KR20000018174A - 도로 포장용 혼합물 첨가재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 포장용 혼합물 첨가재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청(Bitumen)과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 구성되어지되, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 굵기와 크기로 압축 사출하는 공정, 카올린 분말을 투입하여 표면처리하는 공정 과제품 포장공정으로 구성되는 방법에 의하여 도로 포장용 혼합물 첨가재를 균질하게 저렴한 비용으로 용이하게 얻을 수 있어 새로운 도로 포장공법에 이용할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있었다.

Description

도로 포장용 혼합물 첨가재 및 이의 제조방법{Additive of mixture for paving a road and it's preparation method}

본 발명은 도로 포장용 혼합물 첨가재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 구성되어지되, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼(Ferming Drum)으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 일정한 폭과 두께를 갖는 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 굵기와 크기로 압축 사출하는 공정, 분말투입기를 통하여 카올린을 혼합하여 표면처리하는 공정과 계량 및 제품 포장공정으로 구성되는 방법에 의하여 제조되며, 도로 포장용 혼합물 첨가재로 사용되고, 굵은 골재를 다량으로 사용하게 되며, 다량의 굵은 골재의 탈리 및 균열에 대한 저항력을 향상시키기 위하여 기존의 밀입도 아스팔트 콘크리트 혼합물 보다 많은 양의 아스팔트를 사용하는 데, 이 때 혼합물의 생산, 운반, 포설시 아스팔트의 흘러내림을 방지하고, 아스팔트 바인더의 일부로서 노화, 수분침투에 대하여 혼합물의 내구성을 증진시키고 피로에 대한 저항력을 증진시키기 위한 새로운 도로 포장용 혼합물 첨가재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 아스팔트는 온도 변화에 따라 그 물성이 크게 달라지므로 이러한 아스팔트를 골재 등과 혼합하여 아스콘 상태로 제조한 후, 일반도로 및 활주로 등의 포장에 사용하였을 경우, 주위 환경변화 및 아스팔트에 가해지는 압력의 변황에 따라 심한 변형을 나타내어 운전을 용이하게 하지 못하거나 사고를 유발하는 등의 문제점이 발생하였다.

즉, 아스팔트는 저온에서는 취성을 나타내어 균열을 발생시키며, 고온에서는 형태변형이 쉽게 발생하므로 소성변형을 일으키게 되며, 국민 생활 수준의 전반적인 향상과 산업의 발전에 따른 물류량 증가에 의하여 도로를 운행하는 차량의 대수가 확대되고, 이에 따른 교통량의 증가 및 차체의 중량화 등의 원인으로 인하여 균열이나 소성변형이 더욱 촉진됨으로서 아스팔트 포장도로의 수명이 급격히 단축되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근들어 아스팔트의 특성을 우수하게 개질하기 위한 여러 가지 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

아스팔트를 개질하는 방법으로는 여러 가지의 방법들이 알려져 있으나, 국내 공개특허 제95-3393호, 제94-702908호, 제94-7121호, 일본 특개소 52-105925호, 소51-63819호, 소56- 93757호, 소56-98262호, 소50-84622호, 소49-98418호, 미국 특허 제3,853,799호, 제3,992,341호, 제4,240,946호, 제5,039,342호, 제5,037,474호 등에 기재되어 있는 바와 같이 폴리머를 이용한 아스팔트의 개질 방법이 이론적 또는 경제적인 측면에서 가장 바람직한 방법으로 알려져 있다.

그러나, 상기와 같이 아스팔트를 개질하는 방법은 개질 효과에 있어서 한계가 존재할 뿐만 아니라 일반적인 아스팔트 포장 공법 특유의 문제점 즉, 고온 및 중차량 조건에서 소성변형에 대한 저항력의 한계, 저온에서의 균열발생 및 골재의 탈리현상 발생, 표면 조직이 평활하여 마찰저항성이 미약하고 우천시 노면반사와 수막의 형성, 소음 발생, 높은 마모력과 내구성 저하, 동적 안정도가 낮다는 등의 많은 문제점들이 발생되고 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 많은 공법들이 연구 개발되고 있으나 현재까지 알려진 방법 중 가장 효과적인 것은 내유동성 아스팔트 포장 방법(SMA : Stone Mastic Asphalt)으로 알려져 있다.

