KR100879049B1 - 무색 아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우레탄 코팅칩을 사용하여 무색 아스팔트의 단점을 개선시킨 칼라 아스팔트 콘크리트 및 그 포장방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 발포율 30% 이상인 2㎜ 이하의 우렌탄칩을 간접 가열 방식으로 60-120℃로 가열하여 표면을 겔화시키는 단계; 전기 단계에서 표면에 겔화된 우레탄칩 1중량부에 우레탄 또는 무색 아스팔트 바인더 0.01-0.03 중량부와, 시멘트, 탄산칼슘 중의 하나 또는 이들의 혼합물 0.01-0.03 중량부를 투입하여 혼합하는 단계; 전기 단계의 혼합물을 상온으로 냉각 및 절단하여 우레탄 코팅칩을 제조하는 단계; 및 전기 단계에 의하여 제조된 우레탄 코팅칩을 무색 아스팔트 및 통상의 아스팔트 콘크리트 자재인 골재, 충전제, 안료와 혼합하는 단계;를 포함하는 무색아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

무색아스팔트 콘크리트, 우레탄 코팅칩

Description

무색 아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트 및 그 제조방법{Coloured Asphalt Concrete Using Clean Asphalt and the Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 무색 아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트 및 그 포장방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 우레탄 코팅칩을 사용하여 무색 아스팔트의 단점을 개선시킨 칼라 아스팔트 콘크리트 및 그 포장방법에 관한 것이다.

근자에는, 생활수준의 향상으로 도로나 건설 시설물들이 단순히 그 기능을 수행하는데 만족하지 않고 시각적인 아름다움과 주변 환경과의 조화를 이루도록 설계될 것이 요구되고 있으며, 그 일환으로, 도로 포장에 있어서도, 획일적인 흑색이나 암적색의 아스팔트 포장이 아닌, 다양한 칼라를 착색한 도로의 건설이 요구되고 있다. 칼라 포장은 미관을 좋게 한다는 점 이외에, 기능적인 면도 있는바, 버스전용차로, 횡단보도, 학교 앞 횡단보도 등을 특별한 색채로 착색함으로써, 운전자나 보행자들에게 안전성을 높일 수 있다. 이러한 이유로, 칼라 아스팔트 포장의 필요성이 급속히 증가되고 있다.

칼라 아스팔트를 포장하기 위해서는 무색 아스팔트를 사용하여야 하는데, 무색 아스팔트는 석유화학 수지로서 동절기에는 강성을 띄고 있기 때문에 저온 균열 이 발생하는 문제점이 있으며, 하절기에는 연화되어 차량통행에 의한 포장의 소성변형이 심할 뿐 아니라, 태양열에 의한 균열도 발생하는 문제점도 있다.

동절기의 저온 크랙을 해소하기 위하여 프로세스 오일 (주로 말텐오일)을 보다 많이 함유시키는 방법이 제시되기도 하였으나, 프로세스 오일을 많이 함유시키면 아스팔트가 지나치게 유연해져, 하절기 도로 표면의 온도가 상승하면 포장체에 소성변형이 쉽게 발생하는 문제점이 있다.

SBS 또는 SIS 등과 같은 개질재를 사용하여 무색 아스팔트의 결점을 보완하기도 하는데, 이들 아스팔트 개질재는 고온 가열장치 및 고전단 혼합장치가 필요하고, 또한 개질재를 아스팔트와 혼합된 상태로 오래 보존하면 아스팔트와 개질재의 분리현상이 발생하므로, 각각 별도의 탱크에 저장하여야 하는 문제점이 있다.

