KR102420637B1 - 시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아스팔트 포장시공방법 - Google Patents

시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아스팔트 포장시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차도, 자전거 등의 도로에 적용되는 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 도로를 포장 시공하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 시인성뿐만 아니라 미끄럼 방지성이 우수하면서도 기계적 물성이 우수한 최적 조성 및 조성비를 가지는 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 도포 포장 시공 방법에 관한 것이다.

Description

시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아스팔트 포장시공방법{Water permeable asphalt concrete packaging materials having improved visibility and slip-resistance, Manufacturing method thereof and Construction method for asphalt pavement using the same}
본 발명은 시인성뿐만 아니라 미끄럼 방지성이 향상된 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 차도, 자전거 등의 도로에 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 시공하는 방법에 관한 것이다.
아스팔트는 석유의 성분 중 휘발성 유분이 대부분 증발하고 난 후의 잔류물로서, 고온에서는 점성이 높은 액체 또는 반고체 상태를 유지하지만, 상온 이하의 온도에서는 딱딱하게 굳어지는 물성을 가지고 있다.
또한, 아스팔트는 가소성이 풍부하고 방수성, 전기절연성, 접착성이 크며, 화학적으로 안정한 특징을 가지고 있기 때문에 도로포장재나 방수재 등의 건축 재료에 널리 적용되고 있다.
최근 배수성 및 흡음성 등의 기능을 중시한 도로 포장에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 버스전용차선 등의 보급 확대에 따른 도로 식별 및 경관과 차선의 명확화, 차량 유도성 등의 기능을 갖는 컬러 아스팔트의 포장이 주목 받고 있다. 즉, 강우시에는 도로에서의 배수성을 높여 물이 튀는 것을 방지하여 시야의 확보성을 향상시키고, 교통소음을 저감시켜 교통안전과 도로의 환경보전에 대한 도로포장이 사회적으로 강하게 요구되고 있다.
이와 같이 포장도로의 안정성을 위해 도로의 저소음과 배수성을 향상시키는 다양한 방법들이 강구되고 있으며, 이러한 방안의 일환으로 특허출원된 내용들을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제1999-0085214호에 최대직경이 19mm 이하이고 4.75mm인 조골재의 중량비 65∼89％와, 직경이 0.075mm 이하이며 미립자의 중량비 2∼7％ 및 직경이 0.075∼4.75mm인 세골재의 중량비 9∼28％를 혼합하여 구성한 아스팔트 혼합물에 섬유질인 첨가제의 중량비 0.5∼0.7％와, 결합재인 기존의 아스팔트 중량비로 5∼7％를 상기의 혼합물에 첨가하여 다진 후 공극율이 15％ 이상 되도록 구성된 식물성 섬유가 첨가된 배수성 아스팔트 혼합물이 공개된 바 있다. 그러나 상기와 같은 배수성 아스팔트 혼합물들을 사용한 포장도로는 표층의 공극률 저하로 우천시 차도용 도로의 배수기능의 떨어져 도로의 노면에 잔존하는 빗물에 의해 차량 운전시 물 튀김, 물보라 등으로 시야 확보에 어려움이 있고, 고속 주행시 발생하는 수막현상, 미끄럼 저항성, 노면의 난반사 등으로 인한 안전성 확보가 충분하지 못한 문제점이 있었다.
또한, 기존 아스팔트 컬러 포장재는 외력에 의한 유실 발생이 크고, 내후성에 약해 보수를 자주해야 하고 이로 인한 폐기물 발생량이 많은 문제가 있었다.
한국 등록특허번호 10-0577399호 (공고일 2006.05.08) 한국 공개특허번호 10-1999-0085214호 (공개일 1999.12.06)
본 발명은 주간, 야간뿐만 아니라 우천시에도 시인성이 우수하며, 미끄럼 방지성이 우수하면서도, 우수한 투수성을 가지고, 외부 충격에 의한 포장재 성분의 탈리, 파손을 최소화할 수 있는 투수성 아스팔트 컬러 포장재, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 도로에 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 시공 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 포함한다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 80 ~ 90℃ 하에서 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 투수성 아스팔트 컬러 포장재로 도로 포장을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 100 ~ 140℃ 로 가열한 후, 가열된 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 노면에 포설한 후, 다짐작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재로 시공(포장)된 도로는 주간, 야간뿐만 아니라, 우천시에도 시인성이 우수하며, 적정한 투수성을 가지면서도 미끄럼 방지 효과가 우수하다. 또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 100℃ 미만인 80 ~ 90℃에서도 잘 혼합되므로 제조 조건이 온화하며, 150℃ 미만에서 시공이 가능하기 때문에 기존 160 ~ 180℃의 고온에서 포장하는 가열 아스팔트 포장법에 비해 온실가스 및 유해가스가 발생이 적어서 친환경적이며, 시공이 용이하다. 이러한, 본 발명은 차도, 자전거 등의 도로의 아스팔트 포장재로 적용될 수 있으며, 기존 도로 노면의 물성 보강용 바닦재(또는 도로 표면 물성 강화재)로 적용될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재(이하, "컬러 포장재"로 칭함)는 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 포함한다.
[아스팔트 콘크리트]
본 발명의 컬러 포장재 조성 중 상기 아스팔트 콘크리트는 혼합 아스팔트, 개질제, 재생순환용 골재, 잔골재, 무기물 충진제 및 안료를 포함한다.
아스팔트 콘크리트 성분 중 상기 혼합 아스팔트는 유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 포함하며, 바람직하게는 유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 1 : 2 ~ 3 중량비로, 더욱 바람직하게는 유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 1 : 2.2 ~ 2.8 중량비로 포함하는 것이 컬러 포장재의 시공성, 기계적 물성 측면에서 유리하다.
그리고, 상기 개질제는 컬러 포장재를 구성하는 조성의 소성 흐름에 대한 저항력 향상 및 골재 탈리 저항성, 침입도, 탄성회복율 등을 향상시켜서, 시공(포장)된 아스팔트의 균열 발생 등을 방지하는 역할 및 아스팔트 컬러 포장재가 150℃ 이하의 온도에서 열융착 시공이 가능토록 하는 역할을 하는 것으로서, 중량평균분자량 20,000 ~ 50,000인 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 85 ~ 95 중량% 및 잔량의 유동화제를 포함하며, 바람직하게는 중량평균분자량 30,000 ~ 48,000인 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 88 ~ 94 중량% 및 잔량의 유동화제를 포함할 수 있다.
개질제 성분 중 상기 유동화제는 실록산 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 하이드록실 작용기를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 디실록산 화합물을 사용하는 것이 좋다.
