KR101959965B1 - 폐백토를 이용한 아스팔트 첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐백토에 칼슘염 또는 수산화칼슘을 첨가하여 제조한 칼슘 폐백토를 함유하는 아스팔트 첨가제에 관한 것으로, 본 발명의 칼슘 폐백토 함유 아스팔트 첨가제는 뛰어난 결착력을 발휘하기 때문에, 밀도가 높고 공극률이 낮은 아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있다. 이로 말미암아 본 발명의 첨가제가 사용된 아스팔트 콘크리트는 우수한 박리방지 효과를 발휘한다.

Description

폐백토를 이용한 아스팔트 첨가제 {Asphalt additives with Spent Bleaching clay}

본 발명은 폐백토를 이용한 아스팔트 첨가제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐백토에 칼슘염 또는 수산화칼슘을 첨가하여 제조한 칼슘 폐백토를 함유하는 아스팔트 첨가제에 관한 것이다.

최근 인구 증가 및 산업의 발달에 따라 폐기물 특히 공업생산 공장에서 발생하는 폐기물의 양이 급격히 증가하고 있으며, 기존의 해양투기의 금지 및 매립지의 부족 등에 따라 폐기물의 처리는 날이 갈수록 어려워지고 있으며, 폐기물 처리 비용도 급격히 상승하고 있다.

특히, 동식물성 유지 혹은 석유 등의 정제 공정에 사용되고 발생하는 폐백토의 경우 유지성분이 함유되어 있는 지정폐기물로 처리비용이 현격히 높고, 처리 방법 또한 매우 제한적이다. 폐백토(廢白土)는 식용유(대두유, 미강유, 옥수수유 등)의 제조공정 중 유지의 탈색 및 탈취에 사용되는 활성백토의 폐기물로서, 유지 함유량이 과다하여 매립 처리시 오일의 용출을 일으킬 뿐만 아니라 지방의 심한 산패로 인한 악취의 발생, 지방성분 과다 즉 영양성분의 불균형으로 식물의 생장을 저해하는 등의 문제점이 있어 소각 등의 방법으로 폐기처분하는 것이 일반적이었다.

일반적으로 식용유 제조공장, 정유공장 및 화학공장에서는 흡착제 및 흡수제로 산성백토를 사용하고 있는데 처리 후 산성백토가 기름을 흡착한 상태의 폐백토가 부산물로 발생한다. 지금까지 이 폐백토를 산업폐기물로서 매립이나 해양투기도 불가하였고, 일부 시멘트제조시의 보조연료로 사용되고 거의 대부분이 소각 처리하는 실정이다.

한편, 아스팔트콘크리트 포장도로 시공 후 빈번한 차량통행 등으로 반복되는 무거운 하중을 받게 되어 포장도로에 균열이나 부분파손 또는 요철되는 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 균열, 부분파손, 요철 등으로 변형된 아스팔트 포장도로를 보수하기 위해서는 그 보수를 요하는 부분의 아스팔트 콘크리트 일부를 파쇄하여 제거한 후 그 자리에 새로운 아스팔트 콘크리트를 깔아주고 다져주는 방법으로 보수공사를 하거나, 아스팔트콘크리트 전체를 제거하고 새로운 아스팔트콘크리트를 포장하는 전면보수공사를 시행하게 된다. 또한, 지하에 매설되어 있는 가스관, 상하수도관, 전기나 전화의 케이블 등의 시설공사의 경우에도 해당구역의 포장도로 표면에서 아스팔트콘크리트를 제거한 후 작업이 이루어진다.

이와 같이 포장도로의 일부보수공사, 전면 보수공사나 시설공사에서 발생되는 폐아스팔트콘크리트는 재사용할 수 없는 것으로 간주하여 대부분 폐기처분대상으로 매립처리하는 것이 일반적이었다. 이러한 처리방법은 자원의 낭비가 발생되고 매립처리하기 위해서는 많은 부지와 비용이 소요되고 도로 건설을 위해서는 새로운 골재와 아스팔트가 필요하게 되는데, 이와 같은 부지 비용 및 폐기물 처리비용을 줄이고 자원을 재활용하기 위해서는 폐아스팔트콘크리트를 재생하여 활용할 필요가 있으며, 이와 관련한 기술들이 많이 개발되고 이용되어 왔다.

