KR101344366B1

KR101344366B1 - 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법

Info

Publication number: KR101344366B1
Application number: KR20130114390A
Authority: KR
Inventors: 문의성; 김두병; 한종민
Original assignee: 주식회사 로드씰; (유)로드텍; 주식회사 화신; 한국건설생활환경시험연구원
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2013-12-24

Abstract

본 발명은 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 아스팔트에 UV안정제, 합성고분자, 기능성 접착촉진제(adhesion promoter)를 첨가시켜 내열성, 접착력, 유연성 및 감온성이 우수한 개질 아스팔트 혼합물을 최적의 계면활성제를 적용하여 분산 및 저장안정성을 확보한 개질아스팔트 혼합물 에멀젼에 무기질 혼합물과 같은 미분의 보강재를 분산시켜 노후화된 포장도로 표면에 유제살포기와 같은 스프레이건 혹은 밀대를 적용하여 코팅을 하여 노후화된 포장도로 표면과의 접착강도 및 마모도를 개선하여 재생시키는 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
또한, 자외선 및 우수등에 내구성이 취약한 아스팔트 포장도로 표면에 환경친화적인 고무화 아스팔트계 씰코팅재를 코팅 해줌으로써 유해물질을 차단하여 포장도로의 수명을 연장 할 수 있는 예방적인 재료이며, 연속된 물상에 아스팔트 혼합물을 균열하고 안정적인 미립자 형태로 분산되어 있어 특별한 장비와 전문 기술자가 필요없어 시공단가를 낮출 수 있으며, VOC(휘발성 유기화합물)등의 공해물질이 발생되지 않는 아스팔트 씰코팅재 및 그 제조방법을 얻는 기술을 확보함으로써 환경보호에 기여할 수 있다.
본 발명은 아스팔트 포장도로의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물로써, 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 30-50중량%, 합성고분자 1-5중량%, 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter) 0.5-3중량%, UV안정제 05.-3중량%, 계면활성제 0.5-5중량%, Kaolin(China Clay) 5-10중량%, 합성무기질 충전제 5-20중량%, 흄드실리카(Fumed Silica, Silicon Dioxide) 1-5중량% ; 및 잔부의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법{Coating Material of Asphaltic Sealing for Preparatory Maintenance and Construciton Method Using the Same}

본 발명은 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 아스팔트에 UV안정제, 합성고분자, 기능성 접착촉진제(adhesion promoter)를 첨가시켜 내열성, 접착력, 유연성 및 감온성이 우수한 개질 아스팔트 혼합물을 최적의 계면활성제를 적용하여 분산 및 저장안정성을 확보한 개질아스팔트 혼합물 에멀젼에 무기질 혼합물과 같은 미분의 보강재를 분산시켜 노후화된 포장도로 표면에 유제살포기와 같은 스프레이건 혹은 밀대를 적용하여 코팅을 하여 노후화된 포장도로 표면과의 접착강도 및 마모도를 개선하여 재생시키는 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

국내 포장도로의 사용연수가 증가함에 따라 그 성능이 저하되어 파손이 증가하고, 파손이 생기지 않은 지역 또한 잠재적인 파손의 가능성은 높아지고 있다. 이러한 구간들은 지속적인 상태평가를 통해 파손상태를 평가하고 필요한 경우 적절한 보수 및 보강을 수행하여야 한다.

포장도로 손상의 원인은 내적인 요인과 외적인 요인으로 구분하며 포장공법의 종류별로 설계특성, 시공특성 등에 따라 파손의 형상이 달리 나타나고, 포장이 놓인 위치 및 하중이 가해지는 위치에 따라 파손 위치가 구분된다. 내적 요인으로는 포장단면의 부족, 재료의 불량, 배합설계불량 등이 있고 외적 요인으로는 차량하중과다, 환경하중, 시공불량 등이 해당된다. 또한, 포장도로는 지반의 특성, 지세, 강우, 기온의 변화, 강우량 등의 환경적인 요인과 교통량, 중차량 구성비 등 교통 특성에 따라서도 매우 다양한 문제를 유발시킴. 따라서 도로 이용자에게 쾌적하고 안전한 도로를 지속적으로 제공하기 위해서는 도로 포장 유지관리 실무자가 도로 포장의 파손 원인을 파악하고, 파손 원인에 따라 적절한 보수를 적절한 시기에 수행하여 포장도로의 상태를 양호하게 유지해야 한다.

