KR102213683B1 - 재생 골재의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 상온 아스콘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 폐기물을 파쇄하고 크기를 선별하여 재생골재용 파쇄물을 준비하는 단계; 상기 파쇄물을 세척하는 단계; 및 세척된 젖은 상태의 파쇄물을 복수의 원적외선 히터가 구비된 컨베이어 벨트에 순차적으로 적재하여 이송하면서 건조시키는 단계를 포함하는, 상온 아스콘용 재생골재의 제조방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면 건조된 재생골재의 수분량을 조절할 수 있어, 이를 이용하여 제조된 아스콘의 단가를 낮출 수 있으면서도 신규골재를 이용한 아스콘 대비 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

재생 골재의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 상온 아스콘{METHOD OF MANUFACTURING RECYCLED AGGREGATE AND NORMAL TEMPERATURE ASCON MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 기술은 아스콘 제조 분야의 기술로서, 보다 상세하게는 폐골재 파쇄물의 건조를 위하여 신규 방식을 채용함으로써 재생골재를 용이하게 제조할 수 있고, 나아가 재생골재를 사용함에도 신규 골재를 이용하여 제조된 아스콘보다도 더욱 우수한 물성을 갖는 아스콘을 제조할 수 있는 기술에 관한 것이다.

종래의 도로보수 방법은 역청 혼합물을 KS F 2349 공법에 따라서 가열혼합 및 가열포설 하는 공정인데, 상기 혼합물은 쇄석 및 자갈, 잔골재 등을 170∼180 ℃ 고온으로 가열 및 건조한 다음 이 건조물에 140∼150 ℃로 가열한 스트레이트 아스팔트를 결합재로서 적정량 가하고 이들을 고온에서 혼합한 고온 아스콘으로 제조된다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 고온 아스콘은 아스팔트 특성상 온도가 내려가면 결합재의 점성이 급격히 증대하여 덩어리로 되므로, 이를 방지하기 위해서는 상기 역청 혼합물을 130∼140 ℃로 유지하면서 제한 시간 내에 포장해야만 하는 불편이 야기되었으며, 또한 장거리 수송이 어려울 뿐만 아니라 겨울철 공사시에는 재료분리가 일어날 우려가 있다. 특히, 도로 파손이 소규모일 경우에는 대단위의 아스콘을 사용하기가 곤란하다는 문제가 있다. 상기 언급한 바와 같은 고온 아스콘(가열식 아스콘이라고도 한다)을 도로 보수용으로 사용할 때 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 상온 혼합 및 상온 포설이 가능한 상온 아스콘이 제안되었다.

아스콘(Ascon)은 아스팔트 콘크리트(Asphalt Concrete)를 줄인 명칭이며, 일반적으로 아스팔트(asphalt)와 굵은 골재(자갈:Aggregate), 잔골재(모래:Sand) 또는 포장용 채움재(필러,석분:mineral filler)를 가열하거나 상온으로 혼합한 것으로 도로포장이나 주차장 등에 주로 사용되고 있으며, 사용목적 이나 용도, 기능, 공법에 따라 여러 가지로 구분하고 있다.

한편, 상온 아스콘에 사용되는 골재로 재생골재가 사용되기도 한다. 재생 골재를 제조하기 위해서는 폐골재를 세척하고 건조하는 단계를 거쳐야 한다. 상기 건조를 위해서 종래에는 드럼방식의 건조 방법이 사용되 오고 있다. 이 방식은 대형 드럼 건조기 내에 세척된 폐골재를 넣고 일괄적으로 건조하는 방식이다. 그러나 이러한 드럼방식의 건조는 설비비가 매우 크고 넓은 설치 장소를 요구한다. 또한, 이 방식은 대량의 폐골재에 대하여 크기 분리를 진행해야 하므로 재료 분리를 위한 부담이 큰 방식이다.