그러나, 종래의 폐아스팔트콘크리트를 재활용하는 방법으로는 폐아스팔트콘크리트를 가열하여 아스팔트를 제거하여 골재로 사용하는 방법이 있었으나 이는 폐아스팔트가 제거되면서 유독가스가 발생되어 대기오염의 우려가 있으며 비용이 많이 소요되는 방법으로 폐아스팔트콘크리트에서 폐아스팔트를 재활용하는 방법이 개발되었다. 폐아스팔트는 내부의 유기성분이 오랜 시간 사용에 의해 대부분 증발되어 폐아스팔트의 유분율을 회복시켜 아스팔트의 바인더(binder)로서의 기능을 회복시킬 필요성이 있다.

아스팔트콘크리트에는 매우 여러 가지 첨가제를 사용한다. 아스팔트 콘크리트는 가장 골제에 바인더로써 아스팔트를 첨가하여 제조하는 형태로 쓰이지만, 아스팔트의 품질을 향상시키기 위하여 다양한 촉매를 사용할 수 있다. 특히, 최근에는 석유 공정의 고도화 설비를 이용하면서, 부산물로써 발생하는 아스팔트의 품질이 매우 나빠지고 있는 실정이다. 따라서 바인더로써 효과를 극대화하기 위한 첨가제의 사용이 필수적이라고 할수 있다. 또한, 이러한 첨가제를 이용한 개질 아스팔트의 공급 및 포장이 확대되고 있는 실정이다.

따라서, 폐아스팔트를 재활용하는 방법과 같이 폐백토에 함유된 여러 성분을 가장 유용하게 재활용하여 사용할 수 있는 방법에 대한 개발이 시급하다.

대한민국 등록특허 제10-0640548호 (등록일자 2006.10.25)에는 폐백토를 이용한 비타민 Ｂ2의 생산 방법이 기재되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-0911655호 (등록일자 2009.08.04)에는 폐백토를 이용한 생균제의 제조방법이 기재되어 있다.

본 발명은 폐백토를 이용한 아스팔트 첨가제로, 칼슘 폐백토를 제조함으로써, 기존의 첨가제보다 뛰어난 박리방지효과 및 골제바인더의 역할을 할 수 있는 아스팔트 첨가제를 제공한다.

본 발명은 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염을 첨가한 후, 교반하여 제조한 칼슘 폐백토 함유하는 아스팔트 첨가제를 제공한다.

본 발명의 아스팔트 첨가제에 있어서, 상기 칼슘 폐백토는, 바람직하게 상기 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염을 첨가한 후, 황산을 추가로 첨가하고, 교반하여 제조한 것일 수 있다.

본 발명의 아스팔트 첨가제에 있어서, 상기 교반은, 바람직하게 80~120℃에서 50~70분 동안 수행하는 것이 좋다.

본 발명의 아스팔트 첨가제에 있어서, 상기 칼슘염은, 일 예로, 탄산칼슘일 수 있다.

본 발명의 아스팔트 첨가제에 있어서, 상기 폐백토는, 일 예로, 지방산, 지방산이 중합되어 생성된 중합산 및 백토를 포함하는 것일 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 본 발명의 아스팔트 첨가제를 함유하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명의 칼슘 폐백토 함유 아스팔트 첨가제는 뛰어난 결착력을 발휘하기 때문에, 밀도가 높고 공극률이 낮은 아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있다. 이로 말미암아 본 발명의 첨가제가 사용된 아스팔트 콘크리트는 우수한 박리방지 효과를 발휘한다.

도 1은 아스팔트 첨가제로 사용되는 본 발명 칼슘 폐백토의 제조과정을 보여주는 모식도이다.

본 발명은 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염을 첨가한 후, 교반하여 제조한 칼슘 폐백토 함유하는 아스팔트 첨가제를 제공한다.

종래의 동식물성 유지 혹은 석유 등의 정제 공정에 사용되고 발생하는 폐백토는 유지성분이 함유되어 있는 지정폐기물로 처리비용이 현격히 높고, 처리 방법 또한 매우 제한적이었다. 이에 본 발명은 폐백토에 함유된 여러 성분을 매우 유용하게 재활용할 수 있는 방안을 개발하고자 하였다. 이를 통해, 에너지 절감 및 환경오염을 방지하는 부수적 효과도 기대할 수 있다.

본 발명의 아스팔트 첨가제 제조를 위해 사용되는 '폐백토'는 일반적으로 지방산이 중합되어 생성된 중합산 및 백토를 포함하여 구성되는데, 그 비율은 일반적으로 지방산 30~35중량%, 중합산(폴리머) 30~38중량%, 백토 33~37 중량%이다.

