KR100547460B1 - 아스팔트 조성물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 점도 300 mPa.s 미만의 (100℃에서) 비유화 연질 결합제 성분 및 골재의 혼합물에 투과도 50 dmm 이하인 경질 결합제 성분을 온도 140℃ 이하에서 첨가함으로 이루어지는, 오픈-그레이드 (open-graded) 아스팔트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아스팔트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
도로에 바로 사용하는 아스팔트 조성물을 제조하기 위해서 역청 (瀝靑) 을 골재 (aggregate) 와 혼합시키는 온도는 보통 140∼170℃ 이나, 일부 문헌 예컨대, 미국 특허 3,832,200 에는 더 높은 온도에서도 적용할 수 있다고 기재되어 있다.
그 후, 오늘날 상기 고온의 역청 (bitumen) 이 잠재적 건강, 안전 및 환경 위험을 야기 시킬 수 있으므로, 이 기술분야에서 낮은 온도에서 취급될 수 있는 아스팔트 조성물의 개발을 위한 개선한 많은 노력이 이루어짐이 공지되어 있다.
이 점에 있어서, 참고로 고온의 역청과 유화제 수용액의 혼합으로 제조된 역청 에멀션의 이용을 참조할 수 있다. 상기 역청 에멀션은 통상 140℃ 보다 매우 낮은 온도에서 골재와 혼합할 수 있으며, 이로써 상기 위험들이 더욱 잘 억제된다. 비교적 높은 기공 함량을 갖는 아스팔트 조성물, 소위 오픈-그레이드 (open-graded) 의 아스팔트는 물에 대한 높은 투과성을 갖고 있는 이점이 있다. 이로써, 용역을 하는 동안 물을 도로 표면으로부터 더욱 빨리 제거할 수 있다. 높은 기공 함량의 단점은 오픈-그레이드의 아스팔트가 보다 쉽게 도로 표면에서 거친 골재를 상실한다. 즉 이를 소위 도로 표면의 마모 (fretting) 이라 한다. 또한, 내부의 점착력을 더욱 쉽게 잃어버리는 경향이 있어, 이는 결국 재료의 붕괴 및 내부 안정성 결핍을 가져오며, 이는 흔히 도로 표면의 변형 즉, 바퀴자국으로 볼 수 있다. 게다가, 이러한 아스팔트의 강도는 단지 느리게 진전될 것이다.
DE-E-4308567 는 일반적으로 200 dmm 투과도를 갖는 B200 의 보다 적은 부분량을 석재조각 및, 임의로는 모래 및 충전제 성분을 초기에 혼합한 후에, 65 dmm 의 투과도를 갖는 B65 의 보다 많은 부분량을 혼합함에 의한 아스팔트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
놀랍게도, 이제 300 mPa.s 미만의 (100℃에서) 점도를 갖고 있는 비유화 연질 결합제 성분과 골재의 혼합물에, 50 dmm 미만의 투과도를 갖는 경질 결합제 성분을 비교적 저온에서 첨가함으로써, 마모에 대한 우수한 내성 및 우수한 크리프(creep)성 및 작업 성능을 갖는 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물을 제조될 수 있다.
US-A-5,114,483, US-A-4,762,565 및 EP-A-589,740 는 연질 결합제 성분의 에멀션 및 경질 결합제 성분의 에멀션에 의한 아스팔트의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 연질 결합제 성분의 에멀션을 제조해야 할 필요가 없다는 장점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 점도 300 mPa.s 미만을 (100℃에서) 갖는 비유화 연질 결합제 성분 및 골재의 혼합물에, 투과도 50 dmm 미만인 경질 결합제 성분을 온도 140℃ 미만에서 첨가함으로 이루어지는, 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 적절히, 적용 용도는 100℃ 미만이다.
경질 결합제 성분은 분말로서 혼합물에 첨가되는 것이 바람직하다. 이 경우, 경질 결합제 성분은 50℃ 미만의 온도에서, 매우 바람직하게는 상온에서 혼합물에 첨가할 수 있다. 경질 결합제 성분이 에멀션 (또는 현탁액) 으로 사용될 경우, 그 에멀션 (또는 현탁액) 은 물을 50 질량% 미만, 바람직하게는 40 질량% 미만 함유한다. 이 경우, 경질 결합제 성분은 100℃ 미만의 온도, 바람직하게는 상온에서 80℃ 까지의 온도에서 혼합물에 적당히 첨가될 수 있다. 에멀션을 사용할 경우, 이 에멀션은 양이온, 음이온 또는 비이온의 에멀션일 수 있다.
상기 연질 결합제 성분은 비교적 저온에서 즉, 120℃ 미만의 온도에서 골재에 적당히 첨가될 수 있다.
적절하게, 상기 연질 결합제 성분은 70℃ 이상, 바람직하게는 80℃ 내지 115℃, 더욱 바람직하게는 85℃ 내지 110℃ 범위의 온도에서 골재에 첨가될 수 있다.
