KR102120811B1 - 중온화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 중온화 아스팔트 시공방법 - Google Patents

중온화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 중온화 아스팔트 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 또는 아스팔트 콘크리트(이하, 아스콘이라 함)의 포설가능 온도범위를 낮춘 중온화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 개질 아스팔트의 시공방법에 관한 것이다.

Description

중온화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 중온화 아스팔트 시공방법{Warm-mix asphalt mixture and Asphalt construction method using thereof}
본 발명은 아스팔트 또는 아스팔트 콘크리트(이하, 아스콘이라 함)의 포설가능 온도범위를 낮춘 중온화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 개질 아스팔트의 시공방법에 관한 것이다.
아스팔트 또는 아스팔트 콘크리트(아스콘)은 아스팔트, 골재 및 채움재 등을 혼합한 재료를 고온, 구체적으로 150 ℃이상의 고온에서 가열하여 혼합하고 도로에 포설 및 다짐을 한 후, 상온에서 양생을 거쳐 시공이 완성된다.
이러한 아스콘의 시공방법은 고온 가열을 위환 많은 에너지를 필요로 하므로 과다한 연료 낭비를 초래하며, 과도한 이산화탄소 발생을 유발하여 대기 환경오염의 원인이 되고 있다. 또한 동절기 등 온도가 낮은 환경에서는 시공에 어려움이 있으며, 목적으로 하는 우수한 품질의 아스콘을 시공하는데 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 중온화 아스팔트를 개발하는데 이르렀으며, 다양한 중온화 아스팔트들이 개발되고 있다. 그러나 여전히 하절기 및 동절기 등의 온도가 급격하게 변화되는 환경에서는 충분한 물성을 발현하는데 어려움이 있다. 또한, 수분저항성이 낮은 경우 동절기에 동결 및 해빙이 반복됨에 따라 아스팔트가 골재에서 벗겨져 포장이 파손되는 문제가 있으며, 동적안정성이 저하되는 문제가 있다.
우리나라 등록특허 제10-1910135호(2018.10.15.)
본 발명의 일 양태는 저온에서 시공이 가능한 개질 아스팔트 혼합물을 제공하는데 목적이 있다. 구체적으로 하절기 및 동절기 등 기온이 급격하게 변화되는 환경에서도 시공성이 우수하며 시공 후 양생 시간이 짧은 개질 아스팔트 혼합물을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명의 일 양태는 80 ~ 150 ℃의 저온에서 시공이 가능하고, 아스팔트와 골재 간의 혼합성이 우수하며, 아스팔트 혼합물의 다짐성, 수분저항성, 균열저항성 등의 물리화학적 물성이 우수한 아스팔트 조성물을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 아스팔트, 점착성 수지, 하기 화학식 1로 표시되는 디메틸올 에틸렌 우레아 및 하기 화학식 2의 에틸렌 비스(스테아라미드)를 포함하는 중온화 아스팔트 조성물이다.
[화학식 1]
Figure 112019075899956-pat00001
[화학식 2]
Figure 112019075899956-pat00002
본 발명의 또 다른 양태는 골재 100 중량부에 대하여, 상기 일 양태에 따른 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하는 중온화 아스팔트 혼합물이다.
본 발명의 또 다른 양태는 a) 골재 100 중량부에 대하여, 상기 일 양태에 따른 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 혼합하여 중온화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및
b) 상기 중온화 아스팔트 혼합물을 포설하고 80 ~ 150 ℃에서 다짐하는 단계;
를 포함하는 중온화 아스팔트의 시공방법이다.
본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물은 골재와의 혼합이 우수하고, 저온에서 혼합이 잘 되며, 골재와 혼합된 아스팔트 혼합물을 시공 시 80 ~ 150 ℃, 보다 구체적으로 90 ~ 110 ℃의 저온에서 시공이 가능한 효과가 있다. 또한, 동절기 및 하절기 등과 같이 기온이 급격하게 변화하는 계절에 시공을 하여도 포장의 물성에 크게 영향이 없으므로 계절에 상관없이 물성이 우수한 아스팔트를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물을 골재 등과 혼합한 아스팔트 혼합물은 다짐성, 수분저항성, 균열저항성 등의 물리화학적 물성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물은 종래의 아스팔트의 혼합물 가공 시 발생되는 연료 손실과 이산화탄소 발생량을 크게 저감할 수 있으며, 동절기 등 포설 시공성 및 가공 공장과 현장의 이동 시간에 의한 열손실에도 대응이 가능한 아스팔트를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물은 스트레이트 아스팔트의 경우 혼합물의 제조 및 시공온도를 20 ℃ 이상 낮출 수 있고, 개질 아스팔트의 경우 30 ~ 40 ℃ 정도로 저하시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물은 시공 시 냉각 속도를 현저하게 단축하여 교통 혼잡 지역의 교통 개방 시간을 크게 단축하여 이로 인한 민원 발생 문제의 해결할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 발명에서 '아스팔트 조성물'은 아스팔트와 아스팔트의 시공온도를 낮추기 위한 개질제를 포함하는 혼합조성물을 의미한다.
