KR100974858B1 - 가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재 및 그 첨가재가 함유된 아스팔트콘크리트 - Google Patents

가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재 및 그 첨가재가 함유된 아스팔트콘크리트 Download PDF

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Abstract

135~180℃의 고온 아스팔트콘크리트, 100~135℃의 중온화 아스팔트콘크리트인 가열식 아스팔트콘크리트에 적용하는 첨가재로서, 첨가재를 가열하여 액상으로 아스팔트콘크리트 생산시 아스팔트 콘크리트와 함께 믹서에 투입한다.
첨가재는 EVA를 주원료로 하고, 접착력, 인장력, 탄성, 연성, 저온균열방지, 소성변형억제, 증량 등과 같은 아스팔트콘크리트의 각종 개질 요구특성에 따라, SBS, SIS, LDPE, HDPE, 프로세스오일, PE WAX, 파라핀유, 벙커C유 또는 송진, 우레탄칩, 분쇄 폐타이어칩, EPDM칩과 보강섬유 등이 사용된다.
이렇게 혼합된 재료를 간접열방식 믹서에 넣고 100~220℃로 가열하면서 혼합, 용융하여 액상의 첨가재를 만들어 아스팔트, 골재, 필러와 함께 아스팔트콘크리트 믹서에 계량 투입하여 혼합함으로서 개질된 아스팔트콘크리트를 생산한다.
아스팔트콘크리트, 첨가재, 개질재, 가열, 액상

