KR101015134B1 - 가열 재생 아스팔트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐아스콘 순환골재와 신골재 및 채움제로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 개질 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 제조된 가열 재생 아스팔트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 폐아스콘 순환골재와 신골재 및 채움제로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능할 뿐만 아니라 소성변형 저항성이 높고 내구성이 향상된 고품질의 도로포장용 가열 재생 아스팔트 조성물을 제공하는 효과가 있어 도로포장의 심각한 문제인 소성변형 및 피로균열을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 아울러, 폐아스콘의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효 이용으로 국가의 에너지절약 및 외화절감과 폐아스콘의 불법 매립에 의한 환경피해의 예방에 크게 기여할 수 있을 것이다.

Description

가열 재생 아스팔트 조성물{Hot Mixed Recycling Asphalt Mixture}

본 발명은 건설폐기물의 일종인 폐아스콘을 재활용하여 고품질의 도로포장용 특히 중교통 아스팔트 포장도로의 표층 또는 기층의 형성에 사용될 수 있는 도로포장용 가열 재생 아스팔트 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 본 발명은 폐아스콘 순환골재와 신골재 및 채움제로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 제조된 가열 재생 아스팔트 조성물에 관한 것이다.

본래 의미의 아스팔트는 석유원유의 성분 중에서 휘발성 유분(油分)이 대부분 증발하였을 때의 잔류물(殘留物)을 의미하는 것으로서, 흑색 또는 흑갈색을 띄며, 주로 수소 및 탄소로 구성되어 있고, 소량의 질소, 황, 산소가 결합된 화합물로 이루어져 있으며, 화학적으로 극히 복잡한 구조를 가지고 있으며, 아직 밝혀지지 않은 점이 많다.

거의 불연분이고, 달리 용도가 많지 않으며, 석유정제과정에서 연료 내지는 화학원료들을 추출하고 난 후, 잔류하는 것으로서 발생량이 많아 주로 도로포장용으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로 아스콘은 아스팔트와 굵은 골재, 잔골재 및 채움재 (석회석 분말, 시멘트 등)를 가열혼합한 것으로 도로포장이나 주차장 등에 널리 사용되고 있다.

이러한 아스콘 포장은 시공 후 5년이 되기 전에 주행트랙을 따라 가끔 소성변형이 생겨서 심각한 주행문제를 발생시키거나, 소성변형 문제는 없다 하더라도 시간의 흐름과 함께 포장 재료가 점차 노화되어 결국에는 심한 균열을 발생시킨다. 문제된 포장은 하부구조를 보호하기 위하여 주로 표층을 절삭하거나 걷어내고 그 위에 덧씌우기 포장을 하는 유지보수시공을 많이 한다.

그러나, 최근 도로포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘의 발생량(연간 약 600만톤)이 급격히 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있는 실정이다. 따라서 현재 국가차원에서 대량으로 발생되고 있는 건설폐기물인 폐아스콘의 자원화를 추진하고 있으며, 폐아스콘의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위한 노력을 계속해 가고 있는 중이다. 그러나 이러한 폐아스콘의 재활용은 각 지역 및 해당 기관의 폐아스콘의 재활용에 대한 부정적 시각 및 여러 가지 제한 조건으로 인하여 극히 미진한 실정으로 신재 아스콘보다 품질이 우수한 고기능 재생 아스콘 혼합물의 생산이 절실히 요구되고 있다.

종래 폐아스콘을 재활용한 재생 아스콘의 제조방법은 주로 신재 아스팔트 및 오일계 재생첨가제만을 폐아스콘에 혼입하여 폐아스콘에 포함되어 있는 구재 아스팔트의 침입도, 신도, 연화점 등과 같은 물리적 특성을 신재 아스팔트 수준으로 회복시키고, 신재 골재를 사용하여 입도를 시방규정에 적합하게 조정하는 수준에 그쳤다. 이 때문에 기존의 재생 아스콘 물성은 항상 신재 아스콘과 비슷하거나 그 보다 못한 상태에 머물 수밖에 없었으며 재생 아스콘에 대한 평가도 열악하였다. 아스팔트는 포장공용기간에 공기 중의 산소에 의해 아스팔트가 서서히 산화되어 유연성을 잃고 딱딱해지며 이 과정을 아스팔트포장이 노화된다고 한다. 아스팔트가 딱딱해지면 공용 중의 차량하중에 의해 쉽게 균열이 발생하며 이 균열은 서서히 거북등 균열로 진행되다가 마침내 포장으로서의 기능을 상실하고 포장수명을 종료하게 된다. 종래에는 이렇게 딱딱해진 아스팔트에 유연성을 부여하기 위하여 오일계 재생첨가제를 투입하고 신규골재와 신규아스팔트를 사용하여 신재 아스팔트 수준으로 물성의 복원을 시도하여 왔지만 충분한 유연성 확보에는 의문의 여지가 크다.

