1. 서 론
2. 적토이암의 특징
3. 적토이암 유색 골재 생산 방법 및 결과
3.1 골재 생산 장비
3.2 골재 입도 시험 결과
4. 적토이암 유색 골재의 품질시험 결과
5. 적토이암 유색골재 생산 방법 제안
6. 결 론
1. 서 론
산업이 발전하고 차량이 늘어나면서 차량증가에 따른 시설공급의 한계점으로 대중교통 우선정책으로써 서울시에서 1986년 왕산로와 한강로 구간에 버스전용차로제가 처음 도입되었다(Seoul Research Institute, 1997). 2004년에는 서울시 주요 간선도로에 중앙버스전용차로가 전격 도입되어 버스 통행속도와 수송분담률이 개선되었으나 사망자수는 3배, 부상자수는 1.8배가 증가되는 부작용이 있었다(Han et al., 2006). 버스전용차로의 안전을 위해 전 세계의 대도시 지역은 BRT(bus rapid transit)의 시인성을 높이고 교통사고에 대한 안전성을 확보하기 위한 방안으로 Fig. 1 및 Fig. 2와 같이 전용차로의 표시에 컬러 포장을 시공하고 있다(Liu, 2017).
국내에서도 시인성 확보를 위해 2004년 서울시 교통대책회의에서 버스전용차로에 유색포장 시공을 결정한 후 칼라 아스콘, 반강성 적색포장, 용융분사식 적색포장 등의 다양한 칼라 포장이 시공되었다. 그러나 개통초기 시인성이 좋았으나 시간이 지나면서 탈색과 일부 매연과 누유 등으로 포장 색상이 변질되었다. 그리고 강추위, 강설 등에 의한 수축팽창에 따른 파손율이 일반도로 아스팔트 포장에 비해 높고, 전체 차로 중 버스전용차로에서의 포트홀의 발생이 69%로 매우 높은 것으로 나타났다(Bae, 2013).
이에 따라서 2006년 건설교통부의 ‘간선급행버스체계(BRT) 설계지침’에서는 일반도로와 분리하기 위해 굵은 청색 차선만으로 구분할 수 있도록 제정 하였고, 현재 국내의 대부분 버스전용차로는 일반 검은색 아스팔트 포장에 청색 차선만을 이용하여 일반도로와 구분되도록 시공되고 있다. 현재 버스전용차로의 교통사고가 증가하고 있으며, 사고 발생시 일반교통사고 대비 사망사고 발생률은 적용 초기 3배 보다 높은 약 9배 이상의 사망사고가 발생하고 있다(Han et al., 2006; Kim, 2011). 그리고 Fig. 3과 같이 버스전용차로의 파손이 지속적으로 발생하여 안전을 위협하고 있다. 따라서 버스전용차로의 시인성을 강화하여 시민 안전을 높이고, 골재관리를 통해 내구성을 높이는 것이 필요하다. 본 연구에서는 버스전용차로의 영구적인 시인성 확보를 위해 광물자체가 붉은색을 띠고 있는 적토이암(mudstone)을 골재로 가공하여 아스팔트 혼합물 제조용 1등급 고품질 골재로 사용하기 위한 유색골재 생산 방법을 연구하고 품질을 평가하였다.
2. 적토이암의 특징
세일(Shale) 또는 혈암은 이질 퇴적암중에 층리면과 평행하게 얇게 벗겨지는 성질을 가지는 암석으로 층리성, 박리성이 큰 것과 비교하여 적토이암(Mudstone)은 박리성이 없는 특성이 있다.
적토이암의 광물조성 시험 결과 Table 1과 같이 SiO2가 66.5%, Al2O3가 13.2% 순으로 구성된 것을 알 수 있었다. 적토이암의 환경성 및 기능성 시험 결과는 Table 2와 같이 탈취가 92%이며, 음이온 발생, 항균 효과가 있다는 결과를 얻었다.
Table 1.
