KR101925469B1 - 반사균열 제어 및 응력완화를 위한 고탄성 아스팔트 바인더 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물 - Google Patents

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Abstract

과제: 강성 포장 유지 보수를 위한 아스팔트 혼합물 덧씌우기 공법 적용시 강성 포장과 아스팔트 덧씌우기층 사이에 고탄성 응력 흡수층을 설치하여 기존 포장의 균열이나 파손으로 생길 수 있는 포장파손을 미연에 방지하기 위한 것으로, 하부층으로부터의 반사균열에 대한 저항성, 상부로부터의 응력 완화 및 틴성 회복력을 부여하기 위하여 고탄성 아스팔트 바인더를 제공하려는 것이다.
해결방법: 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재, 나프텐계 프로세스 오일, 식물성 오일, 광물성 섬유 및 유기 가황촉진제로 구성되는 아스팔트 첨가제에 폴리부텐 및/또는 폴리이소부텐, DOP(디에틸헥실프탈레이트) 및/또는 DOA(디에틸헥실아디페이트), 폴리부타디엔 고무, VTBN 및/또는 CTBN을 더 부가하여 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제를 제공한다.

Description

반사균열 제어 및 응력완화를 위한 고탄성 아스팔트 바인더 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물{Highly elastic asphalt binder for crack control and stress relaxation, and asphalt-concrete mixture containing thereof}
본 발명은 반사균열 제어 및 응력완화를 위한 아스팔트 포장 중간층 또는 표층에 시공되는 것을 특징으로 하는 고탄성 아스팔트 바인더 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
콘크리트 포장은 일반적으로 아스팔트 포장보다 내구성이 우수하고 중(重)차량에 대한 적용성이 큰 장점이 있는 반면, 콘크리트 포장에 파손이 발생하는 경우 보수가 어렵고 유지보수 비용이 증가하는 단점이 있다.
국내 콘크리트 포장은 사용연수 증가에 따른 노후화로 대대적인 보수가 필요한 시점이며, 노후 콘크리트 포장의 보수공법으로 아스팔트 덧씌우기 공법이 보편화 되어 있다.
그런데 콘크리트 포장 위에 아스팔트 덧씌우기를 할 경우 시공 후 2~3년이 경과한 시점에서 반사균열(Reflection Cracking)이 발생하고, 이 균열 부위가 표면수의 침투 경로가 되어 포장의 연속성을 파괴하고 이에 따라 포장의 강도가 저하되고 단면 전체에 대한 사용성이 크게 감소한다.
콘크리트 포장의 유지보수시 아스팔트 포장 덧씌우기 공법 전 강성포장과 아스팔트 포장과의 중간층에 적용되는 공법에는 대체로 매스틱 공법과 그리드 공법이 있다.
특허 제1513765호에는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 이 발명은 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함된 매스틱 아스팔트 바인더 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 소성변형 저항성과 피로균열 저항성, 시공성이 우수하며, 특히 230-250℃의 온도조건하에서 우수한 열 안정성을 가지고 있어 강상판 교량, 배수성 포장, 노후 시멘트 콘크리트 도로의 유지 보수, 반강성 포장 등의 방수를 목적으로 하는 불투수성 아스팔트 혼합물 제조에 사용이 적합하다.
특허 제1792619호에는 에폭시 수지를 포함하는 구스매스틱 아스팔트 콘크리트 조성물은 고응집력과 고결합력을 구비하여 방수성이 우수하고, 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등의 발생을 방지할 수 있다고 기재되어 있다.
특허 제1498661호에는 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물에 관한 것으로 기층, 중간층, 표면층으로 구성되는 아스팔트 포장공사시 중간층을 폴리머 개질 아스팔트 100에 대하여 천연 아스팔트를 30~75중량%로 혼합한 혼합액, 골재, 모래, 석회석분, 채움재를 온도 170℃∼220℃에서 혼합한 불 투수 아스팔트 혼합물을 중간층에 포설하여 이루어지는 것으로, 공극률이 0~2% 미만이고 포설시의 포설 온도가 약 160~220℃인 불투수 아스팔트 혼합물을 제공함으로 쿠커의 사용 없이 시공하면서 구스 또는 매스틱 아스팔트와 같은 불투수성을 발휘하는 불투수 아스팔트 포장공법을 제공하므로 공사기간 단축과 공사비용을 40% 절감함으로써 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법이 명시되어 있다.
