KR102120445B1 - 산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재의 제조 방법 - Google Patents

산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐플라스틱 재처리 문제와 도로 포장 건설시의 천연 골재 부족 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 낮은 열에너지를 사용하여 이산화탄소를 저감할 수 있고, 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 골재간 결합력을 증대시켜 혼합물의 내구성을 크게 개선할 수 있는 산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 인공골재를 제조하는 방법은, 재생플라스틱 수지와 파쇄섬유를 혼합하여 플라스틱수지혼합물을 만드는 제1단계; 산업부산물 분말을 변성 고분자 수지 및 습경성 경화제 및 증류수와 혼합하여 무기분말혼합물을 만드는 제2단계; 상기 제1단계에서 만들어진 플라스틱수지혼합물을 압출기의 후방측(상류측)에 투입하고, 상기 제2단계에서 만들어진 무기분말혼합물을 압출기의 전방측(하류측)에 투입하여 압출 성형하는 제3단계; 상기 제3단계에서 압출 성형된 성형품을 일정한 길이로 절단하여 인공골재를 제작하는 제4단계;를 포함한다.

Description

산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재의 제조 방법{Artificial Aggregate Made of Industrial By-products And Recycled Plastic, And Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 인공골재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재생플라스틱 수지와 파쇄섬유, 유리섬유 파분 또는 산업부산물 분말을 변성 고분자수지 및 경화제와 혼합하고, 압출 성형을 통해 제조되는 인공골재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도로 포장은 주로 시멘트 콘크리트 포장이나 아스팔트 콘크리트 포장(아스콘)을 시행하고 있다. 그 중 시멘트 콘크리트 포장은, 골재, 시멘트, 혼화재료, 및 물 등의 구성요소로 시멘트와 물의 수화반응에 의해 강도가 발현된다. 일반적인 콘크리트의 28일 양생 후 압축강도는 20 MPa 내외이나, 도로용 시멘트 콘크리트의 압축강도 기준은 설계기준에 설정되어 있지 않으며, 도로포장용 시멘트 콘크리트 슬래브의 설계기준 휨-강도는 4.5 MPa 이상으로 설정되어 있다.
도로포장용 아스콘의 경우, 부피비 95% 내외의 골재 및 부피비 5% 내외의 아스팔트 바인더 등의 조성으로 골재간 결합력 및 아스팔트 바인더의 점착력 등으로 강도가 발현된다. 도로용 아스팔트 콘크리트의 강도기준은 표층용 아스팔트 콘크리트의 경우 0.8MPa 이상의 간접인장강도로 설정되어 있다. 상기한 시멘트 혹은 아스팔트 콘크리트 혼합물의 천연골재를 인공골재로 치환하는 경우, 상기한 기본적인 물성은 최소기준으로 만족해야 한다.
시멘트 콘크리트 도로포장 혼합물의 경우, 시멘트와 물의 수화반응에 의해 대부분의 강도가 발현되는 반면, 아스콘의 경우, 골재간 결합력으로 80% 내외의 강도가 발현된다.
시멘트 콘크리트 혼합물의 경우에도 다양한 크기의 골재를 포함하며, 시방서에 규정된 입도를 준용하여 설계되며, 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 량, 공기량, 물 및 시멘트 비, 및 양생 온도 등 강도 발현에 영향을 주는 요소이긴 하나, 아스팔트 콘크리트 혼합물에 비해 골재 입도 분포에 따른 골재간 결합력이 혼합물 강도에 미치는 영향이 상대적으로 매우 작다.
하지만, 연성이 강화된 인공골재를 일부 치환할 경우, 통상적으로 완전소성거동을 하는 시멘트 콘크리트의 연성강화 특성 증대는 회복탄성계수 또는 MSCR(Multi Stress Creep Recovery)시험 등을 통하여 증명할 필요가 있다.
