KR100719853B1 - 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법 - Google Patents

상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조에 관한 것으로서 일정 입도를 가진 골재에 습기 경화형 아스팔트를 적정 점도와 두께로 코팅하여 도로보수에 적용함으로써 신속한 보수작업과 보수 후의 우수한 내구성, 습기와의 반응성으로 인한 우수한 계면간의 접착력 등을 갖는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 관한 것이다.
본 발명은 직경 8㎜이하의 골재80 ∼ 95 중량%에, 습기 경화형 아스팔트 바인더 5 ∼ 20 중량%를 혼합하고, 여기에 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 더 첨가하여 골재 표면에 고르게 코팅하여 완성되는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재를 제공하게 된다.
상기한 조성으로 이루어진 본 발명은 기존에 상온 보수재를 사용하고 있는 곳에 사용이 가능하고, 대부분의 사용 시점이 보수할 표면에 습기가 많은 때임을 감안할 때 습기경화로 인한 접착력이 우수하고, 반응 경화형 고분자를 사용함으로서 일반 아스팔트를 사용한 기존 보수재와 달리 매우 탁월한 내구성을 발휘하여 포장 수명을 현격히 증대시킬 수 있는 우수한 장점이 있다.
도로보수, 상온, 습기 경화, 바인더, 고분자, 점착 증진제, 경화시간 조정제

Description

상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법{Polyurethane binder composition cured by moisture, cold asphalt repair materials for road rehabilitation using the same and those manufacture method}
도1은 본 발명에 따른 도로보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재 제조방법의 제1 실시예로서 습식 혼합물 배합 공정을 보여주기 위한 제조장치를 나타낸 개략도.
도2는 본 발명에 따른 도로보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재 제조방법의 제2 실시예로서 플랜트 혼합(plant-mix)방식을 고려한 건식 혼합물 배합 공정을 보여주기 위한 제조장치를 나타낸 개략도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 사용되는 골재의 예시적인 최적 배합입도 분포를 나타낸 그래프도.
도4는 보수재의 양생기간에 따른 인장 강도를 나타낸 그래프도.
도5는 보수재 종류별 부착강도를 나타낸 그래프도.
본 발명은 파이거나 파괴된 도로면의 훼손부위를 보수하기 위한 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 상온 아스팔트 보수재인 용제형 아스팔트 보수재 및 수용성 아스팔트 보수재의 단점을 보완하고, 그들보다 더욱 뛰어난 물성을 갖는 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 아스팔트 포장도로는 시공 후 빈번한 차량통행, 기후 및 환경변화, 시간의 경과에 따른 노후등으로 인하여 점차 파손되고 있다. 최근에는 도심지의 재건축 및 재개발의 활성화에 따라 도심지내로 대형차량 및 과적차량의 통행이 증가되고 있고, 이에 따른 포장도로의 보수시기가 점점 빨라지고 보수부위도 다발적으로 발생하고 있다. 상기 포장도로의 파손부위에 대해서는 부분보수가 적기에 시행되어야 포장층을 지속적으로 유지할 수 있으며, 그렇지 못할 경우 대규모 보수를 해야 하는 경우가 발생하여 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 이와 같이, 아스팔트 포장도로는 유지관리를 어떻게 하느냐에 따라 그 수명주기가 달라지며, 포장도로의 수명주기동안 적절한 보수시기와 보수공법을 선정하는 것이 매우 중요하다.
아스팔트 포장도로의 기층 및 표층의 파손부위를 보수하기 위한 전통적인 방법으로는 KSF2349에 규정된 공법으로서, 역청질 아스팔트에 쇄석, 자갈, 잔골재등을 혼합한 혼합물을 소정온도에서 가열하여 포설하는 공법이다. 상기 공법은 아스 팔트 혼합물을 가열한 후 포설해야 하기 때문에, 보수공법 특성상 보수부위가 넓은 곳에 적합한 반면에, 소규모 지역의 부분 보수에는 적합하지 못하다. 또한, 상기 보수공법은 시공시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라, 시공작업이 매우 복잡하고, 경제적이지 못한 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 극복하고자 종래에는 상온에서 사용할 수 있는 용제형 아스팔트 보수재나, 수용성 아스팔트 보수재가 개시되어 있기는 하나, 이 보수재들은 여러가지 단점을 가지고 있어 상온 아스팔트 보수재의 대중화에 많은 애로사항이 있다.
