KR101983683B1 - 발포성 유기 중합체 입자를 포함하는 도로의 상부층용 역청질 포장 조성물 - Google Patents

발포성 유기 중합체 입자를 포함하는 도로의 상부층용 역청질 포장 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소음 방지 특성을 갖는, 골재 혼합물, 하나 이상의 탄화수소계 결합재 및 발포성 유기 중합체 입자를 포함하는 역청질 포장 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 소음 방지 도로 상부층의 구현을 위한 이러한 조성물의 용도 및 이러한 조성물을 베이스로 하는 소음 방지 도로 상부층에 관한 것이다.

Description

발포성 유기 중합체 입자를 포함하는 도로의 상부층용 역청질 포장 조성물 {A bituminous pavements composition for upper layers of roads comprising particles of expandable organic polymers}
본 발명은, 교통에 의한 일반적인 소음을 감소시킬 수 있는 포장 도로의 상부층용 역청질 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
도로 상의 차량 통행은 소음 공해를 유발한다. 일반적으로 도로 고무바퀴 접촉 소음 또는 BCPC라고 불리는 이러한 소음 공해는, 예컨대 주거 지역, 도시 또는 도시 주변 길에 비하여 도로 부지에서 교통량, 교통 구성 및 교통 속도(예컨대, 빠르거나 또는 무겁거나)에 따라 중요할 수 있다.
도로의 주행층 상에서의 차량의 통행으로 의한 소음 공해를 감소시킬 필요가 있다.
차량의 도로 고무바퀴 접촉 소음(BCPC)에 의하여 야기되는 소음 공해를 감소시키는 주행층의 커패시티는, 주행층의 성질, 교통 상태, 기후 상태에 따라 달라지며 교통 및/또는 기후 순환의 영향 하에 주행층의 성질이 변화하는 결과로 시간에 따라 감소하는 파라미터이다.
도로 고무바퀴 접촉 소음(BCPC)에 대한 연구 결과, 이 소음은 대부분 도로의 재질 및 주행층의 흡음 용량에 의존하는 것이 입증되었다. 상기 소음의 감소는 연통 구멍(cavity)의 두께, 양 및 일그러짐 그리고 표면 골재의 입도에 따라 달라진다.
통행과 더불어, 특히 도시 한복판에서 도로 상부층에 존재하는 공극이 메워져 그 음향적 성능이 감소하는데, 이것은 주행층에 존재하는 공극의 감소로 유발되는 것이다. 공극량의 이러한 불가피한 손실을 방지하기 위하여, 어떤 방법들은 포장의 입도를 항상 더 오픈으로 하는 것으로 이루어진다 (증가된 공극 함량을 갖는 모래 불포함 포장 조성물).
본 출원인은 놀랍게도 특히 유리한 소음 방지 도로 포장을 얻을 수 있는 발포성 유기 중합체 입자의 용도를 발견하였다. 이 발포성 유기 중합체 입자들은 도로 포장 중에 존재하는 공극을 메우게 된다.
우선, 놀랍게도, 주행층의 공극 안에 이들 입자가 존재하면 음향 특성이 변화되지 않고 심지어 어떤 경우에는 음향 특성을 개선할 수 있다.
또한, 이들 비드 또는 입자는 충격을 흡수하거나 완화하는 역할을 한다. 이들 입자의 존재는 공극망이 메워지는 것을 방지할 수 있다. 공극망이 메워지는 것은 상기 언급한 바와 같이 음향 특성이 시간에 따라 손실되는 원인 중 하나이다. 이러한 메워짐을 방지함으로써, 공극망의 변형을 막으면서 음향 특성을 경시적으로 거의 일정하게 유지할 수 있다.
이들 입자의 존재는 또한 기후 변화에 대한 내성 면에서 그 성능을 개선시킬 수 있다. 실제로, 물이 더이상 공극 안으로 쉽게 들어가지 못한다. 또한, 물이 침투할 수 없기 때문에 결빙기에 주행층의 터짐 또는 팽창이 방지된다. 이러한 현상은 소수성 유기 중합체 입자를 사용하는 경우에 더 현저하다.
끝으로, 이들 입자의 도입은 예컨대 혼련기에서 포장의 모든 구성성분과 함께 단순히 혼합함으로써 실현될 수 있다. 그 제조 방법은 포장의 제조공정 또는 사용 방법의 복잡한 변형을 필요로 하지 않는다. 유기 중합체 입자들이 자연적으로 포장의 공극을 메우게 된다.