한편, 기존에 석유 공정의 고도화 설비를 이용하면서, 부산물로 발생하는 아스팔트의 품질이 매우 안 좋기 때문에 (박리현상의 발생 등), 바인더로 사용될 수 있는 첨가제의 사용이 필수적이다. 이에 본 발명에서는 폐백토에 칼슘을 결합시킴으로써, 결합력이 우수한 바인더로 사용될 수 있는 칼슘 폐백토를 개발한 것이다.

본 발명의 칼슘 폐백토는 도 1에 모식화되어 있는 방법을 통해 제조될 수 있다. 도 1에 모식화되어 있는 것과 같이, 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염 (일 예로, 탄산칼슘)을 첨가하고 교반을 하면, 폐백토에 함유되어 있는 지방산 또는 이들 지방산이 중합하여 형성된 중합산의 카르복실기 말단에 Ca^{2 +}결합한 칼슘 폐백토를 제조할 수 있다.

중합산은 접착력 때문에 매우 끈적끈적한 성상을 가지고 있어, 취급 매우 어렵다. 하지만, 중합산 및 지방산이 백토와 혼합되어 있는 폐백토는 거의 진흙과 같은 성상을 띈다. 본 발명에서는 폐백토에 함유된 중합산과 지방산의 말단에 칼슘을 결함시킴으로써, 칼슘이 카르복실기 말단에 결합한 중합산을 제조할 수 있는 것이다. 이 과정을 통해 끈적끈적한 성상을 가지고 있는 중합산은 고상 구조로 전환되어, 취급이 용이해 지고, 아스팔트 콘크리트 내에서 바인더로 사용될 수 있게 되는 것이다.

기존의 아스팔트 박리방지제는 대부분 소석회를 그대로 사용하고 있는데, 본 발명의 제품을 사용할 경우 소석회와 동등 이상의 박리방지 효과를 가질 수 있으며, 지방산과 중합산이 함유되어 있어 아스팔트의 골제 바인더로써의 훌륭히 사용될 수 있는 것이다.

한편, 상기 칼슘 폐백토는, 수산화 칼슘 또는 칼슘염 첨가 후, 황산을 추가로 첨가하고, 교반하여 제조하는 것이 좋다. 폐백토에 있는 유지는 그대로 사용하기에는 성상이나 물성에서 단점을 가지고 있어, 폐백토의 유지의 성상을 고상화 하고 활성을 높이기 위한 에스테르 반응이 필요하다. 그런데 폐백토에 함유되어 있는 유지 성분은 대부분 산폐된 것으로 써 반응성이 매우 낮다. 따라서 산폐된 유지의 말단에 반응을 일으키기 위하여 활성도가 높은 촉매를 사용할 필요가 있다. 일반적인 유지의 에스테르 반응의 촉매로써는 산과 알칼리를 기본적으로 사용한다. 차아인산소다, 아세트산, 소디움메톡사이드, 가성소다 등을 사용한다. 그러나, 본 발명에서는 반응성을 높이고 가격이 가장 저렴한 황산을 사용하여 반응을 진행하였다.

한편, 본 발명의 아스팔트 첨가제에 있어서, 상기 교반은, 바람직하게 80~120℃에서 50~70분 동안 수행하는 것이 좋다. 폐백토의 유지성분의 에스테르 반응을 일으킬 때, 반응온도가 80도 미만일 경우에는 폐백토의 유동성이 너무 낮아서 반응을 및 교반을 하기 어렵고, 120℃ 이상일 경우에는 너무 고온으로써, 반응이 너무 급속히 진행되어 최종적 반응 효율이 낮을 뿐 아니라, 고온 반응으로 인한 에너지 비용의 손실이 높은 단점이 있어 반응 온도는 80~120℃에서 진행을 하는 것이 가장 바람직하다. 반응시간이 50분 미만인 경우에는 반응이 원하는 만큼 이루어지지 않고 70분 이상인 경우에는 오랜 반응시간을 주어도 반응이 더 이상 진행되지 않는다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[ 실시예 1: 탄산칼슘을 이용한 칼슘 폐백토의 제조]

본 실시예에서는 폐백토를 이용하여 아스팔트 첨가제 사용될 수 있는 칼슘 폐백토를 제조하고자 하였다.

식물성 유지 100g에 탄산칼슘 10g을 첨가한 후, 황산 1g을 촉매로 첨가하였다. 그 다음, 80℃에서 1시간 동안 교반한 후, 종말점의 산가(AV, acid value)를 20으로 하여 제조하였다.