[화학식 1]
Figure 112021072407311-pat00001
화학식 1에 있어서, 상기 R1은 C1~C5의 직쇄형 알킬렌기이고, 바람직하게는 R1은 C2~C3의 직쇄형 알킬렌기이다. 그리고, 상기 R2는 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 R2는 C1~C2의 직쇄형 알킬기이다. 또한, 상기 R3 및 R4은 각각은 독립적으로 수소원자 또는 메틸기이며, 바람직하게는 수소원자이다.
상기 개질제의 사용량은 상기 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여, 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 5 ~ 13 중량부, 더욱 바람직하게는 5.0 ~ 8.0 중량부이며, 개질제 사용량이 5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 충분한 개질제 사용 효과를 미비할 수 있고, 15 중량부를 초과하면 오히려 포장된 탄성회복율 등의 아스팔트의 물성이 저하될 수 있고, 아스팔트 콘크리트의 점도가 너무 높아져서 다른 조성과의 혼화성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
아스팔트 콘크리트 성분 중 재생순환용 골재는 폐아스팔트 콘크리트로부터 수득된 순환골재를 재생하여 사용한 것으로서, 입경 2.5 ~ 5.0 mm인 것을, 바람직하게는 입경 2.5 ~ 4.0 mm인 것을 사용하는 것이 좋다. 재생순환용 골재의 사용량은 상기 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여 70 ~ 100 중량부, 바람직하게는 70 ~ 90 중량부, 더욱 바람직하게는 70 ~ 80 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 상기 재생순환용 골재 사용량이 70 중량부 미만이면 포장된 컬러 포장재의 투수성이 다소 떨어질 수 있고, 100 중량부를 초과하여 사용하면 포장된 컬러 포장재의 기계적 물성이 낮은 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 아스팔트 콘크리트 성분 중 상기 잔골재는 일반적으로 잔골재는2.5㎜ 체를 통과하고 0.08㎜(No. 200)체에 남는 골재를 의미하며, 본 발명에서 상기 잔골재는 KS F 2357 규격에 따른 암석, 자갈 등을 깨어 얻어진 부순 모래(스크리닝스), 자연 모래 또는 이들의 혼합물로서, 먼지, 점토, 유기물 등의 유해물질을 함유하지 않는 것을 사용할 수 있다. 잔골재의 사용량은 상기 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여 100 ~ 150 중량부, 바람직하게는 100 ~ 130 중량부, 더욱 바람직하게는 100 ~ 120 중량부이며, 잔골재 사용량이 100 중량부 미만이면 포장된 컬러 포장재의 기계적 물성이 낮은 문제가 있을 수 있고, 잔골재 사용량이 150 중량부를 초과하면 오히려 투수성이 부족할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 아스팔트 콘크리트 성분 중 상기 무기물 충진제는 포장된 컬러 포장재의 내충격성, 내마모성 등의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 실리카 샌드 및 용융 알루미나 샌드를 혼합하여 사용하는 것이, 바람직하게는 실리카 샌드 및 용융 알루미나 샌드를 1 : 0.5 ~ 1.0 중량비로 혼합하여 좋다. 그리고, 무기물 충진제의 사용량은 상기 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여 30 ~ 45 중량부, 바람직하게는 35 ~ 45 중량부, 더욱 바람직하게는 35 ~ 42 중량부이며, 상기 범위 내로 사용하는 것이 다른 성분들과의 혼화성, 시공성, 가격 경제성 및 적정 물성 향상 측면에서 유리하다.
아스팔트 콘크리트 성분 중 상기 안료는 아스팔트 및/또는 콘크리트 등 제조, 시공에 사용되는 일반적인 유색안료 및/또는 축광안료를 사용할 수 있다. 그리고, 안료 사용량은 안료 2 ~ 10 중량부를, 바람직하게는 2.5 ~ 8.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 8.0 중량부 정도를 사용하는 것이 좋다.
앞서 설명한 아스팔트 콘크리트를 이용한 본 발명의 컬러 포장재의 다른 성분에 대해 설명한다.
본 발명의 컬러 포장재는 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 포함한다.
컬러 포장재 조성 중 상기 투수성 향상 골재는 아스팔트 콘크리트 내 재생순환용 골재와 함께 컬러 포장재의 적정 투수성 확보를 위해 사용하며, 외부 충격으로부터 충격 흡수를 하여 컬러 포장재의 크랙 발생 등의 파손을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 재생순환용 골재 보다 투수성 조절에 상대적으로 더 큰 역할을 한다. 본 발명에서 상기 투수성 향상 골재로는 입경 50 ~ 150 ㎛인 우레탄 칩을, 바람직하게는 입경 50 ~ 120 ㎛인 우레탄 칩을 사용하며, 상기 우레탄 칩은 경화성 우레탄을 분쇄하여 제조한 것이다.
그리고, 투수성 향상 골재의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 1.5 ~ 4.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 투수성 향상 골재 사용량이 1 중량부 미만이면 그 사용량이 적어서 이의 사용으로 인한 시공된 컬러 아스팔트의 투수성 증대 효과가 미비할 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 과량 사용으로 투수성은 좋으나, 시공된 컬러 아스팔트의 기계적 강도가 약하여 장기수명 안정성이 부족한 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 경화성 우레탄은, 고분자량 및 저분자량 폴리에테르 폴리올을 1 : 1.5 ~ 2.0 중량비로 포함하는 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 수분반응방지제, 가교제, 촉매 및 정포제를 포함하는 혼합물;과 디이소시아네이트;를 반응시켜 제조할 수 있다.
폴리에테르폴리올 성분 중 상기 저분자량 폴리에테르 폴리올은 폴리옥시(C2 ~ C3 알킬렌)글리콜을 포함하고, 바람직하게는 중량평균분자량 250 ~ 300인 폴리옥시에틸렌글리콜을 사용할 수 있다.
폴리에테르폴리올 성분 중 상기 고분자량 폴리에테르 폴리올은 수산기가 50 ~ 150 mg KOH/g 및 관능기가 2 ~ 3인 폴리옥시알킬렌 트리올을, 바람직하게는 수산기가 100 ~ 130 mg KOH/g 이고, 관능기가 2 ~ 3인 폴리옥시(C5 ~ C7의 알킬렌)트리올을 포함할 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올의 함량은 폴리에스테르 폴리올, 수분반응방지제, 가교제, 촉매 및 정포제를 제외한 혼합물 100 중량% 중 나머지 잔량이다.
