KR20050030941A

KR20050030941A - 아스팔트 콘크리트의 개질재 칩 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050030941A
Application number: KR1020050019610A
Authority: KR
Inventors: 황익현
Original assignee: 황익현
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-03-31
Also published as: KR100674127B1

Abstract

본 발명은 하절기 기온이 높은 지역 또는 열대지역에 포설되는 아스콘 포장의 소성변형을 효과적으로 방지할 수 있도록 하는 아스콘 개질재(改質材) 칩(Chip)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스토머(plastomer) 계통의 폴리머와 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머를 혼합하여 방카C유, 콜타르, 아스팔트 등으로 희석시키고, 이에 채움재로서 탄산칼슘, 카본블랙, 시멘트, 석회석 또는 소석고 중 하나 또는 둘 이상을 적정량 투입하여 130-250℃로 30분-3시간 가열하고, 이에 분쇄폐타이어 분말을 첨가 혼합하여 20분 이상 가열상태를 유지한 후, 냉각 및 절단하여 제조하는 아스콘 개질재 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

아스팔트 콘크리트의 개질재 칩 및 그 제조 방법{Material to improve quality of asphalt concrete, and the manufacturing method thereof}

본 발명은 아스팔트 콘크리트(이하 "아스콘"이라 한다) 품질을 개선시키기 위하여 사용되는 아스콘 개질재(改質材) 칩(Chip)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스토머(plastomer) 계통의 폴리머인 폴리에칠렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate : 이하 "PET"라 한다)와, 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머인 스티렌 부타디엔 스티렌(Styrene Butadiene Styrene : 이하 "SBS"라 한다), 스티렌 이소프렌 스티렌(Styrene Isoprene Styrene : 이하 "SIS"라 한다) 또는 스티렌 부타디엔 라버 (Stylene Butadiene Rubber : 이하 "SBR"이라 한다) 등을 혼합하여 방카C유, 콜타르, 아스팔트 등으로 희석시키고, 이에 채움재로서 탄산칼슘, 카본블랙, 시멘트, 석회석 또는 소석고 중 하나 또는 둘 이상을 적정량 투입하여 130-250℃로 30분-3시간 가열하고, 이에 분쇄폐타이어 분말을 첨가 혼합하여 20분 이상 가열상태를 유지한 후, 냉각 및 절단하여 제조하는 아스콘 개질재 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.

아스콘은 아스팔트와 굵은 골재, 잔골재 및 포장용 채움재 (석회석분, 시멘트 등)를 가열혼합 또는 상온에서 혼합한 것으로 도로포장이나 주차장 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 아스콘에 포함된 아스팔트는 그 물성이 기온의 변화에 민감한 것이어서, 아스콘 포장은 하절기 소성변형으로 포장체에 심한 굴곡이 생겨 자동차의 통행에 지장을 초래하기도 하고, 한편으로 동절기 기온이 급강하는 경우에는 포장체에 균열이 생겨 포장체의 수명을 크게 단축시키기도 한다.

아스콘 개질재는 이러한 아스콘의 문제점을 개선하기 위하여 사용되는 것으로, 아스팔트와 결합하여 아스팔트의 물성을 변화시킴으로써, 하절기 소성변형을 방지하고, 동절기 균열 형성을 방지하고, 또한 포장체의 미끄럼 저항성을 증대시키는 기능을 한다.

종래 널리 사용되고 있는 아스콘 개질재로는 SBS 또는 SIS 등이 있으며, 이들 개질재가 아스팔트에 작용하여 아스팔트의 물성을 변화시키는 개념은 도 1에 도시된 바와 같다. 즉, SBS 또는 SIS 등의 개질재는 일반적으로 아스콘에 사용되는 아스팔트 양의 약 2-5%를 투입하여 사용되는 것인데, 이들 개질재 입자가 아스팔트 입자와 결합되면, 하절기 아스팔트의 소성변형이 방지되고, 동절기 균열형성이 방지되며, 또한 포장체의 미끄럼 저항성이 증대된다.

이들 개질재들에 대하여 살펴보면 아래와 같다.

