KR101060996B1 - 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 첨가되는 화학 첨가제로서 아스팔트 중량 대비 소량, 예를 들면, 0.2~5wt%의 액상형 중온화 첨가제를 사용함으로써 비용을 절감시킬 수 있고, 성능이 우수한 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법이 제공된다. 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물은, 액상형 중온화 첨가제를 아스팔트의 중량 대비 0.2~5.0%를 혼합하여 제조되며; 그리고 액상형 중온화 첨가제는, 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일; 점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(VHGO); 온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(VMS); 아스팔트의 경도를 높이도록 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트개질제; 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(ASA); 및 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하며, 액상형 중온화 첨가제는 아스팔트 중량 대비 0.2~5wt%를 사용하고, 베이스 오일은 하이드로 처리된 중파라핀 증류액(Hydro-treated Heavy Paraffinic Distillate) 오일일 수 있다.

Description

액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법 {LOW-CARBON EMISSION WARM-MIX ASPHALT(WMA) MIXTURE USING LIQUID-TYPE WMA ADDITIVE, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 중온 아스팔트 혼합물(Warm-Mix Asphalt: 이하 "WMA")에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 저탄소 방출(Low-carbon emission)을 위해 화학첨가제인 액상형(Liquid-type) 중온화 첨가제(Additive)를 사용하는 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 녹색성장을 추구하면서 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 지구 온난화 방지를 위한 이산화탄소(CO₂) 방출 감소가 국제적인 관심 사항이 되고 있다. 이러한 이산화탄소 방출 감소는 지구 온난화 방지 이외에도 탄소 배출권(Certified Emission Reduction: CER)이라는 상업적 가치를 창출할 수 있어서 큰 관심을 끌고 있다. 예를 들면, 세계에서 가장 규모가 큰 네덜란드 암스테르담에 있는 '유럽기후거래소'에서 2006년 한 해 동안 탄소 배출권이 4억 톤 이상 거래되었으며, 매년 50% 이상 탄소 배출권에 대한 거래 규모가 증가하고 있다.

이에 따라 아스팔트 콘크리트(아스팔트 혼합물, 아스콘) 포장기술 분야에서도 이러한 분위기에 맞추어 이산화탄소 방출 감소에 대한 기술이 활발히 검토되고 있다. 그 중에서 실용화 가능성 및 규모 면에서 가장 주목받고 있는 것이 아스팔트 콘크리트 포장 시공시의 혼합 및 다짐 온도를 낮출 수 있는 중온 아스팔트 혼합물을 이용한 도로 포장기술 분야이다.

통상적으로, 아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)은 아스팔트 믹싱플랜트(Asphalt Mixing Plant)에 아스팔트(Asphalt), 골재(Aggregate), 채움재(Mineral Filler) 등을 투입한 후 이러한 재료들을 가열 및 혼합하여 제조된다. 이러한 아스팔트 혼합물은 160~200℃의 고온으로 가열되는 과정을 통해 제조되는데, 도로에 포설 및 다짐되는 과정에서 상온으로 냉각되는 과정을 거치게 된다. 이때, 아스팔트 혼합물 제조에 고온의 가열 과정이 필요한 이유는 아스팔트가 골재의 결합재로서 작용하도록 아스팔트를 액상화시킬 필요가 있기 때문이다.

이러한 도로 포장에 주로 사용되는 아스팔트는 석유계 아스팔트인 스트레이트 아스팔트(Straight Asphalt)가 주로 이용되며, 이러한 스트레이트 아스팔트를 통상 아스팔트 바인더(Binder)라고도 한다. 이러한 아스팔트는 제조공정상 흑색의 고체로 제조되며, 아스팔트 혼합물 제조시 아스팔트를 가열하여 액상화시키고, 이러한 액상화된 아스팔트의 접착력이 골재를 결합시키게 된다.

종래의 기술에 따른 도로 포장에 사용되는 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물(Hot-Mix Asphalt Mixture: 'HMA')로 제조되고 있다. 이때, 가열 아스팔트 혼합물을 고온으로 생산하려면 많은 에너지가 소비되며, 이산화탄소 등의 유해가스 배출량이 많아지는 문제가 발생하게 된다. 또한, 도로 포장 시에 포설 및 다짐된 고온의 가열 아스팔트 혼합물은 상온 가까이 냉각하는데 소요되는 시간만큼 교통 개방시간이 지연되는 문제와 함께 작업자들이 안전사고의 위험에 노출된다는 문제가 있었다.

