KR20110119887A - 아스팔트 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐아스팔트 콘크리트를 함유하는 도로포장용 아스팔트 콘크리트에 관한 것으로, 더 구체적으로는 폐아스팔트 콘크리트를 재생하여 순환골재로 이용함과 동시에 고유황 중유를 주요성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제를 배합하여 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원하는 복합적 작용에 의해 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 구성으로는 아스팔트 콘크리트 조성물은 중량을 기준으로 하여 폐아스콘 순환골재 25wt%~95wt% 및 신골재 5wt%~75wt%로 이루어진 골재배합물 100중량부에 대하여 음이온계 유화아스팔트 0.5~6중량부, 채움재 0~5중량부, 에멀젼계 재생첨가제 0.3~6중량부를 포함하는 것으로 이루어진다.
상기한 본 발명의 아스팔트 콘크리트 배합물은 노화된 아스팔트 성상(물성)의 복원 및 가황작용으로 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조가 가능할 뿐 아니라 도로포장 및 바닥포장 시에 작업성에 있어서도 순수 아스팔트 콘크리트와 대등한 효과를 나타낸다.

Description

아스팔트 콘크리트 조성물{The asphalt concrete composition}

본 발명은 폐아스팔트 콘크리트를 함유하는 도로포장용 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더 구체적으로는 폐아스팔트 콘크리트를 재생하여 순환골재로 이용함과 동시에 고유황 중유를 주요성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제를 배합하여 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원하는 복합적 작용에 의해 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

도로포장용 아스팔트 콘크리트는 골재, 시멘트, 아스팔트 등이 혼합된 물질로서, 아스팔트가 노후되어 폐기되는 폐아스팔트 콘크리트(이하에서는 약칭하여 '폐아스콘'으로 기재합니다)는 건설 산업폐기물로 분류되며 매년 대량 발생하고 있다. 이처럼 대량의 폐기물을 처리하기 위해서는 방대한 매립공간이 필요하여 자연을 훼손하게 되며, 매립물로부터 빗물에 의해 씻겨 나온 아스팔트나 잔류시멘트 등이 지층으로 흘러들어갈 경우 지하수와 하천을 차례로 오염시키게 되어 환경오염의 주요 원인으로 작용하고 있다.

최근, 폐아스콘을 재활용하여 순환골재로 활용하는 연구가 토목, 건축분야에서 활발하게 진행되고 있고, 이에 따라 본 발명자는 폐아스콘 분쇄물을 이용하여 콘크리트 조성물을 제조하는 방법인 국내 등록특허 10-632203호를 개발한바 있으며, 순환골재를 이용한 포장재에 관한 것으로 국내 등록특허 10-672751호를 개발한 바 있지만, 이러한 기술들은 대부분 폐아스콘을 첨가제와 함께 아스팔트에 단순히 배합하여 사용하거나 폐아스콘을 골재로 이용하는 기술들로서 폐아스콘의 재활용에 있어서 노화된 아스팔트의 성상(물성)의 복원에 중점을 두고 재활용하는 기술은 그렇게 많지가 않다.

또한, 토목, 건축분야에서는 폐아스콘을 재활용하고 유화아스팔트나 계면활성제와 같은 혼화제를 첨가하여 재생아스팔트 콘크리트를 개발하고 있으며, 포장용으로 사용하기 위해서는 필요한 강도, 경도, 점성, 안정도 등을 필수적으로 갖추어야 하는데, 강도와 점성을 높이기 위하여는 물유리와 폴리아크릴산 나트륨, 스틸렌 부타디엔 러버라텍스와 같은 수용성 유화 고분자 그리고 카르복시메틸셀룰로오즈, 폴리에틸렌옥사이드 등의 수용성 고분자를 첨가한다.

특히 유동성 강화 및 강도 감수제 역할을 하는 리그닌계(Lignin), 폴리카르복시산계(Polycarboxylates), 나프탈렌계(Naphthalene)를 사용하여 재생 아스팔트 콘크리트의 품질을 개선하는데 주력해 왔으며, 노화된 아스팔트의 재생첨가제에 대한 개발도 선행기술이 다수 있다.

재생첨가제에 대한 선행기술로서는 국내 등록특허 10-0212910호에서는 중질유 접촉 분해공정에서 부생되는 슬러리 오일을 폐아스콘의 재생첨가제로 사용하는 것을 개시하고 있고, 또 국내 등록특허 10-0898393호에서는 폐아스콘의 가열 직후 오일과 폐비닐수지의 열분해물로 이루어지는 수지기반 오일첨가제를 노화된 아스팔트의 재생첨가제로 사용하는 것을 개시하고 있다.