아스팔트 포장도로 수명 감소의 원인으로는 아스팔트는 자외선 혹은 햇볕에 대한 저항성이 떨어진다. 다시 말하면, 아스팔트 포장도로는 아스팔트 바인더, 골재, 석분등으로 이루어져 있다. 그러나 이런 아스팔트 포장도로의 표면은 자외선에 의해 아스팔트 바인더 산화로 인해 골재와 이탈하는 현상이 발생한다.

이러한 현상의 대표적으로는 아스팔트 포장도로의 표면이 점진적으로 검정 → 브라운 → 회색으로 변화는 것을 보면 알수 있다. 또한, 아스팔트 포장도로의 표면이 거칠거나 낮은 지역에는 모래로 보이는 것들이 퇴적되어 있는 현상을 볼 수 있다.

이러한 현상은 아스팔트가 자외선에 의해 산화되어 유연성을 상실하게 되는데 유연성은 아스팔트 포장도로가 하중을 견디거나 탄성을 유지하는 중요한 인자인데, 이를 상실하게 되면 차량의 빈번한 통행과 직사광선 및 우수과 같은 산화작용으로 아스팔트 표면이 경화되고 파괴된다. 아스팔트 표면이 보호되지 못했을 경우 급격한 산화작용과 경화 작용이 일어나게 되며 이로인해 아스팔트 포장도로 표면의 균열발생의 원인이 되며 이러한 균열로 말미암아 물의 침투를 방치하게 되며 침투된 물에 의하여 기반의 연약화를 가져오게 되어 포장도로의 수명을 저감하게 된다.

따라서 이를 극복하기 위해서 자외선 및 우수등에 내구성이 취약한 아스팔트 포장도로 표면에 환경친화적인 고무화 아스팔트계 씰코팅재를 코팅 해줌으로써 유해물질을 차단하여 포장도로의 수명을 연장 할 수 있는 예방적인 재료가 절실히 요구 되고 있다.

종래의 포장도로 보수 방법으로는 아스팔트 덧씌우기(팻칭)이나 아스팔트 재생포장공법으로 90년대 후반까지 대부분 적용해온 포장도로의 유지보수 공법이며, 포장도로가 이미 많이 훼손된 상태에서만 가능한 치료적인 보수공법으로써 포장도로 보수의 비용절감과 시공의 신속성을 고려하지 않은 공법이다.

에폭시계 균열 보수제는 70시간 이상 장시간 소요 및 숙련 기술 필요하고, 미세균열의 침투성을 높이기 위해 용제량 증가로 인해 접착력 저하로 그 기능을 상실하게 된다. 진행성 균열에 대해서는 에폭시계 균열 보수제의 변형량이 2% 정도로 인해 신축성이 없어 보수한 균열 부근에 새로운 균열 발생 하여 하자가 발생하는 단점이 있다.

포대 아스콘은 시공 즉시 교통 개방 및 시공 용이 하나, 포장도로 표면과의 접착력 저하로 인해 우수(雨水) 혹은 동결융해로 인해 균열이 확대 되어 포장층을 더 파손시킬 우려있고(팟홀발생), 균열 추종성이 없어 새로운 균열 발생 하여 포장도로의 유지보수 기능을 발휘할 수 없다.

