을 사용하여 종래의 덧씌우기 공법의 문제점을 대부분 해결할 수 있었으나, 절삭 및 재시공에 막대한 비용이 소모되고, 그 결과물로 발생하는 폐아스팔트 콘크리트의 처리방법이 환경문제로 대두되고 있어 이에 대한 근본적인 해결방안이 요구되는 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 선진국을 중심으로 에너지 절약, 자원 재활용이라는 목적 하에 도로포장의 재생 기술을 연구한 결과, 플랜트 가열 재생 아스팔트 혼합물 공법과 현장 가열 표층 재생 공법을 개발하였으나, 이들은 모두 가열을 통해 시공해야만 하는 문제점이 있다.
즉, 플랜트 가열 재생 아스팔트 혼합물 공법과 현장 가열 표층 재생 공법은 모두 상온시공이 아닌 고온에서 가열을 통해 시공해야 하기 때문에, 가열로 인한 연료비용 증가, 다량의 유해가스 및 이산화탄소 발생, 시공의 복잡성, 가열과정에서 아스팔트의 산화 및 노화 등의 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 상온시공을 통해 이산화탄소 및 유해가스의 발생을 억제하고, 자원 재활용 및 연료비용 절감을 통해 경제성을 향상시키며, 포장도로의 공용수명을 향상시킬 수 있는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 폐아스콘 순환골재 60~93중량%; 신골재 또는 콘크리트용 순환골재 0.1~30중량%; 채움재 1~6중량%; 양이온계 유화아스팔트 3.0~10중량%; 및 에멀젼계 재생 첨가제 0.1~5중량%;를 포함하고, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함하며, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙, 아크릴 폴리머, 폴리비닐아세테이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 채움재가 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이 애시, 회수 더스트, 전기로 제강 더스트, 주물 더스트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 석회석분이 CaO 51.1~54.8중량부, 및 첨가물 1.5~2.5중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 첨가물이 MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙, 아크릴 폴리머, 및 폴리비닐아세테이트를 포함하고, 각각의 함량이 상기 카본블랙 1~60중량부, 상기 아크릴 폴리머 1~50중량부, 및 상기 폴리비닐아세테이트 1~50중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 인화점(CoC)이 218℃ 이상, 동점도(25℃, SFS)가 15~85이고, 박막가열 후 점도비(60℃)가 2 이하이며, 박막가열 후 질량변화율(%)이 ±3 이하일 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 측면은 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하고, (a) 도로 포장의 신설 및 보수 부위에 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포설하고, 다짐 및 양생하는 단계; 및 (b) 상기 다짐 및 양생이 완료된 부위의 상부에 마감재를 도포 및 양생하는 단계;를 포함하는, 도로포장방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 마감재가 양이온계 유화아스팔트일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 마감재를 단위면적(㎡/L) 당 0.1~2.0중량% 도포할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 아스팔트 콘크리트의 폐기물을 골재로 사용함에 따라 자원 재활용 효과를 제고할 수 있고, 유화아스팔트를 사용함에 따라 상온시공이 가능하여 유해가스 발생을 억제하고, 연료비용을 절감할 수 있다.
또한, 유화아스팔트 및 재생 첨가제에 폴리비닐아세테이트, 카본블랙과 같은 첨가물을 혼합함으로써 아스팔트 콘크리트 혼합물의 접착력, 내구성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 이러한 아스팔트 혼합물의 포장이 완료된 후, 이와 유사한 성분으로 이루어진 마감재를 도포하여 분진 발생 등을 억제함으로써 도로 환경을 보호할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로포장방법을 도식화한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물
본 발명의 일 측면에 따른 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물이 폐아스콘 순환골재 60~93중량%; 신골재 또는 콘크리트용 순환골재 0.1~30중량%; 채움재 1~6중량%; 양이온계 유화아스팔트 3.0~10중량%; 및 에멀젼계 재생 첨가제 0.1~5중량%;를 포함하고, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함하며, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙, 아크릴 폴리머, 폴리비닐아세테이트, 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 “폐아스콘 순환골재”는, 통상의 도로포장에 사용된 아스팔트 콘크리트의 폐기물을 골재로 사용할 수 있도록 분쇄한 것을 의미하는 것으로, 상기 폐아스콘 순환골재는 기술표준 KS F 2572에 적합한 것이면 그 종류에 제한 없이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 폐아스콘 순환골재는 폐아스콘을 죠크라샤를 이용하여 1차 파쇄하고, 세척하여 이물질을 제거한 후 더블 죠크라샤로 2차 파쇄하고, 콘크라샤로 3차 파쇄하여 입도에 따라 선별된 것이 사용될 수 있다. 이 때, 상기 폐아스콘 순환골재는 입도 25㎜ 이하인 골재 25~35중량부, 13㎜ 이하인 골재 30~40중량부, 8㎜ 이하인 골재 30~40중량부로 이루어진 것이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폐아스콘 순환골재의 함량은 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 60~93중량%일 수 있는데, 그 함량이 60중량% 미만이면 폐아스콘의 사용량이 적어 자원 재활용 목적에 부합되지 않을 수 있으며, 93중량% 초과이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 부착력 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 폐아스콘 순환골재와 마찬가지로, 상기 신골재 또는 콘크리트용 순환골재 또한 입도에 따라 선별된 것이 사용될 수 있고, 상기 신골재는 상기 폐아스콘 순환골재와 동일한 기준에 따라 선별된 것이 사용될 수 있으며, 상기 콘크리트용 순환골재는 기술표준 KS F 2573에 적합하도록 선별된 것이 사용될 수 있다.
