KR101686062B1 - 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 포장구조 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개질아스팔트, 골재, 첨가제를 포함하는 하부층용 아스팔트 혼합물에 있어서, 상기 개질아스팔트는 일반아스팔트에 천연아스팔트를 혼합하되 천연아스팔트는 내부는 천연아스팔트로 구성되고 표면에 석분에 의한 코팅층이 형성된 볼형태의 석분코팅볼로 첨가되는 것을 특징으로 하는 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

Description

천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 포장구조 시공방법{ASPHALT MIXTURE FOR UNDERLAYERS USING NATURAL ASPHALT COATING BALL AND CONSTRUCTING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 복합단면포장, 교면포장 또는 토공부포장에 있어 상층 또는 표층의 하부층을 이루는 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 포장구조 시공방법에 관한 것이다.

복합단면포장, 교면포장 또는 토공부포장에 사용되는 아스팔트 혼합물은 아스팔트 바인더와 조골재 및 세골재를 포함한 골재, 그리고 채움재를 이용하여 만들어진다.

이러한 아스팔트 혼합물은 아스팔트 바인더가 상온에서 반고체 내지 고체로 되어있기 때문에 아스팔트 포장 건설을 위한 혼합, 포설 및 다짐시 고온으로 가열하여야 한다. 상기 아스팔트는 점착성이 뛰어나고 광물질 재료와의 부착성이 우수하기 때문에 결합재료나 접착재료로 골재와 골재를 접착시키고, 물에 용해되지 않고 불투수성이므로 방수성이 우수하며, 사용목적에 따라 점도를 변화시킬 수 있어 시공성 역시 우수하다.

그런데 이러한 아스팔트의 기능을 향상시키기 위해서 다양한 개질아스팔트가 제안되고 있는데 일 예로 대한민국 특허등록 제10-1498661호에서는 아스팔트 도로의 포장은 기층, 중간층, 표면층으로 구성되되, 중간층을 형성하는 불 투수 아스팔트 혼합물은 폴리머 개질 아스팔트와 천연 아스팔트로 된 혼합액 5∼20중량%과 모래 및 골재, 석분의 혼합물 80∼95중량%를 온도 170℃∼220℃에서 혼합용융하여 혼합물이 이루어지는 불 투수성 아스팔트 포장공법에 있어서, 상기 중간층을 형성하는 불 투수 아스팔트 혼합물의 혼합액은 폴리머 개질 아스팔트 100에 대하여 천연 아스팔트를 30~75중량%로 혼합한 혼합액으로 이루어지고, 상기 혼합물은 보관온도 90~130℃에서 모래 및 골재의 혼합물이 아스팔트 플랜트에서는 45~120초 동안 혼합하여 최종 아스팔트 혼합물이 만들어진 후 포설 온도 160~220℃로 포설되며 포설된 아스팔트 압착 공극율은 0~2%로이루어진 것을 특징으로 하는 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법을 제시하고 있다.

그런데 상기 기술의 경우 폴리머 개질 아스팔트에 천연아스팔트를 혼합하여 개질을 시키는데 천연아스팔트는 점착성에 의해 벌크를 형성하고 있는 바, 천연아스팔트의 취급 및 배합이 용이하지 않고 쿠킹 등 가열에 의해 용융시켜야 하는데 천연아스팔트는 벌크를 형성하고 있으므로 내부까지 용융을 시키기 위해 가열시간을 길게 가져가야 하는 문제가 있으며 긴 가열에 의해 아스팔트가 열화되는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제10-1498661호

본 발명은 방수성, 시공성, 내열화성 등 내구성이 우수한 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 포장구조 시공방법을 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물은 개질아스팔트, 골재, 첨가제를 포함하는 하부층용 아스팔트 혼합물에 있어서, 상기 개질아스팔트는 일반아스팔트에 천연아스팔트를 혼합하되 천연아스팔트는 내부는 천연아스팔트로 구성되고 표면에 석분에 의한 코팅층이 형성된 볼형태의 석분코팅볼로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 석분코팅볼에 있어 천연아스팔트에는 크럼러버(CRUMB RUBBER)가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 골재는 SMA입도 또는 SMA와 GUSS의 혼합입도로 배합되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제는 중온화 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 상기 중온화 첨가제에는 크로마이트와 황산화철이 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 석분코팅볼에 있어 천연아스팔트에는 폴리부타디엔과 팔라듐이 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 포장구조 시공방법은 콘크리트포장, 교면바닥 또는 기층 상부에 상기 하부층용 아스팔트 혼합물을 시공하여 하부층을 시공하는 단계(S10); 상기 하부층 상부에 상층 또는 표층을 시공하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