SBS는 탄력성이 좋은 부타디엔과 딱딱한 성질의 스티렌이 임의적으로 반응하여 공중합체된 폴리머로서, 이를 고온으로 용해하여 아스팔트에 투입하면, 높은 공용온도에서도 단단한 아스콘 혼합물이 되며, 중간 공용온도에서도 피로균열에 저항 할 수 있는 탄성이 있는 혼합물이 되고, 낮은 공용온도에서도 온도균열에 저항할 수 있는 변하지 않는 강성을 갖는 혼합물이 된다.

그러나 SBS는 물성이 고온에서 용융되는 것이어서 아스팔트에 투입되어 아스팔트와 충분히 혼합시키기 위해서는 180℃이상의 고온을 낼 수 있는 가열장치와 특수 혼합장치인 고전단(high shear) 혼합장치가 반드시 필요한데, 이러한 장치는 가격이 고가일 뿐만 아니라 부피가 커서 각 아스콘 생산공장으로 이동하는 것이 용이하지 않다. 따라서, SBS를 아스콘 개질재로 사용하기 위해서는 아스팔트 제조공장에 가열장치 및 고전단 혼합장치를 설치하여 아스팔트에 미리 SBS를 투입하여 아스팔트와 충분히 혼합한 후, 그 개질재가 포함된 아스팔트를 공사 현장으로 운반하여 사용할 수밖에 없으며, 그렇게 하기 위해서는 아스팔트 제조공장에 별도의 아스팔트 탱크를 설치하여야 한다.

이와 같이, SBS를 개질재로 사용하는 종래의 방법은 고가의 장비가 마련하여야 하고, 또한 공정이 복잡하여 상당히 많은 시간이 요구된다. 더구나, 개질재를 아스팔트와 혼합된 상태로 오래 보존하면 아스팔트와 개질재의 분리현상이 발생하여 개질재 투여의 효과가 없게 되므로, 사전에 미리 준비해 둘 수 없다는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여, SBS의 개질재로서의 우수성에도 불구하고, 아직까지 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.

SBS와 동종의 공중합체 폴리머로서 아스콘의 개질재로 사용되는 것에는 SIS도 있는데, 이 역시 SBS와 마찬가지로 고온가열장치 및 고전단 혼합장치가 필요하며, 또한 개질재를 아스팔트와 혼합된 상태로 오래 보존하면 아스팔트와 개질재의 분리현상이 발생하므로 사전에 미리 준비하여 보관할 수 없다는 문제점이 있어, 이들 개질재 역시 아직 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.

분쇄폐타이어도 물성이 공중합체 폴리머와 유사한 점이 있기 때문에 개질재로 사용될 수 있다. 특히 분쇄폐타이어를 도로 포장재의 일부로 사용하는 경우에는, 자원재활용의 측면에서 유용성이 크다는 점뿐만 아니라, 분쇄폐타이어의 탄성에 의하여 도로에 탄력이 생기고 이로 인하여 도로 주행 시 승차감이 좋게 되는 장점들이 있다. 그러나, 분쇄폐타이어를 아스팔트 골재 등과 혼합하여 포장을 하는 경우에, 분쇄폐타이어가 아스팔트와 일체화되지 않고 단순히 섞여있는 상태에서는 분쇄폐타이어가 일종의 이물질로 작용하게 되고, 따라서 오히려 포장체의 내구성을 저하시키는 결과를 초래하게 된다.

분쇄폐타이어 사용에 있어 위와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 습식 방법인 맥도날드 방식이 있다. 맥도날드 방식은 아스팔트에 분쇄폐타이어 10-25%를 첨가하여 190-220℃로 30분-1시간이상 고온, 고속 혼합하여 분쇄폐타이어와 아스팔트를 일체화시켜 사용하는 기술이다. 즉, 맥도날드 방식에 의하면, 아스팔트와 분쇄폐타이어가 고온에서 고속으로 혼합됨으로서 아스팔트가 분쇄폐타이어 입자 표면에 공고히 결합되어 일체화를 이루게 된다.