내유동성 아스팔트 포장 방법은 독일을 비롯한 유럽전역 및 미국 등 전세계적으로 사용되고 있는 아스팔트 포장 공법으로 아스팔트 포장의 내유동성, 내구성 향상을 증진하고자 아스팔트 결합재 보다는 골재의 입도 특성을 최적 맞물림 상태로 하는 것으로, 일반 아스팔트 포장 공법과 비교할 때 굵은 골재를 다량 사용하며, 골재와 골재 사이를 채울수 있는 결합재로서 아스팔트, 부순모래, 충진재(Filler)와 셀룰로오스 섬유가 사용되며, 이들 결합재(매스틱)는 골재와 골재들을 결합시켜 주는 페이스트(paste)로 작용한다.

그러나, 셀룰로오스 섬유가 잘못 제조되면 저장탱크의 햇볕 노출로 저장탱크에 달라붙게 되고, 이는 곧 자동 계량투입에 지장을 주게되며, 또한 셀룰로오스 섬유만 투입하게 되면 아스콘 혼합물에 셀룰로오스 섬유의 분산이 잘 되지 않아 균일한 혼합물이 될 수 없으며, 이로 인하여 아스팔트가 흘러내리게 되고, 골재가 탈리되는 현상이 있어 목적하는 정도의 효과를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 셀룰로오스 섬유와 아스팔트가 균질하게 혼합되어 SMA 공법에 적용할 수 있는 도로 포장용 혼합물 첨가재를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 도로 포장용 혼합물 첨가재를 균질하게 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 도로 포장용 혼합물 첨가재를 제조하되, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 두께와 크기로 압축 사출하는 공정, 카올린 분말을 투입하여 표면처리하는 공정과 제품 포장공정으로 구성되는 방법에 의하여 도로 포장용 혼합물 첨가재를 균질하게 저렴한 비용으로 용이하게 얻을 수 있어 새로운 도로 포장공법에 이용할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 도로 포장용 혼합물 첨가재의 제조 공정을 나타내는 개략적인 제조공정도이고,

도 2는 도 1의 평면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 도로 포장용 혼합물 첨가재를 사용하고 내유동성 아스팔트 혼합물의 전형적인 골재 입도의 구성 형태를 나타내는 사진이고,

도 4는 종래의 일반적인 밀입도 아스팔트 혼합물의 골재 입도 구성형태의 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1. 분쇄기 2. 저장조

3. 분진제거장치 4. 사이클론

5. 성형 드럼 6. 압착기

7. 제1혼합기 8. 제2혼합기

9, 12. 스크류 콘베이어 10. 제3혼합기

11. 성형기 13. 저장 호퍼

14. 계량장치 15. 롤러 콘베이어

본 발명을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 도로 포장용 혼합물 첨가재는 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 구성되는 것으로 특징지워진다.

또한, 본 발명에 따른 도로 포장용 혼합물 첨가재의 제조 방법은 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 두께와 크기로 압축 사출하는 공정, 카올린 분말을 투입하여 혼합하므로서 표면처리하는 공정과 제품 포장공정으로 구성된다.

본 발명에서 사용되는 셀룰로오스 섬유는 식물성 섬유로 합성 섬유처럼 동일한 두께의 매끈한 섬유 모양이 아니며, 두께가 일정치 않고 납작한 모양을 하고 있는 것이며, 표면에 공극을 가지고 있어서 많은 양의 역청을 흡수하는 능력을 갖는 특징을 갖는 것이다.

