KR100743353B1 - 도로 포장용 아스팔트 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

도로 포장용 아스팔트 조성물은 변성 아스팔트 약 230 내지 330 중량부, 유기 용제 약 50 내지 80 중량부 및 유지 약 60 내지 90 중량부를 포함한다. 상기 변성 아스팔트는 아스팔트와 에폭시 실란 화합물을 반응시켜 얻어진다. 상기 도로포장용 아스팔트 조성물을 이용하여 포장된 도로는 접착 강도 및 내구성이 증가한다. 따라서, 도로의 수명을 증가시키고, 보수 관리 비용을 절감시킬 수 있다.
도로 포장, 아스팔트

Description

도로 포장용 아스팔트 조성물 및 그 제조 방법{ASPHALT COMPOSITION FOR PAVING ROAD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 도로 포장용 아스팔트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접착 강도 및 내구성이 우수한 도로 포장용 아스팔트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
포장된 도로는 시공 후 빈번한 차량통행과 기후 및 환경의 변화로 인해 시간이 지남에 따라 노후 파손되어 가기 때문에 파손부위에 대한 부분적인 보수를 적정한 시기에 조치할 필요가 있다. 그렇지 못할 경우 대규모의 보수가 실시되고 종국에 가서는 재포장을 하여야 하므로 막대한 경제적 손실을 초래 하게 된다. 이러한 포장된 도로는 유지관리를 어떻게 하느냐에 따라 수명주기가 달라질 수 있으며, 결국 포장의 수명 주기 동안 적절한 보수 시기와 보수 공법을 선정하는 것이 매우 중요하다.
도로 포장부의 구조는 하부로부터 상부로 토사 및 흙의 다짐층인 노반층, 차단층, 동상방지층, 보조기층, 기층, 중간층 및 표층 등으로 구성되어있다. 각각의 시공 방법도 층별로 달리하고 있으며, 일반적으로 중간층 및 표층은 고온아스콘과 도로포장용 시멘트 콘크리트등의 소재를 이용하여 형성된다.
상기 도로 보수에 사용되는 종래의 보수재는 쇄석 및 자갈, 잔골재 등을 170∼180℃ 고온으로 가열 건조 시킨 다음 이 건조물에 140∼150℃로 가열한 스트레이트 아스팔트를 결합재로서 적정량 가하고 이들을 고온에서 혼합함으로서 제조된다.
그러나 이러한 방법으로 제조된 보수재는 아스팔트 특성상 온도가 내려가면 결합재의 점성이 급격히 증대하여 덩어리로 되므로 포설 및 보수 작업에 어려움이 있다. 이로 인해 상기 보수재를 130∼140℃의 온도 범위로 유지하면서 제한 시간 내에 포장해야만 하는 불편이 야기되었으며, 장거리 수송이 어려울 뿐만 아니라 겨울철 공사 시에는 재료분리가 일어날 우려가 있다. 또한, 소규모의 공사일 경우에는 상온시공방법에 비해 경제적 손실이 크다는 단점이 있다.
상기 보수재의 여러 가지 문제점을 해결하고자 다음과 같은 아스콘의 제조방법이 제안되었다.
일본 특허공고공보 제81-40172호에는 전로 슬래그 및 골재를 5∼20℃의 수용성 탄산염 또는 수용성 황산염 수용액에 0.3∼10 중량%로 미리 습윤 시킨 후 소석회를 2∼5 중량% 가하여 전 처리한 다음, 여기에 스트레이트 아스팔트의 비율을 기준으로 유기 용제 10∼50 용적%로 커트백 시킨 후 유지류 0.5∼10 중량% 첨가하고, 수득한 커트백 아스팔트 혼합물을 골재의 비율을 기준으로 5.5∼6.0% 가함으로써 제조한 상온 아스콘 조성물이 제시되어 있다. 그러나 이 방법으로 제조한 상온 아스콘 조성물은 초기강도 발현 및 내구성이 우수하지만 장기 보관성이 미흡한 단점이 있다.
일본 특허공고공보 제90-84465호는 침입도가 40-100인 스트레이트 아스팔트 100중량에 입경이 1∼10㎜인 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘계 골재를 아스팔트 중량비 5∼6배, 카르복실기 또는 카르복실기에서 유도되는 기를 가지는 융점 90∼120℃의 화합물을 고온에서 혼합하고, 이 혼합물을 100℃ 이하로 냉각한 후, 등유 1∼100부를 혼합함으로써 제조된 아스콘을 기술하고 있다. 그러나, 상기 아스콘은 보수 된 도로 위를 차량이나 사람들이 통과하는 때에 보수재가 차량바퀴 및 발바닥에 묻어서 떨어져 나가게 되는 문제점이 있어 보수재 위에 별도로 물을 뿌리거나 모래 및 석분을 뿌려야 되는 불편함이 있다.
