KR102067571B1 - 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 펌프 트랙 시공 방법 - Google Patents

펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 펌프 트랙 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 즐길 수 있도록 직선구간, 범 구간 및 롤러 구간 등의 트랙으로 구성되는 펌프 트랙의 표층을 위한 중온 고탄성 아스팔트 조성물, 이를 이용한 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 펌프 트랙과 그 시공방법에 관한 것으로, 자연지형 및 이용자의 환경을 고려한 펌프 트랙 기본설계 및 3D 모델링, 다짐토로 구성되는 노상, 흙 및 자갈로 구성되는 입도조정 보조기층, 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 형성되는 기층, 라이더의 안전을 위해 탄성 및 부드러운 질감의 중온 고탄성 아스팔트 표층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 중온 고탄성 아스팔트 조성물(상품명: 펌프 트랙®), 이를 이용한 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 펌프 트랙 시공방법에 관한 것이다.

Description

펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 펌프 트랙 시공 방법 {Highly elastic warm mix asphalt mixture for pump track surface and pump track construction method}
본 발명은 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 즐길 수 있도록 직선구간, 범 구간 및 롤러 구간 등의 트랙으로 구성되는 펌프 트랙의 표층을 위한 중온 고탄성 아스팔트 조성물(상품명: 펌프 트랙®), 이를 포함하는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 펌프 트랙 시공방법에 관한 것으로, 자연지형 및 이용자의 환경을 고려한 펌프 트랙 기본설계 및 3D 모델링, 다짐토로 구성되는 노상, 흙 및 자갈로 구성되는 입도조정 보조기층, 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 형성되는 기층, 라이더의 안전을 위해 탄성 및 부드러운 질감의 중온 고탄성 아스팔트 표층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 트랙 시공방법에 관한 것이다.
펌프 트랙은 자전거, 스케이트 보드 등이 속도를 유지할 수 있도록 설계된 범 구간 및 롤러 구간으로 구성되는 루프 형태의 레포츠 트랙이다. 라이더가 페달링 없이 펌핑으로 자전거 속도를 유지하거나 증가시킬 수 있도록 설계되며, 레크리에이션 및 피트니스 용도 뿐만 아니라 균형 연습, 라이딩 기술 연습 및 자전거에 대한 자신감 향상 등에 유용한 스포츠 시설이다. 펌프 트랙은 MTB, BMX 등 자전거 라이딩뿐만 아니라 스케이트 보딩 및 롤러 등을 즐길 수 있는 복합 레포츠형의 멀티 트랙으로 전문화된 설계 및 시공으로 안전성을 확보하고 모든 연령대의 이용자에게 최대의 스릴과 즐거움을 주면서 누구나 쉽게 이용할 수 있는 공간을 제공한다.
기존 자전거 라이딩을 위한 시설은 주로 산악 자전거 형태로 접근성 및 이용자에 한계를 가지며 지형 및 코스 특성상 안전성 확보가 곤란하며, 기존 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 이용할 수 있는 스포츠 시설은 콘크리트 표면을 가지는 경기용 트랙 또는 이와 유사한 형태의 트랙으로 초급자가 쉽게 이용할 수 없는 단점이 있으며, 콘크리트 타설을 위한 거푸집 설치로 다양한 형상 및 코스를 구현하는데 한계가 있다.
특허 1715654호에는 트랙을 지탱하는 프레임을 “T” 형강으로 제작하여 각 파이프보다 트랙의 곡면을 구현하는데 편하도록 하되, 상기 “T” 형강의 윗면에 해당되는 부분은 평철로 절곡하여 제작하고, “T” 형강의 아래쪽은 평철의 원호형으로 절단한 뒤 절곡된 평철과 절단된 원호형 절단부를 용접하여 “T” 형강으로 제작함으로써, 트랙의 곡면을 쉽게 구현할 수 있으며, 또한 프레임을 분리 제작한 뒤 현장에서 조립식으로 체결하여 하나의 트랙으로 완성함으로써 운반부피를 최소화할 수 있는 인라인 스케이트용 트랙의 조립식 프레임에 대한 내용이 명시되어 있다.
또한, 특허 제1849721호에는 이용자 또는 스포츠 기구가 움직이는 상판부; 상기 상판부의 하면에 형성되어 상기 상판부를 지지하는 지지부; 및 상기 지지부의 하면에 형성되어 상기 상판부를 포함한 상기 지지부가 지면 위에서 이동 가능하도록 하는 이동부;를 포함하여 이루어지는 모바일 펌프 트랙에 대하여 명시되어 있다.
상기 트랙은 이동 가능하도록 제작된 프리캐스트 제품으로 다양한 형상의 제작이 가능하지만 이동식 제품으로 하부 구조의 평탄성에 따른 설치의 문제가 수반되며 프리캐스트 트랙 특성상 트랙 이외의 공간에서 위험을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 트랙 표면이 강성체로 형성되어 자전거 라이더의 부상 등 위험요소가 항시 존재한다.
