KR20050076217A

KR20050076217A - 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법

Info

Publication number: KR20050076217A
Application number: KR1020040004104A
Authority: KR
Inventors: 이화선
Original assignee: (주)중원개발
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-07-26
Also published as: KR100623007B1

Abstract

본 발명은 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파손된 도로의 표면을 가열하고 절삭하여 발생된 폐아스팔트 혼합물에 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 혼합하여 도로에 포설, 다짐함으로써, 포장품질의 향상은 물론, 폐아스팔트 혼합물로 인한 환경문제를 해결하고 시공비용을 절감할 수 있는 것으로, 파손된 도로의 시료를 채취하고 분석하여 재생 아스팔트 혼합물을 배합설계하는 단계(S1)와; 프리히터를 이용하여 파손된 도로의 표면을 1차 가열하는 단계(S2)와; 예열된 도로를 2차 가열하는 단계(S3)와; 2차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 1차 절삭하는 단계(S4)와; 1차 절삭된 폐아스팔트 혼합물에 일정량의 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 투입하는 단계(S5)와; 1차 절삭된 도로표면을 3차 가열하는 단계(S6)와; 3차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 2차 절삭하는 단계(S7)와; 2차 절삭된 폐아스팔트 혼합물을 1차 절삭되어 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물이 투입된 폐아스팔트 혼합물과 퍼그밀로 1차 혼합하는 단계(S8)와; 1차 혼합된 혼합물을 믹서로 2차 혼합하는 단계(S9)와; 2차 혼합된 재생 아스팔트 혼합물을 포설, 다짐하는 단계(S10)를 포함하여 이루어지는 것이다.

Description

현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법{Hot In-Place Surface Recycling in asphalt Pavement}

본 발명은 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파손된 도로의 표면을 가열하고 1차 절삭한 후 이를 재가열하여 2차 절삭하여 발생된 폐아스팔트 혼합물에 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 혼합하여 도로에 포설, 다짐함으로써, 포장품질의 향상은 물론, 폐아스팔트 혼합물로 인한 환경문제를 해결하고 시공비용을 절감할 수 있는 현장가열 표층재생 아스팔트 포장방법이다.

국내 도로의 총연장 증가율은 2002년 12월 31일 기준으로 과거 50년 동안 전년도 대비 2.7%씩 건설되었으며, 총도로의 연장은 96,037km이고 포장도로의 연장은 73.656km이며 도로 포장율은 76.7%이다. 또한 국내의 차량보유율은 2003년 5월 기준으로 1,434만대로 연평균 증가율이 8%에 이르고 있어, 국내의 도로는 도로 증가율에 비하여 교통량이 급속도로 증가함에 따라, 포장의 조기파손 등을 초래하고 있어 파손으로 인하여 지출되는 국도의 포장유지보수비는 2001년에 928억원이며, 과거 12년 동안 전년도 대비 7.3%씩 증가하고 있는 실정이다.

또한 국내 도로의 포장은 90% 이상이 아스팔트 콘크리트 포장이나, 아스팔트 콘크리트 포장도로는 급속한 교통량의 증가로 인하여 소성변형과 균열 등으로 공용수명이 다하지 못하고 파손으로 인해 유지보수비가 증가되고 있는 실정이다.

이러한 아스팔트 콘크리트 포장의 유지보수공법으로는 덧씌우기 공법과 절삭 덧씌우기 공법이 있는 바, 과거에 주로 채택하여온 덧씌우기 공법은 시공 할 때마다 덧씌우기 두께만큼 노면이 상승하여 차량통과 높이 제한에 따른 사고의 위험이 있고, 배수구조물의 기능저하, 도로면 경계석, 맨홀 등과의 높이 유지에 따른 문제와 주변 구조물과의 높이차이, 불필요한 길어깨까지 덧씌우기 하여야하는 점 등의 문제점이 있었고, 최근에 많이 사용되는 절삭 덧씌우기 공법은 기존노면을 절사한 후 덧씌우는 방법으로 덧씌우기 공법 대부분의 문제점을 해결할 수 있었으나, 절삭 및 재시공에 막대한 공사비가 소요되고 그 결과물로 발생하는 폐아스팔트 콘크리트(2001년 환경부기준 연간 500만톤)의 처리방법이 환경문제로 대두되고 있어 이에 대한 근본적인 해결방안이 필요한 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 선진국을 중심으로 에너지절약, 자원재활용이라는 목적하에 도로포장의 재생기술을 연구한 결과, 플랜트 가열 재생 아스팔트 혼합물공법(Plant Hot Mix Recycling)과 현장가열 표층재생공법(Hot In-Place Surface Recycling)을 개발하였으나 플랜트공법은 지역적 한계와 절삭과 포설의 이원화로 인한 교통체증과 절삭된 포장 폐재의 30∼40%만을 재활용할 수 있어 환경문제와 자원 절약 면에서 문제가 되고 있다.

