KR102014070B1

KR102014070B1 - 합성 고분자 및 무기계 반응 활성화제를 활용한 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물 및 이를 이용한 기층 시공 방법

Info

Publication number: KR102014070B1
Application number: KR1020190039579A
Authority: KR
Inventors: 최유승
Original assignee: (주)윤성산업개발; (주)윤성알엠씨
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2019-08-26

Abstract

본 발명은 합성 고분자와 무기계 반응 활성화제를 이용하여 폐 아스팔트에서 발생하는 골재와 시멘트 입자 사이의 경계면의 부착력을 향상시킴으로써, 기층용으로 사용할 수 있도록 하는 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물 및 이를 이용한 기층 시공 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 폐 아스팔트 골재 및 시멘트를 포함하는 기층용 콘크리트 배합에서, 폐 아스팔트 골재와 시멘트 간의 결합력을 향상시키는 시멘트 안정 처리 배합 조성물로, 소수성 구조 및 친수성 구조를 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8의 비율로 포함하는 합성 고분자물, 그리고 알칼리염을 포함하는 무기계 반응 활성화제를 포함하되, 상기 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 사용량 합이 상기 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 0.1 내지 5중량%인 것을 특징으로 한다.

Description

합성 고분자 및 무기계 반응 활성화제를 활용한 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물 및 이를 이용한 기층 시공 방법{MIXING COMPOSITION FOR CEMENT STABILIZATION PROCESSING AND CONSTRUCTING METHOD FOR BASE COURSE USING THE SAME}

본 발명은 합성 고분자와 무기계 반응 활성화제를 이용하여 폐 아스팔트에서 발생하는 골재와 시멘트 입자 사이의 경계면의 부착력을 향상시킴으로써, 기층용으로 사용할 수 있도록 하는 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물 및 이를 이용한 기층 시공 방법에 관한 것이다.

도로의 포장은 크게 노반부와 표층부로 구성되고 표층부는 표층과 기층으로, 노반부는 상층 노반과 하층 노반으로 구성된다.

이 중, 표층부는 하중을 직접 받게 되며 이에 따라 하중을 잘 확산 시키고 차륜의 마모에 견딜 수 있어야 한다. 또한 온도의 존성이 낮을수록 좋으며 미끄럼에 대한 마찰력도 커야하고 흡수성이 낮아 흡수에 의한 동결 융해작용에 잘 견딜 수 있어야 한다.

반면 노반부는 표층부에서 전달되는 하중을 분산시켜 안전하게 노반 밑의 노상으로 전달하는 것이 주요한 역할이다.

포장은 표층부의 재질에 따라 아스팔트 포장(역청질 포장), 시멘트 콘크리트 포장, 블록 포장 등으로 분류하며 표층부의 표층은 하부층인 기층과 비교하여 내구성과, 내후성이 우수한 재질로 구성하는 것이 일반적이다. 아스팔트 포장의 경우 기층부와 표층의 구분이 없이 동일한 재로로 구성되는 경우가 일반적이나 콘크리트의 경우의 기층은 콘크리트 표층이 매우 우수한 내구성이 있기 때문에 시멘트의 사용이 낮은 경제적인 배합을 사용한다.

최근 친환경 포장에 관한 다양한 연구의 시도는 자원 고갈에 따른 골재 부족 현상과 자원 환경 훼손을 감소시킬 목적으로 사용된 포장 재료와 구조 재료 등의 재활용이 활발하게 이루어지고 있으며 특히 포장에 있어 하중전달을 주목적으로 하는 기층은 재활용 재료를 사용함으로써 다음과 같은 목적을 이룰 수 있다고 보고된바 있다. 첫째 자원 재활용에 따른 이산화탄소 발생량 억제, 둘째 골재 채취 등을 하지 않음에 따른 환경 훼손 예방, 셋째 골재 재활용에 따른 연관 산업 발전.