[ 제조예 1 내지 2: 탄산칼슘을 이용하여 제조한 칼슘 폐백토 이용한 아스팔트콘크리트의 제조]

본 제조예에서는 상기 실시예 1에서 제조한 칼슘 폐백토를 이용하여 아스팔트 콘크리트를 제조하고자 하였다. 상기 폐백토의 아스팔트 첨가제의 제조 시, 입도 13m의 골제 165g을 첨가한 후, 아스팔트 AP5 165g을 혼합한 후, 첨가제를 넣지 않은 대조군, 상기 실시예 1에서 제조된 폐백토 3.5g을 첨가한 실험군 A (제조예 1), 폐백토 4.0g을 첨가한 실험군 B (제조예 2), 소석회 3.5g을 첨가한 실험군C (비교예)로 나누어, 165℃에서 다짐을 1시간 동안 수행하여 재활용 아스콘을 제조하고, 64cm 두께의 블록을 만들었다. 이에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

본 제조예에서 측정한 VMA(Voids in the Mineral Aggregate, 골재간극율)는 아스팔트 혼합물에서 골재를 제외한 부분의 체적, 즉 공극과 아스팔트가 차지하고 있는 체적의 혼합물 전체 체적에 대한 백분율이며, VFA(Voids in aggregate mass filed with asphalt, 포화도)는 골재를 제외한 아스팔트가 차지하는 부피를 나타내며, SSD는 표면건조무게를 나타낸다.

대조군에서 제조한 블록의 밀도는 실측 2,000 g/㎤, 공극율 10%, 인 골재간극율 12%, VFA 50%이었다. 이에 반해, 제조예 1에서 제조한 블록의 밀도는 2,268 g/㎤, 공극율 6.5%, VMA 13.8%, VFA 54.3%를 나타내었으며, 제조예 2에서 제조한 블록의 밀도는 실측 2,302 g/㎤, 공극율 4.4%, VMA 13.5%, VFA 66.9%를 나타내었다. 또한, 제조예 3에서 제조한 블록의 밀도는 실측 2,260 g/㎤, 공극율 6.8%, VMA 13.9%, VFA 53%를 나타내었다.

칼슘 폐백토 혼합물 시험 결과
골재 및 입도	WVC-1	Binder 및 등급	64-22	제조온도	골재	Asphalt	mixing	다짐	단기노화	온도	165
	13m		AP5		165	165		165		시간	1
종류	첨가제함량	두께	중량			용적	밀도(g/㎤)		AP	공극율 (%)	VMA (%)	VFA (%)
			공기중	수중	표면 건조 무게 (SSD)		실측	이론	용적 (%)
대조군	0	64	1145	630	1156	506	2000	2400	6.5	10	12	50
제조예 1	3.5	64.0	1148	649	1155	505	2268	2427	7.8	6.5	13.8	54.3
제조예 2	4.0	63.7	1153	655	1153	498	2302	2410	9.0	4.4	13.5	66.9
비교예	소석회3.5	64.0	1145	640	1156	506	2260	2420	7.5	6.8	13.9	53

상기 실험으로부터, 실시예 1에서 제조한 첨가제를 아스팔트 콘크리트에 첨가함으로써, 밀도가 증가하고, 공극률이 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 이와 같은 결과로부터 본 발명에서 제조한 첨가제가 아스팔트 콘크리트 내에서 유의적절한 바인더로써 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

한편, 실시예 1의 첨가제를 사용한 제조예 1과 동량의 수산화칼슘(소석회)을 첨가하여 제조한 비교예를 비교할 때, 실시예 1의 첨가제를 사용하는 경우가 수산화칼슘을 사용한 비교예보다 동등하거나 더 우수한 바인딩 능력을 나타낸 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과 및 경제성 등을 고려할 때, 실시예 1의 첨가제가 수산화칼슘보다 좀 더 효용성이 있는 것으로 평가할 수 있었다.

Claims (6)

1. 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염을 첨가한 후, 황산을 추가로 첨가하고, 교반하여 제조한 칼슘 폐백토를 함유하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 첨가제.
   
2. 폐백토에 수산화칼슘 또는 칼슘염을 첨가한 후, 황산을 추가로 첨가하고, 교반하여 칼슘 폐백토를 제조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 첨가제의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 교반은,
   80~120℃에서 50~70분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 첨가제.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 칼슘염은,
   탄산칼슘인 것을 특징으로 하는 아스팔트 첨가제.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 폐백토는,
   지방산, 지방산이 중합되어 생성된 중합산 및 백토를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 첨가제.
   
6. 제1항의 아스팔트 첨가제를 함유하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.

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