이러한 시도를 지양하고, 탄성을 지닌 고분자를 폐아스콘에 첨가하여 포장에 유연성을 부여하여 각종 균열에 대한 저항성을 높이며, 동시에 고점도 고분자를 첨가하여 소성변형 저항성도 향상시키고자 함이 본 발명의 주요 기술적 개념이다. 공지특허에도 일부 이러한 문제점을 개선하여 우수한 성능을 확보하고자 고분자를 첨가하는 경우가 발견된다.

예를 들어, 한국 등록특허 제0317436호에서는 폐아스콘을 재활용 할 때 신재에 대한 폐아스콘의 혼입률을 30%∼50%로 하여 재생 아스콘 혼합물을 제조하고 상기 재생 아스콘 혼합물의 역학적 성능 및 내구성 확보를 위하여 신재 골재, 폐아스콘, 플라이애시, 석회석 분말을 혼합한 것에 재생첨가제 및 SBR 라텍스(Latex), EVA, SBS, SIS 등과 같은 고분자 개질제와 최대크기 2㎜의 폐타이어분말, 신재 아스팔트를 고온에서 혼합하여 제조한 재생 개질 바인더를 첨가시킨 폐타이어 분말 및 고분자 개질재를 이용한 고기능 포장용 재생 아스콘 혼합물의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 방법은 폐아스콘 함량을 신재 아스콘재료의 최대 30-50%로 제한하고 있고, 이로 인해 폐아스콘과 고분자 개질제 이외에 신재골재와 신재 아스팔트 및 다른 개질첨가제를 재생 아스콘생산 공장이나 생산현장에 운반하고 이를 계량하여 가열혼합하기 위한 추가적인 장비와 공정이 요구됨으로 아스콘의 재생공정이 복잡해지고 경제적 이점이 현격히 줄어드는 문제점이 부각된다.

또한, 한국 등록특허 제0492459호에서는 3㎜이하 크기로 분쇄된 분쇄 폐타이어를 100∼150℃로 간접 가열하여 입자의 표면을 겔화시키는 공정; 전기 공정의 표면이 겔화된 분쇄 폐타이어 100 중량부에 가열된 유재 아스팔트, 도로용 아스팔트, 브라운 아스팔트, 천연아스팔트, 컷트백 아스팔트 중의 하나를 5∼50 중량부 혼합시키는 공정; 전기 공정의 혼합물에 카본블랙, 석분, 규사분, 시멘트 등의 미세 채움재를 2∼30중량부 추가 혼합하는 공정; 전기 공정의 혼합물에 SBS, SIS 또는 LDPE 중 하나 또는 둘 이상을 아스콘 전체 아스팔트 사용량에 대하여 2∼10%로 하는 개질재와 유재 아스팔트, 도로용 아스팔트, 브라운 아스팔트, 천연아스팔트, 컷트백 아스팔트 중 선택된 아스팔트의 혼합물을 추가 투입하여 150∼250℃로 가열 혼합하는 공정; 전기 공정의 혼합물을 압출기를 이용하여 소정의 크기로 배출하면서 냉각시키는 공정; 및 전기 공정의 냉각된 혼합물을 소정의 크기로 분쇄 또는 절단하여 칩을 제조하는 공정을 포함하는 아스팔트 콘크리트 개질재 칩 제조방법을 개시하고 있다. 상기 조성물에는 탄성을 향상시키는 고분자가 함유된 점은 인정되나 소성변형을 향상시키기 위한 고분자는 미약하며, 개질제 칩 제조공정이 복잡하고 균일한 제조를 위해서는 압출공정만으로 불충분하고 더욱 강력한 혼합장비가 필요하다. 한국 등록번호 제0284998호에서는 플라이애시 및 유기계 섬유를 이용한 도로포장용 고성능 개질 재생아스팔트 혼합물의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 시도들도 궁극적으로는 앞에서 지적한 바와 같이 역학적인 물성이 열악하거나 여러 다른 재료를 혼입하기 위한 추가적인 장비와 공정을 필요로 하는 문제점을 공유한다. 또한 상기와 같은 방법으로는 재생 아스콘 혼합물중의 신재에 대한 폐아스콘 혼입률이 많아질수록 우수한 품질의 재생 아스콘을 확보하는데 더 큰 어려움이 따르게 된다. 최근 대형차량 및 교통량의 증가로 인하여 포장용 아스콘에 내유동성, 균열저항성, 내마모성, 동적안정도 등과 같은 고기능의 품질특성이 요구되고 있어 재생 아스콘 혼합물에도 이와 같은 고기능의 품질성능 확보가 필요하나 아직까지 우수한 역학적 특성 및 내구성 확보를 위한 적절한 고분자 개질제 등이 재생 아스콘 혼합물 제조에 적용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 폐아스콘 순환골재와 신골재로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능할 뿐만 아니라 소성변형 저항성이 높고 내구성이 향상된 고품질의 도로포장용 가열 재생 아스팔트 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명은 도로 포장을 위해 폐아스콘 순환골재 25 ~ 90 중량%, 신골재 5 ~ 70 중량%, 채움제 1 ~ 6 중량%로 이루어진 골재 배합물 100 중량부에, 스트레이트 아스팔트 2 ~ 8 중량부와, 개질 아스팔트 혼합물 0.3 ~ 3 중량부를 포함하는 재생 아스팔트 조성물로서, 상기 개질 아스팔트 혼합물은 고무계열의 고분자 개질재인 SBS와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말와 PE-WAX와 재생첨가제로 구성된다.

