KR20160103311A - 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재생아스콘 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고성능 고분자 폴리머 중합체 첨가제를 혼합하여 재생아스콘의 골재 접착력과 표면 코팅력을 향상시켜 수분민감성과 골재의 박리현상을 감소시키며, 탄성계수를 향상시켜 수직 변형률 감소와 하중 분산을 통해 소성변형 및 피로저항성을 높여 주며 또한 전단 탄성률 증가로 포장의 두께를 줄여주며, 마샬안정도와 강성이 우수하며 또한 작업성이 우수한 재생아스콘을 제조할 수 있도록 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법에 관한 것이다.

Description

고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법{A Manufacturing method of recycled ascon comprising high molecular polymer}
본 발명은 재생아스콘 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고성능 고분자 폴리머 중합체 첨가제를 혼합하여 재생아스콘의 골재 접착력과 표면 코팅력을 향상시켜 수분민감성과 골재의 박리현상을 감소시키며, 탄성계수를 향상시켜 수직 변형률 감소와 하중 분산을 통해 소성변형 및 피로저항성을 높여 주며 또한 전단 탄성률 증가로 포장의 두께를 줄여주며, 마샬안정도와 강성이 우수하며 또한 작업성이 우수한 재생아스콘을 제조할 수 있도록 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법에 관한 것이다.
재생아스콘은 순환골재와 신규골재를 혼합하여 녹인 아스팔트로 결합시킨 혼합물로, 일반적으로 도로포장에 사용된다.
현재 생산되는 재생아스콘은 사용 중 골재와 아스팔트 피막 사이에 물이 침투하는 경우 아스팔트의 피막이 벗겨지는 현상이 일어나 표면이 파손되며 균열이 일어난다. 이러한 현상을 박리현상이라 부른다.
상기와 같은 박리현상은 일반적으로 골재와 물의 부착성이 골재와 아스팔트의 부착성보다 클 때 발생하며, 이에 대한 근본적인 해결방안이 필요한 실정이다.
또한, 교통량 증가, 차량하중 증가, 이상고온저온현상 등의 기후변화 등으로 인하여 아스콘 포장의 고온 소성 변형(Permanent Deformation), 포트홀(Pot Hole), 피로균열(Fatigue Cracking), 저온균열(Low Temperature Crack) 현상이 발생함으로서, 이러한 아스콘 포장도로의 파손예방 및 감소를 위하여 고품질의 개질 아스콘 제품개발이 필요하다.
본 발명과 관련된 종래 기술로서 특허문헌들을 살펴보면, 대한민국특허출원 제10-2011-0026038호(발명의 명칭: 상온 재생 아스팔트 혼합물에 사용되는 첨가제와 그를 이용한 상온 재생 아스팔트 혼합물 및 그의 제조방법)에는 아스콘 재생골재, 신골재, 상온 혼합용 유화아스팔트 및 재생 첨가제를 이용하여 상온에서 혼합하여 재생 아스팔트 혼합물을 생산하는 공법을 개시하고 있으나, 그 기술적 특징이 폐 아스콘을 활성화시키는 것에만 중점이 있을 뿐이며;
대한민국특허출원 제10-2012-0138540호(발명의 명칭: 상온 시공이 가능한 수경성 아스콘 바인더 조성물 및 그 제조방법)에서는 상온 시공이 가능한 수경성 아스콘 바인더 조성물 및 그 제조방법을 개시하고 있으나 우천시의 작업성을 확보하고 아스팔트 포장의 포트홀을 보수하는 것에 중점을 둔 것에 불과하여 보다 근본적인 박리현상에 대한 문제 해결의 방안은 제시하고 있지 아니하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 재생아스콘의 골재 접착력과 표면 코팅력을 향상시켜 수분민감성과 골재의 박리현상을 감소시킨 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 탄성계수를 향상시켜 수직 변형률 감소와 하중 분산을 통해 소성변형 및 피로저항성을 높여 주며 또한 전단 탄성률 증가로 포장의 두께를 줄여주는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 마샬안정도와 강성이 우수하며 또한 작업성이 우수한 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법은 신규골재와 순환골재를 포함한 골재 100중량부에 대해 채움재 10~35중량부, 유화아스팔트 5~25중량부, 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.1~0.3중량부 