KR100871104B1 - 폐 아스팔트 콘크리트 및 폐콘크리트를 이용한 포장용아스팔트 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 아스팔트와 폐 콘크리트를 이용한 도로포장용 또는 바닥포장용 아스팔트 콘크리트 모르타르 조성물을 관한 것으로, 폐 아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘)입도 25-13mm 분쇄물 100중량부에 폐아스콘 13-8mm 분쇄물 65-75중량부, 폐아스콘 8mm이하 분쇄물 30-40중량부, 폐콘크리트 입도 25-13mm 분쇄물 20-28중량부 ,시멘트 8-10중량부, 음이온계 유화아스팔트 0.5-1중량부 그리고 수성아크릴폴리머 2-3 중량부를 혼합하여 도로포장용 아스팔트 콘크리트 모르타르 조성물을 제조한다.

본 발명은 폐 아스팔트와 폐 콘크리트를 재활용하여 재생골재로 사용하고 음이온계 유화아스팔트와 수성아크릴폴리머만을 이용하여 도로포장용 또는 바닥포장용으로 활용하기 때문에 산업용 골재 폐기물의 처리에 따른 곤란성과 환경적인 문제점을 해소하고, 폐아스콘과 폐콘크리트를 순환골재로 사용하여 새로운 아스팔트 및 골재의 사용을 줄임으로써 비용을 현저하게 줄일 수 있으며, 특별히 다른 첨가제, 개질제를 사용할 필요가 없어 비용을 격감시킴으로써 매우 효과적이고 경제적인 재생 아스팔트 콘크리트 모르타르 조성물을 제공한다.

폐아스콘, 폐콘크리트, 시멘트, 음이온계 유화아스팔트, 수성아크릴폴리머, 도로포장, 재활용, 순환골재

Description

폐 아스팔트 콘크리트 및 폐콘크리트를 이용한 포장용 아스팔트 콘크리트 조성물{The composition of asphalt concrete using recycled waste asphalt concrete and recycled waste concrete}

본 발명은 폐아스팔트 콘크리트를 함유하는 도로포장용 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

도로포장용 아스팔트 콘크리트는 골재, 시멘트, 아스팔트 등이 혼합된 물질로서, 폐 아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘)와 폐콘크리트는 건설산업폐기물로 분류되며 매년 대량 발생하고 있다. 이처럼 대량의 폐기물을 처리하기 위해서는 방대한 매립공간이 필요하여 자연을 훼손하게 되며, 매립물로부터 빗물에 의해 씻겨나온 아스팔트나 잔류시멘트 등이 지층으로 흘러들어갈 경우 지하수와 하천을 차례로 오염시키게 되어 인간이 쾌적한 환경에서 살고 싶은 헌법에서 보장된 기본권인 환경권을 침해하고 있는 실정이다.

따라서 최근에는 폐아스콘과 폐콘크리트를 재활용하여 재생골재로 활용하는 연구가 많은 토목, 건축 엔지니어들에 의해 활발하게 진행되고 있고, 이에 따라 본 발명자는 폐 아스콘 분쇄물을 이용하여 콘크리트 조성물을 제조하는 방법을 국내 등록특허 10-632203호를 개발한 바 있으며, 순환골재를 이용한 포장재에 관한 것으로 국내 등록특허 10-672751호를 개발한 바 있다.

본 발명은 이런 폐아스콘이나 폐콘크리트를 활용하여 재생골재를 제조하는 분야에 관한 것으로 구체적으로는 폐아스콘의 다른 입경에 따른 배합을 활용하고 적정한 입경의 폐 콘크리트를 사용하며, 시멘트, 음이온계 유화아스팔트, 수성아크릴폴리머를 이용하여 도로포장용, 공장 및 지하주차장의 바닥용포장 아스팔트조성물에 관한 기술분야에 관한 것이다

종래에는 건설폐기물 중의 하나인 폐아스콘과 폐콘크리트는 산업상 폐기물로 분류되어 주로 매립으로 처분하는 것이 일반적이었으나 근래에는 폐아스콘과 폐콘크리트를 재활용하여 재생골재로 사용하는 특허들이 많이 개발되고 있다.

또한 종래의 기술로는 자갈, 모래 등과 같은 천연골재를 포함하여 폐아스콘과 폐콘크리트를 이용하고 유화아스팔트 및 음이온, 양이온, 비이온 계면활성제 등의 혼화제를 첨가하여 폐아스콘과 폐콘크리트를 재생하여 재생 아스팔트콘크리트를 만드는 기술이 많이 개발되고 있는 실정이다.