특허 제1845242호에는 반사균열 방지 및 소성변형 저항성을 갖춘 구스 아스팔트의 조성물에 관한 것으로, 시공성(유동성), 방수성, 부착성, 내구성이 우수한 아스팔트를 제조하여 도로 및 교량의 상판에 포장할 때, 반사균열의 발생을 억제하고 또한, 소성변형 저항성을 갖출 수 있도록 하기 위한 구스 아스팔트의 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 13mm 또는 10mm의 조골재, 6mm 이하의 세골재를 200~250℃로 가열하여 석분과 함께 30초에서 1분 동안 믹싱기에서 드라이(DRI) 믹싱하고, 아스팔트 바인더로 일반 아스팔트와 개질 아스팔트를 각각 150℃로 가열 보온한 다음, 다시 180℃로 가열하여 트리니대드 천연아스팔트(TLA)와 함께 상기 믹싱기에 투입하여 180~200℃로 웨트(WET) 믹싱 및 220~260℃로 교반가열 하되, 상기 일반 아스팔트는 PG 64-22 등급, 개질 아스팔트를 혼합하고, 상기 골재의 혼합입도는 표층용 WC-1 13mm, 중간층용 WC-5 19mm 및 표층용 SMA 13mm 아스팔트 혼합물의 입도를 형성하고, 표층혼합물의 목표공극률 4%, SMA 혼합물의 목표공극률 3%, 구스 아스팔트 혼합물의 목표공극률은 0~1%를 형성하여 반사균열 방지 및 소성변형 저항성을 갖추도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 매스틱 아스팔트(구스 아스팔트) 공법은 천연 아스팔트(트리니다드 계열)와 스트레이트 아스팔트를 200℃ 이상의 높은 온도로 가열하여 현장에서 녹여 흘려보내는 방식으로 방수효과는 가지지만 현장 가열 방식으로 시공이 어려울 뿐만 아니라 별도의 시공장비(쿠커)가 필요하며, 현장 적용시 온도가 떨어지는 경우 시공성이 급격히 감소하며 하자 발생 원인이 된다. 특히 천연 아스팔트는 전부 수입에 의존함으로서 가격이 높은 단점을 가지고 있다.
한편, 특허 제1189549호는 아스팔트 포장 균열 방지용 부직포 및 그 제조방법, 이를 이용한 아스팔트 포장 및 교량 방수포장 방법에 관한 것으로서, 폴리프로필렌 섬유와 아라미드 섬유가 꼬아진 다발 형태의 섬유에 화이버글라스가 혼합된 부직포 형태의 섬유를 겹쳐서 적층하고 적층된 섬유를 압축 열처리하여 한 장의 시트 성형물로 만든 아스팔트 포장 균열 방지용 부직포, 이를 수 겹 적층하여 압축 열처리하여 붙인 시트성형물을 콘크리트 또는 아스팔트 바닥면에 아스팔트 접착재를 도포하고, 아스팔트 고무 실런트를 도포하고, 하이브리드 보강섬유를 설치한 후 그 위에 아스팔트 포장을 하는 기술이 공개되어 있다.
특허 제1579844호는 아스팔트 함침형 섬유그리드 제조방법 및 아스팔트 포장 층간 부착력 증대 시공방법에 관한 것으로서, 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트 섬유 중 선택된 하나 이상으로 구성되는 섬유 그리드는 종방향 섬유와 횡방향 섬유가 서로 교차하여 격자 형태로 형성되며, 코팅용 아스팔트 조성물에 함침하여 제조하며, 기층면 정리단계; 기층면 표면에 택코팅 도포단계; 아스팔트 함침형 섬유그리드 부착단계; 포장 아스팔트 시공단계;로 시공하는 방법이 개시되어 있다.
특허 제1482163호는 카보팔트 섬유보강재를 이용한 아스팔트 포장소성변형 방지 공법에 관한 것으로서, 차량 주행방향과 동일한 방향으로 연장되는 유리섬유와 이와 교차되는 방향으로 형성되는 탄소섬유 및 세선섬유로 이루어진 격자망과, 코팅층, 이배양성 폴리프로필렌으로 이루어진 수지필름층, 규사 및 활석분으로 구성되는 미끄럼 방지층으로 이루어진 카보팔트 섬유보강재를 제공하여, 차량 주행방향으로의 반사균열에 의한 도로 파손을 방지하고 포장 소성변형을 방지한다.