최근에는 이러한 문제들을 해결하고자 아스팔트의 온도 민감성(감온성이라고 한다)을 낮추어서 기존 가열 아스팔트 혼합물(HMA)보다 낮은 온도에서도 혼합, 다짐할 수 있는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 즉, 아스팔트와 골재의 혼합 및 다짐 온도를 낮추어서 아스팔트 콘크리트 포장에 따른 이산화탄소 배출을 절감시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)을 사용하는 도로 포장기술은, 전술한 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에 의한 종래 도로 포장기술과 비교하면, 가열 아스팔트 혼합물(HMA)을 제조하기 위하여 필요한 온도보다 30~40℃ 낮은 110~150℃ 정도의 온도에서 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다. 따라서 중온 아스팔트 혼합물(WMA)은, (1) 아스팔트 혼합물의 생산 및 시공과정에서 각종 유해가스 발생을 억제할 수 있고, (2) 아스팔트 혼합물 생산과정 중 온실가스 주범인 석유계 연료를 약 30% 저감할 수 있으며, (3) 아스팔트 혼합물의 시공 후 양생 시간 단축에 따라 빠른 교통 개방이 가능하고, (4) 시공 현장에서 유해 증기나 냄새가 발생하지 않아 작업자의 안전을 확보할 수 있는 등 많은 장점을 가진다.

이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)을 이용한 도로포장 기술의 핵심 메커니즘(Core Mechanism)은 아스팔트의 유동성을 개선하는 것이다. 즉, 골재간 접착을 위해 사용하는 중온 아스팔트의 최적 점도가 가열 아스팔트에 비해 가능한 낮은 온도에서 발현되고, 이에 따라 중온 아스팔트 혼합물(WMA)이 낮은 온도에서도 최적으로 다짐되도록 아스팔트의 점도를 하강시키는 기술이다.

이러한 점도 하강 기술은 1956년 최초로 미국 아이오와 주립대학교의 Ladis H. Csanyl 박사가 아스팔트에 스팀을 강제 주입하면서 아스팔트 내에 수분과 공기에 의한 발포 아스팔트를 형성시켜 아스팔트 내부의 응력을 낮춤으로써 점도를 하강시키는 기술을 소개한 바 있다.

최근에는 유럽을 중심으로 2000년부터 스팀 대신에 물을 주입하여 아스팔트를 강제 유화시킴으로써 아스팔트의 점도를 하강시키는 기술과 이러한 물 대신에 제올라이트를 투입하여 제올라이트가 일정 온도, 예를 들면, 약 110℃ 이상에 도달하면 아스팔트에 함습되어 있는 물이 배출되면서 아스팔트를 유화시키는 폼-중온 아스팔트(Foam-WMA)를 제조하는 기술로 발전되었다.

특히, 아스팔트 포장의 표층(중간층)은 교통하중이나 기상작용의 영향을 가장 많이 받는 부분으로서, 종래에는 가열 아스팔트 혼합물(HMA)을 사용하였으며, 이러한 가열 아스팔트 혼합물(HMA)은 골재를 건조시키고, 적당한 고온으로 가열하여 혼합한다. 이때, 가열 아스팔트 혼합물(HMA)의 생산시 역시 재료 및 작업의 특성 등으로 인하여 150℃ 이상의 높은 온도를 요구하게 되며, 이로 인하여 환경적인 측면에서 문제를 발생시키게 된다. 예를 들면, 오염물질인 이산화탄소, 이산화황, 일산화탄소, 질소산화물, 분진 등을 발생시키고, 휘발성유기화합물(VOC)을 배출시키게 된다. 또한, 가열을 하기 위한 많은 연료를 소모함으로써 경제적인 측면에서 큰 부담을 주고 있고, 고온으로 인한 작업자들의 부담도 있을 수 있다. 그리고 포설 이후의 다짐시 약 145℃의 고온에서 다짐을 실시함으로써, 약 100℃의 다짐한계 온도까지 온도 하강속도가 커질 우려가 있기 때문에, 다짐시간이 감소되고, 이로 인해 아스콘 시공 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

전술한 문제점 등을 제거하기 위하여 여러 친환경 포장 등의 기술이 개발되고 있으며, 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 등의 기술도 이러한 목적으로 개발 및 적용이 이루어지고 있다. 현재 사용되고 있는 기술로는 유기 첨가제, 폼드 첨가제 및 폼드 플랜트, 화학 첨가제 등의 기술들이 적용되고 있다.

구체적으로, 유기 첨가제는 왁스류 형태 등이며, 가장 높은 시장점유율을 보이고 있다. 하지만 아스팔트 혼합물에 첨가하는 비율이 높아지면서 가격이 또한 높아지고, 제품의 물성 중에서 층분리 현상이 나타날 수 있으며, 첨가제의 형태와 투입량에 의한 생산시 인건비 증가와 생산의 번거러움 등이 나타난다.

이러한 유기첨가제와 관련된 선행 기술로서, 본 발명의 동일 출원인 및 발명자에 의해 출원되어 특허 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-0949380호에는 "중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제"라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.