대한민국 특허공개공보 제93-23422호에는 스트레이트 아스팔트 3.5∼5.5 중량%, 경유 0.1∼0.4 중량% 및 고분자 경화제 0.2 ∼2.2 중량%로 구성된 아스팔트 경화제를 제조한 후, 이 경화제에 쇄석 및 석분을 첨가하여 교반, 혼합하는 것으로 이루어진 상온 아스콘의 제조방법이 기재되어 있다. 그러나, 상기 고분자 경화제의 인화점이 54.4℃로 매우 낮아 혼합작업도중 화재의 위험성이 있고 고분자 경화제 값이 고가이며, 특히 초기강도발현을 위해 고분자 경화제를 과량 투입 시 저장성이 떨어지며 포설 후 갈라짐 및 부스러짐이 발생하는 단점들이 있다.
대한민국 특허공고공보 제95-6735호에 나타난 아스콘의 제조공정에서는 커트백 아스팔트 23∼30%, 도로포장용 타르 51∼62%, 아크릴계 변성부타디엔 중합체 11∼14%. 염화칼륨과 염화암모늄 4∼5%를 혼합한 혼합재 4.7∼7.6%. 쇄석골재 89.4∼93.3% 및 포틀랜드 시멘트 2∼3%를 상온에서 혼합하는 것이 기술되어 있다. 그러나, 상기 방법에서 시멘트를 원료로 사용 시 골재의 흡수율을 0.02% 이하로 관리해 야 하여 골재 관리가 극히 까다롭고 혼합 시 대기 환경, 특히 습기의 영향에 따라 제품의 품질이 크게 달라질 수 있으므로 제조설비에 따른 품질관리가 까다롭다.
대한민국 특허공고공보 제98-9186호의 상온 아스콘 포장 재료는 스트레이트 아스팔트 60∼92 중량%, 폴리우레탄계 고분자 화합물 8.5∼26.5 중량%, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 함유 아스팔트 개질제 0.2∼2.2 중량% 및 섬유 페슬러지 0.1 내지 5.0 중량%로 제조한 것에 골재를 혼합하여 지대 포장용 상온 아스콘으로 공급하여 사용하고 있다. 상기 상온 아스콘은 기존 제품에 비하여 저장안정성이 우수하고 시공 후 차량바퀴에 묻어서 떨어지는 현상과 갈라짐 및 부수러짐은 발생하지 않으나, 도로에 시공된 아스콘과의 내구접착강도가 약하여 시공 후 6개월~1년 사이에 부착 부위가 탈락되어 재보수를 실시하는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접착 강도 및 내구성이 우수한 도로 포장용 아스팔트 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물은 변성 아스팔트 약 230 내지 330 중량부, 유기 용제 약 50 내지 80 중량부 및 유지 약 60 내지 90 중량부를 포함한다. 상기 변성 아스팔트는 아스팔트와 에폭시 실란 화합물을 반응 시켜 얻어진다.
예를 들어, 상기 아스팔트는 브로운 아스팔트 약 100 내지 150 중량부 및 스트레이트 아스팔트 약 80 내지 100 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 에폭시 실란 화합물은 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 약 20 내지 30 중량부 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란 약 30 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 용제는 자일렌, 톨루엔, 등유 및 벤젠으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 유지는 벙커씨유, 나프텐계 공정유, 방향족계 공정유, 윤활유로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법에 따르면, 아스팔트 약 180 내지 250 중량부와 에폭시 실란 화합물 약 50 내지 80 중량부를 반응시켜 변성 아스팔트를 얻는다. 상기 변성 아스팔트에 유기 용제 약 50 내지 80 중량부 및 유지 약 60 내지 90 중량부를 혼합한다. 상기 혼합물을 교반하여 도로 포장용 아스팔트 조성물을 얻는다.
예를 들어, 상기 아스팔트와 에폭시 실란 화합물의 반응은 약 100 내지 130℃에서 이루어질 수 있으며, 상기 유기 용제 및 유지를 혼합하는 단계는 상기 아스팔트와 에폭시 실란 화합물의 반응 온도 내지 상온에서 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바에 따르면, 포장 도로의 접착 강도 및 내구성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도로의 수명을 증가시키고, 보수 관리 비용을 절감시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물에 대 하여 상세하게 설명하기로 한다.