특히 폐아스콘이나 폐콘크리트는 폐기물로 처리하기가 매우 곤란한 면이 있었으나 폐기물로 처리하는 효과와 순환골재로 재생하여 다시 사용하는 면에서 매우 환경친화적이라는 기술이라는 평가를 받고 있다.

따라서 많은 토목, 건축 엔지니어들에 의하여 폐아스콘과 폐콘크리트를 재활용하고 유화아스팔트나 계면활성제와 같은 혼화제를 첨가하여 재생아스팔트 콘크리트를 개발하고 있으며, 포장용으로 사용하기 위해서는 필요한 강도, 경도, 점성, 안정도 등을 필수적으로 갖추어야 하는데, 강도와 점성을 높이기 위하여는 물유리와 폴리아크릴산 나트륨, 스타디엔 부타디엔 러버라텍스와 같은 수용성 유화 고분자 그리고 카르복시메틸셀룰로오즈 폴리에칠렌옥사이드 등의 수용성 고분자를 첨가한다.

특히 유동성 강화 및 강도 감수제 역할을 하는 리그닌계(Lignin), 폴리카르복시산계(Polycarboxylates), 나프탈렌계(Naphthalene) 를 사용하여 재생 아스팔트콘크리트의 품질을 개선하는데 주력해 왔다.

폐아스콘을 재생골재로 사용하여 아스팔트콘크리트로 사용하는 종래의 기술은 폐아스팔트 또는 폐콘크리트 분쇄물에 유화아스팔트를 이용하고 첨가제, 개질제를 사용하여 혼합한 후 시공시에 가열하는 과정을 통하여 재생 아스팔트 콘크리트로 사용하고 있다.

특히 유화아스팔트는 아스팔트 유제라고도 하는데 물속에서 아스팔트가 상분리 현상을 일으키지 않고 분산(分散) 상태를 유지하도록 유화제(乳化劑)를 넣은 아스팔트를 말한다.

유화제는 보통 계면활성제가 많이 쓰이는데, 양전하(+)를 띠고 있으면 양이온(cation)계 유화 아스팔트, 음전하(-)를 띠고 있으면 음이온(anion)계 유화 아스팔트라고 한다. 국내에서 생산되는 제품은 대부분 양이온계 유화 아스팔트이다.

종류에는 일반 유화 아스팔트, 급속 경화 유화 아스팔트, 방수용 유화 아스팔트가 있다.

유화 아스팔트는 쇄석 표면과 접촉하면서 아스팔트와 물이 분리되고 아스팔트만 쇄석 표면에 달라붙는데, 이와 같이 물과 아스팔트가 분리되는 현상을 유화 아스팔트의 분해라고 한다. 따라서 유화 아스팔트는 가열하지 않아도 쇄석 표면에 막을 이루어 잘 달라붙는 것이 특징이다.

또한 유화 아스팔트를 사용하면 공사기간이 단축되어 경제적이며, 시공 장비가 간단해서 좁은 도로를 포장하는 데 유리하며 공사 도중 화재나 화상, 공해 등의 위험이 적다는 장점이 있다.

따라서 종래의 기술 중 선행특허 등록번호 10-672751(이하 선행특허)의 경우도 폐아스콘 또는 폐콘크리트 분쇄물과 유화아스팔트, 첨가제, 개질제를 이용하여 아스팔트를 가열하지 않고도, 즉 상온에서도 사용할 수 있는 폐아스콘 혼합물을 제공하는 것을 특징으로 하고 있다.

하지만 이 선행특허는 많은 장점이 있음에도 불구하고 재생골재의 입자의 입경 분포가 너무 커서 포장시에 적절한 공극률확보가 어려웠으며 특히 약간의 균열이 발생할 가능성이 있어 다짐에 많은 시간과 비용이 소모되는 단점이 있었다.

또한 과도한 물의 혼합비율로 인하여 재료 입자 간의 접촉력과 유동성, 분산성이 떨어지는 단점이 있었으며, 이를 보강하기 위하여 고가의 리그닌계(Lignin)와 나프탈렌계(Naphthalene)의 첨가제를 사용하여야 하였으므로 비용적 문제가 대두 되었다.

그리고 상기한 바대로 재생골재의 입도 분포가 크다는 점과 다량의 물을 소모하게 되어 도로포장용이나 바닥재료로서 사용하기 위한 건설규격에 맞는 강도, 경도의 향상을 위하여 다량의 시멘트를 사용하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 고가의 리그닌계(Lignin)와 나프탈렌계(Naphthalene)의 첨가제의 사용을 지양하고 순수한 재생골재만을 사용하여 친환경적이고 저렴한 아스팔트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있으며, 음이온계 유화아스팔트와 매우 소량인 수성아크릴폴리머만을 첨가하여 순수한 아스팔트 콘크리트와 동일한 강도, 경도, 점성도, 유연성, 공극률, 마샬안정도 등을 구비한 재생아스팔트 콘크리트를 제공함에 그 특징이 있는 것이다.