친환경 포장의 범주에 속하는 폐 아스팔트를 활용하는 방식인, 폐 아스팔트 콘크리트에 관한 종래의 기술로, 등록특허 제10-0948884호(2010년03월15일)(이하 종래기술)가 있는데, 종래기술은 화력발전소에서 회수되는 석탄재와 함께 급증하는 건설폐기물인 폐아스팔트 콘크리트, 폐콘크리트, 폐석회석을 골재자원으로 재활용하는 방안으로, 구체적으로 본 발명은 고온의 가열공정을 거치지 않고 상온에서 제조하여 가열시 발생할 수 있는 이산화탄소나 유해가스를 방지할 수 있으며, 조기 강도의 확보와 내구성 증진, 수명 연장, 내부 및 표층의 거북등 균열 억제 및 수밀성을 향상시키는 도로 기층용 상온 재생 아스팔트 콘크리트를 제시하고 있다. 그러나 종래기술은 포함하는 종래의 기술들은 폐 아스팔트 골재와 시멘트 입자 간의 부착력 향상에 대한 방안이 미흡한 실정이다.

또한 등록특허 제10-1515006호 "아스팔트콘크리트용 순환골재를 아크릴 에멀전으로 코팅하고 시멘트에 의하여 안정처리한 저 흡수성 조성물과 이를 이용한 도로기층 또는 보조기층 시공방법"의 경우, 골재를 아크릴 에멀젼으로 분사에 의하여 코팅 처리를 하는 공정이 포함되어 있어 공정이 복잡하여 제조비용이 상승할 우려가 있다.

아울러 등록특허 제10-1141259호 "폐아스콘 및 폐콘크리트를 재활용한 친환경성 상온 재생포장재 조성물"의 경우, 재생첨가제인 유화아스팔트와 결합제인 EVA(Ethlyene Vinyl Acetate) 및 EMMA(Ethyl Methyl Metacylate)가 포함된 폐아스콘 및 폐콘크리트를 재활용한 친환경성 상온 재생포장재 조성물에 관한 것이다.

이는 음이온 계면활성제와 SBS 1:1로 유화된 제생첨가제 및 EVA 및 EMMA가 1 : 1의 비율로 혼합된 결합제를 사용함으로써, 노화된 아스팔트의 물성을 복원하여 강도나 경도, 점성도, 안정도 및 유연성 등이 뛰어난 상온 재생포장재 조성물을 제공하고 있다.

그러나 이는 재생첨가제를 고체로 제조하고 이를 유화 아스팔트에 포함시켜 성능을 향상 시키나 유화된 재료의 결합이 골재와 신속히 발생하지 않고 흡착이 시멘트에 먼저 발생하여 유화 된 재료와 유기물 액상인 EVA 및 EMMA와 결합이 먼저 일어나 시멘트의 반응을 지연시킬 수 잇는 단점이 있다. 또한 사용된 생성회의 반응이 매우 빠르게 발생하여 작업성을 급격히 초래하는 문제를 발생시켜 이를 다루기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 기층용 콘크리트 배합에 있어 사용되는 굵은 골재를 폐 아스팔트 골재로 대체하며 폐 아스콘 골재를 사용함으로써 발생할 수 있는 결합력의 부족에 따른 압축강도의 저하와 휨강도 저하를 예방하기 위하여 합성 고분자와 무기계 반응 활성화제를 배합 시 첨가하여 압축강도와 휨강도를 향상시킬 뿐만 아니라 흡수율을 증가시키고 시멘트가 완전히 반응할 수 있는 환경을 만들어 동결, 융해 등에 의한 파손을 예방함으로써 친환경 기층용 조성물과 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물은 폐 아스팔트 골재 및 시멘트를 포함하는 기층용 콘크리트 배합에서, 폐 아스팔트 골재와 시멘트 간의 결합력을 향상시키는 시멘트 안정 처리 배합 조성물로, 소수성 구조 및 친수성 구조를 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8의 비율로 포함하는 합성 고분자물, 그리고 알칼리염을 포함하는 무기계 반응 활성화제를 포함하되, 상기 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 사용량 합이 상기 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 0.1 내지 5중량%인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 기층 시공 방법은 상기 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물을 폐 아스팔트 골재에 고르게 분사하여 건조시킨 후 사용하거나 또는 기층용 콘크리트 배합 시 혼화제로서 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 갖는 본 발명은 고유의 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성화제의 구성을 통해, 굵은 골재를 폐 아스팔트 골재로 대체하여 사용함에 따라 발생할 수 있는 결합력의 부족에 따른 압축강도의 저하와 휨강도 저하를 방지하고, 콘크리트의 압축강도와 휨강도를 향상시킬 뿐만 아니라 흡수율을 증가시키고, 시멘트가 완전히 반응할 수 있는 환경을 만들어 동결, 융해 등에 의한 파손을 예방하는 효과를 제공한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명은 합성 고분자와 무기계 반응 활성화제를 이용하여 폐 아스팔트에서 발생하는 골재와 시멘트 입자 사이의 경계면의 부착력을 향상시킴으로써, 기층용으로 사용할 수 있도록 하는 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물에 관한 것이다.