및 물 20~35중량부를 혼합하여 제조함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 재생아스콘 제조방법에 있어서 골재에서 신규골재 5~38중량%, 순환골재 62~95중량%이며, 상기 신규골재는 0.1~5mm 크기이고, 상기 순환골재는 크기 13.1~25mm가 30~60중량%, 크기 0.1~13mm가 32~35중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 재생아스콘 제조방법에 있어서 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 상온에서 폴리머 고분자 중합체 30~45 중량부 및 물 30~50 중량부로 되어 있는 반응활성화제에 수용성 분산제 5~40 중량부를 교반기에 혼합하여 교반 후 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 재생아스콘 제조방법에 있어서 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 밀도 0.55~0.65g/cm2, 연화점 150~170℃ 및 녹는점 170~190℃의 액상 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 재생아스콘의 골재 접착력과 표면 코팅력을 향상시켜 수분민감성과 골재의 박리현상을 감소시키는 효과를 갖는다.
본 발명은, 탄성계수를 향상시켜 수직 변형률 감소와 하중 분산을 통해 소성변형 및 피로저항성을 높여 주며 또한 전단 탄성률 증가로 포장의 두께를 줄여주는 효과를 갖는다.
본 발명은, 마샬안정도와 강성이 우수하며 또한 작업성이 우수한 효과를 갖는다.
이하에서는 본 발명에 따른 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로 폐아스콘을 재생하여 사용하는 재생아스콘 혼합물을 제조하는 방법에서, 단지 재생골재(순환골재)와 신골재 및 유화 아스팔트만을 사용하여서는 재생 아스팔트혼합물의 경화시간이 길어질 뿐만 아니라 아스팔트의 마샬안정도값이 낮고, 흐름치가 높아서 아스팔트의 내구성이 떨어지고 또한, 골재와의 균일한 혼합
이 진행되지 않아서 골재와 박리되는 문제점들이 발생하고 있다. 이러한 도로 포장시 내구성의 문제로 인해 소성변형이 발생하거나 균열이 생겨 도로의 수명을 단축시켜 도로 유지보수 비용을 증가시키게 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 개선시키기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법은, 신규골재와 순환골재를 포함한 골재(이때, 상기 골재에서 신규골재 5~38중량%, 순환골재 62~95중량%임) 100중량부에 대해 채움재 10~35중량부, 유화아스팔트 5~25중량부, 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.1~0.3중량부 및 물 20~35중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 재생아스콘 제조방법에 사용되는 상기 순환골재는 순환골재 중 크기 13.1~25mm가 30~60 중량%, 크기 0.1~13mm가 32~35 중량%로 혼합하여 사용하는데, 일반적인 기층용 골재의 최대치수가 40mm이하인 것에 비해, 본 발명에서는 최대골재 치수를 25mm이하로 제한하여 사용함으로써 체적을 향상시켜 본 발명에 따라 제조된 재생아스콘을 사용한 도로포장면을 고르게 할 수 있음은 물론 포장 두께를 감소시킬 수 있게 한다. 이를 위해 특히, 크기 13mm 이하가 주를 이루는 순환골재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 재생아스콘 제조방법에 사용되는 상기 신규골재는 5mm 이하의 크기로 사용하는데, 이는 상기 순환골재에서 부족한 미립분을 상기 신규골재로 채울 수 있도록 하여 포장의 강성을 높일 수 있도록 하기 위함이다. 한편, 고속도로 또는 중차량 통행이 많은 도로포장 구간에서는 5~38 중량%를 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 신규골재의 크기를 25.1~40mm 크기의 신규골재로 일부 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 채움재는 고로슬래그에 알칼리활성화 자극제와 무수석고를 혼합하여 경화시킨 산업부산물 채움재가 활용되며, 그 외에도 보통 포틀랜드 시멘트나 고로슬래그 시멘트, 소석회, 실리카흄 등이 활용될 수 있다.