본 발명은 상기의 선행 특허의 문제점을 해결하기 위하여 다량의 첨가제 및 개질제의 사용으로 인한 비용증가를 방지하고 또한 순수 재생골재만을 사용하여 천연골재자원의 보호와 환경보호적 측면을 강화함과 동시에 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 창안한 것으로,

폐아스콘의 입도에 따른 배합비율을 조정하고 적정한 입도의 폐콘크리트를 배합하며 적정량의 시멘트와 음이온계 유화아스팔트 그리고 전체 중량에 비해 아주 소량의 수성아크릴폴리머를 사용하여 폐아스콘 및 폐콘크리트를 이용한 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.

본 발명이 목적하고 있는 과제를 해결하기 위하여 채용하고 있는 수단은 먼저 상기에서 언급한 바대로 분쇄된 폐아스콘을 건설교통부의 고시에 따른 체거름을 통하고 다시 이를 적절한 입도분포에 따른 중량비를 한정하여 재생골재 혼합물을 만든다는 것이다. 이런 한정된 입도의 재생골재를 사용함에 따라 일반 포장용으로 사용하기 위한 경도와 강도, 점성도, 안정도, 유연성 등이 생성될 수 있는 것이다.

또한 선행 특허가 넓은 범위의 재생골재의 배합으로 인하여 도로포장시에 가장 문제가 되었던 우수한 공극률확보가 어려웠는데, 재생골재의 좁은 범위의 입경에 따른 배합으로 매우 우수한 공극률 확보가 가능해졌다

또한 물의 사용이 매우 적어 시멘트의 소모량을 현저히 줄일 수 있음은 물론 , 고가의 리그닌계(Lignin)와 나프탈렌계(Naphthalene)의 첨가제의 사용을 전혀 하지 않고 음이온계 유화아스팔트를 적정량 사용하여 포장용 재생아스팔트콘크리트로 사용할 수 있는 적법한 강도, 경도, 유연성을 확보하는 구성을 취하였다.

그리고 본 발명의 가장 핵심적인 부분인 전체 중량에 비해 아주 소량의 수성아크릴폴리머를 사용하여 강도 증진, 적정 공극률 확보, 탄력성 부여를 할 수 있게하여 폐아스팔트콘크리트 혼합물이 날씨 및 온도의 변화에 적절히 대응할 수 있어 사계절 전천후로 사용할 수 있는 효과를 나타낸다.

또한 본 발명은 순수 폐아스콘과 폐콘크리트만을 사용하여 종래의 기술이 천 연골재를 사용하는 반면에 천연골재의 사용을 전혀 하지 않음으로써 비용을 현저히 줄이는 효과와 친환경적인 조성물이라는 것을 부각시켰다.

특히 선행 발명이 여러가지 첨가제, 개질제 등을 복잡하게 첨가하여 그 비용이 과다하고 복잡한 첨가제들로 인한 문제점을 야기하였지만 본 발명은 음이온계 유화아스팔트와 수성아크릴폴리머를 사용한다는데 특징이 있다.

유화아스팔트 중에서 음이온성 유화아스팔트만을 선택한 이유는 양이온계와비이온계 유화아스팔트를 사용하는 경우 시멘트와 반응하여 응고가 되는 문제점이 있었는데, 음이온계 유화아스팔트만을 사용함으로써 시멘트응고를 방지하고 폐아스콘과 폐콘크리트 그리고 시멘트를 효과적으로 결합시켜 재생 아스팔트콘크리트 조성물을 만들 수 있는 것이다.

본 발명은 순수 폐아스콘과 폐콘크리트의 재생골재만을 사용함으로써 천연골재로 들어가는 비용을 현저히 줄이는 효과와 폐아스콘과 폐콘크리트를 효율적으로 재생하여 사용함으로써 매우 친환경적이라는 효과를 가지고 있다.

그리고 도로포장 및 공장바닥 등의 포장시에 가장 유효한 파라미터인 공극률을 최적정으로 확보할 수 있어 매우 안정적인 포장재로서 역할을 다 할 수 있는 효 과를 가짐은 물론, 어떤 가열을 필요치 않은 상온에서 직접 사용가능한 아스팔트 콘크리트 조성물이란 점이다.

