KR101392513B1 - 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트 및 그의 제조 방법 - Google Patents

상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 증발 잔류물이 50 중량% 내지 65 중량%이며, 전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 완속 경화형 계면활성제 0.8 중량% 내지 2.5 중량%, 및 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량%를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트에 관한 것이다.
본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트는 상온 아스팔트 포장에서 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합되고, 균일하게 피막될 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 순환골재를 사용하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온 특성을 개선할 수 있다.

Description

상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트 및 그의 제조 방법{MODIFIED EMULSION ASPHALT FOR COLD-MIX ASPHALT CONCRETE MIXTURE, AND PROCESS OF MAKING THE SAME}
본 발명은 유화 아스팔트(emulsion asphalt) 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물에 사용되는 개질 유화 아스팔트, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 포장(pavement)은 가열 아스팔트 포장과, 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 포장으로 나눌 수 있다.
가열 아스팔트 포장은 현재 널리 사용되고 있는 포장 방법이기는 하지만 아스팔트와 골재를 혼합할 때 고온(150-180℃)에서 행하기 때문에 온실가스인 이산화탄소와 유독 가스의 배출로 인한 공해문제를 발생시키고, 가열 비용과 가열 설비에 따른 비용도 무시 못하는 수준이다. 또한, 이러한 가열 아스팔트 포장은 가열 아스콘이 냉각되기 전에 포장 현장까지 운반하여 다짐(compaction)을 완료해야 하는 온도 관리에 대한 제약조건도 지니고 있다.
반면, 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 포장의 장점은 첫째, 화재위험이 적고, 둘째, 폭발성 용제가 거의 존재하지 않고, 셋째, 골재 표면이 다소 젖어 있어도 접착하는 데에 아무런 문제가 없고, 넷째, 환경 친화적이고, 비용도 저렴한 장점이 있다. 그러나, 이러한 상온 아스팔트 포장의 단점으로는 가열 아스팔트 포장에 비하여 물이 증발하는 속도가 느려서 경화속도가 떨어지고, 물리적 강도 또한 상대적으로 취약한 점 등을 들 수 있다. 또한, 수용성 계면활성제가 포함되어 있으므로 물에 노출될 때 물과 재결합하여 포장 기능에 손상을 가져올 수도 있다. 이러한 문제점들 때문에 많은 장점에도 불구하고 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 포장은 가열 아스팔트 포장에 비하여 현재 사용 빈도수 면에서 훨씬 떨어진다.
이러한 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 포장에는 골재와 함께 필수적으로 첨가되는 재료로 유화 아스팔트가 있는데, 이러한 유화 아스팔트의 성능에 따라 포장 특성이 결정된다.
유화 아스팔트는 물에 아스팔트를 작은 미립자화하여 분산시켜서 만드는데, 이 때 분산제로서 계면활성제가 사용된다. 계면활성제는 이온의 전하에 따라 양이온성, 음이온성, 비이온성으로 각각 나누어지며, 이에 따라, 유화 아스팔트도 양이온성, 음이온성, 비이온계로 구분된다. 이 중 특히 화강암골재(60 내지 80 중량%가 음이온 성분으로 구성됨)가 주종을 이루는 국내 아스팔트 포장에는 거의 양이온 유화 아스팔트가 주로 사용되고 있다.
아스팔트 포장에 사용되는 모든 종류의 골재에는 상대적 차이가 있기는 하지만 단일 이온으로 구성되지 않고, 일반적으로 양이온과 음이온 두 성분으로 구성되어 있다. 예를 들어, 국내의 포장에 흔히 사용되는 화강암에는 음이온 성분이 60 내지 80 중량%, 양이온 성분이 20 내지 40 중량%를 차지하며, 골재 공극(air void), 채움재(filler)로 널리 사용되는 석(회)분에도 음이온 성분이 30 내지 50 중량%와 양이온이 50 내지 70 중량%로 이루어져 있다. 따라서 아스팔트 포장에 들어가는 골재와 채움재에는 양이온과 음이온 성분 둘 다 함께 존재한다.
