KR102541279B1 - 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물 - Google Patents

친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로 포장에 사용되는 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 친환경적이면서도 결빙방지 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를 혼합하여 시공함으로써, 동절기에 내리는 눈 또는 비로 인해 도로의 표면이 결빙되어 발생되는 문제를 효과적으로 줄일 수 있는 결빙방지 효과가 향상된 도로 포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제 및 이를 포함한 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로서, 동절기에 내리는 눈 또는 비로 인한 미끄럼 사고를 예방할 수 있다. 또한, 첨가제로 염화물을 포함하지 않으므로서 염화 이온(Cl-)으로 인한 금속 및 콘크리트의 부식을 방지하고, 토양오염 및 수질오염 등 환경오염이 예방할 수 있다. 뿐만 아니라, 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 운모를 포함하고 있어 아스팔트 콘크리트 고유의 물성은 유지시키면서도 미끄럼 저항성능은 향상된 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있다.

Description

친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물{Eco-friendly and anti-freezing asphalt concrete Additive and concrete composition including the same}
본 발명은 도로 포장에 사용되는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 친환경적이면서도 결빙방지 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를 혼합하여 시공함으로써, 동절기에 내리는 눈 또는 비로 인해 도로의 표면이 결빙되어 발생하는 문제를 효과적으로 저감시키면서, 동시에 주변 토양 및 도로 구조물 등에 영양을 주지 않는 친환경적이면서도 결빙방지 효과가 향상된 도로 포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
경찰청이 발표한 지난 5년간 겨울철 교통사고 통계에 따르면 교통사고 7,236건 중에서 눈길 사고로 인한 사망자는 186명이며, 블랙아이스(black ice) 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.
아스팔트 콘크리트 노면의 결빙을 방지하고, 쌓인 눈 또는 얼음을 융해시키고, 노면 상에 형성된 수분의 재결빙을 방지하며, 노면에 달라붙은 눈을 노면으로부터 분리시켜 제설작업의 용이성을 증가시키기 위하여 모래 등의 마찰제 또는 동결 방지제, 융설제를 포함한 제설제를 살포하거나, 제설차량을 이용하여 적설시마다 수시로 눈을 제거하고 있다.
통상적으로 널리 사용되는 동결 방지제로 사용중인 염화물계 제설제의 경우에는 제설작업을 위하여 도로의 노면이나 교량에 살포될 경우, 상기 염화물계 제설제 내 포함되는 염소 이온(Cl-)과 철(Fe)이 반응하여 염화철(FeCl2)를 생성하고, 이로인해 자동차, 철근, 철골 등을 부식시키거나, 강한 독성으로 인하여 시설구조물의 내구성 저하와, 지하수, 하천 및 토양오염(토양의 산성화)을 유발하고, 주변 초목, 농작물등 식물을 고사시키는 등 생태계에 막대한 영향을 초래하고 있으나 이를 대체할 제품은 미비한 실정이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 등록특허 제1471837호에서는 제설제 흡수력이 뛰어나며, 도로 포장면의 결빙 현상 및 온도 상승을 효과적으로 방지하고, 자외선 안정성이 높은 다기능성 도로포장 도포재를 제시하였다.
그러나, 상기 종래 기술의 경우 도포재 자체로는 융설 또는 제설효과가 없어, 동절기에 도로 표면상의 결빙억제 및 눈을 녹이기 위해서는 매번 도로 표면상에 제설제를 살포해야하는 문제가 있었다.
등록특허 제1471837호 (2014.12.10. 등록공고)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 도로 포장에 사용되는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 친환경적이면서도 결빙억제 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를 혼합하여 도로포장 시공함으로써, 결빙 현상을 방지하면서도 친환경적인 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를 제공하는 과제를 기초로 한다.
또한 본 발명은 결빙 현상을 방지하면서도 친환경적인 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공하는 과제를 기초로 한다.
전술한 본 발명의 과제는 분쇄하여 분말화된, 재(ash), 난각, 운모, 코코넛 껍질을 포함하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 운모는 백운모 및 금운모 중 어느 한 가지 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 아스팔트 콘크리트 첨가제는 유기산을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 운모 분말 100 중량부에 대하여 재 분말 30~70 중량부, 난각 분말 20~30 중량부, 코코넛 껍질 분말 10~20중량부 및 낙 엽분말 50~80 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제.
또한 본 발명의 과제는 골재 1,000 중량부에 대하여 상기 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 30~100 중량부를 포함하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 혼합물에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 혼합물은 유기산을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 분말화된 재(ash), 난각, 다결정체인 운모, 코코넛 껍질 및 유기산이 포함된 결빙방지 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제를 포함시켜 도로포장함으로써, 동절기에 내리는 눈 또는 비로 인해 도로 표면이 결빙되는 현상을 저감시켜 미끄럼 사고를 예방할 수 있다.
또한 첨가제로 염화물을 포함하지 않아 염화 이온(Cl-)으로 인한 금속 및 콘크리트의 부식을 방지하고, 토양오염 및 수질오염 등 환경오염을 예방할 수 있다.