본 발명에서 '아스팔트 혼합물'은 본 발명의 개질제가 포함된 ‘아스팔트 조성물’을 도로에 포설하기 위하여 골재 및 채움재 등과 혼합한 혼합물을 의미한다.
본 발명에서 ‘중온’이란 통상의 아스팔트 혼합물의 시공 및 포설 온도에 비하여 낮은 시공온도를 의미하며, 구체적으로 80 ~ 150 ℃에서 다짐이 가능한 아스팔트 혼합물을 의미한다.
본 발명의 발명자들은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 아스팔트 조성물에 특정한 구조의 첨가제를 사용함으로써 아스팔트 혼합물 제조 시 점도 및 반죽 질기 등의 물성을 조절할 수 있으며, 아스팔트 혼합물의 생산성, 작업성 및 성능을 개선할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 본 발명의 일 양태는 아스팔트, 점착성 수지, 하기 화학식 1로 표시되는 디메틸올 에틸렌 우레아 및 하기 화학식 2의 에틸렌 비스(스테아라미드)를 포함하는 중온화 아스팔트 조성물이다.
[화학식 1]
Figure 112019075899956-pat00003
[화학식 2]
Figure 112019075899956-pat00004
일 양태에서, 상기 점착성 수지는 로진, 송진, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.
일 양태에서, 상기 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 점착성 수지 1 ~ 50 중량부, 디메틸올 에틸렌 우레아 1 ~ 30 중량부 및 에틸렌 비스(스테아라미드) 1 ~ 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 골재 100 중량부에 대하여, 상기 일 양태의 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하는 중온화 아스팔트 혼합물이다.
일 양태에서, 상기 중온화 아스팔트 혼합물은 연화점이 70 ~ 100 ℃이고, 동적안정도가 800 (회/mm) 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 a) 골재 100 중량부에 대하여, 상기 일 양태의 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 혼합하여 중온화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및
b) 상기 중온화 아스팔트 혼합물을 포설하고 80 ~ 150 ℃에서 다짐하는 단계;
를 포함하는 중온화 아스팔트의 시공방법이다.
이하는 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 아스팔트 조성물에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 아스팔트 조성물은 아스팔트와 아스팔트의 저온시공성 및 골재 등과의 혼화성을 더욱 향상시키기 위한 기능성 첨가제들을 포함한다. 더욱 구체적으로 본 발명의 기능성 첨가제로써, 점착성 수지, 디메틸올 에틸렌 우레아 및 에틸렌 비스(스테아라미드)를 혼합하여 사용함으로써 이유는 알 수 없으나 저온 시공성이 매우 향상되고, 시공 후 계절 변화에 의한 노후가 적으며, 양생 시간을 단축시켜 교통 개방 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
일반적으로 아스팔트시멘트는 온도가 높으면 액체 상태가 되고, 저온에서는 매우 딱딱해지며, 아스팔트의 종류에 따라 이 감온성(感溫性)이 달라진다. 또 아스팔트는 가소성(可塑性)이 풍부하고 방수성, 전기절연성, 접착성 등이 크며, 화학적으로 안정한 특징을 가지고 있다. 따라서 통상 아스팔트 콘크리트의 시공 시 조성물을 160 ~ 200 ℃에서 혼합한 후, 시공 장소까지 이동시키고 포설을 하는 단계에서 조성물의 온도가 내려가 1차다짐 온도가 140 ~ 150 ℃ 정도에서 시공이 되고 있으며, 온도가 110 ℃ 이하로 내려가기 전에 빠른 시간에 시공을 해야 한다.
