KR20230011027A - 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물 - Google Patents

결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 도로 상의 결빙으로 인한 차량의 안전사고를 최소화시킬 수 있는 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물은, 도로 표면에 포장될 경우, 폐태양광 패널의 실리콘 분말이 포함하고 있어 물분자 간에 형성된 수소 결합력을 약화시키게 되고, 도로 표면 상의 물 또는 얼음은 미리 소수성의 물질이 포함된 도로표면과 약한 결합력을 가지게 되므로 도로 상의 쌓인 눈이나 고인 물이 결빙되는 것을 방지해주고 결빙되더라도 단단한 얼음층으로 결빙이 되지 않도록 할 수 있으므로 차량이 도로에서 통행 시 안전사고의 위험이 급감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물은, 폐태양광 패널을 폐기하지 않고 분쇄하여 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 포함시켜 결빙 방지능이 개선된 도로를 포장할 수 있으므로 폐기물량을 감소시키면서 동시에 재활용함으로써 환경문제를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물{ASPHALT CONCRETE COMPOSITION HAVING IMPROVED FREEZING PREVENTION CAPABILITY}
본 발명은 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 도로 상의 결빙으로 인한 차량의 안전사고를 최소화시킬 수 있는 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
아스팔트 콘크리트 조성물은 차량이 통행하는 도로를 포장하는 재료로 사용된다. 아스팔트 콘크리트 조성물은, 차들이 통행하는 도로가 가져야 하는 물성, 예를 들어 접착성, 신장성, 흡투수성 및 내후성 등이 우수하여, 도로 포장용으로 많이 사용되고 있다. 도로 포장용 아스팔트 조성물이 도로에 포장된 경우에는 위 물성들이 잘 유지되어야 차량들이 장기간 통행할 수 있다. 특히, 도 1과 같이, 겨울철에 눈이 오거나 비가 온 후 영하의 기온으로 낮아지는 경우 도로포장 상면에 고인 물이 얼어 얼음층이 발생하게 될 수도 있다. 이 얼음층으로 인하여 도로를 주행하는 차량이 미끄러지게 되어 측면의 차량과의 충돌사고, 멈춰지지 않아 도로기물에 부딪히는 충돌사고 등을 포함하는 안전사고의 위험이 증가한다.
그러나 일반적인 아스팔트 콘크리트 혼합 조성물이 도로 표면에 포장되어 있는 경우, 상기 일반적인 아스팔트 콘크리트 혼합 조성물은 친수성을 갖는 성분을 포함하고 있고, 이로 인하여 겨울철 눈이 쌓인 후에 눈 입자가 도로 표면과 접촉되어 나란하게 배열되며(도 1의 왼쪽 참조), 이는 시간이 지나면서 압밀효과, 즉, 눈이 차량이 통행하면서 서서히 압축되는 효과에 의해 단단한 얼음층으로 변화될 수 있어(도 1의 오른쪽 참조), 이 구간을 통행하는 차량들이 미끄러질 수 있는 위험성이 높은 문제점을 유발할 수 있다.