Components ratio of mudstone
| Ingredient | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | TiO2 | NnO |
| Percent (%) | 66.5 | 13.2 | 4.13 | 3.37 | 1.9 | 3.16 | 2.63 | 0.64 | 0.06 |
Table 2.
Environmental and functional effect of mudstone
3. 적토이암 유색 골재 생산 방법 및 결과
3.1 골재 생산 장비
죠크러셔(Jaw crusher)는 암석과 광석 등의 1차 파쇄에 이용되는 압축파쇄기로 양측에 있는 죠 사이에 암석이 투입되며, 양측 중 일측은 고정되어 있고 다른 측은 가동하면서 발생하는 타격충격으로 파쇄되어 자기하중과 밀어내는 힘에 의하여 하부의 토출구로 내려오게 된다. 죠크러셔는 1,000 mm 이상의 대형 암석을 파쇄할 수 있으며 파쇄 전후의 평균 입경비인 파쇄비는 4~6 정도이다. 콘크러셔(Cone crusher)는 주로 2차 파쇄에 사용되며, 선회하는 맨틀(Mantel)과 콘 케이브(Cone Cave) 사이의 압축작용에 의해서 파쇄된다. 임팩트 크러셔(Impact crusher)는 고속회전하는 로터의 주위에 장치된 특수강제의 해머로 처리물을 두드려 반발판이나 라이너에 부딪치게 하거나, 처리물끼리 충돌시켜 파쇄하는 방식으로 회전축의 형태에 따라 수평축형(HSI), 수직축형(VSI) 임팩트 크러셔가 있다. 수평축형은 해머가 사용되므로 2차 파쇄에 사용될 수 있으며, 수직축형은 일반적으로 해머가 없이 원심력에 의해 골재를 충돌시켜 입형을 개선하는데 사용한다. 임팩트 크러셔는 분말생성을 동반하며 소음이 크고 파쇄과정 중 장비의 마모가 크기 때문에 유지보수비가 높아지는 단점이 있다(MOLIT et al., 2009).
공주의 적토이암 골재 생산 석산을 조사한 결과는 Fig. 4와 같이 죠크리셔, 콘크러셔를 이용하여 파쇄 후, 임팩트(VSI) 크러셔를 이용하여 입형을 개선한 골재를 생산하고 있었다.
3.2 골재 입도 시험 결과
버스전용차로 시공을 위한 SMA 포장용 굵은골재의 입도 기준은 국토교통부 굵은골재 입도기준(MOLIT, 2017)인 Table 3과 같다. 본 연구에서는 굵은골재 13~10 mm, 10~5 mm 기준에 적합하도록 생산하였다.
Table 3.
Gradation of coarse aggregate for SMA (MOLIT, 2017)
| Sieve size (mm) | Passing % | ||||||
| 25 | 20 | 13 | 10 | 5 | 2.5 | 1.2 | |
| 20~13 | 100 | 85~100 | 0~25 | 0~5 | - | - | - |
| 13~10 | - | 100 | 85~100 | 0~25 | 0~5 | - | - |
| 10~5 | - | - | 100 | 80~100 | 0~25 | - | - |
| 8~5 | - | - | - | 100 | 0~25 | 0~5 | - |
| 5~2.5 | - | - | - | 100 | 90~100 | 0~25 | 0~5 |
SMA용 골재의 입도를 시험하기 위해서 골재를 1차 생산하여 샘플을 채취하고 입도 분석 시험을 수행하였고, 이후 시험시공을 위해 골재를 연속적으로 2차 생산하여 시험하였다. 시험 결과 Fig. 5와 같이 1차 생산시에는 13 mm 골재의 10 mm 통과율이 10% 이하이었으나, 2차 생산시에는 30% 이상으로 증가되었다. 이 결과에 따라서 13 mm 골재의 생산시 체크기를 조절하였다. 10 mm 골재는 생산량에 따른 입도 변화가 없었으며, 10 mm체 잔류율이 90% 이상으로 다소 높았다. 최종적으로 골재 생산 설비의 체크기를 변경하여 생산한 골재의 입도는 Fig. 6 및 Fig. 7과 같이 SMA 골재용 13~10 mm, 10~5 mm 기준을 만족하였다.
