KR20210107199A - 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼용성을 증대시켜 유효 재활용성을 강화시키고, 아스팔트의 용융 점도를 감소시켜 다짐성은 물론 내구성 및 균열저항성을 강화시키도록 개선된 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.

Description

재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법{Method for manufacturing recycling room temperature asphalt concrete}
본 발명은 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼용성을 증대시켜 유효 재활용성을 강화시키고, 아스팔트의 용융 점도를 감소시켜 다짐성은 물론 내구성 및 균열저항성을 강화시키도록 개선된 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.
국내의 도로는 도로 증가율에 비하여 교통량이 급속도로 증가함에 따라, 도로포장에 균열이 발생 되고 그 틈새로 우수 등이 침투하여, 포장의 조기 파손 등을 초래하고 있다.
이와 같은 도로포장이 조기 파손됨으로 인하여 도로의 아스팔트 콘크리트 개보수 뿐만 아니라 도시가스, 상수도 및 오폐수관거 등의 교체공사로 인하여 건설산업부산물 중에 폐아스팔트 콘크리트(이하 '폐아스콘'으로 칭함)의 발생량이 상당한 부분을 차지하고 있다.
이러한 폐아스콘은 건설산업부산물 중 가장 발생량이 많은 폐콘크리트 와는 달리 골재표면에 아스팔트 유제가 부착되어 있기 때문에 콘크리트용, 구조물 뒷체움재 및 보조기층용으로 사용할 수 없다.
또한 폐아스콘의 매립은 매립지로부터 빗물 등에 의해 씻겨 나온 아스팔트가 지층으로 흘러들어가 지하수와 하천을 오염시키는 등 환경오염의 주요 원인으로 작용하고 있으므로, 재활용 가능한 폐아스콘 등의 매립을 줄여야 한다는 사회적 요구가 제기되고 있다.
해외에서는 다량으로 발생되는 폐아스콘을 재활용함으로써 아스콘의 재활용은 물론 환경오염을 줄이면서 동시에 폭발적으로 늘어나는 아스팔트의 수요량을 대체할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.
이러한 재생 아스콘에 관한 연구가 활발히 진행됨에 따라 플랜트 가열 재생 아스팔트 혼합물공법(Plant Hot Mix Recycling)과 현장가열 표층재생공법(Hot In-Place Surface Recycling)등이 개발되었으나, 플랜트공법과 표층재생공법 모두 상온시공이 어렵고 가열을 통해 시공해야만 하는 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐아스콘에서 유래하는 순환골재를 상온에서 유화아스팔트와 혼합하여 활용하는 방식의 폐아스콘 재활용에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔으며, 국가적 차원에서도 폐기되는 폐아스콘의 재활용을 위하여 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고, "건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률" 및 "순환골재 품질기준"을 제정하여 고품질을 유지하면서 재활용률을 높이기 위한 노력을 하고 있다.
그러나, 이러한 재활용 방법에 의해 생산된 폐아스콘은 시공 초기에 입자 간의 결합력이 크지 않아서 시공 초기 혼합물이 쉽게 탈리되는 문제가 있고, 폐아스콘의 유효재활용을 증대시키기 위해서는 가열 또는 상온 재생아스팔트로 사용해야하는데, 높은 열을 요구하는 가열 아스팔트의 경우 이산화탄소의 발생량이 많고, 이를 사용하여 도로포장시 조기에 균열이 발생하거나 파괴되는 문제가 있다.
또한, 폐아스콘 순환골재 입자의 분포가 일정하지 않아 아스팔트 혼합물의 품질 기준을 만족시키기 어려운 문제도 있다.