또한, 본 발명은 도로 교통에 의한 일반적인 소음을 감소시킬 수 있는 도로 상부층용 입자 조성물을 목적으로 한다. 이 조성물은, 주행층의 제조를 목적으로 하는 경우, 주행층의 포장에 기대되는 통상적인 성능 또는 특성, 즉
- 대부분의 교통 하에서 양호한 기계적 성능,
- 특히 습한 시기에 고무바퀴 및 도로 사이의 양호한 접착을 보장하는 표면 특성,
- 상기 성능 및 특성, 그 중 소음 감소 성능 및 특성의 지속성,
- 지속적인 개발의 관점에서 재활용성,
- 만족스러운 심미적 측면, 및
- 제작시 및 적용시 사용의 용이성
이 실증되는 층을 유도한다.
상기 목적들은, 골재 혼합물 및 하나 이상의 탄화수소계 결합재를 포함하는 도로 상부층용 역청질 포장 조성물에 의하여 달성되는데, 상기 조성물은
a) 상기 골재 혼합물이 이하의 조건을 만족하는 것:
- 골재 혼합물의 구성성분의 0∼25 질량%, 바람직하게는 10∼20 질량%, 더 바람직하게는 10∼15 질량%가 0/2 mm 골재임,
- 골재 혼합물의 구성성분의 70∼95 질량%, 바람직하게는 75∼90%, 더 바람직하게는 85∼90 질량%가 2/4 mm 및/또는 4/6 mm, 바람직하게는 2/4 mm 골재임,
b) 상기 조성물이 발포성 유기 중합체 입자를 추가로 포함하는 것
을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 규정된 도로 상부층용 포장 조성물의 제조 방법, 소음 방지 도로 상부층의 구현을 위한 이러한 조성물의 용도, 및 이러한 조성물을 베이스로 하는 소음 방지 도로 상부층을 목적으로 한다.
도로 상부층용 조성물은, 단독 또는 이들의 모든 가능한 기술적 조합에 따라 얻을 수 있고 그 개개의 구체적인 이점을 나타내는 이하의 특성을 갖는다:
- 발포성 유기 중합체 입자가 그래파이트 미립자를 포함함,
- 발포성 유기 중합체 입자는 겉보기 밀도가 100 kg/m3 미만, 또는 15∼50 kg/m3, 바람직하게는 20∼35 kg/m3, 더 바람직하게는 25∼30 kg/m3임,
- 발포성 유기 중합체 입자는 입도가 0.1∼5 mm, 바람직하게는 0.5∼3.58 mm, 더 바람직하게는 1∼4 mm, 더욱 바람직하게는 1∼3 mm임,
- 발포성 유기 중합체 입자는 포장 조성물 전체 질량을 기준으로 하여 0.1∼1 질량%, 바람직하게는 0.1∼0.5 질량%, 더 바람직하게는 0.2∼0.3 질량%임,
- 발포성 유기 중합체 입자는 상기 입자를 제외하고 포장 조성물 1톤당 50∼200 리터의 비율로 첨가됨,
- 골재 혼합물은 이하의 조건을 만족시킴:
- 골재 혼합물의 구성성분의 70∼100 질량%가 6.3 mm 미만의 치수를 가짐,
- 골재 혼합물의 구성성분의 70∼100 질량%가 4 mm 미만의 치수를 가짐,
- 골재 혼합물의 구성성분의 10∼40 질량%가 2 mm 미만의 치수를 가짐,
- 골재 혼합물의 구성성분의 1∼9 질량%가 0.063 mm 미만의 치수를 가짐,
- 바람직하게는, 골재 혼합물은 이하의 조건 중 적어도 하나를 만족시킴:
- 골재 혼합물의 구성성분의 100 질량%가 6.3 mm 미만의 치수를 가짐, 및/또는
- 골재 혼합물의 구성성분의 95 질량% 이하, 바람직하게는 90 질량% 이하가 4 mm 미만의 치수를 가짐, 및/또는
- 골재 혼합물의 구성성분의 75 질량% 이상, 바람직하게는 85 질량% 이상이 4 mm 미만의 치수를 가짐, 및/또는
- 골재 혼합물의 구성성분의 35 질량% 이하, 바람직하게는 30 질량% 이하가 2 mm 미만의 치수를 가짐, 및/또는
- 골재 혼합물의 구성성분의 15 질량% 이상, 바람직하게는 25 질량% 이상이 2 mm 미만의 치수를 가짐, 및/또는
- 골재 혼합물의 구성성분의 4∼8 질량%가 0.063 mm 미만의 치수를 가짐.
