본 아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 특성을 개선하기 위하여 페타이어 열분해 공법의 부산물인 카본블랙을 이용하였다. 원아스팔트에 열분해 카본블랙 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 혼합하였고, 동적전단유동기시험 및 처짐보유동기시험을 시행하였다. 열분해 카본블랙을 혼합한 아스팔트 바인더의 피로균열이 감소하는 경향을 나타내었고, 저온에서의 균열은 -12도까지는 개선되었으나, -18도에선 기준을 초과하는 것으로 나타났다.
본 아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 특성을 개선하기 위하여 페타이어 열분해 공법의 부산물인 카본블랙을 이용하였다. 원아스팔트에 열분해 카본블랙 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 혼합하였고, 동적전단유동기시험 및 처짐보유동기시험을 시행하였다. 열분해 카본블랙을 혼합한 아스팔트 바인더의 피로균열이 감소하는 경향을 나타내었고, 저온에서의 균열은 -12도까지는 개선되었으나, -18도에선 기준을 초과하는 것으로 나타났다.
Carbon black from pyrolysis of waste tires was used to modify and improve the fatigue properties and low temperature cracking of asphalt binder. 0%, 5%, 10%, 15% and 20% of pyrolyzed carbon black was mixed. Couple of laboratory tests, such as dynamic shear rheometer test and bending beam rheometer t...
Carbon black from pyrolysis of waste tires was used to modify and improve the fatigue properties and low temperature cracking of asphalt binder. 0%, 5%, 10%, 15% and 20% of pyrolyzed carbon black was mixed. Couple of laboratory tests, such as dynamic shear rheometer test and bending beam rheometer test, were carried out. The use of pyrolyzed carbon black decreased the fatigue at room temperature and improved the resistance of low temperature cracking up to $-12^{\circ}C$, but, was off the criteria at $-18^{\circ}C$.
Carbon black from pyrolysis of waste tires was used to modify and improve the fatigue properties and low temperature cracking of asphalt binder. 0%, 5%, 10%, 15% and 20% of pyrolyzed carbon black was mixed. Couple of laboratory tests, such as dynamic shear rheometer test and bending beam rheometer test, were carried out. The use of pyrolyzed carbon black decreased the fatigue at room temperature and improved the resistance of low temperature cracking up to $-12^{\circ}C$, but, was off the criteria at $-18^{\circ}C$.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 열분해시 발생하는 잔류물인 카본블랙을 이용하여 아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 성능 개선효과를 검증해 보고자 한다. 이를 위해 열분해 카본블랙의 사용량을 아스팔트 사용량 대비 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 혼합하여 개질아스팔트 바인더를 제조하였다.
처짐보 유동시험은 아스팔트 바인더의 저온에서의 변형특성을 평가하기 위한 것으로 저온에서 취성파괴가 발생하지 않는 아스팔트를 선정하여야 한다. 시험은 100g (980mN) 하중을 240초 재하하여 이때 발생하는 처짐특성을 평가하는 것이다. 60초에서의 변형량을 평가하고, 이를 이용하여 아래의 식과 같이 Creep Stiffness를 결정한다.
Superpave 공용성등급(Performance Grade) 평가용 시험중 동적전단유동시험 및 처짐보유동시험을 이용하였다. 열분해 카본블랙의 사용량에 따른 아스팔트 바인더의 성능 개선효과를 분석하였고, 이를 통해 폐타이어 열분해 카본블랙을 이용한 개질아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 저감 가능성을 제시하고자 한다.
제안 방법
(1) DSR시험을 이용하여 피로균열 저항성을 평가하는 G* sinδ 값을 결정하였다.
(2) 처짐보유동시험을 이용하여 Creep Stiffness(기준 300kPa 이하)와, 기울기(m, 기준 0.3 이상)를 결정하였다. -6도에서 시험한 결과는 AP-3 및 AP-5의 모든 PCB 함량에 대한 시편 시험결과, 기준값을 충족하였다.
시험은 100g (980mN) 하중을 240초 재하하여 이때 발생하는 처짐특성을 평가하는 것이다. 60초에서의 변형량을 평가하고, 이를 이용하여 아래의 식과 같이 Creep Stiffness를 결정한다. 또한, 60초에서의 Creep Stiffness의 기울기를 평가 하여 이를 m-value로 정의한다.
