KR100210163B1 - 도로보수용 상온아스콘 포장재료 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상온에서 시공할 수 있는 도로보수용 상온 아스콘 포장재료 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 좀더 구체적으로는 아스팔트 포장도로 및 시멘트 콘크리트 포장도로의 기층 및 표층파손을 보수 시공할 수 있도록 개발된 비가열형 아스팔트 역청혼합물, 즉, 상온 아스콘 포장재료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 상온 아스콘 포장재료는 스트레이트 아스팔트 6092중량, 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.526.5 중량, SBS 함유 아스팔트 개질재 0.22.2 중량, 섬유폐슬러지 0.15.0 중량

Description

도로보수용 상온아스콘 포장재료 및 그의 제조방법

제1도는 아스팔트 혼합재량에 따른 마샬(Marshall) 안정도 변화를 나타내는 그래프이다.

제2도는 수침시간에 따른 잔류안정도(내수성 시험) 변화를 나타내는 그래프이다.

제3도는 공시체 탈형 후 경과일수에 따른 마샬 안정도(내구성 시험) 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 상온에서 시공할 수 있는 도로보수용 상온 아스콘 포장재료 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 아스팔트 포장도로 및 시멘트 콘크리트 포장도로의 기층 및 표층 파손을 보수하고자 할 경우 간단하고 경제적인 방법으로 포설 및 보수할 수 있도록 개발된 개질아스팔트 콘크리트 혼합물로서 외부환경변화 및 계절의 변화(영하 20 영상 40)에 관계없이 적기적소에 쉽게 포설 및 보수가 가능하도록 개발된 비가열형 아스팔트 역청 혼합물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

포장된 도로는 시공 후 빈번한 차량통행과 기후 및 환경의 변화로 인해 시간이 지남에 따라 노후 파손되어 가기 때문에 파손부위에 대한 부분적인 보수(소파보수 등)를 적정한 시기에 조치하여야 하며 그렇지 못할 경우 대규모의 보수가 실시되고 종국에 가서는 재포장을 하여야 하므로 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 이와 같이 포장된 도로는 유지관리를 어떻게 하느냐에 따라 그의 수명주기가 달라질 수 있으며, 결국 포장의 수명주기동안 적절한 보수시기와 보수공법을 선정하는 것이 매우 중요하다.

최근, 국내도로 여건은 급격한 차량증가와 더불어 30톤 이상되는 대형차량 및 과적 차량의 통행이 증가됨에 따라 그 보수시기가 점점 빨라져가고 있으며 보수부위 또한 다발적으로 발생하고 있는 실정이다.

종래에 도로보수 시 사용하던 역청 혼합물은 KS F 2349 공법에 따라서 가열혼합 및 가열포설과 같은 공정을 수행할 시 역청포장용 혼합물기준에 적합한 가열형 아스팔트 콘크리트 혼합물로서, 이 혼합물은 쇄석 및 자갈, 잔골재 등을 170180℃ 고온으로 가열건조 시킨 다음 이 건조물에 140150로 가열한 스트레이트 아스팔트를 결합재로서 적정량 가하고 이들을 고온에서 혼합함으로써 제조되었다.

그러나, 이러한 방법으로 제조된 가열 역청혼합물은 아스팔트 특성상 온도가 내려가면 결합재의 점성이 급격히 증대하여 덩어리로 되므로 포설 및 보수작업이 곤란하였다. 이를 방지하기 위해서는 상기 역청 혼합물을 130140로 유지하면서 제한시간 내에 포장해야만 하는 불편이 야기되었으며, 또한 장거리 수송이 어려울 뿐만 아니라 겨울철 공사 시에는 재료분리가 일어날 우려가 있으며, 특히 소규모의 공사일 경우에는 상온시공방법에 비해 경제적 손실이 크다는 단점이 있다.

상기 언급한 바와 같은 가열 역청혼합물을 도로 보수용으로 사용할 때 발생되는 여러 가지 문제점을 해결하고자 다음과 같은 아스콘의 제조방법이 제안되었다.

일본 특허 공고공보 제 81-40172 호에는 전로 슬래그 및 골재를 520의 수용성 탄산염 또는 수용성 황산염 수용액에 0.310 중량로 미리 습윤시킨 후 소석회를 25 중량가하여 전처리한 다음, 여기에 스트레이트 아스팔트의 비율을 기준으로 유기용재 1050 용적를 커트백시킨 후 유지류 0.510 중량첨가하고, 수득한 커트백 아스팔트 혼합물을 골재의 비율을 기준으로 5.56.0가함으로써 제조한 상온아스콘이 제시되어 있다. 그러나, 이 방법으로 제조한 상온아스콘 조성물은 초기 강도 발현 및 내구성이 우수하지만 장기 보관성이 미흡한 단점이 있다.