대한민국 등록특허 제10-1266484호 "자전거 전용 도로포장 구조물 및 그 시공방법" (2013.05.15. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1715654호 "인라인 스케이트용 트랙의 조립식 프레임" (2017.03.07. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1849721호 "모바일 펌프트랙" (2018.04.11. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 누구나 쉽게 접근 가능하며 연령 및 숙련도에 관계없이 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등의 스릴과 즐거움을 즐길 수 있도록 직선구간, 범(Berm) 구간 및 롤러(Roller) 구간 등의 트랙으로 구성되는 공원형 레포츠 형태의 펌프 트랙을 제공하는 것을 목적으로 하며, 펌프 트랙 하부 토공부를 산악이나 정비되어 있지 않은 시골길과 같은 자연 발생적 도로와 같이 재현하여 라이더의 흥미와 체력 증진을 꾀하고 표면을 고탄성화하여 라이더의 부상 방지를 우선적으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 펌프 트랙 상부에 탄성 및 부드러움 질감을 가질 수 있도록 고탄성 재질의 첨가제를 사용한 중온 고탄성 아스팔트 혼합물을 표층으로 하며 아스팔트 포장 표층에 의해 공용성 확보와 유지관리가 용이한 펌프 트랙 시공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 자연 지형 및 이용자의 환경에 부합하는 펌프 트랙 기본 설계 및 3D 모델링, 다짐토로 구성되는 노반, 흙 및 자갈로 구성되는 입도조정 보조기층, 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 형성되는 기층 및 중온 고탄성 아스팔트 표층으로 구성되는 펌프 트랙을 제공하려는 것이다.
본 발명은 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 남녀노소 및 연령에 관계없이 누구나 이용 가능하며 쉽게 접근할 수 있도록 도심 주변 하천 및 유휴지 등의 자연 지형을 활용하여 도심 공간 속에 롤러코스터와 같은 스릴을 느낄 수 있는 자연친화형 펌프 트랙을 조성하기 위한 것으로, 직선 구간, 곡선 구간, 범 구간 및 롤러 구간 등의 트랙으로 구성되는 중온 고탄성 아스팔트 표층을 가지는 펌프 트랙과 이 펌프 트랙 표층의 포장에 사용되는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 펌프 트랙 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은 어류의 이동 모습 등을 형상화한 유선형 구조를 이용해 다양한 업앤다운(up and down) 트랙 구조로 격렬도 및 흥미도를 높여 라이더에게 최대의 스릴과 즐거움을 주고 자전거 또는 스케이트의 마찰력을 극대화하면서 동시에 넘어졌을 때 안전성을 확보하기 위해 표면의 탄성도를 극대화한 펌프 트랙을 제공하기 위하여 다음과 같이 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 라이더에게 안전성을 주기 위해 포장 표면에 탄성 및 부드러운 질감을 가지는 중온 고탄성 아스팔트로 포장한 표면의 모습을 나타내는 개요도이다.
본 발명의 펌프 트랙 시공방법은 다음과 같다. 자연 지형 및 이용자의 환경을 고려한 펌프 트랙의 기본 설계 및 3D 모델링 단계(S1); 펌프 트랙의 기초로서 상부 하중의 지지 및 다양한 형상이 가능하도록 자연토사 및 혼합토 중 1종 이상을 다짐하여 노반을 형성하는 단계(S2); 상부 하중의 지지 및 하부 노반을 보호하기 위해 흙 및/또는 자갈을 치환하여 노반 위에 입도조정 보조기층을 형성하는 단계(S3); 펌프 트랙 특성상 직선, 곡선, 범, 선단 등의 다양한 형상(코스)을 쉽고 정확하게 구현하기 위해 보조기층 위에 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 기층을 형성하는 단계(S4); 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러스케이트 등에 의해 표면을 보호하고 운전자가 안전하게 라이딩할 수 있도록 선형성, 평탄성 및 부드러운 질감을 가지도록 기층 위에 중온 고탄성 아스팔트 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 표층을 형성하는 단계(S5);를 포함한다.
또한, 본 발명에서는 단계 S5 이후 중온 고탄성 아스팔트 표층 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 표층 위에 라이딩의 안전을 위해 라인 및 형상을 표시하는 단계(S6);를 더 포함할 수 있다.
이하 도면 등을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 구성을 좀 더 자세하게 설명하면 다음과 같다.
펌프 트랙이 시공되는 현장의 자연 지형 즉, 평탄성, 구배, 이용가능 면적, 지질, 주변 환경 등과 이용자의 분류에 의한 설계 코스의 난이도, 레포츠 시설의 목적 등에 부합될 수 있도록 펌프 트랙 기본 설계 및 3D 모델링 하는 단계(S1); 펌프 트랙 설계 및 3D 모델링에 기반하여 형상이 구체화될 수 있도록 자연 토사 및/또는 혼합토의 다짐을 통해 노반을 형성하는 단계(S2); 상부 하중의 지지 및 하부 지반을 보호하기 위해 노반 위에 흙 및/또는 자갈을 치환하여 입도조정 보조기층을 형성하는 단계(S3); 펌프 트랙 특성상 직선, 곡선, 범, 선단 등의 다양한 코스를 쉽고 정확하게 구현하기 위해 보조기층 위에 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 기층을 형성하는 단계(S4); 라이더에게 스릴, 즐거움 및 안전성을 제공하기 위하여 선형성, 평탄성 및 부드러운 질감을 가질 수 있도록 기층 위에 중온 고탄성 아스팔트 혼합물 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 혼합물로 표층을 형성하는 단계(S5); 중온 고탄성 아스팔트 표층 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 표층 위에 라인 및 별도의 형상을 표시하는 단계 (S6);를 포함하여 이루어진다.
