KR102631304B1 - 졸-겔 코팅된 pcm 함침 미세골재를 적용한 아스팔트 포장 도로 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잔골재의 일부를 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재로 치환시켜 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로 조성물과 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 미세 골재에 PCM을 진공함침을 진행한 후 고체화시킨 다음, 이를 졸-겔 코팅시켜 PCM을 골재 속에 가둠으로써 하나의 다른 골재를 생성하고, 이 골재를 아스팔트 도로 포장 중 아스팔트 표층에 사용함으로써 PCM의 발열성능을 활용하여 블랙아이스 현상을 지연시키는 효과를 가진다.
Description
본 발명은 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재를 적용한 아스팔트 포장 도로 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상변화물질(PCM)을 미세골재에 함침시키고 이를 다시 졸-겔 코팅시킨 미세골재를 포함하여 아스팔트 도로의 열용량을 증가시킬 수 있도록 한 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재를 적용한 아스팔트 포장 도로 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
18세기 산업혁명시대의 증기설비의 등장은 기계공학 분야의 개발에 있어서 에너지를 어떻게 가장 효율적으로 개발하는 것을 주 목적으로 하는 도구였다. 하지만 시간이 흘러 산업분야의 에너지사용은 환경문제를 야기함으로 인해 규제의 필요성을 일깨웠다. 한국의 경우에도 1973년 1차 석유파동 이후 정부의 주도로 1974년에 ‘열관리법’을 제정하고 공포하였다, 한국 열관리 협회를 설립함으로써 산업계 중심으로 열관리 사업을 추진하였다. 또한 교토의정서와 파리협약과 같은 기후 변화 협약에 의해 추진된 세계적인 공조체제가 전 세계 국가들에게 배출목표를 설적하고 환경 규제를 시행하도록 장려 중이다. 이러한 상황에 개발된 PCM(Phase Change Material)이라는 물질은 직역을 했을 때는 상변화 물질을 뜻하며 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체로, 혹은 반대인 기체에서 액체, 액체에서 고체로 상이 변화하며 많은 열을 흡수, 또는 방출을 하는 잠열재로써 열 조절 기능을 하는 물질을 의미한다. 본 발명에서는 이러한 PCM을 다음 문단에 소개할 문제에 도입하여 에너지문제를 해결하고 자연재해를 방지할 목적의 PCM을 아스팔트 도로에 적용할 것이다.
최근 4년간 도로 결빙으로 인한 사고로 145명이 사망했고 8500명이 부상을 입는 등 블랙아이스와 관련된 문제가 대두되고 있다. 블랙아이스는 기온이 갑작스럽게 내려갈 경우 도로 위에 녹았던 눈이 얇은 빙판으로 얼어붙는 현상으로 워낙 얇고 투명하여 도로 주행 시 눈에 잘 띄지 않는다. 주로 겨울철에 자주 발견되며 눈과 비가 내리지 않더라도 기온의 차이가 큰 곳에서는 생기기 쉽다. 이러한 블랙아이스 현상을 최대한 지연시킬 수 있는 아스팔트 포장 도로 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
한국공개특허 2016-0067609에서는 파라핀계 상변화물질(PCM)이 제올라이트(Zeolite), 퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자의 세공경(pore)에 충진하는 단계; 상기 파라핀계 상변화물질(PCM)이 충진된 다공성 입자의 외부 표면이 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅하여 내열성 축열재를 제조하는 단계; 상기 내열성 축열재를 원통형상의 외부 하우징을 가지는 파이프의 내부에 충진하여 내열성 축열재가 충진된 축열재 파이프를 제조단계; 상기 내열성 축열재가 충진된 축열재 파이프를 아스팔트, 시멘트 또는 황토로 이루어진 인도, 주차장 또는 등산로의 하부에 매설하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 결빙 방지 방법을 제시하였다.