도 1은 통상적인 중온 아스팔트 포장 공법에서 폼드 아스팔트(Foamed Asphalt)를 예시하는 도면이다.

폼드 아스팔트는 아스팔트 바인더에 미세기포를 생성하여 얇은 막을 형성하게 함으로써 아스팔트 바인더의 점도를 떨어뜨리고 다짐시에 미세기포의 볼베어링 작용을 통해 다짐 효율을 높이는 공법이다.

이러한 폼드 아스팔트는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고온의 아스팔트 바인더에 압축 공기를 이용하여 수분을 분사 아스팔트에 거품을 만들어 내는 것이 기본적인 컨셉이다. 또한, 노즐을 통해 퍼그밀 또는 믹싱 드럼에 분사하며 생산하게 되는데 플랜트 생산 방식뿐만 아니라 현장 재생 공법에도 적용이 가능하다.

그런데, 이러한 폼드 첨가제의 경우, 수분에 대한 민감성이 떨어질 우려가 있으며, 또한, 폼드플랜트 적용시 초기설비 투자비용이 너무 크다는 단점이 있다.

또한, 화학 첨가제를 사용하는 방식의 경우, 초기에는 물을 사용하는 에멀젼 타입이었으나, 최근 에멀젼이 아닌 형태로 개발 발전되고 있다. 이러한 화학 첨가제는 사용상 편리하고, 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에서 요구되는 특성을 잘 반영하고 있지만, 이러한 화학 첨가제는 경제적인 측면에서 가격이 비싸다는 문제점이 있고, 또한, 이러한 화학 첨가제도 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에 비하여 물성이 어느 정도 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-0949380호(출원일: 2009년 08월 31일), 발명의 명칭: "중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제" 2) 대한민국 공개특허번호 제2010-0108334호(공개일: 2010년 10월 06일), 발명의 명칭: "접착 촉진제를 포함하는 중온 믹스 용도의 아스팔트 개질제" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-0949381호(출원일: 2009년 08월 31일), 발명의 명칭: "저탄소 첨가제로 제조한 중온화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물 제조방법" 4) 미국 공개특허번호 제2009-0068348호, 발명의 명칭: "Warm asphalt binder compositions containing lubricating agents" 5) 대한민국 공개특허번호 제2009-0129546호(공개일: 2009년 12월 17일), 발명의 명칭: "중온 아스팔트 콘크리트 혼합물 제조를 위한 중온 아스팔트 개질제 혹은 중온 개질 아스팔트의 조성물" 6) 미국 등록특허번호 제7279035호, 발명의 명칭: "Method of selecting a binder for a chipsealing process based on its adhesion index"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 첨가되는 화학 첨가제로서 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%의 소량을 사용함으로써 비용을 절감시킬 수 있는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 다른 중온화 첨가제에 비하여 가격이 저렴하면서도 그 성능은 우수한 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물(Warm Mix Asphalt: WMA)은, 상기 액상형 중온화 첨가제를 상기 아스팔트의 중량 대비 0.2~5.0%를 혼합하여 제조되며; 그리고 상기 액상형 중온화 첨가제는, 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil); 점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO); 온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS); 아스팔트의 경도를 높이도록 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트개질제; 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 베이스 오일은 파리핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일 중에서 선택될 수 있다.

여기서, 상기 파리핀계 오일은 하이드로 처리된 중파라핀 증류액(Hydro-treated Heavy Paraffinic Distillate) 오일일 수 있고, 상기 하이드로 처리된 중파라핀 증류액 오일은 무색투명한 액체로서, 220℃ 이상의 인화점을 갖고, 난아로마틱(Nonaromatic)이며, 불용성이며, 40℃에서 6~101㎟/s의 점도를 나타내고, 100℃에서 2~13㎟/s의 점도를 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 점도지수 향상제(VMS)는 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins),스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)를 포함하는 점도지수 향상제일 수 있다.

여기서, 상기 아스팔트개질제는 개환치환중합(Ring Open Metathesis Polymerization: ROMP)에 의해 형성되는 폴리알케나머(Polyalkenamer)이고, 상기 폴리알케나머는 고분자 주사슬에 이중결합을 가진 고분자로서, 플라스틱(Plastic) 물성과 고무(Rubber) 물성을 함께 보유할 수 있고, 상기 폴리알케나머(Polyalkenamer)는 중합 방식에 따라 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene), 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene(또는 폴리(엔도-디사이클로펜타디엔)(Poly(endo-dicyclopentadiene)) 중에서 선택될 수 있다.

여기서, 상기 박리 방지제는 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt), 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo-polyamine) 중에서 선택되며, 상기 인산염계 박리방지제는 화학명 PHOSPHATED 2-ETHYL HEXANOL의 인산(Phosphoric Acid)일 수 있다.