일본 특허 공고 공보 제 90-84465 호는 침입도가 40-100인 스트레이트 아스팔트 100 중량에 입경이 110인 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘계 골재를 아스팔트 중량비 56배, 카르복실기 또는 카르복실기에서 유도되는 기를 가지는 융점 90120의 화합물을 고온하에서 혼합하고, 이 혼합물을 100이하로 냉각한 후, 등유 1100 부를 혼합함으로써 제조된 아스콘을 기술하고 있으나, 이러한 아스콘은 보수된 도로 위를 차량이나 사람들이 통과할 때 그 보수재가 차량바퀴 및 발바닥에 묻어서 떨어져나가게 되는 문제점이 있어 보수재위에 별도로 물을 뿌리거나 모래 및 석분을 뿌려야 되는 불편함이 있다.

대한민국 특허 공개 공보 제 93-23422 호에는 스트레이트 아스팔트 3.55.5 중량, 경유 0.10.4 중량및 고분자 경화제 0,22.2 중량로 구성된 아스팔트 경화제를 제조한 후, 이 경화제에 쇄석 및 석분을 첨가하여 교반, 혼합하는 것으로 이루어진 상온 아스콘의 제조방법이 기재되어 있으나 이 아스콘의 제조시 사용된 고분자 경화제의 인화점이 54.4로 매우 낮아 혼합작업 도중 화재의 위험성이 있고 고분자 경화제 값이 고가이며 특히 초기강도발현을 위해 고분자 경화제를 과량 투입시 저장성이 떨어지며 포설 후 갈라짐 및 부스러짐이 발생하는 단점들이 있다.

대한민국 특허 공고 공보 제 95-6735 호에 나타난 아스콘의 제조공정에서는 커트백 아스팔트 2330, 도로포장용 타르 5162, 아크릴계 변성부타디엔 중합체 1114, 염화칼륨과 염화암모늄 45를 혼합한 혼합재 4.77.6, 쇄석골재 89.493.3, 및 포틀랜드 시멘트 23를 상온에서 혼합하는 것이 기술되어 있으나, 이 공정단계에서는 시멘트를 원료로 사용시 골재의 흡수율을 0.02이하로 관리해야 될 만큼 골재관리가 극히 까다롭고 혼합 시 대기환경, 특히 습기의 영향에 따라서, 제조된 제품의 품질이 크게 달라질 수 있으므로 제조설비에 따른 품질관리가 까다롭다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 선행기술들의 단점을 해결하면서도 상온에서 혼합한 역청혼합물(Cold-Mix Asphalt Concrete)을 상온(영하 20 영상 40)에서 포설할 수 있는 아스콘 포장재료를 개발하는데 있다. 또한, 본 발명은 상온에서도 별로 점성이 크지 않아 1년 이상 저장하여도 유동성이 양호할 정도로 보관성이 우수하며 4계절 언제 어떤 장소에도 적절한 도로의 보수 및 포설이 가능한 상온 아스콘을 제조하는 방법을 그 목적으로 한다.

이외에도, 본 발명의 목적은 악천후에도 긴급 시공할 수 있고 시공즉시 교통을 개방할 수 있는 상온아스콘을 제조하는데 있으며, 더욱이 최근에는 통상적인 아스콘 혼합플랜트에서 가열 혼합 시 발생되는 매연, 분진 등의 유해 물질들을 억제하여 대기오염에 악영향을 끼치지 않는 아스콘 포장 재료를 개발하는데 있다.

본 발명에서 상온 아스콘이란 상온 혼합, 상온 포설이 가능한 역청 혼합물을 줄여서 표현한 것으로, 가열하지 않은 골재와 유화 아스팔트 또는 커트백 아스팔트를 상온에서 포장 또는 보관할 수 있는 재료를 의미한다.

본 발명은 스트레이트 아스팔트에 화학섬유 생산 시 발생되는 섬유슬러지를 혼합한 후 여기에 폴리우레탄계 고분자 화합물과 아스팔트 개질재를 혼합하여 만든 아스팔트 포장 재료 또는 상온 아스콘 포장재료에 관한 것이다.

본 발명의 상온 아스콘 포장 재료는 스트레이트 아스팔트 60-92 중량, 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.5-26.5 중량, SBS 함유 아스팔트개질제 0.2-2.2 중량및 섬유 폐슬러지 0.1 내지 5.0 중량를 포함한다.

본 발명에서 사용된 섬유 폐슬러지는 폴리에스테르 섬유와 같은 화학섬유 제조시 발생되는 폐슬러지로서 년간 막대한 량이 생성되고 있으나 그 처분에 큰 어려움이 있었다. 따라서, 본 발명의 아스콘 포장 재료를 구성하는 성분중의 하나인 섬유 슬러지는 이러한 폐자원을 재활용함으로써 환경오염을 방지한다.