상기 신골재 또는 콘크리트용 순환골재의 함량은 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 0.1~30중량%일 수 있는데, 그 함량이 30중량%를 초과하게 되면 폐아스콘 순환골재의 사용량이 상대적으로 감소하게 되어 자원 재활용 목적에 부합되지 않을 수 있다.
상기 채움재는 골재의 간극을 충진하는 역할을 하는 것으로, 아스팔트 등의 바인더 성분과 일체화되어 아스팔트 콘크리트 혼합물의 안정성, 감온성, 내구성 등을 개선시키며 공극률을 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 채움재가 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이 애시, 회수 더스트, 전기로 제강 더스트, 주물 더스트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 주물 더스트는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 색상을 부여하는 착색제로서의 기능을 할 수도 있다. 구체적으로, 상기 주물 더스트가 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 2.8~2.9중량%인 경우 일반 아스팔트 콘크리트 혼합물과 유사한 색도가 구현될 수 있다.
다만, 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물이 도로포장의 기층용으로 사용되는 경우, 채움재와 관련된 기술표준 KS F 3501에 따라 아스팔트 콘크리트 혼합물이 유화아스팔트를 사용하기 때문에 물과 반응하여 강도를 발현시키는 재료는 사용될 수 없다. 따라서, 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물을 도로포장의 기층용으로 적용할 때에는 시멘트 성분을 제외한 나머지 성분, 바람직하게는, 석회석분이 사용될 수 있다.
상기 석회석분은 친유성이 높은 무극성의 분말로, 물과 혼합되면 이에 반발하여 구를 형성하는 소수성의 특성이 강하다. 또한, 석회석분은 소수성 세포막을 형성하고 이를 유지하는 능력이 우수하기 때문에, 세포 내외에 존재하는 이온이나 극성 분자와 같은 수용성 물질들이 이러한 세포막을 통해 이동할 수 없어 세포 내의 환경이 일정하게 유지되는 특성이 있다.
이 때, 상기 석회석분이 CaO 51.1~54.8중량부, 및 첨가물 1.5~2.5중량부를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 상기 첨가물이 Al2O3, SiO3, Fe2O3, MgO, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 석회석분은 아스팔트 콘크리트 혼합물에 배합 시 박리방지제로서의 기능도 수행할 수 있으므로, 이에 포함된 조성의 함량 및 첨가물의 종류가 상기와 같이 구성되는 경우 골재 간 박리 현상 억제 효과를 극대화할 수 있다.
상기 채움재의 함량이 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 1~6중량% 포함될 수 있다. 상기 채움재의 함량이 1중량% 미만이면 공극률 감소 효과가 미약하여 아스팔트 콘크리트 혼합물의 내구성이 저하될 수 있고, 6중량% 초과이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 흐름값이 감소하여 도로포장을 위한 품질기준에 적합하지 않을 수 있다.