중온 고탄성 아스팔트 표층 또는 칼라 중온 탄성 아스팔트 표층을 가지는 펌프 트랙은 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 누구나 자유롭고 안전하게 즐길 수 있도록 하천의 고수부지, 유휴지, 도심 내 공원, 공원 주변 등에 설치되는 자연 공원 형태의 레포츠 시설로서, 중온 고탄성 아스팔트 표층 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 표층에 의해 선형성, 평탄성 및 부드러운 질감을 느낄 수 있어 이용자에게 최대한의 안전 및 즐거움을 줄 수 있는 트랙을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 아스팔트 포장 표층에 의해 공용성 확보와 유지관리가 용이한 펌프 트랙을 제공한다.
펌프 트랙은 시공되는 현장의 지형적 요소와 이용자 및 레포츠 시설 목적을 고려한 코스 난이도 등 차별화된 설계가 가능하다. 펌프 트랙은 입체적 트랙이므로 평탄성, 구배, 지질, 이용 가능 면적 등의 자연 지형을 우선적으로 고려하여 시골길 및/또는 산악 형태의 느낌을 가질 수 있도록 최대한 자연 형태를 유지한 코스를 설계한다. 또한, 이용자의 라이딩 수준, 주변 환경과의 조화 및 스포츠 또는 레포츠 시설의 목적에 따라 펌프 트랙 코스의 난이도 및 형상을 다르게 설계할 수 있다.
펌프 트랙은 상기와 같은 자연 지형적 요소와 인위적 요소를 결합하여 라이더에게 최적의 스릴, 즐거움 및 안전성을 제공할 수 있도록 기본 설계를 실시하며, 기본 설계를 바탕으로 3D 모델링을 통하여 최적 설계를 실시한다. 도 2 및 도 3은 펌프 트랙의 기본설계를 바탕으로 제작된 3D 모델링의 일례들이다.
펌프 트랙의 기초로서 상부 하중의 지지 및 다양한 형상이 가능하도록 자연토사 및/또는 혼합토의 다짐으로 노반을 형성하는 단계(S2)는 다음과 같이 수행되는 것을 특징으로 한다.
펌프 트랙은 곡선 및 직선 구간 등 다양한 형태로 설계되기 때문에 하부 지지 기반이 기초로서 이에 부합되는 형상으로 형성되어야 한다.
다짐토로 구성되는 노상을 위한 소일은 샌드 25-60중량%, 클레이 30-65중량% 및 실트(silt) 10-40중량%의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하며, 다음 소일 구조 피라미드에서 적정 비율에 대한 기준을 찾을 수 있다. 소일 수조 피라미드는 샌드, 클레이 및 실트에 대한 혼합 비율을 나타낸 것으로 펌프 트랙의 노상을 위한 비율은 피라미드에 표시된 원에 부합되도록 한다. 상기 소일 구조 피라미드에 의해 선정된 토사를 다짐 장비 및 인력을 통해 충분한 다짐을 실시하여 노상을 형성하여야 한다. 도 4는 노반 형성을 위한 소일 구조 피라미드를 보여준다.
상부 하중의 지지 및 하부 노반을 보호하기 위해 부순 돌, 부순 자갈 등을 모래와 혼합한 임도조정 보조기층을 형성하는 단계(S3)는 다음과 같이 수행되는 것을 특징으로 한다.
입도조정 보조기층을 위한 입도는 통과중량 백분율에 있어 25mm 크기 80-95%, 20mm 크기 60-90%, 5mm 크기 30-65%, 2.5mm 크기 20-50%, 0.4mm 크기 10-30%, 0.08mm 크기 2-10%를 기준으로 한다.
입도조정 보조기층은 라이더에게 스릴과 즐거움을 줄 수 있는 역동적인 펌프 트랙의 형상을 형성하는 단계로서 다음과 같은 직선 및 선형 조건을 검토하여 설계 및 시공된다.