상기와 같은 이유로, 무색아스팔트를 사용하여 포장한 칼라 아스팔트에는 하자가 빈번히 발생하는데, 이에 대한 근본적인 대책이 아직 마련되지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 본 발명의 목적은, 무색 아스팔트가 갖고 있는 본질적인 문제점인 강성을 적절히 완화시켜 동절기 저온 크랙의 발생을 저감시키고, 하절기에는 소형변형이 발생하지 않도록 함으로써, 무색아스팔트를 사용하는 칼라 아스팔트 포장이 다양한 형태로 널리 적용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 발포율 30% 이상인 2㎜ 이하의 우렌탄칩에 대하여 간접 가열 방식(칩 혼합 믹서의 외부에서 열을 가하는 방식으로 칩에 열이 직접 닿지 않도록 하여 가열하는 방식)으로 60-120℃로 가열하여 표면을 겔화시키고, 이 표면겔화단계의 우레탄칩 1중량부에 대해 우레탄 또는 무색 아스팔트 바인더 0.01-0.03 중량부와, 시멘트, 탄산칼슘 중의 하나 또는 이들의 혼합물을 0.01-0.03 중량부를 투입하여 충분히 혼합한 후, 이 혼합물을 상온으로 냉각 및 절단하여 칩(이하 "우레탄 코팅 칩"이라 한다) 상태로 제조하고 (이 우레탄 코팅칩을 비닐 포대 등에 넣어 두면 장기 보관이 가능하다), 이 우레탄 코팅칩을 무색 아스팔트 및 통상의 아스팔트 콘크리트 자재들과 혼합하여 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하는 방법 및 그러한 방법에 의하여 제조된 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다. 본 발명에서 발포율은 발포전의 부피에 대한 발포 이후의 부피 증가량의 백분율이다.

본 발명에서 발포 우레탄칩을 사용하는 이유는, 일반적으로 우레탄은 열경화성 수지로서 열에 잘 녹지 않아 표면 코팅이 어려움에 반하여, 발포 우레탄은 내부에 공기층이 형성되어있어 비교적 저온(약 60)에서도 표면 겔화가 쉽게 이루어지고 따라서 표면 코팅이 용이하기 때문이다. 즉, 발포우레탄은 공극이 많아서 그 표면에 접하는 무색 아스팔트의 우레탄 칩에 대한 접착력이 커지지만 이들이 일체화된 상태로 접합되는 것은 아닌 바, 우레탄 칩표면에 대하여 무색 아스팔트를 더욱 견고하게 부착시키기 위하여 우레탄을 가열하여 표면을 끈적끈적한 겔 상태로 만듦으로써, 이 겔화된 우레탄칩의 표면에 잡착되는 무색아스팔트는 우레탄 칩 표면에 견고하게 코팅되어 일체화를 이룰 수 있다.

본 발명에 있어서, 우레탄칩의 발포 정도는 30% 이상이어야 하며, 30% 이하인 경우에는 겔화에 다소 문제가 있다. 그리고 발포 우레탄칩을 간접가열하면 약 60℃에서 표면이 겔화되기 시작하여 약 120℃에서 녹기 시작하기 때문에, 간접가열의 온도범위는 60-120℃이어야 한다.

우레탄칩 대신에, 분쇄 폐타이어칩이나 EPDM칩의 사용을 고려해 볼 수도 있 겠으나, 분쇄 폐타이어칩은 무색아스팔트와 혼합하면 색상이 탁해져 칼라아스팔트 콘크리트 포장에 적합하지 않고, EPDM칩은 발포가 용이하지 않은 것이어서 표면 겔화가 어려워 표면 코팅에 문제가 있다. 따라서 이들은 무색아스팔트를 사용하는 칼라아스팔트 콘크리트 포장에 사용되기 어렵다.

상기와 같이 하여 제조된 우레탄 코팅칩을 150-200℃로 가열된 무색 아스팔트와 혼합하면, 우레탄 코팅칩은 그 표면에 코팅된 우레탄이나 무색 아스팔트 바인더에 의하여 무색아스팔트와의 접착이 용이하게 되고, 나아가 무색 아스팔트 및 골재 등에 고르게 분산되면서, 결과적으로 칼라아스팔트 콘크리트 전체에 탄성이 부여된다. 그리고 이로 인하여, 본 발명의 칼라아스팔트 콘크리트를 사용한 포장체는 동절기 저온 크랙의 발생을 저감시키고, 하절기 소정변형을 방지하는 효과를 갖게 된다.

