KR20170139549A - 산화제로 개질된 역청질 바인더 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어 블로잉 없이 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 및/또는 코팅을 제조하기 위한, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법에 관한 것으로서, 초기 역청을 포함하는 역청질 바인더와 적어도 하나의 산화제를 혼합하는 단계, 및 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 또는 코팅을 형성하기 위해 도포되는 최종 역청을 포함하는 역청질 바인더 조성물을 얻는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 역청질 바인더를 사용하여 역청질 바인더의 영구 변형뿐만 아니라 아스팔트 혼합물의 영구 변형에 대한 저항성을 개선하기 위한 산화제의 용도에 관한 것이다.

Description

산화제로 개질된 역청질 바인더 조성물
본 발명은 역청질 바인더의 모든 용도에서, 특히 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 및/또는 코팅을 제조하는데 사용될 수 있는, 개질된 역청질 바인더 조성물, 이의 제조 방법 및 역청질 바인더의 영구 변형 저항성을 개선시키기 위한 산화제의 용도에 관한 것이다.
원유 증류로 얻은 잔유물인 역청은 기본적으로 탄화수소와, 작은 비율의 헤테로 원자(황, 질소 및 산소)를 포함하는 일부 기타 분자들로 함께 구성된 복잡한 물질이다. 그것은 실온에서는 검은 점탄성 고체로서 온도가 올라감에 따라 점성이 있는 액체로 변한다. 이 역청재는 골재들을 서로 결합시키는데 특히 이상적이게 하는 특유한 접착성과 방수 특성을 나타낸다.
역청 화합물은 크로마토그래피 기술에 따라 네 가지 서로 다른 분획물(일반적으로 "SARA"라고 함)로 분류할 수 있다: 포화물(Saturates), 방향족(Aromatics), 수지(말텐(maltene)을 구성함) 및 아스팔텐(Asphaltene). 역청 물리화학적 및 유동학적 특성은 온도와 "SARA" 분획물의 상대적 비율 양자에 크게 의존한다.
아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하기 위해, 역청을 충분히 낮은 점도에 도달할 수 있는 정도의 고온(보통 150℃ 이상)으로 가열하여 건조 예열한 골재와 직접 혼합시킨다. 역청은 또한 따뜻한 아스팔트 혼합물 또는 폼(foam) 아스팔트 혼합물의 제조에 사용될 수 있다.
그러나, 역청은 또한 적절한 계면활성제를 사용하여 유화될 수 있다. 그 다음에, 주변 온도에서 혼합을 수행할 수 있다. 이러한 장점 외에도, 역청을 유화시키는 이점은 역청이 계면활성제의 사용으로 인해 물의 존재하에서도 광물(minerals)에 대한 접착 특성을 유지한다는 것이다. 이 점은 골재가 옥외에서 준비되고 이에 따라 습기가 있기 때문에, 도로 건설에서 특히 흥미를 일으킨다.
역청은 아스팔트 혼합물 중에서 유일하게 변형가능한 성분이며 연속 상을 구성한다. 이러한 의미에서 넓은 범위의 온도와 하중에 걸쳐 있는, 역청의 점탄성 특성(viscoelastic property)은 도로포장 성능에 있어 매우 중요하다.
그러나, 역청질 바인더의 유동학적 특성이 충분하지 않은 경우, 교통 부하와 풍화 작용이 복합 작용하여, 높은 사용(in-service) 온도와 낮은 사용 온도 모두에서 일부 도로 손상이 발생할 수 있다(즉, 바인더의 낮은 강성 및 열분해 각각에 의한 영구 변형/바퀴자국패임(rutting)).
그 효과를 완화시키기 위해, 개선되고 개질된 바인더가 지난 수십 년 동안 도로포장 산업에 의해 개발되었다. 역청의 특성은 전통적으로 순수한 중합체(virgin polymers)(SBS 및 SBR 같은 스티렌-부타디엔 중합체, 에틸렌비닐아세테이트 중합체, 폴리에틸렌 등), 폐기물 중합체(농업 유래 플라스틱, 분쇄 타이어 고무 등), 접착 촉진제, 폴리인산, 황, 천연 아스팔트와 같은 다양한 화학물질을 첨가하여 개선되었다. 그러나, 중합체-개질된 바인더는 제조하기가 매우 어려울 뿐만 아니라, 또한 높은 점도를 가지며 보다 더 높은 혼합과 도로포장 온도를 필요로 한다.
