KR20150005194A - 중유혼소 석탄소각재를 포함하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물 - Google Patents

중유혼소 석탄소각재를 포함하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업부산물인 중유혼소 석탄소각재를 단독 사용하거나 또는 주원료로 사용하여 중유혼소 석탄 소각재에 다량 포함된 미연소 카본 및 유분이 아스팔트혼합물의 유분과 쉽게 융합되어 아스팔트 혼합물의 색상을 보다 검게 해주는 발색효과가 탁월하고, 특히, 단순히 아스콘의 채움재가 아니라 경화제로서의 역할을 동시에 수행하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 중유혼소 석탄소각재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중유혼소 석탄소각재를 포함하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물{FILLER COMPOSITION FOR ASPHALTIC PAVING}
본 발명은 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업부산물인 중유혼소 석탄소각재를 단독 사용하거나 또는 주원료로 사용하여 중유혼소 석탄 소각재에 다량 포함된 미연소 카본 및 유분이 아스팔트혼합물의 유분과 쉽게 융합되어 아스팔트 혼합물의 색상을 보다 검게 해주는 발색효과가 탁월하고, 특히, 단순히 아스콘의 채움재가 아니라 경화제로서의 역할을 동시에 수행하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물에 관한 것이다.
KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규격에 의하면 채움재는 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애시, 회수더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트, 각종 소각회 및 기타 적당한 광물성 물질의 분말이라고 규정하고 있다. 일반적으로 산업현장에서는 아스팔트 포장용 채움재로서 석회석분이 주로 사용하고 있으며, 가열 아스팔트혼합물을 제조하는 공장에서는 골재를 가열할 때 발생하는 분진을 집진한 회수 더스트를 석회석분과 혼합하여 사용하고 있는 실정이다.
포틀랜드 시멘트와 소석회는 석회석을 열분해한 후 추가공정을 거쳐 발생되는 물질로서 석회석을 단순 파쇄한 석회석분에 비하여 상당히 고가이기 때문에 산업현장에서는 많이 사용되지 않는다.
플라이애시의 경우 화력발전소에서 배출되며 대부분 콘크리트 혼화재료로 활용되고 있으나 그 밀도가 1.8 ~ 2.2g/cm3 정도의 가벼운 물질로서 KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규격에 의한 품질특성 중 흐름값이 규격에 적합하지 않은 경우가 많아 널리 사용되지 않고 있는 실정이다.
기타 전기로 제강 더스트와 주물 더스트 등은 그 발생공정의 특성에 따라 다량의 중금속 성분을 함유하고 있기 때문에 도시지역의 산성비 등에 의해 중금속이 용출될 위험성이 있어 친환경적인 재료라 할 수 없으며, 이러한 문제점 때문에 널리 사용되고 있지 않은 실정이다.
아스팔트 포장용 채움재는 아스팔트 혼합물 내에서 골재간의 간극을 충진시켜 주고, 채움재와 바인더인 아스팔트가 결합한 채움재-바인더로서의 작용을 한다. 이러한 채움재의 특성 때문에 채움재의 품질은 아스팔트 혼합물의 컨시스턴시에 미치는 영향이 크다.
한편, 대한민국 등록특허 10-0243926에서는 분쇄한 폐아스콘 골재에 포틀랜트시멘트 250-500kg/m3를 혼합하여 분쇄 폐아스콘을 이용한 도로 포장용 콘크리트 제조방법을 제안하였으며, 대한민국 등록특허 10-0599492에서는 폐아스콘 100중량부에 시멘트 1~40중량부, 시멘트의 부피수축을 보완하기 위한 재료로 철분계, 석고계, CSA계를 포함하는 부피팽창재를 시멘트 함량의 5~15중량부, 지수제를 시멘트 함량의 1~15중량부, 경화촉진제를 시멘트 함량의 0.01~5중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐아스콘을 활용한 반강성 포장용 조성물에 폐아스콘 100중량부를 기준으로 0.1~40중량부의 충진제를 더 포함하며, 이 충진제는 신규골재, 흙, 마사토, 폐기 카본블랙, 폐토너, 무수석고, 반수석고 등 10여가지의 물질을 제시하고 있으나, 이러한 기술은 모두 시멘트 및 충진제를 다량 사용하여 연성포장이 특징인 아스팔트 혼합물 포장의 범주에 속하지 않는 반 강성포장 혼합물을 제안한 기술이며, 이렇게 혼합물 내에 다량으로 투입되는 것은 일반적인 아스팔트 포장용 혼합물의 채움재 량인 3~6%를 초과하여 경제적이지 못하며, 주원료가 시멘트이기 때문에 석탄을 연로로 하고 석회석 및 점토, 철광석을 원료로 하여 섭씨 1,450의 고온으로 열분해하여 제조하는 시멘트의 환경적 폐해를 그대로 가지고 있다고 할 수 있다.