이하, 본 발명의 방법에 대하여 설명한다.

제1단계 : 본 발명의 탄성칩을 제조하는 단계.

이 단계는 발포율 30% 이상인 2㎜ 이하의 우렌탄칩에 대하여 간접 가열 방식으로 60-120℃로 가열하여 우레탄칩 표면을 겔화하고, 이 표면겔화단계의 우레탄칩 1중량부에 대하여 우레탄 또는 무색 아스팔트 바인더 0.01-0.03 중량부와, 시멘트, 탄산칼슘 중 하나 또는 이들의 혼합물을 0.01-0.03 중량부를 투입하여 충분히 혼합한 후, 이 혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 일정 크기로 절단하여 우레탄 코팅칩을 제조하는 단계이다.

이 단계에 있어서, 우레탄 칩의 크기를 2㎜ 이하로 한정한 이유는, 2㎜ 이하로 하는 것이, 장차 무색 아스팔트와의 혼합할 때 분산이 용이하고, 그로 인하여 무색 아스팔트와의 결합이 공고히 되어, 무색 아스팔트의 품질을 개선시키는 효과가 크기 때문이다. 그리고 바람직하게는 1.5㎜ 이하로 하는 것이 좋다. 이 칩들을 60-120℃로 간접 가열하는 이유는, 첫째, 간접 가열이 아니면 이 칩들이 연소되는 문제가 있고, 둘째, 60℃ 이하인 경우에는 이 칩들의 표면이 겔화(숙성)되지 않아 장차 무색 아스팔트와의 결합 시 충분한 결착이 이루어지지 않게 되고, 셋째, 120℃ 이상인 경우에는 칩이 녹아서 입자끼리 붙어 개별입자 구성이 어렵고, 또한 우레탄칩이 소성될 우려가 있기 때문이다. 우레탄 칩의 색상은 포장체의 색상과 동일하거나 유사한 색상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 우레탄이나 무색 아스팔트 바인더를 사용하는 이유는 이들 바인더는 고온에서 우레탄칩과의 접착력이 우수하기 때문이다. 이들 바인더가 0.01 중량부 이하인 경우에는 코팅액으로 부족하고, 0.03 중량부 이상인 경우에는 코팅액으로 과다하여 우레탄 칩 입자 간의 결합을 초래할 우려가 있다.

그리고 시멘트, 탄산칼슘 중 하나 또는 이들의 혼합물을 사용하는 이유는 개질재인 우레탄칩들끼리 엉겨 붙는 것을 방지하기 위함이다. 시멘트, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물이 0.01 중량부 이하에서는 우레탄 칩의 표면에 코팅되는 양이 너무 적게 되고, 0.03 중량부 이상인 경우에는, 코팅되는 양이 불필요하게 많아 먼지가 많이 발생될 우려가 있기 때문이다.

제2단계 : 칼라 아스팔트를 제조하는 단계.

이 단계는 전기 단계에서 제조된 우레탄 코팅칩을 아스팔트 콘크리트 재료와 혼합하여 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하는 단계이다. 구체적으로는, 칼라 아스 팔트 콘크리트 1ton 생산하는데, 우레탄 코팅칩 6-18㎏을 타 재료와 혼합하여 사용하면 된다. 이때, 우레탄 코팅칩을 6㎏ 이하로 사용하면 원하는 사용효과를 얻을 수 없고, 18㎏ 이상인 경우에는 품질 향상에 도움이 되지 않는다. 따라서 6-18㎏이 적절하다.