이를 위해 열분해 카본블랙의 사용량을 아스팔트 사용량 대비 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 혼합하여 개질아스팔트 바인더를 제조하였다. Superpave 공용성등급(Performance Grade) 평가용 시험중 동적전단유동시험 및 처짐보유동시험을 이용하였다. 열분해 카본블랙의 사용량에 따른 아스팔트 바인더의 성능 개선효과를 분석하였고, 이를 통해 폐타이어 열분해 카본블랙을 이용한 개질아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 저감 가능성을 제시하고자 한다.
아스팔트 바인더의 저온성능을 평가하기 위하여 처짐 보유동기시험(Bending Beam Rheometer, BBR) 시험을 시행한다. 표준시험규격은 KS F 2390을 준용하였다.
타이어의 재료는 본 연구에 사용된 실험재료는 2종류의 아스팔트바인더 (AP-3 및 AP-5)를 이용하였고, 아스팔트 성능 개선을 위해 열분해 카본블랙을 이용하였다. 열분해 카본블랙의 사용량, 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%로 만든 개질아스팔트 바인더를 이용하여 일반적인 실험과 SHRP 공용성등급용 실험을 수행하였다. 아스팔트바인더는 균질한 것으로서 석유사업법상 도로포장용 아스팔트로서 한국산업규격 KS M 2201(침입도 분류에 의한 기준) 제품을 이용하였다.
원아스팔트, 단기노화아스팔트 및 장기노화아스팔트를 이용하여 DSR 시험을 수행하였다. 시험으로부터 측정된 전단탄성계수 및 위상각을 Table 1, Table 2, 및 Table 3에 나타내었다.
본 연구에서는 열분해시 발생하는 잔류물인 카본블랙을 이용하여 아스팔트 바인더의 피로균열 및 저온균열 성능 개선효과를 검증해 보고자 한다. 이를 위해 열분해 카본블랙의 사용량을 아스팔트 사용량 대비 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 혼합하여 개질아스팔트 바인더를 제조하였다. Superpave 공용성등급(Performance Grade) 평가용 시험중 동적전단유동시험 및 처짐보유동시험을 이용하였다.
대상 데이터
실험에 사용한 열분해 카본블랙은 [Fig. 1]과 같은 10톤용량의 폐타이어 열분해 플랜트에서 폐타이어 열분해시 잔류물로 배출되는 것으로 최초 잔류물을 밀링처리하여 가공한 형태로 제공되었다. 열분해 카본블랙의 주요 성분은 Fixed Carbon 62.
열분해 카본블랙의 사용량, 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%로 만든 개질아스팔트 바인더를 이용하여 일반적인 실험과 SHRP 공용성등급용 실험을 수행하였다. 아스팔트바인더는 균질한 것으로서 석유사업법상 도로포장용 아스팔트로서 한국산업규격 KS M 2201(침입도 분류에 의한 기준) 제품을 이용하였다.
타이어의 재료는 본 연구에 사용된 실험재료는 2종류의 아스팔트바인더 (AP-3 및 AP-5)를 이용하였고, 아스팔트 성능 개선을 위해 열분해 카본블랙을 이용하였다. 열분해 카본블랙의 사용량, 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%로 만든 개질아스팔트 바인더를 이용하여 일반적인 실험과 SHRP 공용성등급용 실험을 수행하였다.
이론/모형
동적전단유동시험은 높은 온도에서의 소성변형특성과 상온에서 피로특성을 평가하는 것으로, 공용중인 아스팔트 바인더의 점성과 탄성거동 특성을 분석하는데 사용된다. 시험 기준은 KS F 2393, SHRP SUPERPAVE PG Test 등을 적용하였다. DSR 시험은 Fig.
아스팔트 바인더의 저온성능을 평가하기 위하여 처짐 보유동기시험(Bending Beam Rheometer, BBR) 시험을 시행한다. 표준시험규격은 KS F 2390을 준용하였다.
성능/효과
Table 4에 나타난 것과 같이, 장기 노화시킨 아스팔트 바인더의 경우 기준값인 5000kPa이하의 값을 모두 통과하는 결과가 나타났지만, PCB 함량별로 증가하는 경향은 보이지 않았다. AP-3의 경우 PCB 함량 15%에서 가장 큰 수치가 나타났고, AP-5에서는 PCB 함량 10%에서 가장큰 수치가 나타났다.