상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 상기 개질 아스팔트 혼합물인 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와 PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와 재생첨가제 0.1 ~ 3 중량%로 하고, 상기 재생 아스팔트 조성물을 150℃ ~200℃에서 혼합기로 혼합하여 조성된 가열 재생 아스팔트 조성물이다.

상기 개질 아스팔트 혼합물에 아민계 화합물의 아스팔트 박리저감제가 0.1 ~ 2.0 중량%가 더 포함될 수 있으며, 상기 골재 배합물에서 순환골재의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에 상기 개질 아스팔트 혼합물에 폐아스팔트의 침입도를 회복시키기 위해 0.21 ~ 10 중량%의 고유황 첨가제를 더 포함될 수 있다.

상기 재생첨가제는 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 10 ~ 90중량%와; 조막형성제인 2-에틸헥소산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산, 3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 10 ~ 90 중량%로 조성된다.

상술한 방법에 의해 본 발명의 해결하려는 과제를 해결할 수 있다.

본 발명에 의하면 폐아스콘 순환골재와 신골재 및 채움제로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 개질 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능할 뿐만 아니라 소성변형 저항성이 높고 내구성이 향상된 고품질의 도로포장용 가열 재생 아스팔트 조성물을 제공하는 효과가 있어 도로포장의 심각한 문제인 소성변형 및 피로균열을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 아울러, 폐아스콘의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효 이용으로 국가의 에너지절약 및 외화절감과 폐아스콘의 불법 매립에 의한 환경피해의 예방에 크게 기여할 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "가열 재생 아스팔트 조성물"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 도로 포장을 위해 폐아스콘 순환골재 25 ~ 90 중량%, 신골재 5 ~ 70 중량%, 채움제 1 ~ 6 중량%로 이루어진 골재 배합물 100 중량부에, 스트레이트 아스팔트 2 ~ 8 중량부와, 개질 아스팔트 혼합물 0.3 ~ 3 중량부를 포함하는 재생 아스팔트 조성물이다.

상기 개질 아스팔트 혼합물은 고무계열의 고분자 개질재인 SBS와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말와 PE-WAX와 재생첨가제로 구성된다.

상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 상기 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 상기 개질 아스팔트 혼합물인 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와 PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와 재생첨가제 0.1 ~ 3 중량%로 하고, 상기 재생 아스팔트 조성물을 150℃ ~200℃에서 혼합기로 혼합하여 조성된 가열 재생 아스팔트 조성물이다.