그리고, 상기 폴리에스테르 폴리올은 우레탄 칩의 소수성 증대 및 강도 증가 역할을 하는 것으로서, 관능기 2.0 ~ 2.5 및 수산기 300~400mg KOH/g 인 폴리에스테르 폴리올을 포함할 수 있다. 일례를 들면, A사의 상품명 POL-1005, POL-3001 등을 사용할 수 있다. 그리고, 폴리에스테르 폴리올의 함량은 혼합물 전체 중량 중 2 ~ 4 중량%, 바람직하게는 2.5 ~ 3.8 중량%이며, 2 중량% 미만이면 그 사용량이 적어서 이를 사용한 소수성 증대 및/또는 강도 증대 효과가 미비하고, 4 중량%를 초과 사용하면 우레탄 칩이 수축 현상이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
혼합물 중 상기 수분반응방지제는 우레탄 칩이 컬러 포장재에 스며드는 수분, 물 등에 대한 우레탄 칩의 변성을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 캐스터 오일 및/또는 옥수수 오일을 사용할 수 있다. 그리고, 수분반응방지제의 함량은 혼합물 중 14 ~ 18 중량%, 바람직하게는 15 ~ 18 중량%, 더욱 바람직하게는 15 ~ 17 중량%를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 가교제는 에틸렌글리콜, 트리에탄올아민, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올 및 1,6-시클로헥산디올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 가교제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 3 ~ 6 중량%, 바람직하게는 4.0 ~ 5.5 중량%, 더욱 바람직하게는 4.0 ~ 4.8 중량%이며, 3 중량% 미만으로 사용시 우레탄 칩의 기계적 강도가 낮은 문제가 있을 수 있고, 6 중량% 초과하여 사용하면 우레탄 반응이 지연되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 촉매는 3급 아민계 촉매 및 유기금속계 촉매 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 트리에틸아민, 트리에틸디아민, 에틸렌디아민 등의 트리알킬아민 및 4-디메틸아미노피리딘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 3급 아민계 촉매를 사용할 수 있다. 그리고, 촉매 함량은 혼합물 전체 중량 중 1.0 ~ 1.8 중량%, 바람직하게는 1.0 ~ 1.5 중량%가 적절하며, 1.8 중량%를 초과하여 사용하면 우레탄 칩 제조를 위한 우레탄 발포가 급격하게 되어 기계적 물성이 너무 낮아서 투수성 향상 골재로 사용하기에 부적합할 수 있다.
또한, 상기 정포제는 우레탄 칩의 내 미세 셀의 적정 셀 균일성, 형태 유지 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 정포제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 글리콜 코폴리머(silicon glycol copolymer), 폴리실록산 에테르(polysiloxane ether) 등의 실리콘계 정포제를 사용할 수 있으며, 구체적인 일례를 들면, Union Carbicle사의 L-540, L-5340, L-5420 등이 있다. 그리고, 정포제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 1.0 ~ 3.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ~ 2.0 중량%, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 1.8 중량%이며, 정포제 함량이 1.0 중량% 미만이거나, 3.0 중량%를 초과하면 우레탄 칩 내 셀 균일성 및 형태 유지성이 부족하여, 제조된 우레탄 칩이 투수성 향상 골재로서 부적합할 수 있으므로, 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 디이소시아네이트는 다이페닐메테인디이소시아네이트(MDI), 변성 MDI, 폴리머릭 MDI 및 톨루엔디이소시아네이트(TDI) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 다이페닐메테인디이소시아네이트(MDI) 및 NCO 함량 32.0~35.0%인 변성 MDI 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
앞서 설명한 혼합물과 상기 디이소시아네이트를 혼합한 후, 발포제로서 물을 투입하여 발포시켜서 우레탄 발포체를 제조한 후, 이를 분쇄하여 입경 50 ~ 120 ㎛인 우레탄 칩을 제조할 수 있다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 상기 강도증진제는 컬러 포장재 간 결합력을 증대시켜서 컬러 포장재의 강도를 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.
그리고, 강도증진제의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여, 3 ~ 5 중량부, 바람직하게는 3.2 ~ 4.5 중량부, 더욱 바람직하게는 3.5 ~ 4.0 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 강도증진제 사용량이 3 중량부 미만이면 이의 사용으로 인한 포장재 조성물간 결합력 증대 효과가 미비하여 강도 증진 효과가 없을 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 컬러 포장재의 점성을 증가시켜 시공성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 상기 재귀반사재는 컬러 포장재의 주야간 시인성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 티타늄 디옥사이드(TiO2) 분말 및 글라스비드(glass bid) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 TiO2 분말 5 ~ 10 중량% 및 나머지 잔량의 글라스비드가 되도록 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 TiO2 분말은 당업계에서 구입할 수 있는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 백도 96 이상 및 입경 10 ~ 50 ㎛인 TiO2 분말을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 글라스비드는 높은 시인성 확보 측면 및 컬러 포장재의 적정 투수성 측면에서 굴절률 1.80 ~ 2.50및 입경 50 ~ 120 ㎛인 것을, 바람직하게는 굴절률 2.00 ~ 2.40및 입경 60 ~ 100 ㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.
그리고, 재귀반사재의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여, 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 8.0 ~ 14.0 중량부, 더욱 바람직하게는 9.5 ~ 13.5 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 재귀반사재 사용량이 5 중량부 미만이면 시공된 컬러 아스팔트의 시인성 향상 효과가 미비할 수 있고, 재귀반사재 사용량이 15 중량부를 초과 사용하는 것은 과량 사용이며 오히려 시공된 컬러 아스팔트의 기계적 물성이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 상기 미끄럼 방지제는 컬러 포장재의 표면 마찰력을 증대시키고, 컬러 포장재의 속건성을 확보하여 빗물 등에 의한 포장재 표면에 물에 의한 막이 형성되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 컬러 포장재 내 미끄럼 방지제의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부, 바람직하게는 12 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 12 ~ 16 중량부이며, 이때, 미끄럼 방지제 사용량이 10 중량부 미만이면 미끄럼 방지 효과가 미비할 수 있고, 20 중량부를 초과하여 사용하면 컬러 포장재의 강도 및/또는 투수성을 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 미끄럼 방지제는 규사, 메틸에틸케톤(MEK), 탄산칼슘, 섬유, 레벨링제 및 소포제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 규사 100 중량부에 대하여, MEK 30 ~ 40 중량부, 탄산칼슘 20 ~ 30 중량부, 섬유 20 ~ 30 중량부, 레벨링제 0.1 ~ 1 중량부 및 소포제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 규사 100 중량부에 대하여, MEK 35 ~ 40 중량부, 탄산칼슘 20 ~ 25 중량부, 섬유 20 ~ 25 중량부, 레벨링제 0.1 ~ 0.5 중량부 및 소포제 0.1 ~ 0.3 중량부를 포함할 수 있다.
