KR101779768B1

KR101779768B1 - 동결방지 아스콘 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101779768B1
Application number: KR1020170076799A
Authority: KR
Inventors: 김명현
Original assignee: (주)리카온; (유)화진
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2017-09-19

Abstract

본 발명은 노면의 결빙점을 강하시킴으로써 겨울철 공항, 고속도로 등의 노면이 쉽게 결빙되는 현상을 해소하여, 공항, 고속도로 등의 이용에 불편함을 해소할 수 있고, 또한 활주로 및 고속도로의 이용에 안정성을 확보할 수 있어 사회, 경제적인 면에서 큰 이점을 줄 수 있는 동결방지 아스콘 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

동결방지 아스콘 및 이의 제조방법{ASPHALT-CONCRETE HAVING A FUNCTION OF PREVENTING FREEZING AND MANUFACTURING METHOD OF IT}

한국은 지형 특성상 산악지역이 많고, 이로 인한 음지구간이 많기 때문에 지역적으로 많은 눈이 내리고 또한 적설과 노면의 결빙 현상이 빈번하게 발생한다.

이와 같은 결빙 현상은 노면의 마찰력 저하에 의해 차량운행 속도 저하와 빈번한 교통사고 발생의 원인으로 작용하게 되어 막대한 경제적 손실을 초래하는 경우가 많다.

이와 같은 문제의 예방책으로서, 국내의 경우 교면이나 도로면의 결빙현상을 방지하기 위해 염화칼슘제 등의 제설제를 대량 살포하는 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 제설제는 구조물의 열화 및 환경오염이라는 새로운 문제를 발생시킴으로서 적절한 해결책으로 보기 어렵다.

겨울철 교면 또는 노면의 결빙현상을 해소하기 위한 방법으로 열선을 장착한 도로 기술이 개시된 바 있으나, 결빙해소 효과와 함께 유지, 관리에 많은 비용이 소요되는 단점을 갖고 있다. 일례로 전기료 과다 발생이 문제이다.

본 출원인은 종래와 다른 기술을 통해 교면, 노면이 쉽게 결빙되는 문제를 해소함으로써, 도로 이용의 안정성 확보와 교통 통제 등에 의한 불편함을 해소하고자 한다.

대한민국 등록특허 10-0162085(등록일자 1998.08.28) 대한민국 등록특허 10-1645339(등록일자 2016.07.28)

본 발명은 교면, 노면의 결빙점을 낮추어 겨울철 결빙현상을 해소할 수 있는 동결방지 아스콘 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 해결하기 위하여,

본 발명은 실리카 1~30wt%와, 염화나트륨 25~75wt%와, 염화마그네슘 0.8~25wt%, 산화칼슘 2.5~30wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 빙점강하제(a) 3~7wt%;

아스팔트(b) 5~10wt%;

골재(c) 80~85wt%;

PE골재(d) 5~11.9wt%;

석회암 분말(e) 0.1~5wt%;의 혼합(a+b+c+d+e)으로 조성되는 동결방지 아스콘을 제공한다.

그리고 상기 동결방지 아스콘을 제조하는 기술로서,

폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 10~30초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 5~15mm의 크기로 절단하여 제조하는 PE골재 제조단계(S10);

1.25~2.36mm 입경의 잔 골재 20~29wt%; 2.36~5.0mm 입경의 잔 골재 10~14wt%; 5.1~9.5mm 입경의 굵은 골재 32~36wt%; 9.5~16mm 입경의 굵은 골재 28~30wt%;를 혼합하여 골재를 조성하는 단계(S20);

실리카 1~30wt%와, 염화나트륨 25~75wt%와, 염화마그네슘 0.8~25wt%, 산화칼슘 2.5~30wt%의 혼합하여 빙점강하제를 조성하는 단계(S30);

상기 단계(S20)를 통해 제조된 골재를 150~230℃로 가열하면서 10초~1분간 교반하는 단계(S40);

상기 단계(S40)를 거친 골재와, 상기 단계(S10)를 거쳐 제조한 PE골재와, 아스팔트 및 석회암 분말을 180~190℃에서 10초~1분간 교반하여 혼합물을 조성하는 단계(S50);

상기 단계(S50)를 거친 혼합물에 상기 단계(S30)를 거쳐 제조한 빙점강하제를 첨가한 후 180~190℃에서 10초~1분간 교반하여 동결방지 아스콘을 제조하는 단계(S60);를 포함하여 이루어지는 동결방지 아스콘 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 동결방지 아스콘은 다음의 효과를 갖는다.

