KR20070023273A - 상온 반강성 도로 포장 방법 및 도로 포장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상온 반강성 도로 포장 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 친환경적인 재료를 사용하면서도 그 포장의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 석탄연료 등의 소모가 거의 없어 이산화탄소 등의 가스의 배출이 없는 친환경적인 방식으로 시공이 가능한 상온 반강성 도로 포장 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법은, 유화 아스팔트를 이용하여 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 상온 아스팔트 혼합물을 포설하고 다짐하는 단계와, 고유동의 시멘트 몰탈을 제조하는 단계와, 상기 고유동 시멘트 몰탈을 상기 단계에서 이루어진 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 분사하고 침투시키는 단계와, 상기 단계들을 통해 이루어진 상온 반강성 포장체를 양생하는 단계를 포함한다.

Description

상온 반강성 도로 포장 방법 및 도로 포장재{COLD SEME-RIGID PAVEMENT METHOD AND PAVEMEANT MATRIALS}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법의 공정 흐름도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법에 사용되는 골재의 예시적인 배합입도 분포의 그래프.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법의 상온 다공성 아스팔트 포장체에 고유동 몰탈의 침투 전후를 도식적으로 나타낸 도면.

본 발명은 상온 반강성 도로 포장 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 친환경적인 재료를 사용하면서도 그 포장의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 석탄연료 등의 소모가 거의 없어 이산화탄소 등의 가스의 배출이 없는 친환경적인 방식으로 시공이 가능한 상온 반강성 도로 포장 방법에 관한 것이다.

종래에 도로 포장의 내구성을 향상시키는 방법은 가열 아스팔트 혼합물을 이용한 가열 반강성 포장 방법, 골재의 입도를 개선한 SMA(stone matrix asphalt) 포 장 방법과 개질아스팔트 바인더를 사용한 포장 방법 등이 있다. 가열 반강성 포장 방법은 포장의 내구성이 향상되지만 가열 아스팔트 혼합물을 사용하므로 가열 과정에서 이산화탄소 등의 유해가스가 발생할 뿐만 아니라 시공비가 많이 소요되므로 보편적으로 많이 사용되고 있지는 있다. 또한, SMA 포장 방법과 같이 골재의 입도 개선을 하거나 개질아스팔트를 사용한 포장 방법은 비교적 경제성 높게 포장의 내구성을 높일 수 있어 고속도로 등에서 사용하고 있지만, 여름과 겨울철에 기온 변화가 심하고 중차량이 통행하는 도로에서는 계획된 포장 수명 이전에 소성 변형이 발생하거나 균열이 발생하므로 새로운 포장 방법에 대한 필연성이 높아지고 있다.

이에 비해 상온 아스팔트 혼합물은 물로 액화시켜 점성을 낮춘 유화아스팔트를 상온의 골재와 혼합하여 골재의 표면에 분산시키고, 유화아스팔트에 함유된 수분이 빠져나가서 골재와 아스팔트가 부착한다. 따라서 상온 아스팔트 혼합물의 성능은 유화아스팔트의 성능에 따라 큰 영향을 받게 된다. 그런데, 유화아스팔트는 유화제로 인하여 아스팔트 입자가 물에 분산되어 있는 상태이며, 아스팔트 입자가 비교적 클 뿐만 아니라, 온도가 낮을 경우 표면 장력이 크기 때문에 골재와의 접착력이 낮아지기 때문에 현재까지 개발된 유화아스팔트만을 사용할 경우 가열 아스팔트 혼합물과 같은 내구성을 얻을 수 없다. 따라서, 가열 과정이 필요없어 경제성이 높고 친환경적이므로 교토기후협약 등의 환경 규제로 인하여 향후의 사용성은 높은 편이지만, 일반적인 포장의 표층 뿐만 아니라 기층에도 적용하기가 어려웠다.