미끄럼 방지제 성분 중 상기 MEK는 용제로서 그 사용량이 규사 100 중량부에 대하여 30 중량부 미만이면 미끄럼 방지제의 점도가 너무 높고, 40 중량부를 초과사용하는 것을 과량 사용인 바 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 미끄럼 방지제 성분 중 탄산칼슘은 속건성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 규사 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이면 속건성 향상 효과가 미비할 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 컬러 포장재의 물성을 저하시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
미끄럼 방지제 성분 중 상기 섬유는 미끄럼 방지제가 컬러 포장재 다른 성분과 가교되어 미끄럼 방지 효과를 증대시키고, 컬러 포장재의 기계적 물성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 셀룰로오스 섬유, 탄소섬유, 유리섬유 및 실리카 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 섬유 사용량이 규사 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이면 그 사용량이 적어서 이의 사용으로 인한 미끄럼 방지 효과 내지 포장재의 기계적 물성 향상 효과가 적을 수 있고, 30 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 미끄럼 방지제 성분이 컬러 포장재의 다른 성분들과의 혼화성이 저하되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
미끄럼 방지제 성분 중 상기 레벨링제는 미끄럼 방지제 간 잘 혼합되도록 적정 유동성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 례벨링제를 사용할 수 있고, 바람직한 일례를 들면, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬 실록산을 사용할 수 있다. 그리고, 레벨링제의 사용량이 규사 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만이면 미끄럼 방지제 제조시 소재의 혼화성이 좋지 못할 수 있고, 1 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.
또한, 미끄럼 방지제 성분 중 상기 소포제는 미끄럼 방지제 제조시 발생하는 거품을 제거하는 역할을 하는 것으로서, 계면활성제 및/또는 실리콘 소포제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 소포제를 사용할 수 있다. 그리고, 소포제의 사용량이 규사 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만이면 미끄럼 방지제 제조시 발생하는 기포 제거가 미비한 문제가 있을 수 있고, 0.5 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 상기 분산제는 컬러 포장재 제조에 사용되는 투수성 향상 골재 및/또는 재귀반사재가 아스팔트 콘크리트에 고르게 분산되어 형성되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 상기 분산재로는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 분산재의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부, 바람직하게는 1.0 ~ 4.5 중량부, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 2.5 중량부이며, 분산재 사용량이 1 중량부 미만이면 투수성 향상 골재 및/또는 재귀반사재가 포장재 일부에서 다른 부위 보다 높은 밀도로 형성되는 문제가 있을 수 있고, 분산재 사용량이 5 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이며, 오히려 컬러 포장재의 기계적 물성을 감소시키거나, 컬러 포장재의 양생 시간을 크게 증가시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 상기 바인더 수지는 컬러 포장재가 양생 후 투수성 향상 골재 및 재귀반사재가 아스팔트 콘크리트로부터의 이탈 방지, 컬러 포장재의 강도 향상 등의 역할을 하는 것으로서, 바인더 수지의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여 10 ~ 25 중량부, 바람직하게는 10 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 12 ~ 18 중량부이다. 이때, 바인더 수지 사용량이 10 중량부 미만이면 컬러 포장재 표면에 형성된 투수성 향상 골재 내지 재귀반사제가 포장재로부터 이탈이 발생할 수 있으며, 25 중량부를 초과하여 사용하면 컬러 포장재의 점도가 너무 높아서 시공성이 떨어지고, 포장된 포장재가 외부 충격에 의해 오히려 쉽게 깨지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 바인더 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 반응성 아크릴레이트 수지 및 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 반응성 아크릴레이트 수지 및 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지를 1 : 0.3 ~ 0.5 중량비로 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021072407311-pat00002
상기 화학식 2에서, R1은 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기이고, 바람직하게는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 C1 ~ C2의 직쇄형 알킬기이다. 또한, 화학식 2의 R2는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기이며, 바람직하게는 C2 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기이고, 더욱 바람직하게는 에틸렌기이다. 또한, 화학식 2의 R3은 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3 ~ C5 의 분쇄형 알킬렌기이고, 바람직하게는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기이며, 더욱 바람직하게는 프로필렌기이다. 또한, 화학식 2의 n은 1 ~ 5의 정수이고, 바람직하게는 1 ~ 3의 정수이다.
그리고, 상기 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지는 아민 말단 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 이소시아네이트 15 ~ 30 중량부를 반응시켜 제조한 것을, 바람직하게는 이소시아네이트 20 ~ 25 중량부를 반응시켜 제조한 것을 사용할 수 있다.
그리고, 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지는 제조에 사용되는 상기 아민 말단 에폭시 수지는, 에폭시 당량 200 ~ 250 g/eq인 비스페놀A형 에폭시 수지 30 ~ 40 중량%, C5 ~ C10의 알킬 글리시딜 에테르(alkyl glycidyl ether) 10 ~ 15 중량% 및 잔량의 폴리옥시(C2 ~ C5의 알킬렌) 디아민을 60 ~ 80℃에서 2 ~ 3시간 동안 반응시켜 제조한 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 당량 210 ~ 240 g/eq인 비스페놀A형 에폭시 수지 30 ~ 36 중량%, C5 ~ C10의 알킬 글리시딜 에테르(alkyl glycidyl ether) 12 ~ 15 중량% 및 잔량의 폴리옥시(C2 ~ C5의 알킬렌) 디아민을 70 ~ 80℃에서 2 ~ 3시간 동안 반응시켜 제조한 것을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 이소시아네이트는 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate, IPDI) 및 메틸렌디페닐디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 컬러 포장재 조성 중 왁스는 컬러 포장재 제조에 사용되는 재료간 혼화성 증대 및/또는 포장재의 흐름성을 증가시켜서 시공성을 향상시키는 역할을 하는 것으로 당업계에서 사용하는 일반적인 왁스를 사용할 수 있으며, 왁스의 사용량은 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여 4 ~ 8 중량부, 바람직하게는 4 ~ 6.5 중량부, 더욱 바람직하게는 4.0 ~ 5.0 중량부이다.
앞서 설명한 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 침입도(Penetration Index, dm)가 47.0 dm 이하, 바람직하게는 39.0 ~ 45.0 dm, 더욱 바람직하게는 40.0 ~ 43.5 dm을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 탄성회북율(%)이 80.0% 이상, 바람직하게는 80.5 ~ 84.0%를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 ASTM D 4060에 의거하여 측정시, 내마모성이 130 mg 이하, 바람직하게는 105 ~ 125 mg을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 KS F 2502에 의거하여 측정시, 마모율이 20% 이하, 바람직하게는 18.0 ~ 19.8%를 만족할 수 있다
또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 KS F 2375(2001)에 의거하여 측정시, 미끄럼 저항계수가 65 BPT 이상, 바람직하게는 68 ~ 80 BPT를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재는 재령 1일 후 20℃에서 측정시, 인장강도가 25.0 kgf/cm2 이상, 바람직하게는 25.8 ~ 28.5 kgf/cm2을 만족할 수 있다.