상기 개질 아스팔트 혼합물에 아미드계열의 안정제가 0.1 ~ 1.0 중량%와 아민계 화합물의 아스팔트 박리저감제가 0.1 ~ 2.0 중량%가 더 포함될 수 있다.

상기 재생첨가제는 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 10 ~ 90중량%와; 조막형성제인 2-에틸헥소산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산, 3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 10 ~ 90 중량%로 조성된다.

상기 골재 배합물에서 순환골재의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에 상기 개질 아스팔트 혼합물에 폐아스팔트의 침입도를 회복시키기 위해 0.21 ~ 10 중량%의 고유황 첨가제를 더 포함된다.

상기 순환골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 갖는다.

상기 신골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 가지며, 표층용으로 사용되는 상기 신골재는 최대 입경이 20㎜ 이하가 되도록 조정된 골재이다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 가열 재생 아스팔트 조성물은 도로 포장을 위해 폐아스콘 순환골재 25 ~ 90 중량%, 신골재 5 ~ 70 중량%, 채움제 1 ~ 6 중량%로 이루어진 골재 배합물 100 중량부에, 스트레이트 아스팔트 2 ~ 8 중량부와, 개질 아스팔트 혼합물 0.3 ~ 3 중량부를 더 포함하여 이루어진다.

상기 순환골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 갖는 골재이며, 상기 신골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 가지며, 표층용으로 사용되는 상기 신골재는 최대 입경이 20㎜가 되도록 조정된 골재이다.

상기 개질 아스팔트 혼합물은 고무계열의 고분자 개질재인 SBS와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말와 PE-WAX와 재생첨가제로 구성된다.

상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 상기 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 상기 개질 아스팔트 혼합물인 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와 PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와 재생첨가제 0.1 ~ 3 중량%로 하고, 상기 재생 아스팔트 조성물을 150℃ ~200℃에서 혼합기로 혼합하여 조성된 가열 재생 아스팔트 조성물이다.

즉, 본 발명은 도로상의 각종 굴착공사와 재포장공사 과정에서 발생하는 건설폐기물인 폐아스팔트 덩이 또는 폐아스팔트절삭재, 폐아스콘 등을 소정의 입도로 파쇄 및 체가름한 후, 신규의 골재 및 석분과 채움제와 스트레이트 아스팔트 그리고 개질 아스팔트 혼합물인 고무계열의 고분자 개질재와 폐타이어 고무분말과 산화방지제, 조막형성제와 같은 첨가제를 첨가하여 물성을 개선한 고품질의 가열 재생 아스팔트 조성물을 제공하는 것이다.

고무계열의 고분자 개질재인 상기 SBS(Styrene Butadiene Styrene)는 중량 평균 분자량 50,000~100,000과 중량 평균 분자량 150,000~200,000 그리고 300,000~350,000 각 3종류가 혼합되어 이루어진 것이 바람직하다.

80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말은 아스팔트와 콘크리트 도로포장의 소성변형 등 파손이 줄어 들게 되고 내구성이 증대되어 도로 수명이 늘어날 수 있으며 폐타이어 고무 분말을 혼합할 경우 소성변형 저항성은 4.6배 증가시켜 장기적인 수명 증진에 효과적이다.

상기 개질 아스팔트 혼합물에는 아스팔트 박리저감제 0.1 내지 2.0 중량%가 더 포함될 수 있다. 이 아스팔트 박리저감제는 비가 많이 오는 지역이나 침수로 인한 포장파손이 많은 곳에 적용하는 아스팔트 혼합물에 첨가하며, 수분민감성시험(TSR,Tensile Strength Ration, AASHTO T 283:2003) 결과, 85% 이상의 결과를 갖는 경우에는 아스팔트 박리저감제의 첨가가 요구되지 않을 수 있다.