또한 음이온계 유화아스팔트와 수성아크릴폴리머를 아주 소량으로 첨가하여 종래의 기술이 갖고 있던 다양한 첨가제, 개질제 등을 다량 사용하여 그 비용이 과다해지는 것을 방지함은 물론, 복잡한 혼합비율과 량을 점검할 필요 없이 간단하게 아스팔트 조성물을 제공함에 큰 효과가 있는 것이다.

특히 순수 재생골재인 폐아스콘 및 폐콘크리트 그리고 시멘트, 음이온계 유화아스팔트, 수성아크릴폴리머만을 사용하고서도 도로포장용이나 바닥포장용의 강도와 경도, 유연성, 점성도, 최적의 공극률을 갖춘 친환경적이고 저비용의 획기적인 아스팔트콘크리트 조성물이라는 효과가 있다.

본 발명은 먼저 폐아스콘 및 폐콘크리트를 죠크러셔 등으로 파쇄한 후 건설교통부 아스팔트 콘크리트용 순환골재에 따른 규정인 KSF2572규격에 따라 0.08, 0.15, 0.3, 0.6 및 1.2, 2.5, 5, 10, 13, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 (단 위 mm)의 체를 통과하는 폐아스콘 및 폐콘크리트 순환골재로 재생하여야 한다.

특히 본 발명의 가장 큰 특징은 상기의 KSF2572규격에 따라 체거름한 폐아스콘과 폐콘크리트를 입경에 따라 조성함에 있다.

입경에 따른 폐아스콘의 조성물은 다음과 같다.

폐아스콘 입경 25-13mm 100중량부, 폐아스콘 13-8mm 65-75중량부, 폐아스콘 8mm이하 30-40중량부로 구성하여 폐아스콘 재생골재 조성물을 제조한다. ("폐아스콘 입경 25-13mm"의 의미는 "폐아스콘 입경 13mm초과 25mm이하"를 의미하고, "폐아스콘 13-8mm"는 "페아스콘 8mm초과 13mm이하"를 의미한다.)

또한 폐콘크리트의 경우는 폐아스콘 입경 25-13mm 100중량부에 대하여 폐콘크리트 입경이 25-13mm(13mm이상 25mm이하)인 것을 20-28 중량부로 폐아스콘 재생골재 조성물에 혼합하고 골고루 배합한다.

이렇게 제조한 재생골재 조성물에 폐아스콘 25-13mm 100중량부를 기준으로 시멘트 8-10중량부, 음이온계 유화아스팔트 0.5-1중량부, 수성아크릴폴리머 2-3 중량부로 첨가하여 균일한 농도와 입도분포를 갖도록 골고루 잘 배합한다.

상기의 폐아스콘 및 폐콘크리트 조성물을 최적함수비로 폐아스콘 25-13mm 100중량부를 기준으로하여 물을 1-2중량부 첨가하여 도로포장이나 바닥포장시에 특별한 가열없이 상온에서 직접사용할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 폐아스콘을 죠크러셔 등으로 잘게 분쇄한 후 KSF2572규격에 따라 체거름한 후 입경이 25mm이하의 폐아스콘 재생골재를 준비한다. 이 때 폐아스콘 재생골재 조성물은 상기한 바대로 25-13mm 100중량부, 13-8mm 65-75중량부, 8mm이하 30-40중량부로 준비하여야 한다. 바람직하게는 25-13mm 100중량부, 13-8mm 71중량부, 8mm이하 33중량부가 좋다. 폐아스콘 재생골재가 이런 입경분포를 갖추어야만 도로포장용이나 바닥포장용에 적합한 강도, 경도, 유연성 등을 갖게 되는 것이다.

또한 폐콘크리트의 경우도 죠크러셔 등으로 잘게 분쇄한 후 KSF2572규격에 따라 체거름한 후 입경이 25-13mm의 분쇄된 폐콘크리트 재생골재를 폐아스콘 재생골재 25-13mm 100중량부를 기준으로 20-28중량부로 준비한다. 폐콘크리트 재생골재가 상기와 같은 입경을 가져야 도로포장용, 바닥포장용 재생 아스팔트콘크리트로 사용되기 위한 적절한 강도와 경도를 유지시켜 줄 수 있다.

상기의 폐아스콘 재생골재와 폐콘크리트 재생골재를 입도가 균일하게 분포하도록 잘 혼합하여 재생골재 혼합물을 만든다.

이렇게 제조한 재생골재 조성물에 폐아스콘 25-13mm 100중량부를 기준으로 시멘트 8-10중량부와 음이온계 유화아스팔트 0.5-1.0 중량부, 수성아크릴폴리머를 2-3 중량부로 첨가하여 균일한 농도와 입도분포를 갖도록 골고루 잘 배합한다.