- 골재 혼합물은 0/2 및 2/4 골재를 포함하고, 바람직하게는 골재 혼합물은 10∼15%의 0/2 골재 및 85∼90%의 2/4 골재를 포함함,
- 골재는 실제 밀도가 2000 kg/m3 초과, 바람직하게는 2500 kg/m3 초과임,
- 탄화수소계 결합재 나머지(residual) 비율은 4.5∼6.5%, 바람직하게는 5.4∼6.2%임,
- 탄화수소계 결합재는 순수 역청, SBS류의 엘라스토머와 같은 중합체에 의하여 변성된 역청, 식물 기원의 결합재 또는 순합성 결합재 중에서 선택됨,
- 결합재는 무수물, 유동제(flux) 또는 유액(emulsion)의 형태임.
결합재의 나머지 비율은 골재 및 탄화수소계 결합재(유동제도 유액의 다른 구성성분도 포함하지 않음)의 총 중량을 기준으로 하여 백분율로 표현된 탄화수소계 결합재의 질량에 해당한다.
본 발명에 따르면, 발포성 유기 중합체 입자 또는 비드는 실질적으로 구의 형태이다. 본 발명에 적합한 중합체 중에서, 특히 스티렌계 입자 또는 비드(즉, 폴리스티렌), 스티렌/에틸렌계 불포화 탄화수소 공중합체 및 이들의 혼합물을 언급할 수 있다. 적합한 공중합체 중에서, 특히, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 부타디엔 및 이소프렌 단량체 중 적어도 하나 및 스티렌으로부터 얻어지는 공중합체를 언급할 수 있다.
실제적인 관점에서, 중합체 물질은 (i) 폴리스티렌, (ii) 스티렌 부분/에틸렌계 불포화 탄화수소 부분의 몰비가 1/1 이상인, 스티렌/에틸렌 공중합체, 스티렌/프로필렌 공중합체, 스티렌/부틸렌 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체 및 스티렌/이소프렌 공중합체, 및 (iii) 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
이 범위에서, 중합체 물질은 유리하게는 폴리스티렌이거나, 또는 스티렌 부분/에틸렌계 불포화 탄화수소 부분의 몰비가 55/45 내지 90/100인, 스티렌/에틸렌 공중합체, 스티렌/프로필렌 공중합체, 스티렌/부틸렌 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체 및 스티렌/이소프렌 공중합체이다.
이 중합체 물질의 입자 또는 비드는 일반적으로 평균 입도가 팽창후 0.1∼10 mm이다.
바람직한 실시 방식에 따르면, 발포성 유기 중합체 입자 또는 비드는 "그래파이트가 첨가된", 즉 그래파이트 미립자를 포함하는 것이다. 이들 입자의 제조 방법은 공지되어 있으며 특히 특허 US 6,340,713호에 개시되어 있다. 그래파이트가 첨가된 입자는 그래파이트의 존재로 인하여 분해 온도가 더 높기 때문에 바람직하다. 본 발명에 따르면, "유기 중합체 입자의 분해 온도"는 발포 특성의 손실 또는 변화가 관찰되는 온도를 의미한다. 이 온도는 Kofler 시험대에서 발포 입자가 가라앉거나 또는 용해하기 시작하는 온도를 단순히 관찰함으로써 용이하게 측정할 수 있다.
사용되는 그래파이트가 첨가된 중합체 입자 또는 비드는 그래파이트 함량이 1∼20%(질량/질량)이다. 이 함량은 유리하게는 1∼5%, 더 바람직하게는 2∼3%이다.
유기 중합체 입자의 열전도계수 λ(두 면 사이의 온도차가 1°일 때, 1 m 두께의 벽을 1 m2 가로지르는 열의 플럭스에 해당)는 바람직하게는 0.05 W/m.K 미만, 바람직하게는 0.04 W/m.K 미만이다.
그래파이트가 첨가되지 않은 비드로서는, 상표명 Styrobeton®으로 시판되는 것들을 들 수 있고, 그래파이트가 첨가된 비드로서는, 상표명 Activator® 또는 Neopore®로 시판되는 것들을 들 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 특히 자동차 엔진에 의하여 야기되는 소음 및 고무바퀴/도로 접촉 소음을 감소시키는 도로 상부층을 제공한다.
본 발명의 다른 특성, 측면 및 이점은 이하의 상세한 설명, 및 제한이 아니라 예시가 목적인 구체적 실시예의 교시에서 더 명확해질 것이다.
본 명세서의 맥락에서, "입도분포(grading)"란 특정 체조립체를 통과하는 물질의 질량 퍼센트로 표현된, 골재 혼합물의 골재의 크기 분포를 의미한다. "통과 분율(passing fraction)"이란 골재류의 분류에 이용되는 가장 작은 체를 가로질러 통과한 골재 혼합물의 분율을 의미한다. 이러한 정의는 XP P18-545 및 EN 13043 표준의 정의에 해당한다.