또한 현장재생공법은 리페이브(Repave)방식, 리셰이프(Reshape)방식 및 리믹스(Remix)방식이 있고, 상기 리페이브방식은 가열 재생한 기존표층혼합물 위에 별도의 신재 아스팔트 혼합물을 포설함과 동시에 다져 마무리하는 방식으로 덧씌우기 방법과 같이 지면이 상승될 수 있으며 노면에 따라 신재 아스팔트 혼합물의 양이 많이 필요로 될 수 있는 문제점이 있고, 리셰이프방식은 가열, 절삭한 포장혼합물을 제자리에 다시 포설하는 노면정형을 목적으로 하는 것이나 그 사용빈도가 매우 적으며, 리믹스방식은 가열, 절삭한 기존표층 혼합물에 품질개선을 위해 신재 아스팔트 혼합물이나 재생첨가제를 추가 투입하여 혼합재생 포설하는 방식으로 경제성, 신속성, 안정성 등이 뛰어난 이점이 있으나 상부는 과열되고 하부는 혼합물의 골재가 깨어지는 일이 발생하여 품질이 좋지 못한 문제점이 있었고, 폐아스팔트 혼합물과 신재 아스팔트 혼합물이 균일하게 혼합될 수 없는 문제점이 있어 개선이 필요한 상황이다.

따라서 본 발명의 목적은 품질개선이 필요로 되었던 종래의 리믹스방식의 표층재생공법이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 파손된 도로의 표면을 가열하고 1차 절삭한 후 이를 재가열하여 2차 절삭하여 발생된 폐아스팔트 혼합물에 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 혼합하여 도로에 포설, 다짐함으로써, 과거 한꺼번에 가열, 절삭함으로써 나타났던 상부는 과열되고 하부는 혼합물의 골재가 깨지는 문제점을 개선하여 골재의 손상을 최소화할 수 있어 포장의 품질을 향상시키고, 현장 폐아스팔트 혼합물을 100% 재활용할 수 있어 폐아스팔트 혼합물로 인한 환경문제를 해결할 뿐만 아니라 시공비용을 절감할 수 있도록 하는 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법은, 파손된 도로의 시료를 채취하고 분석하여 재생 아스팔트 혼합물을 배합설계하는 단계(S1)와; 프리히터를 이용하여 파손된 도로의 표면을 1차 가열하여 표면온도가 110∼120℃가 되도록 하는 단계(S2)와; 예열된 도로를 2차 가열하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하는 단계(S3)와; 2차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 1차 절삭하는 단계(S4)와; 1차 절삭된 폐아스팔트 혼합물에 일정량의 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 투입하는 단계(S5)와; 1차 절삭된 도로표면을 3차 가열하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하는 단계(S6)와; 3차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 2차 절삭하는 단계(S7)와; 2차 절삭된 폐아스팔트 혼합물을 1차 절삭되어 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물이 투입된 폐아스팔트 혼합물과 퍼그밀로 1차 혼합하는 단계(S8)와; 1차 혼합된 혼합물을 믹서로 2차 혼합하는 단계(S9)와; 2차 혼합된 재생 아스팔트 혼합물을 포설, 다짐하는 단계(S10)를 포함하여 이루어진다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법의 공정도로서, 배합설계(S1), 1차 가열(S2), 2차 가열(S3), 1차 절삭(S4), 재생첨가제, 신재 아스팔트 혼합물 투입(S5), 3차 가열(S6), 2차 절삭(S7), 1차 혼합(S8), 2차 혼합(S9) 및 포설, 다짐단계(S10)로 된다.