Description

가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재 및 그 첨가재가 함유된 아스팔트콘크리트{ADDITIVE TO BE APPLIED IN HOT LIQUID PHASE FOR REFORMING ASPHALT CONCRETE AND ASPHALT CONCRETE USING THE ADDITIVE}
본 발명은 아스팔트콘크리트에 사용하는 첨가재 및 그 첨가재를 사용하여 제조되는 아스팔트콘크리트에 관한 것이다. 첨가재를 용융하여 액상 상태로 만들어 아스팔트콘크리트 제조용 믹서에 주성분인 아스팔트와 별개로 투입하여 사용하는 아스팔트 콘크리트용 첨가제가 개시된다.
아스팔트콘크리트 개질용 첨가재는 다종 다양한 것이 개발되어 있다. 기존의 아스팔트콘크리트용 첨가재는 건식용과 습식용으로 나눌 수 있는데, 건식용은 첨가재의 물리적인 성상(性狀)이 입자 또는 분말상으로서 비닐봉지에 담긴 입자 또는 분말상의 첨가재를 아스팔트콘크리트 생산시 비닐과 함께 믹서에 투입하여 사용하는 방식의 것으로서 흔히 '플랜트 투입형'이라고도 불린다. 습식용은 첨가재를 아스팔트(A)에 완전히 녹여 믹서에 투입하여 사용하는 방식의 것으로서 '프리믹스 타입'이라고도 한다.
건식용(플랜트 투입형) 첨가재로는 분쇄폐타이어 고온숙성칩을 사용하거나, LDPE, HDPE 또는 EVA를 분말로 분쇄하여 투입하거나, SBS와 Oil 등을 압출기로 압출하여 입상(粒狀) 재료로 만들어 투입하는 형태로 사용하였다.
그런데 첨가재로서 이러한 건식용 입상재료를 사용할 경우에는 아스팔트콘크리트를 생산할 때 믹서 내에서 그 재료들을 혼합하는 시간이 30초에서 60초 정도로 매우 짧기 때문에 이런 짧은 시간 내에 첨가재가 완전히 용융되지 않는 경우가 있어서 제 성능을 발휘하지 못할 수 있으며, 두 가지 이상의 재료를 함께 투입하여 사용할 경우에는 그 투입된 재료들이 균질하게 녹아 균질하게 혼합된 품질이 만들어지는 것이 아니라 그 두 가지 이상 재료의 녹아 섞이는 정도가 편중되거나 불균일하여 제 성능을 충분히 발휘하지 못하는 단점이 있을 수 있다.
또한 건식용 첨가재는 그 첨가재를 플랜트에 투입할 때 믹서를 열고 투입하므로 먼지가 많이 나고, 투입시간을 정확하게 맞추지 못할 경우 첨가재가 미처 충분히 혼합되지 않은 상태로 믹서에서 배출되거나, 또는 그런 미혼합 상태로 다른 제품에 투입되는 경우도 종종 발견되었다.
한편, 프리믹스 타입의 첨가재의 경우에는, 소정의 분말상 또는 입상의 첨가재를 먼저 소정의 아스팔트에 혼합하여 전체를 함께 녹인 후 이를 아스팔트 콘크리트 믹서에 투입하는 것으로서, 프리믹스 타입은 SBS+아스팔트, 분쇄폐타이어+아스팔트 또는 LDPE+아스팔트가 주종을 이룬다. 이러한 재료를 사용한 프리믹스 타입의 첨가재는 그 사용전(가열되기 전)에 먼저 소정의 탱크에 저장되는데 이때 탱크에 반입되어 저장되는 재료는 그 반입량 전체가 한꺼번에 사용되는 것이 아니라 필요한 만큼씩만 반출되어 가열되어 사용된다. 따라서 반입량 전량이 사용되지 않아 항 상 재고가 남게 되어 계속 반복 가열사용하게 될 수밖에 없다.
아스팔트 첨가재는 오랫동안 가열하거나 반복 가열하게 되면, SBS 또는 LDPE가 산화되면서, 분자가 파괴되어, 아스팔트와 SBS등과 재료분리가 되고, 이에 따른 품질 불균형과 성능이 떨어지게 되며, 분쇄폐타이어를 사용한 아스팔트도 분쇄폐타이어가 용융되면서 시간 경과에 따라 점도의 변화와 물성의 변화로, 품질이 균질하지 않게되며, 특히 가열시간이 길어질수록 분쇄폐타이어가 팽창되고, 완전용융이 되며, 점도가 높아져 펌핑이 어렵게 되어 투입파이프가 막히는 등 생산성을 떨어 뜨린다.
따라서 프랜트 투입타입의 용융시간과 첨가재의 분산 문제를 해소하고, 프리믹스타입의 첨가재의 산화와 재료분리에 대한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 첨가재만를 가열 용융하여 아스팔트와 별도로 액상 투입하는 방법을 채택한다.