아스팔트 콘크리트 도로포장 혼합물 조성에서 골재 간 결합력은 적정 수준이상의 내구성 유지에 중요한 요소이다. 최대의 골재간 결합력 발휘를 위해 혼합물 용도에 따라 골재입도를 시방규정에 그 범위를 정하여 관리토록 하며, 골재 자체의 입형 등도 기준에 맞도록 조절을 해야 한다. 인공골재의 경우, 길이 대 직경의 비가 상기 기준을 만족하면서 1~1.2범위의 형상으로 생산하는 것이 바람직하다.
그러나, 골재 관리 자체가 대부분 큰 상하위 범위를 갖는 혼합입도로 관리하도록 되어 있어, 일관성 있는 혼합물 내구성 발현이 매우 어렵다. 독일에서 개발된 SMA(Stone Mastic Asphalt)의 경우, 골재 크기를 단입도로 관리하도록 되어 있어 골재 간 결합력 발휘에 큰 장점이 있으나 비용이 비싼 단점이 있다. 국내 고속도로에 사용하는 SMA 경우에서도 혼합물의 변형 또는 장기피로균열에 대한 대응력 향상을 위해 아스팔트 바인더를 개질하여 사용하도록 되어 있으나, 혼합물 품질관리, 특히 골재 입도관리가 어려워 최종 혼합물의 내구성능의 변동성에 주의를 요한다.
아스콘 도로포장의 파손은 원인에 따라 포장 단면 두께 부족, 재료 불량, 배합 설계 불량 등의 내적인 요인과, 차량 하중 과다, 환경 하중, 시공 등 다짐 불량 등 외적인 요인으로 나눌 수 있다. 또한, 도로포장의 파손은 형태에 따라 바퀴자국 패임(rutting), 쇼빙(Shoving), 노상침하(depression), 거북등 균열(alligator cracking), 포트홀 (Pothole) 등 매우 다양하다. 이들 중 러팅(rutting)이란 도로 표면의 차량 주행 궤적부를 따라 도로가 내려앉은 형태를 의미하며, 아스팔트 혼합물 인성 또는 내구성 부족, 포장의 마모, 아스팔트 혼합물의 과유동, 노상·노반의 침하 등에 의해 발생할 수 있다. 이와 같은 설계 공용기간 내에 조기파손 방지를 목표로 다양한 방법 즉, 고분자 개질 혼합물, 단입도 SMA, 섬유보강재 혼입 등 이사용되고 있으나, 비용이 비싸거나 장기 성능 발현에 문제점이 있는 것으로 보고되고 있다.
또한, 시멘트 콘크리트 포장의 유지보수로 아스팔트 덧씌우기를 시행할 경우, 반사균열이 많이 발생하고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 아스팔트 포장의 균열 및 소성변형 방지 등을 목적으로 고분자로 개질된 고점도 아스팔트 바인더를 사용하거나, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등을 2종 이상 혼합하여 구성된 보강섬유를 아스팔트 혼합물에 혼합하거나 2차원 평면 등방향으로 직조한 섬유 그리드를 평면보강용으로 설치하는 공법이 주로 적용된다. 보강 섬유는 탄성과 연성을 동시에 가지고 있기 때문에, 아스팔트 시공에 적용시 아스팔트의 수명을 연장시키는 역할을 한다. 그러나, 2종 이상 이질의 섬유를 혼합하여 구성된 종래의 보강섬유는 아스팔트 혼합물 생산시 섬유끼리 뭉치는 볼링현상으로 시공시 큰 문제를 야기한다.
또한 기존 아스팔트 바탕면 위에 보강재를 가설하거나 보강재가 설치된 곳에 아스팔트를 포설시 덤프트럭, 피니셔, 가설장비 등의 바퀴에 들러붙거나 말려들어가 장비에 문제를 일으키거나 작업성을 크게 저하시키는 요인이 되는 경우가 있다.