하나의 예로 상기 S10단계후에는 상기 하부층이 경화되기 전에 팽창질석을 상기 하부층에 살포한 후에 상기 S20단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 천연아스팔트 코팅볼을 활용한 하부층용 아스팔트 혼합물은 복합단면포장, 교면포장 및 토공부포장 등의 상층, 표층의 하부에서 하부층을 구성하는데 있어 배합시에 아스팔트의 열화를 방지하고 배합이 용이하도록 하며 밀실한 구조가 발현됨과 동시에 균열 등을 제어토록 하여 수밀성을 향상시키고 점도에 의해 상층, 표층과 부착강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 하부층용 아스팔트 혼합물에 의한 포장구조를 나타내는 측단면도이고,
도 2는 석분코팅볼을 나타내는 절개단면도이고,
도 3은 본 발명의 포장구조 시공방법을 나타내는 블록도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 포장구조 시공방법의 일 실시 예를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 하부층용 아스팔트 혼합물에 의해 시공되는 하부층(20)은 도 1a 및 도 1b에 도시되고 있다. 상기 하부층(20)은 도 1a에 도시된 복합단면포장구조 또는 교면포장구조의 경우 콘크리트포장 또는 교면바닥(30a)과 상층(10a) 사이에 게재되는 구성이며, 도 1b에서 보는 바와 같이 토공부포장구조의 경우 기층(30b)과 표층(10b)사이에 게재되는 구성에 해당한다.

상기 하부층(20)을 구성하기 위한 본 발명의 하부층용 아스팔트 혼합물은 개질아스팔트, 골재, 첨가제를 포함하는 하부층용 아스팔트 혼합물에 있어서, 상기 개질아스팔트는 일반아스팔트에 천연아스팔트를 혼합하되 천연아스팔트는 내부는 천연아스팔트로 구성되고 표면에 석분에 의한 코팅층이 형성된 볼형태의 석분코팅볼로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

상기 석분코팅볼(100)은 도 2에서 도시된 바와 같이 내부(110)는 천연아스팔트로 구성되고 표면에 석분에 의한 코팅층(120)이 형성된 볼형태를 특징으로 한다.

여기서 “볼형태”라함은 도 2에 도시된 구형을 포함하는 것은 물론 제조과정에서 발생될 수 있는 다양한 형상도 포함되는 것으로 천연아스팔트로 구성되는 무정형의 내부(110)와 상기 내부 표면을 석분에 의한 코팅층(120)에 의해 형성되는 다양한 형상으로 정의한다.

이렇게 구성하는 이유는 일반아스팔트와 천연아스팔트의 배합을 용이하게 하면서 열화를 방지하기 위한 것이다.

종래 개질아스팔트 제조시에 일반아스팔트에 천연아스팔트를 혼합시 천연아스팔트는 벌크로 혼합하면서 용융을 시켜야 하므로 배합자체가 용이하지 않고 벌크를 형성하는 천연아스팔트를 가열시 내부까지 용융을 시켜야 하므로 에너지가 많이 소요되고 특히 가열시간이 길어져 아스팔트에 열화가 발생되는 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 볼타입으로 천연아스팔트를 구성하면서 동시에 표면에 석분에 의한 코팅층(120)이 형성된 석분코팅볼(100)을 일반아스팔트에 혼합하여 개질아스팔트를 제조토록 함으로써 취급의 용이성을 도모하고 에너지를 절약하면서 열화가 방지되도록 하는 것이다.