여기서, 상기 계면활성제는 윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic Surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic Surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric Surfactants) 및 비이온 계면활성제(Nonionic Surfactants) 중에서 선택되며, 상기 윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants)는 에토실레이티드 탈로우 디아민(ethoxylated tallow diamine)일 수 있다.

또한, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물의 제조 방법은, 아스팔트, 골재 및 액상형 중온화 첨가제를 혼합하여 저탄소 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법에 있어서, a) 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%의 액상형 중온화 첨가제, 상기 아스팔트 및 상기 골재를 아스팔트 믹싱 플랜트에 투입하는 단계; 및 b) 상기 믹싱 플랜트에 투입된 상기 아스팔트, 상기 골재 및 상기 액상형 중온화 첨가제를 110℃ 내지 150℃에서 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 액상형 중온화 첨가제는, 파리핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 아로마틱계 오일 중에서 선택되어 첨가되는 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil);
점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO);
온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates),폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS);
아스팔트의 경도를 높이기 위해 폴리알케나머(Polyalkenamer)인 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene) 또는 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트 개질제;
중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt) 또는 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo -polyamine) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및
윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric surfactants) 또는 비이온 계면활성제(Nonionic surfactants) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하여 이루어진다.

또한, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물의 제조 방법은, 아스팔트, 골재 및 액상형 중온화 첨가제를 혼합하여 저탄소 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법에 있어서, a) 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%의 액상형 중온화 첨가제, 및 상기 아스팔트를 용융 혼합하여 용융 혼합물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 용융 혼합물과 상기 골재를 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110℃ 내지 150℃에서 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 액상형 중온화 첨가제는, 파리핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 아로마틱계 오일 중에서 선택되어 첨가되는 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil);
점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO);
온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates),폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS);
아스팔트의 경도를 높이기 위해 폴리알케나머(Polyalkenamer)인 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene) 또는 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트 개질제;
중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt) 또는 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo -polyamine) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및
윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric surfactants) 또는 비이온 계면활성제(Nonionic surfactants) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants) 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 액상형 중온화 첨가제를 아스팔트 혼합물에 첨가하는 비율이 낮기 때문에, 예를 들면, 아스팔트 중량 대비 소량, 예를 들면, 0.2~5.0wt%를 사용하기 때문에 작업환경을 개선할 수 있고, 작업 성능을 향상시킬 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다른 첨가제에 비하여 가격이 저렴하면서도 성능은 우수한 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 경제적인 측면에서, 여러 가지 배합 설계에서도 다짐이 용이하게 때문에 자재, 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

본 발명에 따르면, 중온에서 사용하여 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에서 문제되었던 환경오염 물질 문제를 완화시킬 수 있다. 즉, 오염물질인 이산화탄소, 이산화황, 일산화탄소, 질소산화물, 분진 등을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 휘발성유기화합물(VOC) 배출량을 50~90% 정도 절감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 플랜트믹스 타입으로 중온 아스콘을 생산할 수 있기 때문에, 국내의 아스콘 플랜트의 설비 특성과 관계없이 모든 아스팔트 혼합물 플랜트에 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 아스팔트 혼합물 플랜트를 운영할 때 가열에너지를 절감함과 동시에 각종 유해가스 발생을 억제할 수 있다. 또한, 작업자의 안전을 확보하면서 아스팔트 혼합물 포장공사를 수행할 수 있으며, 아스팔트 혼합물 포장공사 수행 후에 조속히 교통을 개방할 수 있다.

본 발명에 따르면, 프리믹스 타입의 적용이 어려운 짧은 구간이나 접근성이 용이하지 않은 구간 등에도 용이하게 포장공사를 수행할 수 있다.