한편, 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물은 골재 간 결합력을 향상시키고, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트의 품질기준에 적합한 양이온계 유화아스팔트를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 “유화아스팔트”는, 고체 또는 반고체 상태인 아스팔트를 가열 없이 상온에서 사용할 수 있도록 아스팔트를 미립으로 분쇄한 후 물 속에 분산시킨 에멀젼 형태의 아스팔트를 의미한다. 이 때, 물과 아스팔트는 서로 혼화되지 않기 때문에, 밀(mill)에서 고속으로 분쇄하여 1~5㎛의 평균입경을 가지는 아스팔트 입자를 유화제를 사용하여 물 속에 고르게 분산시킴과 동시에, 아스팔트 입자 표면에 전하를 부여하여 입자 간 응집 현상을 방지하도록 할 수 있다.
상기 유화아스팔트는 액상으로 존재하나, 골재와 혼합되면 유화아스팔트 내 물과 아스팔트 성분이 분리되어 아스팔트 성분만이 골재의 표면에 부착됨으로써 골재 간 결합을 형성시키는 바인더 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 유화아스팔트에 포함된 유화제의 전하에 따라 양이온계, 비이온계, 음이온계 유화아스팔트로 분류되며, 사용되는 골재의 극성에 따라 상기 유화아스팔트의 극성이 달라질 수 있다.
예를 들어, 사암, 석영, 규산질계 골재는 표면이 음전하로 대전되어 있기 때문에 양이온계 유화아스팔트가 사용될 수 있는 반면에, 석회석과 같은 골재는 표면이 음전하로 대전되어 있어 음이온계 유화아스팔트가 사용될 수 있다.
다만, 비이온계 유화아스팔트 및 음이온계 유화아스팔트에 비해 유화 입자의 분해가 상대적으로 신속하게 이루어져 도로포장 후 교통 개방이 비교적 단시간에 이루어질 수 있고, 저장 안정성 및 접착력이 우수한 양이온계 유화아스팔트를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 양이온계 유화아스팔트에 포함된 유화제는 지방족 디아민염, 4차 암모늄염 등을 그 예로 들 수 있다.
나아가, 유화아스팔트는 상대적인 유착(coalesce) 속도, 즉 양생 내지 경화 속도에 따라 급속경화형(RS, rapid setting), 중속경화형(MS, medium setting), 및 완속경화형(SS, slow setting)으로 분류될 수 있고, 이들은 각각의 용도에 적합하도록 단독 또는 적절하게 혼합되어 사용될 수 있다. 다만, 유화아스팔트에 관한 기술표준 KS M 2203에 따라 상기 양이온계 유화아스팔트는 급속경화형(RS(C))이 사용될 수 있다.
상기 양이온계 유화아스팔트의 함량이 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 3.0~10중량%일 수 있다. 상기 양이온계 유화아스팔트의 함량이 3.0중량% 미만이면 골재 간 부착력 향상 효과가 미약할 수 있고, 10중량% 초과이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 흐름값이 감소하여 도로포장을 위한 품질기준에 적합하지 않을 수 있다.
또한, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함할 수 있다.
상기 아스팔트의 함량이 40중량부 미만이면 바인더로서의 역할이 미미할 수 있고, 65중량부 초과이면 유화아스팔트의 점도 증가에 따라 아스팔트 콘크리트 혼합물의 품질이 저하될 수 있다.
상기 유화제는 전술한 것과 같이 지방족 디아민염, 4차 암모늄염 등의 양이온계 유화제를 사용할 수 있으며, 그 함량이 0.1중량부 미만이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 양생 시간이 지연될 수 있고, 3.0중량부 초과이면 유화아스팔트의 상 분리 현상이 발생할 수 있다.
상기 염화칼슘은 유화아스팔트의 저장 안정성을 향상시키는 역할을 하는 것이며, 그 함량이 0.1중량부 미만이거나 2.0중량부 초과이면 유화아스팔트의 상 분리 현상이 발생할 수 있다.
상기 염산은 pH 조절제로서의 역할을 하며, 그 함량이 0.01중량부 미만이면 유화아스팔트의 유화 안정성 저하에 따른 상 분리 현상이 발생할 수 있고, 1.0중량부 초과이면 유화아스팔트의 점도가 증가하여 아스팔트 콘크리트 혼합물의 흐름값이 품질기준에 적합하지 않을 수 있을 뿐만 아니라 저장 설비의 부식 등을 야기할 수 있다.
