KR101789583B1 - 아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위한 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물 - Google Patents

아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위한 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로 포장에 사용하는 아스팔트 혼합물의 제조시 주된 재료로 사용하는 아스팔트, 골재, 채움재 중 채움재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소, 제강공정, 페로니컬 생산과정에서 부산물로 발생하는 버텀애시 및 KR 슬래그, 석유 코크스 연소재, 페로니켈 슬래그를 혼합 가공하여 제조하는 채움재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물은, 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물에서, 버텀애시 15∼85중량%;와, 부산석회 15∼85중량%;를 포함하여 구성되되, 상기 부산석회는, 제강공정 중 황을 제거하는 KR(Kanvara Reactor) 탈황과정에서 생성되는 부산물인 KR슬래그;와, 석유 정제과정에서 만들어지는 석유 코크스(Petroleum Cokes)를 단독 또는 석탄과 혼합하여 연료로 사용하는 유동층 보일러에서 배출되는 석유 코크스 연소재(Petroleum Cokes Ash); 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. 나아가 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물은 페로니켈 슬래그를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 버텀애시 15∼65중량%, 부산석회 15∼65중량%, 페로니켈 슬래그 10~25중량%를 포함하여 구성된다.

Description

아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위한 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물{Filler Material With Recycled Materials In Aspalt Paving Mixture For The Anti-stripping Property of Asphalt Mixture}
본 발명은 도로 포장에 사용하는 아스팔트 혼합물의 제조시 주된 재료로 사용하는 아스팔트, 골재, 채움재 중 채움재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소, 제강공정, 페로니컬 생산과정에서 부산물로 발생하는 버텀애시 및 KR 슬래그, 석유 코크스 연소재, 페로니켈 슬래그를 혼합 가공하여 제조하는 채움재에 관한 것이다.
아스팔트 혼합물은 도로포장용으로 사용되는 재료로 아스팔트와 골재, 채움재를 혼합하여 제조하므로 통상 아스팔트 콘크리트로도 불리며, 국내 생산 및 사용량은 2011년 19백만톤, 2013년 26백만톤으로 지속적인 증가 추세에 있다.
아스팔트 혼합물에서 아스팔트는 골재와의 접착력을 갖는 재료로 고온에서는 액상으로 유동성을 나타내며, 온도가 저하할수록 점탄성 거동을 나타내는 특징을 갖는다. 골재는 구조물의 골격과 같이 구조적인 내구성을 향상시키는데 중요한 역할을 하며, 대부분 석산에서 생산되는 쇄석골재를 사용하고, 아스팔트 혼합물 중 중량으로는 90∼95%, 체적으로는 75∼85%로 거의 대부분을 차지한다.
채움재는 혼합물의 중량 중 3∼5% 정도를 차지하나, 공극을 채워 아스팔트량을 줄여주고, 혼합물의 안정도를 높여주고, 아스팔트와 골재와의 부착력을 증진시키는 성능을 부여하기 위하여 사용하며, 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 플라이애시, 소석회, 회수 더스트 등이 사용되며, 먼지, 진흙, 유기물, 덩어리진 미립자 등의 유해물질을 함유하지 않아야 한다. 특히 채움재 중 소석회는 골재 중량비율의 1∼1.5%를 사용하는데, 채움재의 기본적인 성능 이외에 수분에 대한 민감성을 감소시켜 아스팔트와 골재와의 박리를 저감시키고, 아스팔트의 산화를 감소시켜 노화를 낮추고, 강성을 다소 증가시켜 소성변형을 낮추고, 미세균열의 진전속도를 감소시켜 균열 저항성을 증가시키는 효과가 있다.
한편 버텀애시는 플라이애시와 함께 화력발전소에서 석탄을 원료로 사용하고 발생되는 부산물의 일부로 플라이애시는 대부분 콘크리트용 혼화재료로 재활용되는 반면, 버텀애시는 형상 및 품질이 불균질하여 재활용이 부진한 상황으로 매년 약 150만톤 정도 발생되어 대부분 매립되나 최근에는 매립 공간 또한 한계에 도달하여 그 처리가 사회적 문제가 되고 있는 실정이다.