첫째. 노면의 결빙점을 -3 ~ -5℃로 낮춤으로써 도로가 쉽게 얼지 않아 강설량이 많은 지역에서도 쉽게 제설작업이 이루어질 수 있고, 이로 인한 인적 물적 경비의 절감효과를 가질 수 있다.

둘째. 겨울철 노면이 쉽게 결빙되지 않음으로써 차량의 안전 운행이 가능하여 교통사고발생율을 현저하게 낮출 수 있다는 장점이 있다.

셋째. 종래 결빙을 제거하기 위해 다량으로 살포하던 염화칼슘을 사용하지 않음으로써 환경오염의 방지와 생태환경의 보호가 가능하며, 염화칼슘의 살포에 따른 인적 물적 비용 절감효과를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동결방지 아스콘 제조방법에 따른 순서도.

이하, 본 발명에 따른 동결방지 아스콘 및 이의 제조방법에 대한 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.

상기한 바와 같이,

본 발명에 따른 동결방지 아스콘은 실리카 1~30wt%와, 염화나트륨 25~75wt%와, 염화마그네슘 0.8~25wt%, 산화칼슘 2.5~30wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 빙점강하제(a) 3~7wt%;

아스팔트(b) 5~10wt%;

골재(c) 80~85wt%;

PE골재(d) 5~11.9wt%;

석회암 분말(e) 0.1~5wt%;의 혼합(a+b+c+d+e)으로 조성된다.

상기 빙점강하제는 아스콘의 빙점을 낮춤으로써 겨울철 등의 영하 온도에서 교면 또는 노면이 결빙되는 현상을 최대한 지연 또는 억제하는 기능을 갖는다.

상기 빙점강하제를 조성하는 실리카는 지각에서 가장 풍부하게 존재하는 원소이다. 대부분의 실리콘은 이산화규소(SiO₂)라 불리는 실리카 형태로 존재하며, 지구 표면의 약 60wt% 정도를 구성한다.

상기 실리카는 입자의 크기가 0.9~3.2㎛인 중공형 실리카를 사용하는 것으로서, 실리카 중공체는 입자 내부가 축구공처럼 비어 있으므로 입자의 표면과 내부가 모두 이용가능하다. 그리고 중공형 실리카는 실리카 나노입자가 치밀하게 구성된 중공 구조 때문에 높은 빛 반사 성능을 나타내어 단열재로서의 기능성을 확보할 수 있다.

상기 염화나트륨(NaCl)은 손쉽게 구입할 수 있는 융설재로서 그 종류는 천일염, 암염, 기계염, 재제염, 가공염 등이 있다. 상기 염화나트륨은 녹으면 전해되어 나트륨이온 Na⁺과 염소이온 Cl^-으로 해리되는 강한 전해질로서 공기 흡습성이 있어 보관시 습기에 대하여 주의가 필요하다.

상기 염화마그네슘(MgCl₂)은 염화칼슘과 유사한 특징을 갖는다. 염화마그네슘은 공기중의 수분을 흡수하는 성질이 강하고, 물에 용해될 때 열을 발생한다. 염화마그네슘은 눈에 반응할 때 염화칼슘과 비슷한 양의 융설, 융빙량을 보인다. 보통의 염화마그네슘은 MgCl_2·6H₂O의 6수화물로서 존재하며 무수화물의 경우 녹는 점 712℃, 끓는점 1,412℃, 비중 2.3이다.

상기 산화칼슘(CaO)은 칼슘의 산화물로 생석회, 생회, 강회, 백회라고도 불린다. 일반적으로 탄산칼슘(CaCO₃)을 공기가 차단된 상태에서 가열하면 이산화탄소(CO₂)를 잃으며 생성된다.

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) (진공에서 가열)

공기 중에서 분해되며 물과 반응하면 발열하여 수산화칼슘을 생성시키는데 석회비료, 건조제, 시멘트, 표백제 등 다양한 용도로 사용된다.

상기 빙점강하제는 실리카, 염화나트륨, 염화마그네슘 및 산화칼슘의 혼합으로 조성되어 빙점을 낮춰줌으로써 교면 또는 노면이 결빙되는 현상을 완화시키는 효과를 갖는다.

