KR102209342B1

KR102209342B1 - 산업부산물을 이용한 아스팔트 포장용 채움재 조성물 및 이를 이용한 도로포장용 아스팔트 혼합물

Info

Publication number: KR102209342B1
Application number: KR1020190169290A
Authority: KR
Inventors: 민관홍
Original assignee: 주식회사 원진소재
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-01-29

Abstract

본 발명은 아스팔트 혼합물에 사용되는 아스팔트 포장용 채움재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페로니켈 슬래그 등 산업부산물을 적극 사용하여 경제성을 확보하면서 아스팔트 포장용 채움재로서 우수한 품질을 가지는 새로운 아스팔트 포장용 채움재 조성물과, 이러한 아스팔트 포장용 채움재를 바람직하게 이용한 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물은, 분말도 4,000~10,000㎠/g인 페로니켈 슬래그 35~60중량%; 플라이애시 5~15중량%; 수화반응 촉진 활성화제 10~55중량%;를 포함하여 조성되되, 수화반응 촉진 활성화제가 질산나트륨 5~45중량%; 황산나트륨 5~45중량%; Free CaO를 20~60중량% 함유한 탈황더스트 40~95중량%;를 포함하여 조성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 도로포장용 아스팔트 혼합물 아스팔트 포장용 채움재 1~10중량%; 아스팔트 바인더 3~10중량%; 혼합골재 80~96중량%;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

산업부산물을 이용한 아스팔트 포장용 채움재 조성물 및 이를 이용한 도로포장용 아스팔트 혼합물{Bfinder Composition for Grouting Material and Pile Filler Using the Same}

본 발명은 도로포장용 아스팔트 혼합물에 사용되는 아스팔트 포장용 채움재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페로니켈 슬래그 등 산업부산물을 적극 사용하여 경제성을 확보하면서 아스팔트 포장용 채움재로서 우수한 품질을 가지는 새로운 아스팔트 포장용 채움재 조성물과, 이러한 아스팔트 포장용 채움재를 바람직하게 이용한 도로포장용 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

아스팔트 혼합물은 도로포장용으로 사용되는 재료로 아스팔트와 골재, 채움재를 혼합하여 제조한다. 아스팔트 혼합물에서 채움재는 공극률 감소, 아스팔트량 감소, 결합력 증대, 시공성 향상 등의 여러 가지 목적으로 사용한다. KS F 3501에서는 아스팔트 포장용 채움재 규격을 규정하는데, 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애시, 회수더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트, 각종 소각회 및 기타 적당한 광물성 물질의 분말로 규정한다. 아스팔트 포장용 채움재는 산업현장에서는 주로 석회석분을 사용하고, 가열 아스팔트 혼합물을 제조하는 공장에서는 주로 골재를 가열할 때 발생하는 분진을 집진한 회수더스트를 석회석분과 혼합하여 사용한다.

포틀랜드 시멘트와 소석회는 석회석을 열분해한 후 추가공정을 거쳐 생산되기 때문에 석회석을 단순 파쇄한 석회석분에 비하여 상당히 고가이며, 이에 따라 아스팔트 채움재로 널리 사용되지 못하고 있다. 플라이애시는 대부분 콘크리트 혼화재료로 활용되고 있으나, 밀도가 1.8 ~ 2.2g/㎤ 정도로 가볍기 때문에 KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규격에 의한 품질특성 중 흐름값이 규격에 부적합한 경우가 많아 널리 사용되지 못하는 실정이다. 석고는 국내에 부존하지 않는 광물로서 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 물질이고, 알루미나시멘트나 CSA 등도 시멘트 소성과정에서 알루미나성분 등 화학성분을 조정하여 생산하는 매우 고가의 특수시멘트들이므로, 적용에 한계가 있다.

한편 스테인레스 스틸의 주원료인 페로니켈은 전기로 또는 로터리 킬른에서 제련하여 생성되며, 이때 발생하는 슬래그를 페로니켈 슬래그라고 한다. 보통 니켈 1톤당 약 30톤의 슬래그가 발생하는 것으로 알려져 있다. 종래에 페로니켈 슬래그는 단순 매립하는 것으로 폐기 처리되어 왔으나, 최근에는 콘크리트용 골재나 시멘트 대체재 등의 용도가 제안되기도 한다.