본 발명의 내용에 있어, 경질 결합제 성분은 50 dmm 미만의 투과도 (PEN) 를 갖는 결합제 성분으로서 정의 된다. (25℃ 에서 ASTM D5 로 측정함). 경질 결합제 성분은 바람직하게는 투과도가 10 dmm 미만이고, 연화점은 100℃ 미만 (ASTM D 36 으로 측정함), 바람직하게는 80℃ 미만이다.
본 발명의 내용에 있어, 연질 결합제 성분은 점도 (100℃ 에서 ASTM D 2171 로 측정함) 가 300 mPa.s 미만, 바람직하게는 270 mPa.s 미만, 가장 바람직하게는 200 mPa.s 미만 (100℃에서 ASTM 2171 로 측정함) 이다.
바람직하게는, 경질 및 연질 결합제 성분은 모두가 역청 성분이다. 그러 나, 본 발명의 또다른 적당한 양태로서, 경질 결합제 성분은 수지, 예컨대 코우마론-인덴 (coumarone-indene) 수지이고, 연질 결합제 성분은 낮은 점도의 성분 (플럭스) 이다. 수지는 여기에서 참조로 인용되는 EP-B-0330281 에 기재되어 있는 변성 수지 중 임의의 것일 수 있다.
결합제 성분은 게다가 필름형성 개선제 (예컨대, 부틸디옥시톨), 비이온성 유화제 (예컨대, 노닐페놀에톡실레이트) 또는 점착 개선제 (예컨대, 알킬아미도아민 같은 아민), 바람직하게는 알킬아미도아민을 적당히 함유할 수 있다. 그러한 추가적 성분은 연질 결합제 성분에 첨가되는 것이 바람직하고, 결합제의 총량을 기준하여 5 중량% 미만, 바람직하게는 0.25 내지 1.0 중량% 의 양으로 존재한다. 또한, 이들의 추가 화합물의 혼합물은 적절하게 사용될 수 있다. 이렇게 하여, 마모에 대한 더욱 개선된 내성이 달성되었다.
역청 성분은 천연 역청이거나 미네랄 오일로부터 유도될 수 있다. 또한, 크랙킹 공정 및 코올 타르에 의해 수득된 석유 피치는 역청 재료의 복합물과 함께 사용할 수 있다. 적당한 역청의 예에는 증류 또는 "스트레이트 런 (straight run)" 역청, 침전역청, 예컨대 프로판 역청, 블로운 (blown) 역청 예컨대, 촉매작용의 블로운 역청 및, 이들의 혼합물이 포함된다. 다른 적절한 역청 조성물에는 석유 추출물, 예컨대 방향성 추출물, 증류물 또는 잔류물과 같은 증량제 (플럭스), 또는 오일과 하나 이상의 상기 역청 혼합물이 포함된다.
경질 및 연질 결합제 성분은 적당하게 당 기술분야에서 공지된 임의의 중합체 변형제 예컨대, 열가소성 고무 같은 변형제를 적당하게 1 내지 10 중량% 로 함유할 수 있다. 경질 및 연질 결합제 성분의 사용 양은 매우 넓은 범위 내에서 변화할 수 있고, 아스팔트 조성물의 결합제에 요구되는 투과도 등급에 의해 매우 많이 좌우된다. 경질 결합제 성분은 예컨대 총량 결합제를 기준으로 10 내지 90 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따라서 제조된 상기 아스팔트 조성물은 특히, 도로에 적용하여 사용하는데 적합하다. 본 발명에 따라서 제조된 상기 아스팔트 조성물은 기재 조질 (粗質) 재료 또는 마모 조질 재료의 구성에 적절히 사용될 수 있다. 본 발명에 따라서 제조된 아스팔트 조성물의 결합제는 투과도가 10 내지 300 dmm, 바람직하게는 50 내지 150 dmm 로 조절하는 것이 적합하다 (25℃에서 ASTM D5 로 측정함).
상기 역청 조성물은 또한 다른 성분들 예컨대, 카본블랙, 실리카 및 탄산칼슘, 안정화제, 산화방지제, 안료 및, 역청 조성물에 유용하다고 알려진 용매를 함유할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 조성물은 당 기술분야에 알려진 양의 골재를 함유할 수 있다.
본 발명에 따른, 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물은 10 % 초과, 바람직하게는 15 % 초과, 가장 바람직하게는 20 내지 30 중량% 범위의 기공 함량을 가진다 (고 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물).
적당한 골재에는 통상적으로 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물에 적용하는 것들이 포함된다.