또한 아스팔트 콘크리트 혼합물 내 상기 다공질체인 운모 및 유기산이 포함된 도로포장용 콘크리트 첨가제를 포함하여도 아스팔트 콘크리트 고유의 물성은 유지시키면서도 미끄럼 저항성능은 향상된 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 콘크리트의 결빙 실험결과를 나타낸 것이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 친환경적이면서도 결빙방지 효과가 향상된 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제는 재(ash), 난각, 운모, 코코넛 껍질을 포함할 수 있고, 상기 재, 난각, 운모 및 코코넛 껍질은 모두 평균 입자 크기가 20nm 내지 70nm로 분쇄하여 분말화 된 상태이다.
상기 재(ash)는 나무 또는 나뭇잎들을 태우고 남은 것으로 주성분은 칼륨과 탄소이다. 나뭇 또는 나뭇잎들을 태우고 남은 재는 식물의 뿌리를 튼튼하게 해주면서 높은 염기를 함유하고 있어 도로에 눈이 내릴 때 이를 녹이는 역할을 한다.
난각은 잘 말린 계란 껍질을 말한다. 난각의 97%가 무기염류 성분으로, 95%의 칼슘카보네이트(calcium carbonate) 및 적은 양의 마그네슘카보네이트가 포함되어 있어 난각을 구성하는 주요 이온은 Ca2+, Na+, K+, Mg2 + 등의 무기염이다.
본 발명의 난각의 무기염은 염화 이온(Cl-)을 포함하지 않고 있으므로 염화 이온이 포함된 염화물로 인한 부식성 또는 독성 문제점, 및 이러한 문제점으로 발생되는 아스팔트 콘크리트의 표면 부식, 강도저하 등의 노후화가 촉진, 차량, 교량 등의 부식 문제가 발생되지 않고 토양오염 문제도 발생되지 않는다.
따라서 난각은 주변 토양, 지반 및 주변 식물에 영향을 주지 않는 친환경적인 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 성분이다. 잘 말린 계란 껍질인 난각을 갈아서 흙과 혼합하하면 식물에게 무해하면서도 유익한 비료가 될 정도로 난각(계란 껍질)은 석회질이기 때문에 알칼리 토양에서 잘자라는 식물들에겐 유용한 양분이 될 수 있다.
운모(mica)는 2차원적인 층상구조를 갖는 층상 규산염에 속하며, 암석에 흔하게 존재하는 광물이다. 운모의 영어명인 mica는 '부스러기'를 뜻하는 라틴어에서 유래했다. 운모는 일반적으로 운모는 판상으로 갈라지는 특성이 매우 강하며 구조적으로 각 운모층은 1개의 팔면체 단위층과 2개의 사면체 단위층으로 구성되어 있다. 사면체 단위층은 규소를 포함하는 사면체들의 망상구조를 이루며, 각 사면체는 다른 사면체와 3개의 산소 원자를 공유하고 있고, 사면체층 사이에 팔면체 층이 존재한다.
본 발명은 운모 중에서도 백운모와 금운모 어느 하나 이상을 채택하였는데, 그 이유는 백운모와 금운모는 운모 중에서도 마그네슘을 많이 함유하고 있기 때문이다.
또한 운모는 물 분자에서 배제되어 응집되는 소수성 성질(hydrophobicity)을 갖고 있다. 이러한 운모의 소수성 성질은 운모 표면이 거칠고 판상 구조로 갈라져 있기 때문이다.
20nm 내지 70nm로 분쇄하여 분말화 된 백운모 또는 금운모는 거친 표면의 층상 구조로 소수성 성질이 강하기 때문에, 도로에 쌓이는 눈이 녹아서 된 물이 도로와 결합하지 못하도록 하여 물이 도로를 흘러서 배수구나 도로 양 옆으로 흐르는 작용을 하게 되어, 도로에 얼음이 어는 것을 방지할 수 있다.
잘 말린 후 20nm 내지 70nm로 분쇄하여 분말화 된 코코넛 껍질은 미세한 다공성 구조의 소수성 성질이 강하여, 눈이 녹은 물이 도로 표면과 결합하지 못하도록 하여 얼음이 어는 것을 방지할 수 있다. 특히 코코넛 껍질은 아스팔트 콘크리트 혼합물에 섞인 뒤에도 미세한 다공성 구조를 거의 그대로 갖고 있어, 물이 도로 표면과 접촉을 못하도록 하는데 탁월한 효과를 보였다.
코코넛 껍질은 전세계적으로 구하기 쉽고 원료도 친환경적이며 이를 구하는데 아무런 비용이 들지 않는다.
