KR102161088B1 - 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물 및 이를 이용한 도로포장 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카계 나노입자가 포함된 액상수지로 구성된 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물에 관한 것이다.

Description

블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물 및 이를 이용한 도로포장 공법{Road paving additive composition for preventing black ice and method for road pavement construction using the same}

본 발명은 겨울철에 발생되는 블랙아이스를 사전에 방지하기 위해 도로면 위에 수분기를 완벽히 차단시키는 첨가제 조성물 및 이를 이용한 도로포장 공법에 관한 것이다.

최근 2019년 12월 14일 경북 군위군 상주-영천 고속도로에서 다중 추돌 사고가 발생하였다. 차량 50대가 연달아 추돌하면서 7명이 숨지고 32명이 다쳤다. 사고 당시 '브레이크를 밟아도 차가 서지 않았다'는 사고 운전자들의 진술을 토대로 사고 원인으로는 '블랙 아이스(Black Ice)'가 지목됐다.

경찰청이 발표한 지난 5년간 겨울철 교통사고 통계에 따르면 교통사고 7,236건 중에서 눈길 사고로 인한 사망자는 186명이며, 블랙아이스 사고 사망자는 706명으로 눈길 사고 사망자보다 4배가 높았다. 블랙아이스 사망사고가 더 많이 발생한 이유는 도로위의 빙판길에 의해 차량 제어가 어려워, 대형사고로 이어지고 연쇄충돌의 가능성이 높아지기 때문이다.

블랙아이스(Black Ice)란 도 1에서 보는 바와 같이 도로표면에 코팅한 것처럼 얇은 얼음막이 생기는 현상을 말한다. 기온이 갑작스럽게 내려갈 경우 녹았던 눈이 다시 얇은 빙판으로 얼어붙는 현상으로 검은 아스팔트 또는 콘크리트 포장도로에 눈이나 습기가 도로면에 스며들어 생성된 얼음으로서 공기 중의 매연, 먼지 등과 뒤엉켜 검은 색을 띄게 되기 때문에 블랙아이스라고 불려진다.

블랙아이스 도로는 마찰계수가 0.054까지 떨어질 수 있기 때문에 일반도로에 비해 14배, 눈이 쌓인 길보다 6배 이상 미끄러운 것으로 알려져 각별한 주의가 필요하다.

이러한 블랙아이스를 제어하기 위한 기존 기술의 예로 대한민국 특허등록 제10-1780347호에서는 탄산염, 질화염, 알칼리 금속염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 무기염을 분말형태로 제조하는 파쇄단계; 분말형태의 무기염과 다공질체를 혼합한 혼합물을 용매에 용해시키는 용해단계; 상기 용해단계에서 사용된 용매를 제거하는 용매제거단계; 용매가 제거된 혼합물에 열을 가하여 소성시키는 소성단계; 소성된 혼합물에 유기산이 포함된 유기산 용액을 분사하는 분사단계; 유기산 용액이 분사된 혼합물을 건조하는 건조단계; 및 건조된 혼합물을 분쇄하는 분쇄단계;를 포함하는, 결빙억제 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제의 제조방법을 제시하고 있다.

그러나 블랙아이스의 생성을 제어하기 위해서는 사전에 도로표면으로 수분의 생성을 차단하여야 하는데 상기 기술의 적용에도 불구 이러한 수분차단을 충분히 기대할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1780347호