함께 혼합되는 타 재료로는, 무색아스팔트, 골재, 충전재 (석분, 석회석, 시멘트 등), 안료 등을 들 수 있으며, 필요에 따라, 보강섬유도 사용될 수 있다. 이때, 골재 및 기타 재료들은, 통상의 방법에 따라 그 사용량 등을 정하면 된다. 물론, 이들 재료의 사용량 등은 포장되는 도로의 성질이나 용도에 따라 정해질 수 있는바, 구체적인 포장체의 용도에 따라, 골재의 크기도 달라질 수 있으며, 밀립도 골재, 갭입도 골재, 투수성 및 배수성 입도의 골재 등이 사용될 수 있다.

이러한 골재 및 재료들을 사용하여, 본 발명의 아스팔트 콘크리트를 제조하기 위해서는, 150-200℃로 가열한 골재 1 중량부에, 150-200℃로 가열한 무색 아스팔트 0.04-0.1 중량부, 석분, 석회석, 시멘트 등의 충전제의 하나 또는 둘 이상 0.01-0.05 중량부, 우레탄 코팅칩 0.006-0.018 중량부, 안료 0.001-0.005 중량부를 혼합하여 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조한다.

위와 같은 공정에 의하여 제조된 칼라 아스팔트 콘크리트를 통상의 방법에 의하여, 현장으로 운반하여 포설 및 다짐하여 도로를 포장하면 된다. 이와 같이 하여 포장된 칼라 아스팔트 콘크리트 포장은, 종래의 칼라 아스팔트 콘크리트 포장에 비하여, 동절기 저온 균열의 문제점과 하절기 타양 열에 의한 균열의 문제점이 현 저히 개선되었고, 또한 하절기 기온 상승에 따른 소성변형의 문제점도 현저히 개선된 것이다. 따라서 본 발명은 무색 아스팔트를 사용한 칼라 도로포장의 활성화를 도모할 수 있는 매우 유용한 것이다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 설명한다.

(실시예)

본 실시예는 폭 3.5m 길이 500m의 어린이 보호구역(스쿨 존)을 포장하는 것으로, 포장두께를 5cm로 하고, 색상은 적색이며, 기존 아스팔트 포장의 상부에 오버레이(overlay) 하는 방식으로 포장하였다. 본 실시예는 아래와 같은 공정으로 진행되었다.

제1공정 : 우레탄 코팅칩 제조

적색의 1.2㎜이하의 우레탄 칩 100㎏을 외부가열 장치가 있는 믹서에 투입하여 약 100℃가 되도록 가열하였다. 이에, 무색 아스팔트 2㎏ 투입하여 혼합하고, 5분 후 탄산칼슘 8㎏과 셀룰로오스 섬유 10㎏을 투입, 혼합한 후, 이 혼합물을 냉각 믹서로 이송하여 약 50℃ 이하가 되도록 냉각시킨 후, 일정 크기로 절단하여 우레탄 코팅칩을 제조하였다. 이 제조된 우레탄 코팅칩을 사용의 편이를 위하여 10 단위로 구분하여 PE 비밀포대에 담아 보관하였다. PE 비닐포대에 담아 보관하는 이유는, PE 비닐포대는 약 130℃에서 녹는 것이어서, 향후 아스팔트 콘크리트 포장을 할 때, 이 포대를 벗겨낼 필요 없이 포대 채로 아스팔트콘크리트에 투입하여 사용할 수 있기 때문이다.

제2공정 : 칼라아스팔트 콘크리트 제조

하기 표1의 입도 분포를 갖는 골재 1000㎏을 약 180℃로 가열하여, 아스팔트 콘크리트 혼합 믹서에 투입하였다.