특허문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-1654614호
본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 기온이 낮은 겨울철에도 포장면 표면에 쌓인 눈이나 고인 물이 결빙되지 않도록 하거나 단단한 얼음층으로 결빙이 되지 않도록 할 수 있는 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은, 상기 언급한 과제 해결을 위하여, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물은, 폐태양광 전지의 실리콘 패널을 입도 0.1㎛ 내지 1,000㎛로 분쇄한 실리콘 분말 및 아스팔트를 포함하며, 상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 10 중량부 내지 100 중량부로 포함되는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 50 중량부 내지 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 내에 포함된 혼합물과 외부로부터 접촉하는 물 분자간의 수소 결합력을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 혼합물은, 골재 및 채움재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 골재는, 굵은 골재 및 잔골재를 포함하고, 상기 잔골재는 1㎜ 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 골재는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 600 중량부 내지 1,000 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 채움재는, 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회 및 회수더스트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 채움재는 수분 함량이 1.0％ 이하인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 채움재는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 1,000 중량부 내지 1,500 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물은, 혼합 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 혼합 첨가제는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 각각 45 중량부 내지 65 중량부의 제 1 첨가제 및 125 중량부 내지 145 중량부의 제 2 첨가제를 혼합하여 포함하고, 상기 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제의 혼합 비율은, 1:2 내지 1:3인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 1 첨가제는, 전체 제 1 첨가제 100 중량부 대비 고체역청 40 중량부 내지 60 중량부, 폐타이어 분말(Crumb Rubber Modifier, CRM) 15 중량부 내지 25 중량부, C9 수지 15 중량부 내지 25 중량부 및 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS) 5 중량부 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 2 첨가제는, 전체 제 2 첨가제 100 중량부 대비 탄산칼슘 55 중량부 내지 75 중량부 및 자철광 25 중량부 내지 45 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물은, 도로 표면에 포장될 경우, 폐태양광 패널의 실리콘 분말이 포함하고 있어 물분자 간에 형성된 수소결합력을 약화시키게 되고, 도로 표면 상의 물 또는 얼음은 미리 소수성의 물질이 포함된 도로표면과 약한 결합력을 가지게 되므로 도로 상의 쌓인 눈이나 고인 물이 결빙되는 것을 방지해주고 결빙되더라도 단단한 얼음층으로 결빙이 되지 않도록 할 수 있으므로 차량이 도로에서 통행 시 안전사고의 위험이 급감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐태양광 패널을 폐기하지 않고 분쇄하여 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 포함시켜 결빙 방지능이 개선된 도로를 포장할 수 있으므로 폐기물량을 감소시키면서 동시에 재활용함으로써 환경문제를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 기존 기술에 따른 포장면의 표면에서 결빙이 되는 과정을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 포장한 도로 표면에서 결빙이 되는 과정을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물의 결빙 실험을 위한 냉동 실험 기기를 나타낸 도이다.
도 4는, 도 3의 냉동 실험 기기 내에서 냉동되고 있는 샘플들의 사진을 나타낸 도이다.
도 5는, 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 6은 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 7은, 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 12시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 8은, 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 12시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 9는, 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 24시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 10은, 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 24시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 11은, 실시예 3에 대한 분무되는 물(미스트) 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간, 18시간 및 36시간이 각각 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 12는, 비교예 1에 대한 분무되는 물(미스트) 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간, 18시간 및 36시간이 각각 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 아스팔트 혼합물에 관하여 상세히 설명하나, 상기 아스팔트 혼합물의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하 본 발명의 바람직한 제조예 또는 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀 둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명은 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 잔골재, 채움재, 석회석분, 아스팔트, 제1첨가제 및 제2첨가제를 포함할 수 있고, 제1첨가제는 고체역청, CRM, C9수지 및 SBS를 포함하며, 제2첨가제는 탄산칼슘, 자광철을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 내에 포함된 혼합물은 골재 및 채움재를 포함할 수 있다. 골재는 굵은 골재 및 잔골재를 포함하고, 잔골재는 1㎜ 내지 20㎜일 수 있다. 골재는 아스팔트 100 중량부 대비 600 중량부 내지 1,000 중량부로 포함할 수 있다.
골재는 모래, 자갈, 현무암, 오석, 바잘트, 기타 이와 유사한 재료를 일컫는다. 골재에 포함되는 잔골재 및 굵은 골재의 혼합량은 특정되어 제한되지 않으므로 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
잔골재의 경우 10㎜ 크기의 체를 통과하는 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 골재의 입도가 20㎜를 초과할 경우 아스팔트 콘크리트를 형성하는 아스팔트의 코팅 피막이 쉽게 벗겨질 수 있으며, 도로 포장 시 다짐공정을 제대로 수행할 수 없게 되고, 8㎜ 미만의 크기를 가지는 체를 통과한 잔골재를 사용하게 될 경우 입도가 큰 골재와의 입도 차이가 커 아스팔트 콘크리트 시공 후 박리현상 또는 크랙이 발생될 수 있다.