이와 같은 빙점강하제의 기능에 의해 동결방지 아스콘을 사용한 교면 또는 노면은 겨울철 영하의 온도에서도 쉽게 결빙되는 것을 방지할 수 있다.

상기 빙점강하제의 배합예는 다음의 표 1과 같다.

실리카 1~30wt%와, 염화나트륨 25~75wt%와, 염화마그네슘 0.8~25wt%, 산화칼슘 2.5~30wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 빙점강하제(a) 3~7wt%;

성분	배합예 1	배합예 2	배합예 3	배합예 4	배합예 5
실리카	25 wt%	25 wt%	25 wt%	25 wt%	25 wt%
염화나트륨	25 wt%	35 wt%	45 wt%	55 wt%	65 wt%
염화마그네슘	25 wt%	15 wt%	5 wt%	5 wt%	5 wt%
산화칼슘	25 wt%	25 wt%	25 wt%	15 wt%	5 wt%
합계	100 wt%	100 wt%	100 wt%	100 wt%	100 wt%

상기 빙점강하제의 사용량이 3wt% 미만인 경우에는 빙점 강하에 의한 결빙 현상 완화 기능성이 떨어지는 문제가 있고, 7wt%의 사용량을 초과하게 되는 경우에는 결빙 현상 완화 기능성이 뛰어나기는 하나 제조단가의 상승으로 인해 비경제적이므로, 적정 제조단가와 결빙 현상 완화 효과가 균형을 이룰 수 있도록 하기 위하여 상기 빙점강하제의 첨가량은 동결방지 아스콘의 전체 함량에 대해 3~7wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 빙점강하제는 다른 실시예로서, 상기 제시된 성분 외에 산화제2철(Fe₂O₃) 0.5~10wt%를 더 포함하여 조성된 것을 사용할 수도 있다.

이때, 상기 빙점강하제의 배합예로는, 실리카 23wt%와, 염화나트륨 25wt%와, 염화마그네슘 25wt%, 산화칼슘 22wt%, 산화제2철(Fe₂O₃) 5wt%의 혼합으로 조성된다.

상기 산화제2철(Fe₂O₃)는 삼산화이철 또는 삼이산화철이라고도 한다. 천연으로는 적철석으로 산출되며 적색토양의 빛깔 요인이다. 햇빛, 공기, 수분, 열 등에 대하여 상당히 안정적이며, 한 번 가열한 것은 잘 녹지 않는다.

상기 아스팔트는 골재를 접합하는 기능을 갖는 동시에 아스팔트 포장체에 탄성을 제공하고 교통 하중 작용에 대한 회복기능을 담당한다.

과다한 아스팔트 함량은 포장의 소성변형을 일으키고, 아스팔트의 낮은 함량은 포장의 균열을 유발할 수 있기 때문에 포장의 유동성이나 변위를 최소화시켜야 한다. 따라서 아스팔트 포장의 과다한 경도(stiffness) 방지를 위해서는 적절한 배합설계를 통하여 최적의 아스팔트 함량을 구해야한다.

상기 아스팔트의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 포장의 균열 등의 문제가 발생할 우려가 있고, 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 포장의 소성변형의 우려가 있으므로, 상기 아스팔트의 사용량은 동결방지 아스콘의 전체 함량에 대해 5~10wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 골재는 1.25~2.36mm 입경의 잔 골재 20~29wt%; 2.36~5.0mm 입경의 잔 골재 10~14wt%; 5.1~9.5mm 입경의 굵은 골재 32~36wt%; 9.5~16mm 입경의 굵은 골재 28~30wt%;의 혼합으로 조성된 것을 사용한다.

상기 골재는 콘크리트 체적의 65~85%이상을 차지하고 있기 때문에 그 종류와 품질은 콘크리트의 성질에 커다란 영향을 미친다.

잔골재란 일반적으로 입경 5mm이하의 것을 말하는데, 건교부 제정 건축공사표준 시방서에서는 10mm체를 전부 통과하고, 5mm체를 85% 이상 통하는 골재로 정의 하고 있다. 그리고 굵은 골재라 입경 5mm를 초과하는 골재를 말한다.