도 1은 통상적인 중온 아스팔트 포장 공법에서 폼드 아스팔트(Foamed Asphalt)를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제의 조성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 침입도 및 연화점을 비교하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 PG 64-22 아스팔트의 점도 변화를 비교하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 PG 값을 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 공극율을 비교하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 안정도를 비교하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예로서, 액상형 중온화 첨가제를 아스팔트에 첨가하여 제조된 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법이 제공된다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 중온 아스팔트 혼합물에 혼합되는 액상형 중온화 첨가제에 대하여 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 중온 아스팔트 혼합물에 첨가되는 액상형 중온화 첨가제는 기존의 가열 아스팔트 혼합물(HMA)의 혼합 및 다짐온도를 낮출 수 있도록 아스팔트, 첨가제, 골재 등을 혼합하여 제조되는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 사용된다. 이때, 상기 액상형 중온화 첨가제는 아스팔트의 물리적 특성을 개질시키기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제의 조성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)는 표 1과 같은 조성별 배합비를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)는, 45~97.5wt%의 베이스 오일(Base Oil)(110), 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO)(120), 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS)(130), 0.5~12wt%의 아스팔트개질제(140), 0.5~12wt%의 박리방지제 (Anti-Stripping Agent: ASA)(150) 및 0.5~12wt%의 계면활성제((Surfactants: 160)의 조성으로 이루어진다. 이때, 상기 액상형 중온화 첨가제는 아스팔트 중량 대비 소량, 예를 들면, 0.2~5.0wt%를 사용한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)는, 파리핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일 중에서 선택될 수 있으며, 상기 파리핀계 오일은 하이드로 처리된 중파라핀 증류액(Hydro-treated heavy paraffinic distillate) 오일을 베이스 오일(110)인 것이 바람직하다. 이러한 하이드로 처리된 중파라핀 증류액 오일(110)은 무색투명한 액체로서, 인화점은 약 220℃ 이상이고, 난아로마틱(Nonaromatic)이며, 불용성이다. 또한, 이러한 하이드로 처리된 중파라핀 증류액 오일(110)의 점도는 40℃에서 6~101㎟/s의 점도를 나타내고, 100℃에서 2~13㎟/s의 점도를 나타낸다.

이러한 베이스 오일(110)에 점도지수 향상제(130)를 적용함으로써 온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고, 점도 변화량을 줄일 수 있다. 예를 들면, 이러한 점도지수 향상제(130)로서, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)를 적용할 수도 있다. 이러한 점도지수 향상제(130)의 첨가로 인해 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 생산 시공시 온도의 저하에 대하여 점도 변화를 줄임으로써 다짐 등의 성능이 제대로 발휘될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)는 감압경질 유분(VHGO: 120) 등을 적용함으로써, 점도 성능 및 혼합물 적용시 다짐 성능 등을 나타나게 할 수 있다. 여기서, 감압경질 유분(120)은 원유의 감압처리 공정을 거친 감압 잔사분과 중간 유출 오일분을 말한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)에 의한 아스팔트는 저온에서도 다짐 성능이 나올 수 있다.

즉, 상기 베이스 오일(110)의 적용으로 인해 아스팔트 고형분이 저하되고 이로 인한 성능 저하를 박리방지제(150), 아스팔트 특수 개질 성능을 발휘하는 아스팔트 특수 개질제로 성능을 보완함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)의 적용으로 인한 성능 저하를 방지하고, 동일한 성능 및 그 이상의 성능을 나타나게 할 수 있다.

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본 발명의 경우에는 아스팔트 특수 개질 성능을 발휘하는 아스팔트 개질제(140)가 적용되는데, 이러한 아스팔트 개질제(140)는 예를 들면, 개환치환중합(Ring Open Metathesis Polymerization: ROMP)에 의한 폴리알케나머(Polyalkenamer)를 이용한다. 이러한 폴리알케나머는 고분자 주사슬에 이중결합을 가진 고분자로서, 플라스틱(Plastic) 물성과 고무(Rubber)의 물성을 함께 보유하여 가공 성능이 매우 우수해진다.

이러한 폴리알케나머는 중합 방식에 따라 3가지로 나뉠 수 있다. 예를 들면, 폴리알케나머는 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene), 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene(또는 폴리(엔도-디사이클로펜타디엔)(Poly(endo- dicyclopentadiene))로 나뉜다. 이러한 폴리알케나머는 결정성이고, 녹는점 이하에서의 낮은 점도를 나타낸다. 이러한 폴리알케나머는 아스팔트에서의 경도를 높이는 역할을 하고, 낮은 분자량 및 넓은 분자량 분포를 가진다. 이러한 폴리알케나머를 사용할 경우, 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 가공 성능(예를 들면, 다짐 성능)을 개선할 수 있고, 이때, 용액에서 온도가 높을수록 점도가 낮아지게 된다. 또한, 이러한 폴리알케나머는 다짐 온도 저하에 따른 다짐 성능을 개선할 수 있다.