특허 제1427375호는 아스팔트 포장 공사용 통기성 폴리에틸렌 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재에 관한 것으로서, 복수의 홀이 형성된 보강섬유층, 보강섬유층의 상부 및/또는 하부에 통기성 폴리에틸렌 필름층을 둔 아스팔트보강재를 개시한다. 이를 설치하기 위해서는 바탕면에 택코팅층을 형성하고 그 위에 상기 아스팔트 보강재를 설치한 후 그 위에 아스팔트를 포설한다.
상기 그리드 관련 특허는 공통적으로 반사균열 및 균열저항을 위해 토목섬유를 격자형으로 배치한 그리드형 섬유보강재를 이용하여 표층 아스팔트에 전달되는 전단력을 감소하는 방법으로서 효과가 우수한 것으로 알려져 있으나, 강성 포장 위에 시공시 요구되는 탄성 및 방수기능을 포함하고 있지 않으며, 특히 상부 아스팔트 혼합물층과 일체화에 의한 구조적 특성을 나타내지 않는다.
본 발명의 목적은 강성 포장과 아스팔트 덧씌우기층 사이에 고탄성 응력 흡수층을 설치하여 기존 포장의 균열이나 파손으로 생길 수 있는 포장파손을 미연에 방지하기 위한 것으로, 하부층으로부터의 반사균열에 대한 저항성, 상부로부터의 응력 완화 및 틴성 회복력을 부여하기 위하여 신율 80% 이상의 고탄성 아스팔트 바인더를 제공하려는 것이다.
본 발명의 고탄성 중간층은 하층 및 상층간의 결합력과 중간층 자체의 전단저항을 증진시켜서 조기 판상균열 및 상층의 조기균열 발생을 억제할 수 있다. 본 발명은 중간층의 강성을 높여 상층의 하부에서 변형 발생을 억제하여 이 층으로부터 조기 균열발생을 억제하고, 중간층의 파악력을 높여 중간층을 통하여 균열이 진전되는 것을 억제하여 균열 발생 억제 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 고탄성 아스팔트 혼합물을 제공하는 것을 목표로 한다.
위와 같은 목표를 달성하기 위하여 본 발명자들은 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재, 나프텐계 프로세스 오일, 식물성 오일, 광물성 섬유 및 유기 가황촉진제로 구성되는 고내구성 아스팔트 첨가제에 폴리부텐 및/또는 폴리이소부텐, DOP(디에틸헥실프탈레이트) 및/또는 DOA(디에틸헥실아디페이트), 폴리부타디엔 고무, VTBN(Vinyl terminated butadiene acrylonitrile) 및/또는 CTBN(Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile)을 더 부가하여 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제를 제공한다.
상기 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재, 나프텐계 프로세스 오일, 식물성 오일, 광물성 섬유 및 유기 가황촉진제로 구성되는 아스팔트 첨가제는 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재를 사용하였으며, 40~50중량%의 나프텐환을 포함하는 나프텐계 오일, 리놀렌산을 6~10%를 포함하는 식물성 오일, 양이온처리 광물성 섬유 및 유기가황촉진제를 함유하는 고내구성 아스팔트 첨가제를 사용하였다.
또한, 본 발명은 상기 고내구성 아스팔트 첨가제에 점착성 부여제, 저온 연성제 및 저온탄성 개선제 등을 사용하여 점착력, 탄성회복력 및 저온환경에서의 탄성 특성을 개선하였다.
본 발명은
멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재 5~15중량%;
나프텐계 프로세스 오일 50~80중량%;
식물성 오일 5~20중량%;
광물성 섬유 5~20중량%; 및
유기 가황촉진제 0.1~0.5중량%;로 구성되는 고내구성 아스팔트 첨가제 100중량부에 대하여
점착성 부여제로서 폴리부텐 및/또는 폴리이소부텐 5-15중량부;
저온 연성제로서 DOP(디에틸헥실프탈레이트) 및/또는 DOA(디에틸헥실아디페이트) 2-5중량부;
저온탄성 개선제로서 폴리부타디엔 고무 2-10중량부; 및
반응형 저온 변형강도 개선제로서 VTBN(Vinyl terminated butadiene acrylonitrile) 및/또는 CTBN(Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile) 1~10중량부;를 더 포함하는 반사균열 제어 및 응력완화형 고탄성 아스팔트 첨가제에 관한 것이다.