나아가 드럼 방식의 건조 방법은 폐골재에 대한 건조 정도를 조절하기 어렵고, 균일한 건조가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 드럼 방식의 건조 공정이 갖는 문제점을 극복하고자 도출된 발명으로서, 폐골재의 크기 분리가 용이하고 작업자의 의도에 따라 건조 정도를 용이하게 조절할 수 있으며 건조 중 발생할 수 있는 분진 날림을 방지할 수 있는 상온 아스콘용 재생 골재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 제조된 재생골재를 포함함에도 신규 골재를 이용한 아스콘 대비 오히려 물성이 더욱 향상된 상온 아스콘을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘용 재생골재의 제조방법은 콘크리트 폐기물을 파쇄하고 크기를 선별하여 재생골재용 파쇄물을 준비하는 단계; 상기 파쇄물을 세척하는 단계; 및 세척된 젖은 상태의 파쇄물을 복수의 원적외선 히터가 구비된 컨베이어 벨트에 순차적으로 적재하여 이송하면서 건조시키는 단계를 포함한다.

상기 파쇄물은 8mm 이하의 크기로 선별되는 것이 바람직하다.

상기 적재된 파쇄물은 컨페이어 벨트 상에 배치된 로터리 형태의 서로 다른 크기를 갖는 복수의 혼합기에 의하여 혼합됨으로써 균일하게 건조될 수 있다.

상기 컨베이어 벨트 상에는 열반사기 및 온도 센서가 구비되어 있다.

상기 건조는 상기 원적외선 히터의 발열량을 조절함으로써 재생골재의 온도가 40 내지 50℃의 온도가 되도록 한다. 한편, 상기 건조는 건조된 재생골재에 수분이 잔존하도록 이루어진다.

상기 원적외선 히터는 LPG 가스 또는 전기를 이용하여 발열되는 히터이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘은 전술한 방식으로 제조된 8mm 이하의 크기를 갖는 재생골재 50 내지 90 중량%; 4 내지 8mm의 크기를 갖는 신골재 10 내지 50 중량%; 결합재로서 비가열 아스팔트 4 내지 10 중량%; 및 박리 방지제로서 다이머산 0.04 내지 1.5 중량%를 포함한다.

본 발명에 따른 재생골재의 제조방법은 폐콘크리트 파쇄물을 이용하기 때문에, 골재 성분 외에 폐콘크리트에 혼합되어 있는 각종 채움재 등의 기능성 성분까지 재활용될 수 있다. 따라서 본 방법은 아스콘 혼합 과정에 사용되는 혼합성분 중 다수의 혼합요소를 배제할 수 있어, 재생골재를 이용한 제조 단가 감소뿐만 아니라 아스콘 혼합 과정에서도 사용되는 재료의 절약이 가능하여 매우 경제적이다.

또한, 상기 재생골재의 제조방법은 세척되어 젖어있는 폐콘크리트 파쇄물을 건조하기 위한 방법으로서, 기존의 드럼 방식이 아닌 원적외선히터가 구비된 컨베이어 벨트를 이용하여 건조하는 방법을 도입하고 있어 연속적인 건조가 가능하고 크기 선별 등 재료 분리가 용이하다. 상기 원적외선 히터는 LPG 가스를 이용하여 구동되기 때문에 바람이 발생하지 않아 건조 과정 중에 발생할 수 있는 분진 날림 등이 방지될 수 있다. 본 실시예에서는 원적외선히터가 LPG 가스를 발열원으로 사용하는 것으로 기재하였으나, 이와 다르게 전기를 이용한 원적외선 히터를 사용하여도 무방하다.

한편, 상기 컨베이어 벨트 상에는 로터리 형태의 소형 및 대형 혼합기가 연속적으로 배치되어 건조되는 폐골재 파쇄물을 지속적으로 고르게 펴거나 굴려 줄 수 있기 때문에 파쇄물의 균일한 건조가 가능하다.

또한, 컨베이어 벨트 상에는 온도 센서가 구비되어 있어, 파쇄물의 건조 온도를 원하는 온도로 조절할 수 있고, 나아가 파쇄물 내의 잔존 수분의 양을 조절할 수 있다.