채움재는 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회 및 회수더스트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 채움재는 수분 함량이 1.0％ 이하일 수 있다.
채움재는 특정적으로 잔골재와 굵은 골재들 사이의 공극에 충진되어 방수성 등을 향상시키기 위한 것으로서 통상적으로 사용하는 채움재라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
채움재는 석분 미분말, 석회석 미분말, 모래 미분말, 자갈 미분말, 현무암 미분말, 오석 미분말, 바잘트 미분말 또는 기타 이와 유사한 재료를 일컫는다.
채움재는 일반적으로 아스팔트 콘크리트 조성물에 사용되는 KS F 3501(아스팔트 포장용 채움재)의 포장용 채움재 규정에 맞는 재료이면 한정되지 않고 사용 가능하나, 바람직하게는 0.6㎜ 이하의 크기를 가지는 골재를 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 채움재는 아스팔트 100 중량부 대비 1,000 중량부 내지 1,500 중량부로 포함될 수 있다. 상기 채움재의 함량이 아스팔트 100 중량부를 기준으로 1,000 중량부 미만일 경우 잔골재 사이의 공극을 충분히 채워주지 못해, 아스팔트 콘크리트의 밀도가 감소될 수 있고, 이에 따라 균일 발생될 수 있다. 또한, 채움재의 함량이 아스팔트 100 중량부를 기준으로 1,500 중량부를 초과할 경우 함량 초과에 따른 이익이 없어 경제성이 저하될 수 있다.
채움재는 소석회일 수 있는데, 주요 목적은 박리 저감이다. 소석회는 수분에 대한 민감성을 감소시켜 아스팔트와 골재의 박리를 저감시키며, 아스팔트의 산화를 감소시켜 노화를 낮춰주고, 아스팔트의 강성을 다소 증가시켜 소성변형을 낮춰주며, 미세균열의 진전속도를 감소시켜 균열 저항성이 증가되도록 하고, 소석회 또는 소석회 혼합 석회석분의 일반적인 사용방법은 전용의 사일로에 저장하고, 이송 및 계량 후 아스팔트 플랜트 믹서에 투입하는 방법이다. 다만, 전용의 사일로가 없으면 1배치 중량으로 계량하여 10℃ 이상의 고온에서 용해되는 백에 저장하여 믹서에 직접 투입할 수 있다. 소석회 또는 소석회 혼합 석회석분은 골재의 표면에 충분히 코팅되어야 박리방지 효과가 발현되므로 아스팔트 플랜트의 믹서에 투입 후 건식혼합 시간을 5초 이상 확보하여야 한다. 즉, 소석회 투입 후 5초 이상 골재와 혼합한 이후 아스팔트를 분사하여야 한다.
아스팔트 콘크리트 조성물은, 혼합 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 혼합 첨가제는 아스팔트 100 중량부 대비 각각 45 중량부 내지 65 중량부의 제 1 첨가제 및 125 중량부 내지 145 중량부의 제 2 첨가제를 혼합하여 포함하고, 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제의 혼합 비율은, 1:2 내지 1:3일 수 있다.
제 1 첨가제는 전체 제 1 첨가제 100 중량부 대비 고체역청 40 중량부 내지 60 중량부, 폐타이어 분말(Crumb Rubber Modifier, CRM) 15 중량부 내지 25 중량부, C9 수지 15 중량부 내지 25 중량부 및 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS) 5 중량부 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
고체역청은 액체의 석유로부터 휘발성 성분이 증발하고, 불휘발성 성분이 남아 농축, 산화, 축중합 등의 복잡한 화학변화를 받아 만들어진 생성물이다. 고체역청은 변성의 진행도에 따라 고분자로 되고, 고정 탄소량이 증가하며, 용융 및 용해도가 감소하는 특징을 가진다. 고체역청은 주로 아스팔트의 주재료로 사용된다.
폐타이어 분말(Crumb Rubber Modifier, CRM)은 입도가 2㎜ 이하가 되도록 분쇄되는 것이 바람직하다. CRM(Crumb Rubber Modifier)은 재생고무, 폐타이어 재생 고무 분말로 고온으로 가열한 아스팔트에 폐타이어 분말(CRM)을 혼합(10 내지 20％)하고 교반/양생하여 고무분말의 팽창을 유도하여 물리적 성질을 개선할 수 있다.