또한, 한국등록특허 10-2300808에서는 수성 상전이물질(110a) 또는 유성 상전이물질(110b)로서, 주변 온도에 따라 온도가 높아지는 온열 과정에서 열을 흡수하고(축열), 주변 온도보다 온도가 낮아지는 냉열 과정에서 열을 방출하는(방열) 특성을 갖는 상전이물질(110); 상기 상전이물질(110)을 흡수하는 물질 흡수제로서, 상기 상전이물질(110)이 함침되어 흡수되는 셀룰로스 섬유(120); 상기 상전이물질(110)과 균일한 접촉을 위하여 혼합되는 계면활성제(130); 및 표면코팅 및 결합재(Binder)로서, 슬러리(Slurry) 형태의 페이스트(Paste)를 형성하도록 혼합되는 페이스트 형성 혼합재(140)를 포함하되, 상기 상전이물질(110)이 함침된 셀룰로스 섬유(120), 계면활성제(130) 및 페이스트 형성 혼합재(140)를 혼합한 슬러리 형태의 페이스트(Paste)를 형성하며; 그리고 상기 셀룰로스 섬유(120)는 축열방열 소재 형성시 상기 상전이물질(110)의 소실이나 화학적 변형을 최소화하며, 상기 셀룰로스 섬유(120)는 닥나무 한지셀룰로스 또는 벼도정 후 발생되는 왕겨를 포함하여 상전이물질과 화학적으로 결합하지 않으면서 상전이물질을 대량으로 흡수할 수 있는 천연셀룰로스 물질로 선택되는 것을 특징으로 하는 상전이물질이 함침된 셀룰로스 섬유를 이용한 축열방열 소재를 제시하였다.
본 발명에서는 상변화물질의 열 저장으로 인해 에너지를 절감할 수 있으며 아스팔트 도로의 열용량을 증가시킬 수 있는 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재 적용 아스팔트 포장 도로 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재 적용 아스팔트 포장 도로 조성물의 제조방법을 제공하는 데도 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 포장 도로 조성물은 잔골재의 일부를 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재로 치환시켜 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재는 상변화물질(PCM)이 미세골재에 함침되고, 이를 졸-겔 용액으로 코팅시켜 이루어진 것이 바람직하다.
상기 상변화물질(PCM)은 옥탄(Octane, C8H18), 노난(Nonane, C9H20), 데칸(Decane, C10H22), 테트라데칸, 운데칸(Undecane, C11H24), 도데칸(Dodecane, C12H26), 펜타데칸(Pentadecane, C15H32), 헥사데칸(Hexadecane, C16H34), 이코산(Icosane, C20H42), 도코산(Docosane, C22H46), 트리아콘탄(Triacontane, C30H62), 테트라콘탄(Tetracontane, C40H82), 펜타콘탄(Pentacontane, C50H102) 및 헥사콘탄(Hexacontane, C60H122)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 파라핀 알칸 계열의 물질이 바람직하다.
상기 상변화물질(PCM)은 0 ~ 100℃ 사이의 상변이온도를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세골재는 1mm 이하의 크기를 가지는 입상의 활성탄이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 졸-겔 코팅시킨 PCM 함침 미세골재는 전체 잔골재 중 60~80중량%로 포함되는 것일 수 있다.
상기 졸-겔 코팅시킨 PCM 함침 미세골재는 PCM이 함침된 미세골재를 졸 상태의 액체를 겔 상태의 고체로 변이하여 만들어진 실리카겔 박막을 이용하여 이루어진 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 아스팔트 포장 도로 조성물을 아스팔트 포장 도로의 표층으로 포함하는 아스팔트 포장 도로 콘크리트를 제공할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 아스팔트 도로 포장 콘크리트의 제조방법은 상변화물질(PCM)을 미세골재인 입상의 활성탄에 함침시켜 PCM 함침 미세골재 제조하는 단계, 상기 PCM 함침 미세골재를 졸-겔 공법을 이용하여 코팅시켜 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재 제조하는 단계, 아스팔트 도로 포장 콘크리트 조성과 상기 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재를 배합시켜 배합 슬러리를 제조하는 단계, 상기 배합 슬러리에 보강철근을 사용하여 강도를 보강시키고 몰드에 세팅한 후 배합 슬러리를 타설하는 단계, 및 상기 배합 슬러리를 경화 및 양생시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PCM 함침 미세골재 제조시, PCM 100부피비에 대하여 미세골재는 60~90부피비로 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 졸-겔 코팅시, 졸 용액의 pH는 3~4이고, 겔화시 상기 용액의 pH는 7~8로 유지시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 미세 골재에 PCM을 진공함침을 진행한 후 고체화시킨 다음, 이를 졸-겔 코팅시켜 PCM을 골재 속에 가둠으로써 하나의 다른 골재를 생성하고, 이 골재를 아스팔트 도로 포장 중 아스팔트 표층에 사용함으로써 PCM의 발열성능을 활용하여 블랙아이스 현상을 지연시키는 효과를 가진다.