여기서 본 발명의 가장 핵심적이고 중요한 성분인 수성아크릴폴리머에 관하여 살펴본다.

수성아크릴폴리머는 본 발명자가 선행발명이 갖고 있던 문제점을 개선하기 위하여 연구를 거듭한 결과 발명한 것으로 단분자(monomer)인 MMA(methylmethacrylate) 1중량부, BAM(Buthylacrylmonomer) 1-1.5 중량부, AN(Acrylonitrile) 0.05-0.08 중량부, MAA(Methylacrylicacid) 0.04-0.07 중량부로 섞고 물 1-1.5 중량부, 유화제를 극히 소량인 0.05-0.08중량부로 섞는다.

바람직하게는 MMA(methylmethacrylate) 1중량부, BAM(Buthylacrylmonomer) 1.3 중량부, AN(Acrylonitrile) 0.07 중량부, MAA(Methylacrylicacid) 0.05 중량부, 물 1.3 중량부, 유화제 0.07중량부를 섞는다.

유화제는 일반적으로 계면활성제를 의미하며 음이온계인 설폰산염 종류를 사용하며 바람직하게는 알킬설폰산염을 사용한다. 알킬설폰산염은 아주 소량 첨가되는데 MMA(methylmethacrylate), BAM(Buthylacrylmonomer), AN(Acrylonitrile), MAA(Methylacrylicacid)와 물의 혼합을 용이하게 하는 유화제 역할을 하며 반응에는 참여하지 않는다.

여기에 촉매로 작용하는 분말형태의 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)과 중아황산소다(NaHSO₃)를 MMA 1중량부에 대하여 0.005-0.02 중량부로 섞으며 바람직하게는 0.01중량부가 적당하다. 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)과 중아황산소다(NaHSO₃)의 비율은 1: 0.3-0.6의 비율로 섞으며 바람직하게는 1:0.5의 비율이 적정하다. 이 촉매들은 단분자 혼합물에 용해되어 촉매로 작용하게 된다. 특히 주촉매작용은 과황산암모늄((NH₄)₂S₂O₈)이 담당하며, 중아황산소다(NaHSO₃)가 보조적인 촉매역할을 하게 된다.

그런 후 약 60-70도씨 정도로 6시간 가열하면서 교반하며 반응을 진행시킨다.바람직하게는 65도씨정도로 가열 교반하여 반응을 진행시킴이 좋다.

위 과정을 통하여 단분자들인 MMA(methylmethacrylate), BAM(Buthylacrylmonomer)이 촉매들에 의하여 개시반응(initiation reaction)이 일어나며 ,그 후 성장반응(propagation reaction), 종결반응(termination reaction) 이 일어나 하기의 고분자 조성물인 수성아크릴폴리머가 생성된다.

이하 반응식은 다음과 같다.

CH₂(CH)C(COOCH₃) {MMA} + CH₂(H)C(COOC₄H₉) {BAM} + CH₂CHCN {AN} + CH₂CCH₃COOH {MAA} + 설폰산염 + 물 (촉매+가열)---->

{ CH₂C(CH₃)(COOCH₃)-CH₂(C)(CH₃)(COOC₄H₉) }_n + CH₂CHCN {AN} + CH₂CCH₃COOH {MAA} +설폰산염 + 물 + 촉매

여기서 생성물질인 "{ CH₂C(CH₃)(COOCH₃)-CH₂(C)(CH₃)(COOC₄H₉) }_n 과 CH₂CHCN {AN} + CH₂CCH₃COOH {MAA} +설폰산염 + 물 + 촉매"인 조성물이 "수성아크릴폴리머"이며 분자량은 10만-20만 정도가 된다. AN(CH₂CHCN)과 MAA (CH₂CCH₃COOH)는 원재료로 소량 첨가되어 상기의 고분자반응물( {CH₂C(CH₃)(COOCH₃)-CH₂(C)(CH₃)(COOC₄H₉) }_n 에 부착 결합하여 폐아스콘 및 페콘크리트의 혼합물에 유연성, 탄력성, 강도를 보조해 주는 역할을 한다. 다만 미량의 설폰산염과 촉매가 잔류하긴 하지만 이는 설폰산염의 경우 본 발명에서 뒤에 설명할 음이온계 유화아스팔트에 포함되는 작용을 하게 되며, 촉매도 아주 미량으로 남아 있으므로 본 발명의 핵심인 수성아크릴폴리머의 작용에 별다른 영향을 미치지 않는다.

따라서 수성아크릴폴리머는 본 발명에서 매우 핵심적인 역할인 적정 공극률의 유지, 강도증진, 탄력성 유지 기능을 하게 된다.