일예로 종래의 용제형 아스팔트 보수재로는 특허 제0210163호의 도로보수용 상온아스콘 포장재료 및 그의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 공법은 스트레이트 아스팔트 60 ∼ 92중량%, 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.5 ∼ 26.5중량%, SBS 함유 아스팔트 개질재 0.2 ∼ 2.2중량%, 섬유폐슬러지 0.1 ∼ 5.0중량%를 혼합한 것으로 상온에서 시공이 가능한 특징을 갖는다.
상기 공법은 비가열형 아스팔트 역청 혼합물을 이용하기 때문에 외부환경변화 및 계절에 관계없이 적기적소에 쉽게 포설이 가능한 장점이 있다.
다른 예로서 특허 제0230849호의 도로보수공법이 개시되어 있으며, 이 공법은 폴리우레탄계 합성수지와 골재 혼합물에 폴리올린 폴리옥시 에틸렌폴리에텔과 1.4부탄디올 및 트리 이소프로파놀아민, 가소제 및 경화제가 첨가된 것을 도로보수재로 하여 훼손부위의 노면 최저부에 도포하여 프라이머층을 형성하고, 그 위에 자갈과 모래가 배합된 것을 투입하면서 상기 도로보수재를 분사하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기의 기술은 보수제의 접착력과 결착력이 우수한 특성으로 인하여 견고하고 평활한 노면을 얻을 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 기술들을 포함하는 종래 대부분의 상온 아스팔트 포장 보수재들과 수용성 아스팔트는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
첫째, 대부분의 상온 도로 보수재는 여름철 우기 및 겨울철 눈이 내린 후 도로의 노면이 페인 곳에 긴급히 보수할 목적으로 사용하는 제품이지만, 보수할 노면에 물이 많아 보수 면에서의 접착력이 매우 약하기 때문에, 노면 보수 후 교통을 개방하면 단시일 내에 보수한 부분이 다시 파손되고 있다.
둘째, 상온 아스팔트 보수재에 사용되는 골재는 대부분 크기가 일정한 입도의 단입도 골재를 사용하고 있기 때문에, 골재간의 접촉 면적이 작고, 바인더로 사용하는 용제형 아스팔트나 수용성 아스팔트는 상온에서 유동성을 가지기 위해 일반 도로포장용 아스팔트보다 훨씬 무르고 약한 것들을 사용하기 때문에 상온 아스팔트 보수재 자체가 가지고 있는 물리적 강도는 매우 약할 수밖에 없는 단점이 있다.
셋째, 수용성 아스팔트 바인더를 사용하는 상온 아스팔트 보수재는 추운 동절기에는 양생이 되지 않아 사용할 수 없는 단점도 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 습기가 존재하는 상태에서 경화할 수 있는 반응형 아스팔트 바인더를 사용하고, 골재의 엄정한 입도관리를 통하여 보수재의 물성을 향상시켜 계절에 상관없이 상온에서 노면 보수시공이 가능하며, 기존 상온 아스팔트 보수재 플랜트를 개량하지 않고 그대로 사용할 수 있도록 함으로써 혼합물 생산에 따른 추가비용 발생을 최대한 억제할 수 있는 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반응형 아스팔트 바인더를 사용함으로써 보수면에 있는 습기에 의한 접착력 약화를 극복할 수 있고, 아스팔트 바인더가 습기와 반응을 완료한 후에는 일반 아스팔트 바인더보다 월등한 물리적 성상을 가지도록 하여 보수 주기를 매우 길게 유지할 수 있는 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 아스팔트 바인더의 경화 시간을 마음대로 조절할 수 있도록 하여 사용자 및 작업 장소의 여건에 맞는 최적의 작업성을 발휘할 수 있는 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에서는 소정 입도분포를 갖는 건조 골재 80 ∼ 95중량%에 대하여; 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며, 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량%, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정온도에서 반응시켜 제조한 유색의 폴리우레탄 바인더 5 ∼ 20 중량%를 혼합하여 골재 표면에 고르게 코팅되도록 제조된 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재를 제공한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에서는 소정 입도를 갖는 건조 골재 80 ∼ 95 중량%에, 165℃ 미만의 온도로 가열된 아스팔트 바인더 1 ∼ 10 중량%, 70℃ 미만의 온도로 가열된 습식 경화형 바인더 1∼ 10 중량%, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가하여 골재 표면에 고르게 코팅하여 제조되되,
상기 습식 경화형 바인더는 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량% 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정온도에서 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재를 제공한다.