상기 잔골재 및 굵은골재는 입도에 따라 골재를 구분한 것으로서, 이외에 생산지 및 생산방법에 따라 하천 골재, 바다 골재, 육지 골재, 산 골재 등의 천연골재; 부순 골재, 인공경량 골재 등의 인공 골재; 고로슬래그 골재, 재생 골재 등의 기타골재;로 구분한다.

상기 골재는 아스팔트 포장의 입도 분포와 골재의 형상을 이용하여 아스팔트 포장의 골격을 형성하는 것으로서, 골재의 공극률이 작으면 콘크리트의 건조수축이 적어지므로 균열발생의 위험이 줄어들며, 단위 시멘트량을 적게 할 수 있기 때문에 온도에 의한 균열이 생길 염려가 적다.

상기 골재의 사용량이 80wt% 미만인 경우에는 상대적으로 균열 발생의 위험이 높아질 수 있고, 85wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상의 골재 사용으로 인해 무의미하므로, 상기 골재의 사용량은 동결방지 아스콘의 전체 함량에 대해 80~85wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 PE골재는 폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 10~30초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 5~15mm의 크기로 절단하여 제조한 것을 사용한다.

상기 PE골재는 PE골재의 평균 열전도율은 단열 재료로 많이 사용되는 폐타이어 조각의 열전도율 0.400 W/mK보다 작은 0.107W/mK로서, 단열 효과를 갖는다. 이와 같은 PE골재의 성질에 의해 빙점강하제와 함께 노면의 결빙 현상을 억제함으로써 겨울철 쉽게 노면이 결빙되는 현상을 막을 수 있다.

상기 PE골재의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 빙점강하제와 함께 결빙 억제 기능을 크게 향상시키기 어렵고, 11.9wt%를 초과하게 되는 경우에는 아스콘의 내구성에 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 PE골재의 사용량은 동결방지 아스콘의 전체 함량에 대해 5~11.9wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 석회암 탄산칼슘을(CaCO₃)을 주성분으로 하는 퇴적암으로서 화학적 침전이나 유기적 또는 생화학적 작용에 의해 생성된 암석이다. 석회암은 경우에 따라 백운석과 아라고나이트, 석영, 장석류, 운모류, 점토광물 등을 수반하지만 일반적인 주 구성광물은 방해석으로, 결정입자가 육안으로 확인되기 어려울 정도로 입경이 작다.

석회암은 방해석의 집합체로, 그 화학성분은 대부분이 CaCO₃이다. 이외에 소량의 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂), 석영, 점토 광물 등에서 유래한 MgO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등을 함유하고 있다.

상기 석회암은 1차 크러셔(Jaw Crusher)로 150 mm 정도로 파쇄하고, 2차, 3차로 파쇄 및 분급공정(Cone Crusher)을 거쳐 13~25mm의 입도로 분쇄한 석회암 분말로 사용한다.

상기 석회암 분말의 사용량이 0.1wt% 미만인 경우에는 동결방지 아스콘의 강도 특성의 향상을 기대하기 어렵고, 5wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상의 사용으로 인해 비효율적이므로, 상기 석회암 분말의 사용량은 동결방지 아스콘의 전체 함량에 대해 0.1~5wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 동결방지 아스콘을 구성하는 성분 간의 배합예를 살펴보면 다음의 표 2와 같다.

아스팔트(b) 5~10wt%;

골재(c) 80~85wt%;

PE골재(d) 5~11.9wt%;

석회암 분말(e) 0.1~5wt%;의 혼합(a+b+c+d+e)으로 조성되는 것임을 특징으로 하는 동결방지 아스콘.

성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
빙점강하제	7 wt%	5.9 wt%	5 wt%	3.9 wt%	3 wt%
아스팔트	5 wt%	5 wt%	5 wt%	5 wt%	5 wt%
골재	80 wt%	82 wt%	80 wt%	81 wt%	81 wt%
PE골재	5 wt%	7 wt%	9 wt%	10 wt%	10.9 wt%
석회암 분말	3 wt%	0.1 wt%	1 wt%	0.1 wt%	0.1 wt%
합계	100 wt%	100 wt%	100 wt%	100 wt%	100 wt%

상기 표 2의 빙점강하제는 표 1의 배합예 1에 제시된 실리카 25wt%와, 염화나트륨 25wt%와, 염화마그네슘 25wt%, 산화칼슘 25wt%의 혼합으로 조성된 것을 사용한다.