먼저, 기존 포장의 노면에 발생되어 있는 파손을 개선하기 위해서는 그 파손이 어떠한 원인으로부터 발생되었는가를 조사하고, 그것을 개선하는 방법을 수립하는 것이 가장 중요한 바, 노후된 아스팔트 포장의 유지보수로서 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법을 적용할 수 있는지를 판정하기 위해 개략적인 사전조사를 실시한다.

개략 사전조사시, 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법의 적용이 대략 가능하다고 판단되어지면 상세조사를 실시하는 바, 상세조사로서 파손된 도로의 시료를 채취하고 분석하여 재생 아스팔트 혼합물을 배합설계(S1)한다. 이 때 먼저 구재 아스팔트 혼합물의 아스팔트 시멘트의 함량, 골재의 입도, 아스팔트 시멘트의 침입도와 밀도, 다짐된 아스팔트 혼합물의 공기량 등을 파악하고, 재생아스팔트 포장의 일부 특성을 개선하기 위하여 출하된 신재 아스팔트 혼합물의 골재 입도, 아스팔트 시멘트의 양, 첨가할 재생첨가제의 양, 재생 아스팔트 혼합물 내 시멘트의 침입도 등을 결정한다.

이 때 설계침입도를 낮게 설정하는 경우라도 공용 후 조기에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 설계침입도를 50이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 투입될 신재 아스팔트 혼합물은 폐아스팔트 혼합물과 20∼30:100 중량비로 설계하면, 재생 아스팔트 혼합물의 물성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 시공비용을 저렴하게 할 수 있는 것이며, 신재 아스팔트 혼합물과 재생첨가제의 배합비율은 아래에서 다시 설명하도록 한다.

배합설계(S1)가 끝나면, 프리히터(Pre-Heater)를 이용하여 파손된 도로의 표면을 1차 가열(S2)하여 표면온도가 110∼120℃가 되도록 한다. 이 때 표면온도가 낮으면 2차 가열시간이 길어지게 되므로 110℃ 이상으로 예열하는 것이 바람직하나, 1차 가열(S2)은 예열을 하는 단계이므로 그 온도를 특정하지 않고 2차 가열시 표면온도를 조절하는 것도 가능함은 물론이다.

예열(S2)된 도로를 가열기로 2차 가열(S3)하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하여 도로를 절삭할 수 있도록 하되, 표면온도가 130℃ 미만이면 하부 온도가 너무 낮아지게 되므로 재생이 어렵고 150℃를 초과하면 비효율적이므로 표면온도가 130∼150℃가 되도록 한다.

2차 가열(S3)된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 1차 절삭(S4)하되, 상기 절삭깊이가 2.5cm 미만이면 3차 이상에 걸쳐 절삭하여야 하므로 포장시간 및 비용이 증가하여 비효율적이고 3.0cm를 초과하면 하부 아스팔트 혼합물의 골재가 깨지는 문제점이 있으므로 2.5∼3.0㎝로 절삭하도록 한다.

상기 절삭(S4)된 폐아스팔트 혼합물에 배합설계시 설계되었던 양만큼의 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 투입(S5)하여, 재생 아스팔트 혼합물의 물성을 개선한다.

1차 절삭(S4)된 도로표면을 다시 3차 가열(S6)하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하고, 상기의 온도 또한 2차 가열시의 온도와 동일한 조건으로 하며, 3차 가열(S6)된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 2차 절삭(S7)하고, 이 때의 절삭 깊이 또한 1차 절삭과 동일한 깊이로 한다.

2차 절삭(S7)된 폐아스팔트 혼합물에 1차 절삭되어 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물이 투입된 폐아스팔트 혼합물을 투입하여 퍼그밀(Pug Mill)로 1차 혼합(S8)하되, 그 혼합시간은 3∼4초로 한다.