상기 유화아스팔트 즉, 아스팔트 바인더는 상온 방식에서 주로 사용되는 MSC-2 유화아스팔트가 활용될 수 있다.
본 발명에서는 재생아스콘 제조에 사용되는 첨가제로 폴리머 고분자 중합체(본 발명에서 사용하는 '폴리머 고분자 중합체'란, 단위체가 반복되어 연결된 고분자 중합체를 의미하는 것으로, 일반적으로 고분자 중합체 또는 폴리머(polymer) 등으로 일컬어 지기도 함)를 사용함을 특징으로 하는데, 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 상온에서 폴리머 고분자 중합체 30~45 중량부 및 물 30~50 중량부로 되어 있는 반응활성화제에 수용성 분산제 5~40 중량부를 교반기에 혼합하여 교반 후 제조되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 제조된 폴리머 고분자 중합체 첨가제를 재생아스콘 제조시 0.1~0.3중량부(필요에 따라, 투입되는 유화아스팔트(아스팔트 바인더)를 기준으로 0.1~0.3중량부가 투입될 수 있음) 첨가하여 사용하게 된다.
본 발명에 사용되는 폴리머 고분자 중합체에는 폴리에틸렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등이 활용될 수 있는데, 바람직하게는 폴리에틸렌을 폴리머 고분자 중합체로 활용할 수 있다.
상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는 본 발명에서 제시하는 특유의 제조방법에 의해 제조되는데, 상온에서 폴리머 고분자 중합체 30~45 중량부 및 물 30~50 중량부로 되어 있는 반응활성화제에 수용성 분산제 5~40 중량부를 교반기에 혼합하여 교반 후 제조되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는 과립 형태의 폴리머 고분자 중합체(30~45 중량부)와 물(30~50 중량부)을 교반기에 넣고 혼합한 상태에서 수용성 분산제(5~40 중량부)를 넣고 수분 정도 교반하여 제조하는데, 재생아스콘 제조를 위해서는 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제가 용융상태로 첨가되는바, 제조과정에서도 역시 용융 온도(대략 180℃ 내외) 근처에서 제조하는 것이 바람직하다.
특히 본 발명의 제조방법에 사용되는 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 밀도 0.55~0.65g/cm2, 연화점 150~170℃(160℃ 내외) 및 녹는점 170~190℃(180℃ 내외)의 특성을 갖는 액상 형태로 제조되어, 시공과정에서 재생아스콘의 아스팔트 분사 전 단계에서 혼합기에 공급되어 재생아스콘에 혼합되는 것인바, 상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제의 균일한 분산을 위해서는 (액상형 첨가제)전용 공급기와 같은 적합한 별도의 장비를 사용하는 것이 바람직하며, 또한 혼합기에 투입된 골재의 온도(또는 아스콘 제조온도)를 폴리머 고분자 중합체 첨가제의 용융 온도와 동일한 180℃ 내외로 유지하는 것이 최적의 배합을 위해 중요하다. 또한, 혼합 시간(배합 시간) 역시 일반적인 재생아스콘의 배합시간보다 약 10초 정도 길게 배합하는 것도 바람직하다.
이와 같은 제조방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘은 일반적인 (재생아스콘을 사용한)아스팔트 도로포장에서 발생하는 박리현상을 방지하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 아스팔트 도로포장에서 박리 현상은 아스팔트와 골재 사이의 결합력이 상실되기 때문에 발생하는데, 이에 의해 도로에는 균열이 발생하고 골재의 분리 현상이 발전하게 되어 궁극적으로는 도로의 파괴에 이르게 된다. 박리 현상을 일으키는 원인은 여러 가지가 있을 수 있지만, 그 중에서도 아스팔트와 골재 사이의 계면에 물이 침투하여 작용하는 메카니즘이 대부분이다.