또한, 본 발명은 소정 입도를 갖는 골재를 온도가 30 ∼ 100℃에서 소정 시간동안 가열하여 상기 골재에 함유되어 있는 수분을 제거하는 제1 단계; 20 ∼ 80℃온도에서 가열된 습기 경화형 아스팔트 바인더 5 ∼ 20 중량%와, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가한 혼합물을 교반기에서 소정 시간동안 교반하여 1차 혼합하고, 상기 혼합물에 수분이 제거된 건조 골재 80 ∼ 95중량%을 2차 혼합하여 상기 골재의 표면에 혼합물이 코팅되도록 하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계 수행 후 계량조에서 계량하여 포장하는 제3 단계를 포함하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 도로보수용 습기 경화형 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법은 훼손된 도로부위의 보수시, 습기에 의한 아스팔트와의 결합력을 증대시킬 수 있도록 물리적 강도를 보강하고, 바인더의 경화시간을 자유롭게 조절하여 도로보수 작업성을 양호하게 할 수 있도록 구현한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에서는 소정의 입도분포를 가지고 선별된 골재 80 ∼ 95 중량%에, 습기 경화형 아스팔트 바인더 5 ∼ 20 중량%를 첨가하고, 여기에 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 부가적으로 첨가/혼합한 후 골재 표면에 고르게 코팅하여 제조한 것을 특징으로 한다.
상기한 조성으로 제조되는 본 발명은 안정도(25℃), 공극률, 수침잔류 안정도 면에서 KS F 2369 도로보수용 상온 역청 혼합물의 품질기준을 만족하며, 기존의 보수재에 비해 물성이 월등히 좋다.
상기 골재는 그의 물성을 최대한 확보할 수 있도록 직경이 0.1 ∼8mm의 입도를 갖는 것을 선택하되, 30 ∼ 100℃의 온도로 미리 가열하여 골재 내의 수분을 충분히 제거한 것을 사용한다. 상기 직경 8㎜이하의 골재를 사용하는 이유는 골재가 너무 크면 골재간의 접촉 면적이 작아져서 제품의 물리적인 특성을 매우 감소시키는 결과를 초래하기 때문이다.
상기 골재의 조성비율에서 80중량% 미만일 경우에는 필요 이상으로 수분 경화형 아스팔트 바인더가 과량 사용되어 제품의 가격이 높아져 경제성이 떨어지고, 95중량%를 초과할 경우 수분 경화형 아스팔트 바인더의 양이 작아 골재에 수분 경화형 아스팔트 바인더가 충분히 코팅되지 않음으로써 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 요구되는 물성을 확보할 수 없게 된다.
본 발명에서 가장 큰 비중을 차지하는 습기경화형 아스팔트 바인더는 일예로서, 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량% 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 80 ∼ 90℃ 온도에서 반응시켜 제조한 유색의 폴리우레탄 바인더이다.
본 발명의 폴리우레탄 바인더 조성물에서는 2가 폴리에테르 폴리올과 3가 폴리에테르 폴리올을 혼합한 물질을 사용한 예에 대하여 개시하고 있다. 이는 3가 폴리올의 경우 2가 폴리올에 비해 접착력이 향상되는 특징이 있으나, 많은 양을 사용하게 되면, 점도가 증가하기 때문에 사용상에 어려움이 있으므로 상대적으로 점도가 낮은 2가의 폴리올을 사용한다. 이와 같이 2가 폴리올은 상대적으로 점도가 양호하나 접착력이 열악할 수 있어, 본 발명에서는 2가 폴리올과 3가 폴리올의 조합 을 통하여 물성을 보완한 것이다.