종래기술로서 등록특허 제10-1494799호에는 유리섬유 파분을 펠렛 또는 입자 형태로 한 파분 보강재와, 여러 가닥의 유리섬유를 폴리프로필렌 수지로 코팅하여 다발형으로 만든 섬유 보강재를 혼합한 구성으로 제작하여 가열 아스팔트 혼합물에 첨가함으로써, 간편하게 현장 플랜트에서 투입이 가능하며, 생산된 가열 아스팔트 혼합물 내에서 섬유의 뭉침 현상을 방지하여 아스팔트의 성능을 개선할 수 있도록 한 유리섬유 복합 보강재료가 개시되어 있다.
그러나 상기 등록특허의 유리섬유 복합 보강재료는, 유리섬유의 직경이 10㎛이하로 매우 가늘어 전단저항에 취약한 점과, 유리섬유 외피 코팅재의 높은 융점으로 봉형 섬유가 골고루 분산되지 않는 점, 2종의 보강재를 현장에서 투입하기 위해 별도의 투입장치를 사용하는 데에 추가비용이 소모되는 점 등의 문제가 있다.
또한 기존의 아스팔트 보강에 사용하는 인공골재는 1000℃ 이상의 온도에서 소결을 필요로 하며 천연재료를 사용하므로 높은 에너지 사용량 및 고비용이 요구되고, 일축 압축강도가 5MPa 이하로 구조용으로 보통 연암 대체에 어려움이 따르는 문제도 있다.
대한민국 등록특허 제10-1494799호 대한민국 등록특허 제10-1866908호
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 폐플라스틱 재처리 문제와 도로 포장 건설시의 천연 골재 부족 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 낮은 열에너지를 사용하여 이산화탄소를 저감할 수 있고, 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 골재간 결합력을 증대시켜 혼합물의 내구성을 크게 개선할 수 있는 산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재는, 재생플라스틱 수지와, 유리섬유를 일정 길이로 절단하여 만들어진 파쇄섬유를 혼합한 플라스틱수지혼합물과; 산업부산물 분말과, 변성 고분자 수지와, 습경성 경화제를 혼합한 무기분말혼합물을 압출기에 투입하여 압출 성형한 후 펠릿 형태로 절단된 것을 특징으로 한다.
상기 변성 고분자 수지는 고무 성분과 실란 성분이 연행된 에폭시 수지일 수 있다.
상기 산업부산물 분말은, 탄산칼슘 함량이 70중량% 이상인 칼펫(calpet), 규소(SiO2) 함량이 30 중량% 이상인 플라이애쉬(fly ash), 유리섬유 파분, 바텀애쉬(Bottom ash) 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 무기분말혼합물에 증류수를 추가로 혼합할 수 있다.
상술한 것과 같은 본 발명에 따른 인공골재를 제조하는 방법은,
재생플라스틱 수지와 파쇄섬유를 혼합하여 플라스틱수지혼합물을 만드는 제1단계;
산업부산물 분말을 변성 고분자 수지 및 습경성 경화제 및 증류수와 혼합하여 무기분말혼합물을 만드는 제2단계;
상기 제1단계에서 만들어진 플라스틱수지혼합물을 압출기의 후방측(상류측)에 투입하고, 상기 제2단계에서 만들어진 무기분말혼합물을 압출기의 전방측(하류측)에 투입하여 압출 성형하는 제3단계;
상기 제3단계에서 압출 성형된 성형품을 일정한 길이로 절단하여 인공골재를 제작하는 제4단계;
를 포함한다.
상기 제2단계에서 혼합되는 변성 고분자 수지는 고무 성분과 실란 성분이 연행된 에폭시 수지일 수 있다.