상기 골재는 1.25~2.36mm 입경의 잔 골재 25wt%와, 2.36~5.0mm 입경의 잔 골재 10wt%와, 5.1~9.5mm 입경의 굵은 골재 35wt%와, 9.5~16mm 입경의 굵은 골재 30wt%의 혼합으로 조성된 것을 사용한다.

상기 PE골재는 폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 20초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 평균 크기 6mm로 절단된 것을 사용한다.

상기 석회암 분말은 석회암 원석을 1차 크러셔(Jaw Crusher)로 150 mm 정도로 파쇄하고, 2차, 3차로 파쇄 및 분급공정(Cone Crusher)을 거쳐 평균입도 20mm의 입도로 분쇄된 것을 사용한다.

다음으로 본 발명의 동결방지 아스콘 제조방법에 대해 살펴보도록 한다.

상기 동결방지 아스콘 제조방법은 폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 10~30초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 5~15mm의 크기로 절단하여 제조하는 PE골재 제조단계(S10);

상기 단계(S50)를 거친 혼합물에 상기 단계(S30)를 거쳐 제조한 빙점강하제를 첨가한 후 180~190℃에서 10초~1분간 교반하여 동결방지 아스콘을 제조하는 단계(S60);를 포함하여 이루어진다.

상기 동결방지 아스콘을 제조에 대한 구체적인 예를 제시하자면 다음과 같다.

1. 폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 20초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 평균 크기 6mm로 절단하여 PE골재를 제조한다.

2. 골재는 1.25~2.36mm 입경의 잔 골재 25wt%와, 2.36~5.0mm 입경의 잔 골재 10wt%와, 5.1~9.5mm 입경의 굵은 골재 35wt%와, 9.5~16mm 입경의 굵은 골재 30wt%를 혼합하여 골재를 조성한다.

3. 실리카 25wt%와, 염화나트륨 25wt%와, 염화마그네슘 25wt%와, 산화칼슘 25wt%를 혼합하여 빙점강하제를 제조한다.

4. 상기 2의 골재를 200℃로 가열하면서 1분간 교반 혼합한다.

5. 상기 4의 골재, 상기 1의 PE골재, 아스팔트 및 평균입도 20mm의 석회암 분말을 180℃에서 1분간 교반하여 혼합물을 제조한다.

6. 상기 5의 혼합물에 상기 3의 빙점강하제를 첨가한 후 180℃에서 1분간 교반하여 동결방지 아스콘을 제조한다.

본 발명에 따른 동결방지 아스콘 및 이의 제조방법은 노면의 결빙점을 -3 ~ -5℃로 낮춤으로써 도로가 쉽게 얼지 않아 강설량이 많은 지역에서도 쉽게 제설작업이 이루어질 수 있고, 이로 인한 인적 물적 경비의 절감효과를 가짐으로써, 산업상 이용가능성이 크다.

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폐비닐을 150~200℃에서 용융시켜 사출성형기를 통해 로프 형태로 뽑아낸 후 냉각수에 10~30초 동안 침지시켜 냉각시킨 다음, 냉각된 로프 형태의 폐비닐을 5~15mm의 크기로 절단하여 제조하는 PE골재 제조단계(S10);
1.25~2.36mm 입경의 잔 골재 20~29wt%; 2.36~5.0mm 입경의 잔 골재 10~14wt%; 5.1~9.5mm 입경의 굵은 골재 32~36wt%; 9.5~16mm 입경의 굵은 골재 28~30wt%;를 혼합하여 골재를 조성하는 단계(S20);
실리카 1~30wt%와, 염화나트륨 25~75wt%와, 염화마그네슘 0.8~25wt%, 산화칼슘 2.5~30wt%의 혼합하여 빙점강하제를 조성하는 단계(S30);
상기 단계(S20)를 통해 제조된 골재를 150~230℃로 가열하면서 10초~1분간 교반하는 단계(S40);
상기 단계(S40)를 거친 골재와, 상기 단계(S10)를 거쳐 제조한 PE골재와, 아스팔트 및 석회암 분말을 180~190℃에서 10초~1분간 교반하여 혼합물을 조성하는 단계(S50);
상기 단계(S50)를 거친 혼합물에 상기 단계(S30)를 거쳐 제조한 빙점강하제를 첨가한 후 180~190℃에서 10초~1분간 교반하여 동결방지 아스콘을 제조하는 단계(S60);를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 동결방지 아스콘 제조방법.