또한 재생 아스팔트 혼합물은 대량으로 발생하는 폐아스팔트 콘크리트의 자원화에 효과적인 방법으로 경제성도 높은 편이다. 그러나 현재까지는 내구성의 증 진보다는 신규 아스팔트 혼합물과 같거나 비슷한 품질을 확보하는 것에 목표를 두고 개발되어 왔다. 이에 따라 일반 아스팔트 혼합물의 적용시 소성변형이나 균열이 쉽게 발생하는 중차량이 많은 도로에는 적용이 제한되어 있다.

따라서, 친환경적인 재료를 사용하면서도 그 포장의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 석탄연료 등의 소모가 거의 없어 이산화탄소 등의 가스의 배출이 없는 친환경적인 방식으로 시공이 가능한 도로 포장 방법에 관한 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 콘크리트 포장과 같이 내구성이 높고 아스팔트 포장과 같이 양생시간을 최소화하며 경제성 높은 상온 반강성 도로 포장 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 환경 보호를 위하여 포장에 사용되는 재료의 생산과 시공 과정에서 석탄연료의 소모가 거의 없는 친환경적 방법으로 도로 포장을 할 수 있는 상온 반강성 도로 포장 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도로포장의 유지보수 등을 통해 발생한 폐아스팔트 콘크리트를 재활용하여 내구성을 증진할 수 있는 상온 반강성 도로 포장 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또 다른 목적은 시멘트 몰탈 등에 안료를 넣어 착색을 할 수 있도록 함으로써 칼라 시멘트 몰탈이 다공성의 상온 아스팔트 포장에 스며들어 다양한 색상을 오랫동안 유지할 수 있는 상온 반강성 도로 포장 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 유화아스팔트를 이용하여 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조하는 제 1 단계와, 상기 상온 아스팔트 혼합물을 포설하고 다짐하는 제 2 단계와, 고유동의 시멘트 몰탈을 제조하는 제 3 단계와, 상기 고유동 시멘트 몰탈을 상기 제 2 단계에서 이루어진 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 분사하고 침투시키는 제 4 단계와, 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 통해 이루어진 상온 반강성 포장체를 양생하는 제 5 단계를 포함하는 상온 반강성 도로 포장 방법에 의해 달성될 수 있다.

상기 상온 아스팔트 혼합물은 골재 및 채움재 1 중량부를 기준으로 상기 유화아스팔트 중 잔류 아스팔트 함량이 0.02 내지 0.07 중량부를 포함하며, 상기 골재는 신규골재 1 중량부를 기준으로 폐아스팔트 콘크리트를 파쇄한 순환골재 0.1 내지 0.5 중량부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 골재의 배합입도는 통과중량백분율을 기준으로, 20mm 체에 대해 100%, 13mm 체에 대해 50% 내지 70%, 5mm 체에 대해 15% 내지 25%, 2.5mm 체에 대해 10% 내지 15%, 0.6mm 체에 대해 5% 내지 10%, 0.3mm 체에 대해 4% 내지 7%, 0.08mm 체에 대해 2% 내지 5%인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고유동 몰탈은 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그를 포함하고, 여기에 수용성 아크릴, SBR(styrene butadiene rubber), SBS(styrene butadiene styrene) 및 LDPE(low density polyethylene) 등의 폴리머가 상기 시멘트 1 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.2 중량부가 더 포함되는 것이 바람직하며, 상기 고유동 몰탈은 상기 시멘트 1 중량부를 기준으로 안료가 0.02 내지 0.15 중량부를 더 포함할 수도 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법의 공정 흐름도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법은 유화아스팔트를 이용하여 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계(S10)와, 단계(S10)에서 제조된 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 포설하고 다짐하는 단계(S20)와, 고유동의 시멘트 몰탈을 제조하는 단계(S30)와 단계(S30)에서 제조된 고유동 시멘트 몰탈을 단계(S20)에서 이루어진 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 분사하고 침투시키는 단계(S40)와, 단계(S10 내지 S40)를 통해 이루어진 상온 반강성 도로 포장체를 양생시키는 단계(S50)를 포함한다.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법을 구성하는 각 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

단계(S10)에서는 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조하는데 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성의 상온 아스팔트 혼합물의 제조 방법을 구체적으로 설명하면, 골재 1 중량부를 기준으로 유화아스팔트 중 잔류 아스팔트 함량이 0.02 내지 0.07 중량부 및 채움재 0.02 내지 0.07 중량부를 혼합하여 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조한다.