역청은 또한 경화(hardening)에 의해 변형될 수 있다. 경질 바인더는 일반적으로 직접 증류나 산화를 통해 정유 공장에서 생산된다. 직접 증류 공정을 사용하는 정유 공장은 많지 않은 한편, 역청 산화는 고온 또는 특정 촉매를 필요로 하는 값비싼 공정이고, 대개 환경에 유해하다. 따라서, 경질 바인더의 공급이 때로는 어렵다.
산화된 역청은 산소 또는 공기로 산화시켜 생산할 수 있다. 산화도(degree of oxidation)는, 역청 특성을 약간만 변경시키는 공기 정류 또는 세미-블로잉(semi-blowing)으로 종종 불리는 매우 낮은 범위로부터, 역청의 특성을 상당히 변경시키는 "전체" 블로잉("full" blowing)까지의 범위일 수 있다. 에어 블로잉(air blowing)은 전형적으로 230~260℃에서 압축 공기를 역청 원료에 불어 넣어 역청 경화를 일으키는 공정이다. 이 공정은 역청에 더 많은 고무 특성을 부여하고, 역청의 연화점 및 점도를 높이지만 고온을 포함하고 특수 장비를 필요로 한다.
따라서, 특별한 역청을 사용하지 않고도, 고온에서 개선된 유동학적 특성 및 성능을 갖는 역청 바인더계 층을 제공할 수 있는, 개질된 경질 역청질 바인더를 얻기 위한 새로운 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 상기 역청질 바인더는 생산 공정 및 적용 양자에 관련하여, 우수한 내노화성, 주변 층에 대한 충분한 접착 특성, 내피로성, 대부분의 교통 유형에서의 기계저항성 및 바퀴자국패임(rutting)에 대한 강성, 쾌적한 외관, 및 용이한 구현성을 가져야 한다.
본 발명자들은 역청질 바인더를 개질하기 위한 산화제의 용도를 포함하여, 그리고 향상된 내구성을 갖는 아스팔트 포장재를 얻는, 중합체, 천연 아스팔트 또는 에어 블로잉을 이용하는 전통적인 역청 개질에 대한 대안을 찾아냈다.
이러한 목적은 다음을 포함하는 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 및/또는 코팅을 제조하기 위한 역청질 바인더 조성물의 제조 방법에 의해 충족된다:
a) 초기 역청과 적어도 하나의 산화제를 포함하는 역청질 바인더,
b) 최종 역청을 포함하는 역청질 바인더 조성물을 얻는 단계,
c) 선택적으로, 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 또는 코팅을 형성하기 위해 단계 b)에서 얻어진 상기 역청질 바인더 조성물을 도포하는 단계.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
본 발명에서 사용되는, 개질된 역청질 바인더 조성물 또는 공업용(engineered) 역청질 바인더 조성물은 적어도 하나의 산화제를 사용하여 개질된 역청질 바인더 조성물을 의미하는 것으로 한다. 상기 바인더는 또한 기타 화학 첨가제에 의해 개질될 수 있다.
본 발명에서 사용되는, "역청질 바인더"는 순수 또는 개질된 역청, 또는 그것들의 조합으로부터 선택된 역청질 화합물을 가리키며, 역청질 바인더는 경화될 수 있고 침착되는 층에 고착(固着)될 수 있고/또는 입상 재료가 존재하는 경우 입상 재료들과 서로 결합할 수 있다. 본 발명의 역청질 바인더는 일반적으로 원유 증류의 중질 말단으로부터 유래되거나 또는 액체 또는 고체 형태로 천연 오일 저장고에서 수집되고, 일반적으로 0.8 내지 1.2 범위의 밀도를 갖는, 천연 탄화수소 물질의 혼합물이다. 그것은 임의의 통상적인 방법을 통해 얻어질 수 있다. 직접 증류 역청, 합성 역청, 특히 착색될 수 있는 합성 역청, 아스팔트를 벗겨내거나(de-asphalting) 산화된 역청이 제시될 수 있다. 제시될 수 있는 역청질 바인더의 다른 예시는 산성 역청, 특히 산이 나프텐산 또는 이의 유도체인 산성 역청이다.
