알칼리 골재 반응성을 저감시키기 위한 재생골재의 다단계 세척 방법{A method for multi-step washing recycled aggregates thereby reducing alkali-aggregate reaction}

본 발명은 재생골재에 염기성 수용액을 접촉시켜 1차 세척한 후, 상기 재생골재와 접촉된 세척수를 중화시킨 다음, 재차 1차 세척된 재생골재와 중화된 세척수를 접촉시켜 2차 세척함으로써, 재생골재를 아스팔트 콘크리트 조성물에 사용시 발생할 수 있는 알칼리 골재 반응성을 효과적으로 저감시키기 위한 재생골재의 다단계 세척방법에 관한 것이다.

국내에서 발생하는 건설 폐기물은 연간 약 6천만톤으로 국내 전체 폐기물 중 53%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 따라서, 국가 정책적인 차원에서 '건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률'에 따라 건설폐기물의 매립량을 감소시키고 천연자원의 소비를 억제하기 위해 재활용이 가능한 건설폐기물은 재활용을 하도록 장려하는 실정이다.

즉, 건설폐기물 중 80% 이상을 차지하는 건설폐재류(폐콘크리트, 폐아스팔트콘크리트, 폐벽돌, 폐블록, 폐타일 등 무기성 건설폐기물)를 파쇄하여 물리적/화학적 처리과정을 거쳐 재생골재(또는 순환골재)로 재활용하도록 제도화하고 있으며, 공공공사에서는 의무적으로 사용골재의 일정비율을 재생골재로 사용하도록 하고 있다.

재생골재는 건설 폐재류 등의 덩어리 파쇄, 선별 단계를 여러 차례 거쳐 생산하는 것이 일반적이며 콘크리트용은 3차 파쇄 이상의 단계를 거쳐 표준 입도 분포에 적합한 골재를 생산하고 있다.

아직까지는 폐자원을 사용하여 제조한 재생골재 사용에 대한 부정적 인식이 존재하며, 서로 다른 해체 현장에서의 건설 폐재류가 혼합되어 원재료의 품질편차가 크거나 각종 이물질이 포함되어 있는 등 사용을 기피하는 문제가 발생함에 따라 재생골재의 품질확보를 위한 재생골재 품질기준을 제정하여, 이에 적합한 재생골재를 사용하도록 장려하고 있다.

재생골재 품질기준은 도로기층용, 도로보조기층용, 콘크리트용, 콘크리트 제품 제조용, 아스팔트콘크리트용, 동상방지층 및 차단층용, 노상용, 노체용, 되메우기용, 뒷채움용, 성토용, 복토용, 매립시설의 복토용으로 구분하여 기준을 제시하고 있으며, 가장 많이 사용되는 용도로는 도로기층용 및 보조기층용, 아스팔트콘크리트용 등을 들 수 있다.

그러나, 이러한 재생골재는 원료가 되는 폐콘크리트의 주성분인 시멘트의 특성으로 인해(특히, 산화칼슘과 물의 반응에 의해 생성된 수산화칼슘 등) pH가 10을 초과하는 강알칼리성을 가질 수 있으며, 해안이나 지하수 또는 우수 등에 노출될 경우에는, 강 알칼리성의 용출수에 의해 환경오염이나 생태계의 악영향을 줄 수 있는 문제가 발생한다.

뿐만 아니라, 강 알칼리성을 갖는 재생골재는 알칼리의 과다로 인하여 재사용시, 알칼리 골재 반응(Alkali-Aggregate Reaction, AAR)을 발생시킬 수 있으며, 이러한 알칼리 골재 반응으로 인하여 아스팔트 콘크리트의 내구성 및 수명이 저하될 수 있다.

상세하게는, 상기 알칼리 골재 반응이란 수화한 알칼리 성분과 골재가 반응하는 것을 의미하며, 알칼리-실리카 반응(화학식 1), 알칼리-실리케이트 반응 또는 알칼리-탄산염 반응(화학식 2) 등을 총칭한다.

SiO₂ + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃·2H₂O (화학식 1)

(Silica) (Alkali) (Water) (Alkali-silica gel)

CaMg(CO₃)₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂ + CaCO₃ + Na₂CO₃ (화학식 2)

(Dolomite) (Alkali) (Brucite) (Calcite) (Alkali-carbonate)

이러한 알칼리 골재 반응으로 인하여 골재의 팽창을 발생시키고, 이로 인하여 재생골재를 사용하여 시공된 아스팔트 콘크리트의 균열, 콘크리트의 표면 부분이 튀어나온 것처럼 벗겨지는 팝-아웃 현상 등이 발생될 수 있으며, 이는 아스팔트 콘크리트의 물성, 내구성 및 수명 저하의 원인이 될 수 있다.