[투수성 아스팔트 컬러 포장재 제법 및 시공방법]
본 발명의 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 이용한 시공 방법은 앞서 설명한 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 혼합하는 1단계; 및 혼합된 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 가열분사장치가 구비된 노면포장장치를 사용하여 원하는 시공면에 포설(또는 코팅) 및 열융착시켜서 시공하는 2단계; 및 다짐작업을 수행하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 시공할 수 있다.
일반적으로 아스팔트 포장재 및 이를 이용한 시공은 160~180℃에서 수행하며, 이때, 온실 가스 등의 환경 오염물질이 많이 발생되고, 특히 이산화탄소가 많이 생산되는 문제점이 있는데, 본 발명은 이보다 매우 낮은 온도에서 아스팔트 포장재 제조 및 시공을 수행할 수 있다.
상기 1단계의 혼합은 80 ~ 100℃의 온도 하에서, 바람직하게는 80~ 90℃의 낮은 온도에서 수행할 수 있다.
2단계의 포설은 가열분사장치를 이용하여 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 100 ~ 140℃, 바람직하게는 110 ~ 120℃ 온도로 가열한 후, 가열된 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 시공면(또는 노면)에 포설(또는 코팅)을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 투수성 아스팔트 컬러 포장재의 제조 및 이를 포설 공정이 중온의 낮은 온도에서 수행할 수 있는 바, 환경 오염물질 배출을 기존 고온 아스팔트 포장 방법 보다 상대적으로 친환경적인 시공이 가능하다.
또한, 상기 포설되는 노면은 평탄한 노면일 수 있으며, 표면이 요철 형태가 형성된 노면일 수도 있다.
그리고, 본 발명은 2단계에서 투수성 아스팔트 컬러 포장재가 평탄한 노면에 포설한 후, 평탄화 작업을 통한 다짐작업을 수행한 후, 포설된 컬러 포장재 표면에 요철을 형성되도록 표면 구조화 공정의 4단계를 더 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명의 상기 시공 방법은 상기 시공면에 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 코팅하기 전에, 시공면에 프라이머를 도포하는 전처리 단계를 수행하여 노면 또는 시공면과의 접착안정성을 증대시킬 수도 있다.
이때, 상기 프라이머는 일반적인 아스팔트 콘크리트 시공에 사용되는 프라이머를 사용할 수 있고, 바람직하게는 상기 프라이머는 플라이애시 시멘트, 유리 아미노산, 칼슘 설포알루미네이트, 접착증진제, 소포제 및 물을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 프라이머는 플라이애시 시멘트 30 ~ 45 중량% 유리 아미노산 1.5 ~ 3.5 중량%, 분말도 2,500 ~ 5,000cm2인 칼슘 설포알루미네이트 2.0 ~ 4.0 중량%, 접착증진제 8 ~ 14 중량%, 소포제 0.01 ~ 0.3 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 플라이애시 시멘트 40 ~ 43 중량% 유리 아미노산 1.5 ~ 2.5 중량%, 분말도 3,000 ~ 4,800cm2인 칼슘 설포알루미네이트 2.5 ~ 3.5 중량%, 접착증진제 10 ~ 13 중량%, 소포제 0.01 ~ 0.2 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 유리 아미노산은 세린(serine) 및 히스티딘(histidine) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착 증진제는 하이드록시에틸아크릴레이트 수지, 하이드록시에틸메타크릴레이트 수지, 에틸헥사아크릴레이트 수지, 부틸아크릴레이트 수지 및 부틸메탈아크릴레이트 수지 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 하이드록시에틸아크릴레이트 수지 및 하이드록시에틸메타크릴레이트 수지 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 소포제는 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울에이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제; 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류,(폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제; 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제; 및 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제; 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제; 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
앞서 설명한 투수성 아스팔트 컬러 포장재 및 이를 이용하여 시공(포장)된 투수성 컬러 아스팔트는 주간, 야간뿐만 아니라, 우천시에도 시인성이 우수하며, 적정한 투수성을 가지면서도 미끄럼 방지 효과가 우수하며, 기계적 물성이 우수하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
준비예 1-1 : 아스팔트 콘크리트의 제조
유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 1 : 2.5 중량비로 포함하는 혼합 아스팔트 100 중량부, 하이드록실 작용기를 갖는 하기 화학식 1-1로 표시되는 디실록산 화합물(개질제) 6.5 중량부, 입경 2.5 ~ 4.0 mm인 재생순환용 골재 78 중량부, 잔골재 117 중량부, 실리카 샌드 및 용융 알루미나 샌드를 1 : 0.63 중량비로 포함하는 무기물 충진제 37 중량부 및 적색 안료 4.4 중량부를 혼합하여 아스팔트 콘크리트를 제조하였다.
이때, 상기 재생순환용 골재는 폐아스팔트 콘크리트로부터 수득된 순환골재를 재생한 것이다.
[화학식 1-1]
Figure 112021072407311-pat00003
화학식 1-1에 있어서, 상기 R1은 C3의 직쇄형 알킬렌기이고, 상기 R2는 메틸기이며, 상기 R3 및 R4은 각각은 수소원자이다.
준비예 1-2 ~ 준비예 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 1-4
상기 준비예 1-1과 동일한 방법 및 소재를 사용하여 아스팔트 콘크리트의 제조를 제조하되, 하기 표 1과 같이 소재의 사용량을 달리하여 아스팔트 콘크리트를 각각 제조하여 준비예 1-2 ~ 준비예 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 1-4를 각각 실시하였다.
비교준비예 1-5
상기 준비예 1-1과 동일한 방법 및 소재를 사용하여 아스팔트 콘크리트의 제조를 제조하되, 개질제로서, 하기 화학식 1-2로 표시되는 것을 사용하여 아스팔트 콘크리트를 제조하여 비교준비예 1-5를 실시하였다.
[화학식 1-2]
Figure 112021072407311-pat00004
화학식 1-2에 있어서, 상기 R1은 C7의 직쇄형 알킬렌기이고, 상기 R2는 메틸기이며, 상기 R3 및 R4은 각각은 메틸기이다.