역청은 점도/경도에 따라 몇 가지 유형 또는 등급으로 분류된다. 예를 들어, 어떠한 제한도 없이 NF EN-12591 표준에 의해 정의된 역청 등급 160/220, 100/150, 70/100, 50/70, 40/60, 35/50, 30/45 또는 20/30와 같은 순수한 역청이 본 발명에 따라 적절한 것으로 여겨진다. 이러한 표준화된 등급은 EN-1426 침투 등급 방법(penetration grade method)으로 측정된 25℃에서의 침투 범위에 해당하며 10-1mm로 표시된다.
역청은 일반적으로 역청질 바인더의 총 중량에 대하여 25 내지 100 중량%, 바람직하게는 50 내지 100 중량%, 더 바람직하게는 50 내지 98 중량%, 더욱 더 바람직하게는 65 내지 90 중량%를 나타낸다.
본 발명에 따른 역청질 바인더는 바람직하게는 어떠한 중합체 첨가제도 포함하지 않지만, 그 특성을 조절하기 위한 임의의 종류의 첨가제를 혼입하여 개질될 수 있고, 예를 들어 조성물의 접착 또는 "결합(bonding)", 즉, 자갈 또는 입자들과 같이 존재하는 개체(body)와 접촉하는 역청질 바인더의 능력를 촉진하기 위한 첨가제, 또는 잦은 통행(high traffic) 또는 공격적인 운전에 대한 기계저항성을 개선하기 위한 첨가제, 응결 조절제(setting regulators), 안정화제, 증점제, 염, 산, 알칼리를 혼입하여 개질될 수 있다. 섬유, 특히 유리 섬유, 탄소 또는 셀룰로오스, 시멘트, 석회, 실리카 또는 카본블랙과 같은 무기 또는 유기 충전제의 첨가에 의해, 중합체 또는 공중합체, 예를 들어 고무 분말 형태의 천연 또는 합성 엘라스토머(폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무 또는 SBR), 에틸렌 또는 비닐아세테이트의 공중합체(EVA), 스티렌 및 콘쥬게이트 디엔의 통계학적(statistical) 또는 불록 공중합체, 예를 들어 SBS(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체의 포함에 의해(라텍스와 같은 적절한 형태 하에서), 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 폴리아미드 및 폴리에스테르와 같은 열가소성 수지의 포함에 의해, 또는 에폭시 수지(역청/에폭시 바인더) 또는 폴리우레탄 수지, 다양한 기타 유기 수지 또는 재활용 고무 부스러기와 같은 열경화성 수지의 포함에 의해, 개선된 역청이 포함된다. 이 목록은 분명히 완전한 것이 아니다. 물론 다른 형태의 역청 혼합물을 사용할 수도 있다.
산으로서, 인산 및 그 유도체, 염 및 에스테르, 염산 및 임의의 산 또는 산 조합물이 제시될 수 있다. 알칼리로서, 유기 및 무기 알칼리, 예컨대 폴리아민, 이미다졸린, 피롤리딘, 소다, 석회 또는 칼리(potash)를 제시할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 역청질 바인더 조성물은 촉매, 특히 경화 촉매, 예를들어 금속염 및/또는 무기 안료 또는 유기 염료와 같은 하나 이상의 착색제를 포함할 수 있다.
역청질 바인더는 또한 점도를 감소시키기 위해 플럭스(flux) 또는 가소제를 이용하여 플럭스/유동화될 수 있는데, 예를 들어 석유로부터 또는 석유 화학 물질 또는 탄소화학물질(carbochemicals)로부터 유래된 용매(예: 케로센(kerosene)과 같은 경질 석유 용매, 석탄 또는 석유로부터의 오일)를 기본으로 하는 플럭스, 또는 재생 가능하고 독성이 없는 식물성 및/또는 동물성 지방 물질을 기본으로 하는 천연 기원의 플럭스를 포함한다. 이들 역청질 바인더는 선택적으로 바인더 총 중량을 기준으로 0.5 내지 35 중량%의 플럭스제(fluxing agent), 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%의 플럭스제를 선택적으로 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 적어도 하나의 산화제/옥시던트(oxidant)를 조성물 총 중량 대비 바람직하게는 0.5 중량% 이상의 양으로, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 20 중량% 범위로, 더욱 더 바람직하게는 1 중량% 내지 15 중량%로, 더 바람직하게는 3 중량% 내지 10 중량%로, 그리고 더는 5 중량% 내지 10 중량%로 포함한다.