또한 상기 제2단계에서 혼합되는 산업부산물 분말은, 탄산칼슘 함량이 70중량% 이상인 칼펫(calpet), 규소(SiO2) 함량이 30 중량% 이상인 플라이애쉬(fly ash), 유리섬유 파분, 바텀애쉬(Bottom ash) 중 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 재생플라스틱 수지 및 산업부산물 분말을 사용하며, 재생플라스틱 수지와 산업부산물 분말을 변성 고분자 수지와 함께 혼합하여 일축압축강도가 통상적인 연암(석회암)과 동등수준이상의 강도가 발현되므로, 폐플라스틱 재처리 문제와 도로 포장 건설시의 천연골재 부족 문제를 동시에 해결할 수 있고, 낮은 열에너지를 사용하여 이산화탄소를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 인공골재를 아스팔트 혼합물의 골재로서 사용할 경우 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 골재간 결합력을 증대시켜 혼합물의 내구성을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공골재를 나타낸 시제품 사진과 그 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공골재를 제조하기 위한 압출기와 이를 이용한 제조방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공골재의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 산업부산물 및 재생 플라스틱을 이용한 인공골재 및 그 제조 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공골재를 나타낸 것으로, 석탄 화력 발전소에서 발생되는 바텀애쉬(Bottom Ash) 미분말이나 플라이애쉬(fly ash) 미분말, 칼펫(calpet), 유리섬유 생산시 발생하는 유리섬유 파분 등의 산업부산물과, 유리섬유 생산시 발생되는 파쇄섬유 등의 무기재료와, 연성 부여를 위한 고무 변성 및 무기물과 유기물 계면에서 수소결합을 유도하기 위한 실란 성분 등이 연행된 변성 에폭시 수지 말단에서 열경화 반응으로 결합된 재료를 압출성형 과정에서 재생플라스틱 수지로 내외부를 코팅하여 일정한 크기로 절단한 것으로, 종래 인공골재 제조 기술에서 사용하는 섭씨 1300 ℃ 소결 과정없이 통상적으로 연암 수준인 10 MPa 이상의 압축강도 발현이 가능하도록 고분자 결합 기저를 이용한 인공골재이다.
구체적으로, 본 발명의 인공골재(1)는 재생플라스틱 수지와, 유리섬유를 일정 길이로 절단하여 만들어진 파쇄섬유(11)를 혼합한 플라스틱수지혼합물(10)과; 산업부산물 분말과, 변성 고분자 수지와, 습경성 경화제를 혼합한 무기분말혼합물(20)을 압출기(100)(도 2 참조)에 투입하여 압출 성형한 후 펠릿 형태로 절단되어 만들어진다.
상기 플라스틱수지혼합물(10)은 파쇄섬유(11)가 재생플라스틱 수지에 함침된 혼합물로서, 재생플라스틱 수지는 폐플라스틱을 소정의 크기로 절단한 것을 사용할 수 있다. 재생플라스틱 수지는 열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱을 인공골재의 최종 사용처에 따라 선택적으로 사용할 수 있다. 재생플라스틱 수지가 열경화성 플라스틱로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)인 경우 단독으로 사용할 수 있으나, 압출 온도를 최소 250 ℃ 이상으로 점도가 1 Pa.s 이하로 압출하는 것이 바람직하다. 또한 열가소성 플라스틱의 경우 재생 저밀도 폴리에틸렌과 신재 저점도 폴리프로필렌을 혼합한 혼합수지를 사용하되 압출 온도를 최소 200 ℃ 이상에서 압출하는 것이 바람직하다. 또한 상기 혼합수지는 135℃에서 0.5 Pa.s 이하의 점도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 재생플라스틱 수지에 혼합되는 파쇄섬유(11)는 유리섬유를 길이 1~3㎜로 절단하여서 된 것으로, 상기 재생플라스틱 수지와 함께 믹서기에서 혼합된 후 압출기(100)의 호퍼를 통해 투입된다.
상기 무기분말혼합물(20)에 사용되는 산업부산물 분말은, 탄산칼슘 함량이 70중량% 이상인 칼펫(calpet), 규소(SiO2) 함량이 30 중량% 이상인 플라이애쉬(fly ash), 유리섬유 파분, 바텀애쉬(Bottom ash) 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 산업부산물 분말은 75㎛ 체 통과분이 최소 60중량% 이상이되, 45㎛ 체 통과분은 40중량% 이하인 입도분포 잔량율을 갖는 산업부산물 분말을 채택하는 것이 바람직하다. 이 때, 무기 분말인 산업부산물 분말과 변성 고분자 수지의 계면에서 수소 결합을 유도하기 위해서 적정량의 물을 혼합해주는 것이 바람직하다.