그러나 이 맥도날드 방식에서는 분쇄폐타이어와 아스팔트가 고온에서 계속적으로 12시간이상 고온을 유지하여야 하기 때문에, 이로 인하여 분쇄폐타이어가 아스팔트에 완전 용해되어질 가능성이 있으며, 그렇게 되면 분쇄폐타이어를 투입하는 효과가 떨어지게 되고, 결과적으로 아스콘의 전체 품질이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 뿐만 아니라, 맥도날드 방식을 적용하기 위해서는 고가의 숙성장비가 필요하고, 또한 이동식 대형 아스팔트 탱크, 숙성장비, 분쇄폐타이어 트럭, 아스팔트 트럭, 숙성인원 등이 준비되어야 하므로 경제적 부담이 크고, 생산 공정이 번거롭다는 단점이 있다.

분쇄폐타이어와 아스팔트를 일체화시키는 다른 방법으로 본 발명의 발명자에 의하여 제시된 특허 제394092호의 방법이 있는데, 이 방법은 먼저 분쇄폐타이어를 간접 가열하여 분쇄폐타이어의 표면을 겔화시키고, 이에 150-300℃로 가열된 아스팔트를 혼합하여 (표면이 겔화된) 분쇄폐타이어 입자와 아스팔트를 일체화시킨 칩을 제조하여 사용하는 것이다. 이 방법은 간단한 공정으로 분쇄폐타이어와 아스팔트를 일체화를 이룰 수 있기 때문에 전술한 맥도날드 방식에 비하여 매우 경제적이다.

위 특허 제394092호의 방법에 의하여 제조된 칩의 개념은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같다. 즉, 도 2a에서 보듯이, 일차로 분쇄폐타이어의 표면이 겔화되고 그 겔화된 표면에 아스팔트가 결착되어 전체로서 일체화되며, 또한 도 2b에서 보듯이, 분쇄폐타이어와 일체화된 아스팔트가 추후 추가적으로 투입되는 아스팔트 입자들과 자연스럽게 결착 혼합되어 지는 것이다. 따라서, 위 특허의 방법에 의하면, 분쇄폐타이어가 아스팔트와 (단순히 섞여 있는 상태가 아니라) 보다 공고히 결합된다.

그러나 분쇄폐타이어를 사용하는 주된 목적은 자원 재활용을 통한 환경 보호와 포장체에 탄력을 부여하여 차량 주행 시 승차감을 좋게 한다는 것이므로, 분쇄폐타이어를 사용한다고 하여 포장체의 내구성이 향상되는 것은 아니다. 따라서, 분쇄폐타이어를 사용하는 경우에는 포장체의 내구성을 향상시키는 방안이 별도로 강구될 필요성이 있는데, 특허 제394092호에서는 그러한 내구성 향상을 위한 방안이 제시되지 못하였다.

한편, 상기와 같은 종래 개질재의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명자는 2004. 7. 19. 출원된 특허출원 제2004-56041호에서 아스팔트를 180-250℃로 가열하여 용융시키고 이에 SBS, SIS 또는 저밀도 폴리에틸렌 (Low Density Polyethlene : 이하 "LDPE"라 한다) 등의 폴리머를 투입하여 가열 혼합시킨 후, 이를 압출기를 이용하여 소정의 크기로 배출하면서 냉각 및 분쇄 또는 절단하여 칩을 제조하는 개질재 칩 제조방법을 제안한 바 있다. 이 방법에 의하여 제조된 개질재 칩은 종래 개질재에 비하여 그 사용에 있어서 별도 고가의 장비나 복잡한 공정이 필요하지 않고 그 사용에 따른 효과가 우수하여 매우 유용한 것이라 할 수 있다.

그러나, 상기 특허출원의 발명은 엘라스토머 계통의 SBS 또는 SIS 등을 주된 재료로 사용하고 있기 때문에, 하절기 소성변형을 방지하는 효과가 충분하지 않았다. 상기 특허출원의 발명에 플라스토머 계통의 저밀도 폴리에틸렌 (Low Density Polyethlene : 이하 "LDPE"라 한다)을 사용하는 것이 포함되어 있긴 하나, LDPE만으로는 아스콘 포장의 하절기 소성변형을 충분히 방지할 수 없었다.