첨가되는 산화제(oxidizing agent)는 산소(dioxygen)(O2 기체)가 아니고 바람직하게는 오존이 아니다. 그것은 바람직하게는 기체성 산화제(oxidant)가 아니다. 질산 및 그의 염, 크롬산 또는 브롬산 및 그의 염, 중크롬산염, 산화오스뮴, 과산염(persalts), 예를 들어 과붕산염, 과탄산염, 과황산염 및 과망간산염, 차아염소산 및 그의 염, 시아노기와 니트로기와 같은 강한 전자 흡인기(electron attracting group)를 갖는 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane, TCNQ) 유도체 및 과산화물을 포함하여, 다양한 산화제가 사용될 수 있다. 바람직한 산화제는 차아염소산 및 차아염소산염이며 차아염소산염은 차아염소산 나트륨 또는 차아염소산 칼슘 및 과산화물 등이며, 가장 바람직한 것은 과산화물이다.
다양한 과산화물(peroxides)을 제한없이 사용할 수 있으며, 퍼옥시시카르복실산 RCO3H, 예를 들어 메타-클로로퍼옥시벤조산, 벤조일 퍼옥사이드, 큐멘 하이드로 퍼옥사이드(cumene hydroperoxide), 터트-부틸 하이드로퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-비스(터트-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, 비스(터트-부틸디옥시이소프로필)벤젠, 1,1-디(터트-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 케톤 퍼옥사이드, 과산화수소를 포함한다. 하이드로퍼옥사이드 화합물의 임의의 염이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들어 과산화수소의 염, 예를 들어 과산화나트륨를 사용할 수 있다. 그러나, 과산화물은 바람직하게는 비-염(non-salt) 형태로 사용된다. 과산화물이 유기 과산화물일 수 있지만, 과산화수소 및 그 염은 가장 바람직한 과산화물이다. 과산화물 중에서, 수용액에 가용성이고 본 조성물에 쉽게 혼입될 수 있는 하이드로퍼옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다. 비-염 형태로 사용되는 과산화물이 염 형태로 사용되는 산화제보다 우수한 점은, 과산화물은 산화 반응이 일어난 후 역청질 바인더에 남아있곤 했던 염 부산물을 생성하지 않는다는 것이다.
산화제(바람직하게는 과산화물, 보다 바람직하게는 과산화수소 또는 그 염)는 바람직하게는 액체 용액으로서, 바람직하게는 수용액으로 역청질 바인더에 도입될 수 있다.
산화제의 사용으로, 역청질 바인더 조성물을 적용하고 경화시킨 후에 얻어진 역청 잔여물의 유동학적 및 기계적 성능 양상이 현저하게 개선된다는 것이 관찰되었다.
초기 역청은 산화제의 작용으로 인해 최종 역청으로 전환된다. 어떠한 이론에도 구속되기를 바라지 않으면서, 발명자는 산화제가 역청의 탄화수소 사슬과 산소 가교(oxygen bridge)를 형성하여 중합에 의해 삼차원 망을 형성한다고 확신한다. 최종 역청은 산소가 풍부한 산화 역청이다.