구분 혼합
아스팔트		 개질제 재생순환용
골재		 잔골재 무기물
충진제		 안료
준비예1-1 100 6.5 78 117 37 4.4
준비예1-2 100 5.0 78 117 37 4.4
준비예1-3 100 11.2 78 117 37 4.4
비교준비예 1-1 100 3.1 78 117 37 4.4
비교준비예 1-2 100 16.2 78 117 37 4.4
비교준비예 1-3 100 6.5 115 115 37 4.4
비교준비예 1-4 100 6.5 78 115 20 4.4
비교준비예 1-5 100 6.5 78 117 37 4.4
준비예 2 : 투수성 향상 골재의 제조
경화성 우레탄을 제조한 후, 이를 분쇄하여 입경 50 ~ 100 ㎛인 우레탄 칩을 투수성 향상 골재로서 준비하였다.
상기 경화성 우레탄은 폴리에스테르 폴리올(A사의 POL-1005, 관능기 2.0 ~ 2.5, 수산기 300 ~ 400 mg KOH/g) 3.6 중량%, 옥수수 오일(수분반응방지제) 15.2 중량%, 1,3-프로판디올(가교제) 4.2 중량%, 트리에틸아민(촉매) 1.1 중량%, 정포제(Union Carbicle사의 L-5340) 1.5 중량% 및 잔량의 폴리에테르폴리올을 포함하는 혼합물;과 NCO 함량 32.0~35.0%인 변성 다이페닐메테인디이소시아네이트;를 혼합한 후, 물(발포제)를 투입하여 반응 및 발포시켜서 제조하였다.
이때, 상기 폴리에테르 폴리올은 수산기가 110 ~ 130 mg KOH/g 이고, 관능기가 2 ~ 3인 폴리옥시헥실렌트리올(고분자량 폴리에테르 폴리올) 및 중량평균분자량 250 ~ 300인 폴리옥시에틸렌글리콜(저분자량 폴리에테르 폴리올)을 1 : 1.5 ~ 2.0 중량비로 포함한다.
준비예 3 : 미끄럼 방지제의 제조
규사 100 중량부에 대하여, 메틸에틸케톤(MEK) 38 중량부, 탄산칼슘 22.1 중량부, 섬유 22 중량부, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬 실록산(레벨링제) 0.3 중량부 및 실리콘 소포제 0.25 중량부를 혼합하여 제조하였다.
이때, 섬유는 셀룰로오스 섬유, 탄소 섬유는 폐섬유를 재생한 것을 사용하였다.
준비예 4 : 바인더 수지의 제조
하기 화학식 2-1로 표시되는 반응성 아크릴레이트 수지 및 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지를 1 : 0.42 중량비로 포함한다.
[화학식 2-1]
Figure 112021072407311-pat00005
화학식 2-1에 있어서, R1은 메틸렌기이고, R2는 에틸렌기이며, R3은 프로필렌기이고, n은 2이다.
그리고, 상기 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지는 아민 말단 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 이소포론 디이소시아네이트 22.7 중량부를 반응시켜 제조한 것이다.
또한, 상기 아민 말단 에폭시 수지는, 에폭시 당량 210 ~ 230 g/eq인 비스페놀A형 에폭시 수지 34 중량%, C9의 알킬 글리시딜 에테르(alkyl glycidyl ether) 13.4 중량% 및 잔량의 폴리옥시(C3의 알킬렌) 디아민을 70 ~ 80℃에서 2시간 동안 반응시켜 제조한 것을 사용하였다.
실시예 1
준비예 1에서 제조한 아스팔트 콘크리트 100 중량부에 대하여, 준비예 2의 투수성 향상 골재 2.3 중량부, 선형 저밀도 폴리에틸렌(강도증진제) 3.6 중량부, 재귀반사재 10.5 중량부, 준비예 3의 미끄럼 방지제 14.0 중량부, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산(분산제) 2.1 중량부, 준비예 4의 바인더 수지 17.5 중량부 및 왁스 4.3 중량부를 혼합기에 투입한 후, 85~90℃ 하에서 혼합하여 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하였다.
이때, 재귀반사재는 TiO2 분말(백도 96 이상, 입경 30 ~ 50 ㎛) 8.5 중량% 및 잔량의 글라스 비드(굴절률 2.00 ~ 2.40및 입경 60 ~ 100 ㎛)를 포함한다.
실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5
상기 실시예 1과 동일한 조성, 조성비로 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하되, 하기 표 2 ~ 표 3과 같이 준비예 1-1의 아스팔트 콘크리트 대신 준비예 1-2 ~ 준비예 1-3 및 비교준비예 1-1 ~ 1-4에서 제조한 아스팔트 콘크리트를 각각 사용하여 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하여, 실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 5를 각각 실시하였다.
실시예 4 ~ 9 및 비교예 6 ~ 13
상기 실시예 1과 동일한 조성으로 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하되, 하기 표 2 ~ 표 3과 같이 투수성 향상골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지재, 분산재, 바인더 수지의 사용량을 달리하여, 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 제조하여, 실시예 4 ~ 실시예 9 및 비교예 6 ~ 13을 각각 실시하였다.
구분
(중량부)		 아스팔트
콘크리트		 투수성 향상골재 강도
증진제		 재귀
반사재		 미끄럼
방지제		 분산제 바인더
수지		 왁스
종류 사용량
실시예
1		 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
실시예2 준비예
1-2		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
실시예3 준비예
1-3		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
실시예4 준비예
1-1		 100 4.5 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
실시예5 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 14.0 14 2.1 17.5 4.3
실시예6 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 18.5 2.1 17.5 4.3
실시예7 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 4.5 17.5 4.3
실시예8 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 12.0 4.3
실시예9 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 20.0 4.3
구분
(중량부)		 아스팔트
콘크리트		 투수성 향상골재 강도
증진제		 재귀
반사재		 미끄럼
방지제		 분산제 바인더
수지		 왁스
종류 사용량
비교예 1 비교
준비예 1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예 2 비교
준비예 1-2		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예 3 비교
준비예 1-3		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예 4 비교
준비예 1-4		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예 5 비교
준비예 1-5		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예
6		 준비예
1-1		 100 0.7 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예7 준비예
1-1		 100 6.5 3.6 10.5 14 2.1 17.5 4.3
비교예8 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 16.3 14 2.1 17.5 4.3
비교예9 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 8 2.1 17.5 4.3
비교예10 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 23 2.1 17.5 4.3
비교예11 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 6.1 17.5 4.3
비교예12 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 8.5 4.3
비교예13 준비예
1-1		 100 2.3 3.6 10.5 14 2.1 26.5 4.3
실험예 1 : 투수성 아스팔트 컬러 포장재의 물성 측정 1
상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에서 아스팔트 콘크리트 종류를 달리하여 제조한 투수성 아스팔트 컬러 포장재의 침입도(dm), PG 등급 및 탄성회복율(%)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 침입도(Penetration Index, dm): 표분조건 하에서, 25℃ 및 하중 100g의 추를 5초동안 바늘로 누를 때의 침이 1/10㎜관입을 침입도로 측정하였다.