이하 첨부된 도본 발명에 따른 합성 고분자 및 무기계 반응 활성화제를 활용한 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물(이하 본 조성물)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

본 조성물은 폐 아스팔트 골재 및 시멘트를 포함하는 기층용 콘크리트 배합에서, 폐 아스팔트 골재와 시멘트 간의 결합력을 향상시키는 시멘트 안정 처리 배합 조성물로, 합성 고분자물과 무기계 반응 활성화제를 포함한다.

이러한 본 조성물은 물과 혼합하여 폐 아스팔트 골재에 분사한 후 시멘트를 첨가하는 형태로 사용된다. 즉, 기층용 콘크리트 배합은 본 조성물과 물이 혼합된 혼합액이 폐 아스팔트 골재에 분사된 후, 이에 시멘트를 첨가하여 혼합하는 형태로 제조되는 것이다. 이때 본 조성물은 시멘트 콘크리트의 제조 시에 필요한 물에 혼합하여 사용되나, 시멘트를 가장 나중에 첨가하는 것이 좀 더 바람직하다. 다만 본 조성물을 물과 혼합한 혼합수를 마지막 순서로 넣을 경우 다소 조성물의 사용량이 증가할 수 있다.

구체적으로, 합성 고분자물은 소수성 구조 및 친수성 구조를 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8의 비율로 포함하는데, 소수성 구조는 아스팔트와의 결합을 위한 구조이고, 친수성 구조는 시멘트와의 결합을 위한 것이며, 그 비율은 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8인 것이 바람직하다.

만일 소수성 구조와 친수성 구조의 비율이 8:2보다 높은 경우, 시멘트 쪽으로 고분자 사슬의 분산이 강하게 이루어지지 않아 결합력이 나빠지게 되어, 그 결과로 경화 후 골재의 이탈이 발생할 수 있다.

또한 소수성 구조와 친수성 구조의 비율이 2:8보다 낮은 경우, 폐 아스콘 골재와의 결합이 나빠지게 되어, 동일하게 경화 후 골재의 이탈이 발생할 수 있다.

바람직한 소수성 구조와 친수성 구조의 비율은 분자량을 기준으로 7:3 내지 3:7이 되는 것이다. 이는 조성물의 고분자 고리 중 소수성 부분이 아스팔트와 결합하고 친수성부분이 시멘트 부분으로 배향하여 하이브리드 결합을 이루게 된다.

본 조성물에서 사용될 수 있는 합성 고분자물은 SB 고무 라텍스, EVA, 아크릴 등의 합성 고분자 중에 선택되는 것이 바람직한데, 반드시 친수성 구조와 소수성 구조로 이루어져야 한다.

다음으로, 무기계 반응 활성화제는 시멘트를 결합제로 사용할 경우에서의 아스팔트와 시멘트 간의 결합력을 증진시키기 위한 것으로, 시멘트가 아스팔트 및 소수성이 있는 고분자에 의하여 반응이 지연되거나 반응 종결에 의한 결합력 저하를 방지하기 위해 첨가된다.