본 발명은 위에서 설명한 종래 개질재들의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것이다. 본 발명의 개질재 칩 제조에는 많은 양의 PET를 사용하는데, 그 이유는 PET가 플라스토머 계통의 폴리머로서 하절기 기온이 높은 지역 또는 열대지방에 포설되는 아스콘 포장의 소성변형을 방지하는 효과가 크고, 또한 PET는 섬유질의 플라스틱으로서 질긴 물성을 갖는 것이기 때문에 아스콘의 내구성 향상의 효과를 가져올 수 있으며, 뿐만 아니라, 매일 엄청난 양으로 배출되는 폐 PET 음료병을 자재로 사용할 수 있다는 점에서 자원 재활용의 의미가 크다.

따라서 본 발명의 목적은, 첫째, 개질재를 칩으로 형성하여 둠으로써 아스콘 재료에 투입함에 있어 별도 고가의 장비나 복잡한 공정이 필요하지 않도록 하는 것, 둘째, PET를 사용함으로써 하절기 기온이 높은 지역 또는 열대지방에 포설되는 아스콘 포장의 소성변형을 충분히 방지할 수 있도록 하는 것, 셋째, PET를 사용함으로써 아스콘 포장의 내구성을 향상시키는 것, 넷째, 폐 PET를 사용함으로써 자원 재활용을 할 수 있다는 것, 그리고 다섯째, 분쇄폐타이어와 개질재를 함께 혼합한 칩을 제조하여 사용함으로써 분쇄폐타이어 사용에 따른 장점을 살리면서 동시에 분쇄폐타이어 사용으로 인하여 초래될 수 있는 내구성 저하의 문제점을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 아스콘 개질재(改質材) 칩(Chip)은 플라스토머 계통의 폴리머인 PET 1중량부와, 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머인 SBS, SIS 또는 SBR 중 하나 또는 둘 이상 0.05-1 중량부를 혼합하는 공정; 전기 공정의 혼합물을 희석재인 방카C유, 콜타르, 아스팔트에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 0.5-3 중량부 첨가하여 희석시키는 공정; 전기 공정의 혼합물에 채움재로서 탄산칼슘, 카본블랙, 시멘트, 석회석 또는 소석고 중 하나 또는 둘 이상 0.1-2 중량부를 투입하여 혼합시키는 공정; 전기 공정의 혼합물을 130-250℃로 30분-3시간 가열하여 겔 상태가 되도록 하는 공정; 전기 공정의 가열된 혼합물에 분쇄폐타이어 분말을 0.1-3중량부 투입 혼합하여 전기 공정의 가열된 온도로 20분 이상 유지하는 공정; 및 전기 공정에서 겔화되는 혼합물을 공랭식 또는 수랭식으로 냉각시키고 그 냉각된 것을 일정 크기로 절단함으로써 소정 크기의 칩으로 제조하는 공정을 포함하는 것이다.

본 발명의 개질재 칩은 적당한 용기에 넣어 보관하였다가 아스콘 포장 현장에서 아스콘 믹서에 투입하여 사용하면 되므로, 그러한 점에서 본 발명의 개질재 칩의 사용은 현장의 아스콘 제조공정을 매우 단순화시킬 수 있다.

앞서 설명하였듯이, 본 발명에서 플라스토머 계통의 폴리머인 PET를 주재료로 사용하는 이유는 아스콘 포장의 하절기 소성변형을 효과적으로 방지하기 위한 것이다. 그러나 PET만을 사용하는 경우에는 동절기 저온에 의한 균열현상에 취약하다는 문제점이 있으므로, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 엘라스토머 계통의 폴리머인 SBS, SIS 또는 SBR를 적정량 보충할 필요가 있다. 본 발명에서는 PET 1 중량부에 SBS, SIS 또는 SBR 중의 하나 또는 둘 이상을 0.05-1 중량부 첨가 혼합하는 것으로 되어 있다.