국내 등록특허 제10-1668619호(2016.10.18.), 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 혼용성을 증대시켜 유효 재활용성을 강화시키고, 아스팔트의 용융 점도를 감소시켜 다짐성은 물론 내구성 및 균열저항성을 강화시키도록 개선된 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 골재를 입도별로 선별하는 골재 선별단계; 선별된 골재중 제1순환골재를 교반기에 투입하는 제1순환골재 투입단계; 제1순환골재의 표면에 고르게 분산도포되어 아스팔트의 침입도 및 점도 회복을 통해 계면 접착력을 증대시키도록 재생첨가제를 투입하는 재생첨가제 투입단계; 순환골재들 사이에 분포되어 순환골재들의 점착력을 증대시키는 유화아스팔트 투입단계; 제1순환골재에 재생첨가제와 유화아스팔트가 분산도포되어 있는 상태에서 선별된 제2순환골재를 투입하여 교반 분산시키는 제2순환골재 투입단계; 선별된 제3순환골재를 투입하여 공극을 채우는 제3순환골재 투입단계; 및, 투입성분들이 완전히 분산되도록 교반 후 마무리하는 교반 완료단계;를 포함하고, 최종 조성물은 제1순환골재 60-70중량%, 제2순환골재 10-20중량%, 제3순환골재 5-10중량%, 유화아스팔트 2.5-3.5중량%, 재생첨가제 0.5-1.0중량% 및 나머지 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법을 제공한다.
여기에서, 제1순환골재는 입도 13mm 이하로 KSF 2572을 만족하는 골재이고, 제2순환골재는 입도 5-13mm로서 KSF 2573을 만족하는 골재이고, 제3순환골재는 입도 2mm 이하로서 KSF 2573을 만족하는 골재이다.
그리고, 상기 재생첨가제 투입단계에서 첨가되는 재생첨가제는 아크릴산 에틸에스테르(Acrylic acid ethylester)와, 카본블랙과, 폴리비닐아세테이트와, 지방산 아민이 2:1:2:1의 중량비로 혼합된 혼합물인 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 교반 완료단계에서, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 100중량부에 대해 디메틸올프로피온산 5중량부와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10중량부와, 폴리부텐 5중량부로 이루어진 첨가제를 더 첨가하는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 혼용성을 증대시켜 유효 재활용성을 강화시키고, 아스팔트의 용융 점도를 감소시켜 다짐성은 물론 내구성 및 균열저항성을 강화시키도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법은 골재 선별단계, 제1순환골재 투입단계, 재생첨가제 투입단계, 유화아스팔트 투입단계, 제2순환골재 투입단계, 제3순환골재 투입단계, 교반 완료단계를 포함한다.
통상, 아스팔트 콘트리트는 교반, 비빔 등 일반적인 과정을 거치고 있다.
하지만, 각 성분들의 투입 순서를 지키는 것이 곧 내구성, 균열저항성을 강화시키는 매우 중요한 포인트이다.
지금까지는 한꺼번에 교반기에 넣고 혼합함으로 인해 작업은 편하지만, 내구성을 비롯한 각종 특성들이 떨어지는 것으로 파악되었기에 본 발명에서는 이를 해결하고자 구성된 것이다.
먼저, 골재 선별단계는 골재를 크기별로 분류하는 단계이다.
이 단계는 아스팔트 콘크리트의 품질과 직결된 문제이므로 매우 중요하다.
이때, 선별기준은 입도 13mm 이하 골재로서 KSF 2572을 만족하는 골재를 아스팔트 콘크리트용 순환골재, 즉 제1순환골재로 분류한다.
또한, 입도 5-13mm의 골재로서 KSF 2573을 만족하는 골재를 콘크리트용 순환굵은골재, 즉 제2순환골재로 분류한다.
또한, 입도 2mm 이하의 골재로서 KSF 2573을 만족하는 골재를 콘크리트용 순환잔골재, 즉 제3순환골재로 분류한다.
그리고, 제1순환골재 투입단계는 선별된 골재중 제1순환골재를 교반기에 투입하는 단계이다.
이것은 입도가 가장 큰 골재를 먼저 투입하고, 그 표면에 재생첨가제를 분산도포함으로써 계면 접착력을 높여 내구성과 균열저항성을 강화시키기 위한 것이다.
즉, 잔골재들이 같이 투입된 상태에서는 재생첨가제 및 유화아스팔트가 가장 큰 골재의 표면에 완전히 분산 도포되지 못하고 작은 골재들에 의해 저항을 받기 때문에 결국 내구성이 떨어지고, 균열저항성이 커져 수명이 짧아지게 되며, 이러한 아스팔트 콘크리트는 품질 불량율이 높아지고, 결국 재활용성도 떨어진다.
아울러, 재생첨가제 투입단계는 앞서 설명하였듯이, 제1순환골재의 표면에 고르게 분산도포되어 아스팔트의 침입도 및 점도 회복을 통해 계면 접착력을 증대시키도록 재생첨가제를 투입하는 단계이다.