상기 코팅층(120)은 석분으로 구성되어 석분코팅볼(100) 간의 벌크화를 방지토록 하여 취급용이성 및 열화방지성을 배가시키도록 하는 것이며 기존에 석분을 채움재로서 별도로 배합하는 공정이 필요없이(또는 적은량의 배합) 석분코팅볼(100)만의 혼합에 의해 용융과정에서 코팅층(120)을 형성하는 석분이 채움재로서도 배합이 되도록 하는 것이다.

즉 본 발명에서 석분코팅볼(100)은 공장제작에 의해 제품화 되는 것으로 현장에서는 석분코팅볼(100)만을 첨가함으로써 천연아스팔트, 석분이 동시에 배합이 되도록 하는 것이다. 또한 석분이 석분코팅볼(100) 형태로 배합됨에 따라 배합과정에서 균일한 분산이 이루어져 물성의 균일성을 도모할 수 있게 되는 것이다.

이에 더하여 상기 석분코팅볼(100)에 있어 천연아스팔트에는 크럼러버(CRUMB RUBBER)가 더 첨가되도록 할 수 있다. 이렇게 상기 석분코팅볼(100)의 내부(110)에 천연아스팔트에 더하여 크럼러버(CRUMB RUBBER)가 더 첨가되도록 하여 천연아스팔트의 물성을 향상시키도록 하는 것인데 이 또한 종래에는 천연아스팔트의 물성을 향상시키기 위해 크럼러버(CRUMB RUBBER)가 별도로 배합되도록 하였으나 본 발명에서는 크럼러버(CRUMB RUBBER)도 석분코팅볼(100)에 내재되도록 제품화 하여 현장에서 배합 및 취급이 용이하도록 하는 것이다.

이에 더하여 본 발명의 석분코팅볼(100)에는 천연아스팔트의 물성향상 등을 위해 폴리부타디엔과 팔라듐이 더 포함되는 예도 제시한다.

이는 하부층(20)의 조도불량 즉 표면에 공극이 발생되어 상기 공극으로 탄산, 수분 등의 유입을 방지토록 하기 위한 것이며, 상부의 상층(10a) 또는 표층(10b)과 부착력 저하를 방지하기 위한 것이다.

이러한 표면공극은 하부층(20)을 구성하는 페이스트의 알카리 성분과 금속성분 등이 반응하여 수소가스를 발생시켜 수소고용 능력이 과포화 되면 양생과정 등에서 수소가 페이스트 조직 외부로 방출되면서 표면에 공극, 균열 등이 형성됨에 기인한 것이다. 이렇게 발생된 표면공극은 표면조도를 불량하게 하여 상부의 상층(10a) 또는 표층(10b)과 부착력을 저하시킬 뿐 아니라 향후적으로 방수기능의 저하 포인트로서 작용을 하게 되는 것이다.

이에 본 발명의 석분코팅볼(100)에 있어 내부(110)에는 천연아스팔트에 더하여 폴리부타디엔이 첨가되도록 하는 바, 이러한 폴리부타디엔은 상기 팔라듐의 존재하에 개방되는 이중결합을 가지며 이것은 개방형 이중결합에 수소의 고정을 용이하게 한다. 따라서 하부층(20)에 폴리부타디엔과 팔라듐이 배합됨으로써 페이스트에서 발생되는 수소를 흡수토록 하여 표면공극의 형성을 제어토록 하는 것이다.

석분코팅볼(100)에 있어 천연아스팔트에 대해 크럼러버(CRUMB RUBBER), 폴리부타디엔, 팔라듐의 첨가비는 선택적인 것은 당연하다.

상기와 같이 본 발명은 바인더로 일반아스팔트와 석분코팅볼(100)이 첨가되도록 하는데 골재, 첨가제 등과의 배합비는 선택적인 것이나 바람직하게는 바인더의 배합량을 크게 하여 점성을 향상시키도록 하여 수밀한구조가 발현되도록 하면서 상부의 상층(10a) 또는 표층(10b)과 부착력을 크게 하는 것이 타당하다.