본 발명의 아스콘은 상온 아스콘으로써, 전술한 재생골재를 사용하고 상기 재생골재는 수분이 잔존하기 때문에, 재생골재의 주성분인 콘크리트의 성분이 수분에 반응하여 다짐시 더욱 집결됨으로써 우수한 강도를 갖는다. 또한, 상기 아스콘의 혼합시 별도의 채움재를 사용하지 않고, 비가열 아스팔트와 다이머산만을 재생골재 및 기타 신규 골재와 혼합함으로써 아스콘 혼합 과정이 단순하며 경제적인 측면에서 매우 효율적이다.

한편, 상기 재생골재를 이루는 콘크리트 파쇄물 내에 적정량의 수분이 포함될 경우, 상온 아스콘을 시공하기 전 보관 시 아스콘 혼합물 내의 용재가 침투하는 것을 방지함으로써, 골재가 굳어지지 않게 한다. 즉, 재생골재 내의 수분이 용제의 침투를 막는 보호수단으로 기능하며, 이를 통하여 아스콘의 보관성 및 작업 안정성을 현저히 증가시킬 수 있다.

본 발명의 상온 아스콘은 안정도, 흐름값, 수침잔류안정도 등의 물성 면에서 신규골재를 이용한 기존 제품 대비 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 결국, 본 발명에 따르면 상온 아스콘의 단가는 낮추고 물성은 극대화할 수 있어 향후 아스콘 분야의 경제성을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐콘크리트 파쇄물의 건조 단계에서 사용되는 재생골재 건조장치를 개념적으로 도시한 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 재생골재의 제조방법을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명은 본 발명을 개념적으로 이해하기 위한 설명들일뿐 아래 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되지 않는다. 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되거나 제한될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재생골재의 제조방법은 재생골재로서, 폐콘크리트를 사용한다. 폐콘크리트는 골재성분 뿐만 아니라 콘크리트에 포함된 각종 채움재 및 콘크리트 혼합물에 포함된 결합재 등의 유용성분을 포함하기 때문에, 폐콘크리트를 골재로 사용할 경우, 기능성 성분까지 아스콘 혼합시 활용될 수 있는 장점이 있다.

재생골재를 제조하기 위해서는, 우선 폐콘크리트를 파쇄하는 단계를 거친다. 파쇄된 폐콘크리트 파쇄물은 1차적으로 공지된 다양한 선별 방법에 의하여 입자 선별됨으로써, 8mm이하의 크기를 갖도록 선별되는 과정을 거친다. 이어서, 선별된 파쇄물은 이물질 제거를 위하여 세척 과정을 거친다. 따라서 위 과정을 거친 파쇄물은 젖은 생태를 유지한다. 이후, 젖은 상태의 파쇄물은 건조 단계를 거치게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐콘크리트 파쇄물의 건조 단계에서 사용되는 재생골재 건조장치를 개념적으로 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 주요 공정인 건조 단계를 자세하게 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 세척된 폐콘크리트 파쇄물(5)은 소형 호퍼(미도시)에 담아 재료분리를 최소화 한 후, 재생골재 건조장치(1000)로 공급됨으로써 이송과 동시에 건조 과정을 시작한다. 파쇄물(5)은 컨베이어벨트(50)를 따라 이송되며 건조된다.