C9 수지는 고접착성을 제공하기 재료이다. C9 수지는 방향족계 C9 석유수지로, 납사 열분해 공정에서 발생되는 방향족계 올레핀의 중합을 통해 얻어지는 연노란색의 열가소성 수지이다. C9resin은 주로 타이어, 튜브 등 고무 배합의가공 보조제로 사용되며 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 타입의 열용융형 접착제(HMA), 잉크제품의 첨가제, 페인트 첨가제, 방수제, 콘크리트 양생제 및 아스팔트 바인더로 사용된다.
필요한 경우, 상기 C9 수지를 대신하여 지방족 C5석유 수지를 사용할 수도 있다. C5석유 수지와 C9 수지 중 어느 것을 사용하여도 무방하나 바람직하게는 방향족 석유 수지, 지방족 석유 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 특히 바람직하게는 용융온도가 100℃이상이고 침입도가 3dmm이하, 140℃에서 점도(이하 140℃ 점도)가 50 내지 500cps인 석유수지가 적합하지만, 추천하기로는 용융온도가 110℃ 내지 140℃이고 침입도가 0.5 내지 2dmm, 140℃ 점도가 50 내지 300cps인 석유수지가 좋지만, 점도가 100 내지 150cps인 지방족 C5석유 수지를 사용할 수 있다.
여기서, SBS(styrene-butadiene-styrene)은 일반 아스팔트에 열가소성 폴리머 인 SBS를 물리, 화학적으로 결합시켜 탄성 회복력과 박리저항성을 향상시킬 수 있다. 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS)은 스티렌과 부타디엔을 기본으로 하는 블록 공중합체로서 고무와 같은 탄성을 가지고 있고, 대부분의 고무가 가교로 인하여 성형이 용이하지 않은데 반하여 열가소성 고무로 재성형이 가능한 특징을 갖고 있어 폴리스티렌의 Tg온도 이상 가열하면 도메인은 연화하고 전단력을 가지며 유동할 수 있다.
제 2 첨가제는, 전체 제 2 첨가제 100 중량부 대비 탄산칼슘 55 중량부 내지 75 중량부 및 자철광 25 중량부 내지 45 중량부를 포함할 수 있다.
첨가제는 본 발명의 아스팔트 혼합물을 혼화 시 작업성을 향상시키고, 아스팔트 콘크리트의 Marshall 안정도, 간접 인장강도 및 동탄성 계수 등의 강도를 향상시키거나 시공 후, 도로포장의 소성변형, 피로, 포트홀 또는 온도 균열 등의 파손으로 도로의 내구연한이 증가시킬 수 있다. 첨가제에 아스팔트 혼합물의 유동성을 향상시켜 도로포장 작업 시 작업성, 부착성이 우수하고, 내구성을 향상시키기 위하여 유화제를 더 포함할 수 있는데, 개질첨가제가 전체 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.1 중량부로 포함될 수도 있다. 유화제는 폴리실란, 시클로펜타실란, 실릴시클로펜타실란, 실란 트리올, 알콕시 실란, 및 에폭시 실란 올리고머로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상의 실란계 화합물을 포함할 수 있으며, 중량평균 분자량은 5,000 내지 15,000 범위일 수 있다.
아스팔트는 전체 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 4 내지 5 중량부를 포함될 수 있으며, 잔골재와 채움재 간의 크랙 및 공극 사이에 침투하여 바인더 역할을 한다. 아스팔트가 아스팔트 콘크리트 조성물에 포함될 경우 잔골재와 채움재의 표면에 충분히 코팅되고, 이로 인하여 도로포장 후 표면강도를 향상시켜 내구연한을 증가시킬 수 있다.
아스팔트는 당업계에서 통상적으로 사용되는 석유계 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물을 사용할 수 있다.