도 1은 PCM을 미세 골재에 함침 시키는 과정이다.
도 2는 본 발명에 따른 Sol-Gel 코팅 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 Sol-Gel 코팅을 한 미세골재를 도식한 것이다.
도 4는 PCM의 상변화 온도그래프이다.
도 5는 아스팔트 콘크리트 포장의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCM 함침 활성탄 미세골재를 제조과정을 나타낸 것이고,
도 7은 PCM 함침 전 미세골재와 졸-겔 코팅된 PCM 함침된 후 미세골재의 주사전자현미경으로 표면 구조를 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 Sol-Gel 코팅 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 Sol-Gel 코팅을 한 미세골재를 도식한 것이다.
도 4는 PCM의 상변화 온도그래프이다.
도 5는 아스팔트 콘크리트 포장의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCM 함침 활성탄 미세골재를 제조과정을 나타낸 것이고,
도 7은 PCM 함침 전 미세골재와 졸-겔 코팅된 PCM 함침된 후 미세골재의 주사전자현미경으로 표면 구조를 관찰한 사진이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재를 기층, 중간층, 표층으로 구성된 아스팔트 콘크리트의 표층으로 포함하는 아스팔트 포장 도로 조성물과 이의 제조방법에 관한 것이다.
특히 본 발명에서는 미세 골재에 PCM을 진공함침을 진행한 후 고체화시킨 다음, 이를 졸-겔 코팅시켜 PCM을 골재 속에 가둠으로써 하나의 다른 골재를 생성하고, 이 골재를 아스팔트 도로 포장 중 아스팔트 표층에 사용함으로써 PCM의 발열성능을 활용하여 블랙아이스 현상을 지연시키는 데 특징이 있다.
아스팔트 포장 도로 시공은 기층재를 까는 것을 시작으로 경계석을 위치시키고, 굴착기를 이용한 측구 타설, 기층제 다짐, 피니셔 장비를 이용한 아스콘 기층 타설, 다짐을 한 후에 중간층, 혹은 표층을 타설하고 다짐하는 방식으로 마무리된다.
이때 아스콘 기층은 무게를 견디기 위해 굵은 골재를 사용하고 표층은 주행성을 위해 미세골재(잔골재)를 혼합하여 사용하게 된다. 아스팔트 혼합물에서는 2.5mm체를 통과하고 0.08mm체에 남는 골재를 잔골재라고 칭한다.
본 발명에서는 아스팔트 표층 콘크리트 조성물에 포함되는 골재 중 상기 잔골재의 일부를 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재로 치환시켜, PCM의 발열성능을 활용하여 아스팔트 도로에서의 블랙아이스 등의 문제를 해결하고자 하였다.
이러한 본 발명에 따른 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재는 PCM을 미세골재인 입상의 활성탄에 함침시켜 PCM 함침 미세골재 제조 공정, 상기 PCM 함침 미세골재를 졸-겔 공법을 이용하여 코팅시켜 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재 제조 공정으로 이루어진다.