본 발명은, 상기 과제의 해결을 위한 것으로서, 블랙아이스를 사전에 방지하기 위해 도로면 위에 수분기를 완벽히 차단시키는 첨가제 조성물 및 이를 이용한 도로포장 공법을 제공하고자 함이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은 실리카계 나노입자가 포함된 액상수지로 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 액상수지에는 부틸아크릴레이트와 폴리디알킬실록산이 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 액상수지에는 슈크랄로스가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 액상수지에는 아황산염이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 이용한 도로포장 공법(이하 "본 발명의 공법"이라함)은, 실리카계 나노입자가 포함된 액상수지로 구성된 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 제조하는 단계(S10); 상기 S10단계에서 제조되는 첨가제 조성물을 이용하여 도로포장을 시공하는 단계(S20); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 S10단계에서 액상수지에는 부틸아크릴레이트, 폴리디알킬실록산, 슈크랄로스, 아황산염이 더 포함되도록 제조하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 S20단계에서는, 일정량의 첨가제 조성물이 도로포장 조성물에 투입되도록 하는 믹싱장치를 이용하여 도로포장 조성물을 배합하는 단계(S21); 도로포장 조성물을 타설하여 도로포장을 시공하는 단계(S22);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 믹싱장치에는, 첨가제 조성물을 도로포장 조성물에 일정량 투입토록 하는 정량펌프가 구성되되, 상기 정량펌프는 첨가제 조성물의 유입라인과 배출라인이 형성되며 내부에 상기 유입라인과 배출라인을 연결하는 연결라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에서 회전연동을 하는 몸체 및 상기 몸체 양단에 상기 연결라인을 각각 가압하는 가압롤러로 구성되는 회전조절구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 S20단계에는, 도로포장 표면의 먼지를 제거하는 단계(S201); 도로포장 표면에 상기 첨가제 조성물을 도포하는 단계(S202); 열풍건조 시키는 단계(S203);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 겨울철 블랙아이스 뿐만 아니라 여름철 장마기간의 수막현상도 방지하여 사시사철 미끄럼 사고방지에 우수한 장점을 가지고 있으며, 액상으로 타 조성물과 배합하거나 기존 도로의 표면에 도포하여 사용함으로써 시공성면에서도 우수한 장점이 있다.

도 1은 블랙아이스가 도로에 생성된 형태를 도시하는 개략도.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 시료에 수분을 분사한 결과를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명의 공법을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 공법에 사용되는 믹싱장치의 정량펌프의 작동상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 공법의 일 실시예를 나타내는 개략도.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시 예에 한정되지는 않는다.

본 발명의 조성물은 실리카계 나노입자가 포함된 액상수지로 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명의 조성물은 액상타입으로 기존 도로포장 조성물에 배합하여 도로포장의 시공에 적용될 수 있고, 기존 도로포장의 표면에 다양한 공지의 방법을 이용하여 도포함으로써 적용될 수 있는 것이다.

여기서 기존 도로포장 조성물이라 함은 콘크리트 도로포장 조성물, 아스팔트 도로포장 조성물을 포함하는 개념으로서 다양한 공지의 조성이 적용될 수 있어 그 상세 설명은 생략한다.

또한 기존 도로포장이라 함은 콘크리트 도로포장, 아스팔트 도로포장을 포함하는 개념으로서 다양한 공지의 기술이 적용될 수 있어 그 상세 설명은 생략한다.

본 발명의 조성물은 실리카계 나노입자가 포함되는 액상수지로 구성되어 노면에 함유된 수분이 얼지 않도록 하는 후속조치가 아닌 도로 내부로 수분이 침투하는 것을 원칙적으로 방지하는 것으로, 기존 도로포장 조성물에 배합하여 도로포장의 시공에 적용하는 경우에는 페이스트 자체의 방수성을 향상시키도록 하는 것이고, 기존 도로포장의 표면에 다양한 공지의 방법을 이용하여 도포함으로써 적용하는 경우에는 표면의 방수성을 향상시키도록 하는 것이다.

즉 겨울철 도로에서 블랙아이스가 발생될 수 있는 조건은 이전에 도로가 젖어 있는 조건이거나 수분이 많은 대기상태(짙은 안개나 구름)에서 기온이 갑작스럽게 저하되는 조건으로 도로면에 수분과 기온의 하강이라는 두 가지 조건이 결합되어 발생되는 바, 본 발명에서는 실리카계 나노입자가 포함되는 액상수지를 배합 또는 분사시켜서 블랙아이스를 생성할 수 있는 수분을 차단토록 하는 것이다.