소수성 고분자와 소수성이 큰 아스팔트는 물에 용해되지 않으나, 합성 고분자물에 포함된 소수기에 의하여 팽윤된 후 시멘트 입자에 흡착되어 시멘트의 수경반응을 감소시켜 배합 콘크리트의 강도를 낮출 수 있다. 그러나 무기계 반응 활성화제를 첨가하는 경우, 무기계 반응 활성화제가 시멘트 입자에 빠르게 침입하고 확산함으로써, 약 20마이크론 두께의 시멘트 입자가 완전히 반응할 수 있는 환경이 조성된다. 이로 인해 사용된 시멘트는 모두 완전한 반응을 하게 되어 합성 고분자물이나 잔존 아스팔트의 흡착에 영향을 받지 않게 된다.

이러한 무기계 반응 활성화제로는 알칼리염을 포함하는 무기계 반응 활성화제가 사용되는 것이 바람직한데, 알칼리염은 인체나 환경에 무해하다는 장점을 갖는다. 구체적으로는, 무기계 반응 활성화제가 무기 탄산염, 무기 황산염, 알칼리 실리카염 중 일 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 무기계 반응 활성제는 골재에 잔존하는 유기물인 아스팔트 분과 무기물인 시멘트와의 결합에서 가교 역할을 하는 기능을 하며, 결과적으로 시멘트가 결합될 때 결합력을 강화하는 역할을 수행한다.

일반적으로, 아스팔트의 부착성 향상은 특별한 경우를 제외하고는 젖음 현상을 이용한다. 보통은 계면활성제를 이용하여 젖음 현상을 향상시켜 접촉 면적을 증가시키는 방법을 사용하며, 이 때 음이온이나 양이온은 전혀 문제가 되지 않는다. 젖음이란 표면 장력을 변화시켜 접촉각을 작게 만드는 물질이면 어느 것을 사용하여도 무방하기 때문이다.

이러한 젖음을 위하여 사용한 계면활성제와 부착을 이루는 물질을 혼합하여 사용하는 방법이 아스팔트 개질 첨가제들이며, 이들 개질 첨가제는 궁극적인 타 물질과의 결합을 증가시키지는 않는다. 결국 사용된 계면활성제가 접촉 면적에 기여하나 결국 같은 면적에서의 접착력은 계면활성제에 의하여 손실되기 때문이다.

본 발명에서는 이러한 기존의 방법상 약점을 보완하기 위하여 유기물인 아스팔트와 무기물인 시멘트의 결합을 향상시키는 방법을 제시하였으며, 무기 첨가제인 무기계 반응 활성화제의 기능이 아스팔트와 결합된 고분자와의 연결고리 역할을 함으로써 높은 화학적 결합력을 발생시킬 수 있음에 착안된 것이다. 결국 고분자와 시멘트의 결합 사이에서 무기 반응 촉진제를 사용하여 보다 높은 화학적 결합을 유도하는 것이다.

보다 구체적인 실시예로, 본 조성물은 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 합산 중량 대비, 합성 고분자물은 SB 고무계 고분자 29.9 ~ 50 중량%로 구성되고, 무기계 반응 활성제는 탄산나트륨 1~ 20 중량%, 황산나트륨 1 ~ 15 중량%, 질산나트륨 1 ~ 20 중량%, 탄화칼슘 0.01 ~ 0.1 중량%, 염화칼슘 1 ~ 15 중량%로 구성될 수 있음을 특징으로 한다.

각 구성 별로, 합성 고분자물로는 SB 고무계 고분자가 사용될 수 있으며, 그 사용량은 29.9 ~ 50 중량%인 것이 바람직하다. 상기 범위 미만으로 사용되는 경우, 시멘트로의 고분자 배향이 작아 결합이 나빠짐으로 인해 경화 후 내수성이 좋지 않게 됨은 물론 아스팔트와의 결합력이 나빠지고, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우, 경제성이 저하와 함께 시멘트와의 결합력이 나빠지게 된다.