가열식 아스팔트계 봉함제(Hot-Melt sealant)를 이용한 보수공법은 90년 후반 이후로 포장도로의 유지보수의 절감을 위해 국외 선진국의 시스템을 도입 하였다. 핫멜트 재료로 인해 대기중에 유해성 물질(VOCs) 발생 우려와 시공 경험이 풍부한 전문적인 작업자 및 전용 보일러 머신을 갖추어야 하며, 그로 인한 작업효율 및 교통 혼잡에 영향을 끼친다. 최근까지 북미 선진국에서 수입하여 시공하였으나 외국 제조 회사들은 자국 지역의 연평균 온도에 의거하여 추운기후, 온난기후, 더운기용으로 구분하여 제조하기에 복잡한 종류의 제품을 공급하여 국내 시공자들에게 혼란 초래 하여 제품에 대해 전문적인 지식이 없어 무분별한 사용으로 인해 유지 보수 절감의 역효과 우려 된다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 노후된 포장도로를 코팅해줌으로써 자외선(UV) 및 우수 등에 내후성이 취약한 아스팔트 포장도로를 유해물질로부터 차단하여 포장도로의 수명을 연장 할 수 있는 환경친화적인 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아스팔트 포장도로의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물로써, 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 30-50중량%, 합성고분자 1-5중량%, 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter) 0.5-3중량%, UV안정제 05.-3중량%, 계면활성제 0.5-5중량%, Kaolin(China Clay) 5-10중량%, 합성무기질 충전제 5-20중량%, 흄드실리카(Fumed Silica, Silicon Dioxide) 1-5중량% ; 및 잔부의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 계면활성제는 Fatty amines, Fatty diamines, Fatty imidazolines, Fatty amidoamines, fatty quarternary ammonium salts 인 양이온 계면활성제를 포함 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter)의 화학명은 Fatty acid aminoamides을 포함 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 UV안정제는 하기 화학식을 가지며, 화학명은 2-(2^′-Hydroxy-5^′-methylphenyl) benzotriazole를 포함 한다.

[화학식 1]

삭제

아스팔트 포장도로는 차량의 빈번한 통행과 직사광선 및 우수과 같은 산화작용으로 아스팔트 표면이 경화되고 파괴된다. 아스팔트 표면이 보호되지 못했을 경우 급격한 산화작용과 경화 작용이 일어나게 되며 이로인해 아스팔트 포장도로 표면의 균열발생의 원인이 되며 이러한 균열로 말미암아 물의 침투를 방치하게 되며 침투된 물에 의하여 기반의 연약화를 가져오게 되어서 결국에는 아스팔트 포장의 주요한 손상원인이 된다.

하지만, 본 발명의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22)에 기타 특수 첨가제를 적용하여 개질 아스팔트 혼합물를 개발하고, 이러한 아스팔트 혼합물을 가열 없이 상온에서 적용할 수 있도록 양이온 계면활성제(nitrogen-based cationic surfactant)를 첨가하여 적정하여 연속된 물상에 균일한 개질 아스팔트 혼합물을 미립자 형태로 분산시킨다.

내열성, 접착력, 저온 유연성 및 감온성이 우수한 개질 아스팔트 혼합물 에멀젼(emulsion)에 합성 무기질 충진제와 같은 미분의 보강재를 다시 분산시켜 노후화된 포장도로 표면에 유제 살포기와 같은 스프레이건 혹은 밀대를 적용하여 코팅을 하여 노후화된 포장도로의 표면을 재생시켜 수명 연장의 기여할 수 있는 기술이다.

또한, 아스팔트 포장도로 씰코팅의 최대효과는 포장도로면으로 부터 물의 침입을 방지하고, 자외선에 의한 산화를 방지하는 것으로 적절한 시기의 작업은 초기 균열에서 물이 포장도로 하부로 침투되어 도로포장 전체를 파괴하는 것을 방지하고 자외선에 의한 아스팔트 산화로 부서지기 쉬운 상태로 변화되어 아스팔트 포장도로 표면이 파손되어 표면에 골재가 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 작업은 포트홀(아스팔트 표면에 구멍이 나는 것)을 방지하고 덧씌우기를 해야 하는 시기를 늦출 수 있다. 따라서 포장도로 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

뿐만아니라, 기존의 아스팔트 포장도로에 간단하게 시공할수 있으며 시공비 또한 특별한 전처리 작업이 없는 경우 저렴한 비용으로 시공할수 있다.

도1과 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 제조방법 및 이를 이용한 시공방법 단계도이다.

이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 표시되는 약어는 본 명세서 내에서 별도의 다른 지칭이 없다면 당업계에서 통용되어, 이해되는 수준으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재는 (a)개질 아스팔트 혼합물, (b)유화수, (c)미분의 보강재 혼합물를 포함하여 이루어지는 것으로, 상기 각 조성에 대해 설명을 하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 (a)개질 아스팔트 혼합물은 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22), 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter), UV안정제 등을 포함하여 이루어진다.