실시예 1
4.5% m 100 pen 그레이드 결합제, 100% m 골재와 같은 고 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물은 하기와 같이 본 발명에 따라 제조한다. 100℃ 에서 점도가 260 mPa.s 인 저점도 결합제 성분 (Statfjord 단 (短) 잔기) 1 kg 을 100℃ 에서 웨트픽스 (Wetfix) (알킬아미도 아민; ex Berol Nobel) 10 g 과 예비 혼합하였다. 예비 혼합된 저점도 결합제 성분 19.6 g 을 100℃, 약 35 rpm 으로 조작되는 호바트 (Hobart) 믹서기에서 골재 924.8 g 에 첨가하였다. 골재는 Filler Rhecal 60 (< 63 ㎛) 5.7 %m, 분쇄된 모래 (0.063-2 mm) 10.1 %m 및 네덜란드 분쇄 자갈 (Dutch Crushed Gravel) (8-11 mm) 84.2 %m 로 구성된다. 이어서, 상기 혼합물에 수득된 36.3 g 경질 결합제 성분의 현탁액을 첨가하여, 10/20 pen 그레이드 역청 (현탁액 60.9 %m 의 역청 함량) 22.1 g 을 함유하도록 한다. 현탁액을 2 bar 의 압력, 165℃ 의 역청온도, 60 ℃ 의 용액온도 및 9000 rpm 에서 밀이 조작되는 열교환기가 내장된 ScanRoad (Akzo-Nobel) 콜로이드 밀에서 제조한다. 10/20 pen 역청은 12 dmm 의 투과도 (25℃에서 ASTM D 5 로 측정함) 및 70 ℃의 연화점 (ASTMD D 36 으로 측정함) 을 가진다. 유화제 용액은 3.0 % 의 시판용 유화제 Redicote EM26 을 함유하고, pH 는 1.5 이다. 상기 용액은 염산을 사용하여 산성화시켰다. 이렇게 수득한 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물을 그 후, 선회 (gyratory) 컴팩터의 형틀에 붓는다. 그 후, 아스팔트 조성물을 압축압력 3.5 bar, 온도 70 내지 100℃ 에서 압축한다. 압축 후, 수득한 아스팔트 샘플은 상온으로 냉각시키고, 형틀에서 분리하였다.
실시예 2
비교를 위해, 골재 100% m 에 대한 존재의 고온 믹스 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물과 4.5% m 100 pen 그레이드 결합제를 하기와 같이 제조한다. 100 pen 결합제는 저점도 결합제 성분 (Statfjord 단 잔기) 및 경질 역청 성분 (10/20 pen 그레이드) 로 혼합하여 제조된다. 이렇게 수득한 복합물 41.6 g 을 140℃ 의 온도에서 실시예 1 에 기재된 골재 조성물 924.8 g 에 첨가한다. 그 후, 아스팔트는 100 회 사이클을 위해, 1.5, 압축압 3.5 bar, 온도 130℃ 에서 선회 압축하였다. 압축 후, 아스팔트 샘플을 상온으로 냉각시키고, 형틀에 분리하였다.
시험예
이어서, 실시예 1 및 실시예 2 에서 제조된 고 오픈-그레이드의 아스팔트 조성물의 마모 성능을 4℃에서, 공지된 테스트인 (변형된) 캘리포니아식 마모로 측정하였다. 지름이 101.6 mm 이고, 높이 50 mm 인 원통형 견본을 시험에 사용하였다. 아스팔트 조성물의 성능 데이터는 표 1 에 나타나 있다.
이것들의 데이터로부터 본 발명에 따라, 우수한 아스팔트 조성물을 유리하게 저온에서 제조할 수 있음을 명백히 할 수 있다. 게다가, 통상적 고 오픈-그레이드의 본 발명 (실시예 1) 에 따른 아스팔트 조성물이 아스팔트 조성물 (실시예 2) 같이 균질하게 나타남이 관찰되었다.
| 기공률 (%) | 캘리포니아식 마모 시험 (4℃에서) [g] | |
| 실시예 1 | 23 | 43.1 ±0.1 |
| 실시예 2 | 24 | 37.8 ±1.5 |
[발명의 효과]
본 발명에 따라서 제조된 상기 아스팔트는 도로에 적용하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라서 제조된 상기 아스팔트는 바람직하게 기재의 조제 (粗製) 재료 또는 마모의 조질 재료의 구성에 사용된다.
Claims (8)
- 점도가 300 mPa.s 미만 (100℃에서) 인 비유화 연질 결합제 성분 및 골재의 혼합물에, 투과도가 50 dmm 이하인 경질 결합제 성분을 온도 140℃ 미만에서 첨가함으로 이루어지는, 개립도 (open-graded) 아스팔트 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 경질 결합제 조성물을 온도 100℃ 미만에서 혼합물에 첨가하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 경질 결합제 조성물을 분말로서 혼합물에 첨가하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 경질 결합제 조성물을 온도 50℃ 미만에서 혼합물에 첨가하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연질 결합제 조성물을 온도 120℃ 미만에서 골재에 첨가하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 온도가 80 내지 115 ℃ 범위인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연질 및 경질 결합제 성분이 역청 (bitumen) 성분인 방법.
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