이때, 상기 재생첨가제는 아크릴산 에틸에스테르(Acrylic acid ethylester)와, 카본블랙과, 폴리비닐아세테이트와, 지방산 아민이 2:1:2:1의 중량비로 혼합된 것을 사용한다.
여기에서, 아크릴산 에틸에스테르는 점도를 조절하면서 응집성을 증대시키고, 블루밍 현상을 억제하기 위해 첨가되며; 카본블랙은 아스팔트 혼합물의 내열성을 강화시키고 골재 침투력을 높여 부착력을 증대시키며 부식을 억제하고 착색효과를 주기 위해 첨가되고; 폴리비닐아세테이트는 접착력과 인장강도를 향상시키기 위해 첨가되며; 지방산 아민은 계면에서의 상분리를 억제하면서 바인딩 기능을 향상시키기 위해 첨가된다.
한편, 유화아스팔트 투입단계는 순환골재들 사이에 분포되어 순환골재들의 점착력을 증대시키기 위해 첨가되는 단계이다.
이때, 유화아스팔트는 공지된 것으로 상대적인 유착(coalesce) 속도, 즉 양생 내지 경화 속도에 따라 다양하게 혼합 적용될 수 있다.
그리고, 제2순환골재 투입단계는 제1순환골재에 재생첨가제와 유화아스팔트가 분산도포되어 있는 상태에서 선별된 제2순환골재를 투입하여 교반 분산시키는 단계이다. 일종의 채움 기능을 수행한다.
또한, 제3순환골재 투입단계는 선별된 제3순환골재를 투입하여 공극을 채우는 단계이다.
마지막으로 교반 완료단계는 투입성분들이 완전히 분산되도록 교반 후 마무리하는 교반하는 단계이다.
이와 같은 제조방법을 거칠 때 최종 조성되는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트의 조성은 제1순환골재 60-70중량%, 제2순환골재 10-20중량%, 제3순환골재 5-10중량%, 유화아스팔트 2.5-3.5중량%, 재생첨가제 0.5-1.0중량% 및 나머지 물로 이루어지게 된다.
본 발명은 이에 그치지 않고, 재활용 상온 아스팔트 콘크리트를 조성할 때 친수성을 높여 잘 혼합되게 하고, 아스팔트 개질 특성을 높일 수 있도록 상기 교반 완료단계에서 첨가제를 더 투입할 수 있다.
이 경우, 투입되는 첨가제는 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 100중량부에 대해 디메틸올프로피온산 5중량부와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10중량부와, 폴리부텐 5중량부이다.
특히, 디메틸올프로피온산은 친수성 그룹을 도입하여 잘 섞이도록 하기 위한 것이고, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax)는 전형적인 열가소성 물리-화학적 특성을 갖고 있기 때문에 융점 이하의 온도에서는 재차 고체로 상변화가 이루어짐으로써 아스팔트의 융점을 시너지 상승시켜 그 굳기가 높아지기 때문에 아스팔트의 소성 변형 저항성을 높이는 효과가 있다.
그리고, 폴리부텐(Polybutene)은 자외선에 대한 내변색성을 확보하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 내산성을 높이기 위해 상기 교반 완료단계에서 내산제를 더 투입할 수도 있다.
바람직한 내산제로는 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 100중량부에 대해 콜타르 2.5중량부, BHT(Butylated HydroxyToluene) 4.5중량부, 세레신 1.5중량%가 될 수 있다.
이 경우, 콜타르는 균열억제 및 방수성능 강화를 위해 첨가되며, BHT(Butylated HydroxyToluene)는 고무성분이 자외선, 열 또는 공기 등에 의하여 자연 산화 또는 노화되는 현상을 억제시켜 접착력의 열화를 방지하기 위해 첨가되고, 세레신(Ceresin)은 결합력을 증대시키고 유화안정화를 유도하여 크랙 발생을 억제하기 위해 첨가된다.
또한, 본 발명에서는 상기 첨가제와 함께 균열억제제가 더 첨가될 수 있다.
상기 균열억제제는 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 100중량부에 대해 규산나트륨 수용액 20중량부, 에칠렌글리콜디아세테이트 5중량부, 우레아 5중량부, 페닐트리메톡시실란 2.5중량부 첨가되도록 구성될 수 있다.