통과 분율은 입도의 측정 시험시에 EN 933-1 표준에 따른 체거름에 의한 입도 분석에 의하여 얻어진다.
d/D 및 d<D라 표시되는 골재류는 mm로 표현된 가장 작은 체 크기(d) 및 가장 큰 체 크기(D)에 대한 입도 범위(particle dimension range)을 나타낸다. 입자의 치수 및 보다 전형적으로는 골재 혼합물의 구성성분의 치수는 이 구성성분이 구 형상을 가진 경우 그의 직경에 해당한다. 상기 구성성분이 구형이 아닌 경우, 그 치수는 그의 주축의 길이, 즉 구성성분의 일 단부와 그 반대 단부 사이에 그어진 가장 긴 직선의 길이에 해당한다. 이것은 체거름을 특징으로 할 수 있다. 이러한 입도의 정의는 본 발명에 따라 사용되는 골재 뿐만 아니라 유기 중합체 입자에도 적용된다.
본 발명에 따른 도로 상부층용 조성물은 상기 조건을 만족시키는 골재 혼합물 및 하나 이상의 결합재를 포함한다.
"겉보기 밀도"란 용어는, 본 발명에 따르면 입자 투과성 및 불투과성 공극 및 입자간 공극을 모두 포함하는 더미로 취해진 물질의 세제곱미터 부피당 질량을 의미한다. 상기 물질은 압축된 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 골재란 용어는 도료용으로서의 요구에 부합하는 골재를 나타낸다. 이들 골재는 바람직하게는 거대암 또는 퇴적암의 분쇄에서 유래한다.
본 발명에 따라 이용되는 골재는 그 골재 조성에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 전형적인 상기 골재는 건축 분야에서 사용되는 골재 물질이다. 골재는 천연, 인공 또는 재생 골재일 수 있다. "천연 골재"는 기계적 변형 이외의 어떠한 변형도 거치지 않는다. "인공 골재"는 열적 변형 등을 포함하는 공업적 공정에서 유래하는 광물 기원의 골재를 의미한다. "재생 골재"는 전에 건축 분야에서 이용된 무기 물질의 처리에 의하여 수득되는 골재를 의미한다. 이용되는 골재는 적절한 표준(유럽에서는 NF EN 13043 및 미국에서는 ASTM C33)에 부합하는 도로용 골재이다. 본 발명에 따라 이용될 수 있는 프랑스 제품 표준 시리즈 NF P98-130 내지 NF P98-141의 대상이 되는 이들 포장의 구성성분의 골재 클래스(d/D)는 0/2, 0/4, 2/4, 0/6.3, 2/6.3 및 4/6.3이다. 이들 골재 클래스는 현재 XP P18-545 표준으로 대체된 XP P18-540 표준의 의미로 통용된다.
본 발명에 따른 조성물에 존재하는 전형적인 골재는 비제한적으로 필러, 미립 골재, 모래, 세사, 자갈, 가는 자갈, 돌, 분쇄석, 돌가루, 필러일 수 있다. 필러란 0.063 mm 미만의 치수를 갖는 입자가 적어도 70 질량% 인 입자를 의미한다.
본 발명에 따라 이용되는 탄화수소계 결합재는, 이것이 부분적으로 또는 전체적으로 구성성분들을 피복하고 있는 도로 상부층에 사용시 골재 혼합물의 상이한 구성성분들을 서로 고화시킴으로써 이들 사이의 고화를 보장한다. 이것은 실질적으로 이것이 분포되는 지지체 상에서 골재 혼합물의 구성성분들을 접착시키기 위하여 사용될 수 있다. 소음 방지 특성은 기본적으로 골재 혼합물의 특정 조성 및 입도에 기인하므로, 본 발명에 이용할 수 있는 탄화수소계 결합재는 아주 다양한 물성들을 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시 방식에 따르면, 결합재는 순수 역청, 변성 역청 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 역청질 화합물이라 불리는 "역청질 결합재"이며, 골재 물질을 서로 결합시키고 경화시킬 수 있다. 본 발명에 따른 역청질 결합재는 일반적으로 밀도가 일반적으로 0.8∼1.2인 고체형 또는 액체형으로 존재하는 천연 광맥에서 유래하거나 또는 석유의 증류시 수득되는 중질 유분에서 유래하는 천연 탄화수소 물질의 혼합물이다. 이것은 모든 종래기술에 의하여 제조될 수 있다.
비제한적으로 클래스 160/220, 100/150, 70/100, 50/70, 40/60, 35/50, 30/45 또는 20/30의 역청과 같은 표준 NF EN 12591에 정의된 순수 역청이 본 발명의 맥락에서 역청질 결합재로서 인정된다. 이들 표준화 클래스는 1/10 mm로 표현되고 EN 1426법에 따라 측정되는 25℃에서의 투과성 범위에 해당된다.