상기 아스팔트 박리저감제는 주로 아민류인 양이온계 계면활성제(Cationic surface-active agent)나, 모노아민이나 디아민 또는 보다 높은 박리저감 효과를 나타내는 트리아민계의 BHMT(Bishexamethylenetri)Amine은 화학식 C12H29N3의 물질로서, 혼합아민(mixed amine)의 일종이며, 국내외 유수의 제조업자들에 의해 제공되는 것(예를 들면, 악조노벨 케미칼(Akzo Nobel Chemical)의 웨트픽스 비이(wetfix BE))을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이다. 이는 비석유계 고분자물질의 특성상 기존 제품에 비해 낮은 온도에서 제품생산이 가능하므로, 폐아스콘 순환골재 내의 수분이나 신골재에 남아있는 수분으로 인한 혼합물의 박리문제를 해소하고, 아스팔트 포장공사 완료 후에도 도로에서 공용중인 혼합물이 강설, 강우 등의 수분에 의한 아스팔트 박리로부터 발생하는 구멍패임(Pot-Hole)을 억제하는 효과를 갖게 한다. 상기 아스팔트 박리저감제는 수분민감성 시험결과 결과값이 85% 이하인 경우에 첨가하며, 2중량%를 초과하지 않아야 하며, 2중량%의 초과시에는 생산비가 상승하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

하기 표 1에 아스팔트 박리저감제의 물성을 나타내었다

항목	품질기준
색상(20℃)	갈색, 점성체
비중(20℃)(kg/㎥)	980
유동점(℃)	<0
인화점(℃)	>100
점도(20℃)(CP)	3,000
점도(50℃)(CP)	400

또한 상기 개질 아스팔트 혼합물에 아미드계열의 안정제가 0.1 ~ 1.0 중량%가 더 포함될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 가열 재생 아스팔트 조성물을 고온에서 저장하면 열화에 의한 물성 저하가 초래될 수 있는데, 본 발명에 따른 조성물에서는 적합한 안정제를 사용함으로써 이를 해결하고 있다. 구체적으로 상기 안정제의 예로서는 아미드계화합물로서 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-pphenylenediamine) 또는 N-이소프로필-N-페닐-p-페닐렌디아민 (N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylene diamine), 포스파이트계 화합물로서 트리스(2,4-디-t-부틸페닐) 포스파이트([tris(2,4-di-t-butylphenyl)phospite]), 페놀계 화합물로서 2-메틸-4,6-비스-[(옥틸티오) 메틸]페놀(2-Methyl-4,6-bis-[(octylthio)-methyl]phenol) 및 프로피오네이트계 화합물로서 펜타에리스리틸-테트라키스[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate]등을 들 수 있으며, 이들 화합물이 단독 또는 2종 이상 병용되어 사용될 수도 있다.

상기 안정제의 바람직한 사용량은 상기 아스팔트 또는 역청 대비 0.001~1.0중량%인데, 이 범위를 벗어나는 경우는 노화 개선효과가 미미하면서 추가적인 개선이 없기 때문이다.

상기 재생첨가제는 포장면 표면에 조막이 균일하게 형성시키는 조막형성제인 2-에틸헥소산,3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산,3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산,3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 10 ~ 90 중량%와; 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 10 ~ 90중량%로 조성된다.

상기 조막형성제가 첨가되어진 본 발명의 가열 재생 아스팔트 조성물 포장시 포장면 표면에 조막이 균일하게 형성됨으로 포장층의 강도를 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 산화방지제는 가열 재생 아스팔트 조성물을 고온에서 저장하면 산화에 의한 물성 저하가 초래될 수 있는데 이 물성 저하를 방지하기 위한 것이다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 개질제 조성물이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

위의 기술한 사항을 종합하여 상기 아스팔트 혼합물의 구체적인 실시예를 나열하면 다음과 같다.

<제1 실시예> 골재 배합물을 뺀 상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 일반적인 혼합 비율은 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와, 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와, PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와, 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 0.01 ~ 2.7중량%와; 조막형성제인 2-에틸헥소산,3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산,3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 0.01 ~ 2.7 중량% 로 조성된다.

<제2 실시예> 비가 많이 오는 지역이나 침수로 인한 포장파손이 많은 곳에 적용하는 골재 배합물을 뺀 상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와, 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와, PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와, 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 0.01 ~ 2.7중량%와; 조막형성제인 2-에틸헥소산,3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산,3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 0.01 ~ 2.7 중량%, 아민계 화합물의 아스팔트 박리저감제 0.1 ~ 2.0 중량% 로 조성된다.

<제3 실시예> 비가 많이 오는 지역이나 침수로 인한 포장파손이 많고 산화나 열화가 발생이 우려될 때 사용하는 골재 배합물을 뺀 상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와, 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와, PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와, 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 0.01 ~ 2.7중량%와; 조막형성제인 2-에틸헥소산,3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산,3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 0.01 ~ 2.7 중량%, 아민계 화합물의 아스팔트 박리저감제 0.1 ~ 2.0 중량%, 아미드계열의 안정제 0.1 ~ 1.0 중량% 로 조성된다.