이때, 규사나트륨 수용액은 에칠렌글리콜디아세테이트와 반응하여 겔화되기 때문에 그 과정에서 공극 충진, 치밀화를 유도하여 크랙억제 등 자가복구 기능을 수행하게 되며, 이로 인해 내구성이 증대된다.
그리고, 우레아는 공융점 형성에 따른 내열성이 강화되는 특징이 있고, 페닐트리메톡시실란은 빙결 저해성이 높아 결빙을 억제하는데 매우 효과적이다.
이러한 방법으로 제조되는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트는 소성변형에 대한 저항성을 평가하기 위하여 휠트랙킹 시험(KS F 2374)을 실시하였는데, 재하된 하중은 686N이고, 접지압은 628을 유지하였으며, 시험온도는 60℃였다.
시험결과는 휠 트랙킹 시험으로부터 구한 동적안정도와 최종침하깊이로 표시하였으며, 표 1에 나타내었는데 발명재는 종래재 대비 3배 이상의 동적안정도와 더 낮은 침하깊이를 유지하는 것으로 확인되었다.
구분 동적안정도(DS), 회/mm 최종침하깊이(mm)
종래재 1,490 3.64
발명재 4,918 2.07
아울러, 저온에서의 균열저항성을 평가하기 위하여 -15℃와 30℃에서 휨 시험을 실시하였다.
시험은 시편을 -15℃와 30℃의 저온 항온조에 넣고 8시간 이상 양생한 후 50mm/min의 재하 속도로 시편의 중앙부에 하중을 가하였다.
그리고, 시험으로부터 구한 하중 변형량 곡선에서 휨 강도및 파괴시의 변형량을 측정하였다. 시험결과, 시편 모두 온도가 증가함에 따라 휨 강도는 감소하였다.
뿐만 아니라, 인장강도는 간접 인장강도 시험으로부터 측정하였다. 이때, 간접 인장강도 측정시 하중의 재하속도는 50mm/min이었고, 종래재 및 발명재의 인장강도는 25℃ 기준시 각각 2.07MPa, 3.75MPa를 나타내었다.
나아가, 침입도를 알아보기 위해 각 시료에 대해 4.4℃에서 ASTM D5-06에 의거 200g의 침으로 60초 동안 실시하였다. 실시결과, 종래재에 비해 발명재의 침입도가 상대적으로 훨씬 작았으며, 크랙 자체가 발생하지 않았다.

Claims (3)

  1. 골재를 입도별로 선별하는 골재 선별단계;
    선별된 골재중 제1순환골재를 교반기에 투입하는 제1순환골재 투입단계;
    제1순환골재의 표면에 고르게 분산도포되어 아스팔트의 침입도 및 점도 회복을 통해 계면 접착력을 증대시키도록 재생첨가제를 투입하는 재생첨가제 투입단계;
    순환골재들 사이에 분포되어 순환골재들의 점착력을 증대시키는 유화아스팔트 투입단계;
    제1순환골재에 재생첨가제와 유화아스팔트가 분산도포되어 있는 상태에서 선별된 제2순환골재를 투입하여 교반 분산시키는 제2순환골재 투입단계;
    선별된 제3순환골재를 투입하여 공극을 채우는 제3순환골재 투입단계; 및,
    투입성분들이 완전히 분산되도록 교반 후 마무리하는 교반 완료단계;를 포함하고, 최종 조성물은 제1순환골재 60-70중량%, 제2순환골재 10-20중량%, 제3순환골재 5-10중량%, 유화아스팔트 2.5-3.5중량%, 재생첨가제 0.5-1.0중량% 및 나머지 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법.
    (여기에서, 제1순환골재는 입도 13mm 이하로 KSF 2572을 만족하는 골재이고, 제2순환골재는 입도 5-13mm로서 KSF 2573을 만족하는 골재이고, 제3순환골재는 입도 2mm 이하로서 KSF 2573을 만족하는 골재임)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생첨가제 투입단계에서 첨가되는 재생첨가제는 아크릴산 에틸에스테르(Acrylic acid ethylester)와, 카본블랙과, 폴리비닐아세테이트와, 지방산 아민이 2:1:2:1의 중량비로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반 완료단계에서, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 100중량부에 대해 디메틸올프로피온산 5중량부와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10중량부와, 폴리부텐 5중량부로 이루어진 첨가제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 제조방법.
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