KR20020072899A - 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제 및 이를함유하는 재생아스팔트콘크리트 - Google Patents

폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제 및 이를함유하는 재생아스팔트콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제 및 이를 함유하는 재생아스팔트콘크리트에 관한 것으로, 본 발명에 따른 재생 첨가제는 파라핀기유 5 내지 30중량% , 아로마틱기유 40 내지 60중량% 및 나프텐기유 20 내지 45중량%를 포함하는 것을 특징으로 하고 본 발명에 따른 재생아스팔트콘크리트는 폐아스팔트콘크리트 에 상기 재생 첨가제 5 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하여 폐아스팔트콘크리트 중의 폐아스팔트의 성상을 신제아스팔트와 같은 정도로 회복시킴으로써 폐아스팔트콘크리트를 재활용할 수 있게 하기에 자원 재활용에 효과적일 뿐만 아니라 폐아스팔트콘크리트로 인한 공해문제를 방지할 수 있다.

Description

폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제 및 이를 함유하는 재생아스팔트콘크리트{Rejuvenator for recycling of aged asphalt concrete and rejuvenated asphalt concrete containing the rejuvenator}
본 발명은 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제 및 이를 함유하는 재생아스팔트콘크리트에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 도로 교체 등으로 발생하는 폐아스팔트콘크리트를 재활용하기 위해 폐아스팔트콘크리트의 폐아스팔트의 성상을 신제아스팔트와 같은 정도로 회복시키는 폐아스팔트콘크리트 재생 첨가제와 이를 함유하는 재생아스팔트콘크리트에 관한 것이다.
아스팔트콘크리트는 아스팔트와 시멘트가 결합된 것으로서 도로 등의 건설에 선호되고 있는 재료이다. 그러나 이러한 아스팔트콘크리트는 영구적으로 사용할 수 없기에 일정기간이 지나면 교체를 해야하고 또한 지하 매설물 공사 등으로 인해 도로 포장을 걷어내야 하기에 그로 인해 다량 배출되는 폐아스팔트콘크리트의 처리는 사회적으로 큰 문제이다. 따라서 이러한 폐아스팔트콘크리트의 재활용에 관심이 증가하고 있다. 특히 아스팔트콘크리트에서 사용되는 아스팔트는 크게 아스팔텐, 포화탄화수소유분, 나프텐아로마틱유분 및 극성아로마틱유분으로 이루어진 것으로서 원유를 분류할 때 최종적으로 남는 찌꺼기이기에 일종의 공해물질이다. 그러므로 폐아스팔트콘크리트를 지상 또는 지중에 폐기하면 이에 포함된 아스팔트에 의해 지하수 및 하천, 강등을 오염시켜 심각한 공해문제를 야기하게 된다. 이러한 이유로 폐아스팔트콘크리트는 공해를 일으키는 산업폐기물로서 분류되고 있다. 따라서 폐아스팔트콘크리트으로 인한 공해 발생을 방지하거나 최소화하기 위해 이를 재활용하는 연구가 진행되고 있다.
현재 폐아스팔트콘크리트 재활용 기술로서 현장에서 적용되고 있는 대부분의 기술은 고온 혼합(Hot Mix) 방식이며, 대표적인 방법으로는 재포장 현장에서 직접 가열하여 폐아스팔트콘크리트를 회수한 후에 폐아스팔트콘크리트와 신제아스팔트콘크리트, 그리고 재생첨가제(rejuvenator)를 적정 배합하여 현장에서 바로 재포장하는 가열현장재활용(Hot-In-Place Recycling) 공법과 폐아스팔트콘크리트를 아스팔트콘크리트 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리과정을 거친 후에 신제아스팔트콘크리트와 재생 첨가제와 함께 플랜트 믹서내에서 적정 혼합하여 재포장용 아스팔트콘크리트를 생산하는 가열플랜트재활용(Hot-In-Plant Recyclimg) 공법이 있다.