다음, 무기계 반응 활성제를 구성하는 탄산염으로는 탄산나트륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산알루미늄 등이 사용될 수 있으며, 탄산염은 시멘트와의 결합 시 탄산칼슘(CaCO₃)으로 전환되어 시멘트와의 결합을 향상시키는 기능을 하며, CO₃기가 아스팔트에 결합된 폴리머와 수소 가교 결합을 함으로써, 시멘트의 경화 구조를 향상시킨다.

이러한 탄산나트륨은 1~ 20 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 시멘트와 고분자 간의 결합을 충분히 발생시킬 수 없으며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 시멘트의 표면 반응을 촉진하여 시멘트의 결합력이 오히려 나빠지게 된다.

다음, 무기계 반응 활성제를 구성하는 또 다른 구성인 황산염으로는 황상나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄 등이 있으나, 2가인 금속염은 물에 녹지 않아 사용하기 어려우며, 황산알루미늄은 시멘트와 급격한 반응을 일으킬 수 있어 1가 금속인 황산나트륨과 황산칼륨이 사용될 수 있다. 황산나트륨의 경우 황산기(SO₄)가 아스팔트와의 결합을 향상시키는 기능을 한다.

이러한 황산나트륨은 1 ~ 15 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 고분자물과 시멘트 결합을 유도할 수 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우 시멘트의 급속한 경화를 초래할 수 있어 바람직하지 않다.

다음, 무기계 반응 활성제를 구성하는 또 다른 구성인 질산염 역시 1가 금속염이 바람직하며 이중 질산나트륨과 같은 1가 염은 황산나트륨과 같이 질산기(NO₃)가 아스팔트와의 결합을 향상시키는 기능을 하는데, 질산염의 경우 소량 사용 시 완속 경화를 유도하여 시멘트와 아스팔트 간의 결합력을 더욱 증가시킬 수 있다.

이러한 질산나트륨은 1 ~ 20 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 충분한 시멘트 반응 지연에 의한 아스팔트와 시멘트 간의 결합을 향상시킬 수 없으며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 시멘트와 급결 반응을 유발할 수 있다.

다음, 무기계 반응 활성제를 구성하는 또 다른 구성인 탄화칼슘(CaC₂)은 수용액 상에서 CaOH와 아세틸렌가스를 발생시키는데, 아세틸렌가스는 아스팔트와 시멘트가 결합하는 분위기를 조성한다.

이러한 탄화칼슘은 0.01 ~ 0.1 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 반응을 유도하기 위한 분위기 조성이 어려우며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 아세틸렌가스가 과도하게 발생하여 위험을 초래할 수 있다.

다음, 무기계 반응 활성제를 구성하는 또 다른 구성인 염화칼슘(CaCl₂)은 아스팔트와 결합한 폴리머와 시멘트의 결합력을 향상시키는 작용을 위해 첨가된다.

이러한 염화칼슘은 1 ~ 15 중량%가 사용되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 시멘트가 아스팔트와 결합하는 중간 다리 역할을 하기 부족하며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 염분이 과도해져 다른 철재 재료의 부식을 유발하는 문제가 있다. 또한 나트륨이나 칼륨과 같은 1가 염의 경우 매우 안정해서 반응성을 충분히 얻을 수 없다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예로, 본 조성물은 상기한 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 사용량 합이 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 0.1 내지 5중량%인 것이 바람직하다.

가령, 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 합이 전체 콘크리트 대비 0.1 중량% 미만인 경우 촉진 반응이 미미하여 소정의 성능을 얻기 힘들고, 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 합이 전체 콘크리트 대비 5 중량%를 초과하는 경우 사용량 초과로 인해 더 이상의 성능 향상 효과를 얻을 수 없다.

한편, 상기한 본 조성물의 사용 방법으로, 먼저 폐 아스팔트 골재에 고르게 분사한 후 건조시키고, 이를 골재로서 사용할 수 있다. 이 경우, 폐 아스팔트 골재 입자에 직접 작용하여 매우 안정적이고 효과적이나 건조과정이 필요하여 경제성 측면에서 아쉬움을 갖는다.