따라서, 양이온이나 음이온, 비이온계로 구분되는 단일 이온 유화 아스팔트는 유화된 아스팔트 표면의 전하와 골재 표면의 전하가 서로 다른 경우에는 유화상태의 파괴가 빨라져 경화가 촉진되며 아울러 접착력 개선도 성취할 수 있는 반면, 유화된 아스팔트 표면의 전하와 골재 표면의 전하가 서로 같은 경우에는 서로 반발하여 골재 표면에서의 유화 입자 파괴가 거의 이루어지지 않아 그 표면 부분에서는 경화가 느리며 접착력 또한 현격히 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 이러한 이유로, 양이온, 음이온, 또는 비이온계의 단일 이온 유화 아스팔트로는 골재의 전체 표면에 걸쳐 완전 접착을 기대할 수 없기 때문에, 친수성 상온 아스팔트 포장은, 열에 의해 골재 표면 전체를 아스팔트로 피막하는(coating) 가열 아스팔트 포장에 비하여, 시공 초기 골재 사이의 접착력이 작아 골재의 탈리 및 비산이 일어나기 쉽고, 물리적 강도가 저하될 수밖에 없다.
한편, 급증하는 중 차량의 주행 하중에 부응하기 위하여, 아스팔트 복합 유제에 포함된 아스팔트 강도 만으로 요구되는 포장의 물리적 강도를 만족시키기에는 역부족일 경우가 있다. 가열 아스팔트 포장 경우에는 이를 개선하기 위하여 아스팔트에 고분자(SBS, SBR, LDPE, PS, PU, PVC, 등)를 함께 혼합시켜 고분자 개질 아스팔트를 만들어 사용하고 있다.
상온 아스팔트 포장의 경우에도 때때로 SBR(styrene-butadiene rubber) 라텍스를 첨가하기도 하지만 여전히 요구되는 포장 강도에는 미치지 못하고, 그나마 SBR 라텍스 외에는 별다른 고분자가 첨가되지 않는 실정이다.
또한, 상온 재생 아스팔트 포장의 경우, 아스팔트 콘크리트 혼합물 폐기물에서 유래하는 순환골재를 사용하는데 순환골재에 포함되어 있는 아스팔트는 노화되어 침입도가 낮고 취성이 강하여 저온에서 취약한 상태이다. 이러한 순환골재를 사용하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물은 저온에서 균열에 취약한 혼합물이 된다.
이에 따라, 종래의 상온 아스팔트 포장의 문제점을 극복하고자 하는 상온 아스팔트에 관한 기술들이 연구되었으며, 그 일 예는 하기와 같다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0853874호(출원인: 한국석유공업 주식회사)(선행문헌 1)에는 유화 아스팔트, 유화 아스팔트 형성용 개질 아스팔트 및 유화 아스팔트 제조방법, 보다 구체적으로 아스팔트와, 저분자량 폴리머 2~15 중량%가 혼합되고, 상기 저분자량 폴리머는 저분자량 폴리에틸렌(PE Wax), 저분자량 폴리프로필렌(PP Wax), 저분자량 폴리프로필렌 코폴리머(Co-PP Wax), 석유왁스, 피셔트롭시 왁스, 에틸렌-비스-스테아르아미드 왁스 중에서 선택된 하나 이상의 재질에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 유화 아스팔트 형성용 개질 아스팔트가 기재되어 있다.
또한, 대한민국 특허 등록번호 제10-0272982호(출원인: 주식회사 서원 인더스트리)(선행문헌 2)에는 상온 유화 아스팔트 혼합물, 보다 구체적으로 유화 아스팔트와 물과 골재로 이루어 지는 상온 유화 아스팔트 혼합물에 있어서, 직경 6mm이하의 깬 모래로 된 세골재 43~47중량부와, 직경6~19mm로 된 중골재 33~37중량부와, 직경 19~40mm로 된 조골재 18~22중량부로 이루어진 골재 100중량부와; 상기 골재 100중량부에 대해 물 1~3중량부와; 상기 골재 100중량부에 대해 유화 아스팔트 4~8중량부로 이루어 진 것을 특징으로 하는 상온 유화 아스팔트 혼합물이 기재되어 있다.
또한, 대한민국 특허 등록번호 제10-1136479호(출원인:(주)한동알앤씨)(선행문헌 3)에는 상온 재생아스팔트 혼합물, 보다 구체적으로 스트레이트 아스팔트(PN60-80) 75~85 중량%와; 아민계 첨가제 0.5 ~ 5.0 중량%와; 황(Sulfur), 파라핀 왁스, 마이크로 왁스, SBS, 타이어 분말로 구성된 개질재 10 ~ 20 중량%로 구성된 개질 아스팔트를 포함하는 상온 재생아스팔트 혼합물이 기재되어 있다.