산화제는 역청을 더 경질(harder)로 만든다. 즉, 최종 역청의 침투 등급(penetration grade)은 초기 역청과 비교하여 감소되는데, 이점은 택 코트(tack coat)의 제조와 같은 많은 적용분야에서의 개선점이다. 바람직하게는, 최종 역청의 침투 등급은 초기 역청에 비해 EN-12591 표준에 정의된 바와 같이 적어도 1 등급, 보다 바람직하게는 적어도 2 등급, 더욱 바람직하게는 적어도 3 등급만큼 감소된다. 예를 들어, 70/100 초기 역청은 본 발명의 방법에 의해 40/60 역청으로, 심지어 20/30 역청으로, 전환, 즉 업그레이드될 수 있다. 경화(hardening)는 역청 온도, 산화제와의 반응 시간 및 사용된 산화제의 양에 의해 조절될 수 있는데, 이는 산소 가교의 수가 많을수록 역청의 경도가 증가하기 때문이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 역청질 바인더 조성물은 에멀젼 형태로 존재한다. 잘 알려진 바와 같이, 역청 에멀젼은 역청질 상(phase)과 수성 상으로 구성되며, 상기 상 중 하나는 다른 하나의 연속 상에 불연속적인 액적 형태로 분산되어 있다. 도로 산업에서 사용되는 역청 에멀젼은 일반적으로 다이렉트 에멀젼(direct)이며, 이는 분산 상(dispersed phase)이 역청질 상임을 의미한다.
역청질 바인더의 에멀젼은 통상적으로 분산된 상 및 분산 수성 상을 적절한 혼합기에서 혼합함으로써 제조되며, 이렇게 함으로써 일반적으로 혼합시에, 또는 상 전이(phase inversion)에 의해, 존재하는 상들에 전단(shear)이 일어난다. 분산된 상은 순수 역청 또는 플럭스, 유동화제 및/또는 중합체와 같은 첨가제와 혼합된 역청 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 분산 수성 상은 바인더-물 친화력을 개선시키기 위해, 특히 물 및 하나 이상의 유화제, 특히 계면활성제, 보다 바람직하게는 유기 계면활성제를 포함한다. 유화제는 액적의 평균 크기와 그의 좁은 분포(narrow distribution)를 조정하여, 에멀젼 안정화에 기여한다.
본 발명의 역청질 바인더 조성물을 에멀젼으로 사용하는 경우, 역청의 경화는 에멀젼의 제조 중에 (즉, 혼합 장치에서), 또는 에멀젼이 제조된 후에, 산화제의 사용에 따라 개시될 수 있다. 산화제는 역청질 바인더 에멀젼에 다양한 방식으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 산화제는 분산 수성 상과 역청 바인더의 혼합 단계 전 또는 혼합 단계 동안, 즉 역청질 바인더 에멀젼이 형성되기 전에, 분산 수성 상 또는 역청질 바인더와 (부분적으로 또는 전체적으로) 혼합될 수 있다.
역청에 대한 일반적인 등급 측정은 침투 값 또는 "펜(pen)" 값이다. 침투 값은 아스팔트 조성물의 상대 경도가 소정의 온도, 전형적으로 약 25℃에서 측정되는 침투 시험에 기초한다. 한 가지 시험은 ASTM D5, EN-12591 및/또는 AASHTO T49(미국 고속도로 교통 관리 협회)에서 기술된 방법을 사용한다. 이 시험은 표준 하중을 받는 표준 바늘이 알려진 온도 조건에서 주어진 시간에 샘플을 침투하는 거리(침투 값)를 10분의 1 밀리미터 단위로 측정한다. 침투 시험은 컨시스턴시(consistency)의 척도로 사용된다. 침투 값이 높을수록 컨시스턴시가 부드러워진다.
아스팔트 조성물의 다른 통상적인 측정법은 링 및 볼 연화점 및 점도(Ring and Ball Softening Point and the viscosity)이다. 연화점 시험은 ASTM D36 및/또는 AASHTO T53에 기술된 방법을 사용하고, 아스팔트 조성물이 부드럽고 유동성을 갖게 되는 온도를 측정한다. 이는 사용 중(in service)인 높은 온도에서 물질이 흐르는 경향을 나타낸다. 유동성 거동을 보이기 위해서, 역청질 물질의 점도가 60℃에서 ASTM D2171 시험 방법에 따라 측정된다
개질이 일어나는 시간에 관계없이, 산화제로 역청질 바인더를 개질시키는 것은 유리하게 초기 역청과 비교하여 최종 역청의 침투 값 및 연화점 값 모두를 개질시킨다. 본 발명에서 사용된 펜 값 및 연화점은 상기 확인된 ASTM 및 AASHTO 방법에 근거하고 있다.