본 조성물의 또 다른 사용 방법으로, 폐 아스팔트 골재를 활용한 콘크리트 배합에 일정량을 혼화제로서 사용할 수 있다. 이 경우, 시멘트와의 혼용성을 사전 확인하여야 한다는 전제 조건을 수반한다.

본 발명에서는 상기 두 방법과 조성물을 첨가하지 않은 실시를 비교하여 그 우수성을 입증하는 실험을 실험예로서 제시한다. 하기 표 1은 상기의 배합을 기초로 한 실시예이다.

재료의 명칭		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예
조성물	고분자	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	0
	Na₂CO₃	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0
	Na₂SO₄	0.36	0.36	0.36	0.36	0.36	0.36	0
	NaNO₃	0.39	0.39	0.39	0.39	0.39	0.39	0
	CaC₂	0.003	0.003	0.003	0.003	0.003	0.003	0
	CaCl₂	0.447	0.447	0.447	0.447	0.447	0.447	0
물		6.33	6.33	6.33	6.33	6.33	6.33	6.33
시멘트		12.66	12.66	12.66	12.66	12.66	12.66	12.66
잔골재		36.72	36.72	36.72	36.72	0	0	0
폐 아스콘 잔골재		0	0	0	0	36.72	36.72	39.72
폐아스콘 굵은골재		20.65	41.29	20.65	41.29	0	41.29	41.29
굵은 골재		20.64	0	20.64	0	41.29	0	0
합계		100	100	100	100	100	100	100
비고		폐골제에 조성물 분사		물과 조성물 혼합				조성물 사용 안함

상기 표 1의 배합 후 성능은 공기량, 압축강도, 인장강도의 변화를 관찰하였다. 상기 표 1의 실험 결과는 하기 표 2를 통해 확인할 수 있다.

구분	시험항목
	슬럼프	공기량	압축강도(MPa)			인장강도(MPa)
	cm	%	3일	7일	28일	3일	7일	28일
실시예1	12	4.0	22.0	28.9	35.6	3.00	3.19	3.22
실시예2	12	3.8	19.3	29.8	33.7	3.01	3.21	3.21
실시예3	12	4.2	21.3	29.2	34.3	3.03	3.22	3.32
실시예4	12	4.0	20.1	28.8	33.6	3.01	3.20	3.20
실시예5	12	4.5	18.5	25.8	32.2	2.89	2.98	3.01
실시예6	12	4.5	17.6	26.7	31.2	2.45	2.65	2.66
실시예7	12	4.0	16.3	19.8	22.1	1.87	2.26	2.46

상기 표 2를 참고하면, 슬럼프와 공기량의 변화는 유사한 것이 확인되나, 압축강도의 경우 3일, 7일 및 28일 강도에서 모두 본 조성물을 분사하거나 혼합하여 사용하였을 때, 비교예의 16.3, 19.8, 22.1을 모두 크게 상회하는 약 19 ~ 22, 28 ~ 29, 33 ~ 36MPa로, 약 40%의 압축강도 상승효과가 있음을 확인할 수 있었다.

또한 인장강도 역시 본 조성물을 사용하였을 경우가 사용하지 않았을 때의 경우에 비해 모두 증가한 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 본 조성물을 사용하는 경우 소정의 저강도 콘크리트 배합에서 아스콘에서 발생하는 골재를 시멘트 콘크리트용 골재로 이용할 수 있어서 매우 친환경적임을 알 수 있다.

또한 콘크리트 배합에서 특히 빈배합과 같이 저강도의 도로 포장에 적용할 경우, 아스콘에서 발생하는 골재를 시멘트 콘크리트에서 사용할 수 있기 때문에 경제성을 충분히 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

한편, 본 조성물은 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 기능성 첨가제를 0.1 중량%를 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다. 이 기능성 첨가제는 폐 아스팔트 골재와 시멘트 입자 사이에서 자체적으로 입자화되어 구조적 안정성 및 방청성을 향상시키는데, 특히 태양광에 의한 자체 발열을 통해 본 조성물과 폐 아스팔트 골재 및 시멘트 간의 혼련 성능을 강화한다.