본 발명의 아스팔트 조성물은 이러한 통상의 시공온도 이하의 온도에서도 유동성을 가지므로 시공이 가능하도록 하며, 보다 구체적으로 80 ~ 150 ℃, 더욱 구체적으로 90 ~ 120 ℃에서 다짐이 가능한 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 양태에서 아스팔트는 천연 및 석유에서 나오는 아스팔트를 모두 포함할 수 있다. 상기 아스팔트(Asphalt)는 유기혼합물과 미량의 무기화합물 등이 포함된 수 천 종 이상의 고분자 탄화수소(CH)가 매우 복잡하게 구성된 흑색 또는 흑갈색 고체 또는 반고체의 열가소성 물질을 뜻하며 미국은 아스팔트 시멘트(Asphalt Cement), 유럽은 비트멘(Bitumen: 역청)으로 통용된다. 그 종류로는 레이크(Lake) 아스팔트, 록(Lock) 아스팔트, 샌드 아스팔트, 길소나이트 아스팔트, 그라하마이트 아스팔트, 글랜스피치 아스팔트 등의 천연 아스팔트, 스트레이트 아스팔트(KS M 2201), 아스팔트 시멘트(도로 포장용 아스팔트로 사용) 커트백 아스팔트 (KS M 2202), 유화 아스팔트 (KS M 2203), 블로운 아스팔트, 개질 아스팔트 등의 석유 아스팔트 및 타르(Tar)가 있으며, 상기 타르는 주로 석탄의 건류 과정에서 얻어지며 매우 특이한 냄새가 나는 것이 특징으로 흑색의 액체이며, 한국산업규격 KS M 2206 포장 타르로 정해져 있다
본 발명의 일 양태에서 상기 아스팔트는 통상적으로 사용되는 아스팔트라면 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로 예를 들면, 천연 아스팔트, 석유 아스팔트, 석유계 피치, 재생 아스팔트, 개질 아스팔트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 재생 아스팔트(Reclaimed Asphalt)는 폐아스콘(Reclaimed Asphalt Pavement)으로부터 추출되거나 폐아스콘 내에 남아있는 아스팔트를 의미한다.
또한, 상기 아스팔트는 KS F 2389에 따른 아스팔트 공용성 고온 등급이 46 ~ 82 ℃ 이고, 저온등급이 -10 ~ -40 ℃ 로 분류되는 것에서 선택되는 것일 수 있다. 또는 상기 아스팔트는 침입도가 60 ~ 100이고, 연화점이 42 ~ 52 ℃인 아스팔트인 것일 수 있다. 또는 침입도가 0 ~ 40이고, 연화점이 65 ~ 130 ℃인 아스팔트인 것일 수 있다. 상기 범위에서 해당 지역의 기후나 교통조건에 따라 적당한 등급의 아스팔트를 선정하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 개질 아스팔트는 고분자계 개질제 및 탄화수소계 개질제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 고분자계 개질제의 예로는 천연고무, 비닐클로라이드, 에틸렌메타크릴레이트, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸고무, 스티렌-부타디엔-러버 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리클로로프렌 고무 및 폐타이어 재생고무 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자계 개질제는 제한되는 것은 아니나 중량 평균 분자량이 30,000 ~ 500,000 g/mol인 것일 수 있다. 그 함량은 개질아스팔트 함량 중 0.1 ~ 20 중량%, 더욱 좋게는 1 ~ 10 중량%로 포함되는 것인 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄화수소계 개질제의 예로는 왁스계 아스팔트 첨가제, 천연 아스팔트, 석유계 피치 및 길소나이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄화수소계 개질제의 함량은 개질아스팔트 함량 중 0.1 ~ 20 중량%, 더욱 좋게는 1 ~ 10 중량%로 포함되는 것인 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서 점착성 수지(tackifier resin)는 아스팔트의 연화점을 낮추고, 동적 안정도 등의 물성을 향상시키기 위하여 사용하는 것으로, 디메틸올 에틸렌 우레아 및 에틸렌 비스(스테아라미드)와 혼합하여 사용 시 그 이유는 알 수 없으나 연화점이 더욱 현저히 낮아지며 동적 안정도가 더욱 우수하며, 수분저항성 및 균열저항성이 우수한 물성을 발현할 수 있다. 또한, 아스팔트와의 혼합성 및 용해성이 더욱 향상되어 장기 보관 안정성도 더욱 향상된다.