특히 상기 대한민국 등록특허 10-0599492의 시멘트 수축을 보상하기 위해 사용하는 석고는 국내에 천연광물로 부존하지 않아 전량 수입에 의존하고 있으며, CSA는 시멘트 소성과정에서 설페이트와 알루미나성분을 증량하여 제조하는 일종의 속경성 및 팽창성을 동시에 갖는 특수시멘트이고 이 역시 거의 전량을 수입에 의존하고 있으며, 국내에서 일부 생산한다 하더라도 그 톤당 단가가 70만원을 상회하는 고가의 물질이기 때문에 경제적이지 않다.
그 외에도 대한민국 등록특허 10-0958066에서는 신골재와 폐아스콘을 주재료로 하고 아스팔트와 유화제 및 폐아스콘 재생첨가재를 부원료로 하는 혼합물에 채움재로서 시멘트와 플라이애쉬를 1.5~6중량부 포함하는 아스팔트콘크리트 조성물을 제시하였고, 대한민국 등록특허 10-0871104에서는 입도가 조절된 폐아스콘에 입도가 조절된 폐콘크리트 재생골재를 주원료로 하고 폴리머 등을 첨가재로하는 포장용 혼합물에 시멘트를 8~10 중량부를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물을 제시하였다. 또한 대한민국 등록특허 10-0788051에서는 폐아스콘 재생골재를 주원료로 하고 이 폐아스콘 1 중량부에 대하여 유화 아스팔트 0.01~0.10 중량부를 혼합하고 상기 폐아스콘 1 중량부에 대하여 시멘트 0.02~0.12 중량부를 혼입하는 기술을 제시하였다. 이렇듯 다수 제안된 기존의 재생아스콘 혼합물의 채움재로는 시멘트를 사용하는 기술이 전부라 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 기존의 아스팔트 포장용 혼합물을 신제품인 가열아스팔트혼합물의 경우 채움재로서, 석회석 분말을 주로 사용하고, 골재 가열시 발생하는 분진인 회수 더스트를 집진기로 회수하여 혼합사용하고 있으며, 재생아스팔트콘크리트 혼합물의 경우 채움재와 바인더의 역할을 동시에 수행하는 시멘트만을 단독으로 사용하거나 시멘트를 주원료로 플라이애시나 석고, 석회 또는 CSA 등을 첨가하여 사용하고 있는데 이러한 시멘트는 제조과정에서 다량의 CO2 가스를 배출하는 사업이며, 시멘트는 주원료를 석회석, 점토, 철광석으로 하며 연료로 석탄을 사용하여 고온에서 열분해하여 제조되는 즉, 천연자원 및 자연훼손이 심각한 제품이기 때문에 친환경적이라 말할 수 없다. 그리고 부원료로 사용되고 있는 석고는 국내에 부존하지않는 광물로서 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 물질이며, 알루미나시멘트 및 CSA 등도 시멘트 소성과정에서 알루미나성분 등 화학성분을 조정하여 생산하는 매우 고가의 특수시멘트로서 이들을 시공에 채택할 경우 경제적이지 못한 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산업부산물인 중유혼소 석탄소각재를 단독 또는 주로 사용하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 아스팔트혼합물의 유분과 쉽게 융합되고, 아스팔트 혼합물의 색상을 보다 검게 해주는 발색효과가 탁월한 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단순히 아스콘의 채움재가 아니라 및 경화제의 역할을 동시에 수행할 수 있는 아스팔트 포장용 채움재 조성물을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 중유혼소 석탄소각재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 석회석 미분말 10중량부 ~ 100 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트 10중량부 ~ 100중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 시멘트 10중량부 ~ 100중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 상기 석회석 미분말, 집진 더스트 및 시멘트를 합한 중량이 30중량부 ~ 200중량부 이내로 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 삼성분계 시멘트 및 사성분계 시멘트 중 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 산업부산물인 중유혼소 석탄소각재를 단독 사용하거나 또는 주원료로 사용하기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라 특히, 중유혼소 석탄 소각재에 다량 포함된 미연소 카본 및 유분이 아스팔트혼합물의 유분과 쉽게 융합되어 아스팔트 혼합물의 색상을 보다 검게 해주는 발색효과가 탁월하다.