본 발명은 고온아스팔트(내유동, 저소음배수성, SMA아스팔트콘크리트)와 , 중온화 아스팔트(밀입도, 내유동, 저소음배수성, SMA아스팔트콘크리트), 중온화 공장재생 아스팔트콘크리트, 중온화 현장재생 아스팔트콘크리트, 무색아스팔트를 사용한 중온화 칼라 아스팔트콘크리트 등 가열 혼합식 아스팔트콘크리트에 사용하는 첨가재로서 가열하여 액상으로 투입하는 방식이다.
본 발명에 따른 첨가재는 접착력이 우수한 EVA를 주원료로 하고 이에 합성수지와 연화재, 강도 보강재를 더하며, 얻고자 하는 품질 특성에 따라, 고무칩을 더 혼합하여 제조된다. 제조시 100~220℃로 가열, 용융하여 액상화하여 계량하고 이를 믹서에 투입하여 요구 품질의 아스팔트콘크리트를 생산한다.
이렇게 제조된 아스팔트 콘크리트는 첨가재와 아스팔트를 별도로 투입하므로 첨가재는 아스팔트 콘크리트 1ton에 2~8kg를 투입하므로 일일 생산량 500ton일 경우 1ton에서 4ton의 소량만 가열 용융하면 되므로 재고를 남기지 않고 사용할 수 있어 품질의 변형을 방지하고 균질한 아스팔트 콘크리트를 생산하게 되는 것이다.
본 발명에 따른 가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재는 135~180℃의 고온 아스팔트콘크리트, 100~135℃의 중온화 아스팔트콘크리트인 가열식 아스팔트콘크리트에 적용하는 첨가재로서, 첨가재를 가열하여 액상으로 아스팔트콘크리트 생산시 아스팔트 콘크리트와 함께 믹서에 투입한다.
첨가재는 EVA를 주원료로 하고, 접착력, 인장력, 탄성, 연성, 저온균열방지, 소성변형억제, 증량 등과 같은 아스팔트콘크리트의 각종 개질 요구특성에 따라, SBS, SIS, LDPE, HDPE, 프로세스오일, PE WAX, 파라핀유, 벙커C유 또는 송진, 우레탄칩, 분쇄 폐타이어칩, EPDM칩과 보강섬유 등이 사용된다.
이렇게 혼합된 재료를 간접열방식 믹서에 넣고 100~220℃로 가열하면서 혼합, 용융하여 액상의 첨가재를 만들어 아스팔트, 골재, 필러와 함께 아스팔트콘크리트 믹서에 계량 투입하여 혼합함으로서 개질된 아스팔트콘크리트를 생산한다.
본 발명에 따른 가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재는 종래 프랜 트 투입타입의 용융시간과 첨가재의 분산 문제를 해소하고, 프리믹스타입의 첨가재의 산화와 재료분리에 대한 문제가 해결되으로써 품질의 변형이 방지된 균질한 아스팔트 콘크리트를 얻을 수 있다.
본 발명의 목적을 구현하기 위한 구체적인 기술적 구성들은 아래와 같다.
기재(基材)로서 EVA(Ethylene vinyl acetate)가 사용된다. EVA는 접착력이 좋고, 탄성을 가지며, 신장률이 높고, 안정된 재료로서 60~105℃에서 용융되는 것을 사용한다.
접착력과 인장력을 강화하는 한편 신도(伸度) 개선재로서 탄성과 연성을 좋게 할 필요가 있을 경우에는 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 또는 SIS(Styren- Isoprene- Styren)를 혼합하여 사용할 수 있고, 강성이 필요할 경우에는 LDPE(저밀도폴리에틸렌: Low Density Polyethylene) 또는 HDPE(고밀도폴리에틸렌: High Density Polyethylene)를 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 혼화재료는 EVA 100 중량부에 대하여 상기와 같은 필요특성에 따라 SBS, SIS, LDPE, HDPE 중 어느 하나 이상을 선정하여 10 중량부 ~ 200중량부 사용한다. 10 중량부 이하로 사용할 경우에는 그 사용효과가 없고, 200 중량부 이상 사용할 경우에는 SBS, SIS는 150℃ 이상의 고온에서 용융되고, LDPE, HDPE는 용융지수가 50이하로 낮아 아스팔트 콘크리트의 혼합성을 떨어뜨린다. 용융지수란 수지를 190℃로 가열시 흐름정도 판단하는 기준으로 50이상은 흐름성이 좋고, 50이하를 흐름성이 떨어지는 것으로 200중량부 이상을 사용할 경우 아스팔트콘크리트의 작업성이 떨어진다, 용융지수가 낮은 수지로서 작업성(workability)이 떨어져 포설이 어렵다.