라이더에게 스릴 및 즐거움을 주기 위한 트랙 선형의 롤러 구간은 롤러 구간의 높이 및 롤러 구간의 길이에 크게 좌우된다. 롤러 구간의 반복 사이클이 많을수록 스릴은 높일 수 있지만 롤러 구간의 상하 구간의 높이 차가 너무 크거나 롤러의 파장 간격이 짧은 경우 라이더에게 위험을 초래할 수 있다. 도 5, 도 6 및 도 7은 롤러 구간에 대한 주기, 롤러 구간 길이에 따른 구배 및 롤러 구간의 유지 시간 등에 대한 설계예를 보여준다. 도면 5는 시간에 대한 사인 곡선(sine wave)을 보여준다. 라이더가 스릴을 느낄 수 있도록 상승과 하강을 반복할 수 있도록 설계한다. 도면 6은 구간의 구배를 보여준다. 사인 곡선에서 사인 구간 길이와 정점의 높이는 10:1, 12:1 및 14:1의 비율을 표준으로 한다. 도면 7은 라이더가 보다 스릴을 느낄 수 있도록 사인 구간의 연속 설계 시 사인 구간의 상승과 하강 구간의 소요시간에 대한 예시이다.
펌프 트랙 특성상 다양한 형태의 범 구간, 직선구간 및 롤러구간 등을 포함함으로써 다양한 형상의 구현과 정확한 곡선, 선단, 꺾임 구간 등을 표현하기 위해 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 기층을 형성하는 단계(S4)는 다음과 같이 수행되는 것을 특징으로 한다.
입도조정된 보조기층에 의해 일정 형상을 만든 후 상온 아스팔트 또는 소일시멘트 기층으로 구체적인 펌프트랙 형상을 구현한다.
펌프 트랙 형상 설계시 다음과 같은 선형 조건을 적절히 분배 및 위치시켜 라이더에게 최대한의 스릴과 안전을 확보할 수 있도록 한다.
도 8은 펌프 트랙 범(Berm) 구간의 곡선 형태를 보여준다. 범 구간은 다양한 형상을 가지며 폭을 깊거나 얕게 설계할 수 있다.
자전거 라이더, 인라인 스케이터 및 롤러 스케이터 등에 의한 표면을 보호하고 운전자가 안전하게 라이딩할 수 있도록 선형성, 평탄성 및 부드러운 질감을 가지며, 아스팔트 포장 표층에 의해 공용성 확보와 유지관리가 용이하도록 중온 특성 및 탄성 특성을 가지는 중온 고탄성 아스팔트 표층 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트 표층을 형성하는 단계(S5)는 다음과 같이 수행되는 것을 특징으로 한다.
펌프 트랙의 아스팔트 표층은 곡선구간, 직선구간 및 범 구간 등 다양한 형태 및 형상으로 시공되기 때문에 대형 아스팔트 포장 장비의 사용이 곤란하고 소형 작업기계를 사용한 인력 작업으로 형성한다. 인력 작업 특성상 소규모 다짐 작업에 장시간이 소요되어 아스팔트 혼합물의 온도가 저하되기 때문에 기존 가열 아스팔트보다 더 낮은 온도에서 다짐도를 확보할 수 있는 중온 아스팔트의 사용이 요구된다.
본 발명에서는 펌프 트랙의 아스팔트 표층을 위해 80℃ 이상에서 다짐 가능한 중온 아스팔트 바인더 및 혼합물이 적용되었다.
또한, 라이더에게 스릴을 느끼게 함과 동시에 안전성을 향상하기 위해 중온 아스팔트에 탄성 재질의 첨가제를 혼입하여 표층 아스팔트의 표면 탄성 특성을 획기적으로 높였다. 중온 고탄성 아스팔트를 위한 탄성 첨가제로는 폐타이어 분말, 폐우레탄 분말 및 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 분말 중 선택된 1종 이상이 사용되며 기존 개질 아스팔트와 같이 아스팔트에 용융시키는 방식이 아니라 혼합물 내에서 원형 형태를 유지하여 표층 아스팔트 혼합물의 탄성 특성을 높이면서 타이어와의 마찰 저항성을 감소시켜 라이더의 속도감과 안전성을 동시에 높이는 것을 특징으로 한다.
펌프 트랙 표층을 위해 사용되는 중온 고탄성 아스팔트 또는 칼라 중온 고탄성 아스팔트의 성분 및 혼합물의 구성은 다음과 같다.
a) 골재 86~92중량%;
상기 골재는 5~20mm 크기의 쇄석 골재 45~70중량%; 0.15~5mm 크기의 부순 모래 25~50중량% 및 1~5mm 크기의 탄성 골재 (폐타이어, 페우레탄 칩 또는 EPDM 칩) 0.2~5중량%,
b) 아스팔트 4~10중량%;
c) 채움재 3~8중량%; 및
d) 중온 고탄성 아스팔트 개질재 0.2~2.8중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 중온 고탄성 아스팔트 개질재 함량이 0.2% 미만인 경우 중온 효과 및 탄성 효과가 미미하며, 2.8중량%를 초과하는 경우에는 아스팔트 혼합물에 대한 강도가 현저히 저하된다.