스트레이트 아스팔트는 원유를 증류시켜 추출한 잔사유를 400이상에서 재열처리 분해시킨 후 감압 증류함으로써 제조한다. 이러한 공정에 의해 제조된 스트레이트 아스팔트는 도로포장용에 적합하며, 특히 초기강도 및 접착력의 중대를 위해 섬유 폐슬러지와 함께 혼합하는데, 이러한 혼합을 위해서는 상기 아스팔트의 침입도가 80-100인 것이 바람직하다.

폴리우레탄계 고분자 화합물은 공기 중의 수분과 반응하여 단단한 고분자 구조체를 형성하는 작용을 한다. 선행기술의 아스팔트 콘크리트 혼합물은 상온에서 장기간 보관하여도 굳지 않는 특성을 가질 수 있도록 단순하게 유제의 희석농도로 경화정도 및 보관성을 조절하였으나 이는 아스팔트 경화 시 유제 등 포설 후 휘발분이라든지 수분의 증발이탈에 의해 단순히 굳어지는 유형들이므로 이러한 형태의 혼합물은 포설 초기에 지나치게 부드러워 포장초기의 안정성이 결여됨은 물론 내구성이 약한 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 상기 폴리우레탄계 고분자 화합물을 본 발명의 아스콘 포장재료에 배합함으로써 종래기술에서 문제시되어 왔던 휘발유, 등유와 같은 증발용제나 물과 같은 성분의 사용을 배제할 수 있어 안정성 및 내구성을 크게 향상시킬 수가 있다. 본 발명에 사용되는 폴리우레탄계 고분자 화합물은 디이소시아네이트와 폴리올로 이루어진 것이다.

본 발명의 상온 아스콘 포장재료의 제조방법은 침입도 80100인 아스팔트 6092 중량에 섬유폐슬러지 0.15.0 중량를 혼합한 다음, 이 혼합물에 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.526.5 중량및 SBS 공중합체 개질재 0.22.2 중량를 상온에서 첨가하는 것으로 이루어져 있다.

이러한 성분들로 구성된 본 발명의 상온 아스콘 포장 재료는 적용하고자 하는 용도에 따라 배합설계가 가능하며 이것의 기술적 구성은 다음과 같다.

보수가 요구되는 포장부위에 따라 적절한 방법으로 시공할 수 있도록 골재의 배합은 미립형과 개립형으로 구분 생산이 가능하며 입도는 굵은골재, 잔골재 및 채움재를 혼합한 입도로서 하기 표 1과 같다.

여기에서 사용된 굵은 골재와 잔 골재는 KS F 2357 역청혼합물용 굵은 골재품질기준 및 KS F 2358 역청혼합물용 잔골재 품질기준에 적합한 것이며 채움재 역시 KS F 3501 포장용 채움재 품질기준에 적합한 재료를 사용하였으며, 골재의 건조도는 골재의 기건조건은 만족하는 범위 내에서 사용한다.

표 1의 배합용 골재에 본 발명의 상온 아스콘 혼합물 4.57.0 중량를 가하여 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물(Cold- Mix, Cold-Laid Asphalt Concrete Mixture)을 제조한다.

이러한 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 안정성 및 내구성 효과에 대한 시험은 미국아스팔트협회(Al, American Asphalt Institute)의 마샬 배합설계 방법에 준해 마샬 안정도 시험기로 시험·평가하며, AI 품질기준은 하기 표 2와 같다.

다음에 본 발명의 상온 아스콘 포장 재료의 안정성 및 내구성이 우수하다는 것을 실시예로 나타내면 다음과 같다.

[실시예 1]

상온에서 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.526.5 중량와 섬유슬러지로서 폴리에스테르 0.15.0 중량는 먼저 혼합하여 아스팔트 혼합재를 제조한 후 스트레이트 아스팔트 6092 중량와 SBS계 아스팔트 개질재 0.2-2.2 중량를 혼합한 다음 여기에 앞에서 제조한 아스팔트 혼합제를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조한다.

최종적으로 상기와 같이 제조된 아스팔트 혼합물 4.57.0 중량를 표 1의 골재입도를 만족하는, 기건상태의 골재 및 채움재와 혼합하여 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하였으며 마샬 시험결과는 표 3에 나타내었다.

상기 방법으로 제조한 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물을 아스팔트포장 및 시멘트 콘크리트 포장의 노면 파손부위에 별도의 처리 없이 쏟아 부어 구멍 메우기로 시공한 후 간단하게 컴팩트 다짐기로 다져준 다음, 2시간 후 차량 통행을 실시하였으나 이미 안정화가 이루어졌음을 알 수 있었다.