또한, 박리방지제(150)는 액상의 박리방지제로서, 골재와 중온 아스팔트의 혼합시 박리방지 기능을 가지고 더 좋은 혼합 상태를 만들어 준다. 이러한 박리방지제(150)는 적은 양으로도 박리방지 효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 박리방지제(150)는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)이 수분에 노출된 상태에서도 내구력을 충분히 지속시킬 수 있는 역할을 한다. 이러한 박리방지제(150)로서, 인산염계 박리방지제, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt), 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo-polyamine) 등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 인산(Phosphoric Acid) 등도 박리방지 등의 용도로 적용될 수 있다. 여기에 적용되는 인산은 화학명 PHOSPHATED 2-ETHYL HEXANOL이며, 박리방지 효과 등을 발휘할 수 있다. 이들은 열안정제로서의 역할을 함으로써 바인더의 제조 및 사용시에 열에 대한 효과 즉 열 안정성을 나타내는 첨가제로도 쓰인다. 이러한 박리방지제(150)의 사용은 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타낼 수 있다. 또한, 이러한 박리방지제(150)는 아스팔트의 기능 및 성능은 유지하면서 소량의 사용으로 골재와의 혼합시 계면에서 그 역할을 하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)에 계면활성제(Surface active agents: Surfactants)(160)를 적용함으로써 액상형 중온화 첨가제(100)의 성능을 골고루 나타낼 수 있다. 이때, 계면활성제(160)는 그 특성인 표면장력, 표면흡착, 미셀(Micelle) 형성 능력, 용해성 등에 의해 나타나는 성질이 다양하므로, 이들 성질을 적절하게 조합하여 최고의 상승 작용이 나타나도록 여러 실험을 통하여 최선의 것을 선택하여 적용하였다. 예를 들면, 이러한 계면활성제의 종류는 음이온 계면활성제(Anionic Surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic Surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric Surfactants) 및 비이온 계면활성제(Nonionic Surfactants) 등이 있다.

구체적으로, 상기 음이온 계면활성제로는 알킬 설페이트(Alkyl Sulfates), 알킬 에테르 설페이트(Alkyl Ether Sulfates), 알킬 설포석시네이트(Alkyl Sulfosuccinates), 아실 사르코시네이트(Acyl Sarcosinates), 아실 메칠타우레이트(Acyl Methyltaurate), 알킬 인산염(Alkyl Phosphates), 알킬 에테르 인산염(Alkyl Ether Phosphates) 등이 있고, 상기 양이온 계면활성제로는 제4 염화암모늄(Quaternary Ammonium Chlorides) 이 있으며, 상기 양쪽성 계면활성제로는 이미다졸리늄 베타인(Imidazolinium Betaines) 및 알킬 베타인(Alkyl Betaines)이 있고, 상기 비이온 계면활성제로는 아민 옥사이드(Amine Oxides), 알카놀아미드(Alkanolamides), 글리콜 에스테르(Glycol Esters), 소비탄 에스테르(Sorbitan Esters), 글리세릴 에스테르(Glyceryl Esters) 및 디글리세릴 에스테르(Diglyceryl Esters) 등이 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)에 적용된 윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants)는 에토실레이티드 탈로우 디아민(ethoxylated tallow diamine) 등이 적용되며, 접착 보조 역할을 하게 된다. 이러한 계면활성제(160)는 흡착, 표면장력, 표면전위 등의 기초적인 문제와 윤활, 마찰, 표면처리 등의 응용적 문제를 해결한다. 이는 계면에서 특별한 배향이나 흡착을 일으켜 표면장력을 저하시키고, 적당한 미셀(Micelle) 구조를 형성하는 능력에 기인하며, 마찰력에 영향을 줌으로써, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)의 능력을 나타내게 한다.

결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)를 중온 아스팔트 혼합물에 첨가하면, 종래의 기술에 따른 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에 비해서 동일한 성능 또는 그 이상의 성능을 나타내며, 중온에서 사용하여 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에서 문제되었던 환경오염 물질 문제를 완화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 첨가제는 액상형 중온화 첨가제로서, 다른 첨가제에 비하여 소량을 사용하기 때문에 작업환경을 개선할 수 있고, 작업 성능을 향상시킬 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제는, 다른 첨가제에 비하여 성능이 우수하고, 그 가격은 저렴하기 때문에 경제적인 측면에서 매우 유리하다고 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)로 인하여 아스팔트 혼합물 제조시 플랜트에서 10~40℃ 정도 낮은 온도에서 생산되어 플랜트의 연료소비를 평균 25%까지 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100) 사용시 타 첨가제와 달리 프리-믹스(PRE-MIX) 형태에서 층분리 현상 억제와 생산시 공정의 간소화로 인해 인건비를 절감시키고, 생산시간을 단축시킬 수 있다.

다시 말하면, 환경적인 측면에서, 오염물질인 이산화탄소, 이산화황, 일산화탄소, 질소산화물, 분진 등을 감소시킬 수 있다. 특히, VOC 배출량의 경우, EPA 가이드라인에 따르면 VOC가 아스콘 제조시 굴뚝을 통하여 발생하는데, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)를 사용한 WMA의 경우, VOC 배출량을 50~90% 정도 절감시킬 수 있다. 또한, 아스팔트 플랜트에서 배기가스는 건조와 가열 공정에서의 연료연소가 가장 큰 원인이기 때문에, 이러한 연료소비 절감으로 인해 배기가스를 직접적으로 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)를 사용한 WMA의 경우, 포장에서 줄어든 온도는 플랜트와 아스팔트 포장설비에서 유독성 가스를 직접적으로 줄일 수 있다.