상기 PCM을 미세골재인 입상의 활성탄에 함침시키는 공정은 다음 도 1에 나타낸 바와 같이 야자나무 활성탄과 같은 다공성 미세 골재를 진공 함침기에 넣고 PCM을 주입 후 압력을 가한다. 진공과 압력으로 인해 활성탄의 기공에 PCM이 가득하게 차게 되고 이를 꺼내어 와이어 매시와 같은 넓은 체에 소산시킨 다음, 이를 상기 상변화물질의 상변화온도보다 낮은 저온에서 방치하여 상기 PCM 함침 활성탄 미세골재를 고체화시키는 과정으로 진행될 수 있다.
상기 상변화물질(PCM)은 옥탄(Octane, C8H18), 노난(Nonane, C9H20), 데칸(Decane, C10H22), 테트라데칸, 운데칸(Undecane, C11H24), 도데칸(Dodecane, C12H26), 펜타데칸(Pentadecane, C15H32), 헥사데칸(Hexadecane, C16H34), 이코산(Icosane, C20H42), 도코산(Docosane, C22H46), 트리아콘탄(Triacontane, C30H62), 테트라콘탄(Tetracontane, C40H82), 펜타콘탄(Pentacontane, C50H102) 및 헥사콘탄(Hexacontane, C60H122)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 파라핀 알칸 계열의 물질이 바람직하다.
상기 상변화물질(PCM)은 0 ~ 100℃ 사이의 상변이온도를 가지는 것일 수 있다.
상기 PCM을 미세골재인 입상의 활성탄에 함침시키는 공정에서는 상기 상변화물질 100부피비에 대하여 미세골재 활성탄을 60~90부피비로 혼합해서 약 1~5시간 동안 함침시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 상기 PCM을 함침시키기 위한 미세골재로서 1mm 이하, 바람직하기로는 2.5mm체를 통과하고 0.08mm체에 남는 골재 크기를 가지는 입상의 활성탄을 사용할 수 있다.
상기 공정으로 제조된 PCM 함침 활성탄 미세골재는 다음 도 2에서와 같이, 졸-겔 용액을 이용하여 졸-겔 코팅시킨 PCM 함침 활성탄 미세골재를 제조하는 공정을 거친다.
구체적으로는, 에틸 실리게이트(TEOS)와 에탄올(Etoh)를 이용하여 만들어 둔 졸 형태의 용액에 넣어준 뒤 겔 형태가 될 때까지 저어준 후 말려서 나온 뭉쳐진 코팅 미세골재를 갈아주면 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 활성탄 미세골재가 완성된다. 즉, 본 발명에 따른 졸-겔 코팅은 졸 상태의 액체를 겔 상태의 고체로 변이하여 만들어진 실리카겔 박막을 이용하여 PCM 함침 활성탄 미세골재를 코팅하는 방법이다.
이때 사용되는 졸-겔 용액은 유기 실란계(silane) 화합물과 금속 알콕사이드(alkoxide) 화합물을 포함하는 통상의 것으로 상기 졸-겔 용액이 특별히 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는 TEOS(에틸 실리게이트)와 EtOH를 몰비 1:4의 비율로 60℃ 정도의 항온교반기에서 10분정도 섞어준 후 증류수를 TEOS와 8:1로, TEOS 중량 대비 10%의 실란 커플링제를 섞어 80℃ 정도의 항온교반기에서 20분 정도 섞어준다.
이때 가수분해 속도와 혼화성 향상을 위해 HCl을 첨가하여 PH를 3~4 정도 맞추고 5분정도 저어준다. 또한, 겔화 시간을 단축하기 위해 NH4OH를 PH 7~8 정도 되도록 넣어준 후, 상기에서 제조된 PCM 함침 활성탄 미세골재를 위 용액에 넣어준 뒤 겔 형태가 될 때까지 저어주고 80℃ 상태의 항온기에서 건조시키는 것이 바람직하다.
상기 제조된 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재는 다음 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 가진다.