(2) PG 등급(Performance Grade): ASTM D 6373에 따라 측정된 개질 아스팔트의 PG등급은 PG XX-YY 등급으로 표기하며, XX는 7일간 지속적인 XX온도에서 견딜 수 있는, 소위 아스팔트의 내열 온도이며 YY는 영하 YY온도에서 견딜 수 있는 내저온 온도를 의미한다.
(3) 탄성회복율(Elastic Recovery, E/R(%)): 10℃에서 시편을 1시간 동안 방치 후 ASTM D 6083-97에 따라 측정하였다.
(4) 공극율(Voids in Total Mix, %) : 다져진 시료(투수성 아스팔트 컬러 포장재) 내에 존재하고 있는 공기의 체적으로 조성물의 전체 체적에 대한 백분율로서 표시하였다(식 1 참조).
[식 1]
공극율(VTM) = Vvolume/VTotal*100% = 100(1-Gmb/Gmm)
식 1에서, Vvolume은 공극의 체적이고, VTotal은 다져진 공시체의 전체 체적이다.
구분 침입도(dm) PG등급 탄성회복율(%) 공극율(%)
실시예1 42.6 84-18 82.2 20.23
실시예2 43.2 84-20 81.4 20.24
실시예3 40.3 84-18 83.0 20.13
비교예 1 53.9 84-22 77.8 20.35
비교예 2 40.8 84-18 82.0 20.02
비교예 3 48.3 80-20 82.7 20.86
비교예 4 47.1 84-18 78.3 21.27
비교예 5 44.9 80-18 80.7 20.34
개질제 사용량이 5 중량부 미만인 비교준비예 1-1의 아스팔트 콘크리트를 사용하여 제조한 비교예 1의 경우, 실시예 1(준비예 1-1) 및 실시예 2(준비예 1-2)과 비교할 때, 침입도가 크게 높아지고, 탄성회복율이 크게 떨어지는 결과를 보였다.
또한, 개질제 사용량이 15 중량부 초과 사용한 비교준비예 1-2의 아스팔트 콘크리트를 사용하여 제조한 비교예 2의 경우, 실시예 3(준비예 1-3)과 비교할 때, 오히려 탄성회복율이 감소하는 문제가 있었다.
또한, 재생순환용 골재를 100 중량부 초과 사용한 비교준비예 1-3의 아스팔트 콘크리트를 사용하여 제조한 비교예 3의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 침입도가 급격하게 증가하는 문제가 있었고, PG등급이 낮아지는 문제가 있었다.
그리고, 무기물 충진제를 30 중량부 미만으로 사용한 비교준비예 1-4의 아스팔트 콘크리트를 사용하여 제조한 비교예 4의 경우, 실시예 1과 비교할 대, 침입도가 상대적으로 높고, 탄성회복율이 낮은 문제가 있었다.
또한, 개질제로서, 화학식 1-2로 표시되는 화합물을 사용한 비교준비예 1-5의 아스팔트 콘크리트를 사용하여 제조한 비교예 5의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 물성 향상 효과가 상대적으로 낮은 결과를 보였다.
실험예 2 : 투수성 아스팔트 컬러 포장재의 물성 측정 2
실시예 1, 실시예 4 ~ 9 및 비교예 6 ~ 13 에서 제조한 투수성 아스팔트 컬러 포장재 내마모성, 마모율, 미끄럼 저항계수, 인장강도를 하기 방법에 의해 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
(1) 내마모성(mg) : ASTM D 4060에 의거하여 측정하였다.
(2) 마모율(%) : KS F 2502에 의거하여 측정하였다.
(3) 미끄럼 저항계수(BPT) : KS F 2375(2001)에 의거하여 측정하였다.
(4) 인장강도(kgf/cm2) 및 신율(%): 재령 1일 후, 20℃에서 측정하였다.
(5) 야간 시인성 : DELTA Co. LTL-X (30 MGeometry Retroreflectometer)를 이용하여 이용하여 KS M 6080;2011 측정하였으며, 일반 야간시의 휘도(Dry 휘도) 발현성을 측정하였으며, 결과는 ◎은 매우 우수, ○은 우수, △은 보통, X은 나쁨으로 평가하였다.
구분 내마모성
(mg)		 마모율
(%)		 미끄럼 저항계수 (BPT) 인장강도
(kgf/cm2)		 신율
(%)		 야간
시인성
실시예1 115 19.0 72 27.3 83 ◎
실시예4 121 19.4 68 26.5 85 ◎
실시예5 124 19.7 74 26.3 82 ◎
실시예6 118 19.3 79 27.0 84 ◎
실시예7 111 18.7 75 27.4 84 ◎
실시예8 125 19.8 70 26.0 86 ◎
실시예9 108 18.2 72 28.2 77 ◎
비교예 6 113 18.8 65 27.7 80 ◎
비교예 7 132 20.7 80 22.3 84 ◎
비교예 8 125 20.3 74 26.2 82 ◎
비교예 9 109 18.6 54 27.5 80 ◎
비교예 10 119 19.6 85 25.5 83 ○
비교예 11 114 19.0 76 27.2 84 ○
비교예 12 137 21.4 70 22.0 86 ◎
비교예 13 105 17.9 67 28.5 73 ◎
투수성 향상 골재 사용량이 1 중량부 미만인 0.7 중량부로 사용한 비교예 6의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 내마모성 및 마모율, 인장강도는 우수하나, 신율이 좋지 못한 결과를 보였다.
그리고, 투수성 향상 골재 사용량이 5 중량부 미만인 6.5 중량부로 사용한 비교예 7의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 실시예 4(4.5 중량부)와 비교할 때, 투수성은 좋으나, 상대적으로 다른 기계적 물성이 감소하는 문제가 있었다.
또한, 재귀반사재를 15 중량부 초과 사용한 비교예 8의 경우, 실시예 1(10.5 중량부) 및 실시예 5(14 중량부)와 비교할 때, 시인성 증대 등의 물성 변화가 크게 없으면서, 실시예 5와 비교할 때, 일부 물성이 다소 낮은 결과를 보였다.
또한, 미끄럼 방지제를 10 중량부 미만인 8 중량부로 사용한 비교예 9의 경우 미끄럼 저항계수가 60 BPT로 낮은 문제가 있으며, 미끄럼 방지제를 20 중량부 초과한 23 중량부를 사용한 비교예 10의 경우, 실시예 6(18.5 중량부)과 비교할 때, 미끄럼 저항계수는 매우 우수하나, 강도가 낮고, 투수성도 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 분산제를 5.0 중량부 초과한 6.1 중량부로 사용한 비교예 11의 경우, 실시예 7(4.5 중량부)과 비교할 때, 오히려 기계적 물성 및 야간 시인성이 다소 감소하는 문제가 있었다.