이러한 공정의 한 예를 들어 설명하면, 다공성의 상온 아스팔트 혼합물은 유 화 아스팔트를 1시간 동안 60^oC에서 가열한 후, 혼합시 수분 함량이 골재 중량의 3%가 되도록 물을 추가하고 1분 동안 혼합한다. 이 과정에서 채움재가 추가될 수 있다. 또한, 이와 같은 과정은 사용되는 유화아스팔트의 비율에 따른 수분을 고려한 것이다. 그 후에 유화아스팔트를 추가한 후 2분 이하로 혼합물을 고르게 혼합한 후, 1시간 동안 25^oC에서 양생을 하고, 마샬다짐기를 이용하여 양면 약 50 내지 75회의 다짐을 수행하다. 그리고 나서, 공시체 탈형 후 38^oC에서 1일간 양생한 후 다시 하룻밤 동안 상온에서 양생을 실시한다.

또한, 앞서 언급한 골재는 신규골재만 포함할 수 있으나, 폐아스팔트 콘크리트를 파쇄한 순환골재가 신규골재 1 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.5 중량부가 포함될 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법에서 상온 다공성 아스팔트 혼합물은 적정한 공극률을 확보하여야 하는데, 이러한 적정한 혼합물의 공극률을 확보하기 위해서는 적합한 배합설계를 하여야 한다. 이를 위해서는 상온 다공성 아스팔트 혼합물의 골재의 입도 범위 역시 중요한데, 본 발명의 일 실시예에 따른 골재의 입도 분포를 설명하면, 통과중량백분률을 기준으로 20mm 체에 대해 100%, 13mm 체에 대해 50% 내지 70%, 5mm 체에 대해 15% 내지 25%, 2.5mm 체에 대해 10% 내지 15%, 0.6mm 체에 대해 5% 내지 10%, 0.3mm 체에 대해 4% 내지 7%, 0.08mm 체에 대해 2% 내지 5%인 것이 바람직하다.

도 2는 이와 같은 골재의 예시적인 배합입도 분포의 그래프로 나타낸 것이 다. 도 2의 그래프에서 점선은 반강성 기준의 상한과 하한을 나타내며 실선은 본 발명의 일 실시예에 따른 골재의 배합입도 분포를 나타낸 것이다.

이와 같은 배합설계에서 본 발명의 발명자는 이와 같은 배합설계를 통해 얻어진 공시체의 공극률을 구하기 위하여 해당 배합설계에 따른 이론최대밀도를 계산하고 공시체의 겉보기 밀도를 밀도시험장비를 이용하여 구하여 수행하였다. 그 결과 위와 같은 배합설계에서 상온 다공성 아스팔트 혼합물의 공극률은 10% 내지 30%임을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법에서 이와 같은 배합설계를 통해 상온 다공성 아스팔트 혼합물을 제조한 후에는 이렇게 제조된 상온 다공성 아스팔트 혼합물을 포설하고 다짐하는 단계를 거친다.

이와 같은 단계는 상온 다공성 아스팔트 혼합물을 아스팔트 페이버나 인력으로 포설하고 마캐덤 로울러, 타이어 로울러, 탠덤 로울러 등으로 다짐하는 공정이다.