아스팔트는 스트레이트(straight) 아스팔트, 트리니다드레이크(Trinidad lake) 아스팔트, 트리니다드에퓨레(Trinidad epure) 아스팔트 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 침입도 20 내지 40의 스트레이트 아스팔트와 천연 아스팔트, 즉, 트리니다드레이크 아스팔트 및/또는 트리니다드에퓨레 아스팔트 혼합물을 사용할 수 있고, 침입도 20 내지 40의 스트레이트 아스팔트 70 내지 80 중량％ 및 트리니다드레이크 아스팔트 또는 트리니다드에퓨레 아스팔트로 이루어진 천연 아스팔트 20 내지 30 중량％를 혼합한 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
스트레이트 아스팔트(straight asphalt)는 석유 아스팔트로 원료를 건류 또는 증류한 잔류물을 정제한 통상의 아스팔트로, 특히 침입도가 20 내지 40인 것이 도로에 시공 시 용이하다. 스트레이트 아스팔트는 아스팔트 혼합물에 70 내지 80 중량％로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 70 중량％ 미만일 경우에는 아스팔트 포장 후 굳는데 오랜 시간이 소요될 수 있고, 연화점이 낮아질 수 있으며, 80 중량％를 초과할 경우에는 유동성이 저하될 수 있다.
트리니다드레이크 아스팔트 및/또는 트리니다드에퓨레 아스팔트 혼합물은 아스팔트 콘크리트 조성물의 유동성 개선과 더불어 변형저항, 미끄럼저항 및 마찰저항 등을 증가시킬 수 있다. 트리니다드레이크 아스팔트 및/또는 트리니다드에퓨레 아스팔트 혼합물은 아스팔트 혼합물에 20 내지 30 중량％로 포함될 수 있으며, 그 함량이 20 중량％ 미 만일 경우에는 유동성, 변형저항, 미끄럼저항 및 마찰저항의 개선효과가 미미하며, 30 중량％를 초과할 경우에는 아스팔트가 연질화되고 연화점이 낮아질 수 있다.
여기에 아스팔트 혼합물은 폐태양광 전지의 실리콘 패널을 입도 0.1㎛ 내지 1,000㎛로 분쇄한 실리콘 분말과 아스팔트를 포함하며, 분쇄된 실리콘 분말은 아스팔트 100 중량부 대비 10 중량부 내지 100 중량부로 포함하여 이루어진다. 실리콘 분말은 아스팔트 100 중량부 대비 50 중량부 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 실리콘 분말은 아스팔트 콘크리트 조성물 내에 포함된 혼합물과 외부로부터 접촉하는 물 분자간의 수소 결합력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 전술한 범위, 즉 실리콘 분말이 아스팔트 100 중량부 대비 10 중량부 미만으로 포함하게 되면 본 발명에 따른 수소 결합력 약화에 의한 포장된 도로 표면의 결빙 방지능이 약화될 수 있고, 실리콘 분말이 아스팔트 100 중량부 대비 100 중량부 초과로 포함하게 되면 아스팔트 포장 도로의 점착성을 약화시켜 아스팔트 도로의 장점이 사라질 수 있다.
실리콘 분말은 태양전지 단결정 또는 다결정 실리콘 분말로 수명을 다한 태양전지 판넬을 대량으로 폐기 시 재활용하는 것으로, 분쇄하여 사용할 수 있다. 태양광 전지의 수명은 보통 원래 제조될 당시 성능의 70％ 이하로 떨어지면 효율성 대비 경제성이 낮은 것으로 평가하여 폐기하게 되는데 효율만 떨어질 뿐이지 전기의 생산 기능은 그대로 유지된다. 아스팔트 도로가 열과 광에 의한 전기 기전력을 형성할 수 있으며 눈이 내릴 때 도로에 퍼진 먼지에 포함된 염분들과 결합하여 전기적인 통전이 약하게 일어난다. 이를 보다 원활하게 하기 위하여 자철광과 산화철 등이 포함된 재료로 미량 포함될 수 있다. 이러한 현상으로 궁극적으로 물분자 간에 형성된 수소 결합력을 약화시키게 되고, 도로 표면에 쌓은 물 또는 얼음은 미리 소수성의 물질이 포함된 도로표면과 약한 결합력을 가지게 되므로 결빙 효과의 억제가 높아진다.