상기 재생골재 건조장치(1000)는 복수의 원적외선히터(400)를 포함한다. 상기 원적외선히터(400)는 컨베이어벨트(50) 상에 순차적으로 배치된다. 상기 원적외선히터(400)는 파쇄물(5)을 약 150℃ 이상까지 가열할 수 있다. 본 실시예에서, 원적외선히터(400)는 LPG 가스를 연료로하여 구동되며, 이를 위하여 상기 재생골재 건조장치(1000)는 LPG 탱크(110)를 포함한다. LPG 탱크(110)는 송풍기(120)와 연동되어 있고, 상기 LPG 가스는 관로(300)를 통하여 원적외선히터(400)에 공급된다. 원적외선히터(400)는 바람을 일으키지 않고 파쇄물(5)에 복사열을 가함으로써 건조 과정에서 분진 등이 날릴 염려가 없다. 원적외선히터(400)는 컨베이어벨트(50)의 이동 구간에 소정 간격 이격되어 주기적으로 배치될 수 있다. 한편, 상기 원적외선히터(400)는 가스의 공급량을 조절하여 가열량이 조절될 수 있고, 이를 통하여 파쇄물(5)의 건조 수준을 조절할 수 있다.

송풍기(120)는 LPG 가스의 유량 및 속도 등을 제어할 수 있는 콘트롤 박스(220)에 연결되어 있으며, 상기 콘트롤 박스(220)는 도 1에 도시된 온도센서(700)로부터 측정되는 파쇄물(5)의 온도 등을 입력받아 LPG 가스의 유량 및 속도를 조절하고 궁극적으로 파쇄물(5) 자체의 온도를 작업자의 의도대로 조절할 수 있도록 한다. 상기 콘트롤 박스(220)는 전력소스(210)로부터 전력을 공급받아 구동한다.

컨베이어벨트(50)로 이송된 파쇄물(5)은 최초 젖은 상태로 이동하면서 원적외선히터(400)에 의하여 지속적으로 열을 공급받아 파쇄물(5) 입자 내부까지 건조시킨다. 또한, 컨베이어벨트(50) 상에서 이송되는 과정에서 혼합기(510, 520)에 의하여 고르게 펴지거나 굴려짐으로써 파쇄물(5)은 전체적으로 균일하게 건조될 수 있다. 즉, 불규칙한 건조에 의하여 파쇄물(5) 부위별로 수분함량이 현저히 차이가 나지 않도록 관리될 필요가 있는 것이다. 상기 혼합기(510, 520)는 대형 혼합기(510) 및 소형 혼합기(520)를 포함한다. 따라서 미분 ~　8mm 이하의 분포를 갖는 파쇄물(5) 입자들을 고르게 혼합시킬 수 있다. 상기 혼합기(510, 520)는 로터리 형태의 혼합기로서, 톱니바퀴 형태나 볼트 형태를 가질 수 있다.

컨베이어벨트(50)를 이동하면서 원적외선히터(400)를 경유한 후 온도센서(700)에 의하여 온도를 측정할 경우 복사열에 의하여 가열된 고온의 공기에 의하여 파쇄물(5) 자체의 온도가 정확하게 측정되기 어려운 면이 있다. 따라서 상기 재생골재 건조장치는 온도센서(700)에 파쇄물(5)이 도달하기 전에 열반사기(600)를 경유하도록 열반사기(600)를 포함한다. 상기 열반사기(600)는 파쇄물(5)이 열반사기(600)를 경유하면서 파쇄물(5) 자체의 열이 지속적으로 반사될 수 있도록 하는 역할을 한다. 따라서 이후 온도센서(700)는 파쇄물(5) 자체의 열과 평형인 공기의 온도를 측정함으로써 실질적으로 파쇄물(5) 자체의 건조 온도를 측정할 수 있다.

건조 파쇄물(5)의 온도는 40 내지 50℃로 유지되는 것이 바람직하다. 이러한 온도 조건으로 건조된 건조 파쇄물(5)의 잔존 수분의 함량은 후속 아스콘 혼합 과정의 작업성 및 아스콘의 물성을 극대화 할 수 있는 핵심요소로 작용할 수 있다.

즉, 상기 재생골재 건조장치(1000)는 효과적으로 파쇄물(5)을 건조시킬 뿐만 아니라 궁극적으로 파쇄물(5) 내의 수분함량을 조절하는 장치로서 이후 아스콘 제조과정 및 제조되는 아스콘의 물성에 중요한 영향을 미치게 된다.