화력발전소에서는 버텀애시의 재활용을 위하여 노력하고 있으며, 그 한 방법으로 아스콘 조성물 중 채움재로 사용하는 기술이 개발되어 특허 제10-0859065호로 등록받은 바 있다. 그런데 버텀애시만을 채움재로 사용할 경우 박리저항성이 향상되지 않아 박리저항성 향상에 효과적인 소석회를 혼합해야 한다. 그러나 아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위해 사용하는 소석회는 가격이 비싸므로 경제성이 떨어진다.
최근에는 소석회와 유사한 효과를 발현하면서 경제적인 재활용 석회로서 소다회(Na2CO3) 생산과정에서 발생하는 부산석회를 채움재의 일부로 사용하는 기술이 개발되어 특허 제10-0486413호로 등록받았다. 특허 제10-0486413호는 소다회 부산석회가 수분이 포함된 슬러지 형태로 배출되는 것을 감안하여 60∼100℃ 온도로 건조하는 건조단계를 반드시 거치도록 하고 있는데, 이는 오히려 비용이 증가하는 문제가 된다. 따라서 건조 등 가공 비용 증가 요인이 없는 소석회를 함유한 부산물 등의 재활용이 요구된다.
등록특허 제10-0859065호(2008.09.10. 등록) 등록특허 제10-0486413호(2005.04.21. 등록)
본 발명은 버텀애시를 아스팔트 혼합물용 채움재로 적극적으로 활용하기 위해 개발된 것으로, 버텀애시를 채움재로 사용할 경우 필요한 박리방지재인 소석회를 재활용 재료로 경제적으로 수급할 수 있는 새로운 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 구성재료로 폐자원을 재활용하여 친환경에 기여할 수 있는 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물에서, 버텀애시 15∼85중량%;와, 부산석회 15∼85중량%;를 포함하여 구성되되, 상기 부산석회는, 제강공정 중 황을 제거하는 KR(Kanvara Reactor) 탈황과정에서 생성되는 부산물인 KR슬래그;와, 석유 정제과정에서 만들어지는 석유 코크스(Petroleum Cokes)를 단독 또는 석탄과 혼합하여 연료로 사용하는 유동층 보일러에서 배출되는 석유 코크스 연소재(Petroleum Cokes Ash); 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물을 제공한다. 나아가 본 발명은 페로니켈 슬래그를 더 포함하여 구성되는 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물로서, 버텀애시 15∼65중량%, 부산석회 15∼65중량%, 페로니켈 슬래그 10~25중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재는 아스팔트 혼합물의 박리저항성을 향상시키기 때문에 비 또는 눈에 의해 빈번히 발생되는 아스팔트 포트홀(Pot Hall)의 발생을 저감시켜, 주행중 교통사고 및 차량 손상 피해를 저감시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재는 구성재료로 버텀애시, KR슬래그, 석유 코크스 연소재, 페로니켈 슬래그 등의 폐자원을 재활용하기 때문에 폐자원의 매립 처분에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 나아가 가격이 비싼 기존 채움재를 대체함으로써 아스팔트 공사비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재의 생산 과정을 도시한 생산개요도이다.
본 발명은 도로포장에 사용되는 아스팔트 혼합물의 성능 향상 및 경제적 시공을 위해 사용되는 채움재의 주된 재료로 화력발전소 부산물인 버텀애시를 사용하고, 박리저항성을 향상하기 위하여 사용되는 박리방지재로써 가격이 비싼 소석회 대신에 KR슬래그 내지 석유 코크스 연소재를 사용한다는데 특징이 있다. 버텀애시 15∼85중량%;와, 부산석회 15∼85중량%;를 포함시키면서 구성하는데, 부산석회로 제강공정 중 황을 제거하는 KR(Kanvara Reactor) 탈황과정에서 생성되는 부산물인 KR슬래그;와, 석유 정제과정에서 만들어지는 석유 코크스(Petroleum Cokes)를 단독 또는 석탄과 혼합하여 연료로 사용하는 유동층 보일러에서 배출되는 석유 코크스 연소재(Petroleum Cokes Ash); 중 하나 이상을 사용하는 것이다. 버텀애시와 부산석회의 조성범위는 버텀애시의 재활용율와 박지저항성을 동시에 고려한 결과이다. 다시 말해, 버텀애시는 필러로서 환경적 측면 및 경제적 측면에서 대량 재활용하는 것이 바람직하고, 부산석회는 15중량% 이상 사용해야 박리저항성 확보에 바람직하다.