특히 상기의 수성아크릴폴리머는 폐아스콘의 재생골재에 붙어 있는 양이온(cation) filler (Fe₂O₃, Al₂O_{3 ,} CaO 등)등과 물이 발열반응을 일으켜 물이 반응물질과 결합하는 과정인 수화(Hydration)가 진행되면서 건조, 경화되어 기능성 고분자만으로 전환되게 된다. 따라서 이런 기능성 고분자 조성물이 된 수성아크릴폴리머는 골재와 골재사이에 망상구조를 이루어 공극을 채워주면서 접착력과 인장강도를 증진시켜준다.

따라서 포장강도가 증진되어 팽창 균열의 예방에도 도움이 되는 작용, 효과를 가지게 되는 것이다.

그리고 본 발명의 또 다른 특징인 음이온계 유화아스팔트에 대하여 설명한다.

재생골재를 건축 토목용 활용하기 위하여는 유화아스팔트, 첨가제, 개질제 등을 사용하고 특히 계면활성제가 아스팔트와 혼합하여 유화아스팔트로 사용되거나 혼화제와 같은 용도로 쓰이는 것은 일반적으로 알려져 있다.

그리고 계면활성제의 종류는 양이온, 음이온, 비이온 계면활성제로 나눠 지 는데 계면활성제는 일반적으로 친수기와 친유기가 있어 친수성인 물질과 친유성인 물질을 혼합하는데 사용한다.

따라서 친수성인 물질과 친유성인 물질을 혼합하여 안정화시키는데 필요한 계면활성제는 일반적으로 고가이므로 적정농도로 투입하여야 한다.

일반적으로 물과 기름에 계면활성제를 투입하여 교반하면 미셀(micelle)을 형성하여 유화(emulsion)가 되는데 계면활성제의 농도가 어느 일정 농도를 넘으면 계면활성제 스스로가 콜로이드를 형성하게 된다.

따라서 이런 미셀이 형성될 수 있는 계면활성제 최소의 농도를 임계미셀농도(critical micelle concentration)라고 하는데 이는 친수성물질과 친유성물질의 종류와 그 배합량에 따라 달라진다.

결과적으로 폐아스팔트는 아스팔트성분이 포함되어 있어서 친유성이므로 토목, 건축용으로 사용하기 위해서는 시멘트와 물을 섞어야 하는데 필수적으로 계면활성제를 포함한 아스팔트 즉 유화아스팔트를 활용하는 것이다.

유화아스팔트는 이런 계면활성제를 아스팔트에 첨가하여 만들어진 것을 의미하는 것이며, 특히 유화아스팔트는 물속에서 아스팔트가 상분리 현상을 일으키지 않고 분산 상태를 유지하도록 하는 기능을 한다.

유화아스팔트의 종류를 구분함에 있어, 유화아스팔트의 구성성분인 계면활성제가 양전하(+)를 띠고 있으면 양이온(cation)계 유화 아스팔트, 음전하(-)를 띠고 있으면 음이온(anion)계 유화 아스팔트라고 한다.

그런데 계면활성제의 종류는 계면활성제가 물에 녹아서 전리할 때 친수기가 붙어 있는 부분이 +전하를 띄면 양이온(cation)계면활성제라고 하고, -전하를 띄면 음이온(anion)계면활성제라고 하며, 양이온과 음이온을 모두 띄면 양쪽성 계면활성제라고 하며, 계면활성제가 물에 녹아서 전리하지 않으면 비이온계면활성제라고 한다.

따라서 종래의 폐아스콘이나 폐콘크리트를 재생하여 폐아스팔트 콘크리트 조성물을 만드는 경우 양이온, 음이온 및 비이온 계면활성제를 아스팔트에 섞어 유화아스팔트를 만들어 골고루 섞어서 사용하는데, 이는 폐아스콘에 포함된 아스팔트성분과 시멘트, 물과의 중합반응 및 골재와의 부착성을 좋게 하기 위함이다. 그런데 이런 유화아스팔트만을 첨가하여서는 토목, 건축용 포장골재로서 적당한 접착성, 강도, 경도, 유연성을 갖추기 어려워 다른 첨가제와 개질제 등도 사용하는데 일반적으로 말레산, 나트륨카르복실셀룰로오스, 물유리 등을 사용하고, 아스팔트 콘크리트를 잘 양생시키기 위해서 공기연행제(air entraining agent)도 사용하기도 하며 각종 고무라텍스 등의 수용성 고분자를 사용하여 점착성이 좋은 아스팔트 콘크리트를 제조한다.