상기 폐태양광 패널의 실리콘 분말의 입도는 50㎛ 내지 300㎛인 것이 결빙 방지 효율을 향상시키는데 바람직하다.
상기의 첨가제들은 탄산염, 규산염을 포함하는 무기염, 소수성 오일 및 왁스류, 자철광과 산화철을 포함하는 군으로부터 1종 이상을 필요에 따라 적절하게 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 이용한 포장면의 표면 예시도이다.
좌측의 그림을 참조하면, 아스팔트를 포장하는 아스팔트 콘크리트 조성물에 소수성이 형성되는 재료(폐태양광 전지의 실리콘 패널을 분쇄한 실리콘 분말)를 첨가하여 도로의 표면에 물 분자간 결합력을 약화시킬 수 있는 소수성질을 갖는 포장면이 형성되며, 얼음의 성장이 방해된다.
여기서, 폐태양전지 단 또는 다결정 실리콘 분말은 수명을 다한 폐태양전지 판넬을 대량으로 폐기 시 재활용함으로써 환경문제를 해결할 수 있고, 폐태양전지를 아스팔트 콘크리트 혼합물로 사용하여 결빙 방지능을 개선한 기능성 아스팔트 포장재로 사용할 수 있다.
결빙 방지 원리는 폐태양전지 판넬과 함께 물 분자간의 결합력인 수소 결합력을 약화시키는 위해 폐태양전지의 실리콘 패널의 실리콘 분말을 아스팔트 혼합 원료로 사용하여 결빙 방지 효과를 가지는 아스팔트 콘크리트 포장재를 만들 수 있다.
또한, 태양광 전지의 수명은 보통 원래 제조될 당시 성능의 70％ 이하로 떨어지면 효율성 대비 경제성이 낮은 것으로 평가하여 폐기하게 되는데 효율만 떨어질 뿐이지 전기의 생산 기능은 그대로 유지된다. 그러므로 30％ 정도 수명이 남아있는 폐태양전지를 아스팔트 콘크리트 조성물에 혼합하면 아스팔트 도로가 열과 광에 의한 전기 기전력을 형성할 수 있으며 눈이 내릴 때 도로에 퍼진 먼지에 포함된 염분들과 결합하여 전기적인 통전이 약하게 일어나게 하여 아스팔트 포장재 상의 물이 단단하게 얼지 않도록 할 수 있다. 이를 보다 원활하게 하기 위하여 자철광과 산화철 등이 미량 포함될 수 있다.
결과적으로 물분자 간에 형성된 수소 결합력을 약화시키게 되고, 도로 표면에 쌓은 물 또는 얼음은 미리 소수성의 물질이 포함된 도로표면과 약한 결합력을 가지게 되므로 결빙 방지 효과가 향상된다.
우측의 그림을 참조하면, 시간이 지나면서 내부 공극의 공간이 커지면서 내부의 물이 대기중으로 방출되는데 이때 주로 승화에 의한 수증기가 대기중으로 방출되면서 설빙이 약해지고, 작아지게 되어 아스팔트 포장재 상의 결빙 방지 효과는 더욱 증대되게 된다.
이하, 본 발명을 구체적인 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실험예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실험예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예] 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조
본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 조성물의 결빙 방지능에 대한 효과 실험을 하기 위하여, 아래 [표 1]과 같은 조성으로 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조하였다. 특히, 아래 [표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 폐태양광 판
구체적으로, 도로의 표면을 정리하는 단계; 아스팔트 100 중량부 대비 골재 600 중량부 내지 1,000 중량부, 채움재 대비 1,000 중량부 내지 1,500 중량부, 실리콘분말 10 중량부 내지 100 중량부, 제1첨가제 45 중량부 내지 65 중량부 및 첨가제 2125 중량부 내지 145 중량부를 포함하는 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 혼합하는 단계; 혼합단계가 종료된 후 이동수단을 이용하여 상기 혼합된 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물을 이송하는 단계; 정리단계가 종료된 도로의 표면에 타설하는 단계; 타설 단계가 종료된 후 균일한 표면이 이루어지고 단단한 강도를 갖도록 하는 다짐 단계; 이후 양생단계의 일련의 과정을 거쳐 제조하였다.