특히, 상기 유화아스팔트에 포함된 폴리비닐아세테이트(PVAc)는 상기 채움재, 예를 들어, 석회석분에 포함된 CaO, Al2O3, SiO3, Fe2O3, MgO 등의 성분이 물과 수화반응을 일으켜 발생하는 열에 의해 건조, 경화되어 골재 간 망상 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 채움재가 단독으로 사용되는 경우에 비해 아스팔트 콘크리트 혼합물의 공극률을 더욱 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라, 접착력과 인장강도를 향상시켜 팽창 균열을 억제할 수 있다.
이 때, 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 0.1중량부 미만이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 접착력 및 인장강도 등의 향상 효과가 미약할 수 있고, 3.0중량부 초과이면 유화아스팔트의 점도가 과도하게 증가하여 골재와의 혼합이 용이하지 않을 수 있다.
또한, 상기 양이온계 유화아스팔트는 폴리비닐아세테이트의 기능을 강화시키기 위해 아크릴 폴리머를 더 포함할 수 있다. 즉, 폴리비닐아세테이트와 아크릴 폴리머가 함께 적용되는 경우, 단독으로 적용되는 경우에 비해 골재 간 더욱 견고한 망상 구조가 형성될 수 있어 아스팔트 콘크리트 혼합물의 내구성, 인장강도 등의 물성이 보다 향상될 수 있다. 상기 아크릴 폴리머가 더 포함되는 경우, 폴리비닐아세테이트 및 아크릴 폴리머의 혼합물의 함량이 0.1~3.0중량부일 수 있다.
상기 아크릴 폴리머는 아크릴 모노머 간 중합 반응에 따라 형성된 것일 수 있고, 구체적으로, 상기 아크릴 모노머가 메틸메타크릴레이트 모노머, 에틸아크릴레이트 모노머, 부틸아크릴레이트 모노머, 아크릴로니트릴 모노머, 메타크릴산 모노머, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
예를 들어, 상기 아크릴 폴리머는 부틸아크릴레이트 모노머 100중량부, 메틸메타크릴레이트 모노머 60~100중량부, 아크릴로니트릴 모노머 10~40중량부, 메타크릴산 모노머 15~50중량부가 중합되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 재생 첨가제는 구재 아스팔트, 즉, 폐아스콘에 포함된 아스팔트의 침입도와 점도를 증가시켜 이의 성능을 회복시키는 역할을 하는 것으로, 에멀젼계 재생 첨가제가 사용될 수 있다.
이 때, 상기 에멀젼계 재생 첨가제의 함량이 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물의 전체 중량을 기준으로 0.1~5중량%일 수 있다. 상기 에멀젼계 재생 첨가제의 함량이 0.1중량% 미만이면 구재 아스팔트의 성능 회복 효과가 구현되지 않을 수 있고, 5중량% 초과이면 구재 아스팔트 성능 회복에 필요한 양보다 과량으로 사용되어 경제성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성이 저하될 수 있다.
상기 에멀젼계 재생 첨가제는 카본블랙, 아크릴 폴리머, 폴리비닐아세테이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
상기 카본블랙은 공업적으로 천연가스 타르 등을 불완전 연소시켜 생긴 그을음을 포집하거나 그것들을 열분해하여 제조할 수 있으며, 이는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 강성 및 내열성을 부여할 수 있다. 특히, 상기 카본블랙이 아스팔트 콘크리트 혼합물에 첨가되는 경우 광선을 차단하는 효과가 우수하기 때문에 아스팔트 콘크리트 혼합물에 내광성을 부여할 수 있고, 이에 따라 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물이 포장된 도로면의 광산화를 억제할 수 있다.
또한, 상기 카본블랙은 구재 아스팔트의 내부로 침투하여 부착력을 향상시키고, 부식 작용을 일으키지 않으면서도 시간이 경과함에 따라 우수한 착색 효과를 부여할 수 있다. 즉, 아스콘 순환골재를 이용하여 도로 포장을 하는 경우, 신골재를 이용한 포장에 비해 채도가 낮기 때문에 상기 카본블랙이 첨가되어 이에 대한 착색 효과를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 카본블랙이 케첸블랙(ketjen black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 퍼니스블랙(furnace black), 채널블랙(channel black), 팀칼카본블랙(timcal carbon black), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아크릴 폴리머와 상기 폴리비닐아세테이트는 폐아스콘에 함유된 구재 아스팔트 성분을 용해 및 재생시키고, 이에 점착 성능을 부여하여 골재 간 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 탄력성을 유지하도록 작용할 수도 있다.