상기 언급한 문제를 해결하기 위하여 일반적으로는 재생골재를 사용하기 전에 재생골재의 pH가 약 10 이하가 되도록 세척수를 사용하여 세척하고, 재생골재 세척에 사용된 세척수는 pH 11 이상의 강 알칼리성을 띄게 되어 재사용되기 부적합할 뿐만 아니라, 높은 pH 수치로 인하여 배출수에 대한 환경규제로 인하여 방류하지 못하는 실정이다.

상기 언급된 문제를 해결하기 위하여 등록특허 제0579815호(2006.05.08. 등록)에서는 폐 콘크리트 재생 골재 제조장치의 세척수 중화장치가 제시되어 있으며, 상세하게는 세척수를 중성화(pH 7±0.5)하여 사용함으로써 재생 골재의 세척 및 표면 이물질 제거효과를 크게 향상시켜 부가성이 대폭 증가함은 물론 수질환경오염을 예방하고 응집제의 사용을 크게 감소시킬 수 있다.

등록특허 제0805322호(2008.02.20. 등록)에서는 탄산가스를 공급하여 물을 중성화하여 순환골재의 석회성분을 제거하는 방법이 제시되어 있으며, 상세하게는 순환골재(습식, 건식)의 석회성분을 제거하는 물과 탄산가스를 공급하여 재활용수의 PH를 중성화하여 순환골재에서 석회성분을 제거할 수 있다.

그러나, 상기 종래의 기술의 경우, 세척수 중성화과정 중 강산을 사용하여 작업시 취급이 용이하지 않을 뿐만 아니라 작업의 위험성이 높고, 무기산을 사용하여 세척수 중성화시 염(salt) 발생으로 인해 이러한 재생골재를 포함하는 아스팔트 콘크리트의 물성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 종래의 기술은 재생골재의 세척하여 pH만 낮춰 반응성을 저감시킬 뿐, 여전히 알칼리 골재 반응에 대한 잠재성은 내재되어 있다.

본 발명은, 재생골재를 사용하여 아스팔트 콘크리트 시공시, 재생골재와 알칼리 성분이 반응하는 알칼리 골재 반응으로 인하여 골재가 팽창되고 이로 인하여 시공된 아스팔트 콘크리트의 균열 및 콘크리트의 표면 부분이 튀어나온 것처럼 벗겨지는 팝-아웃 현상 등이 발생을 방지하기 위하여 재생골재를 염기성 성질을 띄는 물을 사용하여 다단계로 세척하여 알칼리 골재 반응성을 저감시킬 수 있는 재생골재의 세척 방법을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태는 저장탱크에 저장된 염기성 수용액을 제1 세척조로 공급하는 이송단계; 파쇄된 재생골재를 상기 제1 세척조로 이송시켜 염기성 수용액과 접촉시키는 제1 세척단계; 상기 제1 세척조에서 배출된 세척수를 중화조로 이송시켜 산 용액과 혼합하여 제1 세척조에서 배출된 세척수를 중화시키는 중화단계; 상기 제1 세척조에서 배출된 재생골재와 중화조에서 중화된 세척수를 제2 세척조로 이송시켜, 상기 제1 세척조에서 배출된 재생골재와 중화조에서 중화된 세척수를 제2 세척조에서 접촉시키는 제2 세척단계; 및 상기 제2 세척조에서 배출된 세척수는 상기 저장탱크로 이송시키는 순환단계;를 포함하는 알칼리 골재 반응성을 저감시키기 위한 재생골재의 다단계 세척 방법이다.

상기 산 용액은, pH 4 ~ 6의 약산 용액을 사용하는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 제1 세척단계는, 파쇄된 재생골재와 염기성 수용액을 접촉시켜, 알칼리 반응을 일으킬 수 있으며, 바람직하게는 파쇄된 재생골재를 염기성 수용액에 5 ~ 10 시간 동안 2 ~ 5 atm 압력을 가하여 침지시키는 침지단계; 및 상기 염기성 수용액에 침지된 재생골재를 건져내어, 습도 80 ~ 90 %, 80 ~ 120 ℃ 온도에서 양생시키는 양생단계;를 포함할 수 있다.

상기 중화단계에서, 산 용액은, 0.5 M Boric acid 수용액 또는 1.0 M MKP(Monopotassium phosphate) 수용액일 수 있다.