엘라스토머 계통 폴리머의 사용량을 정함에 있어서, 겨울철 추위가 심한 지역에서는 엘라스토머 계통의 폴리머인 SBS, SIS 또는 SBR을 보다 많이 첨가할 필요가 있고, 반면에 겨울철 온도 저하보다는 여름철의 온도 상승이 문제되는 지역에 있어서는 이들 엘라스토머 계통의 폴리머를 최소한으로 첨가하면 된다.

PET와 SBS, SIS 또는 SBR 등의 폴리머를 (추후 공정에서 첨가되는) 채움재 등과 충분히 혼합시키기 위해서는 이들 폴리머를 희석시킬 필요가 있다. 이때 폴리머를 희석시키기 위한 희석제(용매)로는 아스팔텐 함유량이 높고 발화점이 높으면서(400℃이상) 유동온도가 낮고(50℃ 정도), 또한 값이 싼, 방카C유, 콜타르, 아스팔트 등을 사용하는 것이 바람빅하다. 희석제 사용량은 PET 1 중량부에 대하여 0.5-3 중량부 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 0.5 중량부 이하인 경우에는 폴리머의 분산이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 3 중량부 이상인 경우에는 희석제의 사용이 불필요하게 많아지기 때문이다.

희석제는 폴리머들의 혼합 공정 이후 (채움재를 첨가하기 전에) 첨가하는 것이 바람직하나, 폴리머에 채움재를 투입한 후에 희석제를 첨가하여도 무방하다. 다만, 폴리머에 채움재를 투입한 후에 희석제를 첨가하는 경우에는 (희석재가 폴리머와 충분히 접촉할 수 있도록 하기 위하여) 희석제의 사용량이 다소 많아져야 할 것이다.

본 발명에 있어서 채움재로 탄산칼슘, 카본블랙, 시멘트, 석회석 또는 소석고 중 하나 또는 둘 이상 0.1-2 중량부를 투입하여야 하는데, 이러한 채움재의 사용목적은 향후 아스콘의 강도 및 내구성을 향상시키는 효과 이외에, 개질재의 점도를 조절하여 칩 생산(형성)이 용이하도록 하는 것과, 한편으로 개질재 칩을 아스콘에 투입하였을 때 개질재에 포함된 (채움재와 혼합되어 있는) 폴리머들이 아스콘 전체에 잘 분산되도록 하기 위함이다. 채움재의 사용량은 PET 1 중량부에 대하여 0.1-2 중량부 사용하는 것이 바람직한데, 0.1 중량부 이하인 경우에는 칩 생산(형성)이 용이하지 않고 향후 폴리머의 분산이 적절하게 이루어지지 않을 수 있고, 2 중량부 이상인 경우에는 최종 제품인 개질재 칩의 부피가 불필요하게 커서 운반이나 사용에 불편이 생기기 때문이다.

폴리머, 희석제 및 채움재의 혼합물을 충분히 믹서한 후, 이 믹서된 혼합물을 130-250℃로 30분-3시간 정도 가열하면 겔 상태가 된다.

본 발명의 개질재 칩에 있어서는, 전술한 재료들 이외에 분쇄폐타이어 분말을 추가하여 혼합하는데, 이로 인하여 분쇄폐타이어 사용의 장점인 자원재활용 및 도로 포장체에 탄성 부여 등의 효과를 누릴 수 있음과 동시에, (분쇄폐타이어 분말이 겔상태의 혼합물을 응집시키는 구실을 하기 때문에) 칩 형성을 용이하게 할 수 있다.