이러한 종래 기술에도 불구하고, 종래 상온 아스팔트 포장에서 상온 아스팔트 포장에서 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합되고, 균일하게 피막될 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 순환골재를 사용하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온 특성을 개선시킬 수 있는 유화 아스팔트의 개발이 여전히 요구되고 있다.
- 선행문헌 1: 대한민국 특허 등록번호 제10-0853874호(2007. 3. 29 출원) - 선행문헌 2: 대한민극 특허 등록번호 제10-0272982호(1998. 11. 25 출원) - 선행문헌 3: 대한민국 특허 등록번호 제10-1136479호(2011. 11. 07 출원)
본 발명은 종래의 상온 아스팔트 포장에 사용되는 유화 아스팔트의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합되고, 균일하게 피막시킬 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 저온에서 취성이 강한 아스팔트와 혼합되어 저온 유연성을 개선할 수 있는 개질 유화 아스팔트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증발 잔류물이 50 중량% 내지 65 중량%인 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트로서, 전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 완속 경화형 계면활성제 0.8 중량% 내지 2.5 중량%, 및 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량%를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법으로서,
침입도가 80 내지 100인 아스팔트를 가열시키는 단계;
40 내지 60℃로 가열된 물에 완속 경화형 계면활성제와 pH 조절용 산을 혼합하여 pH가 2 내지 5인 유화수를 제조하는 단계;
일정한 농도가 되도록 상기 아스팔트 및 상기 유화수의 유량을 조절하면서 유화기를 통과시켜 유화 아스팔트를 제조하는 단계;
메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 및 2-에틸 헥실 아크릴레이트를 40℃ 내지 50℃에서 증류수 및 비이온성 계면활성제 중에서 혼합시킨 후에, 여기에 증류수 중에 용해된 아크릴산 및 음이온성 계면활성제를 일정하게 투입하고 와류가 형성되도록 교반하면서 50 내지 80℃의 반응 온도에서 반응시켜 공중합체 에멀젼을 제조하는 단계;
상기 공중합체 에멀젼에 연화점이 약 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼, 및 이온 조절제를 혼합하여 개질제를 제조하는 단계; 및
개질 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 상기 얻어진 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량% 및 상기 얻어진 유화 아스팔트 80.0 중량% 내지 95.0 중량%를 혼합하여 개질 유화 아스팔트를 제조하는 단계를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트는 상온 아스팔트 포장에서 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합되고, 균일하게 피막될 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 순환골재를 사용하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온 특성을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 양태는 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트(modified emulsion asphalt)를 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 증발 잔류물이 50 중량% 내지 65 중량%인 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트로서, 전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 완속 경화형 계면활성제 0.8 중량% 내지 2.5 중량%, 및 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량%를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제공한다.
본 발명에서 "증발 잔류물"이라 함은 유화 아스팔트 중에서 가열하였을 때 증발되지 않고 남아 있는 물질을 의미하는 것으로서, 주로 아스팔트와 개질재 중 고형분 등을 말한다. 증발 잔류물은 유화 아스팔트를 교반시키면서 서서히 가열시켜 수분을 완전히 제거하여 얻을 수 있다. 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 아스팔트로서 증발 잔류물이 50% 미만인 경우에는 유화 아스팔트에 포함되어 있는 아스팔트의 양이 적어 상온 아스팔트 혼합물에 아스팔트의 함량이 적어지게 되어 양생(curing) 후 골재의 탈리나 균열을 야기할 수 있으며, 또한 증발 잔류물이 65%를 초과하는 경우에는 유화 아스팔트의 점도가 지나치게 높아 유화 아스팔트의 이송이 어려우며, 골재와의 혼합 시 혼합시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 개질 유화 아스팔트를 구성하는 일 성분으로 양이온계 계면활성제로서 사용되는 완속 경화형 계면활성제를 포함한다.
