KR20080063739A - 중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 신재 혼합식아스팔트 콘크리트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열 혼합 방식의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 재생아스팔트 포장에 관한 것으로, 폐아스팔트 혼합물을 전체골재 사용량의 30~80%까지 사용하고 기존의 아스팔트 재생 골재를 사용한 가열 또는 상온식의 재생 아스팔트 콘크리트의 품질문제와 시공성, 내구성을 현저히 개선, 발전시켜 균열방지, 패임방지, 소성변형에 대한 저항성 증대 등으로 우수한 특성을 갖는 발명이다.

분쇄 폐아스팔트콘크리트 혼합물을 60~150℃의 중온으로 가열한 30~80 중량부를 믹서에 투입하고, 여기에 폐아스팔트 혼합물 사용량 기준으로 유화아스팔트를 0.1 ~ 8 중량부를 투입하여 3~10초간 혼합하며, 여기에 시멘트를 0.3 ~ 8 중량부를 투입하여 3~10초간 혼합 후, 130 ~ 220℃로 가열한 신골재 20~70 중량부와 신골재 사용량 기준으로 130~180℃로 가열한 신아스팔트 3~10 중량부와 필러(Filler) 1 ~ 5 중량부를 혼합함으로써 제조되는 신재아스팔트 혼합물의 온도가 130~180℃가 되도록 생산되는, 중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용하고 여기에 일부 고온의 신골재를 사용한 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

폐아스팔트, 중온, 재생아스팔트, 재생골재, 유화아스팔트

Description

중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 신재 혼합식 아스팔트 콘크리트 및 그 제조방법{Method for manufacturing asphalt concrete made from mixture of waste asphalt compound heated at mid-temperature and new asphalt concrete compound heated at high-temperature, and asphalt concrete made by the method}

본 발명은 중온으로 가열한 폐아스팔트 혼합물을 고온으로 가열한 신재(新材)와 혼합하여 생산하는 재생 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다. 폐아스팔트 혼합물을 KS규격의 입도로 분쇄한 아스팔트 재생 골재를 60~150℃의 중온으로 가열하여 이를 전체 골재 사용량의 30~80%까지 사용하고, 여기에 유화(乳化)아스팔트를 추가하고 시멘트를 더 혼합한 후 160~220℃까지 가열한 신골재와 130~180℃까지 가열한 신아스팔트와 필러(Filler)를 추가로 투입하여 생산되는 재생 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

기존의 가열 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트는, 표층용(表層用)의 경우, 폐아스팔트 콘크리트를 신재 아스팔트 혼합물의 30% 이내의 범위에서 사용하여 제조하고 있는데, 폐아스콘을 적정크기로 분쇄한 후 120℃ 내외로 간접 가열하고 신재 아스팔트 혼합물과 함께 믹서에 투입하여 생산한다. 폐아스팔트(노화 아스팔트)의 재생재로서 노화 아스팔트의 연화를 목적으로 오일 종류의 재생첨가제를 사용한다.

이렇게 생산된 재생 아스팔트 콘크리트를 현장에 운반하여 포설, 다짐하며, 이렇게 생산, 시공된 재생 아스팔트 콘크리트는 1~2년 정도의 시일이 경과하면 크랙과 포트홀이 발생하는 등 내구성이 급격히 떨어진다.

이러한 원인은 폐아스콘을 간접가열 방식으로 가열하면 분쇄된 폐아스팔트 혼합물 입자 깊숙이 침투된 수분이 완전히 증발되지 않은 상태에서 신아스팔트 콘크리트와 혼합되고, 신재에 사용한 아스팔트가 폐아스팔트 혼합물 입자를 감싸게 되어 수분이 아스팔트에 갇히기 때문에, 포장한 후 시일이 경과하면 동절기에 포장의 크랙과 동파의 원인이 되고, 하절기에 갇힌 수분의 증발로 인하여 폐아스팔트 혼합을 감싸고 있는 신아스팔트가 박리되는 현상으로 재생아스팔트 포장이 패임, 포트홀 및 크랙이 원인이 되는 것이다.

이에 따라 기존의 가열 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트는 내구성이 일반 포장에 비하여 많이 떨어져 포장을 자주 교체하여야 하는 문제로 인해, 오히려 자원의 낭비가 되고 있는 실정이었다.

