[논문]산업부산물을 활용한 아스팔트 포장용 채움재 개발 및 현장시공 성능평가 연구

조도영; 박근배; 우양이; 문보경

doi:10.14190/jrcr.2016.4.3.227

산업부산물을 활용한 아스팔트 포장용 채움재 개발 및 현장시공 성능평가 연구
A Study on Asphalt Paving Filler Development from Industrial By-products and its Characteristics in Construction Site 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.4 no.3, 2016년, pp.227 - 234

조도영 ((주)에프원테크) , 박근배 ((주)에프원테크) , 우양이 ((주)에프원테크) , 문보경 (한국서부발전주식회사)

초록
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국내 화력발전소의 추가 증설과 관련하여 발생 부산물의 신규 사용처 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 화력발전소에서 발생되는 플라이애시와 열병합발전소에서 발생되는 열병합애시, 배연탈황공정에서 발생되는 탈황석고 등 부산물로부터 아스팔트 포장용 채움재의 KS 규격을 만족하는 채움재를 제조하였다. 제조된 혼합 채움재와 기존 석회석 채움재의 특성을 비교하고, 각각의 채움재를 사용하여 아스팔트 혼합물을 제조하는 실내실험을 통해 특성을 비교하였다. 또한 혼합 채움재와 석회석 채움재를 사용하여 아스팔트 포장 현장실험을 실시하였다. 현장실험에 사용된 아스팔트 혼합물에 대해서 실내실험과 동일하게 동적안정도, 마샬안정도, 인장강도비, 포화도, 간극률, 흐름값을 평가하였다. 실내실험 및 현장시공시험 결과 기존 석회석 채움재를 사용한 경우보다 동적안정도 및 마샬안정도, 인장강도비에서 우수한 특성을 나타내었으며, 배합설계의 최적화를 통해 기존 석회석 채움재의 특성을 만족시키는 채움재 개발 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, asphalt paving filler, which satisfies the KS standards, were prepared from industrial by-products, such as fly ash generated from thermal power plants, cogeneration ash generated from cogeneration plants, and desulfurized gypsum generated from the flue-gas desulfurization process. The properties of the prepared mixed filler and the existing limestone filler were compared through laboratory tests for preparing asphalt mixture using each filler. In addition, asphalt pavement field tests were conducted using the limestone filler and mixed filler. The dynamic stability, Marshall stability, tensile strength ratio, saturation, porosity, and flow value of the asphalt mixtures used in the field test were evaluated, as was done in the laboratory test. The laboratory and field construction test results revealed outstanding tensile strength ratio, Marshall stability and dynamic stability when using the prepared filler than for the existing limestone filler. Through optimization of the mixing design, the possibility of developing fillers, which the characteristics of the existing limestone filler, was confirmed.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