KR 10-1395295 B1 KR 10-1789583 B1

본 발명은 산업부산물을 적극 활용하여 경제성과 친환경성을 확보할 수 있는 새로운 아스팔트 포장용 채움재를 위해 개발된 것으로서, 미분쇄한 페로니켈 슬래그와 함께 다양한 산업부산물을 적극 사용하면서도 아스팔트 포장용 채움재로서의 요구성능을 확보한 새로운 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한 본 발명은 새로운 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 바람직하게 이용한 도로포장용 아스팔트 혼합물을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 분말도 4,000~10,000㎠/g인 페로니켈 슬래그 35~60중량%; 플라이애시 5~15중량%; 수화반응 촉진 활성화제 10~55중량%;를 포함하여 조성되되, 수화반응 촉진 활성화제가 질산나트륨 5~45중량%; 황산나트륨 5~45중량%; Free CaO를 20~60중량% 함유한 탈황더스트 40~95중량%;를 포함하여 조성된 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 아스팔트 포장용 채움재 1~10중량%; 아스팔트 바인더 3~10중량%; 혼합골재 80~96중량%;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 포장용 아스팔트 혼합물을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 산업부산물을 적극 활용하기 때문에 경제적이면서 친환경적인 아스팔트 포장용 채움재를 제공할 수 있다. 다시 말해 아스팔트 포장용 채움재의 조성에서 페로니켈 슬래그, 플라이애시, 탈황 더스트 등의 산업부산물을 적극 활용하는 것은 물론 나아가 모든 구성재료를 산업부산물로 조성할 수 있기 때문에 경제성과 친환경성을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재는 석회석분보다 우수한 수준으로 아스팔트 포장용 채움재의 규격을 만족하므로, 아스팔트 포장공사에 유리하게 활용할 수 있다.

본 발명은 도로포장용 아스팔트 혼합물에 혼입하여 사용하기 위한 아스팔트 포장용 채움재에 관한 것으로, 산업부산물인 플라이애시와 페로니켈 슬래그를 적극이용하면서 더욱 우수한 품질확보를 위해 질산나트륨, 황산나트륨, 탈황 더스트를 적절히 조성한 수화반응 촉진 활성화제를 이용한다.

구체적으로 본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물은, 분말도 4,000~10,000㎠/g인 페로니켈 슬래그 35~60중량%; 플라이애시 5~15중량%; 수화반응 촉진 활성화제 10~55중량%;를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 수화반응 촉진 활성화제는, 질산나트륨 5~45중량%; 황산나트륨 5~45중량%; Free CaO를 20~60중량% 함유한 탈황더스트 40~95중량%;를 포함하여 조성된다. 특히 수화반응 촉진 활성화제에서 질산나트륨을 몰리브덴 제련공정 부산물인 폐질산나트륨으로 마련하고 황산나트륨을 철강 소결공정에서 발생되는 부산물인 폐망초로 마련하고 탈황더스트를 페로니켈 제조공정에서 발생되는 탈황더스트로 마련할 수 있는데, 이 경우는 수화반응 촉진 활성화제의 구성재료 모두가 산업부산물이 되기 때문에 폐자원 활용 차원에서 더욱 유리하다.

페로니켈 슬래그는 분말도 4,000~10,000㎠/g로 미분쇄한 것이 바람직한데, 그래야 아스팔트 포장용 채움재로서 유용한 적용성을 가진다. 페로니켈 슬래그의 분말도가 높으면 높을수록 수밀성 확보에 유리하지만 분쇄에 소요되는 비용이 증가하므로 분말도 10,000㎠/g 미만으로 분쇄하면 적당하다. 페로니켈 슬래그는 35~60중량% 사용한다.

플라이애시는 페로니켈 슬래그와 마찬가지로 산업부산물 활용에 따른 경제성 및 친환경성 확보에 기여하는 재료가 되며, 또한 강도 발현에도 기여한다. 플라이애시는 5~15중량% 사용하는데, 20중량% 미만이면 경제성 및 친환경성 확보가 미흡하고 강도 발현에 기여하지 못하며, 15중량% 초과하면 흐름성 저하가 우려된다.

수화반응 촉진 활성화제는 페로니켈 슬래그와 플라이애시의 수화반응을 촉진하는 재료로, 질산나트륨 5~45중량%, 황산나트륨 5~45중량%, Free CaO를 20~60중량% 함유한 탈황더스트 40~95중량%를 포함하여 조성된다. 이러한 수화반응 촉진 활성화제는 전체 채움재의 10~55중량% 사용한다. 질산나트륨은 몰리브덴 제련 공정에서 발생하는 부산물을 사용하면 적당한데, 5중량% 미만이면 박리저항성이 저하되고 45중량% 초과하면 흐름성 저하가 우려된다. 황산나트륨은 철강 소결공정에서 발생되는 부산물인 폐망초로 사용하면 적당하며, 5중량% 미만이면 박리저항성이 저하되고 45중량% 초과하면 흐름성 저하가 우려된다.

수화반응 촉진 활성화제에서 탈황 더스트는 탈황제를 가하여 황산화물을 제거하는 탈황처리 공정 이후 수집된 부산물로, 본 발명에서는 Free CaO(미반응 CaO)를 20~60중량% 함유한 탈황 더스트를 40~95중량% 사용한다. 이러한 탈황더스트는 페로니켈 제조공정에서 소결광 제조시 배출되는 배가스를 CaO 계열의 탈황제를 사용한 탈황 과정을 거치는 공정을 통해 수집할 수 있다. 탈황 더스트의 Free CaO는 H2O와 반응하여 Ca(OH)₂를 생성하고 Ca(OH)₂는 강도 향상에 기여한다. 탈황 더스트가 40중량% 미만이면, 95중량%를 초과하면 과팽창한다.