상기 제2 세척단계는, 제1 세척조에서 배출된 재생골재를 컨베이어 벨트 또는 스크린 망의 이송장치를 통해 세척조를 통과하면서 중화된 세척수와 접촉시켜 상기 제1 세척조에서 배출된 재생골재를 세척하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중화단계 후에, 제2 세척조로 공급되는 중화된 세척수의 pH를 측정하는 pH 측정 단계; 및 상기 pH 측정 단계에서 측정된 pH가 설정된 범위를 벗어날 경우, 제어유닛이 상기 중화조로 공급되는 산 용액의 유량을 조절하여 pH가 설정된 범위 내의 값이 되도록 제어하는 pH 제어 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 설정된 pH 범위는 7 ~ 10 인 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 제2 세척단계 이전에, 상기 제2 세척조로 소포제를 주입하는 소포제 주입단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 순환단계는, 상기 제2 세척조에서 배출된 세척수는 상기 저장탱크로 이송될 때 여과장치를 거칠 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태는 상기 언급한 세척방법으로 세척된 재생골재를 포함하는 아스팔트 콘크리트이다.

본 발명은, 재생골재에 염기성 수용액을 접촉시켜 1차 세척함으로써, 재생골재의 알칼리 반응을 진행시킨 후, 1차 세척시 재생골재와 접촉된 세척수를 중화시킨 다음, 재차 1차 세척된 재생골재와 중화된 세척수를 접촉시켜 2차 세척함으로써, 알칼리 골재 반응성이 저감된 재생골재를 제공할 수 있다.

또한, 재생골재 세척과정에서 사용되는 세척수를 순환시켜 재사용함으로써, 환경오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 세척된 재생골재를 사용하여 아스팔트 콘크리트 시공시 알칼리성이 높은 재생골재로 인하여 발생할 수 있는 알칼리 골재 반응을 저감시킬 수 있으며, 이를 통해 아스팔트 콘크리트 내 균열; 또는 콘크리트의 표면 부분이 튀어나온 것처럼 벗겨지는 팝-아웃 현상;을 방지하여 아스팔트 콘크리트의 내구성 및 수명을 증진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 알칼리 골재 반응 저감을 위한 재생골재의 세척과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서 내에서 알칼리 반응은, 수화한 알칼리 성분과 골재가 반응하는 것을 의미하는 것으로서, 상기 언급한 알칼리-실리카 반응(화학식 1), 알칼리-실리케이트 반응 또는 알칼리-탄산염 반응(화학식 2) 뿐만 아니라, 넓은 의미로 알칼리 성분과 골재 내 포함된 일부 또는 구성 성분이 반응하여 염(salt)를 생성하는 반응을 의미할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 알칼리 골재 반응성을 저감시키기 위한 재생골재의 다단계 세척방법에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명에서는 재생골재를 염기성 수용액과 접촉시켜 알칼리 반응을 진행시킨 후, 상기 재생골재와 접촉하여 배출된 세척수를 산 용액과 혼합하여 중화시킨 다음, 재차 염기성 수용액과 접촉되어 알칼리 반응된 재생골재와 중화된 세척수를 접촉시키는 재생골재의 다단계 세척방법에 관한 것으로서, 세척된 재생골재를 사용하여 아스팔트 콘크리트 시공시 재생골재로 인하여 발생할 수 있는 알칼리 골재 반응을 저감시킬 수 있으며, 이를 통해 아스팔트 콘크리트 내 균열 또는 콘크리트의 표면 부분이 튀어나온 것처럼 벗겨지는 팝-아웃 현상을 방지하여 아스팔트 콘크리트의 내구성 및 수명을 증진시킬 수 있다.

구체적으로 본 발명의 알칼리 골재 반응성을 저감시키기 위한 재생골재의 다단계 세척방법은, 도 1과 같이 저장탱크(150)에 저장된 염기성 수용액을 제1 세척조(100)로 공급하는 이송단계; 파쇄된 재생골재를 상기 제1 세척조(100)로 이송시켜 염기성 수용액과 접촉시키는 제1 세척단계; 상기 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수를 중화조(200)로 이송시켜 산 용액과 혼합하여 제1 세척조에서 배출된 세척수를 중화시키는 중화단계; 상기 제1 세척조에서 배출된 재생골재와 중화조에서 중화된 세척수를 제2 세척조로 이송시켜, 상기 제1 세척조(100)에서 배출된 재생골재와 중화조(200)에서 중화된 세척수를 제2 세척조(300)에서 접촉시키는 제2 세척단계; 및 상기 제2 세척조(300)에서 배출된 세척수는 상기 저장탱크(150)로 이송시키는 순환단계;를 포함할 수 있다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 염기성 수용액은 상기 순환단계를 통해 제2 세척조로부터 배출된 세척수일 수 있고, 바람직하게는 세척수는 저장탱크(150) → 제1 세척조(100) → 중화조(200) → 제2 세척조(300) → 저장탱크(150)로 연속적으로 순환되어 재사용되는 것으로서, 상기 저장탱크(150)에 집수 또는 저장되어 있는 염기성 수용액, 즉 제2 세척조(300)에서 배출된 세척수는 강알칼리성을 띄는 골재를 세척한 후 이송되어 온 용수로 pH가 11 ~ 13 정도로 강한 알칼리성을 띄고 있으며, 상기 저장탱크(150)에 집수 또는 저장된 염기성 수용액, 제2 세척조(300)로부터 배출된 세척수는 공급단계를 통해 제1 세척조(100)로 공급될 수 있다.