그러나, 필요에 따라 작용기가 2인 폴리에테르 폴리올중 분자량이 1800 ∼ 3300정도인 화합물에 말단에 개시제인 프로필렌옥사이드(PO:Propylene Oxide)가 부가된 제품이나 에틸렌옥사이드(EO:Ethylene Oxide)가 부가된 제품 또는 상기 2가의 폴리에테르 폴리올 대신에 작용기가 3인 폴리에테르 폴리올중 분자량이 3000 ∼ 4500정도인 화합물에 말단에 개시제인 프로필렌옥사이드(PO:Propylene Oxide)가 부가된 제품이나 에틸렌옥사이드가 부가된 제품을 단독으로 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄 바인더에는 강도와 접착력을 증대시키기 위하여 이소시안네이트(-NCO)기를 가지고 있는 모디파이 엠디아이(modify MDI) 1 ∼ 5중량%를 더 첨가할 수 있으며, 또한, 강도를 증가시키기 위하여 에스테르 폴리올 1 ∼ 5중량%를 더 첨가할 수도 있다. 상기 모디파이 엠디아이가 5중량%이상 첨가되면 제품 가격의 상승요인이 되고, 1중량%이하로 첨가되면 소망하는 기능을 얻기가 어렵다.
본 발명에서는 상기에서 제시한 폴리우레탄 바인더 대신에 습기 경화형 아스팔트 우레탄, 습기 경화형 아스팔트 변성 에폭시, 습기 경화형 아스팔트 변성 우레탄등이 사용될 수 있다.
상기한 조성으로 제조되는 본 발명의 보수재에서, 상기 습기 경화형 아스팔트 바인더는 20 ∼ 80℃의 온도 범위에서 사용하여 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재를 생산하게 된다.
또한, 습기 경화형 아스팔트 바인더의 조성비율중에서, 바인더가 5중량% 미만일 경우 수분 경화형 아스팔트 바인더의 양이 작아 골재에 수분 경화형 아스팔트 바인더가 충분히 코팅되지 않게 되어 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 요구되는 물성을 최대한 확보할 수 없게 된다. 또한, 바인더가 20중량% 이상일 경우 필요 이상으로 수분 경화형 아스팔트 바인더가 과량 사용되어 제품의 가격이 높아져 경제성이 떨어짐으로써 제품화하기가 어렵게 된다.
상기 점착 증진제는 골재와 수분 경화형 아스팔트 바인더가 서로 잘 코팅되어 표면에서 피막이 박리되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기에 사용되는 점착 증진제로는 아민계 액상 고분자, 폴리 아민, 석유수지, 폴리부텐 등이 사용될 수 있고, 사용되는 골재에 따라 0.1 ∼ 3중량%의 양을 적절히 첨가할 경우 본 발명의 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 물성을 더욱 강화시켜 주게 된다.
상기 경화시간 조정제는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재를 사용함에 있어 사용 시기 및 장소, 현장의 상황에 따라 경화시간을 조절할 필요가 있을 때 0.1 ∼ 2중량%로 양을 적절하게 조절하게 사용함으로써 최적의 작업조건을 제공할 수 있게 된다. 상기 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 사용되는 경화시간 조정제로는 디-부틸-틴-디-라우레이트(di-butyl-tin-di-laulate : DBTDL), Pb-octoate를 포함하는 금속촉매와, 디아민, 트리아민을 포함하는 아민촉매등을 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서 제시된 습기 경화형 아스팔트 바인더는 기존의 상온 도로 보수재의 단점들을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 보수재보다 더욱 뛰어난 물성을 발휘하게 된다. 특히, 8mm이하의 일정 입도분포를 갖는 건조골재에 습기경화형 바인더로 적정 점도와 두께로 코팅함으로써, 신속한 보수작업을 상온에서 행할 수 있으며, 보수후에 우수한 내구성, 습기와의 반응성으로 인해 계면간의 우수한 접착력을 갖는다.
도1은 본 발명에 따른 도로보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재 제조방법의 제1 실시예로서 습식 혼합물 배합 공정을 보여주기 위한 제조장치를 나타낸다.
도면에 도시한 바와 같이, 소정 입도를 갖는 골재를 온도가 30 ∼ 100℃에서 소정 시간동안 가열하여 상기 골재에 함유되어 있는 수분을 제거한다. 그리고, 상기 건조 골재와는 별도로 수분(습기) 경화형 아스팔트 바인더 5 ∼ 20 중량%, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가한 혼합물을 교반기에서 교반하여 1차 혼합하고, 상기 혼합물에 수분이 제거된 건조 골재 80 ∼ 95 중량%을 2차 혼합하여 상기 골재의 표면에 혼합물이 코팅되도록 한다. 상기 단계 수행 후 계량조에서 계량한 후 포장되어 출고하게 된다.