상기 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22)는 일반 아스팔트(AP-5)의 비해 아스팔트 씰코팅재의 탄성과 신율을 증가시키는 작용을 하며, 탄성의 증가는 고온에서의 변형 문제를, 신율은 외부 충격에 의해 크랙 및 파손 발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22)의 함량은 30-50중량%가 바람직하며, 30중량%미만이면 함량이 너무 적어 접착 불량을 초래하며, 50중량%를 초과하면 강도, 접착력은 증가하나, 저온 취성이 증가하며 내열성이 나빠지는 경향이 있고, 함량이 너무 많아 계면활성제에 의한 연속된 물상에 분산시키는데 어려움을 초래한다.

본 발명의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물에 사용되는 포장도로 표면과의 접착력을 증대시키는 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter)는 Fatty acid aminoamides를 적용하였으며 극성을 띠는 물체와 무극성인 아스팔트 사이에 접착 촉진제 역할을 하여 아스팔트 포장도로 표면과의 접착력을 증대시켜준다.

상기 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter)의 함량은 0.5-3중량%이고 0.5중량% 미만이면 접착촉진 효과가 거의 없고, 3중량% 초과하면 아스팔트의 탄성과 신율이 저하되는 문제점이 발생된다.

또한, 아스팔트 포장도로의 자외선에 의한 산화를 방지하기 위하여 UV안정제를 첨가한다.

상기 UV 안정제는 하기 화학식을 가지며, 화학명은 2-(2^′-Hydroxy-5^′-methylphenyl) benzotriazole를 적용 하였으며

[화학식 1]

자외선(UV)에 의한 산화는 입사되는 빛은 표면에서 반사되거나 Polymer 내부로 산란 또는 흡수된다. 광화학의 제1법칙(grottus-draper)에 따르면 효과적으로 흡수된 빛의 일부분이 광화학적 변형 즉 degradation을 일으킨다.

이중결합(chromophores)의 존재하에서는 이 흡수가 더 긴 파장 쪽으로 옮겨진다. 이것은 탄소와 다른 원자 사이의 이중결합에 특히 유효하며, Carbonyl화합물은 이미 290nm 이상의 파장대에서 흡수가 일어난다. degradation은 체조과정상의 소량의 불순물 또는 구조적인 비규칙성에 의해 야기되며 Polymer내에서 촉매잔사, 산화물 등으로 종종 존재한다. 불규칙적인 구조는 광화학적 변형을 야기할 수 있는 자외선 범위 내의 흡수를 나타낼 수 있다.

따라서 UV안정제의 기능은 고분자 내에서 존재하는 Chromophores(K)에 의해 흡수된 에너지를 인계받을 수 있고, degradation을 효과적으로 막기 위해 에너지를 열이나 Fluoresont or Phosphorescent radiation으로 소멸시키는 역할을 한다.

상기 UV안정제는 2-(2^′-Hydroxy-5^′-methylphenyl) benzotriazole의 함량은 0.5-3중량%가 바람직 하다.

종래의 포장도로 보수재와는 달리 VOC(휘발성 유기화합물)등 공해물질이 발생되지 않고 상온에서 적용할수 있는 환경 친화적인 제품을 개발하기 위해서는 물을 포함하며, 이로 인해 특수 장비를 사용하지 않고, 공시비를 절감할 수 있다.

또한, 기존의 아스팔트 포장도로에 간단하게 시공할 수 있으며 시공비 또한 특별한 전처리 작업이 없는 경우 저렴한 비용으로 시공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 (b)유화수에 대하여 설명하면 다음과 같다.

예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재에서 물은 정제수 또는 이온수를 사용하면 바람직하나, 일반적인 물, 예를 들어, 수돗물 또는 지하수는 화학적 이온의 성분을 가지고 있으며, 이는 안정된 아스팔트 씰코팅재에 이롭거나 해로운 영향을 끼칠 수 있다.

예를 들어, 물속의 칼슘, 마그네슘 이온의 존재는 안정된 양이온계 아스팔트 씰코팅재 조성물에 이롭다(저장 안정성을 향상시킴). 그러나, 물속의 탄산염 또는 중탄산염 이온의 존재는 안정된 양이온계 아스팔트 씰코팅재 조성물에 해로울 수 있다(좀더 불수용성인 염은 보통 양이온계 유화제로 사용되는 수용성 아민 하이드로클로라이드(amine hydrochlorides)와의 반응 때문에 결정 형태로 된다).