이렇게 준비된 재생골재는 아스콘 혼합에 사용된다. 본 발명에 따른 아스콘은 상온 아스콘이며, 통상 상온 아스콘은 골재, 채움재, 결합재 및 박리방지제를 포함하는 조성물이다.

그러나 본 발명에 따른 상온 아스콘은 혼합 과정에서 채움재 등이 배제될 수 있다. 이는 재생골재를 이루는 폐 콘크리트 자체에 이미 채움재 등의 성분이 포함되어 있기 때문이다. 또한, 콘크리트 혼합과정에서 배합된 다양한 결합재 등의 성분이 재생골재에 잔존하고 있기 때문에 아스콘 혼합 과정의 첨가물을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘은, 재생골재, 신골재, 결합재로서 비가열 아스팔트 및 박리 방지제로서 다이머산만을 포함하며 별도의 첨가제 또는 기능제를 포함하지 않는다. 구체적으로 상기 상온 아스콘은 전술한 바에 의하여 제조된 8mm 이하의 크기를 갖는 재생골재 50 내지 90 중량%; 4 내지 8mm의 크기를 갖는 신골재 10 내지 50 중량%; 비가열 아스팔트 4 내지 10 중량%; 및 다이머산 0.04 내지 1.5 중량%를 포함한다.

상기 아스팔트는 비가열 아스팔트라면 그 종류와 형태가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 스트레이트 아스팔트, 컷백 아스팔트, 유화 아스팔트, 개질 아스팔트 등이 있다. 개질 아스팔트는 아스팔트 포장의 내구성, 내유동성, 내마모성, 미끄럼저항성 등을 향상시킬 목적으로 아스팔트 물성을 개선시킨 것으로서, 통상적으로 SBS, SBR과 같은 고무 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 플라스틱이 첨가된다. 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 결합재로는 컷백 아스팔트인 것이 바람직하다. 도로포장에 사용되는 아스팔트 시멘트는 상온에서 반고체 상태를 띠므로 다른 골재(骨材)와 혼합하거나 노면에 뿌릴 때면 반드시 가열하여 녹여서 사용해야만 했다. 이런 불편함을 줄이기 위해 아스팔트 시멘트를 휘발성의 석유 용제와 섞어서 액체 상태로 만든 것이 컷백 아스팔트이다. 컷백 아스팔트는 어떤 용제를 혼합하는가에 따라 증발하여 건조, 경화되는 속도가 달라지는데 급속경화형(rapid curing:RC), 중속경화형(medium curing:MC), 완속경화형(slow curing:SC)으로 구분된다. 급속경화형은 가솔린을 사용한 것으로 점도를 떨어뜨리고 유동성을 좋게 하며, 중속경화형은 등유를 사용하여 증발 속도를 적당히 늦추어 제조한 것이고, 완속경화형은 경유 등 중질유를 사용한 것을 말한다.

상온 아스콘에서 결합재로 사용되는 컷백 아스팔트는 통상적으로 침입도가 60~150인 스트레이트 아스팔트에 적당한 휘발성 용제, 즉 희석유를 가하여 점도를 저하시켜 유동성을 좋게 한 것으로서, 이때 희석유의 함량은 약 10~45 중량%이다. 컷백 아스팔트의 규격인 KSM2202에는 급속경화형 컷백 아스팔트를 점도의 정도에 따라 6등급(RC-0 부터 RC-5까지)으로 세분화하여 제품을 분류하고 있고, 주요 용도로 표면처리용 결합재, 개립도 골재로서 노상혼합공사용 결합재, 개립도 골재로서 상온보수공사 혼합물용 결합재, 개립도 골재로서 상온포설공사 기계혼합용 결합재, 찬 기후 조건하에서 상온포설공사 기계혼합용 결합재를 예시하고 있다. 또한, 컷백 아스팔트의 규격인 KSM2202에는 중속경화형 컷백 아스팔트를 점도의 정도에 따라 6등급(MC-0 부터 MC-5까지)으로 세분화하여 제품을 분류하고 있고, 주요 용도로 표면처리용 결합재, 개립도 골재로서 노상혼합공사용 결합재, 개립도 골재로서 상온보수공사 혼합물용 결합재, 프라임용 (Priming), 밀입도 골재로서 노상혼합공사용 결합재, 밀입도 골재로서 상온보수공사 혼합물용 결합재, 밀입도 골재로서 상온포설공사 기계혼합용 결합재를 예시하고 있다. 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 결합재로 사용되는 컷백 아스팔트는 아스콘이 사용되는 용도(차도 포장 또는 포수, 보도 포장 또는 보수, 터널 포장 또는 보수, 표층용, 중간층용, 기층용 등)에 따라 자유롭게 선택되어 사용될 수 있다.