점착성 부여제는 점착성이 낮은 프로세스 오일 및 식물성 오일에 점착력을 증가시켜 아스팔트 바인더에 점착력 및 탄성회복력을 부여하며, 특히 아스팔트 혼합물 생산시 낮은 점도에 의해 아스팔트 바인더가 흐르는 것을 방지하며 골재의 피두께를 증가시켜 시공 후 골재의 탈리 및 박리를 방지하는 효과를 나타낸다. 점착성 부여제로는 폴리부텐 및 폴리이소부텐 중 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 폴리부텐 및 폴리이소부텐은 고탄성 아스팔트 바인더의 탄성 회복력을 20% 이상 증가시키는 효과뿐만 아니라 골재의 피복 두께를 증가시켜 박리 방지 및 불투수성 아스팔트 혼합물의 물성을 확보하기 위한 요구 점도인 135℃에서의 동점도 1,200~2,000cp를 구현하는데 효과적이다. 폴리부텐 또는 폴리이소부텐을 사용할 경우 고탄성 아스팔트 바인더의 135℃에서의 동점도가 1,200~2,000cp 범위로서 골재 피복 두께를 증가시켜 아스팔트 혼합물 제조시 블리딩 없이 불투수성 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있는 반면, 기존 프로세스 오일을 사용하는 경우 135℃에서의 동점도가 500cp 미만으로 아스팔트 혼합물 제조시 아스팔트 바인더의 블리딩으로 인해 불투수성 아스팔트 혼합물 제조가 불가하다.
점착성 부여제가 5중량부 미만인 경우 프로세스 오일 및 식물성 오일의 점착성 개선 효과가 저하되며, 15중량부를 초과하면 점도가 과도하게 상승하여 작업성이 저하되며 특히 겨울철 플랜트에서 아스팔트 혼합물 생산 및 포설시 뭉침 현상이 발생한다.
저온 연성제는 상기 고탄성 아스팔트 바인더에 연성 특성을 부여하여 저온 환경에서 취성적 파괴 및 균열을 방지한다. 특히 아스팔트 바인더의 PG(공용성 등급)에서 저온 등급을 개선하는데 효과적이다. 고탄성 아스팔트 바인더는 높은 탄성회복력에 비하여 저온에서의 바인더 특성이 감소할 수 있는 반면, 저온 연성제는 탄성회복력뿐만 아니라 저온에서 연성 특성을 개선하는데 효과적이다. 저온 연성제로는 DOP(디에틸헥실프탈레이트) 및 DOA(디에틸헥실아디페이트) 중 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 특히 DOP(디에틸헥실프탈레이트) 및 DOA(디에틸헥실아디페이트)는 아스팔트 바인더의 PG(공용성 등급)에서 고온 등급의 저감 없이 -18~-22℃의 저온 등급을 -28~-34℃ 등급으로 개선하는 효과를 가진다.
저온 연성제는 2중량부 미만인 경우 저온 환경에서의 취성적 성질 및 균열 발생을 개선할 수 없으며, 5중량부를 초과하면 고온 환경에서의 아스팔트 바인더의 공용성 등급이 저하된다.
저온탄성 개선제는 저온 환경에서 고탄성 아스팔트 바인더에 탄성 특성 및 후라스 취화점(frass break point)을 개선하는데 효과적이다. 저온탄성 개선제는 저온(-10℃)에서 아스팔트 바인더의 탄성 회복력을 기존 아스팔트 바인더에 비하여 30% 증가시키며, 후라스 취화점을 -15℃에서 -30℃로 개선한다. 저온탄성 개선제는 1,3-부타디엔을 용액 중합하여 제조한 단중합체로서 시스-1,4, 트랜스-1,4 및 비닐 구조의 3가지 결합형태로 시스-1,4의 함량이 95% 이상인 고 시스 폴리부타디엔 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 시스-1,4의 함량이 95% 미만인 폴리부타디엔 고무의 경우 후라스 취화점이 낮은 스트레이트 아스팔트 바인더와 혼합시 후라스 취화점을 개선하는 효과가 저하된다.
저온탄성 개선제는 2중량부 미만인 경우 저온 환경에서의 탄성 특성 및 후라스 취화점 개선 효과가 없으며, 10중량부를 초과하면 아스팔트 개질재 제조시 용해가 어려워 생산이 불가능하다.