또한 상온 혼합식의 재생아스팔트콘크리트 포장방법이 있는데, 이를 살펴보면, 상온에서 재생 아스팔트 혼합물에 유화아스팔트를 먼저 혼합하고 재생아스콘 1ton 당 100kg 이상의 시멘트와 물 50kg 이상을 사용하여 혼합하며, 이렇게 혼합된 재생 아스팔트 콘크리트를 현장으로 운반하여 포설, 다짐한다. 그런데 이렇게 시공된 상온의 재생 아스팔트 혼합물은 다량사용한 시멘트와 물과의 양생 과정을 거쳐야하므로, 즉시 개통되어야 하는 도로에는 적합한 포장이 아니며, 시멘트 포장에 가까운 포장으로 구분되고 있다.

따라서, 즉시 개통할 수 있고 우수한 품질의 아스팔트콘크리트로서 차도포장의 조건을 살펴보면,

1. 현재 사용하고 있는 시가지의 차량 통행도로는 차량 통제가 어려우므로 포장 후 즉시 차량통행이 되어야 한다.

2. 내구성이 우수하여 재포장의 빈번함이 없어야 한다.

3. 중차량에 의한 소성변형 저항성이 우수해야 한다.

4. 시공성(Workerbility)이 우수해야 한다.

5. 폐자원의 재활용성이 우수해야 한다.

6. 생산성이 우수해야 한다.

을 만족하는 포장이 되어야만 장기 수명과 고(高) 내구성을 만족하는 안전한 도로 포장으로 적용할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고 도로포장의 조건을 만족하며 폐 아스팔트 혼합물의 사용량을 극대화하면서 우수한 품질의 재생아스팔트 콘크리트로서 다음과 같은 특징을 갖는 발명인 것이다.

첫째 : 생산방식을 차량이 바로 통행할 수 있는 가열 혼합식으로 하였고,

둘째 : 포장의 내구성을 위하여 수분을 유용하게 활용할 수 있도록 시멘트를 사용하고, 분쇄된 폐아스팔트 혼합물의 노화 아스팔트가 재생되면서 시멘트에 대한 접착력을 갖도록 하기 위하여 유화 아스팔트를 사용하여, 유화 아스팔트의 수분과 폐아스팔트 혼합물의 수분은 시멘트의 지속적인 양생을 위한 수화반응시 필요한 재료가 된다.

이때 투입순서는 분쇄된 폐아스팔트 혼합물을 먼저 믹서에 투입하고, 이어서 유화 아스팔트를 투입하여 혼합한 이후, 시멘트를 투입하는데, 이 순서는 매우 중요한 공정이다.

유화 아스팔트는 폐아스팔트 혼합물의 아스팔트와 같은 재질이므로 접착이 잘되지만 시멘트는 아스팔트와는 친화력이 없으므로 접착이 잘 되지 않는다. 따라서 폐아스팔트에 유화 아스팔트를 먼저 투입하여 일체화시킨 다음에 시멘트를 부가한다. 유화 아스팔트는 시멘트와 친화력이 있으므로 시멘트를 나중에 투입하는 것이다.

폐아스팔트 혼합물의 표면 수분과 유화아스팔트의 여분의 수분의 일부는 신 골재의 고온에 의해 증발되고, 폐아스팔트 혼합물 내부에 깊숙이 스며있는 수분은 시멘트의 양생을 위하여 지속적으로 필요하므로 수분이 아스팔트 혼합물에 미치는 영향은 크지 않다.

시멘트 수화반응에 대하여 설명하면,

H₂O+C₃S(또는C₂S) → (C-S-H)+(aCOH)₂ 로 된다(여기서, C-S-H는 탄산칼슘수화물이고 aCOH₂는 수산화칼슘이다).

① 규산칼슘 수화물과 수산화칼슘의 생성

② 기타 주요한 반응

H₂O+C₃A(C₃A·6H₂O 또는 C₂A·6H₂O)+3CaSO₄·2H₂O → C₃A·3CaSO₄·(31~32)H₂O이다(여기서, 3CaSO₄ 는 석고이고, (31~32)H₂O는 애트링 가이드이다).

셋째 : 시멘트의 강성과 폐아스팔트 혼합물의 노화된 아스팔트의 낮은 연화점으로 소성 변형에 강한 아스팔트 콘크리트가 만들어지게 된다.

넷째 : 고점도의 유화 아스팔트의 사용에 따라 유동성이 증대되어 시공성이 우수하다.

다섯째 : 분쇄 폐아스팔트 혼합물을 1차 가열하여 사용하고, 고온의 신재를 사용함에 따라 30~80%까지 폐아스팔트 혼합물을 사용하므로 재활용성이 우수하다.

여섯째 : 기존의 폐아스팔트 혼합물 설비를 그대로 사용하며, 유화 아스팔트(RSC) 등 정량투입 펌프와 시멘트 투입장치의 설치는 필라 저장 사일로를 활용 하거나 또는 비닐포장 시멘트를 사용하므로 특별한 설비의 보충 없이 생산이 용이 하다.