또한 이러한 공법에 사용되는 재생 첨가제에 대한 연구 역시 활발하게 진행되어 오고 있으며, 예를 들면 다음과 같다. 미국특허 제4,373,961호에서는 특수한 유화아스팔트를 사용하여 노후한 폐아스팔트콘크리트를 잘게 부수어서 상온에서 배합하여 재사용하는 방법을 제시하면서 재생용 첨가제로서 물과 유화제를 사용한 유화아스팔트를 사용하고 재포장 방법 또한 상온 포장을 원칙으로 하고 있다. 특히 상온 포장을 위해서는 폐아스팔트콘크리트를 플랜트로 수거해서 크러셔(Crusher)로 잘게 부순 상태에서 특별히 제조된 유화아스팔트를 상온에서 배합하는 방법을 이용하고 있다. 또한 미국특허 제 3,793,189호에서는 노후된 아스팔트의 성상을 개선시키기 위해 초임계 유체 분리방법인 프로판을 용매로 한 탈력유(Deasphaltde Oil)와 중질경유(Heabyt Distillate) 그리고 석유 잔사유(Residual Oil)등을 혼합하여 사용하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제 3,221,615호에서는 콜타르(Coaltar)유도체를 이용하여 노화 아스팔트의 성상을 회복시키는 방법을 개시하고 있으나 이 때 사용된 재생용 첨가제는 콜타르에서 추출한 것으로 방향족 벤젠 고리가 2∼4개이면서 페놀릭(Phenolic)과 히드록시(hydroxy) 유도체를 가지고 있는 알킬 화합물의 기능 그룹을 가지는 화합물로 한정하고 있다. 또한, 미국특허제4,278,469호에서는 도로 보수 및 표면 처리용 재생 첨가제로서 아스팔트에서 추출한 일부 유분과 특정 고분자 그리고 중질 방향족 용제를 혼합한 조성물이 제시되어 있다. 또한, 미국특허 제4,325,738호에서는 쉘오일(shale oil)에서 추출한 피리딘(pyridine) 계열의 혼합물에 산염(Acid salts)을 첨가하여 아스팔트의 노화를 개선하는 첨가제를 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제4,549,834호에서는 아스팔틱유(Asphaltic oil)와 레진(resin), 그리고 피치(pitch)로 구성된 폐아스팔트콘크리트 재생용 첨가제를 개시하고 있다. 또한, 캐나다특허 제2,304,260호에서는 하수 오물 내에 슬러지(Sludge)에서 추출한 오일을 활용한 재생용 첨가제를 개시하고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 폐아스팔트콘크리트 재생 첨가제는 콜타르 유도체나 중질유 접촉분해공정 등에서 부수적으로 생성되는 슬러지 오일 등을 사용하기에 성분 함량과 성능이 항상 동일한 제품을 생산하기 어려울 뿐만 아니라 환경에도 좋지 못한 영향을 끼쳤다.
이에 본 발명자들은 시판되고 있는 고급 기유을 사용하여 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제를 개발하였으며 이러한 재생 첨가제가 폐아스팔트의 성상 복원 능력이 클 뿐만 아니라 현장에서 직접 폐아스팔트콘크리트와 배합하여 사용할 수 있고 또한 오염도가 낮아 환경에도 안정함을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 통해 폐기물 처리 비용과 골재 및 아스팔트 자원을 절약하는 것과 동시에 환경오염을 방지하기 위한 폐아스팔트콘크리트 재생 첨가제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 통해 폐기물 처리 비용과 골재 및 아스팔트 자원을 절약하는 것과 동시에 환경오염을 방지하기 위한 재생아스팔트콘크리트를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐아스팔트콘크리트 재활용을 위한 재생 첨가제는 파라핀기유 5 내지 30중량% , 아로마틱기유 40 내지 60중량% 및 나프텐기유 20 내지 45중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 재생아스팔트콘크리트는 폐아스팔트콘크리트에 상기 재생 첨가제 5 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 폐아스팔트, 본 발명에 따른 재생 첨가제를 첨가한 폐아스팔트 및 신제아스팔트의 침입도를 비교하여 나타내는 그래프이고,
도 2는 폐아스팔트, 본 발명에 따른 재생 첨가제를 첨가한 폐아스팔트 및 신제아스팔트의 신도를 비교한 그래프이며,
도 3은 폐아스팔트, 본 발명에 따른 재생 첨가제를 첨가한 폐아스팔트 및 신제아스팔트의 연화점을 비교하여 나타내는 그래프이고,
도 4는 폐아스팔트, 본 발명에 따른 재생 첨가제를 첨가한 폐아스팔트 및 신제아스팔트의 절대점도를 비교하여 나타내는 그래프이다.