또한, 경제적인 측면에서, 여러 가지 배합 설계에서도 다짐이 용이하게 때문에 자재, 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

또한, 작업 환경적인 측면에서, 생산 온도 감소로 인하여 포장 시에 작업자와 시공자들의 작업환경을 개선할 수 있다. 예를 들면, WMA의 감소된 점도는 기존 아스팔트 바인더가 재생아스팔트 혼합물(Reclaimed Asphalt Pavement: RAP)의 내재된 바인더를 다시 사용할 수 있게 도와주며, 고온에서 아스팔트 시멘트가 노화되지 않기 때문에 재생아스팔트 혼합물(RAP)을 보다 용이하게 사용할 수 있게 한다.

또한, 재생아스팔트 혼합물(RAP)의 증가된 사용으로 석유와 신골재의 사용을 줄임으로써 자원의 고갈을 줄이고 순환적인 포장을 유지할 수 있다. 그리고 아스팔트 시멘트의 가열로 인하여 재료들이 산화되는데 중온 아스팔트 혼합물(WMA)을 생산하기 위해 필요한 온도를 줄임으로써 아스팔트의 노화를 줄일 수 있고, 그로 인해 포장 수명을 연장시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)은 환경적인 측면, 경제적인 측면, 작업환경 적인 측면에서 여러 가지 이점이 있다.

이하, 도 3 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트에 대해 그 물성을 비교하기로 한다.

침입도 연화점 비교

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 침입도 및 연화점을 비교하기 위한 도면이고, 표 2와 같은 침입도 및 연화점을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제(100)를 사용한 중온 아스팔트는, 도 3 및 표 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 침입도와 연화점을 비교하면, 액상형 중온화 첨가제의 투입으로 인해 아스팔트 고형분이 감소함에도 불구하고 침입도와 연화점 물성치의 변화가 거의 없이 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

점도 비교

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 PG 64-22 아스팔트의 점도 변화를 비교하기 위한 도면이고, 표 3과 같은 점도를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트는 종래의 PG 64-22 아스팔트와 비교하면, 도 4 및 표 3에 도시된 바와 같이, 온도에 따른 점도의 변화도 같은 거동을 나타내고 있고, 수치도 거의 유사하게 나오고 있다.

따라서 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트는 종래의 PG 64-22 아스팔트와 비교하면, 점도에는 크게 영향을 미치지 않지만, 아스콘을 생산할 경우, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제의 영향에 의하여 성능이 나오게 된다.

PG 값 비교

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 PG 값을 비교하기 위한 도면이고, 표 4와 같은 PG 값과 표 5와 같은 PG(G*/sinδ)값을 갖는다.

예를 들면, 슈퍼페이브 아스팔트 바인더 규격은 다른 아스팔트 규격과 상이하며, 시험은 공학적 원리를 바탕으로 현장 공용성과 직접 관계되는 물리적 특성을 측정하고 신 시험장비와 시험법을 요구한다. 기존 규격은 일정한 온도에서 시험을 수행하고 규정 값이 다양한 반면, 슈퍼페이브 바인더 규격은 다양한 온도에서 시험을 수행하고 규정 값이 일정하다는 것이다. 여기서, PG(performance grade) 바인더는 표 4에 도시된 바와 같이, PG 64-22와 같이 표현할 수 있다. 이때, 앞의 숫자 64는 고온 등급으로서, 바인더가 최소 64℃까지 적당한 물리적 특성을 가진다는 것을 의미하며, 뒤의 숫자 -22는 저온 등급으로서, 바인더가 최소 -22℃까지 적당한 물리적 특성을 가진다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트의 경우, 이러한 PG 값의 변화에 영향을 미치지 못하며 같은 등급을 나타내게 된다. 저온에서도 마찬가지로 PG 값에 영향을 미치지는 않는다. 오히려, 표 5를 참조하면, G*/sinδ값을 볼 때, 단기 산화시 높은 값이 나타나기 때문에 그 성능이 약간 향상되는 것을 볼 수 있다. 여기서, 소성변형에 관련한 중요한 인자로 제시되는 G*/sinδ는 소성변형 저항성을 나타내며, 이때, RTFO는 회전박막오븐(Rolling thin film oven)을 나타낸다.

안정도 및 공극율 비교

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 공극율을 비교하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트와 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트의 안정도를 비교하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제에 대한 합성물 성능을 볼 때, 공극율을 비교하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트와 거의 같은 공극율을 나타내므로, 충분한 다짐 성능이 나온다고 볼 수 있다. 또한, 안정도 측정시에도, 도 7에 도시된 바와 같이, 같은 결과를 나타내고 있어 혼합물의 성능에는 문제가 없음을 나타내고 있다.