상기 점착성 수지는 공업적으로 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 로진, 송진, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 점착성 수지는 분자량 500 ~ 5,000 g/mol, 보다 구체적으로 1,000 ~ 4,000 g/mol 범위인 것을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 점착성 수지는 아스팔트 100 중량부에 대하여, 1 ~ 50 중량부, 더욱 구체적으로 5 ~ 40 중량부, 더욱 구체적으로 10 ~ 30 중량부를 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위에서 아스팔트 혼합물의 연화점, 동적 안정도, 수분저항성 및 균열저항성 등의 물성이 우수하므로 바람직하다.
본 발명의 일 양태에서 하기 화학식 1로 표시되는 디메틸올 에틸렌 우레아는 아스팔트 혼합물의 생산성, 작업성 및 성능을 개선하기 위하여 사용되는 것으로, 상기 점착성 수지 및 에틸렌 비스(스테아라미드)와 혼합하여 사용함으로써 그 효과가 발현된다.
[화학식 1]
Figure 112019075899956-pat00005
상기 디메틸올 에틸렌 우레아는 적용하는 대상에 따라 조절하여 사용할 수 있으므로 그 함량이 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 아스팔트 100 중량부에 대하여, 1 ~ 30 중량부, 더욱 구체적으로 5 ~ 25 중량부, 더욱 구체적으로 10 ~ 20 중량부를 사용할 수 있다. 상기 범위에서 아스팔트와의 혼화성이 우수하며, 목적으로 하는 아스팔트 혼합물의 생산성, 작업성 및 성능을 개선하는데 충분한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 하기 화학식 2의 에틸렌 비스(스테아라미드)는 아스팔트 혼합물의 생산성, 작업성 및 성능을 개선하기 위하여 사용되는 것으로, 상기 점착성 수지 및 디메틸올 에틸렌 우레아와 혼합하여 사용함으로써 그 효과가 발현된다.
[화학식 2]
Figure 112019075899956-pat00006
상기 에틸렌 비스(스테아라미드)의 함량은 적용하는 대상에 따라 조절하여 사용할 수 있으므로 그 함량이 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 아스팔트 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10 중량부, 더욱 구체적으로 2 ~ 8 중량부, 더욱 구체적으로 3 ~ 7 중량부를 사용하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 아스팔트와의 혼화성이 우수하며, 목적으로 하는 아스팔트 혼합물의 생산성, 작업성 및 성능을 개선하는데 충분한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 아스팔트 혼합물의 제 1 양태는 골재 및 상기 중온화 아스팔트 조성물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 아스팔트 혼합물의 제 2 양태는 골재, 상기 중온화 아스팔트 조성물, 보강수지, 다공성 무기재료 및 섬유보강제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 아스팔트 혼합물의 제 3 양태는 상기 제 1 양태 또는 제 2 양태의 아스팔트 혼합물에 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 골재는 천연골재, 순환골재 및 이들의 혼합골재를 사용하는 것일 수 있다. 상기 순환골재는 예를 들면 건설폐기물 및 철강 슬래그 등의 산업 폐기물 및 폐아스콘(Reclaimed Asphalt Pavement)으로부터 얻어진 골재로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 천연골재와 순환골재의 혼합골재는 천연골재 30 ~ 99.9 중량% 및 순환골재 0.1 ~ 70 중량%를 포함하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
골재의 함량 및 크기는 시공하고자 하는 포장의 종류와 공극율, 시공하고자 하는 노면의 지반조건, 기상조건, 교통량 및 차선의 수 등에 따라 결정되는 것이므로 제한되지 않는다. 상기 골재는 시공하고자 하는 포장의 종류에 따라 굵은 골재, 잔골재 등을 혼합하여 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 중온화 아스팔트 조성물은 앞서 설명한 바와 같으며, 골재 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부, 더욱 구체적으로 5 ~ 40 중량부, 더욱 구체적으로 10 ~ 30 중량부를 사용한다. 상기 범위에서 목적으로 하는 저온 시공성 및 다짐성, 수분저항성, 균열저항성 등의 물리화학적 물성이 우수한 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있으므로 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 아스팔트 혼합물은 보강수지를 포함함으로써 골재의 표면과 아스팔트가 화학적으로 결합되어 골재의 탈리가 발생하는 것을 방지하고, 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 보강수지는 재생수지를 사용하는 것도 가능다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 스티렌계 수지는 발포폴리스티렌(EPS)을 용융 압출한 펠렛 또는 이를 분쇄한 분말을 사용하는 것일 수 있다.