도로 포장용 아스팔트 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물은 변성 아스팔트 약 230 내지 330 중량부, 유기 용제 약 50 내지 80 중량부 및 유지 약 60 내지 90 중량부를 포함한다.
상기 변성 아스팔트는 아스팔트와 에폭시 실란 화합물을 반응시켜 얻어지며, 예를 들어, 상기 아스팔트 약 180 내지 250 중량부에 대하여 상기 에폭시 실란 화합물 약 50 내지 80 중량부가 반응하여 얻어질 수 있다.
상기 아스팔트는, 예를 들어 브로운(blown) 아스팔트, 스트레이트(straight) 아스팔트 등을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 아스팔트는 브로운 아스팔트 약 100 내지 150 중량부 및 스트레이트 아스팔트 약 80 내지 100 중량부의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 실란 화합물은, 예를 들어, 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란, 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란 등을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 에폭시 실란 화합물은 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 약 20 내지 30 중량부 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란 약 30 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
상기 아스팔트는 바인더로서의 역할을 할 수 있다. 상기 아스팔트의 함량이 230 중량부 미만인 경우, 접착력이 저하될 수 있으며, 330 중량부를 초과하는 경우 에는 점도 조절이 어렵고, 도로의 내충격성이 저하될 수 있다.
상기 유기 용제는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 점도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 유기 용제는 휘발성이 높은 것이 좋으며, 예를 들어, 자일렌, 톨루엔, 등유, 벤젠 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 용제의 함량이 50 중량부 미만인 경우, 점도가 상승하여 시공이 어려우며, 80 중량부를 초과하는 경우에는 용제 휘발 후의 공극율이 증가하여 내구성이 저하될 수 있다.
상기 유지는 가소제 또는 유연제의 역할을 할 수 있다. 상기 유지로는 벙커씨유, 윤활유, 방향족계 공정유, 나프텐계 공정유 등이 사용될 수 있다. 이들은 각각 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 바람직하게, 상기 유지는 벙커씨유를 포함할 수 있다. 상기 유지의 함량이 60 중량부 미만인 경우, 도로의 내충격성이 저하될 수 있으며, 90 중량부 이상인 경우에는 경도가 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물을 이용하여 도로를 포장하는 경우, 쇄석, 잔골재 등을 포함하는 골재 약 100 중량부에 대하여 상기 도로 포장용 아스팔트 조성물 약 8 내지 10 중량부를 혼합하여 제조된 아스콘이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물은 아스팔트와 에폭시 실란 화합물을 반응시킨 변성 아스팔트를 포함함으로써, 포장 도로의 접착 강도 및 내구성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도로의 수명을 증가시키고, 보수 관리 비용을 절감시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제 조방법에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.
도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조방법에 따르면, 먼저, 아스팔트 약 180 내지 250 중량부와 에폭시 실란 화합물 약 50 내지 80 중량부를 반응시켜 변성 아스팔트를 얻는다. 상기 변성 아스팔트에 유기 용제 약 50 내지 80 중량부 및 유지 약 60 내지 90 중량부를 혼합한다. 상기 혼합물을 교반하여 도로 포장용 아스팔트 조성물을 얻는다.
상기 아스팔트, 상기 에폭시 실란 화합물, 상기 유기 용제 및 상기 유지는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물에 설명된 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
구체적으로, 상기 아스팔트는 브로운 아스팔트 및 스트레이트 아스팔트를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 에폭시 실란 화합물과 반응시키기 전에, 상기 브로운 아스팔트 및 스트레이트 아스팔트가 고르게 분산되도록 적절히 교반할 수 있다. 상기 교반 온도는 약 80 내지 100℃ 일 수 있으며, 교반 시간은 약 1 내지 2시간일 수 있다.
상기 교반된 아스팔트 혼합물에 에폭시 실란 화합물을 첨가하여 반응시킨다. 예를 들어, 상기 아스팔트와 상기 에폭시 실란 화합물의 반응은 약 100 내지 130℃에서 이루어질 수 있으며, 반응 시간은 약 2 내지 5시간일 수 있다.
반응이 종료되면 상온으로 냉각시키면서 유기 용제 및 유지를 혼합하고, 약 2 내지 3 시간동안 교반한다.