본 발명은 폐아스팔트콘크리트를 콘크리트 도로 포장 등의 기본 골재로서 재활용하기 위해 파라핀기유 5 내지 30중량%, 아로마틱기유 40 내지 60중량% 및 나프텐기유 20 내지 45중량%를 포함하는 재생 첨가제를 폐아스팔트콘크리트에 폐아스팔트 총량에 대해 5 내지 20중량% 혼합하여 사용하는 것이다.
본 발명에서 사용하는 파라핀기유, 아로마틱기유 및 나프텐기유는 특별한 제한없이 국내에서 시판되고 있는 표 1과 같은 물성의 것을 사용한다.
파라핀기유 나프텐기유 아로마틱기유 실험방법
비 중(specific gravity)15/4℃ 0.8709 0.9217 1.0189 KS M 2002
인화점(flash point)COC ℃ /254 /182 /254 KS M 2012
동점도(kinematic viscocity) 40℃ cSt 75.06 57.02 878.7 KS M 2014
100℃cSt 9.330 6.314 22.86
점도지수(viscosity index) 100 29 -73 KS M 2014
유동점(poir point) -15.0 -32.5 +7.5 KS M 2016
아닐린점(aniline point) ℃ 120.3 77.0 31.0 KS M 2053
굴절률(refractive index) D20 n 1.4772 1.4918 1.5728 KS M 0005
점도 비중항수 0.8012 0.8726 0.9763 KS M 2040
굴절율절편(refractive intercept) 1.0434 1.0325 1.0649 KS M 2040
탄화수소조성 %(hydrocarbon type) Ca 0.0 19.0 42.8 KS M 2040
Cn 33.1 34.2 41.1
Cp 66.9 46.8 16.1
본 발명에 따른 재생 첨가제는 상기 물성의 파라핀기유를 5 내지 30중량% 포함한다. 바람직하게는 12중량%를 포함한다.
또한 본 발명의 재생 첨가제는 상기 물성의 아로마틱기유를 40 내지 60중량% 포함한다. 바람직하게는 50중량%를 포함한다.
본 발명의 재생 첨가제는 상기 물성의 나프텐기유 20 내지 45중량%를 포함한다. 바람직하게는 38중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 첨가제에서 각 성분의 함량을 파라핀기유의 경우 5중량%, 아로마틱기유의 경우 40중량%, 나프텐기유의 경우 20중량% 미만으로 하거나, 또한 각 성분의 함량을 파라핀기유의 경우 30중량%, 아로마틱기유의 경우 60중량%, 나프텐기유의 경우 45중량%를 초과하게 하면 폐아스팔트를 재생하기 위해 필요한 성분의 보충이 제대로 이루어지지 않는다.