한편 수분을 차단시키더라도 저온에서 수축 및 팽창이 반복되는 경우 표면 등에 균열이 유발되는데 이러한 균열은 도로의 내구성을 저하시키는 것은 물론 수분의 침투포인트가 되어 결국 블랙아이스 형성의 전제로서 수분침투가 허용되는 결과를 초래할 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기 액상수지에 부틸아크릴레이트와 폴리디알킬실록산이 포함되도록 하는 예를 제시하는데, 이와 같이 구성되는 이유는 저온에서도 충분한 충격저항성이 발현되도록 하여 균열에 의한 수분흡수를 차단토록 하기 위함이다.

상기 부틸아크릴레이트는 저온에서도 탄성 및 유연성이 유지되는 성질이 있으며, 폴리디알킬실록산은 부착력을 증가시키는 성질이 있어 온도변화에 따른 수축 및 팽창의 반복의 경우에도 부착력을 유지하면서 특히 저온에서도 탄성유지성을 향상시켜 이러한 수축 및 팽창을 보정할 수 있도록 함에 따라 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

바람직하게는 상기 액상수지는 실리카계 나노입자 100중량부에 대해 부틸아크릴레이트 50 내지 100중량부, 폴리디알킬실록산 5 내지 10중량부, 물 100 내지 300중량부, 소포제 0.1 내지 1중량부, 증점제 0.1 내지 1중량부, 유동화제 0.1 내지 1중량부로 배합되도록 하는 것이 타당하다.

또한 본 발명의 액상수지에 있어 상기 증점제로는 슈크랄로스가 단독으로 적용되거나 타 증점제와 혼합하여 사용됨이 타당하다.

슈크랄로스를 증점제로 사용하는 이유는 점성을 향상시키도록 하는 것은 물론 아이스형성시 빙결정 크기가 작아지고, 어는점 내림을 통해 아이스 형성을 제어하거나 이미 형성된 아이스의 녹는 속도를 증가시키기 위한 것이다.

여기서 슈크랄로스는 순도 90% 이상의 슈크랄로스로서 분말 또는 이를 이용하여 다양한 농도로 제조한 용액일 수 있다.

한편 눈이 오는 경우에는 상기 조성물에 의해 도로포장이 되거나 도로포장에 도포가 되더라도 동결방지제가 살포될 것인데, 일반적으로 동결방지제로 사용중인 염화물계 제설제의 경우에는 제설작업을 위하여 도로의 노면이나 교량에 살포될 경우, 상기 염화물계 제설제 내 포함되는 염소 이온(Cl-)이 철(Fe) 등과 반응하여 염화

철(FeCl₂)를 생성하고, 이로 인해 자동차, 철근, 철골 등을 부식시키거나, 강한 독성으로 인하여 시설구조물의 내구성 저하와 지하수, 하천 및 토양오염을 유발하고, 주변 초목, 농작물 등 식물을 고사시키는 등 생태계에 막대한 영향을 초래할 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기 액상수지에 아황산염이 더 첨가되는 예를 제시하고 있는 바, 염화물계 제설제가 사용되는 경우에 제설제 내 포함되는 염소 이온(Cl-)에 의해 상기에서 언급한 문제를 제어하기 위해 아황산염이 더 포함되도록 하는 것이다.

상기 아황산염은 분해작용에 의해 염화물계 제설제의 사용에 따라 발생되는 염소의 분해가 촉진되고 염화수소를 거쳐 고체상의 염화아연으로 고정화 되도록 하는 것이다. 즉 염화물계 제설제의 사용에 따라 발생될 수 있는 염소의 고정을 통해 무해화 하는 것이다.