또한, 상기 카본블랙, 아크릴 폴리머, 및 상기 폴리비닐아세테이트는 단독으로 상기 재생 첨가제에 포함될 수 있으나, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성을 보다 효과적으로 개선하기 위해 이들 중 2 이상의 혼합물로 포함될 수도 있다.
구체적으로, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙, 아크릴 폴리머, 및 폴리비닐아세테이트를 포함하고, 각각의 함량이 상기 카본블랙 1~60중량부, 상기 아크릴 폴리머 1~50중량부, 및 상기 폴리비닐아세테이트 1~50중량부일 수 있다.
즉, 상기 아크릴 폴리머와 상기 폴리비닐아세테이트는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 배합 시 망상 구조를 형성할 수 있고, 이러한 망상 구조 내부로 상기 카본블랙이 삽입 및 고정됨으로써 부착력, 착색성 등의 물성 향상 효과가 더욱 효과적으로 구현될 수 있다.
이 때, 상기 카본블랙의 함량이 10중량부 미만이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성 개선 및 착색 효과가 미약할 수 있고, 60중량부 초과이면 과량의 카본블랙이 첨가됨에 따라 아스팔트 콘크리트 혼합물의 점도가 감소할 수 있다.
또한, 상기 아크릴 폴리머 또는 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 1중량부 미만이면 형성되는 망상 구조가 견고하지 못하여 카본블랙이 탈리될 수 있고, 50중량부 초과이면 아스팔트 콘크리트 혼합물의 점도가 과도하게 증가하여 물성이 저하될 수 있다. 상기 아크릴 폴리머에 포함되는 아크릴 모노머의 종류 및 함량에 관해서는 전술한 것과 같다.
한편, 상기 에멀젼계 재생 첨가제가 인화점(CoC)이 218℃ 이상, 동점도(25℃, SFS)가 15~85이고, 박막가열 후 점도비(60℃)가 2 이하이며, 박막가열 후 질량변화율(%)이 ±3 이하일 수 있다. 상기 재생 첨가제가 이러한 물성을 만족하는 경우, 구재 아스팔트의 성능을 회복시킬 수 있음과 동시에 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 품질기준도 만족할 수 있다.
이러한 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물은 도로포장용, 산업단지 포장용, 또는 토목, 건축 공사의 바닥포장용으로 사용될 수 있고, 도로포장용으로 사용되는 경우, 기층용과 표층용에 모두 사용될 수 있다.
도로포장방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로포장방법을 도식화한 것이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 도로포장방법이 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하고, (a) 도로 포장의 신설 및 보수 부위에 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포설하고, 다짐 및 양생하는 단계; (b) 상기 다짐 및 양생이 완료된 부위의 상부에 마감재를 도포 및 양생하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서는 신설 도로를 개통하는 경우나, 기존 노화 도로의 보수가 요구되는 부위에 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트를 포설한 후, 다짐 및 양생 작업을 수행할 수 있다.
이 때, 상기 포설 작업은 인력을 이용하여 수행될 수 있고, 아스팔트 피니셔를 이용하여 수행될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 포설 작업과 관련된 어떠한 공지의 기술도 사용될 수 있다.
상기 다짐 작업은 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물이 포설된 부위에 머캐덤롤러, 탠덤롤러, 타이어롤러, 진동롤러, 핸드용 콤팩터 등을 이용하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 다짐 작업이 다수의 단계로 수행될 수 있고, 바람직하게는, 머캐덤롤러 4회, 타이어롤러 8회, 탠덤롤러 4회, 마무리 다짐 탠덤롤러 4회가 순차적으로 수행되는 방식일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다짐 작업이 완료된 포장면을 덮고 일광이나 풍우, 하중 등의 외부 요인으로부터 보호하며 습도 및 온도를 적절하게 유지함으로써 양생 작업을 거치면 도로포장이 완료될 수 있다.
다만, 상기 (a) 단계만이 수행된 도로는 시공 후 분진 발생 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 (b) 단계에서 다짐 및 양생이 완료된 부위의 상부에 마감재를 도포함으로써 분진 발생 등의 문제를 억제할 수 있다.
이 때, 상기 마감재가 양이온계 유화아스팔트일 수 있고, 구체적으로, 상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함할 수 있다. 각각의 함량에 대한 효과에 관해서는 전술한 것과 같다.