이와 같은 공정 이후에는 앞서 상온 다공성 아스팔트 혼합물의 포설 및 다짐된 포장체에 침투시킬 고유동 시멘트 몰탈을 제조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 반강성 도로 포장 방법에 사용되는 고유동 시멘트 몰탈은 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그를 포함한다. 알루미나 시멘트는 초기 강도 증진과 수축 감소 효과의 목적으로 사용하며, 고로슬래그는 유동성과 작업성 증진을 위해 사용한다. 또한, 내구성 증진을 위하여 이와 같은 혼합물에 폴리머를 혼합할 수 있다. 이때 사용되는 폴리머는 수용성 아크릴, SBR, SBS 및 LDPE 등이 단독 또는 혼합으로 사용될 수 있으며, 그 양은 시멘트 1 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.2 중량부가 사용될 수 있다.

또한, 도로 포장의 칼라를 내기 위해서는 위와 같은 고유동 시멘트 몰탈에 안료를 첨가할 수 있다. 안료는 시멘트 몰탈의 시멘트 1 중량부를 기준으로 0.02 내지 0.15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 고유동 시멘트 몰탈의 제조가 이루어진 후에는 앞선 단계에서 완성된 상온 아스팔트 포장체에 상기 고유동 시멘트 몰탈을 분사하고 침투시킨다. 이와 같은 공정은 고유동 시멘트 몰탈을 분사 장비 등을 이용하여 포장체 표면에 분사하여 중력에 의해 침투되도록 하는 공정이다.

또한, 도로 포장의 선명한 칼라 및 우수한 내구성을 얻기 위해서, 이와 같은 고유동 시멘트 몰탈을 침투시키는 공정은, 우선 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 안료가 혼합된 고유동 몰탈을 분사 및 침투시키고, 상기 아스팔트 혼합물 포장체에 분사되고 침투된 안료가 혼합된 고유동 몰탈 위에 상기 안료가 혼합된 고유동 몰탈보다 더 많은 안료가 혼합된 고유동 몰탈을 도포하는 공정으로 분리할 수도 있으며, 안료가 포함되지 않는 고유동 시멘트 몰탈을 분사 및 침투시킨 후 안료가 혼합된 고유동 몰탈을 도포하는 과정을 거칠 수도 있다.

도 3은 이와 같은 상온 다공성 아스팔트 포장체에 고유동 몰탈의 침투 전후를 도식적으로 나타낸 것이다.

이와 같은 앞서 설명한 공정이 끝난 후에는 반강성 포장의 내구성이 발휘될 때까지 양생을 실시한다. 양생 시간은 대략 2시간 내지 12시간 정도가 적합하다.

아래의 표 1은 이와 같은 공정을 통해 이루어진 상온 반강성 도로 포장체의 간접인장강도를 측정한 실험 데이터를 나타내는 것이다.

반강성 혼합물 종류	간접인장강도(㎏/㎠)
가열 일반(기존방법)	6.4
가열 재생	6.7
일반 상온 재생	13.5
칼라 상온 재생	9.3

표에서 볼 수 있는 바와 같이 기존 방법인 가열 일반은 간접인접강도가 6.4 ㎏/㎠인 반면, 일반 상온 재생은 13.5㎏/㎠로 그 강도가 2배 정도 탁월함을 알 수있다. 또한, 가열 재생과 비교하여도 일반 상온 재생의 간접인접강도가 2 배 정도 높음을 알 수 있고, 안료를 사용하는 칼라 상온 재생의 경우에도 간접인장강도가 기존 방법인 가열 일반보다 탁월함을 알 수 있다.

이와 같은 공정 또는 단계를 거쳐 상온 반강성 도로 포장체를 완성한 후 일정 형태로 가공 또는 절삭하면 도로 포장재를 제조할 수 있게 된다. 또는, 원하는 형상의 틀에 상온 아스팔트 혼합물을 포설한 후 다짐하고 나서 고유동 시멘트 몰탈을 분사하여 침투시키고 양생을 하게 되면 그 형상의 상온 반강성 도로 포장재가 제조되므로 현장 시공이 간편해질 수 있다. 아울러 블록 형태로 상온 반강성 도로 포장체를 가공 및 절삭하면 그 시공이 더욱 간편해질 수도 있다.