그리고 본 연구에 의하여 개발된 채움재와 기존 석회석 채움재의 현장시공 과정에서 아스팔트 혼합물에 대하여 시료를 채취하여 아스팔트 혼합물의 실내실험(동적안정도, 마샬 안정도, 흐름값, 인장강도비(TSR), 공극률, 포화도, 간극률(VMA))을 실시하고, 현장시공 아스팔트 포장에 대해서 코어시료를 채취하여 밀도를 측정하였다.
본 연구에서 개발된 채움재의 현장 적용시 효과검증을 위하여 제조된 채움재와 기존 석회석 채움재를 사용하여 각각 표층 현장시공시험을 실시하였으며, 현장실험 조건은 Table 4와 같다.
본 연구에서는 마샬 안정도 시험, 인장강도비(TSR) 시험, 휠 트랙킹 시험을 통해 아스팔트 혼합물의 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 미분탄 보일러와 유동층 보일러에서 발생되는 플라이애시, 그리고 배연탈황공정에서 발생되는 탈황석고 등의 혼합에 의해 아스팔트 포장용 채움재를 제조하고 석회석 채움재와 특성을 비교하였다. 또한 현장 시공을 통해 아스팔트 포장에 사용할 때 아스팔트 포장의 특성을 비교하여 실용 가능성을 검토하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 화력발전소 미분탄연소 보일러에서 발생되는 플라이애시와 유동층 보일러를 사용하는 열병합발전소에서 발생되는 열병합애시, 그리고 배연탈황공정에서 발생되는 탈황석고 등 원료는 미분의 분말상으로 스크린을 통한 입도분리만으로 KS F 3501 규격을 만족하는 아스팔트 포장용 채움재를 제조할 수 있어 아스팔트 콘크리트용 채움재로서 사용 가능성을 비교 시험을 통하여 분석하였다. 비교 시험에는 현재 일반적으로 사용되고 있는 석회석 채움재와 플라이애시, 탈황석고 등으로 제조된 채움재에 대해서 동적안정도, 마샬안정도, 흐름값, 공극률, 포화도, 간극률(VMA), 인장강도비(TSR) 등의 실내실험을 실시하였고, 현장시공 실험을 통해 현장 적용시 아스팔트 콘크리트 포장의 특성을 비교하였으며, 현장시공 아스팔트 혼합물에 대해서 실내실험과 동일한 항목에 대하여 비교실험을 실시하였다.
본 연구에서는 화력발전소 미분탄연소 보일러에서 발생되는 플라이애시와 유동층 보일러를 사용하는 열병합발전소에서 발생되는 열병합애시, 그리고 배연탈황공정에서 발생되는 탈황석고 등 원료는 미분의 분말상으로 스크린을 통한 입도분리만으로 KS F 3501 규격을 만족하는 아스팔트 포장용 채움재를 제조할 수 있어 아스팔트 콘크리트용 채움재로서 사용 가능성을 비교 시험을 통하여 분석하였다. 비교 시험에는 현재 일반적으로 사용되고 있는 석회석 채움재와 플라이애시, 탈황석고 등으로 제조된 채움재에 대해서 동적안정도, 마샬안정도, 흐름값, 공극률, 포화도, 간극률(VMA), 인장강도비(TSR) 등의 실내실험을 실시하였고, 현장시공 실험을 통해 현장 적용시 아스팔트 콘크리트 포장의 특성을 비교하였으며, 현장시공 아스팔트 혼합물에 대해서 실내실험과 동일한 항목에 대하여 비교실험을 실시하였다.
아스팔트 포장용 채움재로서 사용시 특성 비교를 위해 본 연구에서 제조된 채움재와 석회석 채움재에 대해서 아스팔트 혼합물을 제조하여 동적안정도, 마샬 안정도, 흐름값, 인장강도비(TSR), 공극률, 포화도, 간극률(VAM)에 대하여 실내실험을 실시 하였다. 실험을 위해 채움재는 각각의 채움재를 1.
이를 통해 플라이애시와 탈황석고 등 산업부산물로 제조된 채움재로부터 제조된 아스팔트 혼합물의 성능 증진 효과를 평가하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 재료는 화력발전소 미분탄 보일러에서 석탄 연소 후 발생되는 플라이애시와 열병합발전소의 유동층 보일러에서 발생되는 열병합애시와 페트로 코크스 연소장치의 배연탈황공정에서 발생되는 탈황석고를 주원료로 사용하였으며, 그 화학조성은 Table 1과 같으며, 미세구조는 Fig. 1과 같다.
본 연구에 사용한 채움재는 fly ash(PCC) 30%, fly ash(CFCB) 30%, 탈황석고 10%, 슬래그 30%를 혼합하여 제조되었으며, 제조된 채움재 특성은 Table 3과 같다.
석회석 채움재와 본 연구에 의한 채움재의 현장 시공시 특성비교를 위해 각각 520m²의 면적에 대해서 아스팔트 포장을