작업성(포설용)향상, 분산력 증대, 점착력 향상을 위한 연화재로서, 송진, PE(Polyethylene)왁스, 프로세스오일, 벙커C유 중 어느 하나 이상을 더 사용할 수 있는데, 그 사용량은 EVA 100 중량부에 대하여 10중량부 ~ 300중량부 사용하는데 연화재가 300 중량부 이상이면 작업성은 우수해지나 연화점이 50℃ 이하로 낮아져 도로포장용으로 적합하지 않는 품질로 변화되며, 10 중량부 이하는 연화 효과가 없다.
본 발명에 따른 첨가재를 구성하는 혼합물은 이상의 재료 외에 탄성을 부여하여 아스팔트 포장의 동절기 저온균열을 방지할 목적으로 0.01mm ~1.5mm 이하의 우레탄칩, 페타이어칩 또는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)칩 (이하“고무칩”이라 한다)을 EVA 100 중량부에 대하여 50 ~ 300중량부 혼합하여 사용할 수 있다.
또한 필요에 따라 상기의 재료에 보강섬유를 더 혼합하여 사용할 수 있는데 보강 섬유는 인장력을 키우고 크랙을 억제하기 위하여 사용한다. 보강섬유로는 200℃에서 녹지 않는 보강섬유를 사용해야 하며, 목분, 샐룰로오스섬유, 탄소섬유 또는 폐타이어 분쇄시 생기는 나일론 섬유 등을 사용하며, 사용량은 아스팔트 콘크리트 1ton당 0.2 ~ 4kg의 범위에서 사용한다. 0.2g 이하는 사용효과가 없고 4kg이상은 과사용이어서 아스팔트 사용량을 높혀 경제성을 떨어뜨린다.
안료를 사용하여 칼라화도 가능한데 200℃ 이상에서도 탈색되지 않는 산화철, 산화크롬등 무기질 안료를 사용하며, 아스팔트 콘크리트 1ton 당 3~30kg의 범위에서 사용하며 3k이하는 색상이 부족하며 30kg이상은 아스팔트 콘크리트의 품질 을 떨어뜨린다.
본 발명에 따른 첨가재를 구성하는 혼합물은 그 혼합물에 간접열을 가할 수 있는 간접열 믹서에서 혼합하는 것이 바람직하며 100℃~220℃의 범위로 녹여 사용한다. 여기서 간접열을 가할 수 있는 간접열 믹서라 함은 재료가 직접 불에 직접 노출되지 않는 방법으로 가열되는 방식의 믹서를 뜻하는 것으로서, 불이 재료를 접하는 것이 아니라 열이 재료에 접하는 간접열 방식의 믹서를 뜻한다.
이렇게 가열용융된 아스팔트 첨가재를 계량장치(중량계량식 또는 용적계량식)를 사용하여 액상상태에서 계량후 믹서 또는 아스팔트 계량기에 액상상태로 투입하여 사용하는데 100℃에서 180℃의 범위의 가열 아스팔트콘크리트 및 공장재생 아스팔트콘크리트, 현장재생 아스팔트콘크리트 등 가열 혼합식의 모든 아스팔트콘크리트에 적용할 수 있다.
가열혼합식 아스팔트의 경우, 아스팔트를 135℃~170℃로 가열하고, Filler를 상온으로 하며, 골재를 100℃~180℃로 가열(더 세분하여 일반 아스팔트콘크리트일 경우에는 골재를 135~180℃, 중온 아스팔트콘크리트일 경우에는 골재를 100~135℃로 가열)하여 믹서로 투입하여 혼합하고, 여기에 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 첨가재를 투입 혼합한다. 이렇게 혼합된 아스팔트 콘크리트 혼합물을 덤프트럭으로 운반하고(현장재생 아스팔트콘크리트는 현장에서 생산하여 직접 포설되므로 덤프트럭 운반공정이 생략됨)하고, 아스팔트콘크리트용 포설기로 포설하여, 마카덤, 타이어, 또는 탄뎀 로라로 다짐하여 시험용 공시채의 강도의 96% 이상의 강도가 되도록 다짐하여 완성한다.
(실시예1)
골재온도를 125℃로 생산하는 중온개질 아스팔트콘크리트로서, 아스팔트콘크리트의 골재 최대 크기는 13mm 내유동 220 ton을 생산하여 기존포장층 상부에 포장한다.
1. 첨가재의 생산
가) 첨가재의 배합(1,000kg 기준)