상기 제1 세척조(100)에서 공급단계를 통해 공급된 염기성 수용액과 파쇄된 재생골재가 서로 접촉하는 제1 세척단계는, 상기 염기성 수용액과 재생골재가 서로 반응하여 알칼리 반응을 일으키는 것으로서, 구체적으로는 상기 언급된 알칼리-실리카 반응(화학식 1), 알칼리-실리케이트 반응 또는 알칼리-탄산염 반응(화학식 2) 뿐만 아니라, 넓은 의미로 알칼리 성분과 골재 내 포함된 일부 또는 구성 성분이 반응하여 염(salt)를 생성하는 반응이 일어날 수 있다. 이를 통해 재생골재 내 포함된 알칼리 반응을 일으키는 성분, 구성요소가 충분히 알칼리 반응이 진행됨으로써 재생골재 내 알칼리 반응이 되는 성분이 제거되어, 세척 후 재생골재를 아스팔트 콘크리트 내 포함하여 시공 후 발생할 수 있는 알칼리 골재 반응을 방지할 수 있다.

상세하게는 파쇄된 세척 전 재생골재(11)를 염기성 수용액에 침지시키는 침지단계; 및 상기 염기성 수용액에 침지된 재생골재를 건져내어 양생시키는 양생단계;를 포함하여 알칼리 반응된 재생골재(13)를 제조할 수 있다.

상기 침지단계는 파쇄된 세척 전 재생골재(11) 내부에 염기성 수용액을 침투시키는 것으로, 바람직하게는 파쇄된 세척 전 재생골재(11)를 염기성 수용액에 5 ~ 10 시간 동안 2 ~ 5 atm 압력을 가하여 침지함으로써, 재생골재 내 염기성 수용액의 알칼리성분이 충분히 침투시킬 수 있다.

상기 침지단계에서 가압하지 않고 파쇄된 재생골재를 염기성 수용액에 침지시키면 상기 염기성 수용액 내 알칼리 성분이 재생골재 내 완전히 침투되기까지 많은 시간이 소요되어 제조공정이 길어질 뿐만 아니라, 충분히 침투되지 못하여 재생골재 내 알칼리 반응을 일으키는 성분, 구성요소의 일부가 알칼리 반응되지 못하여 알칼리 골재 반응성을 충분히 저감시킬 수 없다.

상기 침지단계를 통해 염기성 수용액 내 알칼리성분이 충분히 침투된 재생골재는 상기 염기성 수용액에서 건져, 양생시키는 양생단계를 통해 알칼리 반응된 재생골재(13)를 제조할 수 있다.

상기 양생단계는 염기성 수용액의 알칼리성분이 침투된 재생골재를 습도 80 ~ 90 %, 80 ~ 120 ℃ 온도에서 양생시키는 것이 바람직한데 이는 80 ℃ 미만에서는 알칼리 반응이 충분히 진행되지 못하고, 120 ℃를 초과하게 되는 경우 높은 온도로 인하여 골재 내 일부가 변형을 일으킬 수 있으며, 골재의 변형을 방지하기 위하여 대기압 분위기하에서 양생하게 되면 알칼리 반응이 완전히 진행되지 못하고, 여전히 재생골재 내 알칼리 골재 반응성에 대한 잠재성이 있는 성분 및 구성요소가 내재되어 있을 수 있다.

상기 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수는 중화조(200)로 이송시키고, 상기 중화조(200) 내 산 용액을 공급하여 중화시키는 중화단계를 수행할 수 있다. 상기 중화단계는 pH 4 ~ 6의 약산 용액과 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수를 혼합하여 중화시키는 단계로서, 이때, 중화조(200)는 상기 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수와 산 용액을 균일하게 혼합하기 위하여 교반기를 더 포함할 수 있다.

일반적으로 재생골재를 세척한 알칼리성 세척수는 상기 언급한 바와 같이 강알칼리성을 띄고 있으나, 본 발명의 세척수는 제1 세척단계를 통해 재생골재와 1차적으로 접촉하여 알칼리 반응을 진행함으로써, 세척수 내 알칼리성이 낮아지게 되어, 중화단계에서 강산 또는 높은 농도, 많은 양의 산을 사용하지 않고도 충분히 세척수를 원하는 pH로 낮출 수 있다.