환경부 통계연감에 의하면, 2001년 현재 건설폐자재 발생량은 총 98,658톤/일이며, 이중 폐콘크리트가 66,050톤/일, 폐아스팔트콘크리트가 13,699톤/일 으로 전체 발생량의 약 81%를 차지하고 있다. 폐콘크리트와 폐아스팔트 콘크리트의 발생 증가율은 1996년과 비교할 경우 2001년도에 약 4배 이상 증가하였으며, 현 발생추세를 반영할 경우 2005년에는 16만톤/일, 2010년에는 30만톤/일이 발생할 것으로 예상되고 있다.

그러나, 건설폐자재의 처리는 대부분 단순 매립하거나 중간처리업의 적치장에 쌓여 있는 실정이다. 따라서, 도로에서 발생되거나 이미 발생하여 중간처리업체의 적치장에 쌓여있는 폐아스팔트 콘크리트 등의 적정한 재활용 방안을 모색하고, 이를 활성화하여 자원의 재활용에 따른 경제적인 이점과 동시에 환경 문제를 해결할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

본 개발 기술은 상온에서 혼합 및 시공되며, 건설 폐자재를 부가가치 높은 자원으로 재활용할 수 있으므로 경제성이 높으며, 뿐만 아니라 석탄연료 등을 전혀 사용하지 않아 친환경적이므로 환경보호에도 기여할 수 있다.

또한, 상온 반강성 포장 방법을 개발하여 포장의 성능을 높여 신규 포장 뿐만 아니라 유지보수 포장에도 적용할 수 있는 장수명의 내구성이 높은 도로 포장을 시공할 수 있다.

Claims (9)

1. 상온 반강성 도로 포장 방법으로서,

   유화아스팔트를 이용하여 다공성의 상온 아스팔트 혼합물을 제조하는 제 1 단계와,

   상기 상온 아스팔트 혼합물을 포설하고 다짐하는 제 2 단계과,

   고유동의 시멘트 몰탈을 제조하는 제 3 단계와,

   상기 고유동 시멘트 몰탈을 상기 제 2 단계에서 이루어진 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 분사하고 침투시키는 제 4 단계와,

   상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 통해 이루어진 상온 반강성 포장체를 양생하는 제 5 단계를 포함하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상온 아스팔트 혼합물은 골재 및 채움재 1 중량부를 기준으로 상기 유화아스팔트 중 잔류 아스팔트 함량이 0.02 내지 0.07 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 골재는 신규골재 1 중량부를 기준으로 폐아스팔트 콘크리트를 파쇄한 순환골재 0.1 내지 0.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 골재의 배합입도는 통과중량백분율을 기준으로, 20mm 체에 대해 100%, 13mm 체에 대해 50% 내지 70%, 5mm 체에 대해 15% 내지 25%, 2.5mm 체에 대해 10% 내지 15%, 0.6mm 체에 대해 5% 내지 10%, 0.3mm 체에 대해 4% 내지 7%, 0.08mm 체에 대해 2% 내지 5%인 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고유동 몰탈은 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그를 포함하고, 여기에 수용성 아크릴, SBR(styrene butadiene rubber), SBS(styrene butadiene styrene) 및 LDPE(low density polyethylene) 등의 폴리머가 상기 시멘트 1 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.2 중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 고유동 몰탈에 상기 시멘트 1 중량부를 기준으로 안료가 0.02 내지 0.15 중량부를 더 포함되는 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제 4 단계는, 상기 2 단계에서 이루어진 상온 아스팔트 혼합물 포장체에 안료가 혼합된 고유동 몰탈을 분사 및 침투시키는 단계와, 상기 아스팔트 혼합물 포장체에 분사되고 침투된 안료가 혼합된 고유동 몰탈 위에 상기 안료가 혼합된 고유동 몰탈보다 더 많은 안료가 혼합된 고유동 몰탈을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   상온 반강성 도로 포장 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 도로 포장재.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 도로 포장재는 블록 형태인 것을 특징으로 하는,

   도로 포장재.

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