분쇄폐타이어 분말을 추가 혼합함에 있어서는 (앞서 설명한) 130-250℃로 가열된 폴리머, 희석제 및 채움재의 혼합물에 분쇄폐타이어 분말을 추가 혼합하여 고온으로 20분 이상 유지시키고, 이 혼합물을 (전술한 바와 같이) 체망 또는 타공망으로 된 배출구로 배출시키면서 냉각, 절단하여 칩으로 제조하면 된다. 분쇄폐타이어 분말을 130-250℃의 온도에서 20분 이상 유지시키는 이유는 분쇄폐타이어 분말의 표면이 겔화되도록 하기 위함이다. 분쇄폐타이어 분말의 표면이 겔화되지 않으면, 향후 아스콘 포장에 있어서 분쇄폐타이어 분말이 아스팔트와 충분히 결착되지 못하기 때문이다.

본 발명에 있어서 분쇄폐타이어 분말의 사용량은 PET 1 중량부에 대하여 01.-3 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 이하로 사용하는 경우에는 분쇄폐타이어 사용의 효과를 가져올 수 없고, 반면에 3 중량부 이상으로 사용하는 경우에는 현장에서 사용될 개질재 칩의 양이 불필요하게 많아지는 문제점이 있다.

이 겔 상태의 혼합물을 칩 형태로 제조하기 위해서는 이송 스크루 등을 통하여 외부로 배출시키면서 공랭 또는 수랭식으로 냉각시켜야 한다.

본 발명에 적용하기에 적합한 냉각방법은 이송스크루 등을 통하여 체망 또는 타공망으로 되어 있는 배출구를 통하여 배출시키되, 그 배출되는 혼합물에 (02.-5%의 석회석 분말이 용해된) 석회수를 살포하여 냉각시킴과 동시에 회전 카터 등으로 절단하여 칩 형태로 제조하는 것이다. 석회수를 사용하는 이유는 배출되는 (겔 상태의) 혼합물이 서로 엉겨붙지 않도록 함과 동시에 그 혼합물의 온도를 급랭시키기 위함이다.

칩을 제조함에 있어서, 분쇄 또는 절단되는 개체의 크기는 되도록 5㎜ 이하로 작게 하는 것이 좋으며, 바람직하게는 3㎜ 이하로 하는 것이 좋다. 본 발명의 개질재 칩의 크기를 되도록 작게 하는 이유는 아스콘 믹서에서 연화되는데 소요되는 시간을 줄이기 위함이다.

본 발명의 개질재 칩 제조방법에 있어서, 필요에 따라 (강도 향상을 위하여) 황, 파라핀, (접착력 강화를 위하여) 아교, 송진 등을 혼합할 수도 있고, (내구성 강화를 위하여) 광섬유, 셀룰로오스 섬유, 폴리머 섬유 등의 보강섬유를 첨가할 수도 있다. 물론, 필요에 따라 자외선으로부터 보호를 위하여 UV제를 첨가할 수도 있고, 강도 및 내구성 향상을 위하여 PVC, EVA, PP, 또는 PE 등을 첨가할 수도 있다. 본 발명에 이러한 재료들을 혼합하여 사용하면, 아스콘의 품질을 극대화시킬 수 있다.

이하, 실시예에 의거 본 발명을 설명한다.

(실시예)

200m 구간을 정하여 차량 통행을 위한 아스콘 도로포장을 함에 있어서, 100m 단위로 포장방법을 달리 하였는바, 포장A는 본 발명의 개질재 칩을 첨가하지 않은 일반 아스콘 포장이고, 포장B는 본 발명의 개질재 칩을 첨가한 아스콘 포장이다. 본 실시예에 있어서 포장B에 사용된 개질재는 아래 표1의 재료 배합비 및 공정으로 제조된 것이다.

표1 : 본 실시예에 사용된 개질재 재료 배합비

재료명	폐PET	SBS	탄산칼슘(700 mesh)	방카C유	송진	분쇄페타이어 (0.6㎜이하)
100㎏ 개질재 생산에 사용된 재료 사용량(㎏)	25	5	5	45	2	18