이에 반해 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘은 위에서 설명한 특성을 갖는 특유의 (제법에 의해 제조된)폴리머 고분자 중합체 첨가제 투입을 통해 우수한 골재 접착력과 함께 아스팔트 표면 코팅력을 증대시켜, 아스팔트와 골재간 박리현상에 대한 저항성을 증대시킴은 물론 수분 침투를 방지하여 박리방지 성능을 높여준다. 이와 더불어 강도 내지 내구성을 나타내는 마샬안정도와 함께 탄성계수를 높여 수직 변형률 감소와 하중 분산을 통해 소성변형 및 피로저항성을 높여 주며 또한 전단 탄성률 증가로 포장의 두께를 줄여주는 특성을 갖게 된다.
이하에서는, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘의 물성(특성)에 대해 별도의 실험을 통해 살펴보도록 한다.
<실시예 1>
신규골재와 순환골재를 포함하는 골재 100중량부에 대해 채움재 20중량부, 유화아스팔트 15중량부, 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.2중량부 및 물 25중량부를 혼합하여 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘
<실시예 2>
신규골재와 순환골재를 포함하는 골재(여기서, 0.1~5mm 크기의 신규골재 10 중량%, 순환골재 90 중량%(크기 13.1~25mm가 55 중량%이고 크기 0.1~13mm가 35 중량%)임) 100중량부에 대해, 채움재 20중량부, 유화아스팔트 15중량부, 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.2중량부 및 물 25중량부를 혼합하여 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘
<실시예 3>
신규골재와 순환골재를 포함하는 골재(여기서, 0.1~5mm 크기의 신규골재 10 중량%, 순환골재 90 중량%(크기 13.1~25mm가 55 중량%이고 크기 0.1~13mm가 35 중량%)임) 100중량부에 대해, 채움재 20중량부, 유화아스팔트 15중량부, 밀도가 0.6g/cm2이고 연화점 160℃ 녹는점 180℃의 물성을 갖는 액상 형태의 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.2중량부 및 물 25중량부를 180℃ 배합(제조) 온도에서 배합하여 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘
<비교예 1>
신규골재와 순환골재를 포함하는 골재 100중량부에 대해 채움재 20중량부, 유화아스팔트 15중량부 및 물 25중량부를 혼합하여 제조된 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘
[실험 1] 마샬안정도 실험
- 구체적으로 아스팔트 및 콘크리트 포장 도로의 긴급 또는 간이 보수에 사용하는 도로 보수용 상온 역청 혼합물에 대하여 규정하고 있는 표준번호 KS F 2369에 의거하여 상기 실시예들과 비교예를 대상으로 마샬시험(Marshall test)를 수행하였다.
- 실험 결과
안정도(kN)
실시예1 11.4
실시예2 13.1
실시예3 15.7
비교예1 4.5
상기 [표 1]에 나타난 바와 같은 실험 결과에서도 확인할 수 있듯이, 재생아스콘의 강도 내지 내구성을 나타내는 마샬안정도 측정치(기준값은 3.5kN 이상)에서, 비교예 대비 실시예 1 내지 3 모두 2배에서 3배 이상의 향상된 결과치를 나타내고 있으며, 특히, 골재의 최대입자 크기를 제한하고 첨가되는 폴리머 고분자 중합체 첨가제의 물성을 정확하게 특정하고 그 용융 온도 범위에서 배합을 수행한 실시예들에서 보다 향상된 안정도가 나타남을 확인할 수 있다.