일반적으로 재생골재를 세척한 세척수를 중화시키기 위하여 질산, 염산, 황산 등과 같은 강산이나 탄산과 같은 무기산을 통해 세척수를 중화시키는데, 이 때 강산과 무기산이 세척수와 반응하여 염(salt)이 생성되고, 생성된 염이 재생골재에 결합되거나, 재생골재 내 포함될 수 있다. 이와 같이 중화과정을 통해 생성된 염이 포함된 재생골재를 아스팔트 콘크리트 조성물 내 포함하여 아스팔트 콘크리트를 시공하게 되면, 아스팔트 콘크리트의 물성이 저하되는 문제가 발생될 수 있을 뿐만 아니라, 강산을 사용하게 되는 경우 작업시 취급이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 작업의 위험성이 높은 문제가 있다.

그러나, 본 발명의 재생골재의 세척방법은, 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수를 중화시키기 위하여 약산 용액을 사용함으로써, 작업자의 작업의 위험성을 낮출 뿐만 아니라, 중화반응으로 인한 염이 발생되지 않고, 제1 세척조(100)에서 재생골재와 알칼리 반응을 통해 배출되는 세척수의 pH를 낮추었기 때문에 소량, 저농도 또는 약산 용액으로도 충분히 원하는 pH로 낮출 수 있으며, 바람직하게는 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수와 산 용액을 혼합하여 중화시켜 pH 8 ~ 9 중화된 세척수를 제조할 수 있다.

구체적으로 상기 중화단계에서 사용되는 산 용액은, 일반적으로 중화반응시 염(salt)를 발생시키지 않으면서도, pH 4 ~ 6를 띄는 약산 용액이면 특별히 한정되지 않고 사용 가능하나, 바람직하게는 Boric acid 수용액 및 MKP(Monopotassium phosphate) 수용액을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 M Boric acid 수용액(CAS No.100043-35-3, pH 5.3) 또는 1.0 M MKP(Monopotassium phosphate) 수용액(CAS No.7778-77-0, pH 4.5)을 사용할 수 있다.

일 예로, 상기 중화조(200)에 이송된 제1 세척조(100)에서 배출된 세척수의 pH가 12.3일 경우, 0.5 M Boric acid 수용액(CAS No.100043-35-3, pH 5.3)을 상기 제1 세척조에서 배출된 세척수와 각각 3:7, 2:8, 1:9의 중량비로 혼합시, pH는 각각 7.6, 8.9, 10.2로 측정되었으며, 1.0 M MKP(Monopotassium phosphate) 수용액(CAS No.7778-77-0, pH 4.5)을 상기 제1 세척조에서 배출된 세척수와 3:7, 2:8, 1:9 의 중량비로 혼합시, pH는 각각 6.9, 8.3, 9.9로 측정되었으며, 따라서, 제1 세척조에서 배출된 세척수의 pH가 12.3일 경우에, 제1 세척조에서 배출된 세척수와 산 용액의 혼합비는 7:3 또는 8:2의 중량비 일 수 있다.

상기 중화조(200)는 교반기가 구비되어 있으며, 이를 통해 산 용액과 제1 세척조에서 배출된 세척수 간의 균일한 혼합을 통해 제2 세척조(300)로 일정한 pH의 중화된 세척수를 공급할 수 있으며, 상기 중화된 세척수가 상기 제2 세척조(300)로 공급되는 파이프 내 pH를 측정하는 pH 센서가 추가로 더 포함될 수 있다.

상기 중화조에 공급되는 산 용액은 산 용액 탱크(250)로부터 공급되는 것으로서, 상기 산 용액 탱크(250)로부터 상기 중화조(200)로 산 용액이 공급되는 파이프 내 에는 유량조절밸브가 더 포함될 수 있으며, 이를 조절하는 제어유닛이 더 포함될 수 있다.

상기 pH 센서에서 측정된 pH가 기 설정된 범위를 벗어나게 되는 경우 제어유닛을 통해 중화조로 공급되는 산 용액의 유량을 조절하여 pH가 설정된 범위 내 값이 되도록 제어할 수 있다.

구체적으로는 상기 중화단계 후에, 제2 세척조(300)로 공급되는 중화된 세척수의 pH를 측정하는 pH 측정 단계; 및 상기 pH 측정 단계에서 측정된 pH가 설정된 범위를 벗어날 경우, 제어유닛이 상기 중화조(200)로 공급되는 산 용액의 유량을 조절하여 pH가 설정된 범위 내의 값이 되도록 제어하는 pH 제어 단계;를 더 포함할 수 있으며, 이 때 설정된 pH 범위는 7 ~ 10 이 바람직하다.