이렇게 개질된 바인더 조성물의 PG 시스템에서의 성능 등급 평가(grading)는 코팅 재료의 제조에 유리한, 특히 고온에서 유의미하게 개질되는 것으로 밝혀졌다. 이 시스템은 도로 성능과 관련된 아스팔트 콘크리트의 고온 및 저온 특성에 대한 규격(specification)을 통해 역청질 바인더의 기후 관련 최적 작업 조건을 정의한다. PG 시스템에서의 고온은 AASHTO 표준 M 320에 정의된 것처럼, 정상적인 교통 부하에서의 최대 도로포장 온도를 나타낸다. 산화제를 이용한 바인더의 개질은 바퀴자국패임 저항성(rutting resistance)의 증가와 관련될 수 있는 역청질 바인더의 이러한 상부(upper) 성능 등급을 증가시킨다.
마지막으로, 본 발명의 공정은 조그마한 개량에 의해, 즉 산화제용 탱크와 투입 유닛(dosing unit)을 포함하는 이송 라인의 설치에 의해 역청질 바인더의 제조를 위해 설계된 통상적인 플랜트에서도 수행될 수 있음을 알 수 있다. 역청 탱크로의 산화제의 혼입은 딥-튜브(dip-tube)를 사용하여, 특히 산화제가 액체 용액으로서 첨가 될 때 간단히 수행될 수 있다.
에어 블로잉(air blowing) 공정보다 상기 공정이 유리한 점은 역청이 훨씬 신속하게 개질된다는 것이다. 본 발명에 따른 역청질 바인더 조성물은 바람직하게는 에어 블로잉에 의해 개질되지 않는다는 점이 분명하다. 또한, 본 발명에서는 경질 역청이 종래의 역청에서 출발하여 제조되기 때문에 특수 역청을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 또 하나의 양상에 따르면, 본 발명은 역청질 바인더의 영구 변형 저항성을 개선하기 위한 산화제의 사용, 및 이에 따라 이러한 역청질 바인더를 사용한 아스팔트 혼합물의 영구 변형에 관한 것이다. 상기 역청질 바인더는 바람직하게는 도로 건설 및/또는 토목 공학을 위한 층 또는 코팅을 형성하는 것을 목적으로 한다.
실제로, 본 발명에 따른 가공된 역청질 바인더 조성물의 이점은 특히 높은 사용 온도에서 영구 변형에 더 잘 저항하는 코팅을 제공하여, 가요성 및 열 균열 저항성(thermal cracking resistance)을 향상시키는 것이다.
이러한 산화제의 사용은 일반적으로 EN-12591 표준에 정의된 적어도 하나의 등급만큼 역청질 바인더 침투 등급을 감소시키는 것과 관련이 있다.
본 발명의 역청질 바인더 조성물은 도로 표면 적용(도로 표면의 건설 및 보수관리) 및 건설 산업과 같은 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있다. 이 역청질 바인더 조성물은 단독으로 또는 골재의 존재 하에서, 특히 간이포장에 의한 도로 보수(surface dressing), 택 코트, 경화 층, 역청질 코팅, 에멀전 기본 코스, 역청질 슬러리 또는 냉간(cold-cast) 코팅, 고온 아스팔트 혼합물, 따뜻한 아스팔트 혼합물, 폼(foam) 아스팔트 혼합물, 도로 표시, 콘크리트 구조물의 프라이머 코팅의 제조에 사용되거나 대안적으로 기초의 누설 방지를 보장하기 위해 사용된다. 아스팔트 콘크리트/역청질 콘크리트/아스팔트 혼합물은 역청질 바인더를 통해 함께 결합된, 광물 입자들을 포함하는 재료로 정의된다. 바람직하게는 도로포장의 피복 층(wearing course), 기층(binder course) 또는 노반층(base course)에 사용되도록 제조된다. 일 실시형태에서, 역청질 바인더 조성물은 바람직하게는 재료 총 중량의 3 내지 15 중량%를 나타낸다.
따라서, 산화제에 의한 역청질 바인더 조성물의 개질은 경제적이고 지속가능한 도로포장 작업을 가능하게 하며, 이로 인해 가혹한 더운 날씨에도 아스팔트 포장재 수명을 연장시킨다.