상기 에틸렌계 수지로는 선형저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌초산비닐공중합수지, 폴리(메타)아크릴수지 등에서 선택된 어느 하나 이상의 열가소성수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 혼합비율은 조절하고자 하는 물성에 따라 혼합비율을 달리 조절하여 사용할 수 있으며, 유동성을 개선하기 위한 목적에서는 선형저밀도폴리에틸렌 30 ~ 60 중량%와 고밀도폴리에틸렌 40 ~ 70 중량%을 혼합하여 사용할 수 있다.
더욱 구체적으로 상기 보강수지는 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지 및 에틸렌비닐아세테이트수지를 동일 비율로 혼합하여 사용하는 것일 수 있으며, 이와 같이 혼합하여 사용함으로써 아스팔트 혼합물의 강도, 내구성, 다짐성, 수분저항성, 균열저항성 등의 물리화학적 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 보강수지의 함량은 골재 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 1.0 중량부, 더욱 구체적으로 1 내지 8 중량부, 더욱 구체적으로 2 내지 7 중량부를 사용할 수 있으며, 상기 범위에서 아스팔트와 골재간의 혼합성을 향상시키고, 아스팔트의 물리적인 물성을 향상시키기에 충분하므로 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 아스팔트 혼합물은 다공성 무기재료를 포함하며, 상기 다공성 무기재료를 포함함으로써 아스팔트 시공 후 다공성 물질이 수분을 함유하고 있게 되므로 아스팔트 포장체의 온도를 낮출 수 있으며, 시공 후 포장체의 온도를 낮추어 빠른 교통 개방이 가능하도록 할 수 있다. 또한 여름철에 발생하는 열섬(Heat Island) 현상을 방지하고, 아스팔트의 잠열(복사열)을 방지할 수 있는 효과가 있다. 구체적으로 예를 들면, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 다공성 무기재료의 함량은 골재 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 20 중량부, 더욱 구체적으로 1 ~ 15 중량부, 더욱 구체적으로 5 ~ 10 중량부를 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 함량 범위에서 아스팔트 조성물의 강도를 유지하면서 목적으로 하는 기능을 발현하기에 충분한 함량이므로 바람직하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 아스팔트 혼합물은 섬유보강제를 포함함으로써 소성변형을 방지하고, 아스팔트의 내구성을 더욱 높이며, 골재와 아스팔트 간의 접착력 및 골재의 피복 두께를 증진시킬 수 있다.
상기 섬유보강제로는 셀룰로오스섬유, 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오로에틸렌계 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 섬유 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유를 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 셀룰로오스섬유를 사용하며, 셀룰로오스 섬유는 표면에 많은 공극을 가지고 있어 다량의 아스팔트 흡수능력으로 아스팔트의 흘러내림 및 골재의 피복 두께를 증진시켜주는 역할을 하며, 포설작업 후 온도가 내려감에 따라 골재간의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라 피로균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 섬유보강제의 함량은 골재 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 0.5 중량부, 더욱 구체적으로 0.2 ~ 0.4 중량부를 사용하는 것일 수 있으며, 상기 범위에서 조성물의 점도를 급격하게 증가시키지 않는 범위에서 목적으로 하는 물성을 발현하기에 적합하므로 바람직하다.
본 발명의 중온화 아스팔트 혼합물은 연화점이 70 ~ 100 ℃, 더욱 구체적으로 80 ~ 95 ℃이고, 동적안정도가 800 회/mm 이상, 더욱 구체적으로 800 ~ 1000 회/mm 이다. 또한 수분저항성이 50 % 이상, 더욱 구체적으로 50 ~ 80 %이며, 균열저항성이 17000 N이상, 더욱 구체적으로 17000 ~ 20000 N인 물성을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 중온화 아스팔트 혼합물은 80 ~ 150 ℃에서 다짐 가능하며, 더욱 구체적으로 90 ~ 120 ℃에서 다짐 가능하며, 70 ℃ 미만의 온도에서 교통개방이 가능하다.
다음으로 본 발명의 중온화 아스팔트 조성물을 이용한 중온화 아스팔트의 시공방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 아스콘은 중온, 즉 통상의 아스콘 포설 온도보다 낮은 온도인 80 ~ 150 ℃, 더욱 구체적으로 90 ~ 120 ℃에서도 시공이 가능한 유동성을 갖으며, 이러한 특성에 따라 휘니셔를 사용하지 않고 인력포설을 하는 경우에도 충분한 1차다짐을 할 수 있다.