다음, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 보수재는 직경 8mm이하의 입도분포를 가지며, 30 ∼ 100℃에서 미리 가열하여 수분이 제거된 건조 골재 80 ∼ 95 중량%에, 165℃ 미만의 온도로 가열된 아스팔트 바인더 1 ∼ 10 중량%, 70℃ 미만의 온도로 가열된 습식 경화형 고분자 1 ∼ 10 중량%, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가하여 골재 표면에 고르게 코팅하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 습기 경화형 고분자, 점착증진제 및 경화시간 조정제는 전술한 제1 실시예에서 제시된 것과 동일한 것을 사용하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 실시예의 보수재 조성물을 제조하기 위한 공정흐름이 도2에 도시되었다.
도2는 본 발명에 따른 도로보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재 제조방법의 제2 실시예로서 플랜트 혼합(plant-mix)방식을 고려한 건식 혼합물 배합 공정을 보여주기 위한 제조장치를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 30～100℃ 온도에서 소정 시간동안 가열하여 건조된 골재와 수분(습기) 경화형 아스팔트 바인더, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 상기에서 제시된 비율로 첨가하여 혼합장치에서 혼합한다. 상기 단계 수행 후 계량조에서 계량한 후 포장되어 출고하게 된다.
본 발명에서는 건식방식과 습식방식에 대하여 분리하여 설명하였지만, 각 건식방식과 습식방식에서의 조성물 차이는 없다. 상기 습식방식(wet process)은 배합공정에 있어 아스팔트 바인더를 선행 혼합하여 만든 후, 골재와 혼합시키는 방식이다. 즉, 폴리우레탄과 스트레이트 아스팔트를 이용하여 습기 경화형 아스팔트 바인더를 먼저 생산한 후 다시 골재와 배합하는 것이다. 상기 건식 방식(dry process)은 플랜트 배합 방식으로 사전의 공정없이 폴리우레탄과 스트레이트 아스팔트, 골재가 동시에 배합되는 방식이다. 상기 건식방식의 경우 생산공정을 줄여 생산비의 절감을 가져올 수 있다. 상기한 바와 같이 건식방식이 가지고 있는 장점에도 불구하고, 기존에는 개질 아스팔트 바인더의 특성상 건식공정에서는 작업성이나 목표물성치가 나오지 못하였기 때문에 습식방식만이 사용되었다. 그러나, 본 발명은 습식 과 건식방식 모두 가능한 장점이 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재에 사용되는 골재의 예시적인 최적 배합입도 분포를 나타낸 그래프도로서, 조립도(coarse type)와 세립도(fine type)의 분포를 나타내고 있다.
통상적인 아스팔트 혼합물은 골재와 아스팔트 바인더(스트레이트 아스팔트 + 폴리우레탄 바인더)의 합으로 이루어져 있고, 이중에서 골재는 총 무게의 90.5%를 차지하고, 나머지 9.5%는 아스팔트 바인더가 차지한다. 하기의 [표 1]에서 보인 바와 같이, Coarse 입도는 잔골재보다 굵은 골재가 많다는 것을 나타내며, Fine 입도는 굵은 골재보다 잔골재가 많다는 것을 나타낸다. 실질적으로 조립자와 세립자 모두 사용이 가능하나 본원출원인이 실시한 실험 데이터에서는 Fine 입도가 더 좋은 결과를 나타냈지만, 실제 현장 시험 포장에서는 Coares 입도가 현장 적용성 즉 다짐이 더 양호한 것으로 나타났다.
하기의 [표1]은 본원출원인이 사용한 입도별 골재함량비를 나타낸 것이다.
[표1] 입도별 골재 함량비
골재치수/골재타입 Coarse(조립도) Fine(세립도)
4.75 ∼ 2.5mm 80% -
2.5 ∼ 1.25mm 10% 10%
1.25 ∼ 0.6mm 5% 60%
0.6 ∼ 0.3mm 5% 20%
0.3 ∼ 0.15mm - 10%
아스팔트 함량 9.5% 9.5%
[실시예 1]
1. 기존 상온혼합물과의 기본 물성 비교
개발 보수재의 공시체는 혼합물 종류별로 1200g씩 추출하여 마샬 시험용 다짐봉으로 75회 다짐을 시행하였다. 공시체의 제작 방법 및 시험 방법은 Asphalt Institute Manual Series No.14의 Asphalt Cold Mix Manual로 수행하였다. [표2]는 KS F 2369 도로보수용 상온 역청 혼합물의 품질 기준이다.