본 발명의 아스팔트 씰코팅재 조성물에 포함되는 물의 함량은 30-60중량%가 바람직하다. 이는 물의 함량이 30중량%미만이면 (a)개질아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시키는데 어려워 소기의 목적을 달성하기가 어려우며, 60중량%를 초과하면 개질아스팔트 혼합물은 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시킨 다음, 현장에서 적용시 물이 증발해야 아스팔트 씰코팅재로서의 물성이 나오게 되는데 이 과정에서 물의 부피만큼 부피가 줄어드는 현상, 즉 수축이 있을 수 있으며, 물의 함량이 너무 과도해 경화 속도가 느려져 시공시간 지연을 초래할 수 있다.

본 발명의 따른 아스팔트 씰코팅재 조성물은 (a)개질아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 균일한 미립자 형태로 분산시키기 위해 계면활성제를 0.3-3중량%를 물에 부가하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명을 구성하는 계면활성제 구조는 아스팔트에 용해되는 계면 활성 부분(친유성(무극성)), 친수성 또는 다른 극성 액체에 용해가 이루어지는 계면 활성 부분(친수성(극성))이다.

상기 양이온계 계면활성제는 개질아스팔트 혼합물을 물상에 미립자 형태로 유화시키기 위해 제조된 유화제로 구성 성분은 Fatty quarternary ammonium salts이며, 이는 물에 녹지 않는 성질을 갖고 있어 산성 용액(예를 들어, 염산(HCl),인산(H₃PO₄), 초산(CH₃COOH)등)를 첨가하여 친수성을 만들기 때문에 아스팔트 씰코팅재는 양이온을 띠게 된다.

상기 계면활성제의 구조 및 분자구조는 다음과 같다.

[계면활성제 구조 1]

[계면활성제의 분자구조 2]

양이온 계면활성제의 에멀젼 타입은 대기중의 습기에 관계없이 빠르게 경화되고 매우 끈기있는 아스팔트 필름 형태를 갖는다. 약간의 과잉된 산은 양이온 아스팔트 씰코팅재 제조에서 유기염기로 사용된다. 이 과잉된 산은 물상에 존재하고 아스팔트 씰코팅재는 양이온성을 띤다.

본 발명에 있어서, PH가 2-4이 바람직하며, PH 4초과하면 불수용성인 유화제와 반응할 산의 양이 적어 계면활성제가 수용성이 되지 못하여 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산되는데 어려움을 가져올 수 있고, PH 2미만 이면 개질아스팔트 혼합물을 물상에 미립자 형태로 분산시켰다 할지라도 물상과 미립자의 역반응으로 인해 물상에 존재하는 미립자들끼리 응집(flocculation)이나 뭉침(coalescence) 현상이 빨리 일어나 저장안정성에 문제를 일으킬 수 있다.

아울러 본 발명의 아스팔트 씰코팅재 조성물에는 접착성, 저온유연성, 내열성을 향상시키기 위해 합성고분자 에멀젼을 1∼10중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 합성 고분자 에멀젼으로는 SB 라텍스(styrene-butadiene Latex)을 사용하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 (c)미분의 보강재 혼합물은 물 10-30중량%에 계면활성제 0.5-3중량%, Kaolin(China Clay) 5-10중량%, 합성무기질 충전제 5-20중량%, 흄드실리카(Fumed Silica, Silicon Dioxide) 1-5중량%를 부가하여 20-40℃에서 혼합 시키는 단계, 산를 부가하여 PH가 2-4가 되도록 혼합하는 단계를 포함한다.

상기 (c)미분의 보강재 혼합물은 (a)개질아스팔트 혼합물과 (b)유화수를 Colloid Mill를 이용하여 유화시킨 (d)개질아스팔트 혼합물 유화액의 물성을 개선 시키는 첨가제로 사용되어 진다.

상기 (c)미분이 보강재 혼합물을 구성하는 Kaolin(China Clay)는 아스팔트와 기능성 첨가제 사이에 분산되어 아스팔트 씰코팅재의 물는 리적 강도와 마찰에 대한 저항력을 높여준다.

또한 Kaolin(China Clay)은 물을 섞으면 가소성(可塑性)을 갖게 되어 압력을 모양을 마음대로 만들 수 있는 상태가 되고 압력이 없어져도 그 형태가 유지 된다. 물을 더 많이 섞으면, 걸쭉하고 묽은 현탁액이 된다.