본 발명에 있어 골재는 SMA입도 또는 SMA와 GUSS의 혼합입도로 배합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 SMA(Stone Mastic Asphalt) 입도를 사용함으로써 내유동성, 내구성을 배가시키도록 하는 것으로 골재의 입도 특성을 최적 맞물림 상태로 하는 것으로, KS F 2575(편장석 함유량 시험방법)에 따라 선별된 2등급 골재(편장석 함유율이 20% 이하) 이상의 굵은골재를 70% 이상 사용하는 것이다.

그런데 이렇게 SMA(Stone Mastic Asphalt) 입도만을 사용하는 경우 굵은 골재가 차지하는 비율이 높고 아스팔트의 함량도 높아 생산 및 운반 시에 아스팔트가 흘러내려 조기 파손의 위험성이 있는 바, 골재를 배합함에 있어 SMA와 GUSS의 혼합입도를 사용하도록 하는 예도 제시된다. GUSS의 기본적인 골재 입도는 전체 골재의 약 25%가 200번 체를 통과하게 되어 높은 결합력과 수밀성이 확보되도록 하는 것으로 본 발명에서는 SMA와 GUSS의 혼합입도를 사용하여 내유동성, 내구성을 향상시키면서도 조성간의 높은 결합력과 수밀성이 확보되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 첨가제로서 중온화 첨가제가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다. 일반적으로 아스팔트 포장은 160~170℃의 고온에서 가열 아스팔트 혼합물을 생산하여 시공하지만, 상기 중온화 첨가제가 포함되는 경우 130~140℃ 정도의 온도에서 아스팔트 혼합물을 생산하여 시공할 수 있게 되는 것이다. 이러한 중온화 첨가제는 다양한 공지의 기술이 존재하는 바, 일 예로 폴리에틸렌계 왁스, SBS 또는 LDPE 인 폴리머 등, 오일 등의 혼합물이 사용될 수 있다.

특히 본 발명에서는 상기 중온화 첨가제에 크로마이트와 황산화철이 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다. 이는 수축균열, 온도균열 등 균열을 제어하기 위한 것으로 경화과정에서 발생되는 균열은 방수성을 저하시키는 포인트가 되며 내구성저하의 요인이 되기도 하는 것으로 본 발명에서는 상기 중온화 첨가제에 크로마이트와 황산화철이 포함되도록 하는 예를 제시하는 것이다. 상기 크로마이트는 잠열물질로서 경화과정에서 경화열 발생시 경화열 일부를 흡수함으로써 전체 경화열을 저하시키도록 하는 것으로 이러한 작용에 의해 경화열에 의한 균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다.

한편 경화열을 저감시키기 위해 크로마이트를 다량 함유하는 경우 크로마이트 자체가 경도가 취약하여 전체 강도를 저하시킬 수 있어 본 발명에서는 크로마이트에 더하여 황산화철이 더 배합되도록 하는 예를 제시한다. 황산화철은 아스팔트 바인더의 반응속도를 지연시켜 지속적인 반응이 유도되도록 하는 것으로 페이스트의 자기수축을 제어하게 되는 것이다. 즉 반응지연을 목적으로 첨가되는 황산화철의 첨가에 의해서 페이스트의 수축을 상당히 억제할 수 있다.

이것은 황산화철이 경화과정에서 침상결정을 생성시켜 그 침상결정의 성장압에 의하여 페이스트를 조밀한 구조로 유도하기 때문이다. 즉, 다수의 미세한 침상결정이 발달됨에 따라 팽창압을 얻음으로 수축에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 이에 더하여 밀실한 구조에 의해 방수성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 포장구조 시공방법은 도 3에서 보는 바와 같이 콘크리트포장, 교면바닥 또는 기층 상부에 상기 하부층용 아스팔트 혼합물을 시공하여 하부층을 시공하는 단계(S10); 상기 하부층 상부에 상층 또는 표층을 시공하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

한편 본 발명은 시공방법의 실시 예를 도 4a 및 도 4b에서 제시하고 있는 바, 상기 S10단계후에는 상기 하부층이 경화되기 전에 입자성분말을 상기 하부층에 살포한 후에 상기 S20단계가 수행되도록 하는 것이다.