상기 제1,2,3 실시예에 상기 골재 배합물에서 순환골재의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에 상기 개질 아스팔트혼합물에 폐아스팔트의 침입도를 회복시키기 위해 0.21 ~ 10 중량%의 고유황 첨가제를 더 포함될 수 있으므로 총 6가지의 실시예가 만들어질 수 있다.

상기와 같은 조성비율로 개질 아스팔트 조성물을 제조하였을 시 본 발명의 시험결과는 표 2과 같다.

시험항목	규격	시험결과
연화점(R&B), ℃	56 이상	61
침입도, 25℃	40 이상	51
인화점(COC), ℃	260 이상	320
점도, @135℃, CPS	3,000 이하	2200
PG	76-22	76-22

상기 가열 재생 아스팔트 조성물에서 골재는 폐아스콘 순환골재 25 ~ 90 중량%와 신골재 5 ~ 70 중량%, 채움제 1 ~ 6 중량%로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물이다.

순환골재가 10중량% 미만으로 사용되는 경우, 산업폐기물로서의 폐아스콘 등의 재활용율이 낮아져서 경제성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 50중량%를 초과하는 경우, 재생된 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있을 수 있으나 아스팔트 개질재로 품질 저하를 막을 수 있다.

즉 신골재에 더해 순환골재들이 함께 혼합되어 사용되며, 그에 따라 신골재의 사용량을 줄이고, 산업폐기물인 폐아스팔트 덩이나 폐아스팔트 절삭재, 폐아스콘 등 도로의 굴착 시에 발생하는 것들을 소정의 입도로 파쇄 및 선별하여 사용하며 한국산업표준규격인 KS F 2572의 기준인 침입도 20(1/100㎝) 이상, 씻기시험 결과 5% 이하, 구재아스팔트 함량 3.8% 이상의 조건을 만족하는 것이 될 수 있다.

본 발명에 사용한 폐아스콘 순환골재는 최대골재 사이즈가 40㎜, 바람직하게는 25㎜의 입도를 갖는 것이 될 수 있으며, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 가지며 재활용 가열 아스팔트 혼합물의 품질표준 GR F 4005 따른 아래 표 3의 기층용 혼합물의 배합 및 표4의 표층(중간층)용 혼합물의 배합과 같은 입도 분포를 가진다.

상기 가열 재생 아스팔트 조성물의 최대 골재치수는 바람직하게는 표층용으로서 20 내지 25㎜, 중간층용으로서 20 내지 25㎜, 기층용으로서 25 내지 40㎜의 혼합물로 구성될 수 있다.

상기 가열 재생 아스팔트 조성물의 골재를 구성하는 신골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 가지며, 표층용으로 사용되는 상기 신골재는 최대 입경이 20㎜가 되도록 조정된 골재이다.

상기 가열 재생 아스팔트 조성물의 골재의 규격 즉, 입도분포 등은 아스팔트 조성물의 소성변형의 원인인 세립분의 함량을 최소화하여 아스팔트 조성물의 동적안정도를 향상시키기 위하여 최적으로 선택된 범위로서 하기 표 5의 건설교통부 아스팔트소성변형저감지침상의 표층용 입도에 따라야한다.

구분		WC-3	WC-4	WC-5	WC-6
		밀입도	밀입도	내유동	내유동
호칭치수(mm)		20	20F	20R	13R
통 과 중 량 백 분 율 (%)	25	100	100	100	-
	20	90~100	95~100	90~100	100
	13	72~90	75~90	69~84	90~100
	10	56~80	67~84	56~74	73~90
	5	35~65	45~65	35~55	40~60
	2.5	23~49	35~50	23~38	25~40
	0.6	10~28	18~30	10~23	11~22
	0.3	5~19	10~21	5~16	7~16
	0.15	3~13	6~16	3~12	4~12
	0.08	2~8	4~8	2~10	3~9