예를 들어, pH 센서로 측정된 pH가 기 설정된 범위보다 높으면 유량조절밸브를 개방하여 산 용액의 공급량을 증가시키고, pH가 기 설정된 범위보다 낮으면 유량조절밸브를 폐쇄하여 산 용액 공급을 낮추거나 중단함으로써, 세척조에 공급되는 중화된 세척수의 pH 조절하여 기 설정된 범위 pH를 유지시킬 수 있다.

바람직하게는 상기 제2 세척조(300)로 공급되는 중화된 세척수는 pH가 7 ~ 10 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 pH 8 ~ 9범위 내 일 수 있다. 이는 상기 제2 세척조(300)로 공급되는 중화된 세척수의 pH가 7 미만일 경우 소모되어야 할 산 용액의 함량이 과도하게 많아지며, pH가 10을 초과하게 되면 알칼리성이 높아 세척에 비효율적이기 때문이다.

따라서, 제2 세척조(300)로 공급되는 중화된 세척수가 상기 제시된 pH 범위를 유지할 경우 중화단계에서 소모되는 산 용액을 효율적으로 소모하면서도, 제1 세척단계를 통과한 재생골재의 잔존하는 알칼리성을 충분히 낮출 수 있으며, 이로 인하여 재생골재의 알칼리 골재 반응성을 현저히 저감시킬 수 있다.

구체적으로 상기 제2 세척단계는, 상기 제1 세척조(100)에서 알칼리 반응된 재생골재(13)와 중화조(200)에서 중화된 세척수를 제2 세척조(300)로 이송시켜, 상기 제1 세척조(100)에서 배출된 알칼리 반응된 재생골재(13)와 중화조(200)에서 중화된 세척수를 제2 세척조(300)에서 접촉시키는 단계로서, 상기 제1 세척조(100)를 통과하여 알칼리 반응된 재생골재(13)는 중화된 세척수에 의해 세척되어 알칼리성이 저감될 수 있다.

이로써, 본 발명의 세척된 재생골재는 상기 제1 세척단계를 통해 선제적으로 알칼리 반응하여 알칼리와 반응하여 알칼리 골재 반응을 유발하는 골재의 반응성을 약화시키고, 제2 세척단계를 통해 골재의 알칼리성을 저감시킴으로써, 아스팔트 콘크리트 내 사용시 알칼리 골재 반응성이 현저히 저하될 수 있으며, 수화된 알칼리 성분과 골재와의 반응으로 인해 발생되는 골재 팽창에 의한 아스팔트 콘크리트의 균열, 팝-아웃 현상을 방지할 수 있다.

일 예로, 상기 제1 세척단계를 통해 알칼리 반응된 재생골재(13)는 중화된 세척수가 공급되는 제2 세척조(300)를 통과하면서 세척될 수 있는데, 상기 알칼리 반응된 재생골재는 바람직하게는 컨베이어 벨트, 스크린 망 등의 이송장치(330)를 통해 제2 세척조를 통과하면서 세척될 수 있다.

상기 이송장치(330)는 기어(gear) 등의 동력전달장치(340)에 의해 이동하면서 상기 이송장치(330) 위에 탑재된 알칼리 반응된 재생골재(13)를 이송시킬 수 있으며, 구체적으로는 이송장치(330)는 제2 세척조(300)의 진입구와 배출구를 가로질러 설치되어 제2 세척조(300)로 진입하는 알칼리 반응된 재생골재(13)가 진입구로 들어가 제2 세척조(300)를 통과하도록 이송하고, 배출구로 나와 제2 세척조를 통과하는 세척 후 재생골재(15)는 기타 후처리를 위한 설비로 이송될 수 있다.

이 때, 제2 세척조(300) 내 저장된 세척수의 수위는 상기 제2 세척조를 통과하는 재생골재가 충분히 잠길 수 있는 높이로 조절되는 것이 바람직하며, 진입구 및 배출구는 제2 세척조의 측면 또는 상부면에 형성될 수 있다.

상기 이송장치(330)를 통해 알칼리 반응된 재생골재(13)가 제2 세척조(300)를 통과하면서 제2 세척조에 저장된 세척수와 재생골재 간의 마찰에 의해 기포가 발생될 수 있으며, 상기 기포는 제2 세척수 내 포함되어, 지속적으로 순환됨으로써 제1 세척조에서 파쇄된 재생골재와 염기성 수용액 간의 알칼리 반응을 방해하거나, 중화조에서 산 용액과의 혼화성을 저하시키거나, 제2 세척조에서 재생골재의 세척을 방해하는 요인으로 작용할 수 있기 때문에, 제2 세척조(300)에 소포제를 주입하는 소포제 주입단계를 통해 기포의 발생을 억제시키는 것이 바람직하다.