본 발명과 같이 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재는 다음 도 4에서와 같이, 상변화, 대부분 물에서 얼음으로 변할 때의 잠열의 성능이 매우 뛰어나다. 물로 예시를 들게 된다면 0℃ 에서 물이 열을 방출하게 되고 물은 그로 인해 온도가 더욱 떨어져서 얼음으로 상변화를 하게 된다. PCM의 장점은 이 상변화 온도를 임의적으로 설정을 할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 상기 상변화 온도를 5.9℃ 로 설정하게 되면 그때부터 PCM은 열을 방출하게 되고 서서히 주변의 온도가 올라가게 된다. 방출되는 온도가 피크가 되는 지점은 1~2℃ 사이이고 방출되는 온도에너지가 없어지는 지점은 약 영하 2℃ 이다. 이 온도는 물이 아스팔트도로 표층에서 블랙아이스가 되는 현상을 공략하기 위한 설정이다.
본 발명은 블랙아이스라는 기온이 갑작스럽게 내려갈 경우 도로 위에 녹았던 눈이 얇은 빙판으로 얼어붙는 현상을 지연하고 그로 인한 사고에 대한 확률을 줄이기 위함으로 물이 얼어붙는 온도인 0℃ 근처는 물론 0 ~ 100℃ 사이의 상변이온도를 가지는 파라핀 계열의 알칸 화합물을 사용하는 것이 인프라 시설물과 건축물 등에 가장 적절히 사용될 수 있어 바람직하다. 이러한 파라핀계 상변화물질의 종류로는 옥탄(Octane, C8H18), 노난(Nonane, C9H20), 데칸(Decane, C10H22), 테트라데칸, 운데칸(Undecane, C11H24), 도데칸(Dodecane, C12H26), 펜타데칸(Pentadecane, C15H32), 헥사데칸(Hexadecane, C16H34), 이코산(Icosane, C20H42), 도코산(Docosane, C22H46), 트리아콘탄(Triacontane, C30H62), 테트라콘탄(Tetracontane, C40H82), 펜타콘탄(Pentacontane, C50H102) 및 헥사콘탄(Hexacontane, C60H122) 등을 예시할 수 있으나, 특별히 이를 한정하는 것은 아니다. 탄소 수가 올라갈수록 융점온도가 높은 상변화물질이다.
다음 도 5는 아스팔트 콘크리트 포장의 개략적인 도면으로서, 아스팔트 콘크리트는 기층, 중간층, 표층으로 구성되며 표층이 가장 밖에 위치함으로써 도로에서 자동차의 타이어와 마찰되는 부분이다.
이에 본 발명에서는 아스팔트 콘크리트를 구성하는 기층, 중간층, 표층 중에서 상기 표층에 본 발명에 따른 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재를 포함할 수 있다.
상기 표층의 아스팔트 도로 포장 콘크리트 조성물은 굵은 골재 50~85중량%, 잔골재 10~35중량%, 채움재 0.01~5중량%, 및 아스팔트 바인더 1~10중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 굵은 골재는 5mm 이상의 골재를 말하며 사용되는 아스팔트 바인더에 따라 아스팔트 도로 포장 조성물 중 50~85중량%의 범위 내에서 적절히 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 잔골재는 0.075mm 이상 5mm 미만의 크기를 가지는 것으로서, 전체 아스팔트 도로 포장 조성물 중 10~35중량%의 범위 내에서 적절히 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명에서는 상기 잔골재 중 60~80중량%를 졸-겔 코팅된 PCM 함침 잔골재로 대체하여 발열 특성 향상을 위해 바람직하며, 60중량% 미만으로 치환되는 경우 발열 특성 향상 효과가 미흡하고 80중량%를 초과하여 잔골재의 함량이 너무 적은 경우 굵은 골재 사이의 공극을 채우게 되어 상대적으로 가격이 비싼 졸-겔 코팅된 PCM 함침 잔골재의 함량이 많아져 경제적으로 불리하다.