또한, 상기 d) 중온 고탄성 아스팔트 개질재는
(가) 저온 연성 중온 첨가제로서 비닐아세테이트 함량 5~13중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 비닐아세테이트 함량 15~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지로 이루어진 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 20~50중량%;
(나) 부착성 개선 중온 첨가제로서 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란으로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 알콕시실란 5~15중량%;
(다) 나노 중온 첨가제로서 천연 제올라이트 및 인공 제올라이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 제올라이트 5~10중량%;
(라) 탄성 첨가제로서 폐타이어 분말, 폐우레탄 분말 및 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 분말 중 선택된 1종 이상 10~20중량%;
(마) 점착성 부여 수지로서 쿠마론·인덴 수지, 페놀수지, p-t-부틸페놀·아세틸렌 수지, 페놀·포름알데히드 수지, 텔펜·페놀수지, 폴리텔펜 수지, 크실렌·포름알데히드 수지, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지, 폴리부텐, 로진, 이들의 수소첨가물 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상 1~35중량%; 및
(바) 식물유, 동물유, 석유계 중질 탄화수소유로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 프로세스 오일 1~15중량%;를 포함한다.
상기 중온 고탄성 아스팔트 바인더 및 혼합물에 사용되는 구성에 대해 아래에 상세히 설명한다.
1. 에틸렌 비닐 아세테이트 수지
아스팔트 혼합물의 생산 온도 및 다짐 온도를 낮추기 위해 중온 아스팔트 조성물에는 왁스 또는 미강유, 대두유 등의 식물유, 어유, 고래기름 등의 동물유, 실린더유, 윤활유 등의 오일이 주로 사용되고 있다.
왁스 또는 오일을 기반으로 하는 중온 아스팔트는 낮은 온도에서 유동성을 확보하여 중온 생산이 가능하지만 왁스 기반의 중온 아스팔트는 경화 후 취성이 커서 저온에서의 연성이 현저히 감소하며 특히 아스팔트 바인더의 탄성 특성을 잃게 되어 균열 발생 및 포트홀 등으로 인하여 장기 공용성이 저하된다. 또한, 오일 기반 중온 아스팔트의 경우 오일에 의한 아스팔트 혼합물의 동적 점도를 감소시켜 낮은 온도에서 다짐이 가능하지만 오일에 의한 골재와 아스팔트 바인더의 점착력 저하로 골재 피복 두께가 감소하고 공용 중 박리저항성이 크게 저하되는 단점을 내포한다.
본 발명에서는 중온 아스팔트에 주로 사용되는 왁스 또는 오일의 문제점을 개선하기 위하여 저온에서 연성 및 탄성을 가지며 골재와의 부착 특성이 우수한 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 저온 연성 중온 첨가제로 사용하였다.
중온 아스팔틀 제조를 위한 에틸렌 비닐 아세테이트(VA) 수지에서 VA 함량 5% 미만의 경우에는 과도한 플라스틱 성질로 최종 제품의 취성이 증가하고 혼합 성능이 저하되며, VA 함량이 40%를 초과하는 경우에는 과도한 연성으로 최종 제품의 유동성 증가 및 강도 저하 문제가 있으므로 VA 함량 40% 이하의 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 사용하는 것이 적합하다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 제조에는 비닐아세테이트 함량 5~13중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 비닐아세테이트 함량 15~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지로 이루어진 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 20~50중량%를 사용한다.
2. 부착성 개선 중온 첨가제
중온 아스팔트는 아스팔트 혼합물의 생산온도가 가열 아스팔트에 비하여 20~30℃ 낮기 때문에 골재에 증발되지 않은 수분을 많이 포함할 수 있다. 증발되지 않은 수분을 포함하는 골재 표면은 아스팔트와의 부착력이 크게 저하되기 때문에 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명에서는 골재와 아스팔트의 부착력을 개선하기 위한 부착성 개선 중온 첨가제로서 유기 실란(organosilane)을 사용하였다. 유기 실란을 포함하는 아스팔트 혼합물에서 골재와 같은 무기 재료는 유기 실란과 반응하여 표면이 변형된다. 유기 실란은 유기 작용성 알콕시실란이며, 알콕시기는 중합체에 필요한 특성을 부여한다. 소수성 성질은 알콕시기의 존재에 의해 부여되며, 실릴화제(silylating agent)라 불리는 물질은 광물과 중합체 사이에서 발생하는 반응에 사용되어 수분 조건의 존재하에 특성을 유지하는 복합체를 생성한다. 유기 실란의 특성은 친수성 골재를 소수성 골재 표면으로 변경시킨다. 히드록시기를 함유하는 응집층은 사슬에 존재하는 알콕시기와 실란 결합을 형성하며, 이 결합은 응집 표면에 소수성을 부여한다. 이와 같은 모든 반응은 비가역적이고, 실록산 결합으로 인해 소수성으로 유지된다. 이 반응은 골재 표면을 소수성으로 변하게 하므로 아스팔트 혼합물 중의 오일인 아스팔트, 즉, 비극성 아스팔트와 골재는 더 잘 부착된다. 또한, 유기 실란은 아스팔트 혼합물 혼합시 및 다짐시 골재의 운동을 더 쉽게 하기 때문에 기존 아스팔트에 비하여 아스팔트 혼합물의 생산온도를 10~15℃, 다짐온도를 30~40℃ 낮추는 효과를 발휘한다.
