KR102487327B1 - 아스팔트 포장용 채움재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것으로, 분진 80~90중량%, 알루미늄파우더 5~10중량% 및 석고 5~10중량%를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 미세한 입자사이즈의 채움재를 사용하므로써 공극충진효과가 우수할 뿐만 아니라 침수팽창율을 낮출 수 있는 장점이 있으며, 제설제의 기능을 수행하면서도 차량의 부식을 발생시키지 않는 장점이 있다.

Description

아스팔트 포장용 채움재 조성물{Filler for Mix Asphalt Pavement}
본 발명은 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세한 입자사이즈의 채움재를 사용하므로써 공극충진효과가 우수할 뿐만 아니라 침수팽창율을 낮출 수 있는, 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것이다.
아스팔트 콘크리트용 채움재는 아스팔트 콘크리트용 혼합물 내에서 골재 간의 간극을 충전시켜 주고, 채움재와 바인더인 아스팔트가 결합한 채움재-바인더로서의 작용을 한다.
이러한 채움재의 특성 때문에 채움재의 품질은 아스팔트 콘크리트용 혼합물의 물성과 밀접한 관련이 있다.
KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규격에 의하면 채움재는 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애시, 회수더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트, 각종 소각회 및 기타 적당한 광물성 물질의 분말이라고 규정하고 있다.
일반적으로 산업현장에서는 아스팔트 포장용 채움재로서 석회석분이 주로 사용하고 있으며, 가열 아스팔트혼합물을 제조하는 공장에서는 골재를 가열할 때 발생하는 분진을 집진한 회수 더스트를 석회석분과 혼합하여 사용하고 있다.
포틀랜드 시멘트와 소석회는 석회석을 열분해한 후 추가공정을 거쳐 발생되는 물질로서 석회석을 단순 파쇄한 석회석분에 비하여 상당히 고가이기 때문에 산업현장에서는 잘 사용되고 있지 않다.
또한, 플라이애시의 경우 한국전력 화력발전소에서 배출되며 대부분 콘크리트 혼화재료로 활용되고 있으나, 그 밀도가 1.8 내지 2.2g/cm3 정도의 가벼운 물질로서 KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규격에 의한 품질특성 중 흐름값이 규격에 적합하지 않은 경우가 많아 널리 사용되지 않고 있는 실정이다.
대한민국등록특허공보 제10-1237710호(2013.02.27.)에는 아스팔트 포장용 채움재 조성물이 개시되어 있다.
상기 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물만을 사용하기 때문에 친환경적인 장점이 있지만, 침수팽창율이 높은 단점이 있다.
KR 10-1237710 B1 2013.02.27.
본 발명의 목적은 미세한 입자사이즈의 채움재를 사용하므로써 공극충진효과가 우수할 뿐만 아니라 침수팽창율을 낮출 수 있는, 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제설제의 기능을 부가적으로 수행할 수 있는, 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은, 분진 80~90중량%, 알루미늄파우더 5~10중량% 및 석고 5~10중량%를 포함하는, 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공한다.
상기 분진은 Na2O 20~30중량%, CO2 20~25중량%, SO3 20~25중량%, CaO 1~5중량%, B2O3 20~25중량%, SiO2 1~5중량% 및 Al2O3 0.1~3중량%를 포함한다.
상기 분진의 분말도는 3,850~3,950㎠/g 이다.
상기 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 플라이애쉬, 열병합애쉬 또는 석회석 미분말 중 어느 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다.
분진, 알루미늄파우더 및 석고를 혼합한 혼합물 100중량부에 대하여 포트홀 방지제 1~5중량부를 추가적으로 포함하되, 상기 포트홀 방지제는 에폭시 변성 아크릴 공중합체 40~50중량%, 페놀 변성 로진 에스테르 수지 30~40중량%, 열가소성 폴리우레탄 수지 5~10중량%, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 1~5중량%, 테레프탈산 변성 폴리아미드 수지 1~5중량% 및 폴리이소시아네이트 수지 1~5중량%를 포함한다.
삭제
본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 미세한 입자사이즈의 채움재를 사용하므로써 공극충진효과가 우수할 뿐만 아니라 침수팽창율을 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 제설제의 기능을 수행하면서도 차량의 부식을 발생시키지 않는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 설명한다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은,
분진 80~90중량%, 알루미늄파우더 5~10중량% 및 석고 5~10중량%를 포함한다.