또한, 상기 아스팔트 바인더는 일반적인 포장의 표층에 사용되는 밀립도 아스팔트 콘크리트(내유동성, 미끄럼 저항성 우수), 중교통량 이하 일반적인 포장의 내마모용 표층에 사용되는 밀립도 아스팔트 콘크리트(내마모성 우수 내유동성 비교적 낮음), 및 대형차 교통량이 많은 경우의 표층에 사용되는 내유동 아스팔트 콘크리트(내구성, 내유동성 우수) 등이 있으며, 소정의 용도에 맞도록 전체 아스팔트 도로 포장 조성물 중 1~10중량%의 범위 내에서 적절히 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 채움재는 통상의 아스팔트 도로 포장 콘크리트에 사용되는 것을 사용할 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
실시예 1
1) PCM 함침 활성탄 잔골재 제조
다공성 골재로 입자 크기 1mm 이하인 야자계열의 입상 활성탄(㈜제성화학공업)을 사용하였다. 먼저 잘 씻은 골재를 24시간 동안 105℃의 오븐을 활용하여 말려주었다. 그 후 진공함침기(진공종합상사, 규격 지름 390mm 높이 500mm의 데시케이터에 에드워드8 진공펌프를 사용)를 이용하여 상변화물질(이수화학, N-Par 14(tetradecane)) 100ml을 상기 활성탄 80ml에 넣고 4시간 가량 함침시켰다. 그 다음, 이를 저온(15℃)에서 방치하여 상기 상변화물질의 상변화를 이용하여 상기 PCM 함침 활성탄 잔골재를 고체화시켰다. (도 6 참조)
이후, 상변화물질이 함침된 다공성 골재의 표면에서 상변화물질을 제거하기 위하여 필터링 과정(filtering process)을 진행하였다. 참고로, 필터링 과정은 거름지나 메쉬 와이어와 같이 골재가 통과하지 않을 매우 미세한 구멍이 나있는 소재 위에 상변화물질이 함침된 다공성 골재를 두어 표면에 묻은 상변화물질을 흘러내리게 하여 제거하는 과정이다.
2)졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재 제조
TEOS(에틸 실리게이트)와 EtOH를 몰비 1:4의 비율로 60℃ 의 항온교반기에서 10분정도 섞어준 후 증류수를 TEOS와 8:1로, TEOS 중량 대비 10%의 실란 커플링제를 섞어 80℃의 항온교반기에서 20분 정도 섞어준다. 가수분해 속도와 혼화성 향상을 위해 HCl을 첨가하여 PH를 3~4 정도 맞추고 5분정도 저어준다. 겔화 시간을 단축하기 위해 NH4OH를 PH 7~8정도 되도록 넣어준 후, 상기 1)에서 제조된 PCM 함침 활성탄 미세골재를 위 용액에 넣어준 뒤 겔 형태가 될 때까지 저어주고 80℃ 상태의 항온기에서 건조시켰다. 상기 건조 후 뭉쳐진 졸-겔 코팅 미세골재를 잘게 갈아주어 나온 골재를 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재를 제조하였다.
3) 아스팔트 포장 도로용 콘크리트 제조
아스팔트 포장 도로용 콘크리트 혼합물의 생산 제조 과정은 국토교통부 '아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침'을 따랐으며, 아스팔트 바인더 5중량%, 채움재 3.5중량%, 20mm 굵은 골재 20중량%, 13mm 굵은 골재 56.5중량%, 0.075mm 이상 5mm 이하 잔골재 5중량%, 상기 2)에서 제조된 졸-겔 공법을 활용한 PCM 함침 미세골재를 10중량%를 아스팔트 플랜트 믹서에 첨가하고, 이를 5 초 이상 혼합한 후 규정된 온도에서 ±10℃의 범위를 넘으면 안 되도록 조정된 온도 130℃로 가열된 아스팔트를 주입하고 균일한 혼합물이 될 때까지 30 초 이상 계속 혼합시켜 아스팔트 포장 도로의 표층용 콘크리트를 제조하였다.
실험예 1 : PCM 함침 전후 구조 확인
본 발명과 같이 PCM 물질이 활성탄 내에 잘 함침되어 있는지를 함침 전후의 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 다음 도 7에 나타내었다.