이 때, 사용되는 소포제는 옥틸알코올, 시클로헥산올, 기타 고읍 알코올 또는 에틸렌글리콜 등의 휘발성이 작고 확산력이 큰 유상물이나 비이온 활성제 등의 표면 활성제 또는 실리콘 소포제 등이 사용될 수 있으며, 그 종류는 한정되지 않는다.

상기 소포제는 소포제 저장 탱크(350)로부터 제2 세척조(300)에 공급될 수 있으며, 재생골재가 제2 세척조에 유입되기 전에 공급되는 것이 바람직하나, 재생골재가 유입된 후에도 연속공정을 위해 지속적으로 제2 세척조로 공급될 수 있다.

상기 제2 세척조(300)에서 배출된 세척수는 약 pH 10~13 정도를 띄게 되며, 순환단계를 통해 상기 저장탱크(150)로 이송되게 되어 연속적으로 순환될 수 있다. 바람직하게는 상기 저장탱크(150)로 공급되기 전에 여과기 등의 정화장치(370)를 통과하여 정화단계를 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 여과기는 상면 여과기, 섬프 여과기, 막 여과기, 흡인 여과기 등 세척수에 포함된 부유물질, 침전물, 염 등 오염물을 제거할 수 있는 모든 여과 장치를 포함하는 개념으로서 그 종류는 한정되지 않는다. 또한, 위와 같은 정화 단계에서 제2 세척조에서 배출된 세척수의 pH를 낮추는 중화과정도 선택적으로 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태는, 상기 언급된 세척방법으로 세척된 재생골재를 포함하는 아스팔트 콘크리트이다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

[제조예]

재생골재의 세척

먼저, 1.2mm체를 5%(질량비)이상 남는 크기로 파쇄된 재생골재를 제1 세척조로 이송시켜 저장탱크로부터 이송되어온 pH 12.8인 염기성 수용액에 상기 파쇄된 재생골재를 8시간 동안 2.4 atm 압력하에서 침지시킨 후, 침지된 재생골재를 건져내어 85 % 습도, 100 ℃ 온도에서 4시간동안 양생하여 재생골재를 알칼리 반응시켰다.

상기 재생골재와 접촉하여 제1 세척조에서 배출된 세척수는 중화조로 이송시켜 산 용액인 0.5 M Boric acid 수용액과 혼합하여 중화시켜 pH 8.5인 중화된 세척수는 제2 세척조로 이송시키고, 상기 알칼리 반응된 재생골재와 충분히 접촉시켜 세척하였다.

세척된 재생골재인 실시예 1은 후속 공정으로 이송시키고, 제2 세척조에서배출된 세척수는 다시 저장탱크로 이송시켰다.

[실험예 1]

아스팔트 콘크리트 시편의 알칼리-실리카 반응에 의한 길이 변화

재생골재를 포함하여 제조된 아스팔트 콘크리트의 골재에 의한 알칼리-실리카 반응에 의한 길이 변화(팽창)를 확인하기 위하여 ASTM C 1260 모르타르 봉 시험법을 사용하여 알칼리 골재 반응성을 확인하였다.

먼저, ASTM C 1260 시험 방법은 아스팔트 콘크리트 시편 제작 후 16일 후 길이 변화를 측정하여 0.1 ~ 0.2 %이면 알칼리-실리카 반응의 잠재성이 있는 것으로 판정하고, 0.2 % 이상이면 알칼리-실리카 반응성 있는 것으로 판정하고 있다.

본 시험방법에서 사용되는 재생골재는 하기 표 1과 같이 세척과정을 거쳐서 제조된 각각의 재생골재를 ASTM C 1260에서 규정하는 크기로 분쇄하여 사용하였으며, 시험에 사용되는 모르타르바의 배합은 시멘트 440 g, 신골재와 재생골재를 6:4 중량비율로 혼합한 혼합 골재 990 g 및 물 206.8 g이며, 물과 시멘트의 비는 47 % 이다.

모르타르 봉은 25.4 mm × 25.4 mm × 295 mm 규격으로 각각 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 재생골재를 포함하여 4편 제작하였으며, 모르타르 봉의 양 끝단에는 길이 변화 측정을 위한 스터드를 설치하였다.

모르타르 봉 제작은 몰드에 모르타르를 타설한 후 23 ℃가 유지되는 항온항습기에서 몰드 상태로 24시간 동안 양생하였으며, 1일 양생된 모르타르는 몰드에서 시편을 분리하여 모르타르의 길이를 디지털 버어니어 캘리퍼스로 0.001 mm 까지 측정하였다. 모르타르 봉의 양 끝단에 설치된 스터드까지의 길이를 다이얼게이지가 설치된 길이 변화 측정기로 습윤 양생 전 길이를 측정하였다.