상기에서 표층용 아스팔트 조성물의 입도분포를 특정하는 이유는 건교부에서 소성변형에 강한 입도를 지침으로 제안하였기 때문이나, 상기 조성물 제조기술은 도로의 여건상 13㎜ 골재입도를 사용해야하는 도로나 또는 기층에도 고품질의 기층혼합물을 사용해야하는 경우에는 상기기술을 적용하여 13㎜ 혼합물 및 40㎜ 혼합물을 제조할 수 있다. 세장편석은 골재의 형상이 길쭉하거나 납작한 것을 말하며, 공사현장에서 높은 압력과 진동을 가하게 되는 전압과정에서 골재가 깨지거나 마모되어 혼합물의 안정도를 떨어뜨리므로 사용이 금지되어 있고, 토분은 강설이나 우수 등 수분의 침투에 의해 혼합물 내에서 팽창되고 이는 혼합물에 아스팔트의 박리 및 포트홀 등을 발생시키므로 제거되어야 한다. 상기에서 마모도는 로스엔젤레스 마모시험기를 사용하여 KS F 2508 마모시험법에 따라 시험한 결과를 의미하며, 이 마모도가 30%를 초과하는 경우, 차륜에 의한 마모현상이 발생하여 도로 포장체의 내구성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 골재 배합물에는 5~8㎜의 골재입도를 갖는 부순 모래가 25 내지 35중량%의 양으로 더 포함될 수 있다. 상기 부순 모래는 통상 쇄석골재 생산 시에 발생하는 5~8㎜의 스크리닝스로서 아스팔트 혼합물의 특성상 연속입도를 만들기 위해 사용하며, 부순 모래의 함량이 너무 적으면 혼합물의 공극이 증가하여 균열에 취약해지고, 부순 모래의 함량이 너무 많으면 혼합물이 연해져서 소성변형에 취약해지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 골재 배합물에는 석회석분, 소석회, 포틀랜드 시멘트, 제강분진 등 채움재가 1 내지 6중량%의 양으로 포함된다. 상기 석분은 0.6㎜ 체를 100% 통과하고 0.08㎜ 체를 70% 이상 통과하는 미세한 분말로 이루어져 있으며, 통상 골재의 간극을 충진하는 용도로 사용하기 때문에, 4중량% 이상이면 혼합물의 적정 공극율을 유지할수 없고, 너무 과소량이면 충진제의 역할을 할수 없으므로 1 ~ 6 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이는 KS F 3501규정에 따른 것이다.

상기 석분은 석회석분이 될 수 있다. 상기 석회석분은 채움제로서의 역할 이외에도 본 발명에 따른 재활용 아스팔트 조성물의 박리저항성을 증가시키는 기능을 한다.

상기 조성물의 골재 배합물을 구성하는 순환골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 40 내지 0.08㎜의 입도분포를 갖는 골재가 될 수 있다. 상기 재생골재가 세장편석과 토분을 포함하지 않아야 하는 것의 이유, 입도분포의 한정 및 마모율의 한정 등은 앞서 설명한 신골재에 대한 그것과 동일한 것으로 이해될 수 있다.

상기 조성물의 순환골재들은 최대 입경이 40 내지 25㎜가 되도록 조정된 골재들이 사용될 수 있다. 아스콘에 사용되는 골재의 규격이 통상 6 내지 8㎜의 스크리닝스, 즉 부순 모래, 13㎜ 이하의 골재, 20㎜ 이하의 골재, 25㎜ 이하의 골재, 40㎜ 이하의 골재 등을 합성하여 연속 입도를 조성하여 사용하므로 재생골재 또한 그에 준해서 13㎜ 이하의 골재, 20㎜ 이하의 골재, 25㎜ 이하의 골재, 40㎜ 이하의 골재로 만들어 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물은 상기 골재 배합물을 결합시키고, 도로표면을 수밀하게 하여 포장하부층으로 물이 침투하지 않게 하는 등의 기능을 하며, 본 발명에서는 아스팔트 혼합물의 사용량을 상기 골재 배합물 100 중량부를 기준으로 하여 2.3 내지 11 중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이는 상기 골재 배합물 중에 포함되는 순환골재가 폐아스팔트나 폐아스콘 등 이미 아스팔트폐재를 포함하고 있고 신골재의 양이 70%로 높을 수도 있기 때문이다.