상기 박리방지제로서는 본 발명의 경우, 다이머산 단독으로 사용해도 전혀 물성 저하가 없다. 상기 다이머산은 아스팔트의 골재 면이 젖어 있을 때 부착을 좋게 함과 동시에 한번 부착한 아스팔트가 외력이나 비 등의 작용에 의해 벗겨지는 것을 방지하는 성분으로서 아스콘의 저항력을 증대시키는 역할을 한다.

하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘의 조성을 나타낸 것이다. 상기 아스콘에 사용된 골재는 4 내지 8mm의 입자분포를 갖는 신규 골재와 8mm 이하의 입도분포를 갖는 재생골재(KSF2357 잔골재입도 만족)가 4:6의 중량비로 혼합된 혼합 골재이다. 또한, 사용된 골재는 입자 분포에 따라 함량비를 기재하였다.

8~5mm	5~2.5mm	2.5~ 1.2mm	1.2~ 0.6mm	0.6~ 0.3mm	0.3~ 0.15mm	0.15~ 0.08mm	0.08mm 이하	컷백 아스팔트	다이머산
5~20%	40~70%	5~20%	3~10%	1~5%	1~5%	1~5%	1~5%	4~10%	0.04~ 1.5%

물성평가

하기 표 2는 종래 신규 골재를 사용한 출원인 기존제품(다현산업)과 상기 표 1의 조성으로 제조된 아스콘 제품에 대하여 물성 시험(KSF2369 기준)한 결과를 기재한 표이다.

구분	출원인 기존제품	재생골재 사용 제품
안정도(N)	3,000	5,500
흐름값(1/10mm)	27	30
수침잔류안정도(%)	80%	98%

표 2를 참조하면, 재생골재의 주성분인 콘크리트의 성분이 수분에 반응하고 다짐 시 더욱 집결되어 우수한 강도가 측정된다. 기존제품대비 안정도가 70%이상 상승하였으며 수침잔류안정도 또한 95%이상 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

Claims (5)

1. i) 콘크리트 폐기물을 파쇄하고 내용물의 분리 없이 크기만을 선별하여 재생골재용 파쇄물을 준비하는 단계;
   ii) 상기 파쇄물을 세척하는 단계; 및
   iii) 콘크리트의 다짐시 집결성을 증가시키고, 상온 아스콘을 보관시 아스콘 혼합물 내의 용제가 침투하는 것을 방지하기 위한 보호수단을 형성하기 위하여, 세척된 젖은 상태의 파쇄물을 온도센서 및 복수의 원적외선 히터가 구비된 컨베이어 벨트에 순차적으로 적재하여 이송하면서, 건조된 파쇄물의 온도가 40 내지 50℃가 되도록 상기 원적외선 히터의 발열량을 조절하면서 건조하되 파쇄물 내에 수분을 잔존시키기 위하여 수분을 조절하는 단계를 포함하는, 상온 아스콘용 재생골재의 제조 단계; 및
   제조된 상기 재생골재에 별도의 채움재 없이 비가열 아스팔트 및 다이머산만을 첨가하는 단계를 포함하는,
   상온 아스콘의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 파쇄물은 8mm 이하의 크기로 선별되는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘의 제조방법.
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