Table 4에 나타난 것과 같이, 장기 노화시킨 아스팔트 바인더의 경우 기준값인 5000kPa이하의 값을 모두 통과하는 결과가 나타났지만, PCB 함량별로 증가하는 경향은 보이지 않았다. AP-3의 경우 PCB 함량 15%에서 가장 큰 수치가 나타났고, AP-5에서는 PCB 함량 10%에서 가장큰 수치가 나타났다.
PCB함량에 따른 creep stiffness의 변화 추세는 PCB 함량이 증가할수록, creep stiffness가 증가하는 경향을 나타냈고, m값의 경우 전체적으로 감소하는 경향을 나타냈다.
측정된 전단탄성계수는 원아스팔트, 단기노화아스팔트 및 장기노화아스팔트 순으로 증가하였고, 위상각은 감소하는 경향을 나타내었다. 동일한 아스팔트 바인더에서 PCB의 사용량이 증가함에 따라 전단탄성계수는 증가하였고, 위상각의 변화는 거의 유사한 값을 나타내었다.
시험으로부터 측정된 전단탄성계수 및 위상각을 Table 1, Table 2, 및 Table 3에 나타내었다. 측정된 전단탄성계수는 원아스팔트, 단기노화아스팔트 및 장기노화아스팔트 순으로 증가하였고, 위상각은 감소하는 경향을 나타내었다. 동일한 아스팔트 바인더에서 PCB의 사용량이 증가함에 따라 전단탄성계수는 증가하였고, 위상각의 변화는 거의 유사한 값을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
타이어의 폐기 처리는 어떻게 하도록 규정되어 있는가?
이는 생산자가 회수해 재활용해야할 폐기물양을 고시하고 생산자는 목표량을 달성하지 못하면 재활용 비용의 30%에 해당하는 재활용부담금을 납부해야한다. 타이어는 19911년 3월 폐기물 관리법 및 1992년 12월 자원의 절약과 재활요촉진에 관한 법률 제정에 따라 재활용이용이한 제품 및 포장재의 제조/수입업자에게 회수/처리를 예치하게 한 후, 재활용 실적에 따라 예치금을 반환해주는 예치금납부대상 품목으로 분류되어 타이어 제조/수입업자가 폐타이어 회수/처리의무를 이행하도록 규정하고 있다. 그러나 타이어 제조/수입업자는 자기 제품만 선별 하여 회수/처리하는 것이 불가능하기 때문에 공동회수/처리를 위하여 대한타이어공업협회에를 통해 1991년 6월부터 폐타이어 회수/처리업무를 처리하고 있다.
폐타이어의 원료 중 카본블랙은 어떤 역할을 하는가?
원료분석결과를 보면 가장 많이 차지하고 있는 부분이 원료인 고무성분은 SBR(Styrene-Butadiene-Rubber) 이며 다른 첨가제가 포함 되어 있는 것을 알 수 있다. 이런 첨가제 중 보통 카본블랙은 고무의 성질을 강화시키며 마찰과 저항을 감소시키는 역할을 하며, extender oil은 고무에 탄성을 주는 방향족 탄화수소물이 주를 이룬다. 황 성분은 고무내의 분자 사슬에 가교결합의 역할을 하고 열에 강한 성질을 부여하며 탄성을 갖도록 한다.
폐타이어의 열에너지는 주로 어디에 활용되고 있는가?
2%를 열에너지 등으로 이용하고 있다. 폐타이어의 열에너지 이용은 주로 시멘트 제조공장에서 활용되고 있다. 폐타이어의 처리중 분말가공 처리방법이 투자자금 회수 기간과 경제성을 고려할 때 가장 잠재성이 있는 방법으로 보고되고 있다[1-4].
참고문헌 (5)
National Institute of Environmental Research (2011), "Guideline of Eco-Friendly Mnagement for Waste Tires", pp. 209
Lee, Y. (2013), "A Study of Modified Asphalt Binder with Pyrolyzed Carbon Black from Waste Tires", Master Thesis, Kongju National University.
Kim, S., Ha, M. (2008), "Complex Process Technology of Cogeneration Thermal Decomosition for Recycling Treatment of Waste Tires", The Korean Society of Mechanical Engineers, Conference, pp. 1990-1995
Kim, S. (2009), "Influence of a Flexibilizer on Physical Properties of Crumb Rubber Modified Asphalt Sealants", Korean Society of Roadway Engineers, Vol. 11, No. 3, pp. 32-40
Livingston, J. (1989), "Carbon Black Additive in Asphalt Experimental Project No. 3, WA-84-04", Washington State Department of Transportation, WA-RD 198.1.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.