본 발명의 알콕시실란으로는 알콕시기-Si-유기 작용기로 형성된 것으로서, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란으로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것을 사용한다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 중 알콕시실란이 5% 미만인 경우, 골재의 표면을 소수성으로 변화시키는 데 한계가 있으며, 알콕시실란이 15%를 초과하는 경우, 골재의 운동이 증가하여 재료 분리가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재에서 알콕시실란은 5~15중량%를 사용한다.
3. 나노 중온 첨가제
나노 중온 첨가제로는 제올라이트를 사용한다. 제올라이트는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 규산 알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 것으로 결정질 알루미늄 규산염 광물을 의미한다. 제올라이트는 망상구조의 올바른 규칙이 깨어져 골격에 빈틈이 있으며, 빈틈에 의해 분자체 기능을 가지면서 동시에 제올라이트는 다량의 물을 흡착할 수가 있다. 제올라이트는 양이온의 변화 없이 건조 중량의 최대 30%까지 물을 흡수하거나 잃을 수 있다.
중온 아스팔트는 아스팔트 혼합물의 생산온도가 일반 아스팔트에 비하여 20~30℃ 낮기 때문에 혼합물 생산시 골재에 포함된 수분을 완전히 제거하기 어렵다. 따라서 골재에 포함된 수분으로 인하여 아스팔트 혼합물의 박리저항성이 크게 저하되기 때문에 수분을 제거해야 한다.
제올라이트는 수분 흡수율이 크기 때문에 유기 실란과 혼용하여 사용할 경우 중온 아스팔트 생산시 발생하는 수분 문제를 해결하는데 매우 효과적이다. 본 발명에서는 제올라이트는 천연 제올라이트 또는 인공 제올라이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것을 사용한다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 중 제올라이트의 사용량이 5% 미만인 경우 골재의 수분을 완전히 흡착하는 데 한계가 있으며, 10%를 초과하는 경우에는 아스팔트 혼합물 생산시 점도의 증가로 다짐도가 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 중 제올라이트는 5~10중량%를 사용한다.
4. 탄성 첨가제
펌프 트랙을 위한 아스팔트 표층은 라이더의 안전과 주행성을 확보하기 위하여 탄성적 특성을 포함하는 것이 중요하다. 아스팔트 표층에 탄성적 특성을 부여하기 위하여 본 발명에서는 골재로서 탄성 골재를 일부 포함하는 것 외에 중온 고탄성 아스팔트 개질재 제조시 탄성 특성을 부여할 수 있는 탄성 첨가제를 사용하였다.
중온 고탄성 아스팔트 개질재 제조시 사용되는 탄성 첨가제는 점착성 부여수지 및 프로세스 오일과의 호환성이 중요하며, 본 발명에서는 폐타이어 분말, 폐우레탄 분말 및 EPDM 분말 중 선택된 1종 이상을 탄성 첨가제로 사용한다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 중 탄성 첨가제가 10% 미만인 경우에는 탄성 특성을 발현하기 어려우며, 20%를 초과하는 경우에는 아스팔트 바인더의 강성을 크게 저하시킨다. 따라서, 본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재에서 탄성 첨가제는 10~20중량%를 사용한다.
5. 점착성 부여 수지
점착성 부여 수지의 사용량이 과도하게 적으면 아스팔트 혼합물의 연화점, 60℃ 점도, 동적 안정도 등의 특성이 떨어진다. 역으로, 점착성 부여 수지의 사용량이 과도하게 많으면, 아스팔트 혼합물의 터프니스나 강성력 등의 특성이 떨어진다.
본 발명에 사용되는 점착성 부여 수지로는 쿠마론·인덴 수지, 페놀수지, p-t-부틸페놀·아세틸렌 수지, 페놀·포름알데히드 수지, 텔펜·페놀수지, 폴리텔펜 수지, 크실렌·포름알데히드 수지, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지, 폴리부텐, 로진 등과, 이들의 수소첨가물 또는 무수말레인산 등에 의한 변성물 등을 들 수 있다. 이들 점착성 부여 수지는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 점착성 부여 수지 중 1종 이상을 선택하여 개질재 총 중량 중 1~35중량%를 가한다.
6. 프로세스 오일
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재에는 프로세스 오일 함량을 15% 초과하여 적용할 경우 각 원재료의 분산성은 증가하지만, 과도한 연성으로 바인더의 침입도 등의 물성이 저하되므로 1~15%로 사용하는 것이 적합하다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재에는 쌀겨 기름, 대두유 등의 식물유, 어유, 고래기름 등의 동물유, 실린더유, 윤활유 등의 석유계 중질 탄화수소유 등을 사용할 수 있지만, 경제성이나 시장에 있어서의 유통성 등을 고려하면, 석유계 중질 탄화수소유, 그 중에서도 방향족계 탄화수소유를 사용하는 것이 좀 더 바람직하다. 물론, 파라핀계나 나프텐계의 탄화수소로 이루어지는 프로세스유를 사용하는 것도 가능하다. 식물유, 동물유, 석유계 중질탄화수소유로 이루어진 군 중 1종 이상을 선택하여 본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재 중 1~15중량% 가한다.