통상적으로, 양이온계 계면활성제로는 디아민 계열 화합물과 4차 아민 계열 화합물이 있는데, 이 중 디아민 계열 화합물은 주로 속 경화성 또는 중속 경화형 유화 아스팔트에 주로 사용되는데, 이는 경화속도가 빨라 아스팔트 콘크리트 혼합물을 혼합 또는 운반 과정에서 유화 아스팔트가 경화되므로 바람직하지 않다. 반면, 4차 아민 계열 화합물의 완속 경화형 계면활성제를 사용하면, 경화속도가 느려서 아스팔트 콘크리트 혼합물을 혼합 운반 중에 경화되지 않고 다짐(compaction) 중 서서히 경화가 일어나는 바, 양호한 아스팔트 콘크리트 혼합물층을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 완속 경화형 계면활성제는 양이온계 유화제로서 4차 아민 계열 화합물이 바람직하다. 본 발명에서 사용가능한 4차 아민 계열 유화제로서는 Akzonobel사의 Redicote 404, Redicote 611, Redicote C-320, Redicote E-11, Redicote E-15, Redicote E 4868, Redicote E 4875, Redicote E 62와 Valley Slurry Seal사의 Roadchem 500, Roadchem 501, Roadchem 502, Roadchem 509, Roadchem 510 등을 포함한다.
본 발명의 완속 경화형 계면활성제는 전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 0.8 중량% 내지 2.5 중량%의 양으로 포함되며, 보다 바람직하게는 1.0중량% 내지 2.0중량%의 양으로 포함된다. 완속 경화형 계면활성제의 양이 0.8 중량% 미만인 경우에, 유화 아스팔트가 불안정하게 되며, 상기 완속 경화형 계면활성제의 양이 2.5중량%를 초과하는 경우에, 상온에서의 유화 아스팔트의 점도가 증가하여 혼합물 생산 시에 유화 아스팔트의 이송이 어려우며, 혼합 시간이 증가하게 된다.
본 발명에서는 개질 유화 아스팔트를 구성하는 다른 일 성분으로 개질제를 포함한다. 본 발명의 개질제는 하기 세 가지 구성성분으로 이루어진 혼합물이다: (1) 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 및 아크릴산을 배합하여 염기성 분위기에서 유화중합시켜 얻어진 공중합체 에멀젼으로서, 유리 전이온도(Tg)가 약 -30℃ 이하인 공중합체 에멀젼; (2) 연화점이 약 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼; 및 (3) 이온 조절제.
상기 개질제의 구성성분 중 공중합체 에멀젼은 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 및 아크릴산으로 이루어진 것으로서, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물이 공용 중 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온 특성을 증진하는 역할을 하며, 특히 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 순환골재에 포함되어 있는 노화 아스팔트의 저온 특성을 개선시켜 저온에서 균열 및 피로균열의 저항성을 크게 한다. 이러한 공중합체 에멀젼은 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 및 아크릴산을 배합하여 염기성 분위기에서 유화중합시켜 얻어진 것으로서, 유리전이온도(Tg)가 약 -30℃ 이하이어야 한다. 보다 구체적으로, 이러한 공중합체 에멀젼은 물 100 중량부, 메틸메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머 33 중량부 내지 42 중량부, 2-에틸 헥실 아크릴레이트 55 중량부 내지 60 중량부, 아크릴산 3 중량부 내지 7 중량부, 음이온 유화제 1 내지 4 중량부, 중합개시제 0.1 내지 0.3 중량부로 구성되고, pH 8 내지 10 정도의 약염기성 분위기 하에서 50 내지 80℃의 반응 온도에서 유화중합하여 얻어진, 유리전이온도가 -30℃ 이하인 공중합체 에멀젼이다. 여기에서 음이온 유화제로는 라우릴산 황산소다, 지방산 비누, 알킬 설페이트, 알킬 아릴 설페이트 등이 있으며, 중합개시제는 과산화수소, 과황산염 및 유기과산화물을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 개질제에서 이러한 공중합체 에멀젼은 개질제 100 중량%를 기준으로 하여, 30 중량% 내지 65 중량%를 차지한다. 공중합체 에멀젼의 양이 30 중량% 미만인 경우, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온성 개선이 부족하게 되며, 65 중량%를 초과하는 경우, 이러한 혼합물의 점착성이 부족하게 된다.