즉 콘크리트포장, 교면바닥(30a) 또는 기층(30b) 상부에 상기 하부층용 아스팔트 혼합물을 시공하여 하부층(20)을 시공하고 상기 하부층(20)의 경화전에 입자성분말(4)를 살포하는 것이다. 상기 입자성분말은 팽창질석을 사용하는 것이 타당하다.

팽창질석은 질석을 소성하여 팽창시킨 골재로서 이와 같이 팽창질석을 사용하는 이유는 소성과정에서 공극의 유기물을 제거함으로써 공극의 유기물이 하부층(20) 또는 상층(10a)/표층(10b)의 상면 또는 하면에서 반응을 방해함으로써 강도를 저하시킬 수 있는 것을 방지하는 것이며, 팽창질석은 비중이 작아(0.12 내지 0.2) 도 4a에서 보는 바와 같이 하부층(20) 시공후 경화전에 살포시 경화전이라도 하부층(20)의 상부에 위치하게 되는 것이며, 이후 상층(10a)/표층(10b) 시공시 상층(10a)/표층(10b)의 하중에 의해 살포된 팽창질석은 하부층(20) 및 상층(10a)/표층(10b)에 걸치도록 게재되는 것이다.

이와 같이 팽창질석이 하부층(20) 및 상층(10a)/표층(10b) 사이에 각각 일부가 매립된 상태로 게재됨으로써 이질의 재질 간의 접합면에 마찰력을 향상시켜 부착력을 강화시키며 팽창계수의 차이를 보정하여 균열 등을 제어할 수 있게 되는 것이다.

또한 팽창질석은 다공성이므로 상층(10a)/표층(10b)에서의 열이 하부층(20)으로 전달되는 것을 차단하여 차열층으로서 기능도 하게 되는 것이다. 즉 여름 등 고온현상이 발생되는 경우 상층(10a)/표층(10b)의 열이 하부층(20)으로 전달되면 하부층(20)은 열의 흡수 및 방출과정에서 균열이 발생될 수 있는 바, 이러한 균열은 구조전체의 건전성을 저하시키게 되는 문제가 있다.

이에 본 발명의 시공방법과 같이 하부층(20) 및 상층(10a)/표층(10b) 사이에 팽창질석에 의한 차열층이 게재되도록 하여 이러한 문제를 해결하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1a,b : 포장구조 10a : 상층
10b : 표층 20 : 하부층
30a : 콘크리트 포장 또는 교면바닥
30b : 기층 100 : 석분코팅볼

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 콘크리트포장, 교면바닥 또는 기층 상부에, 개질아스팔트, 골재, 첨가제를 포함하는 하부층용 아스팔트 혼합물에 있어서, 상기 개질아스팔트는 일반아스팔트에 천연아스팔트를 혼합하되 천연아스팔트는 내부가 천연아스팔트로 구성되고 표면에 석분에 의한 코팅층이 형성된 볼형태의 석분코팅볼로 첨가되며, 상기 골재는 SMA입도 또는 SMA와 GUSS의 혼합입도로 배합되고, 상기 첨가제는 중온화 첨가제가 포함되되 상기 중온화 첨가제에는 경화과정에서 균열을 제어하기 위해 크로마이트와 황산화철이 포함되며, 상기 석분코팅볼에 있어 천연아스팔트에는 크럼러버(CRUMB RUBBER)가 첨가되고 표면 공극 및 균열을 제어하기 위해 폴리부타디엔 및 팔라듐이 첨가되는 하부층용 아스팔트 혼합물을 시공하여 하부층을 시공하는 단계(S10); 및
   상기 하부층 상부에 상층 또는 표층을 시공하는 단계(S20);를 포함하되,
   상기 S10단계 후에는 상기 하부층이 경화되기 전에, 공극의 유기물이 하부층 또는 상층 또는 표층의 상면 또는 하면에서 반응하여 강도가 저하되는 것을 방지하기 위하여, 질석을 소성하여 팽창시킴으로써 소성과정에서 공극의 유기물을 제거된 팽창질석을 상기 하부층에 살포한 후에 상기 S20단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 포장구조 시공방법.
8. 삭제

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