또한, 본 발명에서는 중온 고탄성 아스팔트 표층 위에 라이더의 안전 및 유도를 위한 라인, 야간 주행성을 확보하기 위한 형광 라인, 펌프 트랙 특성을 표현하는 문양, 로고 등을 표시하는 단계(S6);를 추가로 수행할 수 있다.
본 발명은 자전거, 인라인 스케이트 및 롤러 스케이트 등을 남녀노소 누구나 이용할 수 있으며 쉽게 접근할 수 있도록 도심 주변 하천 및 유휴지 등의 자연 지형을 활용한 공간 속에 형성되는 자연친화형 트랙에 적합한 중온 고탄성 아스팔트 및 이를 이용한 중온 고탄성 아스팔트 혼합물을 제공한다.
본 발명의 펌프 트랙은 시공되는 현장의 지형적 요소와 이용자 및 레포츠 시설 목적을 고려한 코스 난이도 등 차별화된 설계가 가능하며, 자연 지형을 고려하여 시골길 및 산악 형태의 느낌을 가질 수 있도록 최대한 자연 형태를 유지한 코스를 제공한다. 또한, 이용자의 라이딩 수준, 주변 환경과의 조화 및 스포츠 또는 레포츠 시설의 목적에 따라 펌프 트랙 코스의 난이도을 조절한 다양한 트랙을 제공할 수 있다.
본 발명의 펌프 트랙은 라이더에게 스릴과 즐거움을 주기 위해 다양한 형태의 직선 구간, 범 구간 및 롤러 구간 등의 트랙으로 구성되며, 탄성 및 부드러운 질감의 고무첨가제를 혼입한 탄성 아스팔트의 표층 적용으로 라이더에게 안전성을 제공할 뿐만 아니라 아스팔트 표층에 의해 공용성 확보 및 유지관리 편의성을 제공한다.
본 발명의 펌프 트랙 표층에 사용되는 중온 고탄성 아스팔트 조성물은 80℃ 이상에서 인력 다짐이 가능하며 품질 기준 이상의 강도를 발현하기 위한 충분한 다짐도를 확보할 수 있어 타설 시간의 제약 없이 다양한 형상의 펌프 트랙을 제공할 수 있다.
도 1은 펌프 트랙을 위한 중온 고탄성 아스팔트 혼합물의 표면 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 중급 난이도의 펌프 트랙 3D 형상의 일례이다.
도 3은 초급 난이도의 펌프 트랙 3D 형상의 일례이다.
도 4는 노반 형성을 위한 소일 구조 피라미드이다.
도 5는 롤러 구간의 주기를 나타내는 그래프이다.
도 6은 롤러 구간의 길이에 따른 구배를 나타낸다.
도 7은 롤러 구간의 유지 시간을 나타낸다.
도 8은 펌프 트랙 범(Berm) 구간의 곡선 형태의 여러 가지 예시를 나타낸다.
아래에서는 구체적인 실시 예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 실시예의 기재에만 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
아래 표 1은 상기 본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 혼합물과 기존의 고탄성 첨가제를 사용하지 않는 중온 아스팔트 혼합물 및 콘크리트 포장을 비교예로 사용하였다.
본 발명의 중온 고탄성 아스팔트 혼합물은 아스팔트 플랜트에서 펠렛형 중온 고탄성 아스팔트 개질재를 골재 및 아스팔트와 투입하여 생산온도 140℃ 정도로 하여 생산하였으며, 좀 더 구체적으로는 국토해양부 "2011 도로포장 통합지침" Ⅲ. 아스팔트 콘크리트 포장 생산 및 시공 중 5. 아스팔트 혼합물 생산에 준하여 생산하였다.
　구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
아스팔트 5.3 5.5 5.0 5.5 -
중온 고탄성
아스팔트 개질재		 0.2 0.5 1.0 - -
중온 첨가제 - - - 0.5 -
골재 및 필러 94.5 94.0 94.0 94.0 -
콘크리트 포장 - - - - 시멘트 콘크리트 포장
아래 표 2는 상기 표 1의 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2에 대한 마샬안정도, 간접인장강도, 동적안정도, 휨강도, 다짐도, 탄성계수에 대한 시험결과이다.