위와 같이 조성된 아스팔트 포장용 채움재는 종래 채움재와 마찬가지로 통상적인 사용범위에서 사용한다. 바람직하게는 포장용 아스팔트 혼합물을 조성할 때, 아스팔트 포장용 채움재 1~10중량%; 아스팔트 바인더 3~10중량%; 혼합골재 80~96중량%;를 포함하여 구성한다. 채움재가 1중량% 미만이면 사용 효과가 떨어지고 10중량% 초과하면 아스팔트 혼합물의 물성 저하가 우려된다. 아스팔트 바인더는 3중량% 미만이면 소성변형, 박리 등의 문제가 발생하기 쉬우며, 10중량% 초과하면 경제성이 떨어질 뿐 아니라 균열 등의 문제가 발생할 수 있다. 혼합골재는 굵은 골재와 잔골재를 혼합한 골재로서 공극률과 강도 등을 고려하면서 적절하게 혼합하여 사용한다.

이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[시험예] 아스팔트 포장용 채움재 품질 시험

1. 아스팔트 포장용 채움재 조성

본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 대해 아스팔트 포장용 채움재로의 적합성을 평가하기 위해 아래 [표 1]과 같은 조성으로 아스팔트 포장용 채움재를 조성하였다.

아스팔트 포장용 채움재 조성

구분	석회석분	플라이애시	페로니켈슬래그	수화반응 촉진 활성화제
비교예1	100	-	-	-
비교예2	50	50	-	-
비교예3	50	25	25	-
실시예1	-	3	43	54
실시예2	-	7	45	48
실시예3	-	20	44	36
- 석회회분: 200mesh - 플라이애시: 비중 2.64, 분말도 4,222㎠/g, 강열감량 0.8% - 페로니켈 슬래그 : 분말도 4,119㎠/g, 비중 3.17 - 수화반응 촉진 활성화제: 탈황더스트 88중량%, 폐질산나트륨 6중량%, 폐망초 6중량% - 탈황더스트: 분말도4584㎠/g, 비중 2.43, Free CaO 48.0~50.0중량% - 폐질산나트륨: 비중 2.54, 분말도 4,426㎠/g - 폐망초: 비중 2.58, 분말도 4,342㎠/g

2. 아스팔트 포장용 채움재의 품질

아스팔트 포장용 채움재 로서의 품질은 아래 [표 2]와 같은 항목과 인정강도비(KS F 2398)에 대해 시험하여 평가하였으며, 평가결과 아래 [표 3] 내지 [표 5]와 같이 나타냈다.

시험항목

시험항목		시험방법	기준
체 통과 질량 백분율 (%)	600㎛	KS F 3501	100
	300㎛		95이상
	150㎛		90이상
	75㎛		70이상
수분함량			1%이하
소성 지수			6이하
흐름 시험			50%이하
침수 팽창			3%이하
박리 저항성			1/4이하

입도 결과

구분	체 통과 질량 백분율(%)
구분	600㎛	300㎛	150㎛	75㎛
비교예1	100	100	96	78
비교예2	100	97	89	73
비교예3	100	98	93	76
실시예1	100	100	100	85
실시예2	100	100	100	83
실시예3	100	100	99	81

성능 결과

구분	수분	소성지수	흐름시험	침수팽창	박리저항성
비교예1	0.4	N.P	33.1	2.7	1/4
비교예2	0.3	N.P	36.2	2.5	1/4
비교예3	0.3	N.P	34.5	2.5	1/4
실시예1	0.2	N.P	28.6	2.6	1/4
실시예2	0.2	N.P	27.4	2.4	1/4
실시예3	0.2	N.P	26.7	2.3	1/4

인장강도비(TSR) 결과(KS F 2398)

구분	비교예1	비교예2	비교예3	실시예1	실시예2	실시예3
TSR	0.83	0.85	0.84	0.90	0.89	0.89

위의 시험결과에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재는 KS F 3501에서 정한 규격을 모두 만족하는 것으로 확인되었으며, 특히 전체적으로 석회회분보다 우수한 수준의 품질을 가지는 것으로 확인되었다.

Claims

분말도 4,000~10,000㎠/g인 페로니켈 슬래그 35~60중량%; 수화반응 촉진 활성화제 10~55중량%; 플라이애시 5~15중량%;를 포함하여 조성되되,
상기 수화반응 촉진 활성화제는,
질산나트륨 5~45중량%; 황산나트륨 5~45중량%; Free CaO를 20~60중량% 함유한 탈황더스트 40~95중량%;를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
제1항에서,
상기 수화반응 촉진 활성화제는,
질산나트륨이 몰리브덴 제련공정 부산물인 폐질산나트륨으로 마련되고, 황산나트륨이 철강 소결공정에서 발생되는 부산물인 폐망초로 마련되고, 탈황더스트는 페로니켈 제조공정에서 발생되는 탈황더스트로 마련되는 것을 특징으로 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
제1항 또는 제2항에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물 1~10중량%; 아스팔트 바인더 3~10중량%; 혼합골재 80~96중량%;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 혼합물.