1차 혼합(S9) 후, 1차 혼합된 혼합물을 믹서로 2차 혼합(S9)함으로써, 입도가 한쪽으로 몰리지 않고 균일하게 포설될 수 있도록 하며 그 피복면 또한 균일하게 하여 재생 아스팔트 혼합물의 품질을 향상시키도록 하고, 그 혼합시간은 약 10초로 한다.

상기와 같이 혼합된 재생 아스팔트 혼합물을 피니셔를 이용하여 포설, 다짐(S10)하되, 기존 아스팔트와 시공되는 재생 아스팔트의 접착력을 증가시키기 위하여 주위 온도를 120℃ 이상으로 하며, 다짐시에는 통상의 마카담 롤러, 타이어 롤러, 탄뎀 롤러 등을 이용할 수 있다.

이하 본 발명의 재생 아스팔트 혼합물의 배합설계를 상세히 설명하도록 한다.

먼저 채취된 시료를 분석하여 폐아스팔트 혼합물 내의 구재 아스팔트의 양, 구재 골재의 양을 산출하고, 재생 아스팔트 혼합물의 아스팔트량을 결정하며, 재생될 도로의 지역성, 교통량 등의 공용 조건을 충분히 고려하여 설계침입도를 결정한다.

도 2a를 참조하여, 구재 아스팔트의 침입도 31과 신재 아스팔트의 침입도 70을 세로축에 표시하고 직선으로 연결한 후, 가로축을 신, 구 아스팔트의 배합비율로 하여 이를 연결하면, 각 배합비율에서의 설계침입도가 산출된다.

그러나 이 때 설계침입도(예;50)를 맞추려면 신재 아스팔트의 배합비율이 높아져 구재 아스팔트의 재활용율이 적어지므로, 재생첨가제를 사용한다.

재생첨가제의 배합비는 다음과 같은 방법으로 설계되는 데, 먼제 배합설계의 목표치를 설정한다. 일예로서 구재 아스팔트를 함유하지 않은 재생골재의 배합율을 75로 하고 설계침입도(1/10mm)를 50으로 하고, 신재골재 및 재생골재의 입도와 재생 아스팔트 혼합물의 예정입도를 근거로 각 골재의 배합율을 결정하고, 합성입도를 산출한다.

그 후, 도 2b를 참조하여, 구재 아스팔트의 침입도 30과 신재 아스팔트의 침입도 70을 세로축에 표시한 후, 구재 아스팔트에 소요량의 재생첨가제를 첨가하여 구해진 침입도 70을 잡고, 이 점과 침입도 30(재생첨가량이 0%일때)을 직선으로 연결한다.

상기와 같이 연결한 직선과 설계침입도 50에서 수평하게 그은 선과 만난 점을 구하고 이 만난점에서 수선을 그어 나타난 가로축 위의 값 8.4%이 설계침입도 50이 되는 재생첨가제의 첨가량(구재 아스팔트량에 대한 중량%)이 되는 것이다.

재생첨가제의 첨가량이 결정되면 아래 식 1에 의해 단위면적당 사용량을 계싼하고, 이값이 0.2∼0.6ℓ/㎡의 범위에 드는가를 확인하도록 하되, 단위면적당 사용량이 0.6ℓ/㎡를 초과하는 경우는 기존 노면 고, 0.2ℓ/㎡ 미만이면 균일한 혼합이 어려우므로, 신재 아스팔트 혼합물과 폐아스팔트 혼합물과의 배합비를 변경하는 사항을 검토한다.

Q=D×t₀ × (A₀ /100) ×(p /100)÷g

Q : 단위면적당 사용량(ℓ/㎡)

D : 기존표층혼합물의 밀도(kg/㎥)

t₀: 평균절삭깊이(m)

A₀: 기존표층혼합물의 아스팔트량(%)

g : 재생첨가제의 단위용적중량(kg/ℓ)

본 발명에 사용된 재생첨가제의 성분은 하기 표1과 같다.