4. 적토이암 유색 골재의 품질시험 결과
적토이암 유색 골재 품질을 평가한 결과 국토교통부 1등급 골재 품질기준(MOLIT, 2017)을 모두 만족하는 것으로 평가되었다. 일반적인 화강암의 경우 동적수침 후 피복율의 기준에 부적합하여 박리방지제를 사용하는 것과 달리 적토이암 골재는 기준인 50% 보다 높은 67%였다. 따라서 소석회나 액상박리방지제 등을 사용하지 않아도 되는 것으로 판단되었다. 안정성은 4.1~4.5%로 동결융해 및 풍화에 대한 저항성이 기준보다 약 2~3배 높았으며, 마모율도 낮은 것으로 나타났다(Table 4).
Table 4.
Quality of coarse aggregate with mudstone
5. 적토이암 유색골재 생산 방법 제안
적토이암 유색골재는 버스전용차로 등에 적용하는 고내구성 아스팔트 혼합물을 위한 1등급 골재입도 및 품질기준에 적합하였다. 다만, 적합한 입도와 입형을 확보하기 위해서 Fig. 8과 같은 방법에 따라 생산하는 것이 적합한 것으로 사료되었다.
- 리즐리 피더를 이용하여 표토를 제거하며, 선별된 표토에 포함된 40 mm 이상의 암석을 진동스크린으로 선별하여 1차 파쇄장비로 회송
- 1차 파쇄에는 죠크러셔, 2차 및 3차 파쇄에는 콘크러셔를 사용하되, 필요시 3차 파쇄용 콘크러셔는 사용하지 않을 수 있음
- 파쇄된 골재의 입형 개선을 위해 VSI 방식의 임팩트 크러셔 사용
- 골재입도 선별을 위해 3단 진동스크린을 사용하며, 체망은 14.5 mm, 11.5 mm, 6 mm를 사용하되 골재입도를 평가하여 수정 보완
- 생산된 골재는 굵은골재 13-10 mm, 10-7 mm, 잔골재 7 mm 이하로 구분하여 피더로 이송하여 저장
- 파쇄설비와 진동스크린을 이용한 선별시설은 별도의 백하우스 집진시설을 이용하여 미분 저장
적토이암은 비산 먼지 제거를 위해 습식 설비를 사용시 입도별 선별이 어려우므로 백하우스를 이용한 건식 제거방법 적용이 효과적인 것으로 나타났다.
6. 결 론
적토이암 광물을 버스전용차로용 칼라 아스팔트 혼합물 제조에 적용하기 위해서 골재로 파쇄 후 품질시험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 적토이암 유색골재는 세일 및 혈암과 다르게 박리성이 없으며, 파쇄시 편석으로 파쇄되지 않고 편장석율 5% 이하의 1등급 골재로 생산이 가능하였다.
2) 적토이암 유색골재 안정성 시험 결과 4.1~4.5%로써 동결융해 및 풍화에 대한 저항성이 기준보다 2~3배 우수하고, 마모율도 기준보다 2배 이상 우수하였다.
3) 적토이암 유색골재는 동적수침 후 피복율이 기준인 50%보다 높은 67%로써 박리저항성이 우수한 것으로 판단되었다.
4) 적토이암 유색골재의 입도는 SMA 골재용 13~10 mm, 10~5 mm 입도기준에 적합하게 생산할 수 있었다. 다만 습식설비를 이용하여 골재 생산 중 비산먼지를 제거할 경우 입도별 선별이 어려우므로 백하우스를 이용한 건식 제거방법이 필요하였다.
본 연구는 적토이암 골재를 국내 아스팔트 혼합물용 기준에 적합하도록 생산하기 위한 연구였으며, 향후 현장 적용을 위해서는 아스팔트 혼합물에 사용하여 다양한 성능평가가 필요하다.