KS규격으로 분쇄된 재생골재를 간접가열 방식의 건조기(Dryer) 또는 간접가열 믹서에서 60~150℃의 중온으로 가열하여 30~80 중량부를 믹서에 투입하고, 재생골재기준으로 유화아스팔트 0.1 ~ 8 중량부를 투입하여 3~10초간 혼합 후, 시멘트 0.3 ~ 0.8 중량부를 투입하여 3~10초간 혼합 재생골재 혼합물에 직접가열 방식의 건조기(Dryer)에서 160~220℃의 고열로 가열된 신골재 20~70 중량부에 신골재 기준으로 130~180℃로 가열된 신재 아스팔트 3~10 중량부와 상온의 필라 1~5 중량부를 30초 이상 혼합하여 혼합물의 온도가 130~180℃가 되도록 한다.

상기와 같은 제조방법에 의해 안정도가 우수하고 동적 안정도가 규격을 상회하는 우수한 재생 아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명은 기존의 재생아스콘의 내부에 흡수되어 있는 습기에 따른 크랙 등으로 인한 내구성 저하에 대한 문제를 유화아스팔트와 시멘트를 사용하므로 개선하였고, 이로 인해 고강도의 재생 아스팔트 콘크리트를 위한 품질을 확보할 수 있다.

기존의 재생 아스콘 생산 설비는 그대로 사용하고, 유화 아스팔트를 투입하는 간단한 정량펌프만을 사용하므로 특별한 추가시설 없이 재생아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있으며, 품질 향상에 따른 소성변형, 박리, 크랙 등에 대한 저항성을 높여 재생 아스팔트 콘크리트의 품질을 크게 높일 수 있다.

또한 재활용률을 30%이상 높여 고유가 시대에 자원재활용에 지대한 역할을 하게 하는 효과가 있다.

KS규격으로 분쇄된 재생골재를 간접가열 방식의 Dryer 또는 간접가열 믹서에서 60~150℃로 가열하여 30~80 중량부를 믹서에 투입하고, 여기에 재생골재기준으로 유화아스팔트 0.1~8중량부를 투입하여 3~10초간 혼합 후, 시멘트 0.3~0.8 중량부를 투입하여 3~10초간 혼합 재생골재 혼합물에 직접가열 방식의 Dryer에서 160~220℃로 가열된 신골재 20~70중량부에 신골재 기준으로 130~180℃로 가열된 신재아스팔트 3~10중량부와 상온의 필라 1~5중량부를 30초 이상 혼합하여 혼합물의 온도가 130~180℃가 되도록 한 본 발명을 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

첫째공정 : 재생골재를 가열하는 공정

아스팔트 재생골재를 KS규격에 따라 기층용(基層用), 중층용(中層用), 표층용(表層用)으로 용도에 맞도록 분쇄 및 선별하는데 굵은 재생골재 최대치수가 기층용은 40mm, 중층용은 25mm 또는 19mm, 표층용은 19mm 또는 I3mm, 10mm로 선별하여, 이를 60-150℃의 범위로 간접 가열하여 30 ~ 70 중량부를 믹서에 투입한다.

여기에서 60℃ 이상으로 가열하는 것은, 만약 60℃ 이하로 할 경우에는 전체 아스팔트 혼합물의 온도를 맞추기 위해 신재의 온도를 더 높게 해야 하는 문제와 야적된 폐아스팔트혼합물의 함수율 관리를 하는데 어려움이 따르는 문제가 있기 때문이며, 한편, 150℃ 이상으로 할 경우에는 간접열이라도 폐아스팔트 혼합물에 묻어있는 노화된 아스팔트가 소각될 우려가 있다.

한편, 재생골재를 30 중량부 이하로 사용할 경우에는, 자원재활용량이 낮고, 시멘트, 유화아스팔트 사용량이 적게 되에 목표품질이 떨어지며, 80 중량부 이상을 사용할 경우에는 신골재 사용량이 적어 전체온도 관리가 어렵게 된다.

둘째공정 : 유화 아스팔트등 투입공정

가열된 재생골재에 유화 아스팔트 등을 투입하는 공정으로서, 폐아스팔트 혼합물 재생골재 30 ~ 80 중량부에 재생골재기준으로 유화아스팔트 0.1~ 8 중량부를 믹서에 투입하여 3~10초 범위에서 혼합한다.