성능/효과

2. 배연탈황공정의 탈황석고 단독으로는 아스팔트 포장용 채움재로서 사용이 부적합하며, 플라이애시(PCC, CFBC)와 혼합을 통해 KS 규격을 만족시킬 수 있다.
3. 개발된 혼합 채움재는 기존 석회석 채움재 보다 동적안정도, 마샬 안정도에서 우수한 성능을 나타내고 있으며, 이러한 영향은 미분탄 보일러의 플라이애시의 구형 입자에 의한 충진성 향상, ball bearing 효과의 영향으로 사료된다.
4. 혼합 채움재를 기존 석회석 채움재와 동일한 조건에서 아스팔트 혼합물을 제조하여 실내실험과 현장시공 후 아스팔트 혼합물의 특성 평가 결과 기존 석회석 채움재보다 동적안정도, 마샬 안정도에서 우수한 결과를 얻었다.
Mock-up 시공 아스팔트 혼합물의 실내실험결과 제조된 공시체의 기공률은 목표 공극률(4%)을 상회하는 결과(7%)를 보였으나, 최적 배합설계를 통해 보다 향상된 아스팔트 혼합물의 특성을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
아스팔트 혼합물의 측정값은 모두 가열 아스팔트 혼합물의 기준을 만족하고 있으나, 동적 안정도는 아스팔트 혼합물의 Lab. Test 결과보다는 낮은 값을 나타내고 있으나, 기존 석회석 채움재를 사용한 아스팔트 혼합물의 경우보다 약 21% 높은 값을 보이고 있다. 그리고 마샬 안정도, 인장강도비 등 주요 물성값이 약간 높은 값을 보이고 있다.
각 재료의 채움재로서 특성에 대한 물성은 Table 2와 같다. 각 재료의 채움재로서 특성 중 수분함량, 소성지수, 흐름시험, 박리저항성은 각각의 재료가 모두 KS 기준을 만족하고 있으나, 탈황석고(Chemical Gypsum)의 침수 팽창특성이 기준을 초과하고 있으며, 이의 보완을 위해 fly ash(PCC), fly ash(CFBC), 추가로 슬래그를 혼합 사용함으로써, KS 채움재 기준을 만족시킬 수 있다. 혼합 채움재의 배합비율은 각 원료의 침수팽창값을 측정한 후, 슬래그를 첨가하여 침수팽창값을 조절하며 각 원료의 첨가량과 침수팽창값을 종속함수로서 혼합 채움재의 침수팽창값을 결정한다.
그리고 1일 경과된 아스팔트 포장면에서 채취한 코어시료 밀도는 기존 석회석 채움재를 사용한 아스팔트 포장보다 개발된 혼합채움재를 사용한 아스팔트 포장이 약간의 밀도 증가값을 보이고 있다. 이것은 기존 석회석 채움재를 사용한 경우보다 다짐성이 다소 향상된 것으로 사료된다.

후속연구

5. 본 연구에서는 석탄회 플라이애시, 유동층 연소로 플라이애시, 탈황석고, 슬래그를 혼합하여 제조된 아스팔트 포장용 채움재를 기존 석회석 채움재와 동일조건에서 실내실험과 mock-up test 결과 기존 석회석 채움재와 동등 이상의 성능을 나타냈으며, 각 원료의 최적 배합비 선정기준을 마련함으로써 기존 석회석 채움재를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
그리고 석재가공에서 발생되는 석분슬러지와 제강 더스트를 아스팔트 포장용 채움재로서 사용하는 연구가 실시되었으며, 현재 제강 더스트는 KS F 3501에서 아스팔트 포장용 채움재 원료로 사용 가능한 재료로 규정되어 있으며, 석분 슬러지를 아스팔트 포장용 채움재로 사용하였을 경우에는 아스팔트 사용량을 0.4% 줄일수 있어 원가를 줄일수 있는 장점이 있으나, 석분 슬러지의 함수비가 26%로 높아 건조 등 추가 공정이 필요한 문제점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석분 슬러지를 아스팔트 포장용 채움재로 사용할 경우 장단점은?	그리고 석재가공에서 발생되는 석분슬러지와 제강 더스트를 아스팔트 포장용 채움재로서 사용하는 연구가 실시되었으며, 현재 제강 더스트는 KS F 3501에서 아스팔트 포장용 채움재 원료로 사용 가능한 재료로 규정되어 있으며, 석분 슬러지를 아스팔트 포장용 채움재로 사용하였을 경우에는 아스팔트 사용량을 0.4% 줄일수 있어 원가를 줄일수 있는 장점이 있으나, 석분 슬러지의 함수비가 26%로 높아 건조 등 추가 공정이 필요한 문제점이 있다.
	산업분야에서 발생하는 부산자원은 어떤 것들이 있는가?	국내에서는 다양한 산업분야에서 많은 부산자원이 발생되고 있다. 대표적으로는 화력발전소에서 석탄 연소 후 발생되는 플라이 애시(fly ash)와 바텀애시(bottom ash), 탈황공정에서 배연탈황 처리 후 발생되는 탈황석고, 제철산업에서 발생되는 고로 슬래그 (blast furnace slag), 제강 슬래그(steel making slag), 폐주물사 등이 대표적이며, 이들 재료를 활용하여 아스팔트 포장용 채움재를 제조하려는 연구가 진행되었으며, 이들 재료를 활용한 아스팔트 포장용 채움재 제조에 관한 기술이 특허로 다수 출원되고 등록되어 있다.
	KS F 3501에서 아스팔트 포장용 채움재로 규정된 재료는?	그리고 KS F 3501 아스팔트 포장용 채움재 규정에는 사용 가능한 재료로서 “석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이 애시, 회수 더스트, 전기로 제강 더스트, 주물 더스트, 각종 소각회 및 기타 적당한 광물성 물질의 분말”로서 규정되어 있다.

참고문헌 (10)

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SPS-KAI0002-F2349-5687 Hot Asphalt Mixture [in Korean].

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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