항목 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예1 비교예2
마샬안정도 N 8,920 8.430 10,110 7,820 -
간접인장강도 MPa 0.88 0.84 0.97 0.79 -
동적안정도 회/mm 3,730 3,580 4,120 3,110 -
휨강도(-10℃) MPa 12.1 11.9 13.2 10.4 -
휨강도(20℃) MPa 6.6 6.6 7.1 5.6 -
다짐도(80℃) % 99 98 99 92 -
탄성계수 GPa 2.17 2.47 2.52 1.64 1.34

Claims (10)

  1. a) 골재 86~92중량%
    b) 아스팔트 4~10중량%
    c) 채움재 3~8중량% 및
    d) 중온 고탄성 아스팔트 개질재 0.2~2.8중량%를 포함하는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물에 있어서,
    상기 중온 고탄성 아스팔트 개질재는
    (가) 저온 연성 중온 첨가제로서 비닐아세테이트 함량 5~13중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 비닐아세테이트 함량 15~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지로 이루어진 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 20~50중량%;
    (나) 부착성 개선 중온 첨가제로서 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란으로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 알콕시실란 5~15중량%;
    (다) 나노 중온 첨가제로서 천연 제올라이트 및 인공 제올라이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 제올라이트 5~10중량%;
    (라) 탄성 첨가제 10~20중량%;
    (마) 점착성 부여 수지로서 쿠마론·인덴 수지, 페놀수지, p-t-부틸페놀·아세틸렌 수지, 페놀·포름알데히드 수지, 텔펜·페놀수지, 폴리텔펜 수지, 크실렌·포름알데히드 수지, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지, 폴리부텐, 로진, 이들의 수소첨가물 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상 1~35중량%; 및
    (바) 식물유, 동물유, 석유계 중질 탄화수소유로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 프로세스 오일 1~15중량%;를 포함하는, 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중온 고탄성 아스팔트 혼합물에 안료를 더 포함하는 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    골재는 5~20mm 크기의 쇄석 골재 45~70중량%;
    0.15~5mm 크기의 부순 모래 25~50중량%;
    폐타이어, 페우레탄 칩 및 EPDM 칩 중 선택된 1종 이상의 1~5mm 크기 탄성 골재 0.2~5중량%;인 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (라) 탄성 첨가제로서 폐타이어 분말, 폐우레탄 분말 및 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하는 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물.
  5. 삭제
  6. 자연 지형 및 이용자의 환경을 고려한 펌프 트랙의 기본 설계 및 3D 모델링 단계(S1); 펌프 트랙의 기초로서 상부 하중의 지지 및 다양한 형상이 가능하도록 자연토사 및 혼합토 중 1종 이상의 다짐에 의해 노반을 형성하는 단계(S2); 상부 하중의 지지 및 하부 노상을 보호하기 위해 흙 또는 자갈을 치환하여 입도조정 보조기층을 형성하는 단계(S3); 펌프 트랙 특성상 직선, 곡선, 범, 선단을 포함하는 다양한 코스를 쉽고 정확하게 구현하기 위해 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 기층을 형성하는 단계(S4); 라이딩으로부터 표면을 보호하고 운전자가 안전하게 라이딩할 수 있도록 선형성, 평탄성 및 부드러운 질감을 나타내는 중온 고탄성 아스팔트 표층을 형성하는 단계(S5);를 포함하는 것을 특징으로 하는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물을 이용한 펌프 트랙 시공방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 S5 단계 이후 중온 고탄성 아스팔트 표층 위에 라이딩의 안전을 위한 라인 또는 형상을 표시하는 단계(S6);가 부가되는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물을 이용한 펌프 트랙 시공방법.
  9. 펌프 트랙의 기초로서 자연토사 및 혼합토 중 1종 이상을 다짐하여 형성되는 노반;
    상기 노반 상부에 형성되며, 상부 하중의 지지 및 하부 노상을 보호하기 위해 흙 또는 자갈을 치환한 입도조정 보조기층;
    상기 보조기층 상부에 형성되며, 직선, 곡선, 범 및 선단 중 하나 이상의 코스를 구현하기 위한 상온 아스팔트 또는 소일 시멘트로 이루어진 기층; 및
    상기 기층 상에 형성되며 라이딩으로부터 표면을 보호하고 운전자의 안전한 라이딩을 위한 중온 고탄성 아스팔트 표층;을 포함하는 펌프 트랙.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 표층에 포함되는 중온 고탄성 아스팔트는
    a) 골재 86~92중량%
    b) 아스팔트 4~10중량%
    c) 채움재 3~8중량% 및
    d) 중온 고탄성 아스팔트 개질재 0.2~2.8중량%를 포함하는 중온 고탄성 아스팔트 혼합물에 있어서,
    상기 중온 고탄성 아스팔트 개질재는
    (가) 저온 연성 중온 첨가제로서 비닐아세테이트 함량 5~13중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 비닐아세테이트 함량 15~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지로 이루어진 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 20~50중량%;
    (나) 부착성 개선 중온 첨가제로서 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란으로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 알콕시실란 5~15중량%;
    (다) 나노 중온 첨가제로서 천연 제올라이트 및 인공 제올라이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 제올라이트 5~10중량%;
    (라) 탄성 첨가제 10~20중량%;
    (마) 점착성 부여 수지로서 쿠마론·인덴 수지, 페놀수지, p-t-부틸페놀·아세틸렌 수지, 페놀·포름알데히드 수지, 텔펜·페놀수지, 폴리텔펜 수지, 크실렌·포름알데히드 수지, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지, 폴리부텐, 로진, 이들의 수소첨가물 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상 1~35중량%; 및
    (바) 식물유, 동물유, 석유계 중질 탄화수소유로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 프로세스 오일 1~15중량%;를 포함하는, 펌프 트랙 표층용 중온 고탄성 아스팔트 혼합물을 포함하는 펌프 트랙.
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