유화 아스팔트 등을 투입하는 목적은 노화아스팔트 재생효과와 후속하는 공정에서 폐아스팔트 혼합물과 시멘트가 서로 잘 접착되도록 하기 위해서 사용하는 것이다. 유화 아스팔트는 분쇄, 선별된 폐아스팔트 혼합물의 크랙 및 공극에 깊숙이 침투되어 점착력을 보강하게 되어, 노화아스팔트의 보강 아스팔트 역할과 노화아스팔트의 연화제 역할을 하여 점착성을 높여주게 된다.

여기에서 유화 아스팔트의 투입량이 0.3 중량부 이하일 때는 재생골재 표면에 대한 코팅이 충분하기 않게 되며, 8 중량부 이상일 경우에는 과잉 투입량이 되어 마지막 공정 후의 아스팔트콘크리트가 규격 이상으로 연화되어 품질에 영향이 우려되기 때문에 바람직하지 않다. 3초 이상 혼합하는 것은 유화아스팔트가 폐아스팔트 혼합물에 충분히 코팅되는 최소시간이며, 10초 이상은 불필요한 혼합시간이다.

유화 아스팔트에 Latex를 0.1~1 중량부를 더 혼합하여 사용할 수 있으며, 1.5 ~ 0.08mm 이하의 100~150℃로 가열한 폐타이어에 Latex, 아스팔트 등의 폴리머를 분쇄폐타이어 1 중량부에 0.001~0.1 중량부를 미리 코팅한 폐타이어 분말을 0.1 ~ 5중량부 혼합하여 사용하므로 포장의 크랙 등을 방지하거나, 저소음 포장 및 유동이 있는 교면포장(교랑)에도 적용할 수도 있다.

또한 칼라를 위하여 안료를 혼합하여 생산할 수 있는데, 안료는 내구성이 강한 무기안료를 전체 중량의 0.5 ~ 5 중량부 이내의 범위에서 사용할 수 있다. 안료 0.5% 이하는 색상발현이 나쁘며, 5 중량부 이상은 아스팔트 함량을 높이게 하고 아스팔트 함량이 높아지면 그에 비례하여 색상을 내기 위하여 안료의 사용량도 더 높아져야 하므로 적정량은 전체 중량의 0.5 ~ 5 중량부이다.

셋째골정 : 시멘트 투입공정

둘째공정 후 시멘트를 투입하는데 시멘트의 사용량은 폐아스팔트 혼합물 30~80 중량부에 대하여 0.3 ~ 8 중량부를 사용한다. 시멘트의 사용목적은 분쇄 폐아스팔트 혼합물이 60-150℃로 간접가열 Dryer를 통과한 후에도 폐아스팔트 혼합물의 내부의 수분이 완전히 배출되지 않으므로, 시멘트로 하여금 배출되지 않은 수분과 유화 아스팔트의 수분을 흡수하고, 흡수 후 시멘트의 성질인 지속적인 수화 반응하게 하여 수분을 유용하게 활용하게 하기 위함이다.

시멘트가 0.3 중량부 이하는 코팅량이 부족하고 8 중량부 이상은 과잉 투입되는 결과이다. 시멘트는 미분(微粉)으로 8 중량부 이상 투입하면 그 단위 표면적이 커져, 신재 아스팔트 사용량이 늘어나게 되어 경제성이 떨어진다.

넷째공정 : 신골재 및 신아스팔트 , 신필라의 투입공정

상기 첫째, 둘째, 셋째 공정의 폐아스팔트 혼합물이 들어있는 믹서에 신골재, 신아스팔트, 신필라의 투입하는 공정이다. 신골재는 KS규격에 따라 기층용은 40mm 이하, 중층용은 25mm 또는 19mm, 표층용은 19 또는 13, 10mm 사용하고, 160~250℃로 가열한 20~70 중량부를 투입한다. 신아스팔트는 130~180℃로 가열하여 신골재 기준으로 3~10 중량부를 투입하고, 신필라는 석분, Dust 또는 CaCO₃, 소석회 중 1개를 선정한 1~5 중량부를 혼합한다.

여기에서 신골재를 20~70 중량부에 신아스팔트 3중량부 이하는 혼합량이 부족하고 10 중량부 이상은 아스팔트량이 과다하여 포장의 연화 및 소성변형의 원인이 된다. 또한 필라 1 중량부 이하는 채움재로서 채움이 부족하며, 5 중량부 이상을 석분의 미분으로 인한 단위표 면적이 커져 아스팔트 함량이 부족되어 경제성이 떨어진다.