보다 유리하게는, 역청질 결합재는 NF 14023 표준에서 정의된 변성 역청, 예컨대 증대된 교통량 또는 과도한 교통량 하에서 기계적 내구성 또는 접착 특성을 개선시키는 관점에서 또는 양이온성 유액으로 사용하기에 필요한 특성을 인위적으로 부여하는 관점에서의 첨가제와 같은 모든 성질의 첨가제의 혼입에 의하여 변성된 역청이다. 유기 또는 무기 섬유, 특히 유리, 카본 또는 셀룰로오스의 혼입에 의하여, 고무 분말형의 천연 또는 합성 엘라스토머(폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무 또는 SBR), 에틸렌 및 비닐아세테이트의 공중합체(EVA), 공액 디엔 및 스티렌의 랜덤 또는 블록 또는 공중합체, 예컨대 SBS 블록 공중합체의 혼입에 의하여, 예컨대 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 폴리아미드 및 폴리에스테르와 같은 열가소성 물질의 혼입에 의하여, 또는 에폭시 수지(역청/에폭시 결합제) 또는 폴리우레탄 수지와 같은 열경화성 수지의 혼입에 의하여 개선된 역청을 거론할 수 있다. 이 목록은 비제한적인 것이다. 다른 유형의 역청질 혼합물도 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 방식에 따르면, 결합재는 식물 기원일 수 있다. 이것은 천연 수지 또는 합성에 의하여 변성된 식물 기원의 수지일 수 있다. 이 결합재 카테고리는 재생 가능한 농업 자원에서 유래되므로 흥미롭다. 예로서 Colas사가 시판하는 Vegecol®과 같은 특허 출원 FR 2853647에 개시된 결합재를 들 수 있다.
본 발명의 제3 실시 방식에 따르면, 결합재는 순합성 결합재이다. 일반적으로, 이러한 합성 결합재는 유기성, 바람직하게는 중합성이다. 이것은 열가소성 물질, 엘라스토머 또는 열경화성 즉 망상구조 물질, 또는 이들 물질 중 하나 또는 복수의 혼합물의 형태일 수 있다.
물론, 본 발명에 따른 조성물은 언급된 상이한 카테고리에 속하는 결합재의 혼합물을 포함할 수 있다, 즉, 이것은 역청질 결합재, 식물 기원 결합재 및 순합성 결합재에서 선택되는 적어도 하나의 결합재를 포함할 수 있다.
본 발명에 이용되는 결합재는 금속염 유형의 경화 촉매와 같은 첨가제 및/또는 무기 안료 또는 유기 착색제와 같은 하나 또는 복수의 착색 제제를 포함할 수 있다.
상기 제시된 결합재는 점도를 낮추기 위한 유동제(flux) 또는 유동화제(flux agent), 예컨대 석유, 석유화학 또는 석탄화학 기원의 용매를 베이스로 하는 유동제, 또는 천연 기원의 지방 물질을 베이스로 하는 유동제에 의하여 더 유동화될 수 있다. 이들 결합재는 결합재의 총 질량을 기준으로 하여 실질적으로 0.5∼35 질량%, 바람직하게는 0.5∼10 질량%의 유동제를 함유할 수 있다. 이들 결합재는 특히 NF EN 13808에 따라 유액 형태 또는 무수물 형태, 또는 이들 둘의 혼합물일 수 있다.
결합재가 유액 형태로 사용되는 경우, 물에 대한 결합재의 친화력은 이들 두 생성물 사이의 계면 장력에 의존한다. 이 친화력은 예컨대 지방산 아민의 염산염, 지방산염, 4급 암모늄염, 에틸렌 폴리옥시드 또는 이들 화합물의 혼합물과 같은 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성 또는 비이온성 계면활성제에 의하여 개선될 수 있다.
바람직하게는, 골재 혼합물 및 결합재(들)는 NF P98-149 표준에 정의된 바와 같이 조성물의 농후율이 3 이상, 바람직하게는 3.3∼3.6이 되도록 하는 양으로 사용된다.
발포성 유기 중합체 입자는 포장 내부에 함유된 공극을 채우는 기능을 갖는다. 발포성 유기 중합체 입자의 첨가량을 결정하기 위하여, 회전 전단 프레스(PCG) 시험에 의하여 포장의 압밀도 및 NF EN 12697-5에 따른 포장의 실제 밀도를 측정하는 것이 편리하다. 이를 위하여, 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재(발포성 유기 중합체 입자 불포함)를 포함하는 시험편을 준비한다. 이 시험은 회전수에 따라 기하학적 공극의 백분율을 측정할 수 있다. 회전수 및 포장의 구현 두께 사이에는 상관관계가 존재한다. 20 및 40 회전에서 수득되는 공극의 함량치는 각각 2 cm 및 4 cm의 두께로 구현된 포장의 수치에 해당한다.