본 발명의 아스팔트 콘크리트 첨가제는 유기산을 더 포함할 수 있는데, 상기 유기산은 아세트산, 포름산, 푸마르산, 석신산, 말레산, 글루콘산, 프로피온산 및 옥살산으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 도로포장용 아스팔트 콘크리트 첨가제는 운모 분말 100 중량부에 대하여 각각 재 분말 30~70 중량부, 난각 분말 20~30 중량부, 코코넛 껍질 분말 10~20중량부 및 유기산 10 ~20 중량부가 포함될 수 있다.
본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 골재 1000 중량부에 대하여 상기 아스팔트 콘크리트 첨가제 30~100 중량부를 포함할 수 있다.
[실시예 1]
아스팔트 콘크리트 참가제 제조
재(ash), 난각, 금운모 및 코코넛 껍질을 자연 건조 한 후 분쇄기로 평균 입자 크기가 20nm 내지 70nm로 분쇄하여 분말화하였다. 금운모 분말 100g, 재 분말 40g, 난각 분말 25g, 코코넛 껍질 분말 16g, 유기산 분말 유기산 15g을 각각 제조하였다.
실시예 1-1은 재, 난각, 금운모 및 코코넛 껍질을 포함한 아스팔트 콘크리트 첨가제이다. 실시예 1-2는 실시예 1-1에 유기산을 15g을 더 포함하는 것 외에는 실시예 1과 동일하다.
실시예 1-1 실시예 1-2 비교예 1-1 비교예 1-2
재 40g 40g 40g 40g
난각 25g 25g 25g 25g
금운모 100g 100g 100g
코코넛 껍질 16g 16g 16g
유기산 15g 15g 15g
[실시예 2]
아스팔트 콘크리트 혼합물 제조
아래의 표 2의 배합 비율에 따라 혼합기에 넣어서 아스팔트 콘크리트 첨가제인 실시예 1, 2 및 비교예 1 및 2를 혼합하여 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하였다.
콘크리트 배합비율은 골재 100중량부에 대하여 물 18 중량부, 결합재 5 중량부, 개질 아스팔트 9.5 중량부 및 첨가제 6.5 중량부로 하였고, 골재의 배합비율은 잔 골재와 굵은 골재가 각각 2.5:3.1이 되도록 하였다. 아스팔트는 (주)SK 에너지의 PG 76-22 등급의 SBS 개질 아스팔트(슈퍼팔트 SBS PMA)를 구매하였다.
실시예 2-1 실시예2-2 비교예 2-1 비교예2-2 비교예 2-3
물 180g 180g 180g 180g 180g
결합재 50g 50g 50g 50g 50g
골재 1,000g 1,000g 1,000g 1,000g 1,000g
개질 아스팔트 95g 95g 95g 95g 95g
첨가제 65g
(실시예 1-1)		 65g
(실시예 1-2)		 65g
(비교예 1-1)		 65g
(비교예 1-2)		 없음
[실험예 1]
아스팔트 콘크리트의 결빙 실험
실시예 2의 표 2에 따라 물, 결합재, 골재(잔 골재+굵은 골재), 개질아스팔트 및 첨가제를 혼합하여 30×30×5cm 아스팔트 콘크리트 시편을 제작하였다. 상기 시편의 가장자리를 따라 투명한 필름을 부착하고 시편 상부에 5 mm 두께의 물을부은 다음 평균온도가 -20 ℃인 냉동창고에 1시간 동안 방치하였으며, 방치 중간에 주기적으로 상기 시편의 상부의 전체면적 중 결빙이 형성된 면적을 측정하였다. 그 결과는 도 1과 같다.
도 1의 결과에 따르면 아스팔트 콘크리트 첨가제가 포함된 실시예 2-1, 2-2이 비교예 2-1 및 2-2가 첨가제가 포함되지 않은 비교예 2-3보다 낮은 결빙율을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명의 아스팔트 콘크리트 첨가제가 포함된 실시예 2-1 및 2-2가 비교예 2-1(코코넛 껍질을 포함하지 않은 비교예 1-1의 첨가제를 혼합한 아스팔트 콘크리트 혼합물) 및 비교예 2-2(금운모를 포함하지 않은 비교예 1-2의 첨가제를 혼합한 아스팔트 콘크리트 혼합물) 보다 낮은 결빙율을 보인다.
또한 다공질체인 금운모가 포함되지 않는 첨가제를 사용한 비교예2-2의 경우에는 초반에는 결빙 형성이 낮았으나, 점차 시간이 경과함에 따라 결빙된 면적이 급격히 증가하였다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술 된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 20nm 내지 70nm로 분쇄하여 분말화된, 재(ash), 난각, 운모 및 코코넛 껍질을 포함하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운모는 백운모 및 금운모 중 어느 한 가지 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아스팔트 콘크리트 첨가제는 유기산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 운모 분말 100 중량부에 대하여 재 분말 30~70 중량부, 난각 분말 20~30 중량부, 코코넛 껍질 분말 10~20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제.
  5. 골재 1000 중량부에 대하여 제1항의 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 첨가제 30~100 중량부를 포함하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 혼합물은 유기산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 및 결빙방지용 아스팔트 콘크리트 혼합물.
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