구분		재생첨가제의 품질	성상
동점도	40℃	-	-
	60℃	80∼1,000	526
	80℃	-	-
인화점(COC)℃		230이상	327
박말가열후의점도화(60℃)		2이하	1.1
박말가열질량변화율 mass%		-3.00∼+3.00	-0.07
밀도g/㎤(15℃)		-	0.977
토루엔 가용분 mass%		-	-
조직분석 %	아스팔텐분	-	0.2
	포화분	-	8.7
	방향족분	-	83.5
	레진분	-	7.6
* 플랜트 재생포장 기술지침에 의함

본 발명에 의한 재생 아스팔트 혼합물은, 구재 아스팔트 혼합물과 신재 아스팔트 혼합물의 배합비는 100:20∼30으로 되는 것으로, 신재 아스팔트 혼합물의 사용량이 감소되어 시공비가 저렴해짐은 물론 주변 구조물을 현상태로 유지할 수 있도록하여 별도의 추가비용이 발생되지 않게 하고, 폐아스팔트 혼합물이 재활용되므로 환경오염을 방지할 수 있는 것이다.

또한 본 발명에 의한 도로포장공법은 고온으로 표층을 3회 가열하고 이를 2회에 걸쳐 절삭함으로써, 절삭시 골재의 깨짐현상을 방지할 수 있는 것이고, 기존 노면을 절취 포설함으로써 균열의 원인을 제거할 뿐만 아니라 2회의 혼합공정을 거치도록 하여 입도가 균일하게 하는 것이며, 포장면을 절취와 동시에 포장함으로써 공사기간이 단축될 수 있도록 한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명을 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법은 파손된 도로의 표면을 가열하고 1차 절삭한 후 이를 재가열하여 2차 절삭하여 발생된 폐아스팔트 혼합물에 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 혼합하여 도로에 포설, 다짐함으로써, 폐아스팔트 혼합물을 100% 재활용할 수 있어 폐아스팔트 혼합물로 인한 환경문제를 해결할 뿐만 아니라 신재 아스팔트 혼합물을 절감하고 폐아스팔트 혼합물에 대한 처리비용이 발생되지 않으므로 시공비용을 절감할 수 있는 등의 효과를 제공한다.

또한 본 발명의 포장공법은 시공두께 5∼6cm를 2회에 걸쳐 절삭함으로써 과거 한꺼번에 가열, 절삭함으로써 나타났던 상부는 과열되고 하부는 혼합물의 골재가 깨지는 문제점을 개선하여 골재의 손상을 최소화할 수 있어 포장의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법의 공정도.

도 2a는 신, 구아스팔트 혼합물의 배합비에 따른 침입도.

도 2b는 재생첨가제 첨가량에 따른 침입도.

Claims

파손된 도로의 시료를 채취하고 분석하여 재생 아스팔트 혼합물을 배합설계하는 단계(S1)와; 프리히터를 이용하여 파손된 도로의 표면을 1차 가열하여 표면온도가 110∼120℃가 되도록 하는 단계(S2)와; 예열된 도로를 2차 가열하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하는 단계(S3)와; 2차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 1차 절삭하는 단계(S4)와; 1차 절삭된 폐아스팔트 혼합물에 일정량의 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물을 투입하는 단계(S5)와; 1차 절삭된 도로표면을 3차 가열하여 표면온도가 130∼150℃가 되도록 하는 단계(S6)와; 3차 가열된 도로를 2.5∼3.0㎝의 깊이로 2차 절삭하는 단계(S7)와; 2차 절삭된 폐아스팔트 혼합물을 1차 절삭되어 재생첨가제와 신재 아스팔트 혼합물이 투입된 폐아스팔트 혼합물과 퍼그밀로 1차 혼합하는 단계(S8)와; 1차 혼합된 혼합물을 믹서로 2차 혼합하는 단계(S9)와; 2차 혼합된 재생 아스팔트 혼합물을 포설, 다짐하는 단계(S10)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법.
제 1항에 있어서,

상기 1차 및 2차 절삭된 폐아스팔트 혼합물과 신재 아스팔트 혼합물의 배합비는 100:20∼30 중량비로 되는 것을 특징으로 하는 현장가열 표층재생 아스팔트 포장공법.