즉, 상기 양이온계 유화아스팔트는 상기 (a) 단계에서 포설된 아스팔트 콘크리트 혼합물의 성분인 유화아스팔트와 동일한 것일 수 있다. 이에 따라 상기 (b) 단계가 완료된 포장도로는 점착성, 내화학성, 내유성 등의 물성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 시공 후 분진이 발생하지 않아 환경적 측면에서도 바람직할 수 있으며, 포장면의 표면이 습한 경우에도 시공이 용이할 수 있다.
한편, 상기 (b) 단계에서 상기 마감재를 단위면적(㎡/L) 당 0.1~2.0중량% 도포할 수 있다. 상기 마감재가 단위면적 당 0.1중량% 미만으로 도포되면 마감재 도포층의 하층을 보호하는 효과가 미약할 수 있고, 2.0중량%을 초과하여 도포되면 상기 마감재를 과량 사용함에 따른 경제적 손실이 발생할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
각종 도로 포장재의 재포장 등을 위해 해체 및 수집된 폐아스콘을 파쇄, 선별, 분급의 단계를 거쳐 입도 25㎜ 이하인 골재 31중량부, 13㎜ 이하인 골재 35중량부, 8㎜ 이하인 골재 34중량부로 이루어진 폐아스콘 순환골재 82중량%, 동일한 입도별 함량으로 이루어진 신골재 8중량%, 채움재로 석회석분 4.0중량%, 양이온계 유화아스팔트 4.0중량%, 및 에멀젼계 재생 첨가제 2.0중량%를 혼합용 믹서에 투입하고, 상온에서 90초 동안 혼합함으로써 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하였다.
이 때, 상기 양이온계 유화아스팔트는 아스팔트(AP-3) 55중량부, 유화제로 4차 암모늄염 2.5중량부, 염화칼슘 1.5중량부, 염산 0.8중량부, 물 57중량부, 및 폴리비닐아세테이트 2.2중량부가 프리믹싱된 것을 사용하였으며, 에멀젼계 재생 첨가제로는 물 95중량부, 카본블랙 40중량부, 아크릴 폴리머 25중량부, 및 폴리비닐아세테이트 35중량부가 프리믹싱된 것을 사용하였다.
또한, 상기 석회석분은 CaO 54.6 중량%, MgO 0.35중량%, SiO2 0.03중량%, Al2O3 0.01 중량%, Fe2O3 0.04중량%를 함유한 것을 사용하였다.
실시예 2
에멀젼계 재생 첨가제로 물 95중량부, 카본블랙 55중량부, 및 아크릴 폴리머 45중량부가 프리믹싱된 것을 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하였다.
비교예 1
양이온계 유화아스팔트의 성분 중 폴리비닐아세테이트를 대체하여 아크릴 폴리머 2.2중량부를 사용하고, 에멀젼계 재생 첨가제로 물 95중량부, 및 카본블랙 100중량부가 프리믹싱된 것을 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하였다.
실험예 1 : 유화아스팔트의 물성 측정
상기 실시예 1에 따른 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함된 양이온계 유화아스팔트의 물성을 시험하기 위해 기술표준 KS M 2203에 따른 품질 및 성능 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 단위 기준값 결과값
앵글러도(점도, 25℃) - 3~40 5
체 잔류분(1.18㎜) 중량% 0.3 이하 0.2
부착도 - 2/3 이상 3/4
입자의 전하 - 양(+) 양(+)
증발 잔류분 중량% 50 이상 55
증발 잔류물 - 침입도(25℃) 1/10㎜ 60~150 113
증발 잔류물 - 신도(15℃) ㎝ 40 이상 90
증발 잔류물 - 톨루엔 가용분 중량% 98 이상 99
저장 안정도(24h) 중량% 1 이하 0.8
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함된 유화아스팔트가 기줄표준 KS M 2203에서 요구하는 품질기준 및 성능기준에 적합하고, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 내구성과 공용성을 향상시킬 수 있는 결과가 도출되었음을 확인하였다.
실험예 2 : 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성 측정
상기 실시예 1~2 및 비교예에 따른 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성을 측정하기 위해, 각각의 혼합물을 기술표준 KS F 2350에 의거하여 시료를 채취하였다.