바람직하게 아황산염은 상기 조성들에 더하여 실리카계 나노입자 100중량부에 대해 0.01 내지 0.5중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.

상기에서 언급한 본 발명의 조성물을 가지고 각각 시료를 제조한 후에 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 실험을 실시하였는 바, 도 2는 본 발명의 조성물을 굳지 않은 콘크리트에 섞어서 양생 후 표면에 다량의 수분을 분사한 결과이며, 도 3은 일반적인 콘크리트 시험체에 본 발명의 조성물을 표면에 분사하여 코팅 후 일정시간 경과 후 다량의 수분을 분사한 결과이다.

두 가지 시료 모두에서 일반적인 콘크리트 표면과 달리 수분을 흡수하지 않고 분사된 수분이 표면에 물방울의 형태로 생성되는 것을 알 수 있다.

즉 영하의 저온상태에서 본 발명의 조성물이 적용된 도로표면은 연무에 의해 공급된 수분을 도 2 및 도 3과 같이 결집시켜 미소한 아이스결정체를 갖게 되겠지만 도로면에 부착되지 못하고, 그 지역을 통과하는 차량이 발생시키는 바람에 의해 도로 변으로 흩어져서 블랙아이스와 같은 빙판을 형성하지 못하게 될 것으로 판단된다.

한편 본 발명의 공법은 도 4에서 보는 바와 같이 실리카계 나노입자가 포함된 액상수지로 구성된 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 제조하는 단계(S10); 상기 S10단계에서 제조되는 첨가제 조성물을 이용하여 도로포장을 시공하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

우선 상기 S10단계에서 액상수지에는 부틸아크릴레이트, 폴리디알킬실록산, 슈크랄로스, 아황산염이 더 포함되도록 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공법에 있어 상기 S20단계는 2가지 실시 예를 제시한다.

첫 번째 실시예의 경우 상기 S20단계에서는, 일정량의 첨가제 조성물이 도로포장 조성물에 투입되도록 하는 믹싱장치를 이용하여 도로포장 조성물을 배합하는 단계(S21); 도로포장 조성물을 타설하여 도로포장을 시공하는 단계(S22);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉 일반적인 도로포장 조성물에 상기 첨가제 조성물을 일정량 배합하여 도로포장을 타설토록 하는 것이다.

여기서 일반적인 도로포장 조성물은 콘크리트 도로포장 조성물, 아스팔트 도로포장 조성물 등을 포함하는 개념이다.

특히 본 실시예에서는 일정량의 첨가제 조성물이 도로포장 조성물에 투입되도록 하는 믹싱장치가 적용되도록 하는데 이를 위해 도 5에서 보는 바와 같이 믹싱장치에는 정량펌프(1)가 구성되도록 하여 도로포장 조성물에 일정량의 첨가제 조성물이 배합되도록 함으로써 균일한 물성이 용이하게 발현되도록 하는 것이다.

상기 정량펌프(1)는 첨가제 조성물의 유입라인(21)과 배출라인(22)이 형성되며 내부에 상기 유입라인(21)과 배출라인(22)을 연결하는 연결라인(23)이 형성되는 하우징(2)과, 상기 하우징(2)의 내부에서 회전연동을 하는 몸체(33) 및 상기 몸체(33) 양단에 상기 연결라인(23)을 각각 가압하는 가압롤러(31, 32)로 구성되는 회전조절구(3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전조절구(3)는 첨가제 조성물의 유동에 의해 회전하는 구성으로 상기 하우징(2)에서 상기 회전조절구(3) 즉 몸체(33)는 회전연동이 가능하도록 장착된다. 이렇게 회전연동이 가능하도록 장착되는 구조는 다양한 공지기술의 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 몸체(33)가 회전하면서 상기 몸체(33)에서 일정 유격을 형성하면 돌출되는 가압롤러(31, 32)에 의해 상기 연결라인(23)에서 일정 구간(R)만큼의 첨가제 조성물이 상기 배출라인(22)을 통해 배출되도록 하는 것이다.