다음 도 7을 참조하면, PCM 함침전 다공성 활성탄 미세골재는 그 표면에 무수한 다공이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 다공성 구조의 활성탄에 PCM을 함침시킨 다음, 이의 표면을 졸-겔 코팅시킨 후에는 그 표면 다공성 구조없이 졸-겔 코팅층으로 덮혀있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따라 제조된 졸-겔 코팅된 PCM 함침 미세골재는 미세골재로 사용된 다공성 활성탄 안으로 PCM이 잘 함침되고, 그 표면에는 졸-겔 코팅층이 형성되어 있어 PCM 물질을 포함하는 축열 성능을 잘 발휘할 수 있음을 기대할 수 있다.
Claims (11)
- 전체 잔골재 중 60~80중량%를 실리카겔 박막 졸-겔 코팅된 상변화물질 함침 활성탄 미세골재로 치환시켜 포함하는 것을 아스팔트 포장 도로 조성물로서,
상기 실리카겔 박막 졸-겔 코팅된 상변화물질 함침 활성탄 미세골재는:
테트라데칸 상변화물질(PCM) 100부피비와 2.5mm체를 통과하고 0.08mm체에 남는 골재 크기를 가지는 입상의 다공성 활성탄 미세골재 80부피비를 진공함침기에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 함침시킨 다음, 이를 상기 상변화물질의 상변화온도보다 낮은 온도인 15℃에서 방치하여 고체화시켜 상변화물질이 함침된 다공성 활성탄 미세골재를 제조하는 과정, 및
상기 상변화물질이 함침된 다공성 활성탄 미세골재를 졸-겔 용액에 첨가하여 졸 용액의 pH 3~4, 겔화시 상기 졸 용액의 pH가 7~8로 유지시키는 조건에서 졸-겔 공법으로 졸 상태의 액체를 겔 상태의 고체로 변이하여 만들어진 실리카겔 박막을 상변화물질이 함침된 다공성 활성탄 미세골재에 코팅시키는 과정을 거쳐 제조되어
미세골재로 사용된 다공성 활성탄 안으로 상변화물질이 함침되고, 그 표면에는 실리카겔 박막으로 된 졸-겔 코팅층이 형성되어 있어 다공성 활성탄 안으로 함침된 상변화물질이 축열 성능을 발휘할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로 조성물.
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- 아스팔트 바인더 5중량%, 채움재 3.5중량%, 20mm 굵은 골재 20중량%, 13mm 굵은 골재 56.5중량%, 0.075mm 이상 5mm 이하 잔골재 5중량%, 상기 제1항에 따른 실리카겔 박막 졸-겔 코팅된 상변화물질 함침 활성탄 미세골재 10중량%로 이루어진 아스팔트 포장 도로 조성물을 아스팔트 포장 도로의 표층으로 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 도로 콘크리트.
- 100부피비의 상변화물질(PCM)과 2.5mm체를 통과하고 0.08mm체에 남는 골재 크기를 가지는 다공성 활성탄 미세골재 80부피비를 진공함침기에 넣고 진공 상태에서 2시간 동안 함침시킨 다음, 이를 상기 상변화물질의 상변화온도보다 낮은 온도인 15℃에서 방치하여 고체화시켜 상변화물질 함침 미세골재를 제조하는 단계,
상기 상변화물질 함침 다공성 활성탄 미세골재를 졸-겔 용액에 첨가하여 졸 용액의 pH 3~4, 겔화시 상기 졸 용액의 pH가 7~8로 유지시키는 조건에서 졸-겔 공법으로 상기 상변화물질이 함침된 다공성 활성탄 미세골재에 실리카겔 박막을 코팅시켜 코팅시켜 실리카겔 박막 졸-겔 코팅된 상변화물질 함침 미세골재 제조하는 단계,
아스팔트 도로 포장 콘크리트 조성과 상기 실리카겔 박막 졸-겔 코팅된 상변화물질 함침 미세골재를 배합시켜 배합 슬러리를 제조하는 단계,
상기 배합 슬러리에 보강철근을 사용하여 강도를 보강시키고 몰드에 세팅한 후 배합 슬러리를 타설하는 단계, 및
상기 배합 슬러리를 경화 및 양생시키는 단계를 포함하는 제1항에 따른 아스팔트 도로 포장 콘크리트의 제조방법.
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