따라서 가소성과 점성도(粘性度)를 갖는 데 필요한 물의 양은 고령석 입자의 크기에 따라 달라지며, 고령토 안에 존재할 수 있는 화학물질에 따라서도 달라진다.

상기 (c)미분의 보강재 혼합물을 구성하는 합성 무기질 충전제는 (d)개질 아스팔트 혼합물 에멀젼에 투입하여 분산되어질때 분산력을 증진 시키기 위해 지방산을 표면에 코팅시킨 경질 탄산칼슘을 적용 하였다. 합성 무기질 충전제인 고순도 합성 경질 탄산칼슘의 제조 공정은 다음과 같다.

[탄화공정 반응식 3]

CaCO₃(석회) → CaO + CO₂↑

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+ CO₂→ CaCO₃(고순도 합성 경질 탄산칼슘)

상기 (c)미분의 보강재 혼합물을 구성하는 흄드실리카(Fumed Silica)는 고온에서 기상반응에서 제조된다. 이것은 염화실란이 산소와 수소로 형성된 1000℃이상의 불꽃내에서 가수분해 되어 생성된다.

[염화실란 제조반응]

Meatal silicon(Si) + 4HCl → SiCl₄ +2H₂

[흄드실리카(Fumed Silica) 형성 반응]

2H₂ + O_{2 +}SiCl₄ →SiO₂(Fumed silica) +4HCl

흄드실리카(Fumed Silica)의 특성으로는 매우 가벼운 분말로 무정형의 이산화규소이다. 기본입자 크기가 나노사이즈로 극히 작고, 구형 형태이며, 넓은 표면적과 특유의 표면 특성이 있다. 또한, 인장강도와 파단신율, 인열강도를 개선 시키고 증점 및 칙소성을 부여하며, 흐름성 개선과 기타 미분의 보강재의 침강방지를 하여 저장 안정성을 개선 시킨다.

본 발명의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물은 임펠러믹서, Colloid Mill 순으로 배치식 또는 연속식으로 제조가 가능하나, 좀더 안정되고 균일하게 분산된 조성물을 얻기 위해서는 연속식을 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 따른 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물의 제조방법의 단계도이다.

도 1을 참조하면, 상기 방법은 (a)개질아스팔트 혼합물제조 단계; (b)유화수 제조 단계; (c)미분의 보강재 혼합물 제조 단계; (d)(a)개질아스팔트 혼합물과 (b)유화수을 Colloid Mill을 사용하여 개질아스팔트 혼합물 에멀젼제조; (e)(d)개질아스팔트 혼합물 에멀젼에 (c)미분의 보강재 혼합물을 첨가하여 Colloid Mill을 사용하여 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 제조 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명은 노후된 포장도로 표면의 먼지, 수분등 이물질을 제거하는 단계; 노후된 포장도로 표면에 유제살포기와 같은 스프레이건 혹은 밀대를 적용하여 평방미터(㎡)당 0.3-0.45리터(ℓ)를 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재를 이용한 시공방법을 제공한다.

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이러한 본 발명의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 및 이를 이용한 시공방법은 노후화된 포장도로 표면에 유제 살포기와 같은 스프레이건 혹은 밀대를 적용하여 코팅을 하여 물의 침입을 방지하고, 자외선에 의한 산화를 방지함으로써 노후화된 포장도로의 표면을 재생시켜 수명 연장의 기여할 수 있는 기술이다.

뿐만 아니라, 종래의 포장도로 보수재와는 달리 VOC(휘발성 유기화합물)등 공해물질이 발생되지 않고 상온에서 적용할수 있는 환경 친화적인 제품을 개발하기 위해서는 물을 포함하며, 이로 인해 특수 장비를 사용하지 않고, 공시비를 절감할 수 있다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명의 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물을 상세히 기술하고자 한다. 하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정된다는 것은 아니다.

실시예 1.
(하기 단계에서 기재된 중량%는 최종 생성물인 아스팔트 씰코팅재 총중량을 기준으로 한다.)