상기 변성 고분자 수지는 연성 부여를 위한 고무 변성 및 무기물과 유기물 계면에서의 수소결합을 유도하기 위한 실란 성분이 연행된 변성 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
이러한 본 발명의 인공골재(1)를 제조하는 방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
재생플라스틱 수지와 파쇄섬유를 믹서기로 투입하고 혼합하여 플라스틱수지혼합물을 만든다. 그리고, 바텀애쉬와 플라이애쉬, 또는 유리섬유 파분과 같은 산업부산물 분말을 변성 고분자 수지(예를 들어 변성 에폭시 수지) 및 습경성 경화제를 믹서기에 투입하고 혼합하여 무기분말혼합물을 만든다. 상기 무기분말혼합물을 만들 때 상기 믹서기에 경화제 중량의 5~10 중량%의 증류수를 투입하여 함께 혼합한다.
이와 같이 만들어진 플라스틱수지혼합물을 압출기(100)의 후방측(상류측)에 배치되어 있는 제1호퍼(110)를 통해 투입하고, 상기 무기분말혼합물을 압출기(100)의 전방측(하류측)에 배치되어 있는 제2호퍼(120)를 통해 투입한 다음, 약 200~250℃의 온도에서 가열하여 용융하면서 압출 성형한다.
압출된 압출물은 냉각수조(130)를 통과하면서 냉각된 다음, 절단기(140)에서 정해진 형태와 크기로 절단되어 인공골재(1)로 만들어진다.
인공골재(1)의 직경은 인공골재(1)의 사용처에 따라 압출기(100)의 압출노즐(101)의 크기를 달리하여 생산이 가능한데, 바람직하기로 5~30㎜로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 5~10㎜ 직경을 갖도록 절단하되, 인공골재(1)의 길이와 직경의 비가 1~1.2 범위를 유지하는 원통형으로 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 인공골재(1)를 제조하기 위한 압출기(100)는 후방측(상류측)과 전방측(하류측) 각각에 상기 플라스틱수지혼합물(10)과 무기분말혼합물(20)이 투입되는 제1호퍼(110)와 제2호퍼(120)가 형성되어 있고, 전단부에 압출물을 토출하는 압출노즐(101)이 형성된 구조를 갖는다. 압출기(100) 내부에는 플라스틱수지혼합물과 무기분말혼합물을 후방에서 전방으로 점진적으로 이동시키면서 혼합하는 스크류(미도시)가 설치되어 있다.
이러한 방식으로 제조된 인공골재(1)는 골재 및 아스팔트 바인더와 함께 플랜트 믹서에서 혼합되어 아스팔트 혼합물로서 사용될 수 있는 데, 이 경우 인공골재(1)의 제조에 사용하는 재생플라스틱 수지는 융점이 200℃ 이상의 열경화성 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하다.
아스팔트 혼합물에서 본 발명의 인공골재(1)는 모래, 쇄석, 자갈 등을 일부 부피비로 치환하여 사용할 수 있다. 인공골재(1)의 굵기는 특별히 제한되지 않지만, 4.75㎜(No.4)체 또는 10㎜ (No. 2)체 골재를 선택적으로 치환하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아스팔트 혼합물에서 사용하는 아스팔트 바인더는 스트레이트 아스팔트, 블로운 아스팔트(blown asphalt) 등을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 아스팔트 바인더는 아스팔트 혼합물 총 중량 대비 1~30중량%, 바람직하게는 3~20중량%일 수 있다.
