KR20000030065A - 폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조방법 - Google Patents

폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대부분 불법 매립 또는 처분되고 있는 폐아스콘을 재활용하여 고기능의 재생아스콘 혼합물을 제공하기 위한 것으로 폐타이어분말 및 고분자 개질재 등을 첨가하여 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열저항성 등의 역학적성능과 내구성이 우수한 포장용 고기능 재생아스콘 혼합물의 제조방법에 관한 것으로,
본 발명의 제조방법은 폐아스콘을 재활용시 폐아스콘 혼입률을 30%, 50%로 하여 재생아스콘 혼합물의 제조하고 상기 재생아스콘 혼합물의 우수한 역학적성능 및 내구성의 확보를 위하여 신재골재, 폐아스콘, 플라이애시, 석회석분을 혼합한 것에 재생 개질바인더를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하고 있으며,
상술한 바와 같은 본 발명은 폐아스콘을 재활용하는데 있어 폐타이어분말, 고분자 개질재, 플라아애시, 석회석분 등을 이용함으로써 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열저항성 등의 역학적성능 및 내구성이 매우 우수한 포장용 재생아스콘 혼합물을 제조할 수 있어 폐아스콘의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효이용으로 국가의 에너지절약 및 외화절감과 폐아스콘의 불법 매립에 의한 환경피해의 예방에 매우 크게 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조방법{A Manufacturing Methods of High Function Recycled Asphalt Concrete Mixtures using Crumb Rubber and Polymer Modifier for Pavement}
본 발명은 대부분 불법 매립 또는 처분되고 있는 폐아스콘을 재활용하여 고기능의 재생아스콘 혼합물을 제공하기 위한 것으로 폐타이어분말 및 고분자 개질재 등을 첨가하여 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열저항성 등의 역학적성능과 내구성이 우수한 포장용 고기능 재생아스콘 혼합물의 제조방법에 관한 것이다.
최근 도로포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘 발생량(연간 약 600만톤)이 급격히 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있는 실정에 있다.
현재 국가차원에서 대량으로 발생되고 있는 건설폐기물인 폐아스콘의 자원화를 추진하고 있으며 폐아스콘의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고, 재활용률을 선진국 수준으로 끌어 올리기 위하여 재활용 목표를 2001년까지 40%로 정하고 있다.
그러나 이러한 폐아스콘의 재활용은 각 지역 및 해당 기관의 폐아스콘의 재활용에 대한 부정적 시각 및 여러가지 제한 조건으로 인하여 극히 미진한 실정으로 신재아스콘보다 품질이 우수한 고기능 재생아스콘 혼합물의 생산이 절실히 요구되고 있다.
종래 폐아스콘을 재활용한 재생아스콘의 제조방법은 주로 오일계 재생첨가제만을 혼입하여 폐아스콘에 포함되어 있는 구재아스팔트의 침입도, 신도, 연화점 등과 같은 물리적특성을 신재아스팔트 수준으로 회복시키고, 신재골재를 사용하여 입도를 시방규정에 적합하게 조정한 후 제조하였다.