상기 분진은 80~90중량% 포함되는 것이 바람직하며, 80중량% 미만 포함되면 분말도가 낮아짐에 따라 입도가 적정범위를 벗어나며 충진효과가 떨어지는 문제가 있고, 90중량% 초과 포함되면 미분의 함유량이 높아짐에 따라 포장면에 용출되는 현상이 나타나며 강도가 떨어지는 문제가 있다.
상기 알루미늄파우더는 5~10중량% 포함되는 것이 바람직하며, 5중량% 미만 포함되면 아스팔트의 강도가 저하되는 문제가 있고, 10중량% 초과 포함되면 침수팽창율이 증가되어 KS 기준을 만족하지 못하는 문제가 있다.
상기 석고는 5~10중량% 포함되는 것이 바람직하며, 5중량% 미만 포함되면 아스팔트의 강도가 저하되는 문제가 있고, 10중량% 초과 포함되면 아스팔트 포장용 채움재의 비중이 높아져서 채움재의 역할을 발휘하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은, Na2O 20~30중량%, CO2 20~25중량%, SO3 20~25중량%, CaO 1~5중량%, B2O3 20~25중량%, SiO2 1~5중량% 및 Al2O3 0.1~3중량%를 포함하는 분진을 사용하는 것이 특징이다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 아스팔트용 골재의 공극을 충진하는 역할을 하며, 분진 내에 포함되어 있는 나트륨 성분이 아스팔트 위에 쌓인 설빙의 어는점을 조절하여 블랙아이스현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
종래의 염화칼슘은 차량의 부식을 심하게 발생시키는 부작용이 있지만, 본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 제설재 기능을 수행하면서도 차량의 부식을 발생시키지 않는 장점이 있다.
상기 분진의 분말도는 3,850~3,950㎠/g 인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분진의 분말도가 3,850㎠/g 미만이면 공극충진효과가 떨어지는 문제가 있고, 상기 분진의 분말도가 3,950㎠/g 초과이면 아스팔트 내 미세한 균열이 발생될 수 있다.
상기 석고는 탈황석고, 인산석고 또는 무수석고 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 플라이애쉬, 열병합애쉬 또는 석회석 미분말 중 어느 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 플라이애쉬는 화력발전소에서 석탄을 사용하고 남은 석탄재로서 완전히 연소되어 비중이 2.0~2.4, 바람직하게는 2.1~2.2 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도는 3,500~4,500cm2/g, 강열 감량은 5% 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 플라이 애쉬는 포졸란 반응에 의하여 콘크리트의 장기 강도를 증진시키고 콘크리트 조직의 수밀성, 내구성, 내화학성을 강화시키는 역할을 한다.
상기 열병합애쉬는 열병합발전소에서 발생되는 부산물로서, 이러한 열병합애쉬는 내부 밀도를 치밀하게 하고 강도 및 부착성능을 강화하는 역할을 한다.
상기 석회석 미분말은 석회석 산지에서 가공되는 제품으로서, 플라이애쉬와 마찬가지로 포졸란 반응이 일어나 내구성 향상, 수밀성 향상, 장기 강도 증진에 효과가 있고 유동성이 개선되며, 비중이 낮아 콘크리트 표면 개선에 도움을 준다. 본 발명에서 상기 석회석 미분말은 비중이 2.5~2.7인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 석회석 미분말은 4,000~6,000㎠/g의 분말도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 분말도가 높고 골재에 시멘트가 얇은 피막을 입히는 것을 보조하기 때문에 시멘트의 대체제로서 사용이 가능하다.
본 발명에 따른 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 미세한 입자사이즈의 채움재를 사용하므로써 공극충진효과가 우수할 뿐만 아니라 침수팽창율을 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 제설제의 기능을 수행하면서도 차량의 부식을 발생시키지 않는 장점이 있다.