[표2] 상온 역청 혼합물의 품질 기준
시험항목 기준값
안정도(25℃), kg 250이상
흐름값, 1/100cm 20 ∼40
공극률, % 3 ∼ 15
수침잔류 안정도, % 75이상
하기의 [표3]은 기본 물성 시험 결과를 나타낸다. 하기 [표3]에서 D와 H는 국내에서 생산되는 응급 보수재이고, P는 국외 제품이며 본 발명의 개발된 응급 보수재는 입도에 따라 CASE1(Coarse)과 CASE2(Fine)로 구분하였다. 여기서, 상기 "D"는 특허 제089579호에 개시된 다린테크(주)의 로드 퀵(상품명)을 의미하며, "H"는 특허 제0210163호에 개시된 흥진사업(주)의 록 하드(상품명)을 의미한다. 또한, "P"는 미국제품으로 제품명은 퍼마 패치(PERMA-PATCH)이며, 이들 응급보수재들은 상용화된 제품이며, 포대 아스콘으로 완제품이 판매되고 있다.
본 발명에 따른 개발 보수재(CASE1, CASE2)의 경우 수침 잔류 안정도가 타 보수재에 비해 월등히 높은 것을 알 수 있다. 이는 수분에 의해 경화가 촉진되어 수침 시에도 양생이 충분히 이뤄진다는 것을 나타낸다.
[표3] 기본 물성 시험 결과
항목/종류 D H P case1(Coarse) case2(Fine)
안정도(25℃), kg 518 556 250 467 584
공극률, % 10.28 15.98 15.44 10.85 15.80
수침잔류 안정도, % 99 98 84 598 528
AP량, % 7.5 7.1 7.3 9.5 9.5
2. 양생 시간에 따른 강도 특성
윤하중은 포장층 하단에 인장응력을 유발하기 때문에 아스팔트 혼합물에 대한 인장강도 값은 아스팔트 혼합물의 강도를 파악하는데 가장 중요한 요소 중의 하나라고 할 수 있다. 이러한 인장강도 값은 간접인장강도 시험으로 측정될 수 있으며, 이 시험을 통하여 구한 간접 인장강도는 포장의 균열 저항성을 평가하는데 중요한 물성 중의 하나로 사용된다. 보수재의 양생 시간에 따른 강도 특성을 알아보기 위하여 선정된 입도 2종(CASE1, CASE2)과 CASE1에 수분을 주어 양생시킨 CASE1m(moisture), CASE2에 수분을 주어 양생시킨 CASE2m(moisture)의 총 4종의 마샬 공시체 제작 후 1, 2, 4, 8, 16, 32일에 간접인장강도 시험을 실시하였다.
양생 시간에 따른 강도 및 수분 양생에 따른 강도를 비교하여 개발 보수재의 수분에 의한 영향을 알아볼 수 있다. 도4는 보수재의 양생기간에 따른 인장 강도를 나타내고 있다.
도4에서 보인 바와 같이, 초기 강도뿐만 아니라 양생 시간에 따른 강도 값이 기존의 보수재와의 성능 비교 평가 결과 매우 우수한 성능을 나타낸다. 양생기간에 따른 인장강도 시험체 중 가장 낮은 결과 값을 나타내는 P의 경우 16일 양생 기간을 거친 시험에서 가장 높은 강도를 보인 CASE 2m 인장 강도의 7.3%에 해당되는 인장 강도 결과 값을 나타냈다. CAES1과 CASE2를 각각 수분 양생시킨 CASE1m과 CASE2m가 수분 양생시키지 않은 시편보다 더 빠른 양생 시간을 가진다는 것을 양생 시간에 따른 강도 값으로 알 수 있다.