[실험 2] 수침 잔류 안정도 및 수침 후 인장강도지수 실험
- 구체적으로 수침 잔류 안정도(%)는 아스콘의 내수성 내지 내박리성을 나타내며, 하기의 [수학식 1]에 의해 얻을 수 있다. 또한, 수분에 의한 박리현상을 평가하기 위한 수침 후 인장강도지수(KS F 2398)에 의한 시험은, 아스콘 혼합물의 건조상태에서의 간접인장강도와 수분포화상태에서의 간접인장강도를 측정하고, 수분저항성을 측정하는 인장강도비(TSR:Tensile strength ratio)를 측정하여, 수분에 의한 박리 저항성을 평가하는 것이다.
[수학식 1]
수침 잔류 안정도(%) = ((25±1℃, 48시간 수침 후의 안정도(N))/안정도(N))* 100
- 실험 결과
수침 잔류 안정도(%) 인장강도비(TSR)
실시예1 92 0.82
실시예2 93 0.85
실시예3 95 0.89
비교예1 78 0.73
상기 [표 2]에 나타난 바와 같은 실험 결과에서도 확인할 수 있듯이, 재생아스콘의 내수성 내지 내박리성을 나타내는 수침 잔류 안정도(기준값은 75 이상)에서, 비교예 대비 실시예 1 내지 3 모두 향상된 결과치를 나타내고 있으며, 수분에 의한 박리저항성을 나타내는 인장강도비 TSR(TSR이 낮다는 것은 그만큼 수분으로 인해 아스팔트 혼합물이 박리 등의 손상을 입었다는 것을 의미하는 것으로, KS F 2398 규정에 따른 기준치는 0.75임)에서도 비교예 대비 실시예 1 내지 3 모두 향상된 결과치를 나타내고 있다. 특히, 골재의 최대입자 크기를 제한하고 첨가되는 폴리머 고분자 중합체 첨가제의 물성을 정확하게 특정하고 그 용융 온도 범위에서 배합을 수행한 실시예들에서 보다 향상된 결과치가 나타남을 확인할 수 있다.
[실험 3] 탄성계수 실험
- 구체적으로 아스콘의 탄성계수를 평가하기 위한 탄성계수 측정 시험을 규격(KS F 2438)에 따라 실시하였다. 전술한 규격은 성형한 콘크리트 원주 공시체 및 다이아몬드로 뚫은 콘크리트 코어가 세로 압축 응력을 받았을 때의 탄성 계수 및 포아송비를 구하는 방법에 대하여 규정한다.
- 실험 결과
탄성계수(7일, MPa)
실시예1 23369
실시예2 24521
실시예3 26035
비교예1 15843
KS F 2438의 규정에 따른 기준치는 1.13~7.80*104MPa이며, 상기 [표 3]에 나타난 바와 같은 실험 결과에서도 확인할 수 있듯이, 비교예 대비 실시예 1 내지 3 모두 탄성계수에서도 향상된 결과치를 나타내고 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 재생아스콘 제조방법에 있어서,
    신규골재와 순환골재를 포함한 골재 100중량부에 대해 채움재 10~35중량부, 유화아스팔트 5~25중량부, 폴리머 고분자 중합체 첨가제 0.1~0.3중량부 및 물 20~35중량부를 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    골재에서 신규골재 5~38중량%, 순환골재 62~95중량%이며,
    상기 신규골재는 0.1~5mm 크기이고,
    상기 순환골재는 크기 13.1~25mm가 30~60중량%, 크기 0.1~13mm가 32~35중량%인 것을 특징으로 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 상온에서 폴리머 고분자 중합체 30~45 중량부 및 물 30~50 중량부로 되어 있는 반응활성화제에 수용성 분산제 5~40 중량부를 교반기에 혼합하여 교반 후 제조되는 것을 특징으로 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리머 고분자 중합체 첨가제는, 밀도 0.55~0.65g/cm2, 연화점 150~170℃ 및 녹는점 170~190℃의 액상 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 고분자 중합체를 포함하는 재생아스콘 제조방법.
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