아래의 실시예는 설명을 위해 제공된다.
실시예
Ⅰ. 재료 및 방법
침투 등급이 70/100 또는 50/70인 역청을 조성물의 기본 재료로 사용하였다. 과산화수소와 차아염소산 칼슘(Ca(ClO)2)을 산화제로 사용했다. 과산화수소는 순수한 형태의 물보다 약간 점성이 높은 무색의 액체이다. 안전상의 이유로 50 중량% 수용액으로 사용하였다.
역청질 물질의 침투성은 ASTM D5 시험 방법에 따라 측정되었다. 역청질 물질의 점도는 ASTM D2171 시험 방법에 따라 측정되었다. 더 높은 침투 값은 더 부드러운 컨시스턴시를 가리킨다.
유동성 거동(flow behavior)의 특성을 보여주기 위해, 역청질 물질의 점도가 ASTM D2171 시험 방법에 따라, 60℃ 또는 135℃에서 측정되었다.
역청질 물질의 연화점은 링 및 볼 장치(Ring-and-Ball Apparatus)를 사용하여 ASTM D36 시험 방법에 따라 측정되었다.
역청질 물질의 성능 등급 평가(PG) 시스템에서의 고온은 AASHTO 표준 M 320에 정의된 방법에 따라 측정되었다. 역청질 바인더의 이러한 상부 성능 등급에서의 증가는 도로가 바퀴자국패임(rutting) 저항성을 갖는데 도움이 된다.
역청질 물질의 노화(aging)는 EN 12607-1 표준에 따라 회전 박막 오븐 시험(rolling thin film oven test, RTFOT)을 사용하여 연구되었다. 이 시험에서 3 ~ 4초마다 고온 공기를 유리 용기에 주입하면서 역청의 박막을 163℃에서 75분 동안 유리 용기의 내부 표면 주위를 연속적으로 회전시킨다.
Ⅱ. 바인더의 제조 및 시험 결과
다음의 바인더들을, 역청과 3 중량% 과산화수소 용액 또는 1 ~ 7 중량%의 차아 염소산 칼슘을 120℃에서 1 시간 동안 원통형 용기(직경 60mm, 높이 140mm)에서 직접 혼합하여 제조하였다. 교반기가 장착된 저-전단 혼합기(Silversson Mixer)를 1200rpm의 회전 속도로 사용하였다. 과산화수소가 수용액으로 사용되었기 때문에, 역청의 유의미한 부피 팽창이 관찰되었다. 체적 팽창을 고려하기 위하여, 충분한 감소량을 사용하여 모든 안전 대책을 확보하는데 주의를 기울였다.
바인더는 수분 증발 직후에 시험되었다. 산화제로 개질하기 전과 후에 수행된 시험 결과를 하기 표에 나타낸다.
실시예 비교예 1 1
바인더 역청 70/100 역청 70/100 + 3 중량% H2O2 용액
25℃에서 침투(1/10 mm) 85 40
연화점(℃) 43 52
60℃에서 점도(Poise) 1200 4200
실시예 2 비교예 2 2 3 4 5 6 7 8
바인더 역청
50/70		 역청 50/70 + 1 % Ca(ClO)2 역청
50/70 + 2 % Ca(ClO)2 		역청 50/70 + 3 % Ca(ClO)2 역청 50/70 + 4 % Ca(ClO)2 역청 50/70 + 5 % Ca(ClO)2 역청 50/70 + 6 % Ca(ClO)2 역청 50/70 + 7 % Ca(ClO)2
25℃에서 침투
(1/10 mm)		 62 47 45 44 32 29 30 28
연화점(℃) 45 46.3 48.9 50.2 50.9 51.2 52 53.2
60℃에서 점도(cSt) 280 470 529 565 574 574 632 672
과산화수소 또는 차아염소산 칼슘을 첨가할 때 침투력이 감소하는 한편, 링 및 볼 연화 온도 및 점도가 증가한다는 것을 알 수 있는데, 이는 이들 산화제가 바인더의 경화를 유발한다는 것을 의미한다. 과산화수소를 사용하면 초기 70/100 역청을 35/50 역청으로 전환할 수 있었지만, 차아염소산 칼슘을 사용하면 초기 50/70 역청을 20/30 역청으로 전환할 수 있었으며, 이는 EN-12591에 따른 규격에 모두 일치한다.