이렇게 혼합된 재생 아스팔트 콘크리트는 130~180℃의 범위에서 관리하며, 이를 Dump 트럭으로 운반하며 현장에서 피니셔(FINISHER) 또는 인력으로 포설하고 롤러로 다짐하여 완성한다. 이렇게 하여 분쇄 아스팔트 혼합물을 사용한 내구성이 우수하고, 시공 후 즉시 통행할 수 있으며, 소성변형에 강하면서 폐자원을 재활용하는 재생 아스팔트콘크리트를 완성하였다. 또한 폐아스팔트와 신재골재 합성 입도 분포에 따라 투수성, 배수성 재생아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 혼합식 재생 아스팔 트 콘크리트의 실시예에 대하여 설명한다.

( 실시예 )

아스팔트 재생골재는 50%를 사용하고, 신골재를 50% 사용하며, 가열 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트를 생산하여 표층용으로 T=5cm를 현장에 포장한다. 생산은 간열가열장치가 있는 생산 공장에서 이루어진다.

본 실시예에 사용된 아스콘 재생골재를 13mm로 하여 입도분포를 KSF2572에 따라 13mm 이하로 선별하고 914kg를 120℃로 간접 Dryer 방식으로 간접 가열하고 유화 아스팔트는 RSC-4를 사용하며 12kg를 넣고 5초간 혼합하며 PE비닐에 포장된 시멘트를 40kg를 믹서에 넣고 5초간 혼합하면서 200℃로 고온가열한 신골재 914kg을 투입하고 150℃로 가열한 신아스팔트(AP-5)를 85kg와 필러 CaCO₃를 30kg 투입하여 40초간 더 혼합하였다.

아래 표1 은 아스콘 재생골재와 신골재의 골재 합성 입도 분포 표이다.

(표 1)

골재크기 구분	체통과 중량백분율(%)
	19	13	10	No.4	No.8	No.30	No.50	No.100	No.200
입도분포	100	55	80.0	51.4	31.5	15.0	11.4	3.5	6.2
규격	100	90-100	73-90	40-60	25-40	11-22	7-16	4-12	3-9

상기의 재생아스팔트 혼합물을 덤프트럭(Dump truck)으로 운반하며 현장에서 피니셔로 포설하고 마카담롤러, 타이어롤러, 탄뎀롤러로 각각 왕복 3회씩 다짐하여 완성하였으며 품질은 아래와 같다.

구분	생산온도 (℃)	안정도 (kg)	Flow (1/100cm)	공극율 (%)	동적 안정도 (회/mm)	현장밀도 (kg/m2
측정치	160	1,850	26	4.8	9,500	2,265
규격	130-180	500이상	20-40	2-6	4,000이상	-

Claims (6)

1. 중온의 60~150℃로 가열한 분쇄 폐아스팔트 혼합물에 유화아스팔트를 믹서에 투입하여 혼합하면서, 시멘트를 투입하여 혼합한 후 160~220℃로 가열한 신골재와, 130~180℃로 가열한 신아스팔트, 필러를 투입하여 혼합한 중온의 폐아스팔트혼합물을 사용한 가열 신재 혼합식 재생아스팔트 콘크리트.
2. 중온의 60~150℃로 가열한 분쇄 폐아스팔트 혼합물에 30~80중량부을 믹서에 넣고 분쇄폐아스팔트 혼합물 사용량 기준으로 유화아스팔트 0.1~8 중량부를 투입하여 3~10초 범위에서 혼합하고, 여기에 시멘트를 0.3~8 중량부를 투입하여 3~10초 범위에서 혼합한 후 160~220℃로 가열한 신골재 20~70중량부에, 신골재 사용량의 기준으로, 130~180℃로 가열한 신아스팔트 3~10 중량부, Filler 1~5 중량부를 혼합한 아스팔트 콘크리트가 130~180℃ 가 되도록 한 중온 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 신재 혼합식 재생아스팔트 콘크리트 및 그 제조방법
3. 청구항 1, 2에서, 전체중량에 대비하여 안료 0.5 ~ 5 중량부를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트제조방법.
4. 청구항 1, 2에서, 전체중량에 대비하여 Latex를 0.1 ~ 1 중량부 또는 1.5 ~ 0.08mm의 분쇄 폐타이어 분말을 100 ~ 150℃로 가열하여 Latex와 아스팔트로 코팅한 것 0.1 ~ 5 중량부 중 1개 이상을 더하는 것을 특징으로 하는 중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트제조방법.
5. 청구항 1,2에서, 아스콘재생골재와 신골재의 합성입도가 투수성 및, 배수성 입도분포를 갖는 중온의 폐아스팔트 혼합물을 사용한 가열 혼합식 재생 아스팔트 콘크리트 제조방법.
6. 청구항 1 내지 5항에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 재생 아스팔트콘크리트.