반응형 저온 변형강도 개선제는 저온 특성 중 변형강도 및 고탄성력을 증가시키고 취성 파괴를 방지하기 위한 것으로 아스팔트 혼합물 생산시 스트레이트 아스팔트 바인더 중 아스팔텐과 반응성을 나타낸다. 반응형 저온 변형강도 개선제로는 VTBN(Vinyl terminated butadiene acrylonitrile) 및 CTBN(Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile) 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 특히 VTBN(Vinyl terminated butadiene acrylonitrile) 및 CTBN(Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile)은 -10℃ 및 -20℃의 저온환경에서 바인더의 휨에너지를 기존 개질 아스팔트의 2배 수준으로 각각 400kPa 및 230kPa 이상 개선할 뿐만 아니라 탄성회복율을 50% 이상 개선함으로써 상기 저온 연성제, 저온탄성 개선제 및 점착성 부여제와의 혼용에 의해 탄성회복율 80% 이상의 고탄성 아스팔트 바인더를 제조할 수 있다.
반응형 저온 변형강도 개선제는 1중량부 미만인 경우 저온 환경에서의 강도 및 탄성 특성 개선 효과가 없으며, 10중량부를 초과하면 아스팔트 개질재 제조시 점도의 증가로 생산이 불가능하다.
또한, 본 발명은 상기 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제 6~18중량% 및 스트레이트 아스팔트 82~94중량%를 포함하는 고탄성 아스팔트 바인더에 관한 것이다. 본 발명에서 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제가 6중량% 미만인 경우에는 본 첨가제의 기능을 충분히 발휘하기 어렵고, 18중량% 범위를 초과하는 경우 과도한 유동성으로 아스팔트 혼합물 제조시 아스팔트 바인더의 드레인에 의해 품질이 저하된다.
또한, 본 발명은 상기 고탄성 아스팔트 바인더 5∼12중량% 및 골재 또는 채움재 중 1종 이상 88∼95중량%를 포함하는 고탄성 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다. 고탄성 아스팔트 바인더가 5중량% 미만일 경우 골재 피복 두께 부족으로 탄성력 확보가 어려우며, 12중량%를 초과하는 경우에는 아스팔트 바인더의 드레인으로 재료가 분리될 수 있고, 아스팔트 혼합물의 물리적 성능이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 골재의 10∼100중량%가 순환골재임을 특징으로 하는 고탄성 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 고탄성 아스팔트 콘크리트 혼합물 90∼99중량% 및 무기안료 1∼10중량%를 포함하는 유색 고탄성 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 고탄성 아스팔트 혼합물을 강성 포장의 신설 또는 유지보수시 콘크리트 슬래브로부터의 반사균열 및 상부 교통하중에 의한 응력완화를 목적으로 콘크리트 슬래브 위에 고탄성·불투수성 아스팔트 중간층으로 시공하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 고탄성 아스팔트 혼합물을 아스팔트 포장 신설 또는 유지보수시 아스팔트 혼합물 기층 또는 중간층 위에 고탄성·불투수성 아스팔트 혼합물 표층으로 시공하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 콘크리트 포장의 덧씌우기 시 발생하는 반사균열을 억제하기 위하여 콘크리트 포장과 덧씌우기층인 아스팔트 표층 사이에 삽입되는 응력 흡수층의 재료인 고탄성 아스팔트 바인더 및 이 고탄성 아스팔트 바인더를 포함하는 고탄성 아스팔트 혼합물에 관한 것으로서, 침입도, 연화점, 탄성회복율, 안정도, 휨피로 및 균열저항성이 크게 개선되어 강성 포장 위 고탄성 아스팔트 바인더 또는 고탄성 아스팔트 혼합물을 적용시 반사균열저항성 및 응력 완화 효과가 높아 공용을 개선할 수 있다.
본 발명의 반사균열 제어 및 고탄성 응력흡수 중간층으로 이용되는 고탄성 아스팔트 바인더는 콘크리트 포장의 줄눈이나 균열부에서 발생하는 응력을 흡수 및 분산시켜 전단 반사균열의 생성을 지연시키는 효과를 나타낸다. 또한, 기존 포장 섬유나 그리드에 비해 경제성 및 성능이 우수하며 기존 포장 장비를 그대로 이용하면서 최소의 교통 혼잡으로 시공기간을 절약할 수 있는 장점이 있다.