아스팔트 혼합물 제조 과정에서 아스팔트 보강재, 골재, 아스팔트 바인더를 상기 중량비로 혼합하는데, 이 과정에서 혼합물을 120~170℃의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 본 발명의 인공골재(1)는 상기 혼합온도에서 원래의 형상을 그대로 유지하는 것이 바람직하다.
인공골재(1)를 무기계 건축용 또는 도로용 시멘트 콘크리트 혼합물에 사용하는 경우, 열가소성 수지를 사용할 수 있으며, 시멘트 콘크리트 배합 설계에 따라 굵은 골재 또는 잔골재를 선택적으로 치환하여 사용할 수 있다.
실시예
재생플라스틱 수지로서 열가소성 수지인 폴리프로필렌을 사용하여 인공골재 시편 2종을 제조하고 그 일축압축강도를 시험하였다. 산업부산물 분말로서 바텀애쉬 미분말과 유리섬유 파분을 1:1의 중량비로 혼합하여 사용하였고, 변성 고분자 수지로서 변성 에폭시 수지를 사용하였다.
구분 재생플라스틱 수지(wt%) 파쇄섬유(wt%) 산업부산물 분말
(wt%)		 변성 고분자 수지
+경화제+물(wt%)
비교예 연암의 압축강도 10MPa
실시예 38.0 15.0 40.0 7.0
구분 단면적
(㎟)		 높이
(㎜)		 Max. Load
(kgf)		 Max. Load
(N)		 일축압축강도
(kgf/㎟)		 일축압축강도
(MPa)
실시예 1
시편		 2500 50 4760 46679 1.90 18.67
실시예 2
시편		 2500 50 5160 50602 2.06 20.24
상기한 2종의 실시예 시편(실시예 시편 1 및 실시예 시편 2)에 대한 일축압축강도 시험결과, 18.67 및 20.24 MPa의 압축강도가 발현되어 통상적인 연암(석회암)과 동등수준이상의 강도가 발현되어 천연골재를 치환하여 사용가능한 정도의 강도가 발현되는 것으로 나타났다.
인공골재의 크기는 압출 성형에 사용하는 압출 노즐의 크기에 따라 조절이 가능하지만, 아스팔트 혼합물에 사용하는 경우 도로포장용 골재 중, 4번체 크기(직경 4.75mm)에 해당하는 크기를 갖도록 제조될 수 있다. 인공골재는 경제성을 고려하여 전체 사용혼합물 부피의 일부를 추가하는 치환재 개념으로 활용이 가능하며, 치환대상이 되는 골재의 중량을 플랜트 생산시 대체 인공골재에 대비하여 그 사용량을 줄일 수 있는 이점을 제공한다.
표층 또는 기층용 아스팔트 콘크리트 도로 포장용 골재는 최대 골재 크기가 25㎜에서부터 0.075㎜ 까지 분포하는데 4.75㎜ 골재는 사용량이 부피비로 약 20~30 vol%에 달하며, 골재에 의해 형성되는 공극을 채우는 그 첫번째 골재 크기로 골재에 의한 결합력 제공에 매우 중요한 역할을 담당하는 주요체크기(Primary Control Seive) : PCS)로 취급된다. 일반적으로 도로 포장은 주로 시멘트 콘크리트 포장이나 아스팔트 콘크리트 포장 (아스콘)을 시행하고 있다. 그 중 시멘트 콘크리트 포장은, 골재, 시멘트, 혼화재료, 및 물 등의 구성요소로 시멘트와 물의 수화반응에 의해 강도가 발현된다. 일반적인 콘크리트의 28일 양생 후 압축강도는 20 MPa 내외이나, 도로용 시멘트 콘크리트의 압축강도 기준은 설계기준에 설정되어 있지 않으며, 도로포장용 시멘트 콘크리트 슬래브의 설계기준 휨-강도는 4.5 MPa 이상으로 설정되어 있다.