이러한 기능성 첨가제는 테트라클로로금(Ⅲ)산 100 중량부 대비, 이산화망간 5 중량부, 실리카겔 3 중량부, 포졸란 10 중량부, 계면활성제 3 중량부, 벤토나이트 1 중량부, 하이드록시에틸아크릴레이트 40 중량부 및 에틸렌디아민테트라아세테이트 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

테트라클로로금(Ⅲ)산, 이상화망간 및 실리카겔(이하 발열입자)은 태양광을 받아 자체 발열하여 본 조성물과 폐 아스팔트 골재 및 시멘트 간의 융화와 혼련이 자체적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해 부가되며, 상온에서는 이 혼련 시간이 24시간 이상으로 길기 때문에, 약 40 ~ 60℃의 온도 조건을 제공하여 혼련 시간을 30분 이내로 단축시키기 위해 구비되는 구성이다.

각 조성물 별로, 테트라클로로금(Ⅲ)산(HAuCl₄)은 금을 왕수(王水)에 녹이거나 염화금(Ⅲ)을 염산에 용해시켜 취득하는 담황색의 결정으로, 입경에 따라 발열 효율이 다르기 때문에 평균 입경이 15 ~ 30nm인 것이 사용되는 것이 바람직하다. 이하의 기능성 첨가제를 구성하는 조성들은 테트라클로로금(Ⅲ)산 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 이산화망간(MnO₂)은 망간과 상소가 결합한 화합물로, 발열입자의 분산을 용이하게 하고 태양광 파장의 활용 영역을 최적화하기 위해 첨가되며, 티타늄, 크롬, 니켈, 구리 등 4주기의 전이금속 중 원적외선 영역에서의 복사율 및 복사에너지 효율이 좋아 채택되었다. 이러한 이산화망간은 산소 존재 하에서 약 1000℃로 소결시켜 제조되며, 입경이 작을수록 유도 가열 효과가 증대되므로 평균 입경이 10 ~ 100nm인 것이 사용되는 것이 바람직하고, 그 사용량은 반복 실험 결과 최적의 열전도 효율을 보였던 5 중량부인 것이 바람직하다.

그리고 실리카겔(Silica Gel)은 발열입자의 발열 효과를 지속시키고 발열 포화 시간을 단축시키기 위해 첨가되며, 반복 실험 결과 3 중량부가 포함될 때 최적의 발열 효율을 보이는 것으로 확인되었다.

이러한 발열입자는 테트라클로로금(Ⅲ)산 수용액을 약 100℃에서 10분간 가열한 후에 소량의 구연산을 첨가하여 수용액 상태로 만든 다음, 이에 상기 배합 비율로 이산화망간 및 실리카겔을 혼합 및 분산시킨 후, 소정의 건조 과정을 거쳐 제조된다. 여기에서, 건조 과정에 대한 구체적인 내용은 기 공지된 기술 및 통상의 기술자의 일반 상식을 따르는 것으로 한다.

다음으로, 포졸란, 계면활성제, 벤토나이트, 하이드록시에틸아크릴레이트 및 에틸렌디아민테트라아세테이트(이하 보호입자)는 본 조성물의 보호 기능 및 방청 기능을 부가하기 위해 사용된다.

각 구성 별로, 포졸란은 보호입자 구성을 위한 지오 폴리머 반응의 주요한 결합재로서, 화산재 등과 같은 천연 포졸란, 슬래그 미분말, 플라이 애쉬, 실리카 흄 등과 같은 인공 포졸란 중 어느 것이 선택되어도 무방하다. 이러한 포졸란은 10 중량부가 사용되는 것이 바람직하며, 너무 과도하지 않는다는 것을 전제할 때 상기 조성비를 초과하여도 무방하나, 상기 조성비 미만인 경우에는 강도 발현이 어렵다는 문제가 발생한다.