그리고 외국문헌으로서는 미국특허 제3,793,189호에서는 노후된 아스팔트의 성상을 개선시키기 위해 초임계 유체 분리방법인 프로판을 용매로 한 탈력유(Deasphaltde Oil)와 중질경유(Heavy Distillate) 그리고 석유 잔사유(Residual Oil) 등을 혼합하여 사용하는 방법을 개시하고 있으며, 미국특허 제3,221,615호에서는 콜타르(Coal tar)유도체를 이용하여 노화 아스팔트의 성상을 회복시키는 방법을 개시하고 있으나, 이때 사용된 재생용 첨가제는 콜타르에서 추출한 것으로 방향족 벤젠 고리가 2 내지 4개이면서 페놀릭(Phenolic)과 히드록시(hydroxy) 유도체를 가지고 있는 알킬 화합물의 기능 그룹을 가지는 화합물로 한정하고 있다. 또한, 미국특허 제4,278,469호에서는 도로 보수 및 표면 처리용 재생첨가제로서 아스팔트에서 추출한 일부 유분과 특정 고분자 그리고 중질 방향족 용제를 혼합한 조성물이 개시되어 있다.

본 발명은 폐아스콘을 재생하여 순환골재로 사용함으로써 천연골재 자원의 보호와 환경 보호적 측면을 강화함과 동시에 고유황 중유를 주성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제를 배합하여 노화된 아스팔트 성상(물성)의 복원 및 가황작용으로 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명이 목적하고 있는 과제를 해결하기 위하여 채용하는 수단으로서, 아스팔트 콘크리트 조성물은 중량을 기준으로 하여 폐아스콘 순환골재 25wt%~95wt% 및 신골재 5wt%~75wt%로 이루어진 골재배합물 100중량부에 대하여 음이온계 유화아스팔트 0.5~6중량부, 채움재 0~5중량부, 에멀젼계 재생첨가제 0.3~6중량부를 포함하는 것으로 이루어진다.

본 발명의 아스팔트 콘크리트 조성물에 배합되는 폐아스콘 순환골재 및 신골재로 이루어진 골재배합물은 국토해양부의 고시에 따라 체거름을 통하여 아스팔트 도로의 기층용 또는 표층용으로 적합한 입도 및 배합비로 배합한 것이다.

또한, 본 발명의 특징 중 하나로서, 음이온계 유화아스팔트를 채용하는 구성은 유화아스팔트 중에서 양이온계와 비이온계 유화아스팔트를 단독 사용하는 경우 시멘트와 반응하여 응고가 되는 문제점이 있으므로 음이온계 유화아스팔트만을 사용함으로써 시멘트 응고에 대한 문제점을 해결하였을 뿐 아니라 물의 사용이 매우 적어 시멘트의 소모량을 현저하게 줄일 수 있을 뿐 아니라 동시에 고가의 리그닌계(Lignin)와 나프탈렌계(Naphthalene)의 첨가제들을 전혀 사용하지 않는다.

음이온계 유화아스팔트의 제조는 신재아스팔트(스트레이트 아스팔트) 57~60중량부, 물 35~40중량부, 유화제 0.3~1.0중량부, KOH 0.2~0.5중량부 및 염화칼슘 0.2~0.5중량부를 배합하여 제조하는 것으로, 탱크에 온수(50~60℃)를 충전하고 유화제를 교반하면서 소량씩 첨가한 다음, KOH를 소량 첨가하여 pH가 6.0~8.0이 되도록 한 유화수를 아스팔트와 함께 콜로이드밀에 통과시켜 제조하며, 이때 유화제로는 카르복실산염, 도데실벤젠설폰산염, 알킬아릴 설포네이트, 고급지방산알카리금속염, 알킬벤젠설폰산염, 알파-올레핀설폰산염, 알킬아릴설폰산나트륨류, 알킬 인산염, 1-노닐-페녹시-2-폴리옥시-에틸렌-3-암모늄-설페이트, 소듐디옥틸설포숙시네이트 등이 있으며 이들 유화제 중 어느 것이나 사용이 가능하다.

또 채움재는 상기 골재배합물 및 유화아스팔트의 배합량에 따라 아스팔트의 물성보강을 위하여 필요에 따라 배합하며, 채움재의 종류로는 시멘트, 플라이애쉬, 석분 및 제강더스트 중에서 선택한 하나 이상의 성분을 배합한다.