아스팔트 콘크리트 포장도로 파손 중 40~50cm2의 면적과 50~100mm 깊이를 갖는 움푹 파이는 형태의 포장파손을 포트홀(pothole)이라고 한다. 포트홀의 발생매커니즘은 아스팔트 혼합물에 수분이 침투하여 발생하고 아스팔트 바인더와 골재의 점착력이 침투한 수분에 의하여 약화되어 파손이 발생한다. 따라서 아스팔트 포장도로의 포트홀은 주로 장마 간에 많이 발생한다. 이러한 포트홀은 포장파손에 의한 도로의 공용수명을 감소시킬 뿐만 아니라 교통사고가 발생할 수 있는 잠재적 가능성도 다른 포장파손보다 높다. 포트홀은 강우와 함께 발생하기 때문에 비 또는 눈과 같은 열악한 기상조건에서의 교통사고 발생량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은,
분진, 알루미늄파우더 및 석고를 혼합한 혼합물 100중량부에 대하여 포트홀 방지제 1~5중량부를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 포트홀 방지제는 에폭시 변성 아크릴 공중합체 40~50중량%, 페놀 변성 로진 에스테르 수지 30~40중량%, 열가소성 폴리우레탄 수지 5~10중량%, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 1~5중량%, 테레프탈산 변성 폴리아미드 수지 1~5중량% 및 폴리이소시아네이트 수지 1~5중량%를 포함한다.
상기 에폭시 변성 아크릴 공중합체는 아스팔트와의 부착을 증진시키기 위해 아크릴 수지에 에폭시기를 도입하여 하이드록시기와 카르복실기를 갖는 에폭시 변성 아크릴 공중합체이다. 상기 에폭시 변성 아크릴 공중합체는 적량의 하이드록시기와 카르복실기를 가지고 있으므로 아스팔트와의 부착력이 우수하다. 또한 내수성, 내화학성, 내구성이 우수하다.
상기 페놀 변성 로진 에스테르 수지는 접착성 향상 및 아스팔트와의 젖음 특성을 향상시키기 위해 포함된다.
상기 열가소성 폴리우레탄 수지는 내열성, 내한성이 우수하고 유리 전이점이 낮으며 높은 기계적 강도를 갖는 장점이 있다.
상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 저온에서 물성이 뛰어나고 유연성이 우수하고, 타 수지와의 상용성이 뛰어나 혼합해 사용하기 용이하며, 우수한 접착성능을 지닌다. 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 중에서 비닐 아세테이트의 함유율이 40~45중량%이고, 연화점이 80~85℃인 것이 바람직하다.
상기 테레프탈산 변성 폴리아미드 수지는 포함된 성분들간의 결합력을 향상시킴은 물론, 내열성, 내유성 및 기계적 강도를 증대시켜 아스팔트가 자동차 매연, 유류와 같은 외부 환경에 대해 저항성을 나타냄에 따라 내구성이 향상되도록 한다. 상기 테레프탈산 변성 폴리아미드 수지는 디카르복실산과 디아민에 의해 형성된 것으로서, 디카르복실산으로 테레프탈산을 사용한 열가소성 폴리아미드 수지인 것이 바람직하다.
상기 폴리이소시아네이트 수지는 용융상태에서 우수한 접착성능을 갖으며, 엘라스토머와의 양호한 혼합성을 보여주며, 충격 및 온도변화에 대한 물리적 성질이 매우 뛰어나다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은,
분진, 알루미늄파우더 및 석고를 혼합한 혼합물 100중량부에 대하여 야간 시인성 향상제 1~5중량부를 추가적으로 포함할 수 있다.
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상기 유리 비드는 미끄럼 방지 기능을 부여할 뿐만 아니라, 자동차의 전조등에 의하여 빛이 운전자로 되돌아오게 함으로써(재귀반사성) 야간에 시인성을 갖는 역할을 수행한다.
상기 유리 비드는 굴절률이 1.5~1.6이고, 평균입경이 1,300~1,400㎛인 것이 바람직하며, 유리 비드의 굴절률이 1.5 미만이면 입사된 광선의 초점이 유리 비드 밖에서 형성되어 재귀반사도가 매우 낮게 되므로 야간에 시인성을 확보하기 어렵고, 굴절률이 1.6을 초과하면 유리 비드가 고가인 탓에 경제성이 떨어진다. 유리 비드의 직경이 1,300㎛ 미만이면 노출되기 어렵고, 1,400㎛를 초과하면 균일하게 분산되지 않는 단점이 있다.
특히, 상기 유리 비드로서 그 표면이 투명한 실란계 화합물 또는 실리콘 오일로 코팅된 것을 사용하면, 초점을 유리 비드 내벽쪽으로 이동시킬 수 있어 재귀반사도 향상에 기여할 수 있다.