시공방법을 구체적으로 설명하면,
a) 골재 100 중량부에 대하여, 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 혼합하여 중온화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및
b) 상기 중온화 아스팔트 혼합물을 포설하고 80 ~ 150 ℃에서 다짐하는 단계;
를 포함한다.
상기 a)단계에서 혼합은 100 ~ 150 ℃, 더욱 구체적으로 110 ~ 140 ℃에서 수행하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 열화가 발생하지 않으며, 균일하고 고르게 혼합이 가능할 수 있으므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 b)단계 후 c) 상온에서 양생하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 필요에 따라 상기 c) 단계 후, 미끄럼 저항성을 갖는 아크릴(MMA)계 또는 변성 불포화 폴리에스터계의 유색 박막 코팅 조성물을 도포하는 단계;를 더 추가하는 것도 가능하다. 이때 상기 유색 박막 코팅 조성물의 도포 시 화력발전소 석탄재 부산물, 플라이애쉬, 펄라이트, 제올라이트 등의 다공성 무기재료 또는 상기 다공성 재료를 응집시켜서 소성한 후 분쇄한 차열기능을 갖는 골재를 혼합하여 살포하거나, 또는 상기 유색박막코팅조성물의 도포 후 그 상부에 화력발전소 석탄재 부산물, 플라이애쉬, 펄라이트, 제올라이트 등의 다공성 무기재료 또는 상기 다공성 재료를 응집시켜서 소성한 후 분쇄한 차열기능을 갖는 골재를 살포한다.
상기 차열기능을 갖는 골재는 소성과정을 통하여 다공성을 극대화한 것으로, 소성 전에 비하여 내마모성이 향상된다. 또한 상기 차열기능을 갖는 골재로서 발포골재, 바텀애쉬 등도 포함된다. 그 크기는 입경이 0.1 ~ 10mm 정도인 것을 사용할 수 있다. 상기 유색 박막 코팅 조성물에 사용되는 수지바인더로는 아크릴계수지를 사용하는 것이 아스팔트와의 접착성이 우수해지므로 상층 강화부가 하부와 분리되지 않도록 고정시켜주는 역할을 할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하 물성은 하기 측정방법으로 측정을 하였다.
1) 아스팔트와 골재간의 혼합성
AASHTO T 195-11 Standard Method of Test for Determining Degree of Particle Coating of Asphalt Mixtures 실험방법을 기준으로 하였다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예의 아스팔트 혼합물을 125 ℃에서 2분간 혼합한 후, 9.5mm의 체로 걸러 체에 남은 굵은 골재의 총량을 기준으로 하여 코팅된 골재의 비율을 측정하였다. 품질규격은 95 % 이상이다.
2) 아스팔트 혼합물의 다짐성
NCHRP Report 691 Mix Design Practices for Warm mix Asphalt에서 언급된 선회다짐기(SGC)를 활용한 다짐성(Compactability) 시험 방법을 기준으로 하였다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예의 아스팔트 혼합물을 125 ℃에서 2분간 혼합한 후, 지름 101.6mm의 몰드에 넣고 115 ℃에서 선회다짐기를 사용하여 공극이 7% 될 때까지의 다짐수를 측정하였다.
3) 수분저항성(동적수침후 골재 피복률, %)
EN-12697-11 Determination of the affinity between aggregate and bitumen 실험방법을 기준으로 하였다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예에 기재된 골재 중 11.2~8mm 사이의 골재 510g과 아스팔트 조성물 16g을 실시예 및 비교예에 기재된 혼합 온도에서 3분간 혼합하여 상온에서 냉각 후 이중 150g의 시료를 취하여 물이 들어 있는 시험용 유리병에 넣고 분당 60회의 속도로 24시간 회전시켜 준 후 아스팔트가 골재에 피복된 량을 육안으로 평가하였다.
4) 균열저항성(마샬흐름값, 1/100cm)
KS F 2337 마샬시험기를 사용한 아스팔트 혼합물의 마샬안정도 및 흐름값 시험방법을 기준으로 하였다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예의 아스팔트 혼합물을 165 ℃에서 2분간 혼합 후 지름 101.6mm의 몰드에 넣고 145 ℃에서 양면 75회 다짐하여 시편을 제조한 다음 마샬흐름값을 측정하여 비교하였다.