표 1 : 골재의 입도 분포

체크기	체통과 중량 백분율(%)
	19㎜	13㎜	No. 5	No. 8	No. 30	No.50	No. 100	No. 200
13㎜ 갭입도	100	95 -100	35 -55	30 -45	20 -40	15 -30	5 -15	4 -10

이 혼합 믹서에 전기 공정에서 제조된 우레탄 코팅칩 약 10㎏을 투입하여 약 5초간 골재와 함께 혼합되도록 하였다. 이에 약 160℃로 가열된 무색 바인더를 약 60㎏, 적색 무기질 안료 약 6.5㎏, 충전재(Filler)로서 탄화칼슘 약 30㎏을 투입하여 약 45초간 혼합하여, 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하였다.

제3공정 : 도로 포장

전기 공정에서 제조된 칼라 아스팔트 콘크리트를 트럭에 담아 현장으로 이송하고, 아스팔트 콘크리트용 휘니샤로 포설하였다. 그리고 마카담 로라로 4회, 타이어 로라로 6회, 탄뎀 로라로 3회 왕복 다짐하여 포장공사를 완료하고, 포장체의 온도가 약 50℃가 된 것을 확인하고 어린이 보호구역을 개통시켰다.

본 실시예에 의하여 포장된 포장체에 대하여 안정도, 동적 안정도, 탄성회복계수 및 현장밀도를 시험하였는바, 그 시험결과는 하기 표2와 같았다.

표 2 : 본 실시예의 시험결과

항목	안정도(㎏)	동적 안정도 (회/㎜)	탄성회복계수 (5)	현장밀도	칸타브로 손실율(%)
본 발명	1240	9500	3154	2265	7
규격	500 이상	4000 이상	-	-	20 이하

표2에서, 안정도는 약 60℃에서의 강도를 나타내는 것이며, 동적 안정도는 소성 변형에 대한 저항성이고, 회복 탄성계수는 저온 균열의 기준이며, 현장밀도는 다짐율에 따라 다짐정도를 나타내는 것이며, 칸타브로 손실율은 골재의 표면 박리의 기준이 되는 것이다.

표2에서 보듯이, 본 발명의 경우, 안정도, 동적 안정도, 회복탄성계수 및 현장밀도와 칸타브로 손실율이 모두 우수하였다. 참고로, 탄성회복계수는 낮을수록 좋은 것인데, 일반 아스팔트 콘크리트의 경우에는 탄성회복계수는 9000이상을 나타낸다. 본 발명의 경우에는 탄성회복계수가 3154로서 일반 아스팔트 콘크리트에 비하여 매우 낮고, 동적 안정도가 일반 아스팔트 콘크리트보다 월등히 양호하므로, 일반 아스팔트 콘크리트에 비하여 매우 우수한 것임을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 발포율 30% 이상인 2㎜ 이하의 우렌탄칩을 믹서의 넣고 믹서 외부에서 열을 가하여 칩에 열이 직접 닿지 않도록 가열하는 방식으로 60-120℃로 가열하여 표면을 겔화시키는 단계;

   전기 단계에서 표면이 겔화된 표면겔화단계의 우레탄칩 1중량부에 우레탄 또는 무색 아스팔트 바인더 0.01-0.03 중량부와, 시멘트, 탄산칼슘 중의 하나 또는 이들의 혼합물 0.01-0.03 중량부를 투입하여 혼합하는 단계;

   전기 단계의 혼합물을 상온으로 냉각 및 절단하여 우레탄 코팅칩을 제조하는 단계; 및

   전기 단계에 의하여 제조된 우레탄 코팅칩을 무색 아스팔트 및 통상의 아스팔트 콘크리트 자재인 골재, 충전제, 안료와 혼합하는 단계;를 포함하는 무색아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 150-200℃로 가열한 골재 1 중량부에, 150-200℃로 가열한 무색 아스팔트 0.04-0.1 중량부, 충전제로서 석분, 석회석, 시멘트 중 선택된 하나 또는 둘 이상 0.01-0.05 중량부, 우레탄 코팅칩 0.006-0.018 중량부, 안료 0.001-0.005 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 무색아스팔트를 사용한 칼라 아스팔트 콘크리트를 제조하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 칼라 아스팔트 콘크리트.