그러나 본 발명자는 연구를 거듭한 결과 재생아스콘을 제조함에 있어 양이온계와 비이온계 유화아스팔트를 사용하면 유화안정성 즉 유화상태로 유지하는 안정성이 떨어짐은 물론 시멘트가 물과 결합하는 중합반응의 안정성마져 떨어뜨린다는 사실을 알게 되었다. 급기야는 시멘트가 응고 현상이 일어나서 토목, 건축용으로 쓸 수 없는 매우 부적당한 재생 아스팔트콘크리트가 형성됨을 알게 되었다.

또한 재생아스팔트콘크리트의 특성을 좋게 하기 위한 여러 가지 종류의 첨가제, 개질제의 사용을 할 필요없이 음이온계 유화아스팔트와 상기한 수성아크릴폴리머만을 사용하여 선행특허보다도 우수한 품질의 재생아스팔트콘크리트를 제조하게 되었다.

따라서 본 발명은 음이온계 유화아스팔트와 수성아크릴폴리머와 시멘트만을 사용하고, 상기에서 언급한 폐아스콘의 아주 적정한 입경분포와 중량비를 갖는 재생아스콘과 특정한 입경분포를 갖는 폐콘크리트를 사용하고 혼합하여 발명한 결과 어떤 첨가제나 개질제를 쓸 필요없이 도로포장용, 바닥포장용 재생아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조할 수 있음을 알게 되었다.

그리고 선행특허는 첨가제, 개질제 등이 다량 사용되는 반면에 본 발명은 음이온계 유화아스팔트를 매우 소량 사용하여도 토목, 건축용 재생아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있다는 것이어서 비용적 차원에서도 매우 경제적인 토목, 건축 자재가 된다는 것이다.

음이온계 유화아스팔트를 제조함에 있어서는 아래와 같다.

음이온 계면활성제의 종류는 카르복실산염, 도데실벤젠설폰산염, 수지산나트륨염, 알킬 나프탈렌 유도체, 클로로벤젠 유도체, 알킬아릴 설포네이트, 고급지방 산알카리금속염, 알킬벤젠설폰산염, 알파-올레핀설폰산염, 알킬아릴설폰산나트륨류, 알킬 인산염, 소듐 (POE) 알킬 아릴 에테르 설페이트, 암모늄 (POE) 알킬아릴에테르 설페이트류(1-노닐-페녹시-2-폴리옥시-에틸렌-3-알릴-옥시-프로판-암모늄-설페이트, 1-노닐-페녹시-2-폴리옥시-에틸렌-3-암모늄-설페이트 등), 소듐 디옥틸설포숙시네이트 등이 있으며 ,이들을 아스팔트와 혼합하여 음이온계 유화아스팔트를 제조할 수 있다. 이 경우 어떤 종류의 음이온 계면활성제를 사용해도 가능하다.

다만 바람직하게는 도데실벤젠설폰산염이 매우 적절한데 이는 반복된 실험의 결과 상기의 조성물을 가장 안정적으로 유지함과 동시에 골재와의 부착성이 양호하며, 시멘트와 물과의 중합반응 안정성을 높여준다는 사실을 알 수 있었기 때문이다.

음이온계 유화아스팔트의 비율은 폐아스콘 25-13mm 100중량부에 0.5-1 중량부 만을 첨가하면 된다. 바람직하게는 0.7 중량부가 매우 효과적이다.

이런 폐아스콘, 폐콘크리트, 음이온계 유화아스팔트, 수성아크릴폴리머만을 사용하게 됨으로써 상대적으로 시멘트 함량도 매우 소량 첨가해도 매우 적절한 재생아스팔트 콘크리트 조성물이 생성되는 것이다. 본 발명의 경우 폐아스콘 25-13mm 100중량부에 시멘트 함량 8-10 중량부로 구성하면 되며, 바람직하게는 9.5중량부가 적절하다.

시멘트는 어떤 시멘트 종류도 가능하며 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 용광로 포틀랜드 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 알루미나 시멘트, 팽창 시멘트, 내황산염 시멘트, 제트 시멘트, 용광로 콜로이드 시멘트, 콜로이드 시멘트 등과 같이 도로포장용으로 사용되는 일반적인 시멘트 중에 선택하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 포틀랜드시멘트를 사용하는 것이 매우 효과적이다.

또한 본 발명인 폐아스콘혼합물을 도로포장이나 바닥포장으로 사용하는 경우물의 함량은 폐아스콘 25-13mm 100중량부에 물 1-2중량부를 사용함이 좋으며 바람직하게는 1.2중량부를 사용하는 경우 매우 적절한 공극률, 포화도와 마샬안정도를 나타낸다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

먼저, 건설교통부 아스팔트 콘크리트용 순환골재에 따른 규정인 KSF2572규격에 따라 0.08, 0.15, 0.3, 0.6 및 1.2, 2.5, 5, 10, 13, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 (단 위 mm)의 체를 통과하는 폐아스콘 순환골재로 재생한다.