그리고, 바인더 수지 사용량이 10 중량부 미만인 8.5 중량부를 사용한 비교예 12의 경우, 실시예 8과 비교할 때, 내마모성, 마모율이 급격하게 감소하는 문제가 있었으며, 바인더 수지 사용량이 25 중량를 초과한 26.5 중량부를 사용한 비교예 13의 경우, 내마모성, 인장강도 등의 기계적 물성은 매우 우수하나, 컬러 포장재의 점도가 너무 높아서 시공성이 떨어지고, 신율이 낮고 포장된 포장재가 외부 충격에 오히려 쉽게 깨지는 문제가 있었다.
제조예 1 : 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 이용한 도로 포장 시공
기존 도로의 표면을 깍은 후, 치핑 처리를 수행하였다.
다음으로, 치핑된 도로 표면에 프라이머를 도포하였다. 이때, 상기 프라이머는 플라이애시 시멘트 41.5 중량% 유리 아미노산인 세린 1.7 중량%, 분말도 3,000 ~ 4,800cm2인 칼슘 설포알루미네이트 3.0 중량%, 하이드록시에틸메타크릴레이트 수지(접착증진제) 12 중량%, 천연 왁스(소포제) 0.10 중량% 및 잔량의 물을 포함한다.
실시예 1의 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 80~90℃에서 혼합한 후, 이를 가열분사장치를 이용하여 컬러 포장재를 110 ~ 120℃로 가열한 후, 프라이머가 도포된 치핑 처리된 도로의 노면에 포설하였다.
그리고, 포설된 컬러 포장재를 다짐 처리한 후에 다짐 처리한 컬러 포장재 표면이 요철 형태를 가지도록 표면 구조화 공정을 수행한 후, 자연적으로 양생시켜서 투수성 아스팔트 컬러 포장재를 이용한 도로 포장 시공을 수행하였다.

Claims (3)

  1. 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 포함하며,
    상기 아스팔트 콘크리트는 유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 1 : 2 ~ 3 중량비로 포함하는 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여, 개질제 5 ~ 15 중량부, 입경 2.5 ~ 5.0 mm인 재생순환용 골재 120 ~ 150 중량부, 잔골재 20 ~ 30 중량부, 실리카 샌드 및 용융 알루미나 샌드를 포함하는 무기물 충진제 30 ~ 45 중량부 및 안료 2 ~ 10 중량부를 포함하고,
    상기 개질제는 중량평균분자량 20,000 ~ 50,000인 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 유동화제를 포함하며,
    상기 유동화제는 하이드록실 작용기를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 디실록산 화합물을 포함하며,
    상기 투수성 향상 골재는 입경 50 ~ 150 ㎛인 우레탄 칩을 포함하고,
    상기 강도증진제는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 재귀반사재는 백도 96 이상 및 입경 10 ~ 50 ㎛인 티타늄 디옥사이드 분말 5 ~ 10 중량%; 및 굴절률 1.80 ~ 2.50 및 입경 50 ~ 120 ㎛인 잔량의 글라스비드;를 포함하고,
    상기 미끄럼 방지제는 규사 100 중량부에 대하여, 메틸에틸케톤(MEK) 30 ~ 40 중량부, 탄산칼슘 20 ~ 30 중량부, 셀룰로오스 섬유, 탄소섬유, 유리섬유 및 실리카 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 섬유 20 ~ 30 중량부, 레벨링제 0.1 ~ 1 중량부 및 소포제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하며,
    상기 분산제는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산를 포함하는 것을 특징으로 하는 시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재;
    [화학식 1]
    Figure 112022053310987-pat00006

    화학식 1에 있어서, R1은 C1~C5의 직쇄형 알킬렌기이고, R2는 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이며, R3 및 R4은 각각은 독립적으로 수소원자 또는 메틸기이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 반응성 아크릴레이트 수지 및 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지를 1 : 0.3 ~ 0.5 중량비로 포함하며,
    상기 아민 말단 에폭시 폴리우레아 수지는 아민 말단 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate, IPDI) 및 메틸렌디페닐디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이소시아네이트 15 ~ 30 중량부를 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재.
    [화학식 2]
    Figure 112021072407311-pat00007

    상기 화학식 2에서, R1은 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기이고, R2는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기이며, R3은 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3~ C5 의 분쇄형 알킬렌기이고, n은 1 ~ 5의 정수이다.
  3. 아스팔트 콘크리트, 투수성 향상 골재, 강도증진제, 재귀반사재, 미끄럼 방지제, 분산제, 바인더 수지 및 왁스를 혼합하여 제조하는 것이고,
    상기 아스팔트 콘크리트는 유화 아스팔트 및 컷백 아스팔트를 1 : 2 ~ 3 중량비로 포함하는 혼합 아스팔트 100 중량부에 대하여, 개질제 5 ~ 15 중량부, 입경 2.5 ~ 5.0 mm인 재생순환용 골재 120 ~ 150 중량부, 잔골재 20 ~ 30 중량부, 실리카 샌드 및 용융 알루미나 샌드를 포함하는 무기물 충진제 30 ~ 45 중량부 및 안료 2 ~ 10 중량부를 포함하고,
    상기 개질제는 중량평균분자량 20,000 ~ 50,000인 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 유동화제를 포함하며,
    상기 유동화제는 하이드록실 작용기를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 디실록산 화합물을 포함하며,
    상기 투수성 향상 골재는 입경 50 ~ 150 ㎛인 우레탄 칩을 포함하고,
    상기 강도증진제는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 재귀반사재는 백도 96 이상 및 입경 10 ~ 50 ㎛인 티타늄 디옥사이드 분말 5 ~ 10 중량%; 및 굴절률 1.80 ~ 2.50 및 입경 50 ~ 120 ㎛인 잔량의 글라스비드;를 포함하고,
    상기 미끄럼 방지제는 규사 100 중량부에 대하여, 메틸에틸케톤(MEK) 30 ~ 40 중량부, 탄산칼슘 20 ~ 30 중량부, 셀룰로오스 섬유, 탄소섬유, 유리섬유 및 실리카 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 섬유 20 ~ 30 중량부, 레벨링제 0.1 ~ 1 중량부 및 소포제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하며,
    상기 분산제는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산를 포함하는 것을 특징으로 하는 시인성 및 미끄럼 방지성이 우수한 투수성 아스팔트 컬러 포장재의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112022053310987-pat00008

    화학식 1에 있어서, R1은 C1~C5의 직쇄형 알킬렌기이고, R2는 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이며, R3 및 R4은 각각은 독립적으로 수소원자 또는 메틸기이다.
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