상기 개질제의 구성성분 중 석유수지 비이온성 에멀젼은 연화점이 약 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼인 것을 특징으로 한다. 본원에서 "석유수지 비이온성 에멀젼"은 연화점이 약 100℃인 석유수지, 예를 들어 연화점이 약 100℃인 C5 석유수지 또는 C9 석유수지와 프로세스 오일 등의 연화제를 혼합하여 연화점을 약 70℃로 조정하여 유화시킨 것으로 정의된다.
이러한 석유수지 비이온성 에멀젼은 유화가 파괴되는 초기 양생 과정에서 점착성을 가지도록 하여 골재와 미립분의 접착을 향상시켜 골재의 탈리 및 비산을 감소시키는 역할을 한다. 본 발명의 개질제에서 석유수지 비이온성 에멀젼은 30 중량% 내지 60 중량%를 차지하는데, 30 중량% 미만인 경우에는 양생 초기에 점착성이 부족하여 골재 및 미립분이 탈리가 되며, 60 중량%를 초과하는 경우에는 석유수지의 고유특성인 저온에서 취성이 증가하여 저온 특성이 감소하게 된다.
상기 개질제의 구성성분 중 이온 조절제는 이온성이 다른 물질을 혼합할 때 유화가 파괴되는 현상을 방지하기 위하여 사용되는 약품을 의미하며, CECA사의 MS-3, 유한켐텍의 YH MK-600 등을 사용할 수 있다. 이러한 이온 조절제는 상기 개질제를 구성하는 에멀젼이 약 염기성 또는 비이온성으로 양이온 유화 아스팔트와 혼합되면 이온 충격에 의한 엉김현상이 발생될 수 있으므로 이를 예방하기 위하여 사전에 개질제에 첨가하여 양이온 유화 아스팔트와 양호한 혼합성을 가지도록 한다. 본 발명의 개질제에서 이온 조절제는 5 중량% 내지 10 중량%를 차지하는데, 이온 조절제가 5 중량% 미만이 되면 양이온 유화 아스팔트와 혼합시 유화가 파괴된다.
상술된 바와 같은 구성성분들로 이루어진 개질제는 개질 유화 아스팔트에서 전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 5.0 중량% 내지 20.0 중량%를 차지한다. 상기 개질제의 첨가량이 5 중량% 미만인 경우에, 개질 효과가 미미하여 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 제조시 접착성 부족에 의한 골재 탈리 및 비산이 발생하며, 혼합물의 저온 특성이 저하되며, 20 중량%를 초과하는 경우에, 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 경제성이 떨어지게 된다.
본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트는 완속 경화형 계면활성제 및 특정된 개질제를 포함하는 바, 상온 아스팔트 포장에서 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합될 수 있으며, 균일하게 피막될 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 순환골재를 사용하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물의 저온 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양태는 본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은
침입도가 80 내지 100인 아스팔트를 100 내지 150℃로 가열시키는 단계(단계 1);
40 내지 60℃로 가열된 물에 4차 아민 계열 화합물의 완속 경화형 계면활성제와 pH 조절을 위하여 염산 또는 인산 등의 산을 혼합하여 pH가 2 내지 5인 유화수를 제조하는 단계(단계 2);
일정한 농도가 되도록 상기 아스팔트 및 상기 유화수의 유량을 조절하면서 유화기를 통과시켜 유화 아스팔트를 제조하는 단계(단계 3);
물과 음이온성 계면활성제, 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 및 2-에틸 헥실 아크릴레이트를 40 내지 50℃에서 10 내지 30분 동안 혼합시킨 후에, 여기에 물과 아크릴산 및 음이온성 계면활성제, 반응 개시제의 혼합액을 일정한 속도로 첨가하고 와류가 형성되도록 교반하면서 50 내지 80℃의 반응 온도에서 유화중합 반응시켜 공중합체 에멀젼을 제조하는 단계(단계 4);
상기 공중합체 에멀젼에 연화점이 약 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼, 및 이온 조절제를 혼합하여 개질제를 제조하는 단계(단계 5); 및
개질 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 상기 얻어진 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량% 및 상기 얻어진 유화 아스팔트 80.0 중량% 내지 95.0 중량%를 혼합하여 개질 유화 아스팔트를 제조하는 단계(단계 6)를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 제조방법에서 사용되는 구체적인 성분 및 성분비는 상기 기술된 바와 같으며, 여기서는 다시 기술하지 않는다. 또한, 상기 제조방법에서 사용되는 가열, 첨가, 혼합 및 교반 등을 위한 장치 및 유화기 등은 당해 분야에서 사용될 수 있는 모든 장치를 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예, 실험예 및 제조예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예, 실험예 및 제조예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 실시예, 실험예 및 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트의 제조
(1) 유화 아스팔트의 제조
58℃로 가열된 물 95 중량%에 4차 아민 계열 화합물인 Valley Slurry Seal사의 Roadchem 509 5 중량%를 용해시킨 후 35% 농도의 염산을 추가로 첨가하여 pH가 2.5가 되도록 제조하여 유화수를 수득하였다.