3. 보수재의 부착 특성
부착강도는 보수 후의 조기 파손 혹은 재료 분리로 이어지지 않도록 하는 중요한 변수 중의 하나이다. 부착력(Adhesion) 시험을 위한 평가 방법으로 다짐된 보수재와 기존 포장의 부착 강도에 대한 실험을 실시하였다. 부착강도 시험을 위한 공시체는 HMA(일반 20mm 밀입도)와 포트홀 보수재를 선회 다짐기로 다짐하여 제작한 후 인장(인발) 시험으로 부착 강도를 측정하였다. 부착강도 시험(일축인장 시험)은 표면 보수와 덧씌우기 재료의 파괴 인장강도를 측정하는 방법이다. 본 연구에서는 보수 재료의 특성을 고려하여 일축인장 방법을 선택하였으며, 부착경계 부분의 부착강도는 시험 공시체의 인장강도에 의해서 실제적으로 측정된다. 일축인장시험은 상온 보수재와 기존 포장 층과의 접합부분 중 가장 취약한 부분의 위치를 찾아낼 수 있는 장점이 있다.
도5 및 하기의 [표4]는 부착시험의 결과값을 보여준다.
도시된 바와 같이 기존의 보수재와의 부착 강도에서 40 ∼ 50배의 값 차이가 나타났다. 개발된 보수재의 경우 AP 함량이 9.5%로 같은 첨가량이 사용되었지만 No.4체 골재가 80%의 중량을 차지하는 CASE1보다 No.8체 골재의 중량이 높은 CASE2가 더 높은 부착 강도를 나타냈다. 이는 부착면에서 No.4체 골재가 80%를 차지하는 CASE1보다 No.8체 골재의 중량이 높은 CASE2의 표면적이 크기 때문에 궁극적으로 접착면적을 넓이는 효과를 가져오는 것으로 평가된다.
[표4] 각 보수재 부착력 시험 결과 값
보수재 종류 공시체 지름(cm) 부착강도(kgf) 부착응력(㎏/㎠)
D(국내) 10.1 16.49 0.2099
H(국내) 10.1 14.12 0.1797
P(국외) 10.1 12.19 0.1552
case 1 10.1 642.77 8.1840
case 2 10.1 738.98 9.4089
상기한 실험을 통한 결과를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 보수재는 기존의 아스팔트 바인더에 폴리우레탄 바인더를 첨가한 새로운 개발 바인더를 사용하였고, 폴리우레탄 특성 중 하나인 수분에 의한 경화로 인해 수침 잔류 안정도에서 타 보수재 보다 높은 안정도 값을 보였다. 포트홀 및 박리 현상에 주 요인은 수분에 의한 손상이다. 그러나, 본 연구에서 개발된 보수재는 모든 박리 현상에 주 요인으로 작용되는 수분을 이용함으로써 현재 국내에서 상용되는 타 보수재 보다 수분에 대한 안정성을 고려하였다.
성능 시험 평가에서 타 보수재 보다 초기 강도는 유사한 차이를 보였지만, 16일 양생의 경우 상용되는 타 보수재보다 최소 4배 이상 높은 인장 강도를 보였다. 이는 타 보수재 보다 양생시간이 비교적 빠르게 진행되고 골재와 아스팔트 사이의 점착력이 증가하는 것으로 판단된다. 또한, 부착 강도에서는 타 보수재의 부착 강도에 비해 40 ∼ 50배의 현격한 차이를 나타내어 타 혼합물과의 부착력이 매우 우수하고 실제 현장에서 기존 포장과의 부착력을 증진시킬 것으로 사료된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 아스팔트 도로 포장의 긴급 보수에 있어서, 기존에 상온 보수재를 사용하고 있는 곳에 사용이 가능하다. 특히, 대부분의 사용시점이 보수할 표면에 습기가 많은 때임을 감안할 때, 습기경화로 인한 접착력이 우수하고, 반응 경화형고분자를 사용함으로써 일반 아스팔트를 사용한 기존 보수재와는 달리 매우 탁월한 내구성을 발휘하여 포장수명을 현격히 증대시킬 수 있으며, 도로의 유지 보수에 따른 막대한 경제적 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. 소정 입도분포를 갖는 건조 골재 80 ∼ 95 중량%에 대하여;
    이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가된 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량% 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가된 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정 온도에서 반응시켜 제조한 유색의 폴리우레탄 바인더 5 ∼ 20 중량%를 혼합하여 골재 표면에 고르게 코팅되도록 제조된 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 골재와 폴리우레탄 바인더의 혼합물에 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 더 첨가한 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 바인더의 조성물질에서, 상기 작용기가 2인 폴리에테르 폴리올은 분자량이 1800 ∼ 3300인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 바인더의 조성물질에서, 상기 작용기가 3인 폴리에테르 폴리올은 분자량이 3000 ∼ 4500인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 바인더의 조성물에, 이소시안네이트(-NCO)기를 가지고 있는 모디파이 엠디아이(modify MDI) 1 ∼ 5중량%를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 바인더의 조성물에서, 에스테르 폴리올 1 ∼ 5중량%를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 골재는 직경 0.1 ∼ 