그리고 본 발명의 또 다른 특징 중의 하나인 고유황 중유를 주요성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제는 고유황 중유(A성분)에, 파라핀유, 아로마틱유, 나프텐유 및 아크릴폴리머로부터 선택된 하나 이상의 성분(B성분)을 혼합하여 이루어지며, 고유황 중유 0.1~ 10중량부(A성분)에, 파라핀유 10~20중량부, 아로마틱유 10~20중량부 및 나프텐유 10~20중량부로부터 선택되는 하나 이상의 성분(B성분)을 혼합하는 것이 바람직하고, 채움재로 시멘트를 사용하는 경우에는 고유황 중유(A성분) 0.1~ 10중량부에 아크릴폴리머(B성분) 10~20중량부로 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에서 재생첨가제의 성분으로 배합하고 있는 고유황 중유는 원유를 증류할 때 경유 다음으로 얻어지는 유분으로 유황이 1~4wt% 정도 함유되어 있으며, 중유는 폐아스팔트에서 부족한 성분을 보충하여 아스팔트의 물성을 복원하는 작용을 할 뿐 아니라 중유에 함유된 유황성분의 가황작용에 의해 아스팔트의 물성을 더욱 개선시키는 작용을 하며, 파라핀유, 아로마틱유 및 나프텐유는 원유를 증류할 때 아스팔트가 추출되기 전 단계에서 얻어지는 여러 종류의 탄화수소화합물이 혼합된 혼합물 형태의 유분으로, 폐아스팔트에 작용하여 노화된 성분의 보충 및 아스팔트의 물성을 복원하는 작용을 하며, 현재 정유회사에서 기유로 사용하기 위하여 상업적으로 생산하고 있는 성분들이다. 또한, 아크릴폴리머 역시 폐아스팔트에서는 부족한 물성을 보충할 뿐 아니라 아스팔트 콘크리트의 배합시 작업성도 향상시키는 작용을 하는 성분으로 널리 알려진 공지의 고분자 화합물이다.

본 발명의 고유황 중유를 주요성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제의 제조는 통상의 유화방법에 따라 유화시킨 에멀젼 상태이며, 음이온성 유화제를 사용하는 것이 특히 바람직하고, 본 발명의 고유황 중유를 주요성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제의 주요성상을 아래 [표 1]에 제시하였다.

발명은 폐아스콘을 순환골재로 재활용하는 장점과 고유황 중유를 주성분으로 하는 에멀젼계 재생첨가제를 배합하여 노화된 아스팔트 성상(물성)의 복원 및 가황작용으로 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조가 가능할 뿐 아니라 도로포장 및 바닥포장 시에 작업성에 있어서도 순수 아스팔트 콘크리트와 대등한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 폐아스팔트 콘크리트 및 재생첨가제를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물은 도로의 기층용 및 표층용에 공통적으로 적용할 수 있는 아스팔트 콘크리트 조성물로서 본 발명의 도로포장용 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조에 사용하는 골재배합물은 국토해양부의 고시에 따라 도로포장용의 기층용 및 표층용 혼합물의 입도 및 표준배합비로 배합한 것이다.

국토해양부의 고시에 따른 도로포장용의 기층용 및 표층용 골재혼합물의 입도 및 표준배합비는 아래 [표 2], [표 3]에 나타낸 바와 같다.

<원재료별 배합>

본 발명의 도로포장용 아스팔트 콘크리트의 원재료의 구체적인 배합비율은 상기한 기층용 또는 표층용 표준배합비에 의해 폐아스콘 순환골재 850㎏ 및 신골재 80㎏을 배합한 골재배합물에, 시멘트 28㎏, 플라이애쉬 12㎏, 음이온계 유화아스팔트 20㎏ 및, 고유황 중유(A성분):아로마틱유 및 나프텐유(B성분)를 중량비로 1:100비율로 혼합한 에멀젼계 고유황 중질유 폐아스콘 재생첨가제 10㎏을 배합하여 균일하게 혼합하여 기층용과 표층용의 전체배합물 1000kg(1ton)을 각각 얻었다.

상기에서 기층용과 표층용 배합물은 폐아스콘 순환골재 및 신골재를 표준배합비에 따라 배합되는 차이만 있다.

본 발명에 따라 제조한 폐아스콘 조성물에 대하여 품질시험과 검사성적을 한 결과 [표 4], [표 5]와 같은 우수한 성능의 결과를 도출하였다.

Claims (6)

1. 폐아스콘 순환골재 25wt% ~ 95wt% 및 신골재 5wt% ~ 75wt%로 이루어진 도로 포장용의 기층용 또는 표층용 골재배합물 100중량부에 대하여 음이온 유화아스팔트 0.5 ~ 6중량부, 채움재 0 ~ 5중량부, 에멀젼계 재생첨가제 0.3 ~ 6중량부를 포함하고, 상기 에멀젼계 재생첨가제는 고유황 중유(A성분)에, 파라핀유, 아로마틱유, 나프텐유 및 아크릴폴리머로부터 선택되는 하나 이상의 성분(B성분)을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
2. 청구항 1에 있어서, 에멀젼계 재생첨가제가 고유황 중유(A성분) 0.1~10중량부에, 파라핀유 10~20중량부, 아로마틱유 10~20중량부 및 나프텐유 10~20중량부로부터 선택된 하나 이상의 성분(B성분)을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
3. 청구항 1에 있어서, 채움재가 시멘트, 플라이애쉬, 석분 및 제강더스트 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
4. 청구항 3에 있어서, 채움재가 시멘트 및 제강더스트로 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
5. 청구항 3에 있어서, 채움재가 시멘트 및 플라이애쉬로 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
6. 청구항 1에 있어서, 채움재가 시멘트이고, 에멀젼계 재생첨가제가 고유황 중유(A성분) 0.1중량부에 아크릴 폴리머(B성분) 20중량부를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.