기존 콘크리트 포장 유지보수를 위한 덧씌우기 층은 교통하중이 하부 콘크리트에 전달되어 기초까지 균열이 진행되는 반면, 본 발명의 고탄성 아스팔트 혼합물을 적용한 중간층의 위에 형성되는 덧씌우기 층은 교통하중이 하부 콘크리트에 전달되기 전에 응력이 넓은 면적으로 분산 및 흡수되어 반사균열을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고탄성 및 불투수성 아스팔트 혼합물을 중간층으로 적용하는 단면도로서, 콘크리트 포장 위 아스팔트 혼합물 덧씌우기 공법 적용시 고탄성 아스팔트 혼합물을 콘크리트 슬래브 위에 중간층으로 시공한 후 아스팔트 혼합물로 표층(상부층)을 시공한 것이다.
도 2는 본 발명의 고탄성 및 불투수성 아스팔트 혼합물을 표층으로 적용하는 단면도로서, 아스팔트 포장 위에 아스팔트 혼합물 덧씌우기(표층) 공법 적용시 고탄성 아스팔트 혼합물을 아스팔트 기층 또는 중간층 위에 표층(상부층)으로서 시공한 것이다.
아래에서는 구체적인 실시 예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 실시예의 기재에만 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
아래 표 1은 상기 본 발명의 아스팔트 첨가제를 사용한 아스팔트 바인더의 조성비를 나타낸다. 본 발명의 첨가제를 가하지 않은 것을 비교예로 사용하였다.
　구분 조성비 (중량%) 실시예 1 비교예 1 비교예 2
본 발명 청구항 1의
아스팔트 첨가제		 6~18 14 - -
스트레이트 아스팔트 82~94 86 100 -
구스 아스팔트 바인더 - - - 100
본 발명에서 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제가 6중량% 미만인 경우에는 본 첨가제의 기능을 충분히 발휘하기 어렵고, 18중량% 범위를 초과하는 경우 과도한 유동성으로 아스팔트 혼합물 제조시 아스팔트 바인더의 드레인에 의해 품질이 저하된다.
아래 표 2는 상기 표 1의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 아스팔트 바인더에 대한 침입도, 연화점, 후라스 취화점 및 탄성회복율에 대한 시험결과이다.
구분 단위 실시예 1 비교예 1 비교예 2 시험방법
침입도 1/10mm 94 83 38 KS M 2252
연화점 ℃ 68 44 49 KS M 2254
후라스 취화점 ℃ -31 -16 -14 KS M 2250
탄성회복율 % 88 26 24 KS M 2491
휨에너지(-20) kPa 245 43 67 KS M 2491
상기 표 2의 시험 결과로부터 본 발명의 고탄성 아스팔트 바인더의 저온 특성을 위한 후라스 취화점 및 반사균열 제어와 응력완화를 위한 탄성회복율이 비교예 1, 2와 비교하여 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다. 특히 본 발명의 고탄성 아스팔트 바인더는 침입도가 크면서도 연화점이 높은 것을 고려할 때 고온에서의 변형저항성 및 저온에서의 균열저항성이 매우 우수함을 알 수 있다.
아래 표 3은 본 발명의 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제를 사용한 고탄성 아스팔트 혼합물의 조성비를 나타낸다.
구분 조성비 (중량%) 실시예 2 비교예 3 비교예 4
본 발명의 고탄성
아스팔트 바인더		 5~12 8 5.3 5.6
골재 77~88 86 89.7 88.4
채움재 3~18 6 5 6
고탄성 아스팔트 바인더가 5중량% 미만일 경우 골재 피복 두께 부족으로 탄성력 확보가 어려우며, 12중량%를 초과하는 경우에는 아스팔트 바인더의 드레인으로 재료가 분리될 수 있고, 아스팔트 혼합물의 물리적 성능이 저하될 수 있다.
아래 표 4의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4의 아스팔트 혼합물 합성 입도는 고탄성 아스팔트 제조를 위한 혼합입도를 적용하였다.