아스팔트 혼합물용 채움재로 버텀애시를 사용할 경우 박리저항성 저감되어 박리방지재인 소석회의 사용이 바람직하나 가격이 비싸므로 이를 대체할 수 있는 재료가 요구된다. 본 발명에서는 제강공정 중 황을 제거하는 KR(Kanvara Reactor) 탈황과정에서 생성되는 부산물인 KR슬래그와 석유 정제과정에서 만들어지는 석유 코크스(Petroleum Cokes)를 단독 또는 석탄과 혼합하여 연료로 사용하는 유동층 보일러에서 배출되는 석유 코크스 연소재(Petroleum Cokes Ash)를 소석회 대체재로 사용할 것을 제안한다. 통상 KR슬래그와 석유 코크스 연소재는 모두 부산물로 발생한 후 발생 인근 야적장에 야적을 하고 물을 뿌려 에이징 후 방치되는데, 본 발명에서는 이렇게 방치되어 있는 KR슬래그 및 석유 코크스 연소재를 그대로 활용하는 것이다. 이러한 KR슬래그와 석유 코크스 연소재는 소석회를 포함한 부산석회로 건조 등의 별도 처리하지 않고 그대로 사용할 수 있기 때문에 저렴하게 수급 가능하다. 박리저감재로 사용하는 부산석회로서 KR슬래그는 Ca(OH)2를 20중량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 석유 코크스 연소재는 Ca(OH)2를 15중량% 이상 함유하는 것이 바람직한데, 이와 같이 일정량 이상의 Ca(OH)2를 함유해야 박리저항성 효과를 나타낼 수 있다. 또한 부산석회는 KS규격에 따라 최대 입도가 0.6mm 이하인 것이 바람직하다.
나아가 본 발명에서는 페로니켈 슬래그를 더 포함할 것을 제안하는데, 페로니켈 슬래그는 스테인레스의 주원료인 페로니켈(Ferro-Nickel)을 생산하는 과정에서 배출되는 슬래그로 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하고 있다. 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 소석회(Ca(OH)2)와 유사하게 수산화기(OH)를 갖는 무기물이므로 박리방지재로 사용 가능할 것이며, 본 발명에서는 시험예를 통해 페로니켈 슬래그의 박리방지재로서의 사용가능성을 확인하였다. 페로니켈 슬래그를 더 포함하는 경우 아스팔트 혼합물용 채움재는, 버텀애시 15∼65중량%, 부산석회 15∼65중량%, 페로니켈 슬래그 10~25중량%를 포함하여 구성한다. 페로니컬 슬래그도 KR슬래그 및 석유 코크스 연소재와 마찬가지로 부산물로 발생한 후 발생 인근 야적장에 야적을 하고 물로 에이징한 후 방치된 것을 그대로 이용하면 된다. 페로니켈 슬래그는 MgO 성분이 20중량% 이상 함유한 페로니켈 슬래그를 물로 에이징하여 Mg(OH)2를 25중량% 이상 함유하게 된 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 박리저항성 효과를 고려한 결과이다. 또한 페로니켈 슬래그도 KS규격에 따라 최대 입도가 0.6mm 이하인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재의 생산 과정을 도시한 생산개요도이다. 화력발전소에서 배출되는 버텀애시, 유동층 보일러를 사용하는 화력발전소에서 배출되는 석유 코크스 연소재, 제강공장에서 배출되는 KR슬래그, 스테인리스공장에서 배출되는 페로니켈 슬래그를 반입한 후 0.6mm 이하로 체가름한 후 소정의 조성비로 혼합하면 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재가 생산되며, 이렇게 생산한 아스팔트 혼합물용 채움재는 KS F 3501 '아스팔트 포장용 채움재' 규격의 품질기준을 모두 만족하여 기존 채움재와 동등 이상의 우수한 결과를 보여준다. 이로써 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물용 채움재는 기존 채움재보다 경제적인 아스팔트 혼합물을 제조하는데 사용할 수 있다.