또한 단순히 아스콘의 채움재가 아니라 경화제로서의 역할을 동시에 수행하는 효과도 있다.
이하, 본 발명에 의한 중유혼소 석탄소각재를 주원료로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물의 구성요소에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 중유혼소 석탄소각재를 주원료로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 신제 가열 아스콘, 신제 상온 아스콘, 가열 재생아스콘, 상온 재생아스콘을 사용하여 도로포장공사를 시공할 때 각종 아스콘의 충진재 및 결합재로 사용되어 우수한 아스팔트포장 혼합물을 제공한다.
본 발명에 의한 아스팔트 포장용 채움재 조성물은 중유혼소 석탄 소각재와, 석회석 미분말, 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트, 시멘트 등을 포함한다.
상기 석회석 미분말은 석회석을 미분쇄하여 비표면적 2,500cm2/g 이상의 것이면 사용 가능하다.
상기 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트는 비표면적 2,500cm2/g 이상의 것이면 사용 가능하다.
상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 삼성분계 시멘트(고로슬래그+플라이애시+보통포틀랜드 시멘트) 혹은 사성분계 시멘트(고로슬래그+플라이애시+석회석 미분말+보통포틀랜드 시멘트) 중 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이면 사용 가능하다.
한편, 중유혼소 석탄(Tire Derived Fuel) 소각재 100중량부에 대하여, 석회석 미분말, 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트, 시멘트는 200중량부 이내로 혼합한다. 200중량부를 초과하여 혼합하면 상대적으로 중유혼소 석탄 소각재의 혼입량이 감소하여 검은색 발색효과가 감소하고 경제적인 측면에서도 불리하다. 또한 각각 10중량부 이상 혼합하는 것이 바람직한데, 10중량부 미만일 경우, 혼입 효과가 미미하다.
또한 석회석 미분말, 집진 더스트 및 시멘트를 합한 중량은 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여 200중량부 이내로 하는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
실시예 1
먼저, 본 발명에 따른 채움재로서, 석탄과 벙커 C유를 혼합 연소하는 소각로에서 배출되는 중유혼소 석탄 소각재만을 이용하여 채움재를 제조하였다.
다음으로 KS F 3501:2008에 따른 채움재의 품질특성을 평가하기 위하여 제조된 채움재의 수분, 입도, 소성지수, 흐름치, 침수팽창, 박리저항성을 시험하였다.
실시예 2
먼저, 본 발명에 따른 채움재로서, 석탄과 폐타이어 및 석회석을 혼합 연소하는 로내탈황방식 소각로에서 배출되는 중유혼소 석탄(Tire Derived Fuel) 소각재 100중량부에 대하여 석회석 미분말 30중량부, 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트 30중량부, 보통포틀랜드시멘트 40중량부를 균일하게 혼합하여 채움재를 제조하였다.
다음으로 KS F 3501:2008에 따른 채움재의 품질특성을 평가하기 위하여 제조된 채움재의 수분, 입도, 소성지수, 흐름치, 침수팽창, 박리저항성을 시험하였다.
비교예
시중에서 유통되는 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 구매하여 비교시료로 삼고, KS F 3501:2008에 따른 채움재의 품질특성을 평가하기 위하여 제조된 채움재의 수분, 입도, 비중을 시험하였다.