5) 공극율
다져진 아스팔트 혼합물의 용적 중 공극이 차지하는 용적을 백분율로 나타낸 것으로 공시체의 실측 밀도와 이론최대밀도(KS F 2366)를 시험법에 따라 구한 뒤에 계산하였다.
6) 동적안정도
동적안정도는 휠트랙킹실험(KS F 2374)방법에 따라 60 ℃에서 300mm× 300mm× 50mm의 공시체에 접지압 6.4kg/㎠의 힘을 바퀴로 가하여 패임깊이당 왕복회수(회/mm)를 측정하였으며, 그 수치가 높을수록 동적안정도가 우수하다는 것을 나타내는 것으로 변형이 적다는 것을 의미한다. 품질규격은 750 회/mm 이상이다.
7) 연화점
고온에서 아스팔트의 내유동성의 정도를 판별하기 위한 실험으로, 연화점이 높다는 것은 아스팔트 재료의 점성이 크다는 것을 의미하며, 여름철과 같은 높은 온도에서 아스팔트 혼합물이 교통차량의 하중을 받게 될 때 소성변형이 발생하는 온도를 의미한다. 이는 KS M 2250(환구법)의 방법에 따라 실험하였다.
[실시예 1]
1) 아스팔트 조성물의 제조
침입도가 60~80인 일반 아스팔트(AP-5)를 헨셀믹서로 1500 rpm으로 교반하면서 140 ℃로 예열한 후, 3000 rpm으로 유지하면서 상기 아스팔트 100 중량부에 대하여, C9계 석유수지의 점착성 수지 30 중량부, 디메틸올 에틸렌 우레아 10 중량부 및 에틸렌 비스(스테아라미드) 5 중량부를 순차적으로 투입하고 교반온도를 140 ℃로 유지하며 30분 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 제조하였다.
2) 아스팔트 혼합물 및 시편의 제조
WC-3입도를 만족하며, KS F 2357에 따른 골재 규격을 만족하는 화강암 및 KS F 3501에 따른 채움재 규격을 만족하는 석회석 채움재의 혼합물로 이루어진 골재 100 중량부에 대하여, 상기 제조된 아스팔트 조성물 5 중량부, 저밀도폴리에틸렌 보강수지 0.5 중량부, 플라이애쉬 5 중량부 및 셀룰로오스 섬유보강제 0.3 중량부를 첨가한 후, 150 ℃에서 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
상기 제조된 아스팔트 혼합물을 이용하여 100 ℃에서 다짐하여 시편을 제조하였으며, 유동성 및 다짐성이 우수한 것으로 확인되었다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2 내지 6]
하기 표 1과 같이 함량을 조절하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
하기 표 2와 같이 함량을 조절하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
즉, 아스팔트 조성물 제조 시 디메틸올 에틸렌 우레아 및 에틸렌 비스(스테아라미드)를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 2]
하기 표 2와 같이 함량을 조절하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
즉, 아스팔트 조성물 제조 시 점착성 수지 및 에틸렌 비스(스테아라미드)를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 3]
하기 표 2와 같이 함량을 조절하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
즉, 아스팔트 조성물 제조 시 점착성 수지 및 디메틸올 에틸렌 우레아를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 4]
실시예 1에서, 아스팔트 조성물 제조 시 디메틸올 에틸렌 우레아 및 에틸렌 비스(스테아라미드)를 사용하지 않고, 대신에 왁스계 타입의 첨가제(SASOL, Sasobit)를 하기 표 2의 함량으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시편을 제조하였다.