특히, 폐태양광 판넬 중 태양전지판을 얻기 위하여, 폐태양광 판넬의 앞부분의 다층 코팅막 및 뒷면 판넬과의 접착된 접착제를 제거를 위한 유기용제 및 열을 사용하였으며, 이를 제거한후 실리콘 기반 태양광 소재, 즉 태양전지판을 입도별로 가공하기 위해 암석을 분쇄하기 위한 분쇄장치를 사용하여 입도를 조절하는 과정을 통하여 준비하여 혼합하였으며, 상기 폐태양광 판넬의 실리콘 분말 아래 [표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 다른 사이즈로 준비하여 혼합하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
아스팔트 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
골재 600 700 800 900 1,000 600 500 800 1,100 1,000
채움재 1,000 1,100 1,250 1,400 1,500 1,000 900 1,250 1,600 1,500
폐태양광
판넬 실리콘
분말
(㎛)		 0.1 0 5 10 15 20 0 5 30 15 20
1 0 5 12.5 15 20 0 5 0 15 20
10 10 10 10 15 20 8 10 0 15 25
100 0 5 12.5 15 20 0 5 0 15 20
1,000 0 5 10 15 20 0 5 30 15 20
제1첨가제 45 50 55 60 65 45 50 80 60 65
제2첨가제 125 130 135 140 145 125 130 80 140 145
단위 : g
여기서, 제1첨가제 및 제2첨가제는 각각 하기 [표 2] 및 [표 3]과 같은 조성으로 제조하였다.
구분 포함 함량(g)
고체역청 86
CRM 35
C9 수지 35
SBS 17
구분 포함 함량(g)
탄산칼슘 288
자철광(50㎛) 142
본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 조성물의 결빙 방지능에 대한 효과 실험을 하기 위하여, 상기 제조된 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 아스팔트 콘크리트 조성물을 샘플로 제조한 후, 아래와 같은 실험을 진행하였다. 이 경우, 결빙을 유도하기 위하여 도 3에 도시된 냉동 실험 기기를 사용하였다. 참고로, 도 4는, 도 3의 냉동 실험 기기 내에서 냉동되고 있는 샘플들의 사진을 나타낸 도이다.
[실험예 1] 고인물 결빙 억제능 확인 실험
실험 조건은 상기 제조예에서 제조된 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 아스팔트 콘크리트 조성물 샘플을 그릇에 담아 그 위에 물을 고이게 한 후, 냉동 실험 기기에 넣고 영하 8℃ 상태에서 유지하면서 시간대별로 결빙되는지 여부를 육안으로 확인하였다.
실험 결과, 냉동 실험 기기에 넣은 상태에서 1시간 후에도 실시예 1 내지 5의 샘플들에는 결빙이 되지 않았음을 확인하였고, 비교예 1 내지 5의 샘플들에는 냉동 실험 30분 후부터 결빙이 발생하는 것을 확인하였다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 조성물의 결빙 방지능을 확인하기 위하여, 실시예 샘플 중 폐태양광 판넬 실리콘 분말을 중간 범위의 함량으로 포함하는 실시예 3의 샘플 및 비교예 샘플 중 상기 폐태양광 판넬 실리콘 분말을 매우 낮은 함량으로 포함하고 있는 비교예 1의 샘플을 대표하여 비교하였다.
도 5는 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이고, 도 6은 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 5 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 영하 8℃ 상태에서 실험 후 1시간이 경과된 상황에서도 실시예 3의 샘플상에 고인물은 얼지 않는 반면 비교예 1의 샘플상에 고인물은 얼어 있는 것이 확인하였다.