그러나 이와 같은 방법으로는 재생아스콘 혼합물중에 폐아스콘의 혼입률이 많은 경우 신재아스팔트 혼합물과 동등한 수준의 품질을 확보하는데 어려움이 있고, 또한 최근 대형차량 및 교통량의 증가로 인하여 포장용 아스콘에 내유동성, 균열저항성, 내마모성, 동적안정도 등과 같은 고기능의 품질특성이 요구되고 있어 재생아스콘 혼합물에도 이와 같은 고기능의 품질성능 확보가 필요하였으나 아직까지 소성변형이나 온도균열과 같은 포장파손을 방지하고 마모저항성, 동적안정도 등의 우수한 역학적특성 및 내구성 확보를 위하여 폐타이어분말 및 고분자 개질재 등이 재생아스콘 혼합물의 제조에 적용되지 못하고 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래 페아스콘을 재활용한 재생아스콘 혼합물의 품질한계를 해결함과 동시에 최근 그 필요성이 증대하고 있는 고기능 포장용 아스콘 혼합물에 접목시키고자 한 것으로 재생아스팔트의 감온성을 둔화시켜 저온에서의 연성과 고온에서의 유동저항을 크게 증가시키고 재생아스콘 혼합물의 내유동성, 내마모성 및 동적안정도 등을 개선하여 물리ㆍ역학적 성능과 내구성이 우수한 폐타이어분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조가 가능하도록 한 것에 그 목적이 있는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 고기능 재생아스콘 혼합물의 제조 공정도
도 2 는 본 발명에 이용된 안정도시험 예시도
도 3 은 본 발명에 이용된 간접인장강도 응력조건의 예시도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : Load Cell 2 : 시험용 공시체 3 : 변형량측정장치(LVDT)
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 사용된 재료는 다음과 같다.
폐아스콘은 구재 아스팔트함량이 5.4%인 것을 사용하였으며, 폐아스콘에 포함된 구재아스팔트는 침입도 36, 신도 32㎝, 연화점이 49℃이며, 신재아스팔트는 국내에서 제조된 침입도 67, 연화점 49℃인 것을 사용하였다.
그리고 구재아스팔트인 성능회복을 위하여 사용된 재생첨가제는 국내에서 생산된 것으로 비중 1.075, 황함량 1,25%이고 조성은 포화탄화수소 7.4%, 방향족 78.6%, 레진 11.6%, 아스팔틴 2.4%인 것을 사용하였다.
폐타이어 분말은 최대크기 2㎜의 것을 사용하였으며, 재생아스팔트의 성능개선을 위하여 사용된 고분자 개질재는 라텍스 상태의 고무계 및 분말상태의 열가소성수지계를 사용하였다.
고무계 개질재로는 SBR(styrene-butadiene-rubber) Latex를, 열가소성수지계 개질재로는 코폴리머(copolymer)계인 EVA(ethylene-vinyl-acetate)와 블록 코폴리머(block copolymer)계인 SBS(styrene-butadiene-stylene), SIS(styrene-isoprene-stylene)를 사용하였다.
또한 플라이애시는 정유공장에서 부산되는 CaO 42.4%, SO427.19%인 것을 사용하였으며, 채움재는 비중 2.7의 석회석분을 사용하였다.
본 발명은 상기와 같이 폐아스콘을 재활용하는데 있어 재생골재의 혼입률을 증가시킴과 동시에 재생혼합물의 내유동성, 내마모성, 균열저항성 및 동적안정도 등을 개선하여 물리ㆍ역학적 성능과 내구성이 우수한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물을 제조하기 위하여 폐타이어분말, 고분자 개질재(SBR Latex, EVA, SBS, SIS), 플라이애시, 재생첨가제, 석회석분 등을 혼입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용된 배합은 폐아스콘에 포함되어 있는 구재아스팔트의 침입도를 재생첨가제를 사용하여 신재아스팔트 수준으로 회복시키고, 설계아스팔트량의 중량비로 고분자 개질재 및 폐타이어분말을 신재아스팔트에 첨가하여 재생 개질바인더를 제조하여 미리 가열 혼합한 폐아스콘, 신재골재, 플라이애시, 석회석분과 함께 혼합하여 재생아스콘 혼합물을 제조하였다.
이때 혼합온도 및 배합조건은 폐타이어 분말 및 고분자 개질재의 혼입시 적당한 다짐도 및 작업성을 확보할 수 있도록 시험배합을 통하여 결정하였다.
폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조는 폐아스콘의 혼입률 30%, 50%에 대하여 고무계 개질재인 SBR Latex와 열가소성수지계 개질재인 SBS, EVA, SIS를 각각 아스팔트함량의 중량비로 4% 혼입하고, 재생첨가제는 구재아스팔트의 침입도가 신재아스팔트 수준으로 회복될 수 있도록 시험에 의하여 혼입량을 결정하였다.