신골재의 양이 높을 때에 상기 아스팔트 혼합물이 2.3 중량부 미만으로 사용되는 경우, 결합재의 양이 부족하여 포장체에 균열이 발생하는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 11 중량부를 초과하는 경우, 혼합물이 연해져서 소성변형이 생기는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에 따른 가열 재생 아스팔트 조성물에는 또한 상기 골재 배합물에서 순환골재의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에 상기 개질 아스팔트 혼합물에 폐아스팔트의 침입도를 회복시키기 위해 0.21 ~ 10 중량%의 고유황 첨가제를 더 포함될 수 있다

상기 고유황 첨가제는 노화된 아스팔트 폐재의 침입도를 재생배합설계 상의 목표 침입도로 조정할 수 있으며, 재래의 재생첨가제에 비해 저렴한 비용으로 폐아스팔트의 침입도를 복원할 수 있다.

상기 고유황 첨가제가 상기 아스팔트 혼합물에 대해 0.1중량% 미만으로 사용되는 경우, 침입도의 복원이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 10 중량%를 초과하는 경우, 아스팔트가 너무 부드러워져 변형에 약해지는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에 의하면 폐아스콘 순환골재와 신골재 및 채움제로 이루어진 기층용 또는 표층용 골재 배합물에 스트레이트 아스팔트와, 고분자 개질재인 SBS와, 폐타이어 고무분말과, PE-WAX와, 산화방지제와 조막형성제와 아스팔트 박리저감제와 안정제가 포함된 첨가제로 조성된 개질 아스팔트 혼합물을 혼합 가열하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능할 뿐만 아니라 소성변형 저항성이 높고 내구성이 향상된 고품질의 도로포장용 가열 재생 아스팔트 조성물을 제공하는 효과가 있어 도로포장의 심각한 문제인 소성변형 및 피로균열을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 아울러, 폐아스콘의 재활용 촉진을 통한 자원의 유효 이용으로 국가의 에너지절약 및 외화절감과 폐아스콘의 불법 매립에 의한 환경피해의 예방에 크게 기여할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 도로 포장을 위해 폐아스콘 순환골재 25 ~ 90 중량%, 신골재 5 ~ 70 중량%, 채움제 1 ~ 6 중량%로 이루어진 골재 배합물 100 중량부에, 스트레이트 아스팔트 2 ~ 8 중량부와, 개질 아스팔트 혼합물 0.3 ~ 3 중량부를 포함하는 재생 아스팔트 조성물에 있어서,
   상기 개질 아스팔트 혼합물은 고무계열의 고분자 개질재인 SBS와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말과 PE-WAX와 재생첨가제로 구성되며,
   상기 스트레이트 아스팔트와 상기 개질 아스팔트 혼합물의 혼합 비율은 스트레이트 아스팔트 85 ~ 93 중량%와, 상기 개질 아스팔트 혼합물인 고무계열의 고분자 개질재인 SBS 2 ~ 5 중량%와 80메쉬 체를 통과한 폐타이어 고무 분말 2 ~ 10 중량%와 PE-WAX 0.2 ~ 2 중량%와 재생첨가제 0.1 ~ 3 중량%로 하고,
   상기 재생 아스팔트 조성물을 150℃ ~200℃에서 혼합기로 혼합하여 조성되며,
   상기 재생첨가제는 산화방지제인 페닐-β-나프틸아민, 방향족 아민류 또는 하이드로퀴논 10 ~ 90중량%와;
   조막형성제인 2-에틸헥소산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)-2,2-디메텔프로필에스테르와 벤조산, 3-(2-에틸헥사노일옥시)2,2-디메틸프로필에스테르와 벤조산, 3-벤조일 옥시-2, 2-디메틸프로필에스테르의 혼합물이 10 ~ 90 중량%로 조성되고,
   상기 골재 배합물에서 순환골재의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에 상기 개질 아스팔트 혼합물에 폐아스팔트의 침입도를 회복시키기 위해 0.21 ~ 10 중량%의 고유황 첨가제를 더 포함되며,
   상기 순환골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 갖는 골재이고,
   상기 신골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30%미만의 골재로서, 0.08 ~ 40㎜의 입도 분포를 가지며,
   표층용으로 사용되는 상기 신골재는 최대 입경이 20㎜가 되도록 조정된 골재이고,
   상기 SBS(Styrene Butadiene Styrene)는 중량 평균 분자량 50,000~100,000과 중량 평균 분자량 150,000~200,000 그리고 300,000~350,000 각 3종류가 혼합되어 이루어진 가열 재생 아스팔트 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제