본 발명에 따른 도로 포장용 혼합물 첨가재는 셀룰로오스 섬유를 내유동성 아스팔트 포장용 혼합물(굵은 골재, 아스팔트, 부순모래, 채움재)에 계량 및 투입, 분산을 원활하게 하기 위하여 일정량의 역청을 첨가하여 낱알 형태로 제조된 제품으로서, 내유동성 아스팔트 포장용 혼합물의 생산, 운반, 포설시 아스팔트, 모래, 채움재의 흘러내림을 방지하고, 많은 양의 아스팔트를 안정적으로 유지케 하며, 노화, 수분침투에 대하여 혼합물의 내구성을 증진시키고 피로균열에 대한 저항성을 증진시키기 위하여 사용된다.

셀룰로오스 섬유의 최대길이가 5㎜를 초과할 경우에는 셀룰로오스 섬유와 역청을 혼합시 균질한 혼합이 이루어지지 않는 단점이 있으며, 섬유의 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜의 범주를 벗어날 경우에는 셀룰로오스 섬유와 역청의 혼합이 용이하지 못한 문제점이 있다.

또한, 셀룰로오스 섬유개수가 g당 약 400만개 정도가 바람직한데, 섬유개수가 너무 적을 경우에는 사용되는 섬유들의 굵기가 너무 굵어 역청 또는 아스팔트에 의한 결착력이 저하되는 단점이 있고, 너무 많을 경우에는 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하기가 용이하지 못하고 경제적이지 못한 문제점이 있다.

셀룰로오스 섬유의 사용량 또는 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물의 사용량은 각각 50 ∼ 90중량%, 10 ∼ 50중량%인 것이 바람직하며, 셀룰로오스 섬유의 사용량이 50중량% 미만이거나 첨가물의 사용량이 50중량%를 초과할 경우에는 셀룰로오스 섬유에 의한 아스팔트의 흘러내림을 방지할 수 있는 능력이 미약하여 본 발명에서 얻고자 하는 목적을 달성할 수 없으며, 셀룰로오스 섬유의 사용량이 90중량%를 초과하거나 첨가물의 사용량이 10중량% 미만일 경우에는 셀룰로오스 섬유의 균질한 혼합이 이루어지지 않으며, 실제의 포장 공정에 적용하기도 용이하지 못한 단점이 있다.

특히, 셀룰로오스 섬유 60 ∼ 80%와 역청과 윤활제의 첨가물 20 ∼ 40%로 구성되는 도로 포장용 혼합물 첨가재가 효과적이다.

첨가물은 역청 70 ∼ 95중량%와 윤활제 5 ∼ 30중량%로 구성되는 것으로, 역청의 사용량이 70중량% 미만이거나 윤활제의 사용량이 30중량%를 초과할 경우에는 아스팔트를 흡수하는 능력이 저하됨은 물론 많은 양을 사용하여야 하며, 역청의 사용량이 95중량%를 초과하거나 윤활제의 사용량이 5중량% 미만일 경우에는 본 발명의 도로 포장용 혼합물 첨가재의 제조가 용이하지 못한 단점이 있다. 윤활제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 윤활제는 모두 사용이 가능하지만, 특히 파라핀이 효과적이었다.

본 발명의 도로 포장용 혼합물 첨가재 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유를 얻는다. 즉, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄기(1)에 투입하고 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 얻고, 제조된 셀룰로오스 섬유를 저장조(2)로 이송하되 이송중에 분진제거장치(3)를 이용하여 천연펄프 또는 재생지 분쇄시에 생성된 분진을 제거한다.

그 다음에 송풍장치를 이용하여 저장조(2)로부터 셀룰로오스 섬유를 성형 드럼(5: Forming Drum)으로 이송하되, 사이클론(4: Cyclone)을 이용하여 셀룰로오스 섬유가 성형 드럼(5)에 이송되도록 한 다음, 성형 드럼(5)을 이용하여 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하고, 원단 형태로 성형된 셀룰로오스 섬유를 압착기(6)을 이용하여 압착한다.

압착된 원단 형태의 셀룰로오스 섬유를 제1혼합기(7)로 이송하면서 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물을 제1혼합기(7)에 투입하여 1차로 혼합시킨 다음, 이를 제2혼합기(8)로 이송하여 2차 혼합하고 스크류 콘베이어(9)를 이용하여 제3혼합기(10)로 이송하여 3차로 혼합한 후, 성형기(11)로 이송하여 셀룰로오스 섬유와 첨가물의 혼합물을 일정한 굵기와 크기로 압축 사출한다.