표준체(mm) 13.0 10.0 5.0 2.5 0.6 0.3 0.15 0.08
입도범위(%) 95~100 88~100 70~100 54~77 25~49 15~35 8~20 2~9
아래 표 5는 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4의 아스팔트 혼합물의 물성을 시험한 결과이다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
마샬안정도 N 1,030 750 680 KS F 2337
간접인장강도 MPa 1.19 1.02 0.92 KS F 2382
동적안정도 회/mm 1,380 560 290 KS F 2374
휨강도 (25℃) MPa 2.39 2.24 1.81 KS F 2395
휨강도 (-10℃) MPa 12.7 6.87 8.95 KS F 2395
투수성 cm/s 0.3×10-6 0.1×10-2 0.8×10-6 JIS A 1218
상기 표 5의 시험결과에서 본 발명의 고탄성 아스팔트 혼합물이 마샬안정도, 간접인장강도 및 동적안정도와 같은 역학적 특성이 우수할 뿐만 아니라 고온 및 저온에서의 휨특성이 우수하여 탄성 효과가 높은 것을 알 수 있다. 또한, 표 5를 통해 본 발명의 고탄성 아스팔트 혼합물은 불투수성이 뛰어남을 알 수 있다.
아래 표 6은 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4의 아스팔트 혼합물에 대한 휨피로 시험결과이다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
휨피로 시험
(2,000μ·strain)		 사이클 143,000 64,000 119,000 AASHTO
-TP8
휨피로 시험은 아스팔트 혼합물의 탄성 특성을 평가하는 중요 지표로서 상기 표 6의 시험결과에서 본 발명의 고탄성 아스팔트 혼합물의 휨피로가 매우 우수한 것으로 나타나 강성 포장 위에 적용할 경우 균열 저항성 및 응력완화 효과가 높을 것으로 예측할 수 있다.
아래 표 7은 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4의 아스팔트 혼합물에 대한 반사균열 저항성 시험결과이다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
균열 5mm 진행까지
반복 횟수		 회 5,189 1,375 3,769 KS F 2374
콘크리트 포장 유지보수를 위한 덧씌우기 공법 적용시 하부 콘크리트 슬래브로부터 발생하는 반사균열에 대한 저항성이 공용성을 개선하기 위한 중요 요소로서 상기 표 7의 시험결과에서 본 발명의 고탄성 아스팔트 혼합물의 균열 저항성이 매우 우수한 것으로 나타나 강성 포장 위에 적용할 경우 효과적임을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재 5~15중량%;
    나프텐계 프로세스 오일 50~80중량%;
    식물성 오일 5~20중량%;
    광물성 섬유 5~20중량%; 및
    유기 가황촉진제 0.1~0.5중량%;로 구성되는 고내구성 아스팔트 첨가제 100중량부에 대하여
    점착성 부여제로서 폴리부텐 및 폴리이소부텐 중 1종 이상 5-15중량부;
    저온 연성제로서 디에틸헥실프탈레이트 및 디에틸헥실아디페이트 중 1종 이상 2-5중량부;
    저온탄성 개선제로서 폴리부타디엔 고무 2-10중량부; 및
    반응형 저온 변형강도 개선제로서 VTBN(Vinyl terminated butadiene acrylonitrile) 및 CTBN(Carboxyl terminated butadiene acrylonitrile) 중 1종 이상 1~10중량부;를 더 포함하는 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제.
  2. 청구항 1의 반사균열 제어 및 응력 완화형 고탄성 아스팔트 첨가제 6~18중량% 및 스트레이트 아스팔트 82~94중량%를 포함하는 고탄성 아스팔트 바인더.
  3. 청구항 2의 고탄성 아스팔트 바인더 5~12중량% 및 골재 및 채움재 중 1종 이상 88~95중량%를 포함하는 고탄성·불투수성 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 골재의 10~100중량%가 순환골재임을 특징으로 하는 고탄성·불투수성 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  5. 청구항 3의 고탄성 아스팔트 콘크리트 혼합물 90~99중량% 및 무기안료 1~10중량%를 포함하는 유색 고탄성·불투수성 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 고탄성·불투수성 아스팔트 콘크리트 혼합물을 강성 포장의 신설 또는 유지보수시 콘크리트 슬래브 위에 고탄성 아스팔트 중간층으로 시공하는 방법.
  7. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 고탄성·불투수성 아스팔트 콘크리트 혼합물을 아스팔트 포장 신설 또는 유지보수시 아스팔트 혼합물 기층 또는 중간층 위에 고탄성 아스팔트 혼합물 표층으로 시공하는 방법.
KR1020180090170A 2018-08-02 2018-08-02 반사균열 제어 및 응력완화를 위한 고탄성 아스팔트 바인더 및 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물 KR101925469B1 (ko)

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