초기 측정이 완료된 시편은 폴리프로필렌 밀폐 용기에 시편이 완전히 잠기도록 물을 채워 밀폐 시킨 후 80 ℃가 유지되는 항온기에서 24시간 수중 양생을 하였다. 24시간 경과 후 수중 양생된 시편은 영점 길이 변화 측정을 위하여 밀폐 용기에서 꺼낸 후 즉시(15초 내 측정 완료) 물기를 제거하고 초기 길이 변화를 측정하였다. 초기 길이 변화가 측정된 모르타르 시편은 1 N NaOH 용액이 담겨 있는 밀폐 용기에 넣어 80 ℃가 유지되는 항온기에서 길이 변화를 유도하였다. 영점 길이 변화 측정 후 시편의 길이 변화는 7일, 14일, 21일 및 28일까지 측정하였고, 측정일 별로 모르타르의 변화 상태를 관찰하였으며 균열 유무는 육안으로 28일에 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과를 살펴보면, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 경우 육안측정결과 균열발생은 확인되지 않았으나, 비교예 1의 경우 팽창실험결과 길이 변화가 21일에서 0.101%로 알칼리-실리카 반응의 잠재성이 있는 것으로 판정되었다. 나머지는 팽창실험결과 양생 28일까지는 알칼리-실리카 반응의 잠재성이 없는 것으로 보이나, 실시예 1,2 에 비하여 비교예 2, 3의 팽창실험결과가 0.1 % 에 비교적 근접함을 확인할 수 있었다.

[실험예 2]

아스팔트 콘크리트 물성측정

상기 실험예 1과 동일한 배합비율을 가지고, 101.6 mm × 63 mm 크기로 시험공시체를 제작한 뒤, KS I 3022 : 2014에 따라 물성을 측정하였다.

비교예 4는 재생골재 대신에 신재골재를 사용하여 상기 실험예 1과 동일한 배합비율을 가지고 시험공시체를 제조하였다.

상기 시험공시체는 스패튤러를 사용하여 몰드 주위를 15회 중앙을 10회 다져서 표면을 평평하게 하고, 마샬 다짐은 50 회 실시하였으며, 선회다짐은 KS F 2377에 따른 선회다짐기를 사용하여 다짐하였으며, 다짐온도는 25 ℃로 하였다. 그리고, 60 ℃의 오븐에서 48 시간 양생하였으며, 양생이 끝난 시험공시체는 실내에서 2 ~ 3시간 방치 후 탈형하고, 25 ℃의 공기욕조에서 2시간 방치시켰다.

마샬안정도 (시험방법 KS F 2337) 시험은 아스팔트 혼합물(아스팔트 콘크리트)의 실내 다짐으로 만들어진 원주형 공시체에 대한 소성 흐름 저항력을 측정하기 위한 방법으로 상기 제조된 공시체를 50.8 ㎜/min 속도로 하중을 가할 때 견딜 수 있는 최대 하중(마샬안정도)을 측정하였다.

간접인장강도는 KS F 2382에 따라 시험을 진행하였다.

상기 표 3의 결과를 살펴보면, 실시예 1,2 및 비교예 4의 경우 마샬안정도와 간업 인장강도가 우수함을 확인할 수 있었다. 구체적으로 실시예 1,2 의 경우 신재골재와 재생골재를 혼합한 혼합골재를 사용한 아스팔트 콘크리트와 비교예 4의 신재골재만 사용하여 제조된 아스팔트 콘크리트와 물성 차이가 크지 않고, 오히려 우수한 결과를 확인할 수 있었다. 비교예 1의 경우 간접 인장강도가 0.1O MPa로, KS I 3022의 표층용 아스팔트 콘크리트의 기준치인 0.11 MPa을 만족하지 못하였고, 세척수를 중화시키기 위한 산 용액으로 강산을 사용한 비교예 2 및 무기산을 사용한 비교예 3의 경우에는 중화시 생성된 염(Salt)로 인하여 간접인장강도가 낮아졌음을 확인할 수 있었다.

상기 결과로부터, 본 발명의 알칼리 골재 반응성을 저감시키기 위한 재생골재의 세척 방법을 통하여 재생골재를 세척시, 우수한 재생골재를 제공하여 고품질의 재생 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있을 것으로 기대되었다.

11 : 세척 전 재생골재 13 : 알칼리 반응된 재생골재
15 : 세척 후 재생골재
100 : 제1 세척조 150 : 저장탱크
200 : 중화조 250 : 산 용액 탱크
300 : 제2 세척조 330 : 이송장치
340 : 동력전달장치 350 : 소포제 저장탱크
370 : 여과장치