재료명
EVA(용융온도81℃, 용융지수 150)

프로세스오일

송진

SBS

LDPE

계

재료량
(kg)
300
105
205
90
300
1,000
나) 가)의 재료를 180℃에서 1시간 이상 간접 가열하여 용융한다.
다) 용융된 아스팔트 첨가재를 펌핑으로 계량 장치로 이송하여, 아스팔트 콘크리트 1톤당 4.5kg를 계량한다.
2. 계랑된 개질재를 아래 ※ 배합표에서 골재는 125℃로 가열하고 아스팔트는 150℃로 가열하여 전체 혼합믈의 배합 온도가 배합의 120~130℃ 되도록 혼합하면서 아스팔트콘크리트에 계량된 첨가재를 믹서에 투입하여 혼합한다.
※ 13mm의 내유동 아스팔트콘크리트 입도분포



체크기
(mm 규격)
체통과중량 백분유(%)

20
13
10
5
2.5
0.6
0.3
0.15
0.08


중온화
13mm내유동

100

90~100

73~90

40~60

25~40

11~22

7~16

4~12

3~19
※ 배합표

재료명
골재
A/P
Filler
가열액상투입식
중온화첨가재
계

재료량
(kg/ton)

897.5

58

40

4.5

1,000
3. 시공
상기의 재료를 덤프트럭으로 운반하여 아스팔트 포장용 휘니셔로 120℃에서 포설하고 머캐담로라, 탄뎀로라로 다짐하여 시험실 제작 공시체 강도의 96% 이상의 강도가 되도록 다짐한다.
4. 품질시험결과

항목
안정도(kg)
후로우
(1/100cm)
수침후
마살안정도(%)
동적안정도
(회/mm)

시험결과
756
32
92
5,600

규격
500 이상
20~40
75이상
4,000이상
내유동은 동적 안정도의 품질을 기준으로 한다.
(실시예 2)
중온화 현장 재생 아스팔트 콘크리트 포장공법에 적용하는데 노화된 포장(아스팔트콘크리트)도로표면에 135℃로 열을 가하고 5cm 되도록 평삭한 후, 그 평삭된 상부에 본 발명의 첨가재를 살포하고 이를 벨트콘베어로 믹서로 이송하여 혼합하고, 포설기로 투입하여 포설하는 현장재생 아스팔트콘크리트를 생산, 시공한다.
- 현장재생 아스팔트콘크리트 포설장치의 구성은 표면 가열기, 첨가재 가열 혼합기, 첨가재 살포기, 평삭기, 이송벨트콘베이어, 혼합기, 포설기로 구성된다.
1. 첨가재의 생산
가) 첨가재의 배합


재료명
EVA
(용융온도 81℃,
용융지수 150)

프로세스오일

송진
A/P
(침입도
85~100)

SBS

분쇄폐타이어
(1.0~0.1mm이하)

계

재료량
(kg)

250

500

50

100

30

70

1,000
나) 가)의 재료를 180℃가 되도록 간접가열하여 용융한다.
2. 첨가재의 계량 살포
가) 현장재생 설비로 기존 노화된 아스팔트콘크리트를 135℃가 되도록 가열한다.
나) 가열된 아스팔트콘크리트를 평삭하면서 첨가재를 살포하는데 살포량은 아팔트 콘크리트 1톤당 7.5kg 살포한다. 즉, 면적 100㎡당 아스팔트 콘크리트는 일반적으로 두께 5cm의 경우 11.73톤이므로 첨가재는 ㎡당 0.88kg(11.73톤 X아스콘 1톤당 7.5kg ≒ 88kg) 살포한다.
다) 평삭된 아스팔트 콘크리트와 살포된 첨가재를 벨트콘베어로 믹서로 이송하여 혼합하며, 혼합된 아스팔트 콘크리트를 현장 재생 설비에 연결된 포설기로 이송한다.
3. 시공
이송된 재생 아스팔트콘크리트를 포설기로 포설한 다음, 머캐덤, 탄뎀, 타이어로라 다짐하여 시험용 공시체 강도의 96%이상의 강도가 되도록 다짐한다.
4. 품질시험결과


항목

안정도(kg)

후로우
(1/100cm)
수침후
마살안정도(%)
동적안정도
(회/mm)

시험결과
1,250
25
85
3,200

규격
500이상
20~40
75이상
-

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100중량부에 대하여 스티렌부타디엔스티렌(SBS), 스티렌이소프렌스티렌(SIS), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 어느 하나 이상이 10 중량부 ~ 200중량부, 송진, 폴리에틸렌(PE)왁스, 프로세스오일, 벙커C유, 아스팔트 중 어느 하나 이상이 10 중량부 ~ 300 중량부 및 0.01mm ~1.5mm 이하의 우레탄칩, 폐타이어칩 또는 에틸렌프로필렌디엔모노머(EPDM)칩이 50 중량부 ~ 300 중량부 혼합되어 가열용융되어 이루어진 액상 첨가재를, 100℃~135℃의 온도범위로 제조되는 아스팔트콘크리트 1톤당 2kg-8kg의 범위로 투입하여 제조되는 아스팔트 콘크리트.
KR1020090060744A 2009-07-03 2009-07-03 가열 액상 투입식 아스팔트 콘크리트용 첨가재 및 그 첨가재가 함유된 아스팔트콘크리트 KR100974858B1 (ko)

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