그리고 계면활성제는 작업성 개선을 위해 첨가되고, 벤토나이트는 탈락 방지를 위한 점탄성 조절제로서 첨가되어 요변제의 기능을 수행한다. 이러한 계면활성제와 벤토나이트는 공지된 기술 및 일반 상식을 참고하여 시판되는 제품을 상기 조성비로 첨가되면 족하다. 상기 조성비를 벗어나는 경우, 흐름성이 기준치에 과도하거나 또는 미달되게 된다.

그리고 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethylacrylate)는 부착증진제로서 첨가되며, 특히 경화성이 뛰어나다는 장점이 있어 채용되었다. 반복 실험 결과, 바람직한 사용량은 40 중량부이며, 상기 조성비 미만으로 사용되는 경우 부착 증진 효과 발현이 미미하며, 상기 조성비를 초과하여 사용되는 경우 휘발도가 높아지고 독성이 강해진다.

그리고 에틸렌디아민테트라아세테이트(Ehtylenediaminetetracetate)는 흡착강화제로서 첨가되며, 보호입자의 초기 생성 시의 흡착력을 강화하여 결과적으로 부착력을 향상시킨다. 반복 실험 결과, 최적의 흡착 강화 효과를 발현하는 사용량은 3중량부로 확인되었다.

이러한 보호입자는 상기한 발열입자와 함께 교반기에 투입하여 혼합 및 교반한 다음, 소정의 건조 및 경화 과정을 거쳐 제조된다.

이상에서 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

삭제
폐 아스팔트 골재 및 시멘트를 포함하는 기층용 콘크리트 배합에서, 폐 아스팔트 골재와 시멘트 간의 결합력을 향상시키는 시멘트 안정 처리 배합 조성물에 있어서,
소수성 구조 및 친수성 구조를 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8의 비율로 포함하는 합성 고분자물; 및
알칼리염을 포함하는 무기계 반응 활성화제;
를 포함하되,
상기 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 사용량 합이 상기 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 0.1 내지 5중량%이고,
상기 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 합산 중량 대비,
상기 합성 고분자물은 SB 고무계 고분자 29.9 ~ 50 중량%로 구성되고,
상기 무기계 반응 활성제는 탄산나트륨 1~ 20 중량%, 황산나트륨 1 ~ 15 중량%, 질산나트륨 1 ~ 20 중량%, 탄화칼슘 0.01 ~ 0.1 중량%, 염화칼슘 1 ~ 15 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물.
폐 아스팔트 골재 및 시멘트를 포함하는 기층용 콘크리트 배합에서, 폐 아스팔트 골재와 시멘트 간의 결합력을 향상시키는 시멘트 안정 처리 배합 조성물에 있어서,
소수성 구조 및 친수성 구조를 분자량을 기준으로 8:2 내지 2:8의 비율로 포함하는 합성 고분자물; 및
알칼리염을 포함하는 무기계 반응 활성화제;
를 포함하되,
상기 합성 고분자물 및 무기계 반응 활성제의 사용량 합이 상기 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 0.1 내지 5중량%이고,
상기 기층용 콘크리트 배합 총량 대비 기능성 첨가제 0.1 중량%를 더 포함하되,
상기 기능성 첨가제는, 테트라클로로금(Ⅲ)산 100 중량부 대비, 이산화망간 5 중량부, 실리카겔 3 중량부, 포졸란 10 중량부, 계면활성제 3 중량부, 벤토나이트 1 중량부, 하이드록시에틸아크릴레이트 40 중량부 및 에틸렌디아민테트라아세테이트 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물.
청구항 2에 기재된 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물을 이용한 기층 시공 방법에 있어서,
상기 기층용 시멘트 안정 처리 배합 조성물을 폐 아스팔트 골재에 고르게 분사하여 건조시킨 후 사용하거나 또는 기층용 콘크리트 배합 시 혼화제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 기층 시공 방법.