채취한 각각의 시료를 기술표준 KS F 2337에 명시된 마샬다짐방법으로 50회 실시하여 공시체를 제작하였으며, (60±1)℃의 오븐에서 48시간 동안 양생을 실시하고 상온의 실내에서 2시간 방치한 후 탈형하였다. 이후, (25±1)℃의 공기 욕조에 넣고 2시간 동안 유지시킨 후 기술표준 KS F 2337에 의거하여 각 혼합물의 안정도, 흐름값을 측정하였고, 기술표준 KS F 2364에 의거하여 각 혼합물의 공극률을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 기준값 실시예 1 실시예 2 비교예 1
안정도(25℃, N) 3,500 이상 18,353 17,645 14,008
흐름값(1/100㎝) 10~50 27 29 29
공극률(%) 3~12 4.7 4.8 5.0
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1~2, 및 비교예의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 모두 품질기준에 적합한 성능을 나타내었다. 다만, 실시예 1~2의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 비교예 1의 아스팔트 콘크리트 혼합물 대비 양이온계 유화아스팔트의 성분 중 아크릴 폴리머를 대체하여 폴리비닐아세테이트가 사용되고, 재생 첨가제의 성분으로 아크릴 폴리머 및 폴리비닐아세테이트가 카본블랙과 함께 사용됨에 따라 안정도 및 공극률 값이 특히 우수함을 확인하였다.
또한, 에멀젼계 재생 첨가제의 성분으로 카본블랙과 아크릴 폴리머만이 사용된 실시예 2의 아스팔트 콘크리트 혼합물에 비해, 상기 성분들에 더하여 폴리비닐아세테이트를 사용한 실시예 1의 아스팔트 콘크리트 혼합물이 다소 향상된 안정도 및 공극률 값을 나타내었다. 이는 아크릴 폴리머와 폴리비닐아세테이트가 함께 적용됨으로써, 단독으로 적용되는 경우에 비해 견고한 망상 구조를 형성하였기 때문인 것으로 분석된다.
이러한 결과로부터, 양이온계 유화아스팔트 및 재생 첨가제의 성분으로 상기와 같은 물질이 첨가됨으로써 아스팔트 콘크리트 혼합물의 도로포장 후 소성변형을 효과적으로 방지함은 물론 내구성과 공용성을 향상시킬 수 있을 것으로 분석된다.
나아가, 상기 시험 결과는 표층용 및 기층용 모두에 적용 가능한 기준값을 기반으로 측정된 것으로, 이에 따라 상기 아스팔트 콘크리트 혼합물은 도로포장의 표층용 및 기층용 모두 적용될 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물에 있어서,
    폐아스콘 순환골재 60~93중량%;
    신골재 또는 콘크리트용 순환골재 0.1~30중량%;
    채움재 1~6중량%;
    급속경화형(RS, rapid setting) 양이온계 유화아스팔트 3.0~10중량%; 및
    에멀젼계 재생 첨가제 0.1~5중량%;를 포함하고,
    상기 급속경화형 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함하며,
    상기 에멀젼계 재생 첨가제가 카본블랙 1~60중량부, 아크릴 폴리머 1~50중량부, 및 폴리비닐아세테이트 1~50중량부를 포함하고,
    상기 아크릴 폴리머와 상기 폴리비닐아세테이트는 상기 혼합물 내에서 망상 구조를 형성하고, 상기 망상 구조 내부에 상기 카본블랙이 고정된 구조를 이루며,
    상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 마샬안정도가 18,000N(25℃) 이상이고 공극률이 4.7% 이하인, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채움재가 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이 애시, 회수 더스트, 전기로 제강 더스트, 주물 더스트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 석회석분이 CaO 51.1~54.8중량부, 및 첨가물 1.5~2.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 첨가물이 MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에멀젼계 재생 첨가제가 인화점(CoC)이 218℃ 이상, 동점도(25℃, SFS)가 15~85이고, 박막가열 후 점도비(60℃)가 2 이하이며, 박막가열 후 질량변화율(%)이 ±3 이하인 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  7. 제1항 내지 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하고,
    (a) 도로 포장의 신설 및 보수 부위에 상기 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포설하고, 다짐 및 양생하는 단계; 및
    (b) 상기 다짐 및 양생이 완료된 부위의 상부에 마감재를 도포 및 양생하는 단계;를 포함하는, 도로포장방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마감재가 양이온계 유화아스팔트인 것을 특징으로 하는, 도로포장방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양이온계 유화아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 폴리비닐아세테이트(PVAc) 0.1~3.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 도로포장방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 마감재를 단위면적(㎡/L) 당 0.1~2.0중량% 도포하는 것을 특징으로 하는, 도로포장방법.
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