결과적으로, 4 cm로 도포되고 40 회전에서 특정 공극 함량을 갖는 포장은 이론적으로 동일한 공극 함량을 가져야 한다.
발포성 유기 중합체 입자의 첨가되는 부피는 하기 관계식에 따라 결정된다:
Figure 112012030718118-pat00001
식 중,
Vppe: 포장 1톤당 발포성 유기 중합체 입자의 부피(m3),
MVRE: m3당 톤으로 포장의 실제 밀도,
x 회전에서 공극 %: x 회전에서 PCG에 의하여 수득되는 공극의 백분율, x는 포장의 구현 두께에 따라 선택됨.
본 발명은 또한, 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 도로 상부층용 조성물의 제조 방법을 목적으로 하며, 이것은
a) 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물로부터 시험편을 제조하는 단계,
b) - 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물에 대하여 NF EN 1269-31 표준에 따른 회전 전단 프레스(PCG) 시험에 의한 기하학적 공극의 백분율,
- 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물의 NF EN 12697-5 표준에 따른 실제 밀도
를 측정하는 단계,
c) 포장 혼합물의 공극의 전부 또는 일부, 바람직하게는 모든 공극을 메우기 위하여 첨가되는 발포성 유기 중합체 입자의 부피를, 상기 기하학적 공극의 백분율 및 실제 밀도에 따라 계산하는 단계,
d) 단계 b)에서 측정한 부피에 따라 결합재 또는 결합재들, 골재 혼합물 및 발포성 중합체 입자를 혼합하는 단계
를 포함한다.
포장 조성물의 모든 공극을 메우기 위한 발포성 유기 중합체 입자의 부피는 하기 관계식에 따라 계산된다:
Figure 112012030718118-pat00002
식 중,
Vppe: 포장 1톤당 발포성 유기 중합체 입자의 부피(m3),
MVRE: m3당 톤으로 포장의 실제 밀도,
x 회전에서 공극의 %: x 회전에서 PCG에 의하여 수득되는 공극의 백분율, x는 포장의 구현 두께에 따라 선택됨.
상기 제조 방법은 선택되는 발포성 유기 중합체 입자의 유형에 따라 변경된다. 실제로, 당업자는 변경된 제조 온도, 즉 바람직하게는 이들 입자의 분해 또는 변형 온도 미만인 온도를 선택할 것이다.
단계 d)는 유기 중합체 입자의 분해 온도에 따라 선택된 온도에서 실시된다.
따라서, 단계 d)는 본 발명의 실시 방식에 따라 140℃ 미만 또는 100∼140℃, 바람직하게는 130℃ 미만의 온도에서 실시될 수 있다. 실제로, 그래파이트가 첨가된 유기 중합체 입자는 140℃ 이하의 온도에서 분해되지 않는다.
본 발명의 다른 실시 방식에 따르면, 발포성 유기 중합체 입자의 모든 분해 위험성을 회피하기 위하여, 조성물은 100℃ 미만의 온도에서 제조될 수 있다. 이를 위하여, 탄화수소계 결합재는 유액 또는 유체이며, 단계 c)는 100℃ 미만의 온도, 바람직하게는 상온에서 실시된다.
그래파이트가 첨가되지 않은 발포성 유기 중합체 입자는 일반적으로 120℃ 근처의 분해 온도를 갖는다. 결합재의 선택 또는 거품형으로 유동하는 그 유화된 형태의 선택은 제조 온도를 낮출 수 있는 방식으로 변경된다.
상기 방법은 바람직하게는 결합재(또는 결합재들)에 의하여 골재 혼합물의 전체 또는 일부를 포장하는 단계를 포함한다. 상기 단계는 고온 또는 저온 포장에 관한 NF P98-15 표준에 따라 고온 또는 저온에서 실시될 수 있다. 저온 포장의 제조시, 결합재가 유액 형태인 경우, 해당 기술은 유액 포장의 제목을 갖는다.