도 7는 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 12시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이고, 도 8은 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 12시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 7 및 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 영하 8℃ 상태에서 실험 후 12시간이 경과된 상황에서도 실시예 3의 샘플상에 고인물은 얼지 않는 반면 비교예 1의 샘플상에 고인물은 더 많이 얼어 있는 것을 확인하였다.
도 9는 실시예 3에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 24시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이고, 도 10은 비교예 1에 대한 고인물 결빙 억제능 확인 실험 후 24시간이 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 9 및 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 영하 8℃ 상태에서 실험 후 24시간이 경과된 상황에서도 실시예 3의 샘플상에 고인물은 살짝 얼어 있는 반면 비교예 1의 샘플상에 고인물은 매우 많이 얼어서 얼음들이 많이 생겨있음을 확인하였다.
실험예 1 및 도 5 내지 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 영하 8℃ 상태에서 실험 후 24시간 후까지 관찰한 결과, 본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 조성물의 고인물에 대한 결빙 방지능이 매우 높다는 점을 알 수 있다.
[실험예 2] 분무되는 물(미스트) 결빙 억제능 확인 실험
실험 조건은 상기 제조예에서 제조된 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 아스팔트 콘크리트 조성물 샘플을 그릇에 담아 그 위에 충분히 덮힐 정도로 시간대별로 물을 분무하고 냉동 실험 기기에 넣어 영하 8℃ 상태를 유지해 가면서, 시간대별로 결빙되는지 여부를 육안으로 확인하였다.
도 11은, 실시예 3에 대한 분무되는 물(미스트) 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간, 18시간 및 36시간이 각각 경과한 상태에서의 샘플 사진이고, 도 12는 비교예 1에 대한 분무되는 물(미스트) 결빙 억제능 확인 실험 후 1시간, 18시간 및 36시간이 각각 경과한 상태에서의 샘플 사진이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 조성물 샘플(실시예 3)은 36시간이 경과할 때 까지 분무되는 물(미스트)에 대한 표면의 소수성을 부여하면서 물과의 수소 결합력을 약화시켜 표면에 잘 붙지 않도록 함으로써, 결빙을 효율적으로 방지할 수 있는 반면, 비교예 1의 샘플은, 분무되는 물(미스트)에도 시간에 따라 계속 얼음 결정이 형성되어, 도로 표면의 결빙 가능성이 높으므로 위험성이 높아질 수 있다는 점을 확인하였다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 아스팔트 콘크리트 조성물은, 폐태양광 전지의 실리콘 패널을 입도 0.1㎛ 내지 1,000㎛로 분쇄한 실리콘 분말 및 아스팔트를 포함하며,
    상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 10 중량부 내지 100 중량부로 포함되는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 50 중량부 내지 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 분말은, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물 내에 포함된 혼합물과 외부로부터 접촉하는 물 분자간의 수소 결합력을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합물은, 골재 및 채움재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 골재는, 굵은 골재 및 잔골재를 포함하고, 상기 잔골재는 1㎜ 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 골재는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 600 중량부 내지 1,000 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 채움재는, 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회 및 회수더스트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 채움재는 수분 함량이 1.0％ 이하인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 채움재는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 1,000 중량부 내지 1,500 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 아스팔트 콘크리트 조성물은, 혼합 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합 첨가제는, 상기 아스팔트 100 중량부 대비 각각 45 중량부 내지 65 중량부의 제 1 첨가제 및 125 중량부 내지 145 중량부의 제 2 첨가제를 혼합하여 포함하고, 상기 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제의 혼합 비율은, 1:2 내지 1:3인 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 첨가제는, 전체 제 1 첨가제 100 중량부 대비 고체역청 40 중량부 내지 60 중량부, 폐타이어 분말(Crumb Rubber Modifier, CRM) 15 중량부 내지 25 중량부, C9 수지 15 중량부 내지 25 중량부 및 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS) 5 중량부 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 첨가제는, 전체 제 2 첨가제 100 중량부 대비 탄산칼슘 55 중량부 내지 75 중량부 및 자철광 25 중량부 내지 45 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 결빙 방지능이 개선된 아스팔트 콘크리트 조성물.
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