이 때 분말투입기를 통하여 카올린을 혼합하므로서 표면처리를 행한 후에 스크류 콘베이어(12)를 이용하여 저장 호퍼(13)로 이송한 다음, 계량장치(14)를 이용하여 일정량의 단위로 포장하고 롤러 콘베이어(15)를 이용하여 이송하므로서 완제품을 얻는다.

상기와 같이 셀룰로오스 섬유를 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 3회에 걸쳐 혼합하므로서 셀룰로오스 섬유가 균질하게 혼합될 수 있도록 하며, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하고 압착하여 사용하므로서 첨가물들이 셀룰로오스 섬유 사이에 완전히 충진되어 실제적으로는 셀룰로오스 섬유가 균질하게 혼합되도록 하는 것이고, 윤활제를 첨가하므로서 셀룰로오스 섬유의 압출이 용이하도록 할 뿐만 아니라 카올린으로 표면처리하여 달라 붙거나 덩어리가 되지 않게 된다.

본 발명의 도로 포장용 혼합물 첨가재를 사용하여 도로를 포장한 후 혼합물의 골재 구성 단면을 사진 촬영하고, 종래의 일반적인 도로 포장 방법으로 도로를 포장한 후 혼합물 구성 단면을 사진 촬영하여 각각 도 3과 도 4에 나타내었다.

도 3 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 도로 포장용 혼합물 첨가재를 사용하여 포장한 표면은 표면 조직이 거칠음을 알 수 있지만, 종래의 포장 방법으로 포장시와 비교할 경우에 고온 및 중차량 조건에서 소성변형에 대한 저항력이 탁월하며, 균열발생 및 골재의 탈리현상이 현저히 감소되고, 마찰저항성이 우수하며, 우천시 노면반사 감소 및 수막이 형성되지 않아 주행이 용이한 장점이 있고, 타이어의 표면과 접촉하는 면적이 적기 때문에 소음감소 효과가 우수하며, 마모에 대한 저항력이 우수하고, 내구성이 좋아 수명연장은 물론 유지보수에 결정적인 효과가 있으며, 동적안정도가 매우 향상되었다.

상술한 바와 같이 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 구성되어지되, 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 굴기와 크기로 압축 사출하는 공정, 카올린 분말을 투입하여 표면처리하는 공정과 제품 포장공정으로 구성되는 방법에 의하여 도로 포장용 혼합물 첨가재를 균질하게 저렴한 비용으로 용이하게 얻을 수 있어 새로운 도로 포장공법에 이용할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (5)

1. 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개인 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber) 50 ∼ 90중량%와 역청(Bitumen)과 윤활제로 구성되는 첨가물 10 ∼ 50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 혼합물 첨가재.
2. 제 1 항에 있어서, 윤활제는 파라핀임을 특징으로 하는 도로 포장용 혼합물 첨가재.
3. 제 1 항에 있어서, 역청과 윤활제의 혼합 비율은 70 ∼ 95중량% : 5 ∼ 30중량%임을 특징으로 하는 도로 포장용 혼합물 첨가재.
4. 천연펄프 또는 재생지를 분쇄하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정, 분진을 제거하면서 셀룰로오스 섬유를 성형용 드럼으로 이송하는 공정, 셀룰로오스 섬유를 원단 형태로 성형하는 공정, 성형된 섬유 원단을 압축하는 공정, 섬유 원단과 역청과 윤활제로 구성되는 첨가물과 혼합하는 공정, 혼합물을 일정한 두께와 크기로 압축 사출하는 공정, 카올린 분말을 투입하여 표면처리하는 공정과 제품 포장공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 혼합물 첨가재의 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 천연펄프 또는 재생지는 최대 길이가 5㎜이고, 평균 길이가 1.0 ∼ 1.5㎜이며, 섬유개수가 g당 약 400만개가 되도록 분쇄함을 특징으로 하는 도로 포장용 혼합물 첨가재의 제조 방법.