도로포장용 아스콘의 경우, 부피비 95 vol% 내외의 골재 및 부피비 5 vol% 내외의 아스팔트 바인더 등의 조성으로 골재간 결합력 및 아스팔트 바인더의 점착력 등으로 강도가 발현된다. 도로용 아스팔트 콘크리트의 강도기준은 표층용 아스팔트 콘크리트의 경우 0.8MPa 이상의 간접인장강도로 설정되어 있다. 상기한 시멘트 혹은 아스팔트 콘크리트 혼합물의 천연골재를 인공골재로 치환하는 경우, 상기한 기본적인 물성은 최소기준으로 만족해야 한다.
시멘트 콘크리트 도로포장 혼합물의 경우, 시멘트와 물의 수화반응에 의해 대부분의 강도가 발현되는 반면, 아스콘의 경우, 골재간 결합력으로 80% 내외의 강도가 발현되는 혼합물이다.
시멘트 콘크리트 혼합물의 경우에도 다양한 크기의 골재를 포함하며, 시방서에 규정된 입도를 준용하여 설계되며, 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 량, 공기량, 물 및 시멘트 비, 및 양생 온도등 강도 발현에 영향을 주는 요소이긴 하나, 아스팔트 콘크리트 혼합물에 비해 골재 입도 분포에 따른 골재간 결합력이 혼합물 강도에 미치는 영향이 상대적으로 매우 작다.
하지만, 연성이 강화된 인공골재를 일부 치환할 경우, 통상적으로 완전소성거동을 하는 시멘트 콘크리트의 연성강화 특성 증대는 회복탄성계수 또는 MSCR(Multi Stress Creep Recovery)시험등을 통하여 증명할 필요가 있다.
아스팔트 콘크리트 도로포장 혼합물 조성에서 골재 간 결합력은 적정 수준이상의 내구성 유지에 중요한 요소이다. 최대의 골재간 결합력 발휘를 위해 혼합물 용도에 따라 골재입도를 시방규정에 그 범위를 정하여 관리토록하며, 골재 자체의 입형 등도 기준에 맞도록 조절을 해야 한다. 인공골재의 경우, 길이 대 직경의 비가 상기 기준을 만족하면서 1~1.2범위의 형상으로 생산하는 것이 바람직하다.
본 발명의 인공골재는 기존의 고비용 단입도 골재, 고분자 개질, 또는 격자형 보강재를 사용하지 않고, 도로포장 혼합물에 사용하는 골재 중 내구성능 발현에 매우 중요한 역학적 역할을 담당하는 4.75㎜ 또는 10㎜ 골재를 인공골재로 그 일부를 대체할 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1 : 인공골재 10 : 플라스틱수지혼합물
11 : 파쇄섬유 20 : 무기분말혼합물
100 : 압출기 101 : 압출노즐
110 : 제1호퍼 120 : 제2호퍼
130 : 냉각수조 140 : 절단기

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 재생플라스틱 수지와 파쇄섬유를 혼합하여 플라스틱수지혼합물을 만드는 제1단계;
    산업부산물 분말을 변성 고분자 수지 및 경화제와 혼합하여 무기분말혼합물을 만드는 제2단계;
    상기 제1단계에서 만들어진 플라스틱수지혼합물을 압출기의 후방측(상류측)에 투입하고, 상기 제2단계에서 만들어진 무기분말혼합물을 압출기의 전방측(하류측)에 투입하여 압출 성형하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 압출 성형된 성형품을 일정한 길이로 절단하여 인공골재를 제작하는 제4단계;
    를 포함하는 인공골재의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2단계에서 혼합되는 변성 고분자 수지는 고무 성분과 실란 성분이 연행된 에폭시 수지인 인공골재의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2단계에서 혼합되는 산업부산물 분말은, 탄산칼슘 함량이 70중량% 이상인 칼펫(calpet), 규소(SiO2) 함량이 30 중량% 이상인 플라이애쉬(fly ash), 유리섬유 파분, 바텀애쉬(Bottom ash) 중 1종 이상인 인공골재의 제조방법.
  9. 삭제
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