또한 Fly Ash는 석회석분의 50%를 대체하여 혼입하였고, 폐타이어 분말은 아스팔트함량의 중량비로 15% 첨가하였다.(표1)
MixNo. 재생골재(%) 바인더의 성분구성 플라이애시(%)
최적설계아스팔트량(외활%) 구재아스팔트량(%) 신재아스팔트량(%) SBR(%) EVA(%) SBS(%) SIS(%) 폐타이어분말(%) 재생첨가제(%)
1 0 6.05 - 6.05 - - - - - - -
2 30 5.75 1.62 2.93 0.23 - - - 0.86 0.11 3.0
3 5.75 1.62 2.93 - 0.23 - - 0.86 0.11 3.0
4 5.75 1.62 2.93 - - 0.23 - 0.86 0.11 3.0
5 5.75 1.62 2.93 - - - 0.23 0.86 0.11 3.0
7 50 5.60 2.70 1.65 0.22 - - - 0.84 0.19 2.0
8 5.60 2.70 1.65 - 0.22 - - 0.84 0.19 2.0
9 5.60 2.70 1.65 - - 0.22 - 0.84 0.19 2.0
10 5.60 2.70 1.65 - - - 0.22 0.84 0.19 2.0
본 발명에서 폐타이어분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 재생아스콘 혼합물의 품질특성을 파악하기 위하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.
마샬안정도시함은 KS F 2337 「마샬시험기를 사용한 역청 혼합물의 소성흐름에 대한 저항력시험방법」에 따라 실시하여 공극률, 포화도, 흐름값, 안정도를 구하였다.
특히 정확한 흐름값 및 안정도를 측정하기 위하여 용량 25ton의 컴퓨터 컨트롤 AG-25TB와 변위량측정기(LVDT)를 사용하였다.(도2)
또한 포장구조체의 거동특성을 파악하기 위하여 회복탄성계수시험을 간접인장시험장치를 이용하여 ASTM D 4123에 따라 공시체에 반복하중을 가하여 구하였다.
공시체는 직경 101.6㎜, 높이 63.5 ±1㎜의 마샬공시체를 양면 50회 다짐하여 게이지 포인터를 장착하기 위하여 시료의 양면을 절취하여 공시체의 최소두께를 38.1㎜ 이상으로 하고 게이지포인터를 부착하여 상온 및 저온에서의 아스팔트 혼합물의 특성을 측정하기 위하여 0℃, 20℃의 시험온도로 3시간 동안 유지시켜 회복탄성계수를 측정하였다.
이때 하중재하는 1Hz 즉 0.1초의 재하시간과 0.9초의 휴지시간을 1사이클로 하여 재하하였다.
간접인장강도시험(indirect tensile strength : ITS)은 25℃에서 공시체 상단에 반경 50.8㎜의 원형홈이 있는 재하대를 이용하여 50㎜/min의 속도로 하중을 재하하였으며, 이때 공시체는 시험전 3시간동안 25℃의 항온기에 보관하였다.(도3)
동적안정도시험은 30㎝ ×30㎝ × 5㎝의 공시체를 직경이 46㎝인 가압롤로로 17∼23㎝/sec의 다짐속도로 다짐하여 가열 및 온도 조절장치가 부착된 고온 항온실내에서 반복차륜 하중에 대한 동적안정도를 측정하였으며, 이때 시험온도는 60℃, 차륜접지압은 5.6kgf/㎠, 차륜 통과회수는 42회/분, 차륜주행거리는 23㎝/회, 트랙킹시간은 60분으로 하였으며, 시험차륜의 폭은 5㎝, 직경은 20㎝인 것을 사용하였고, 공시체는 실온에서 18시간 양생한 후 시험온도인 60℃에서 6시간 양생하였다.