본 실시예에서 사용된 개질재 칩 제조장치는 도3과 같다. 도3에서 보듯이, 이 장치의 믹서 하부에는 가열장치가 부착되어 있어, 혼합과 동시에 가열할 수 있으며, 믹서에서 혼합 가열된 혼합물을 배출구로 이송함에 있어서도, 이송 스크루외부 표면에 열선(가열수단)이 설치되어 있어 혼합물이 이송되는 동안에도 소정의 온도로 계속 가열할 수 있기 때문에, 이송 도중에 혼합물이 식어 (굳어) 스크루 등에 고착되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 배출구에는 길이가 20㎜이고 체 크기가 5㎜인 체망이 부착되어 있고, 배출구 외부 전면에 회전 절단기가 설치되어 있는데, 회전 속도의 조절에 의하여 절단되는 칩의 길이를 조절할 수 있다. 또한, 배출구 외부 직하방향에는 석회수가 담겨있는 수반이 설치되어 있고, 그 수반에는 컨베이어 벨트가 설치되어 있기 때문에, 배출구를 통하여 배출되면, 이에 대하여 석회수가 살수됨과 동시에 회전 절단기에 의하여 잘게 절단된 칩들이 석회수 수조에 낙하되어 냉각되고, 그 후 컨베이어 벨트를 통하여 소정의 장소로 이송되도록 하였다.

위 배합비의 재료와 도3의 제조방치를 사용하여 다음의 공정으로 개질재 칩을 제조하였다.

첫째 공정 : 폐PET와 SBS를 입상의 상태로 분쇄하여 믹서에 넣고 충분히 혼합한 후, 이에 탄산칼슘, 방카C유 및 송진 가루를 투입하여 혼합하고, 이 혼합물을 220℃로 30분간 가열하였다.

둘째 공정 : 첫째 공정의 혼합물에 분쇄 폐타이어를 투입하고 다시 220℃로 30분간 가열하였다.

셋째 공정 : 둘째 공정의 가열된 혼합물을 믹서에서부터 하부 호퍼로 이송시키고, 다시 호퍼와 연결된 스크루 이송장치를 이용하여 배출구로 배출되도록 하였다.

넷째 공정 : 배출구 전면의 회전 절단기 속도를 조절하여 칩의 크기를 5㎜가 되도록 조절하였고, 절단된 칩들을 석회수를 이용하여 냉각되도록 하였다. 이 냉각된 칩들은 컨베이어벨트에 의하여 이송되는 동안 공기에 의하여 충분히 건조되도록 한 후, 그 크기가 3㎜가 되도록 분쇄하여 저장해 두었다.

포장A는 개질재를 사용하지 아니한 아스콘 포장이고, 포장B는 본 실시예의 개질재 칩을 사용한 아스콘 포장이다. 포장A 및 포장B에 사용된 포장재는 일반 아스콘 포장의 자재와 거의 동일한 것으로 사용된 자재는 아래 표2와 같다.

표2 : 포장A 및 B에 사용된 자재

구분	아스팔트	골재	충전재(CaCo₃)	개질재	계	비고
포장A	5.5	91.5	3.0	-	100	단위 : %
포장B	5.5	90.6	3.0	0.9	100	단위 : %

본 실시예에서 사용된 골재의 입도와 합성 입도분포 (갭입도 기준 : 충전재로서 CaCo₃3% 포함)는 아래 표3과 같다.

표3 : 골재입도 분포

체크기(㎜)	19	13	10	#4	#8	#30	#200	비고
통과중량 백분율(%)	100	100	81.0	35.7	19.6	11.7	6.2	사용골재입도
통과중량 백분율(%)	100	90-100	70-90	24-42	15-25	5-15	3-7	합성입도분포

본 실시예에서, 상기 재료들을 155-163℃로 가열 혼합한 후 덤프트럭으로 현장으로 운반하여 포설하였다. 포장B에 대하여는 본 실시예의 개질재를 현장에서 아스콘 믹서에 투입, 혼합하여 바로 사용하였다. 현장 포설에 있어서는, 통상의 방법에 따라 휘니셔로 포설한 다음 마카담 및 덴덤 로라로 다짐하였다.

본 실시예에서 포장된 포장A 및 포장B에 대하여 동적 안정도, 회복탄성계수 및 마모량을 시험하였는바, 그 결과는 표4와 같다.