이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[시험예] 채움재의 특성
1. 채움재 제조
채움재 조성(중량%)
구분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
석회석 분말 100 50 - - - - -
버텀애시 - - 100 50 50 50 50
소석회 - 50 - - - - -
KR 슬래그 - - - - 50 25 12.5
석유 코크스 연소재 - - - 50 - 25 12.5
패로니켈 슬래그 - - - - - - 25
2. 채움재 성능 시험
채움재의 성능을 확인하기 위하여 KS F 3501 '아스팔트 포장용 채움재' 규격에 따라 채움재의 입도, 소성지수, 흐름시험, 침수팽창, 박리저항성, 수분함량을 흐름시험, 침수팽창, 수분함량, 박리저항성을 시험하였다. 시험결과 아래 [표 2]와 같이 나타냈다.
채움재 성능
시험항목 기준 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
입도
(통과량)		 0.6 mm 100 100 100 100 100 100 100 100
0.3 mm 95 이상 100 100 99 99 100 100 100
0.15 mm 90 이상 81 99 99 99 100 100 -
0.08 mm 70 이상 28 54 74 78 83 82 -
소성지수 6 이하 NP NP NP NP NP NP -
흐름시험 50% 이하 25 33 35 35 38 38 33
침수팽창 3% 이하 2.3 2.4 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3
수분함량 1% 이하 0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.1 0.1
박리저항성 1/4 이하 1/4이하 1/4 이하 1/4 이하 1/4 이하 1/4 이하 1/4 이하 1/4 이하
평가 보통 매우
우수		 부족 매우
우수		 매우
우수		 매우
우수		 매우
우수
위의 [표 2]에서 보는 바와 같이 기존 채움재로 대표되는 비교예1(석회석 분말 100%)과 비교예2(석회석 분말 50% + 소석회 50%)는 0.08mm 통과량을 제외하면 기준을 만족하였으며, 또한 비교예3(버텀애시 100%)은 입도 및 모든 항목에서 기준을 만족하였다. 본 발명에 따른 실시예1(버텀애시 50% + 석유 코크스 연소재 50%), 실시예2(버텀애시 50% + KR슬래그 50%), 실시예3(버텀애시 50% + 석유 코크스 연소재 25% + KR슬래그 25%), 실시예4(버텀애시 50% + 석유 코크스 연소재 12.5% + KR슬래그 혼합 12.5%, 페로니켈 슬래그 25%)는 흐름시험, 침수팽창, 수분함량 측면에서 비교예1,2,3보다 동등 이상으로 나타냈다.
한편 박리저항성의 경우 모든 채움재가 기준값을 만족하였으나, 비교예1(석회석 미분말 100%)의 박리저항성을 보통으로 볼 때 기존 채움재 중에서는 비교예2(석회석 미분말 50% + 소석회 50%)가 매우 우수하고, 비교예3(버텀애시 100%)은 부족한 것으로 나타났으며, 본 발명에 따른 채움재는 모든 실시예에서 비교예2와 동등하게 매우 우수한 박리저항성을 보여주었다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물에서,
    버텀애시 15∼65중량%, 부산석회 15∼65중량%, 페로니켈 슬래그 10~25중량%를 포함하여 구성되되,
    상기 부산석회는, 제강공정 중 황을 제거하는 KR(Kanvara Reactor) 탈황과정에서 생성되는 부산물로써 Ca(OH)2를 20중량% 이상 함유하는 KR슬래그;와, 석유 정제과정에서 만들어지는 석유 코크스(Petroleum Cokes)를 단독 또는 석탄과 혼합하여 연료로 사용하는 유동층 보일러에서 배출되는 연소재로써 Ca(OH)2를 15중량% 이상 함유하는 석유 코크스 연소재(Petroleum Cokes Ash); 중 하나 이상을 포함하고, 최대 입도가 0.6mm 이하인 것임을 특징으로 하는 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물.
  5. 제4항에서,
    상기 페로니켈 슬래그는, Mg(OH)2를 25중량% 이상 함유하는 것임을 특징으로 하는 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물.
  6. 제5항에서,
    상기 페로니켈 슬래그는, 최대 입도가 0.6mm 이하인 것임을 특징으로 하는 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물.
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