재생아스콘 혼합물의 한냉조건에서의 체인에 의한 마모저항성을 측정하기 위한 라벨링시험은 시험용 시편이 설치된 테이블을 5rpm의 속도로 회전시키고 1회시험시 총 12본의 체인을 부착한 지름 250㎜, 폭 100㎜인 바퀴가 200rpm으로 회전하면서 강하하여 공시체에 닿고 그 표면을 체인으로 박리마모시켜 마모량을 측정하였다.
폐타이어분말 및 고분자 개질재를 이용한 포장용 고기능 재생아스콘 혼합물의 품질특성
구 분 A B C D E
안정도(kgf) 970 2,090 2,150 2,350 2,270
공극률(%) 3.8 3.1 3.5 2.8 2.4
포화도(%) 78.8 80.6 79.3 81.4 81.2
흐름값(1/10㎜) 27 25 26 24 23
회복탄성계수(kgf/㎠) 0℃ 14,450 12,860 13,310 11,520 10,740
20℃ 7,250 5,030 5,450 4,760 4,290
회복탄성계수비 0.50 0.39 0.41 0.41 0.40
간접인장강도(kgf/㎠) 6.4 11.5 11.8 12.1 12.5
동적안정도(회/㎜) 860 8,140 9,030 8,450 7,580
마모량(㎠) 0.65 0.36 0.28 0.33 0.25
폐타이어분말 및 고분자 개질재를 이용한 도로 포장용 고기능 재생아스콘 혼합물의 품질은 표 2와 같이 신재아스콘(A)에 비하여 폐타이어분말, 고분자 개질재, 플라이애시 등을 혼입한 재생아스콘 혼합물(B,C,D,E)이 안정도는 115∼142% 증가하고, 공극률 및 흐름값은 감소하고, 포화도는 증가하는 것으로 나타나 마샬안정도특성이 크게 개선되는 것으로 확인되었다.
회복탄성계수비는 고분자개질재 및 폐타이어분말을 혼입함으로써 약 20%정도 감소하여 저온에서의 취성과 고온에서의 연성과 같은 온도에 대한 민감성이 저하되어 감온성이 크게 향상되는 것으로 확인되었다.
또한 간접인장강도는 80∼95%, 동적안정도는 781∼950%, 증진되고, 마모량은 45∼62% 감소하는 것으로 나타나 역학적 특성 및 내구성이 크게 증진되는 것으로 나타났다.
상기와 같은 시험결과 통하여 폐타이어분말 및 고분자 개질재를 이용한 포장용 재생아스콘 혼합물의 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열저항성 등의 역학적성능 및 내구성이 매우 우수한 것으로 나타남을 확인하였다.
상술한 바와 같은 본 발명은 폐아스콘을 재활용하는데 있어 폐타이어분말, 고분자 개질재, 플라이애시, 석회석분 등을 이용함으로써 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열저항성 등의 역학적성능 및 내구성이 매우 우수한 포장용 재생아스콘 혼합물을 제조할 수 있어 폐아스콘의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효이용으로 국가의 에너지절약 및 외화절감과 폐아스콘의 불법 매립에 의한 환경피해의 예방에 매우 크게 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 폐아스콘을 재활용시 폐아스콘 혼입률을 30%, 50%로 하여 재생아스콘 혼합물의 제조하고 상기 재생아스콘 혼합물의 우수한 역학적성능 및 내구성의 확보를 위하여 신재골재, 폐아스콘, 플라이애시, 석회석분을 혼합한 것에 재생 개질바인더를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생아스콘 혼합물의 제조시 재생첨가제 및 SBR Latex, EVA, SBS, SIS 등과 같은 고분자 개질재와 최대크기 2㎜의 폐타이어분말, 신재아스팔트를 고온에서 혼합하여 제조한 재생 개질바인더를 이용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생아스콘 혼합물의 제조방법.
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