상기 유화수와 미리 120℃로 가열된 침입도가 91인 아스팔트를, 각각 비율이 유화수 38 중량%, 아스팔트 62 중량%가 되도록 유량을 조절하면서 15000 rpm으로 회전하는 유화기를 통과시켜 증발 잔류물이 62중량%가 되도록 유화 아스팔트를 제조하였다.
(2) 개질제 제조
45℃로 가열된 증류수 80 중량부에 음이온 유화제인 라우릴산 황산 소다 2 중량부를 용해시켜 용액을 수득한 후에, 상기 용액에 메틸 메타크릴레이트 38.1 중량부와 2-에틸 헥실 아크릴레이트 57.1 중량부를 30분간 교반시켜 유화액을 제조하고, 45℃로 가열된 증류수 20 중량부에 음이온 유화제인 라우릴산 황산 소다 1 중량부와 중합개시제로 과황산 칼륨을 0.2 중량부를 용해시킨 용액에 아크릴산을 10 중량부를 혼합하여 메틸 메타크릴레이트와 2-에틸 헥실 아크릴레이트 유화액에 서서히 첨가하여 유화중합반응을 유도하여 60~70℃ 온도에서 1 시간 반응시킨 후 냉각시켜 고형분 50%의 유리전이온도 -30℃인 공중합 에멀젼을 제조하였다.
상기에서 제조된 유리전이온도 -30℃인 공중합 에멀젼 60 중량%와 연화점이 70℃인 석유수지 비이온성 에멀젼 33 중량%, 이온 조절제로 유한켐텍의 YH MK-600 7 중량%를 혼합하여 개질제를 제조하였다.
(3) 개질 유화 아스팔트의 제조
상기 (1)에서 제조한 유화 아스팔트 85 중량%와 상기(2)에서 제조한 개질제 15 중량%를 혼합하여 상온 재생 아스팔트 혼합물에 사용하는 개질 유화 아스팔트를 제조하였다.
< 실험예 1> 본 발명의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트의 물리적 특성
실시예 1에서 제조된 상온 재생 아스팔트 혼합물용 개질 유화 아스팔트의 물리적 특성 실험을 KS M 2203 유화 아스팔트의 밀입도 골재 혼합용인 MSC-2의 항목과 증발 잔류물에 대한 공용성 등급시험 및 취화점 시험을 실시하였다. 그 결과를 아래의 표에 나타내었다.
유화 아스팔트의 물리적 특성
항목 단위 KS M 2203
규격 기준		 측정값 시험방법
엥글러도(25℃) 　 3~40 12 KS M 2203 6.3항
체잔류분(1.18mm) 중량% 0.3 이하 0.1 KS M 2203 6.5항
밀입도 골재 혼합성 　 균등할 것 균등 KS M 2203 6.9항
입자의 전하 　 양(+) 양(+) KS M 2203 6.12항
증발 잔류물 중량% 57 이상 60.3 KS M 2203 6.13항
증발
잔류물		 침입도(25℃, 100g, 5초) 1/10㎜ 60~200 113 KS M 2203 6.14항
신도 (15℃) ㎝ 40 이상 100 이상 KS M 2203 6.15항
톨루엔 가용분 중량% 97 이상 99.8 KS M 2203 6.16항
연화점 ℃ - 48.3 KS M 2250
공용성 등급 　 - PG 58-28 KS F 2389
취화점 ℃ - -13 ASTM D 2042
저장안정성(24시간) 중량% 1.0 이하 0.4 KS M 2203 6.17항
상기 표 1의 유화 아스팔트의 물리적 특성에서 나타낸 바와 같이, KS M 2203 유화 아스팔트 규격 중 상온 아스팔트에 적용되는 MSC-2의 기준값을 충분히 만족하여 양이온과 음이온이 복합적으로 구성되어 있는 골재와 양호하게 혼합되고, 증발 잔류물의 침입도, 15℃에서 신도도 우수하여 균일하게 피막시킬 수 있고, 시공 초기 골재 간의 접착력을 증가시켜 골재의 탈리 및 비산을 방지시키고, 아스팔트 포장에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있고, 저온에서 취성을 측정하는 취화점 시험에서 -13℃로 측정되었고, 공용등급 시험에서도 PG 58-28로 저온등급이 -28℃로 저온에서 유연성이 우수하여 순환골재에 포함되어 있는 취성이 강한 노화 아스팔트와 혼합되어 저온 유연성을 개선할 수 있다.