(a)개질 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계;

연화점이 약 75℃, 침입도가 약65dmm인 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22, SK에너지) 36.8중량%에 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter, RASCHIG GmbH, RALUFON 300K) 1.2중량%, UV안정제(송원산업(주), SONGSORB 1000) 2중량%를 부가하여 150℃온도에서 교반속도 약 300rpm으로 1hr 교반하여 균일화 시킨 개질 아스팔트 혼합물을 120℃로 온도를 유지 시켰다.

(b)유화수 제조 단계;

불순물이 함유되지 않은 물 24중량%에 Fatty quarternary ammonium salts계 계면활성제(RASCHIG GmbH, RALUFON 528) 1.5중량%, 합성고분자 에멀젼(BASF Corporation, Butonal NS 198) 4.5중량%을 부가하여 40℃온도에서 혼합(교반) 하면서 제조하는 단계; 산(HCl(35%)를 부가하여 PH가 2-4가 되도록 한다.

(c)미분의 보강재 혼합물 제조 단계;

불순물이 함유되지 않은 물 14.1중량%에 Fatty quarternary ammonium salts계 계면활성제(RASCHIG GmbH, RALUFON 528)0.9중량%, Kaolin(China Clay)3중량%, 합성 탄산칼슘(SHIRAISHI KOGYO KAISHA., LTD, HAKUENKA CCR)10.5중량%, 흄드실리카(Fumed Silica, Silicon Dioxide, (주)OCI, K-150D)1.5중량%를 부가하여 30℃에서 혼합(분산) 하면서 제조하는 단계; 산(HCl(35%)를 부가하여 PH가 2-4가 되도록 한다.

(d)유화 단계;

120℃로 유지된 상기 개질아스팔트 혼합물(a)40중량%를 Colloid Mill을 이용하여 40℃로 유지되는 유화수(b)30중량%을 일정하게 조금씩 부가하여 30분간 교반하여 개질아스팔트 혼합물(a)을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시켜 개질 아스팔트 혼합물 에멀젼을 제조 하였다.

(e) 예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 제조 단계;

상기 개질아스팔트 혼합물 에멀젼(d)에 미분의 보강재 혼합물(c)을 Colloid Mill을 이용하여 균일하고 안정적인 아스팔트 씰코팅재를 제조 하였다.

실시예 2.

연화점이 약 75℃, 침입도가 약65dmm인 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22, SK에너지)대신 연화점 약42℃, 침입도 약50dmm인 아스팔트(AP-5, (주)SK에너지)를 대체한것을 제외하고는 실시예 1.과 동일한 방법으로 제조 하였다.

비교예 1.

실시예 1.에서 (a)개질아스팔트 혼합물 제조에서 기능성 접착 촉진제(Adhesion promoter)1.2중량%를 0중량%로 대체 하는것을 제외하고는 실시예 1.과 동일한 방법으로 제조 하였다.

비교예 2.

실시예 1.에서 (c)미분의 보강재 혼합물 제조에서 Kaolin 3중량%, 합성 탄산칼슘 10.5중량%, Fumed Silica 1.5중량%를 Kaolin 0중량%, 합성 탄산칼슘 15.5중량%, Fumed Silica 0중량%로 대체 하는것을 제외하고는 실시예 1.과 동일한 방법으로 제조 하였다.

비교예 3.

실시예 1.에서 (a)개질아스팔트 혼합물 제조에서 UV안정제 2중량%를 0중량%로 대체 하는것을 제외하고는 실시예 1.과 동일한 방법으로 제조 하였다.

비교예 4.

예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 규격값.

상기와 같은 방법으로 제조한 실시예 1-2, 비교예 1-3의 아스팔트 씰코팅재 조성물에 대하여 고형분, 회분, 수분 저항성, 가열 저항성, 충격 저항성, 유연성, 촉진 내후성, 건조시간, 비중을 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표에 나타냈다.