상기 세라믹 비드는 유리 비드보다 굴절률 및 평균입경이 큰 것을 사용함으로써 쉽게 노출시켜 야간의 우천시에도 시인성이 현저히 증가할 수 있으며, 이러한 세라믹 비드로서는 세라믹 비드의 총중량을 기준으로 적어도 10 중량%의 란타니아(La2O3)를 함유하는 것이 높은 굴절률을 유지할 수 있어 바람직하다. 상기 세라믹 비드는 굴절률이 2.2~2.4이고, 평균입경이 1,600~1,700㎛인 것이 바람직하다.
상기 점도조절제는 점도를 조절함으로써 유리 비드와 세라믹 비드의 결합성 및 혼화성을 향상시키고, 유리 비드의 침전 및 탈리를 방지하여 휘도를 높게 하는 역할을 수행하는 것으로, 아크릴계 그라프트 공중합체를 사용한다. 상기 아크릴계 그라프트 공중합체의 예로서는 부타디엔 고무, 아크릴 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무에 메틸메타크릴레이트와 스티렌 및 아크릴로니트릴의 단량체를 혼합물의 형태로 그라프트 공중합한 것이 있고, 메틸메타크릴레이트, 스티렌 및 아크릴로니트릴의 그라프트 공중합체가 더욱 바람직하다.
상기 탄산칼슘은 화학적으로 안정하고, 폐기시 환경에 미치는 영향과 독성이 없으며, 보강재의 역할을 하여 굽힘응력과 압축응력에 탄력적으로 대응하여 충격을 완화시키는 역할을 한다.
상기 돌로마이트는 수지와 배합성이 매우 우수한 Ca와 Mg의 복탄산염으로, 일반 모래보다 수지와의 혼화성이 우수하다. 서로 다른 입자크기를 갖는 돌로마이트를 혼합사용하여, 중간입경과 작은입경의 돌로마이트가 공극을 채워줌으로써 아스팔트의 안정화를 기할 수 있고, 아스팔트의 조면화를 효율 좋게 유지할 수 있다.
본 발명의 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 포트홀 발생을 방지할 수 있는 장점이 있으며, 야간 시인성이 우수한 장점이 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
분말도 3,870cm2/g인 분진 90중량%, 알루미늄파우더 5중량% 및 석고 5중량%를 혼합기에 투입하고 60초 동안 교반하여 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제조하였다. 상기 분진은 Na2O 26중량%, CO2 22중량%, SO3 22중량%, CaO 4중량%, B2O3 23중량%, SiO2 2중량% 및 Al2O3 1중량%를 포함하는 분진을 사용하였다.
[비교예 1]
분말도 3,870cm2/g인 분진 90중량% 및 석고 10중량%를 혼합기에 투입하고 60초 동안 교반하여 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제조하였다. 상기 분진은 실시예 1과 동일한 분진을 사용하였다.
[비교예 2]
석탄과 폐타이어와 석회석을 혼합 연소하는 로내탈황방식 소각로에서 배출되는 TDF(Tire Derived Feul) 소각재 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 150중량부, 알칼리 및 황산염 복합자극제로서 페트롤 코우크스 탈황석고 30중량부와 제철소의 탈황 및 탈인공정에서 발생되는 부산물 30중량부를 균일하게 혼합하여 채움재를 제조하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 대해 수분, 소성지수, 흐름시험, 침수팽창 및 박리저항성을 시험하여 표 1에 나타내었다.
KS 기준 시험방법 실시예 1 비교예 1 비교예 2
수분 1.6% 이하 KS F 3501 0.4% 0.6% 0.3%
소성지수 6 이하 KS F 2303 비소성 비소성 5.3
흐름시험 50% 이하 KS L 5111 41.1% 46.0% 48.9%
침수팽창 3% 이하 KS F 2337 2.0% 2.68% 2.4%
박리저항성 1/4 이하 KS F 3501 1/6 이하 1/4 이하 1/6 이하
표 1에 의하면, 실시예 1에서 제조한 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 비교예 1, 2에서 제조한 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 비하여 흐름시험 물성 및 침수팽창 물성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 분진 80~90중량%, 알루미늄파우더 5~10중량% 및 석고 5~10중량%를 포함하되,
    상기 분진은 Na2O 20~30중량%, CO2 20~25중량%, SO3 20~25중량%, CaO 1~5중량%, B2O3 20~25중량%, SiO2 1~5중량% 및 Al2O3 0.1~3중량%를 포함하는,
    아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분진의 분말도는 3,850~3,950㎠/g 인,
    아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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