과산화수소로 개질되거나 개질되지 않은 역청질 바인더의 성능 등급화를 또한 평가하였다. 결과는 다음과 같다.
비교실시예 1
온도(℃) G*/sin delta
(Rutting parameter)		 규격
46 8.3 kPa 25 mm 플레이트에서 최소 1 kPa, 10 rad/sec에서 1 mm 갭(gap)
　
52 3.6 kPa
58 1.67　 kPa
64 0.7 kPa
에이칭 후 (RTFOT 시험)
58 6.75 kPa 25 mm 플레이트에서 최소 2.2 kPa, 10 rad/sec에서 1 mm 갭
실시예 1
온도(℃) G*/sin delta
(Rutting parameter)		 규격
52 17.7 kPa 25 mm 플레이트에서 최소 1 kPa, 10 rad/sec에서 1 mm 갭(gap)
　
58 7.22 kPa
64 3.15 kPa
70 1.46 kPa
76 0.71 kPa 　
에이징 후 (RTFOT 시험)
70 4.62 kPa 25 mm 플레이트에서 최소 2.2 kPa, 10 rad/sec에서 1 mm 갭
1.0kPa 미만의 G*/sinδ가 확인되는 온도는 비교예 1에서 61.7℃(불량 온도)였다. 따라서, 비교예 1에서 PG 시스템의 고온은 58℃였다. 1.0kPa 미만의 G*/sinδ가 확인된 온도는 실시예 1에서 73.1℃(불량 온도)였다. 따라서 실시예 1에서 PG 시스템의 고온은 70℃였다.
상기 표로부터, 다양한 산화제를 역청질 바인더에 첨가하면 고온 PG 등급이 개선된다는 것을 알 수 있고, 이는 바퀴자국패임(rutting)에 대한 보다 우수한 저항성을 의미한다.

Claims (13)

  1. 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 및/또는 코팅을 제조하기 위한 역청질 바인더 조성물의 제조 방법으로서,
    a) 초기 역청을 포함하는 역청질 바인더와 적어도 하나의 산화제를 혼합하는 단계,
    b) 최종 역청을 포함하는 역청질 바인더 조성물을 얻는 단계,
    c) 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 또는 코팅을 형성하기 위해 단계 b)에서 얻어진 상기 역청질 바인더 조성물을 도포하는 단계를 포함하는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최종 역청의 침투 등급은 초기 역청과 비교하여 EN-12591 표준에 정의된 적어도 하나의 등급만큼 감소되는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 산화제는 과산화물, 차아염소산 또는 그의 염인, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 산화제는 과산화수소 또는 그의 염인, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 산화제는 차아염소산염인, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 과산화수소 또는 그의 염은 수용액 상태로 첨가되는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 산화제는 조성물 총 중량 대비 0.5 내지 20 중량% 범위의 양으로 사용되는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역청질 바인더는 역정칠 바인더 총 중량의 25 내지 100 중량%로, 바람직하게는 65 내지 90 중량%로 존재하는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역청질 바인더 조성물은 에멀젼 형태인, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역청질 바인더 조성물은 골재를 추가로 포함하는, 역청질 바인더 조성물의 제조 방법.
  11. 역청질 바인더의 영구 변형 저항성 개선시키기 위한 적어도 하나의 산화제의 용도로서, 상기 역청질 바인더는 도로 건설 및/또는 토목 건축용 층 또는 코팅을 형성하기 위해 사용되는, 적어도 하나의 산화제의 용도.
  12. 제11항에 있어서, 상기 역청질 바인더 침투 등급은 EN-12591 표준에 정의된 적어도 하나의 등급만큼 감소되는, 적어도 하나의 산화제의 용도.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 산화제는 과산화물, 차아염소산 또는 그의 염인, 적어도 하나의 산화제의 용도.
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US3227573A (en) * 1961-08-28 1966-01-04 Phillips Petroleum Co Surface treatment of bituminous materials
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