이의 작동관계를 설명하면 (a)에서 보는 바와 같이 유입라인(21)으로 유입된 첨가제 조성물이 일측 가압롤러(31)를 가압하여 상기 회전조절구(3)가 회전되도록 하면서 (b)에서 보는 바와 같이 회전과정에서 일측 가압롤러(31)와 타측 가압롤러(32)가 연결관(23)을 가압하여 R구간에 해당하는 첨가제 조성물이 분리된 상태로 계속 회전을 통해 (c)에서 보는 바와 같이 R구간에 해당하는 첨가제 조성물의 량만이 배출라인(22)을 통해 배출되도록 하는 것이다.

즉 상기 작동관계에서 보면 첨가제 조성물의 유입압에 의해 자동적으로 일정량의 첨가제 조성물만이 투입되도록 하여 용이하면서 경제적으로 투입량을 조절할 수 있게 되는 것이다.

한편 두 번째 예는 상기 S20단계에는, 도로포장 표면의 먼지를 제거하는 단계(S201); 도로포장 표면에 상기 첨가제 조성물을 도포하는 단계(S202); 열풍건조 시키는 단계(S203);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 도 6에서 보는 바와 같이 기존의 콘크리트 및 아스팔트 포장도로에 대해서 먼지제거를 위한 스와핑 차량(b) 선도 후, 노즐크기 조절이 가능한 살수 차량(b)에 상기 첨가제 조성물을 저장탱크에 투입하여 혼합 후 노면에 분사하고, 후단의 열풍가열 차량(d)에 의해 첨가제 조성물이 도포된 노면에 열풍을 분사하여 건조시키도록 하는 것이다. 이후 일정시간 차량을 통제한 후에 조성물이 도로표면에서 충분히 침착되면 차량 통행을 재개토록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

1 : 정량펌프 2 : 하우징
3 : 회전조절구 21 : 유입라인
22 : 배출라인 23 : 연결라인
31, 32 : 가압롤러 33 : 몸체

Claims (9)

1. 실리카계 나노입자 및 슈크랄로스가 포함된 액상수지로 구성된 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 액상수지에는 부틸아크릴레이트와 폴리디알킬실록산이 포함되는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 액상수지에는 아황산염이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물.
   
5. 실리카계 나노입자, 부틸아크릴레이트, 폴리디알킬실록산, 슈크랄로스, 아황산염이 포함된 액상수지로 구성된 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 제조하는 단계(S10);
   상기 S10단계에서 제조되는 첨가제 조성물을 이용하여 도로포장을 시공하는 단계(S20);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 이용한 도로포장 공법.
   
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서,
   상기 S20단계에서는,
   일정량의 첨가제 조성물이 도로포장 조성물에 투입되도록 하는 믹싱장치를 이용하여 도로포장 조성물을 배합하는 단계(S21);
   도로포장 조성물을 타설하여 도로포장을 시공하는 단계(S22);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 이용한 도로포장 공법.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 믹싱장치에는, 첨가제 조성물을 도로포장 조성물에 일정량 투입토록 하는 정량펌프가 구성되되, 상기 정량펌프는 첨가제 조성물의 유입라인과 배출라인이 형성되며 내부에 상기 유입라인과 배출라인을 연결하는 연결라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에서 회전연동을 하는 몸체 및 상기 몸체 양단에 상기 연결라인을 각각 가압하는 가압롤러로 구성되는 회전조절구를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 이용한 도로포장 공법.
   
9. 제 5항에 있어서,
   상기 S20단계에는,
   도로포장 표면의 먼지를 제거하는 단계(S201);
   도로포장 표면에 상기 첨가제 조성물을 도포하는 단계(S202);
   열풍건조 시키는 단계(S203);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 방지 도로포장 첨가제 조성물을 이용한 도로포장 공법.

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