이하에서는 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 포장용 아스팔트 조성물 및 그 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1
브로운 아스팔트 약 150중량부와 스트레이트 아스팔트 약 100중량부를 약 100℃에서 약 2시간 혼합 교반한 후, 감마글리시독시프로필트리메톡시실란 약 30중량부, 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란 약 50중량부를 첨가하여 약 130℃에서 약 5시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료된 후, 상온으로 냉각시키면서 자일렌 약 80 중량부와 벙커씨유 약 90중량부를 혼합하여 3시간 동안 교반시켜 도로 포장용 아스팔트 조성물을 제조하였다.
실시예 2
브로운 아스팔트 약 130중량부와 스트레이트 아스팔트 약 90 중량부를 약 80℃ 에서 약 1시간 동안 혼합 교반한 후, 감마글리시독시프로필트리메톡시실란 약 20중량부, 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란 약 30중량부를 첨가하여 약 100℃에서 약 2시간 동안 반응시킨다. 반응이 종료된 후, 상온으로 냉각시키면서 자일렌 약 50 중량부와 벙커씨유 약 60중량부를 혼합하여 약 2시간 동안 교반시켜 도로 포장용 아스팔트 조성물을 제조하였다.
실험예 - 접착 강도 및 내구성 평가
실시예 1의 도로 포장용 아스팔트 조성물 약 8 중량부와 잔골재 약 100 중량부를 혼합하여 도로공사용 아스콘과 같은 조건으로 타설된 아스콘 시험편 위에 포장 시공을 하였다. 또한, 실시예 2의 도로 포장용 아스팔트 조성물을 이용하여 동일한 방법으로 포장 시공을 하고, 각 시공된 포장층의 초기접착강도와 약 3개월 동안의 내구 접착강도를 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3과 비교 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다. 비교예 1은 특허공개공보 제93-23422호에 기재된 실시예에 따라, 비교예 2는 특허공고공보 제95-6735호에 기재된 실시예에 따라, 비교예 3은 특허공고공보 제98-9186호에 기재된 실시예에 따라 각각 제조되었으며, 접착 강도는 KSF 4922에 따라 측정하였다.
표 1
구 분 초기 접착강도 (kgf/㎠) 내구 접착강도 (kgf/㎠)
1개월 2개월 3개월
실시예 1 10.3 11 10.5 10.5
실시예 2 10.0 9.8 9.5 9.4
비교예 1 8.0 7.5 7.1 6.3
비교예 2 7.5 7.0 6.7 6.0
비교예 3 7.6 7.0 6.9 5.7
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 및 2의 도로 포장용 아스팔트 조성물을 이용하여 시공된 포장층의 접착 강도 및 내구성이 비교예 1, 2 및 3의 접착 강도 및 내구성에 비하여 현저히 우수함을 알 수 있었다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 포장 도로의 접착 강도 및 내구성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도로의 수명을 증가시키고, 보수 관리 비용을 절감시킬 수 있 다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란을 포함하는 에폭시 실란 화합물과 아스팔트를 반응시켜 얻어진 변성 아스팔트 230 내지 330 중량부;
    유기 용제 50 내지 80 중량부; 및
    유지 60 내지 90 중량부를 포함하는 도로 포장용 아스팔트 조성물.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 아스팔트는 브로운 아스팔트 100 내지 150 중량부 및 스트레이트 아스팔트 80 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 에폭시 실란 화합물은 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 20 내지 30 중량부 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란 30 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 유기 용제는 자일렌, 톨루엔, 등유 및 벤젠으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 유지는 벙커씨유, 나프텐계 공정유, 방향족계 공정 유, 윤활유로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물.
  6. 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란을 포함하는 에폭시 실란 화합물 50 내지 80 중량부와 아스팔트 180 내지 250 중량부를 반응시켜 변성 아스팔트를 얻는 단계;
    상기 변성 아스팔트에 유기 용제 50 내지 80 중량부 및 유지 60 내지 90 중량부를 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합물을 교반하는 단계를 포함하는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 아스팔트와 에폭시 실란 화합물의 반응은 100 내지 130℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 유기 용제 및 유지를 혼합하는 단계는 상기 아스팔트와 에폭시 실란 화합물의 반응 온도 내지 상온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 아스팔트는 브로운 아스팔트 100 내지 150 중량부 및 스트레이트 아스팔트 80 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포 장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
  10. 제6 항에 있어서, 상기 에폭시 실란 화합물은 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 20 내지 30 중량부 및 베타에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시 실란 30 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
  11. 제6 항에 있어서, 상기 유기 용제는 자일렌, 톨루엔, 등유 및 벤젠으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유지는 벙커씨유, 나프텐계 공정유, 방향족계 공정유, 윤활유로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 아스팔트 조성물의 제조 방법.
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