본 발명의 다른 목적은 소음 방지 특성을 갖는 도로 상부층의 구현을 위한, 상기 정의된 바와 같은 조성물의 용도이다. 본 발명의 조성물은 특히 차량의 왕래가 연변 주민에게 특히 해로울 수 있는 왕래 소음을 야기하는 주거 지역에서 사용하도록 적응된다. 이러한 반복되는 소음은 실제로 수면 및 건강에 유해한 영향을 미쳐, 특히 호흡, 혈압 및 신경계에 영향을 주는 생리학적 문제를 유발할 수 있다. 본 발명 조성물의 사용은 특히 자동차 엔진에 의하여 야기되는 소음 및 고무바퀴/도로 접촉 소음을 감소시키는 도로 상부층을 제공한다.
본 발명의 도로 상부층 조성물에 의하면 특히 1994년 SETRA/LCPC의 도로 구조의 개념 및 치수화 기술 가이드 및 탄화수소계 포장인 NF P98-150 표준에서 규정된 바와 같은 주행층을 제조할 수 있다.
여기서, 주행층이란, 본 발명에서 차량의 고무바퀴와 직접 접촉하는 물질층을 의미한다.
본 발명의 다른 목적은 적어도 상기 규정된 바와 같은 도로 상부층용 조성물을 베이스로 하는 소음 방지 특성을 갖는 도로 상부층이다.
도로 상부층은 압축 두께가 50 mm 이하, 바람직하게는 25∼45, 더 바람직하게는 30∼40 mm이다.
본 발명의 도로 상부층의 전체 두께는 도포 유형 및 추구하는 흡음 효과에 따른다. 본 발명의 대상인 도로 상부층에서 도로 교통 소음을 최대로 흡수하기 위한 최적의 두께 폭은 25∼45 mm 간격, 더 유리하게는 30∼40 mm 간격이며, 허용 공차는 바람직하게는 하한에서 -1 cm 그리고 상한에서 +1 cm이다.
본 발명의 도로 상부층은 탄화수소계 결합재 또는 수압식 결합재와 결합되는 물질로 구성되는 새로운 또는 오래된 지지체 상에 도포될 수 있다. 이러한 층은 차량의 통과시 고무바퀴/도로 접촉에 의하여 유발되는 소음 방출을 상당히 감소시키는 소음 특성을 갖는다.
본 발명 조성물의 특정 입도는, 상기 개시된 바와 같은 도포 두께에 대하여, EN 12697-8 표준의 의미로 바람직하게는 20% 이상의 공극 백분율을 갖는 도로 상부층을 유도한다. 본 발명의 도로 상부층은 바람직하게는 N 12697-8 표준의 의미로 바람직하게는 25∼30% 이상의 공극 백분율을 갖는다.
상기 정의된 도로 상부층은 포장 기술에 따라, 즉 지지체 상에 도포하기 전에 결합재와 골재 혼합물을 접촉시킴으로써 제조된 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 층이 도포되는 지지체는 실질적으로 공지된 제조 단계를 거친 것일 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하에 개시되는 예시적 실시예를 보면 명확해질 것이다.
I. 사용되는 물질
1. 골재 및 유기 중합체 입자
Figure 112012030718118-pat00003

2. 탄화수소계 결합재
사용된 탄화수소계 결합재는 포장의 제조 온도를 낮출 수 있는 아민형 액체 첨가제 0.4%가 첨가된 폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리스티렌 유형의 열가소성 엘라스토머 및 도로용 역청질 혼합물에 해당하는 변성 역청 Bitulastic® EB 또는 EC이다. 그 실제 밀도는 NF EN 15326 표준에 따라 측정하여 1030 kg/m3이다.
II . 포장의 제조 및 특징
1. 포장의 조성 및 입도 분포
표 1은, 시험 조성물 각각에 대하여, 그 조성 및 골재 혼합물의 입도 분포를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 도로 상부층용 조성물을 제조하기 위하여, 탄화수소계 결합재 및 골재 혼합물을 포함하는 포장 조성물로부터 시험편을 제조한다. 이러한 시험편은 예컨대 비교 조성물에 해당한다. NF EN 1269-31 표준에 따라 회전 전단 프레스(PCG) 시험에 의하여 기하학적 공극의 백분율 및 이 포장 조성물의 실제 밀도를 측정하였다. 40 회전에서 26.4%의 공극 백분율을 얻었으며 이 포장 조성물의 실제 밀도는 2.507 t/m3이다. 4 cm의 두께로 구현되도록 이 조성물로부터 제조된 포장은 공극 함량이 26.4%가 될 것이다.
따라서, 포장 조성물의 전체 공극을 메우기 위하여 포장 조성물 톤당 첨가되는 발포성 유기 중합체 입자의 부피(Vppe)는 다음과 같다: Vppe = (1/2.507) x (26.4/100) = 0.105 m3.