시편의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
함량
(중량부)		 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
아스팔트 조성물 아스팔트 100 100 100 100 100 100
점착성 수지 20 20 20 20 30 50
디메틸올 에틸렌 우레아 2 10 20 30 10 10
에틸렌 비스(스테아라미드) 3 10 10 10 10 10
왁스계 첨가제 - - - - - -
아스팔트 혼합물 골재 100 100 100 100 100 100
아스팔트 조성물 5 5 5 5 5 5
보강수지 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
다공성 무기재료 5 5 5 5 5 5
섬유보강제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
물성 혼합성(%) 95.5 99.8 100 100 100 100
다짐성
(회)		 17.1 13.5 12.9 12.6 12.2 14.5
다짐온도
(℃)		 100 100 100 100 100 100
수분저항성(%) 50 55 60 65 65 70
균열저항성(N) 17,860 17,960 18,120 18,250 18,630 18,550
공극율(%) 4.2 4.3 4.4 4.4 4.4 4.3
동적안정도
(회/mm)		 860 950 980 980 995 920
연화점
(℃)		 80 85 90 90 90 89
함량
(중량부)		 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
아스팔트 조성물 아스팔트 100 100 100 100
점착성 수지 20 - - 20
디메틸올 에틸렌 우레아 - 10 - -
에틸렌 비스(스테아라미드) - - 10 -
왁스계 첨가제 - - - 5
아스팔트 혼합물 골재 100 100 100 100
아스팔트 조성물 5 5 5 5
보강수지 0.5 0.5 0.5 0.5
다공성 무기재료 5 5 5 5
섬유보강제 0.3 0.3 0.3 0.3
물성 혼합성(%) 90.5 91.5 91.8 97.8
다짐성
(회)		 19.9 19.5 19.5 13.8
다짐온도
(℃)		 150 120 120 120
수분저항성(%) 5 10 10 5
균열저항성(N) 15,120 15,520 15,880 15,320
공극율(%) 5.7 5.8 5.8 5.5
동적안정도
(회/mm)		 500 510 530 1500
연화점
(℃)		 70 72 72 72
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 아스팔트 조성물을 사용한 실시예 1 내지 6에서 함량이 증가함에 따라 골재에 코팅되는 코팅율이 증가함으로써 아스팔트와 골재 간의 혼합성이 향상되고, 다짐횟수가 감소하는 것을 확인하였으며, 동적안정도가 증가하는 것을 확인하였다. 동적안정도의 경우 점착성 수지의 함량이 증가하는 경우 약간 감소하였으나 품질 기준에는 만족할만한 수준이었다.
또한, 표 2에서 보는 바와 같이, 어느 한 성분만을 사용한 비교예 1 내지 3에 비하여, 실시예 1 내지 6의 모든 물성이 크게 향상됨을 확인하였다.
또한, 통상적으로 중온화 첨가제로 알려진 왁스계 타입의 첨가제(SASOL, Sasobit)를 사용한 비교예 4와 동일한 함량으로 첨가제를 사용한 실시예 1을 비교하였을 때, 동등 유사한 물성을 발현하였으며, 특히, 실시예에서 연화점이 더욱 높고, 공극율이 낮으며, 균열저항성이 높고, 수분저항성이 크게 증가하며, 다짐온도가 낮아짐을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 아스팔트 100 중량부에 대하여, 점착성 수지 1 ~ 50 중량부, 하기 화학식 1로 표시되는 디메틸올 에틸렌 우레아 1 ~ 30 중량부 및 하기 화학식 2의 에틸렌 비스(스테아라미드) 1 ~ 10 중량부를 포함하는 중온화 아스팔트 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112020014673311-pat00007

    [화학식 2]
    Figure 112020014673311-pat00008
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 점착성 수지는 로진, 송진, C5계 석유수지, C9계 석유수지, 디시클로펜타디엔계 수지 및 이들의 무수말레인산에 의한 변성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 중온화 아스팔트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    아스팔트 100 중량부에 대하여, 점착성 수지 20 ~ 50 중량부, 디메틸올 에틸렌 우레아 2 ~ 30 중량부 및 에틸렌 비스(스테아라미드) 3 ~ 10 중량부를 포함하는 것인 중온화 아스팔트 조성물.
  4. 골재 100 중량부에 대하여, 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하는 중온화 아스팔트 혼합물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 중온화 아스팔트 혼합물은 연화점이 70 ~ 100 ℃이고, 동적안정도가 800 회/mm 이상인 중온화 아스팔트 혼합물.
  6. a) 골재 100 중량부에 대하여, 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 중온화 아스팔트 조성물 1 ~ 50 중량부, 스티렌계 수지, 에틸렌계 수지, 에틸렌비닐아세테이트수지에서 선택되는 어느 하나 이상의 보강수지 0.1 ~ 1.0 중량부, 플라이애쉬, 바텀애쉬 및 석탄재 부산물에서 선택되는 어느 하나 이상의 다공성 무기재료 0.1 ~ 20 중량부 및 섬유보강제 0.1 ~ 0.5 중량부를 혼합하여 중온화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 중온화 아스팔트 혼합물을 포설하고 80 ~ 150 ℃에서 다짐하는 단계;
    를 포함하는 중온화 아스팔트의 시공방법.
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