실시예 및 비교예 측정 방법

1) 고형분(Residue by Evaporation) : ASTM D 2939

2) 회분(Ash Content) : ASTM D 2939

3) 수분 저항성(Resistance to Water) : ASTM D 2939

4) 가열 저항성(Resistance to Heat) : ASTM D 2939

5) 충격 저항성(Resistance to Impact) : ASTM D 2939

6) 유연성(Flexibility) : ASTM D 2939

7) 촉진 내후성(Resistance to Impact After Accelerated Weathering) : ASTM D 2939

8) 지촉건조시간, 비중 : ASTM D 2939

9) 저장안정성(고형분 침전 되기 시작하는 시간)

시험항목	비교예4	실시예1	실시예2	비교예1
고형분(%)	47이상	52	54	50
회분(%)	30이상	40	43	40
수분저항성	들뜨거나 재유화 되지 않을것	이상없음	이상없음	재유화됨
가열저항성	들뜨거나 흘러 내리지 않을것	이상없음	흘러내림	흘러내림
충격저항성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	깨짐	이상없음
유연성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	깨짐	이상없음
촉진내후성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	깨짐	이상없음
건조시간(hr)	12이하	6	6	6
비중	1.2이상	1.23	1.23	1.22
저장안정성	-	12주이상	12주이상	12주이상

시험항목	비교예4	비교예2	비교예3	비고
고형분(%)	47이상	52	53
회분(%)	30이상	40	42
수분저항성	들뜨거나 재유화 되지 않을것	용출됨	이상없음
가열저항성	들뜨거나 흘러내리지 않을것	흘러내림	흘러내림
충격저항성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	이상없음
유연성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	이상없음
촉진내후성	균열이나 깨지지 않을것	이상없음	깨짐
건조시간(hr)	12이하	6	6
비중	1.2이상	1.23	1.22
저장안정성	-	3일후침전	12주이상

상기한 실험 결과에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예1의 아스팔트 씰코팅재는 고형분, 회분, 수분 저항성, 가열 저항성, 충격 저항성, 유연성, 촉진 내후성, 건조시간, 비중등이 규격값에 모두 만족됨을 확인 할수 있었다.

그러나 실시예2는 내열성이 규격값에 미달되어 고온에서 흘러내리는 문제가 발생하였고, 비교예1, 2는 연속된 물상에 미립자들의 접착력 저하로 수분과 가열에 대한 저항성이 규격값이 미달되었고, 특히 비교예2는 저장안정성에서 단기간에 고형문에 침전하는 현상이 발생하였다.

또한, 비교예3은 UV안정제의 미첨가로 인해 UV선 촉진 노출후 충격저항성에서 아스팔트 씰코팅재가 산화되어 깨지는 현상이 발생하였다.

이상에서와 같이 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만, 이를 반드시 제한 하는 것은 아닌 것으로 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

Claims

예방적 유지보수를 위한 아스팔트 씰코팅재 조성물에 있어서, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 30-50중량%, 합성고분자 1-5중량%, 기능성 접착촉진제(Adhesion promoter) 0.5-3중량%, UV안정제 0.5-3중량%, 계면활성제 0.5-5중량%, Kaolin(China Clay) 5-10중량%, 합성무기질 충전제 5-20중량%, 흄드실리카(Fumed Silica, Silicon Dioxide) 1-5중량% ; 및 잔부의 물을 포함하며,
상기 UV안정제는 하기의 화학식 1로 나타내지는 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물.
[화학식 1]
제1항에 있어서, 상기 기능성 접착촉진제는 Fatty acid aminoamides인 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 Fatty amines, Fatty diamines, Fatty imidazolines, Fatty amidoamines 및 fatty quarternary ammonium salts로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물.
제3항에 있어서, Fatty quarternary ammonium salts계 계면활성제는 산와 결합하여 다음과 같은 분자구조를 갖는 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물
[계면활성제의 분자구조]
제1항에 있어서, 합성 무기질 충전제는 하기의 반응식으로 제조되는 고순도 합성 경질 탄산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물.
[탄화공정 반응식]
CaCO₃(석회) → CaO + CO₂↑
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Ca(OH)₂+ CO₂→ CaCO₃(고순도 합성 경질 탄산칼슘)
제1항에 있어서, 흄드실리카는 하기의 반응식으로 고온에서 기상반응에서 제조 되고, 염화실란이 산소와 수소로 형성된 1000℃이상의 불꽃내에서 가수분해 되어 생성되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 씰코팅재 조성물.
[염화실란 제조반응]
Meatal silicon(Si) + 4HCl → SiCl₄ +2H₂
[흄드실리카(Fumed Silica) 형성반응]
2H₂ + O_{2 +}SiCl₄ →SiO₂(Fumed silica) +4HCl
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