그 후 폐아스콘 입도 25-13mm 100중량부, 폐아스콘 입도 13-8mm 71중량부, 폐아스콘 8mm이하 33중량부로 하는 폐아스콘 재생골재 혼합물을 준비한다.

그리고 다시 동일한 방법으로 KSF2572규격에 따라 폐콘크리트 순환골재를 입도가 25-13mm인 것으로 폐아스콘 입도 25-13mm 100중량부에 대하여 24중량부 준비하여 폐아스콘 골재와 폐콘크리트 골재를 입도가 균일하게 분포할 수 있도록 잘 배합한다.

다시 폐아스콘 25-13mm 100중량부를 기준으로 하여 시멘트 9.5중량부, 도데실벤젠설폰산염을 이용한 유화아스팔트 0.7 중량부, 물 1.25중량부를 혼합하여 폐아스콘 조성물을 제조한후 균일한 입도분포와 농도를 위하여 잘 혼합하고 배합한다.

이렇게 제조한 폐아스콘 조성물에 대하여 품질시험과 검사성적을 한 결과 [표1]과 같은 우수한 성능의 결과를 도출하였다. 품질시험은 건설기술원에 의뢰하여 하였으며 가열마샬안전도와 포화도는 KSF2337규정에 의하였고, 공극률은 KSF2349 규정 그리고 골재피막비율은 KSF2356에 의하였다.

[표1]

시험 검사 종목	단위	시험검사결과	시험검사방법
가열마샬안정도	kN	7.33	KSF2337
포화도	%	68
공극률	%	5.4	KSF2349
골재피막비율	%	95이상	KSF2356

[표1]에서 본 바와 같이 가열마샬안정도, 포화도, 공극률, 골재피막비율이 일반 아스팔트 콘크리트보다 높은 수준으로 결과가 도출되었으며, 특히 공극률에서 매우 우수한 결과치를 보여 이는 일반 도로포장재, 바닥포장재로 쓰기에 매우 적절한 재생아스콘임을 알 수가 있다.

또한 본 발명은 도로포장 작업시에 어떤 가열을 할 필요가 없으며 이 재생아스콘 조성물을 도로포장 장소로 직접운반하여 곧바로 시공할 수 있으며 포장 후에도 이 포장된 도로에 균열이 전혀 발생하지 않았다.

따라서 본 발명은 어떤 천연골재를 사용함이 없이 순수히 폐아스콘, 폐콘크리트, 시멘트, 음이온 계면활성제만을 사용하여 고갈되어가는 천연골재를 보호하고 재생골재만을 사용하여 친환경적이라는 특징을 가졌으며, 다른 첨가제, 개질제의 사용이 전혀 없으므로 비용이 현저히 절감되어 매우 경제적이고 품질이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트(아스콘) 조성물임이 확연히 증명되는 것이다.

토목, 건축 재료로 사용하는 아스팔트 콘크리트가 필요한 분야에서, 특히 도로포장이나 공장 등의 바닥포장에 사용할 수 있으며, 특히 건설 폐기물로 분류되는 폐아스콘 및 폐콘크리트를 활용하여 아스팔트 콘크리트로 다시 재생시킴으로써 폐기물을 효과적으로 처리하는 효과와 부족한 자원인 건설재료로 사용할 수 있는 경제적인 재생 아스팔트콘크리트(아스콘)를 필요로 하는 산업에서 매우 효과적으로 이용가능하다.

Claims (3)

1. 폐아스콘 입도 13mm초과 25mm이하 100중량부, 폐아스콘 입도 8mm초과 13mm이하 65-75중량부, 폐아스콘 입도 8mm이하 30-40중량부로 구성되는 폐아스콘 혼합물에, 폐콘크리트 입도 13mm이상 25이하 20-28 중량부, 시멘트 8-10중량부, 도데실벤젠설폰산염 0.5-1중량부, 수성아크릴폴리머 2-3중량부를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
2. 제 1항의 아스팔트 콘크리트 조성물에 있어서,

   폐아스콘 입도 13mm초과 25mm이하 100중량부, 폐아스콘 입도 8mm초과 13mm이하 71중량부, 폐아스콘 입도 8mm이하 33중량부, 폐콘크리트 입도 13mm이상 25이하 24중량부, 시멘트 9.5중량부, 도데실벤젠설폰산염 0.7중량부, 수성아크릴폴리머는 2.3 중량부인 아스팔트 콘크리트 조성물.
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