이러한 비율로 혼합된 재생첨가제를 폐아스팔트콘크리트에 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때 혼합 비율은 폐아스팔트 총량을 기준으로 하여 5 내지 20중량% 첨가하여 사용한다. 즉, 본 발명에 따른 재생 첨가제는 가열현장재활용공법에서는 폐아스팔트콘크리트를 회수한 후에 폐아스팔트콘크리트와 함께 폐아스팔트의 총량을 기준으로 5 내지 20중량%의 양으로 배합되어 현장에서 바로 재포장하는데에 사용될 수 있으며, 또한 가열플랜트재활용공법에서는 폐아스팔트콘크리트를 아스콘 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리 과정을 거친 후에 플랜트 믹서내에서 폐아스팔트의 총량을 기준으로 5 내지 20중량%의 양으로 혼합되어 사용될 수 있다. 이때 종래의 방법에서처럼 신제아스팔트를 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한 폐아스팔트콘크리트에 본 발명에 따른 재생 첨가제를 폐아스팔트의 총량을 기준으로 하여 5 내지 20중량%, 바람직하게는 20중량%를 첨가하여 재생아스팔트콘크리트를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이로써 제한되는 것은 아니다. 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
실시예 1
아스팔트의 노화에 따른 성분 변화를 알아보기 위해 신제아스팔트(AP-3)와폐아스팔트를 ASTM D 4124에 따라 아스팔텐, 포화탄화수소유분, 나프텐아로마틱유분, 극성아로마틱유분의 네가지 성분으로 분리하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
신제아스팔트 폐아스팔트
아스팔텐 14.6 53.44
포화탄화수소유분 10.2 5.36
나프텐아로마틱유분 48.2 32.5
극성아로마틱유분 29.4 11.44
위 표 2에서 알 수 있듯이, 신제아스팔트와 폐아스팔트 간에는 아스팔텐의 함량에 커다란 차이가 있다. 이는 아스팔트가 노화가 진행됨에 따라 아스팔텐의 함량이 크게 증가함을 나타내고, 또한 이러한 아스팔텐 함량의 증가는 나프텐아로마틱유분과 극성아로마틱유분이 아스팔텐으로 변한 결과로 추측된다.
따라서 본 발명에서 사용하는 나프텐기유 및 아로마틱기유의 구성 원소와 신제아스팔트의 나프텐아로마틱유분 및 극성아로마틱유분의 구성원소를 분석하였다. 그 결과는 표 3에 나타내었다.
신제아스팔트 나프텐기유 아로마틱기유
나프텐아로마틱유분 극성아로마틱유분
탄소 83.7 85.4 86.3 82.9
황 7.3 5.7 3.2 7.8
수소 9.1 9.9 11.8 8.9
질소 1.3 2.0 0.9 1.31
위의 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 나프텐기유와 아로마틱기유는 아스팔트의 노화에 따라 감소된 성분인 나프텐아로마틱유분과 극성아로마틱유분의 구성원소와 유사한 화학적 조성을 나타낸다.
이로써 본 발명에 따른 재생 첨가제가 노화된 아스팔트의 구성 성분을 신제아스팔트와 유사하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2 및 3
파라핀기유 12중량%, 아로마틱기유 50중량% 및 나프텐기유 38중량%를 혼합하여 폐아스팔트콘크리트 재생 첨가제를 제조하였다.
그런 다음 위에서 얻은 재생 첨가제를 폐아스팔트에 10중량%(실시예 2) 및 20중량%(실시예 3)의 양으로 첨가하고 이를 충분히 혼합한 다음 재생 첨가제의 폐아스팔트에 대한 성상 복원에 대한 시험을 수행하였다. 이러한 재생시험은 한국석유품질검사소에 의뢰하여 수행하였다.
침입도 시험은 KS M 2252법을 이용하여 폐아스팔트의 침입도와 재생첨가제를 폐아스팔트에 10중량%, 20중량% 첨가했을 때의 침입도의 변화를 관찰하였다. 신도 시험은 KS M 2254법을 이용하여 폐아스팔트의 신도와 재생첨가제를 폐아스팔트에 첨가했을 때의 신도의 변화를 관찰하였다. 연화점 시험은 KS M 2250법을 이용하여 폐아스팔트의 연화점과 재생첨가제를 폐아스팔트에 첨가했을 때의 연화점의 변화를 관찰하였다. 절대점도는 KS M 2247법을 이용하여 폐아스팔트의 절대점도와 재생첨가제를 폐아스팔트에 첨가했을 때의 절대점도의 변화를 관찰하였다.