Claims (7)

  1. 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트에 있어서,
    증발 잔류물이 50 중량% 내지 65 중량%이며,
    전체 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 완속 경화형 계면활성제 0.8 중량% 내지 2.5 중량%, 및 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량%를 포함하는데,
    상기 개질제는, 개질제 100 중량%를 기준으로 하여,
    메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 및 아크릴산을 배합하여 pH 8 내지 10인 약 염기성 분위기에서 유화중합시켜 얻어진, 유리 전이온도(Tg)가 -30℃ 이하인 공중합체 에멀젼 30 중량% 내지 65 중량%;
    연화점이 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼 30 중량% 내지 60 중량%; 및
    이온 조절제 5 중량% 내지 10 중량%로 이루어진 혼합물인 것을 특징으로 하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 완속 경화형 계면활성제가 4차 아민(quaternary amine) 계열 계면활성제인 것을 특징으로 하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트.
  3. 제2항에 있어서, 4차 아민 계열 계면활성제가 Akzonobel사의 Redicote 404, Redicote 611, Redicote C-320, Redicote E-11, Redicote E-15, Redicote E 4868, Redicote E 4875, Redicote E 62와 Valley Slurry Seal사의 Roadchem 500, Roadchem 501, Roadchem 502, Roadchem 509, Roadchem 510로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 공중합체 에멀젼이, 물 100 중량부, 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머 33 중량부 내지 42 중량부, 2-에틸 헥실 아크릴레이트 55 중량부 내지 60 중량부, 및 아크릴산 3 중량부 내지 7 중량부를 pH 8 내지 10인 약염기성 분위기 하에서 50 내지 80℃의 반응 온도에서 유화중합시켜 얻어진, 유리 전이온도(Tg)가 -30℃ 이하인 공중합체 에멀젼인 것을 특징으로 하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트.
  6. 삭제
  7. 제1항의 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법으로서,
    침입도가 80 내지 100인 아스팔트를 100 내지 150℃로 가열시키는 단계;
    40 내지 60℃로 가열된 물에 4차 아민 계열 화합물의 완속 경화형 계면활성제와 pH 조절용 산을 혼합하여 pH가 2 내지 5인 유화수를 제조하는 단계;
    일정한 농도가 되도록 상기 아스팔트 및 상기 유화수의 유량을 조절하면서 유화기를 통과시켜 유화 아스팔트를 제조하는 단계;
    물과 음이온성 계면활성제, 메틸 메타크릴레이트 또는 스티렌 모노머, 및 2-에틸 헥실 아크릴레이트를 40 내지 50℃에서 혼합시킨 후에, 여기에 물과 아크릴산 및 음이온성 계면활성제, 반응 개시제의 혼합액을 일정한 속도로 첨가하고 와류가 형성되도록 교반하면서 50 내지 80℃의 반응 온도에서 유화중합 반응시켜 공중합체 에멀젼을 제조하는 단계;
    상기 공중합체 에멀젼에 연화점이 70℃ 이상인 석유수지 비이온성 에멀젼, 및 이온 조절제를 혼합하여 개질제를 제조하는 단계; 및
    개질 유화 아스팔트 100 중량%를 기준으로 하여, 상기 얻어진 개질제 5.0 중량% 내지 20.0 중량% 및 상기 얻어진 유화 아스팔트 80.0 중량% 내지 95.0 중량%를 혼합하여 개질 유화 아스팔트를 제조하는 단계를 포함하는, 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물용 개질 유화 아스팔트를 제조하는 방법.
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