표4 : 포장체에 대한 시험 결과치

품명항목	포장A	포장B	기준
동적안정도(회/㎜)	360	10,120	1,500 이상
회복탄성계수 : 5℃ (MPa)	9,540	3,750	-
마모량(㎠) (라벨링 시험)	1.270	0.320	-

표4에서 보듯이, 포장B의 경우 소성변형의 기준인 동적 안정도가 개질재를 사용하지 않은 포장A에 비하여 급격히 상승하였다. 특히 본 발명인에 의하여 출원된 특허 제2004-56041호 (엘라스토머 계통의 SBS 또는 SIS 등을 주된 재료로 사용하여 제조된 개질재 칩에 관한 발명임)의 개질재 칩을 사용한 아스콘의 경우에 동적 안정도가 8,500이었음에 반하여, 본 실시예의 경우에는 이보다 현저히 높음을 알 수 있다.

그리고 저온 균열의 기준인 저온에서의 탄성회복계수가 개질재를 사용하지 않은 포장(포장A)에 비하여 1/3의 수준으로 안정되었고, 라벨링 시험에 의한 마모량 역시 개질재를 사용하지 않은 포장(포장A)에 비하여 약1/4 수준에 해당할 정도로 개전되었다.

따라서 본 발명의 아스콘 개질재 칩은 하절기 소성변형의 방지에 월등한 효과가 있는 것임을 확인할 수 있었다.

본 발명은 플라스토머(plastomer) 계통의 폴리머인 폴리에칠렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate : 이하 "PET"라 한다)와, 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머인 스티렌 부타디엔 스티렌(Styrene Butadiene Styrene : 이하 "SBS"라 한다), 스티렌 이소프렌 스티렌(Styrene Isoprene Styrene : 이하 "SIS"라 한다) 또는 스티렌 부타디엔 라버 (Stylene Butadiene Rubber : 이하 "SBR"이라 한다) 등을 적절히 사용함으로써, 아스콘의 하절기 소성변형을 효과적으로 방지할 수 있도록 하는 개질재에 관한 것으로, 특히 열대 지방이나 하절기 기온이 매우 상승하는 지역의 아스콘 포장에 매우 유용한 것이다.

도 1은 아스팔트 콘크리트에서 개질재의 작용을 도시한 개념도,

도 2a는 아스팔트와 개질재의 결합을 도시한 개념도,

도 2b는 도 2a의 결합에서 아스팔트가 활성화된 상태를 도시한 개념도,

도3은 본 발명 실시예에 사용된 개질재 칩 제조장치이다.

Claims

플라스토머 계통의 폴리머 1중량부와 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머 0.05-1 중량부를 혼합하는 공정; 전기 공정의 혼합물을 희석재 0.5-3 중량부 첨가하여 희석시키는 공정; 전기 공정의 혼합물에 채움재 0.1-2 중량부를 투입하여 혼합시키는 공정; 전기 공정의 혼합물을 130-250℃로 30분-3시간 가열하여 겔 상태가 되도록 하는 공정; 전기 공정의 가열된 혼합물에 분쇄폐타이어 분말을 0.1-3중량부 투입 혼합하여 전기 공정의 가열된 온도로 20분 이상 유지하는 공정; 및 전기 공정에서 겔화되는 혼합물을 냉각시키고 그 냉각된 것을 일정 크기로 절단함으로써 소정 크기의 칩으로 제조하는 공정을 포함하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법.
제1항에 있어서, 플라스토머 계통의 폴리머는 PET이고, 엘라스토머 계통의 폴리머는 SBS, SIS 또는 SBR 중의 하나 또는 둘 이상으로 된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법.
제1항에 있어서, 희석재는 방카C유, 콜타르, 아스팔트에서 선택된 하나 또는 둘 이상으로 된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법.
제1항에 있어서, 채움재는 탄산칼슘, 카본블랙, 시멘트, 석회석 또는 소석고 중 하나 또는 둘 이상으로 된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법.
제1항에 있어서, 냉각수단으로 석회수를 이용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법.
제1항에 의하여 제조된 아스팔트 콘크리트 개질재 칩.