또한, 차량의 급제동에 의한 안정성을 평가하기 위해 교통개방직후 시속 40km 로 달리는 1.4 톤 차량을 시공부위 위에서 급제동시켜 본 결과 보수부위의 밀림, 벗겨짐, 박리현상, 이음면의 들뜸현상이 나타나지 않았으며 오히려 차량의 통행으로 인한 누적다짐 효과가 있어 안정성이 상승되는 결과를 얻을 수 있었다.

상기 표 3의 시료번호 14번에서 볼 수 있듯이 상온에서의 아스팔트 혼합재량이 8.522.0일 경우 마샬 안정도 값이 표 2의 기준치보다 2배 이상으로 현저하게 증가되었다. 그러나, 아스팔트 혼합재량을 8.5이하로 투입할 경우 유동성능이 부족하여 보관성 및 작업성이 까다로워졌으며 결국 생산 공정에 적용시키기가 곤란하였다.

또한, 시료번호 5의 아스팔트 혼합재량이 26.5일 경우 마샬 안정도 값이 표 2의 기준치보다 월등히 향상되었으며 유동성이 우수하여 작업성이 훨씬 양호해졌고 보관성 또한 1년 이상 관리가 가능할 정도로 향상되었다.

그러나, 아스팔트 혼합재량이 26.5를 초과할 경우에는 오히려 초기강도 발현이 저하되는 경향을 나타내었다.

[실시예 2]

상온 아스팔트 콘크리트의 내수성에 대해서 검사를 수행했다. 시험방법은 실시예 1과 동일하게 상온에서 제작한 마샬 안정도 공시체를 25에서 30분 침수 후, 동일조건에서 24시간 침수, 동일조건에서 48시간 침수 후 마샬 안정도를 측정하였고, 아스팔트 포장설계지침의 산출법에 의해 잔류안정도를 구해 물에 의한 내구성을 확인했으며 그 결과를 표 4에 나타내었다.

여기서, 공시체 제작조건은 실시예 1에서 마샬 안정도 값이 우수하고 작업성이 양호한 것으로 평가된 시료번호 2번과 4번을 선택 시험하였다.

상기 표 4에서 나타낸 결과에서 볼 수 있듯이 상온에서 30분 수침시킨 경우 모든 조건에서 잔류안정도 90이상을 상회하고 있으며 특히 48시간 수침한 경우에도 AI 마샬 설계기준치인 75이상을 충분히 만족하고 있었으며 이는 종래 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 문제시되고 있는 내수성을 완전히 해소시키는 결과로 평가되었다.

[실시예 3]

상온시공식 역청혼합물은 휘발분이 증가하면서 서서히 굳어지는 유형이므로 탈형 후 공시체를 상온방치하고 경과일수에 의한 안정도 변화를 측정하였다. 공시체 실시예 2와 동일하게 제작하였으며 대기방치시간은 최초 탈형 후 2시간, 24시간, 7일, 14일, 30일로 구분해서 시험하였으며 그 결과는 표 5에 나타내었다.

이상 실시예에서와 같이 양생시간이 늘어날수록 마샬 안정도가 증가되었으며 결국 3주 이상 경과되었을 때 마샬 안정도가 1000kgf를 상회할 정도로 명백하게 호전되었다. 이는 포설 및 다짐 후 차량 통행에 의한 누적다짐이 실시되었을 경우 훨씬 높은 안정화를 기대할 수 있음을 뜻한다. 따라서, 본 발명의 상온 아스콘 포장재료는 종래 상온시공식 역청혼합물의 문제점으로 지적되고 있는 안정성, 내구성 및 내수성 등을 대폭적으로 개선할 수 있음을 증명된 것이다.

Claims (4)

1. 스트레이트 아스팔트 6092 중량, 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.526.5 증량, SBS 함유 아스팔트 개질재 0.22.2 중량, 섬유 폐슬러지 0.15.0 중량로 이루어짐을 특징으로 하는, 상온에서 시공 가능한 도로보수용 아스콘 포장재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 고분자 화합물이 디이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 아스콘 포장재료.
3. 제1항에 있어서, 가열하지 않고 스트레이트 아스팔트에 폴리우레탄계 고분자 화합물, SBS계 아스팔트 개질제 및 섬유 폐슬러지를 혼합하거나 일부 혼합하는 것을 특징으로 하는 아스콘 포장재료.
4. 제1항에 청구된 아스콘 포장재료를 천연 또는 인공 쇄석, 자갈, 모래, 석분, 제강 분진 및 슬라그로부터 선택된 골재에 4.57.0 중량를 포함하는, 상온에서 혼합하여 포설이 가능한 아스팔트 콘크리트 혼합물.