8mm의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 골재는 30 ∼ 100℃에서 미리 가열하여 수분이 제거된 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 점착증진제는 아민계 액상 고분자, 폴리 아민, 석유수지, 폴리부텐중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 경화시간 조정제로는 디-부틸-틴-디-라우레이트(di-butyl-tin-di-laulate : DBTDL), Pb-octoate를 포함하는 금속촉매와, 디아민, 트리아민을 포함하 는 아민촉매중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 바인더는 폴리메릭 엠디아이, 2가 폴리에테르 폴리올 및 3가 폴리에테르 폴리올을 80℃ ∼ 90℃의 온도에서 반응하여 제조한 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  12. 소정 입도를 갖는 건조 골재 80 ∼ 95 중량%에, 165℃ 미만의 온도로 가열된 아스팔트 바인더 1 ∼ 10 중량%, 70℃ 미만의 온도로 가열된 습식 경화형 바인더 1∼ 10 중량%, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가하여 골재 표면에 고르게 코팅하여 제조되되,
    상기 습식 경화형 바인더는 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량% 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정온도에서 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재.
  13. 소정 입도를 갖는 골재를 온도가 30 ∼ 100℃에서 소정 시간동안 가열하여 상기 골재에 함유되어 있는 수분을 제거하는 제1 단계;
    20 ∼ 80℃온도에서 가열된 습기 경화형 아스팔트 바인더 5 ∼ 20 중량%와, 점착 증진제 0.1 ∼ 3중량%, 경화시간 조정제 0.1 ∼ 2중량%를 첨가한 혼합물을 교반기에서 소정시간동안 교반하여 1차 혼합하고, 상기 혼합물에 수분이 제거된 건조 골재 80 ∼ 95 중량%을 2차 혼합하여 상기 골재의 표면에 혼합물이 코팅되도록 하는 제2 단계; 및
    상기 제3 단계 수행 후 계량조에서 계량하여 포장하는 제3 단계
    를 포함하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 습기 경화형 아스팔트 바인더는 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와, 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량% 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정온도에서 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 습기 경화형 아스팔트 바인더 조성물의 반응온도는 80 ∼ 90℃인 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 습기 경화형 아스팔트 바인더에, 이소시안네이트(-NCO)기를 가지고 있는 모디파이 엠디아이(modify MDI) 1 ∼ 5중량% 및 에스테르 폴리올 1 ∼ 5중량%가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 단계에서의 골재는 직경 0.1 ∼ 8mm의 입도분포를 갖는 골재를 선별하여 사용하는 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 골재는 30 ∼ 100℃에서 미리 가열하여 수분이 제거된 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 점착증진제는 아민계 액상 고분자, 폴리 아민, 석유수지, 폴리부텐중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 경화시간 조정제로는 디-부틸-틴-디-라우레이트(di-butyl-tin-di-laulate : DBTDL), Pb-octoate를 포함하는 금속촉매와, 디아민, 트리아민을 포함하는 아민촉매중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도로 보수용 상온 습기 경화형 아스팔트 보수재의 제조방법.
  21. 이소시안네이트(-NCO)을 가지고 있으며 점도가 100 ~ 220cps/25℃인 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 27 ∼ 45중량%와; 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)중 선택된 하나가 부가되며, 분자량이 1800 ∼ 3300인 2가 폴리에테르 폴리올 24 ∼ 32중량%; 및 말단에 프로필렌 옥사이드(PO) 또는 에틸렌 옥사이드(EO)가 부가되며, 분자량이 3000 ∼ 4500인 3가 폴리에테르 폴리올 31 ∼ 41중량%를 소정온도에서 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물.
KR1020050133860A 2005-12-29 2005-12-29 상온 습기 경화형 폴리우레탄 바인더 조성물과 그를 이용한 도로보수용 아스팔트 보수재 및 그의 제조방법 KR100719853B1 (ko)

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