Figure 112012030718118-pat00004
* 포장 조성물의 전체 질량에 대한 질량%
2. 제조 방법 및 특징
125∼160℃의 온도(표 2 참조)에서 240초 동안 혼련기 안에서 NF EN 12697-35 표준에 따라 포장을 제조한다. 표 2는 테스트된 상이한 포장의 특징을 재편성한 것이다.
Figure 112012030718118-pat00005
PCG 시험의 조건은 다음과 같다:
Figure 112012030718118-pat00006

조성물의 흡음 성능을 평가하기 위하여, 혼련기에서 NF EN 12697-35 표준에 따라 포장을 제조한다. 수득된 시험편은 원하는 압밀도를 얻을 때까지, 즉 PCG 시험시 측정되는 압밀도를 얻을 때까지 Gyropac으로 압축한다. 흡음 특성은 임피던스 관에 의하여 실현되었다. 시험 원리는 NF EN 10534-1 및 2 표준의 대상이다. 시험편의 주조 직경은 임피던스 관의 직경에 상응한다.
Figure 112012030718118-pat00007

Figure 112012030718118-pat00008
비고: 공극 함량은 Gyropac에서 시험체의 압축시 측정되는 값에 해당한다. PCG에서 측정되는 값에 최대한 가장 근접하는 원하는 압밀도에 도달하고자 한다. 본 발명의 포장 조성물에서는, 그래파이트가 첨가된 발포성 폴리스티렌(PSE)이 공극을 메운다. 따라서, 공극 함량의 측정치는 공극을 메우는 PSE 함량에 상응한다. 이 측정을 실시하기 위하여, PSE를 공극과 동일시한다. 실제로, PSE의 밀도는 골재에 비하여 무시할만하며, 측정 오차는 크지 않다.
결론:
실시예는, 상이한 압밀도에서, 폴리스티렌 비드가 있는/없는 동일한 처방의 음향 특성을 갖는다. 본 발명에 따른 포장 조성물에 의하면 적어도 동일한 음향 특성을 얻을 수 있고 이것을 지속시킬 수 있다.
Figure 112012030718118-pat00009

Claims (12)

  1. 골재 혼합물 및 하나 이상의 탄화수소계 결합재를 포함하는 역청질 포장 조성물로서,
    a) 골재 혼합물이 이하의 조건을 만족시키고:
    - 골재 혼합물의 구성성분의 10∼25 질량%는 입도 범위가 0 초과 2 mm 이하인 골재이고,
    - 골재 혼합물의 구성성분의 70∼95 질량%는 입도 범위가 2 mm 이상 4 mm 이하 및/또는 4 mm 이상 6 mm 이하 골재이고,
    b) 상기 조성물이 발포성 유기 중합체 입자를 역청질 포장 조성물 총 중량 대비 0.1∼1 질량%로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 발포성 유기 중합체 입자가 그래파이트 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 발포성 유기 중합체 입자는 겉보기 밀도가 15∼50 kg/m3인 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 발포성 유기 중합체 입자는 입도가 1∼4 mm인 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 발포성 유기 중합체 입자는 포장 조성물의 총 질량에 대하여 0.1∼0.5 질량%인 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    골재 혼합물이
    - 입도 범위가 0 초과 2 mm 이하인 골재 10∼15 질량% 및
    - 입도 범위가 2 mm 이상 4 mm 이하인 골재 85∼90 질량%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역청질 포장 조성물.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 역청질 포장 조성물의 제조 방법으로서,
    a) 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물로부터 시험편을 제조하는 단계,
    b) - 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물에 대하여 NF EN 1269-31 표준에 따른 회전 전단 프레스(PCG) 시험에 의한 기하학적 공극의 백분율,
    - 골재 혼합물 및 탄화수소계 결합재를 포함하는 포장 조성물의 NF EN 12697-5 표준에 따른 실제 밀도
    를 측정하는 단계,
    c) 포장 혼합물의 공극의 전부 또는 일부를 메우기 위하여 첨가되는 발포성 유기 중합체 입자의 부피를, 상기 기하학적 공극의 백분율 및 실제 밀도에 따라 계산하는 단계,
    d) 단계 b)에서 측정한 부피에 따라 결합재 또는 결합재들, 골재 혼합물 및 발포성 중합체 입자를 혼합하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역청질 포장 조성물은 소음 방지 특성을 갖는 도로 상부층의 구현을 위한 것인, 역청질 포장 조성물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 조성물을 베이스로 하는, 소음 방지 특성을 갖는 도로 상부층.
  10. 청구항 9에 있어서, 압축 두께가 50 mm 이하인 도로 상부층.
  11. 청구항 9에 있어서, 압축 두께가 25∼45 mm인 도로 상부층.
  12. 청구항 9에 있어서, 압축 두께가 30∼40 mm인 도로 상부층.
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