채움재의 성능시험방법 및 결과
아래 표 1에 나타낸 바와 같이 수분과 입도 시험은 KS F 3501, 소성지수 시험은 KS F 2303, 흐름시험은 KS L 5111 및 KS F 3501, 침수팽창은 KS F 2337 및 KS F 3501, 박리저항성은 KS F 3501, 비중은 KS L 5110에 규정한 방법에 의해 실시하였다.
시험 항목 시험 방법 비고
수분 KS F 3501 아스팔트포장용 채움재
입도 KS F 3501 아스팔트포장용 채움재
소성지수 KS F 2303 흙의 액성한계.소성한계 시험방법
흐름시험 KS L 5111 시멘트시험용 플로테이블
침수팽창 KS F 2337 마샬시험기를 사용한 아스팔트혼합물의 소성흐름에 대한 저항력 시험방법
박리저항성 KS F 3501 아스팔트포장용 채움재
비중 KS L 5110 시멘트의 비중시험방법
(1) 수분함량
채움재의 수분함량을 측정하기 위하여 시료 약 100g을 0.1g의 정밀도로 계량하고 균등한 두께로 펴서 항온 건조기에 넣고 105℃ ±5℃의 온도에서 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 데시케이터 안에서 실온으로 냉각시킨 후 질량을 계량하여 수분함량을 계산하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 실시예와 비교예 모두 KS 규격 한계인 1.0% 이하를 만족하였다.
구분 수분(%) 소성지수 흐름시험 침수팽창 박리저항성 비중
KS 기준 1.0 이하 6이하 50% 이하 3%이하 1/4 이하 -
실시예 1 0.1 4.8 48.1% 2.1% 1/6 이하 2.83
실시예 2 0.1 4.8 46.2% 2.3% 1/6 이하 2.92
비교예 0.1 - - - - 3.14
(2) 입도
시료를 항온 건조기에 넣고 105℃ ±5℃의 온도에서 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 데시케이터 안에서 실온으로 식혀 약 50g을 0.1g의 정밀도로 계량하고, KS F 3501의 방법에 따라 시험하고 그 결과를 표 3에 나타내었다. 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 채움재와 1종시멘트의 입도는 각각 KS 규격을 만족하는 것으로 판명되었다.
구분 600㎛ 300㎛ 150㎛ 75㎛
KS 기준
체통과 질량백분율(%)		 100 95 이상 90 이상 70 이상
실시예 1
체통과 질량백분율(%)		 100 97.5 93.5 83.2
실시예 2
체통과 질량백분율(%)		 100 97.1 93.4 86.3
비교예
체통과 질량백분율(%)		 100 96.8 92.9 85.2
(3) 소성지수, 흐름시험, 침수팽창, 박리저항성, 비중
KS F 3501 3.4항의 규정에 따라 시멘트 석회석분, 소석회 이외의 재료를 채움재로 사용하는 경우 수분함량 및 입도 이외에 소성지수, 흐름시험, 침수팽창, 박리저항성을 시험하도록 규정되어 있으며, 비중의 경우 아스콘 배합설계에 중요한 요소이므로 시험을 실시하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에서와 같이 본 발명의 채움재가 아스팔트 포장용 채움재 규격인 KS F 3501 규격에서 정한 모든 사항을 만족하는 것으로 나타나 이러한 특성을 가지는 채움재 조 성물이 아스팔트 포장에 시공될 경우 충분한 목적이 달성될 수 있으며, 특히 채움재로서 포틀랜트 시멘트만을 사용하고 있는 상온재생아스콘의 채움재를 전량 대체할 수 있어 산업현장에 끼치는 경제적 환경적 파급효과가 상당할 것으로 예측된다.

Claims (6)

  1. 중유혼소 석탄소각재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 석회석 미분말 10중량부 ~ 100 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 아스콘 골재 가열시 발생하는 집진 더스트 10중량부 ~ 100중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 시멘트 10중량부 ~ 100중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중유혼소 석탄소각재 100중량부에 대하여, 상기 석회석 미분말, 집진 더스트 및 시멘트를 합한 중량이 30중량부 ~ 200중량부 이내로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 삼성분계 시멘트 및 사성분계 시멘트 중 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 채움재 조성물.
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