또한 신제아스팔트 AP-3에 대한 침입도, 신도 연화점, 절대점도도 함께 측정하여 폐아스팔트에 본 발명에 따른 재생첨가제를 첨가했을 때 나타나는 효과를 직접 비교하였다. 이러한 시험에 대한 결과는 표 4와 같다. 또한 그 결과를 도 1 내지 도 4로 나타내었다.
폐아스팔트 실시예 2 실시예 3 신제아스팔트AP-3
침입도(25℃) 17 43 80 80
신도 (25℃, ㎝) 17 68 150이상 150이상
연화점(℃) 59 52 44 42
절대점도(60℃ 300mmHg, 진공, cSt) 34,900 3,008 1,251 1,200
표 4 및 도 1에서 알 수 있듯이, 침입도가 17인 폐아스팔트에 본 발명에 따른 재생 첨가제 10중량%와 20중량%를 첨가하였을 때 침입도는 각각 43과 80으로 증가하였다. 이 값은 신제아스팔트의 침입도에 근접한 것으로 본 발명에 따른 재생 첨가제를 첨가함으로써 침입도가 신제아스팔트와 같은 정도로 회복되었음을 확인할 수 있다.
또한 표 4 및 도 2에서 알 수 있듯이, 골재와의 부착성 회복정도에 대한 시험인 신도 역시 폐아스팔트는 43㎝임에 반해 본 발명에 따른 재생첨가제 10중량%와 20중량%를 첨가하였을 때는 각각 98㎝와 150㎝로서 신제아스팔트의 150㎝와 비교하였을 때 별 차이가 없었다. 이로써 본 발명에 따른 재생 첨가제를 사용함으로써 폐아스팔트의 성상이 완전히 회복된 것임을 확인할 수 있다.
또한, 표 4 및 도 3에서 알 수 있듯이, 연화점이 59℃인 폐아스팔트에 본 발명에 따른 첨가제를 각각 10중량%, 20중량% 첨가하면 연화점이 각각 52℃와 44℃로서 신제아스팔트의 42℃에 근접함을 알 수 있었다.
또한 표 4 및 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 재생 첨가제를 절대점도 34,99 cSt인 페아스팔트에 10중량% 및 20중량% 첨가하였을 때 절대점도는 각각3,008 cSt와 1,251cSt였다. 또한 신제아스팔트의 점도는 1,200cSt였다. 이로써 본 발명에 따른 재생 첨가제를 폐아스팔트에 20중량% 첨가하면 신제아스팔트 정도로 절대점도가 회복됨을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 재생 첨가제는 이를 폐아스팔트에 첨가하면 폐아스팔트의 성상을 신제아스팔트에 근접하게 회복시킴으로써 폐아스팔트 및 폐아스팔트콘크리트를 재활용하는데 효과적이다.
상술한 바와 같이 파라핀기유, 나프텐기유 및 아로마틱기유를 포함하는 본 발명에 따른 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제는 폐아스팔트콘크리트 중의 폐아스팔트의 성상을 신제아스팔트와 같은 정도로 회복시킴으로써 폐아스팔트콘크리트를 재활용할 수 있게 하기에 자원 재활용에 효과적일 뿐만 아니라 폐아스팔트콘크리트으로 인한 공해문제를 방지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 폐아스팔트콘크리트 재생 첨가제를 폐아스팔트콘크리트에 첨가하여 재생아스팔트콘크리트를 생산함으로써 현장에서 직접 편리하게 사용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 총중량을 기준으로 파라핀기유 5 내지 30 중량%, 아로마틱기유 40 내지 60중량% 및 나프텐기유 20 내지 45중량%를 포함하는 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제.
  2. 제1항에서, 파라핀기유 12중량%, 아로마틱기유 50중량% 및 나프텐기유 38중량%를 포함하는 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제.
  3. 제1항에 따른 폐아스팔트콘크리트의 재활용을 위한 재생 첨가제를 폐아스팔트 총량을 기준으로 하여 5 내지 20중량% 포함하는 재생아스팔트콘크리트.
  4. 제3항에서, 상기 재생 첨가제 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생아스팔트콘크리트.
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