전술한 도 3 내지 도 7의 결과들을 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제에 대한 합성물을 적용할 때, 종래의 기술에 따른 PG 64-22 아스팔트와 동일한 온도 조건에서 동일한 성능 또는 그 이상의 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)를 사용시와 그렇지 않을 경우를 비교하면, 바인더의 기본 성능이 떨어지지 않으며, 비슷하거나 그 이상의 성능을 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제(100)의 역할로 인하여 다소 저온의 다짐시에도 고온의 다짐과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

한편, 전술한 액상형 중온화 첨가제는 아스팔트에 혼합되도록 제조된다. 이때, 이러한 혼합 방법은 다음과 같다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제는 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%를 상기 아스팔트 및 골재와 함께 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110~150℃에서 혼합함으로써 플랜트 믹스타입(Plant-mix-type)으로 중온 아스콘을 생산하는데 이용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물에 사용되는 액상형 중온화 첨가제는 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%를 아스팔트와 용융 혼합한 후, 이러한 용융혼합물을 골재와 함께 아스팔트 믹싱 플랜트에 투입하여 110~150℃에서 혼합하는 방식의 프리 믹스타입(Pre-mix-type)으로 중온 아스콘을 생산할 수도 있다.

즉, 플랜트믹스 타입으로 중온 아스콘을 생산할 수 있기 때문에, 국내의 아스콘 플랜트의 설비 특성과 관계없이 모든 아스팔트 혼합물 플랜트에 적용할 수 있다. 또한, 프리믹스 타입의 적용이 어려운 짧은 구간이나 접근성이 용이하지 않은 구간 등에도 용이하게 포장공사를 수행할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 중온 아스팔트 혼합물((WMA)을 생산하기 위해서, 예를 들면, 3.5~8.0wt%의 아스팔트와 92.0~96.5wt%의 골재로 조성하도록 하되, 액상형 중온화 첨가제는 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 상기 액상형 중온화 첨가제를 15wt% 이상 사용할 경우, 상온에서 상기골재의 탈리와 내구성을 평가하는 칸타브로 손실률 등이 좋지 않고, 또한, 0.5wt% 미만 사용할 경우 중온화 효과가 거의 없기 때문이다.

또한, 액상형 중온화 첨가제와 혼합하는 상기 아스팔트는 도로포장용으로 사용되는 아스팔트이면 무방하지만, 현재 도로포장용 아스팔트로서 침입도 등급이 80~100인 아스팔트와 침입도 등급 60~80인 아스팔트를 사용하는 것을 감안하면, 이러한 등급의 아스팔트를 사용하는 것이 바람직하다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물은 그 생산온도와 다짐온도가 비교예와 비교하면, 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 약 15℃ 정도 낮아지고, 상온에서 내구성을 나타내는 회복탄성계수는 약 1.3배 향상되었다. 또한, 고온에서 소성변형 저항성을 나타내는 동적 안정도는 약 1.2배, 동결융해와 수분에 대한 저항성을 나타내는 인장강도비(Tensile Strength Ratio: TSR)는 약 1.1배 향상된 결과가 나왔다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물은 15℃ 낮은 온도에서 수행하였음에도 불구하고 기존의 비교예와 비교하면 비슷하거나 약간 높은 결과가 나오는 것을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 중온 아스팔트 혼합물용 액상형 중온화 첨가제
110: 베이스 오일(Base Oil)
120: 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO)
130: 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS)
140: 아스팔트개질제
150: 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA)
160: 계면활성제(Surfactants)

Claims (15)

1. 액상형 중온화 첨가제(Additive)를 사용한 저탄소 중온 아스팔트(Warm Mix Asphalt: WMA) 혼합물에 있어서, 상기 저탄소 중온 아스팔트 혼합물은 상기 액상형 중온화 첨가제를 상기 아스팔트의 중량 대비 0.2~5.0%를 혼합하여 제조되며; 그리고 상기 액상형 중온화 첨가제는,
   파리핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 아로마틱계 오일 중에서 선택되어 첨가되는 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil);
   점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO);
   온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates),폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS);
   아스팔트의 경도를 높이기 위해 폴리알케나머(Polyalkenamer)인 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene) 또는 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트 개질제;
   중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt) 또는 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo -polyamine) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및
   윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric surfactants) 또는 비이온 계면활성제(Nonionic surfactants) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 파리핀계 오일은 하이드로 처리된 중파라핀 증류액(Hydro-treated Heavy Paraffinic Distillate) 오일인 것을 특징으로 하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하이드로 처리된 중파라핀 증류액 오일은 무색투명한 액체로서, 220℃ 이상의 인화점을 갖고, 난아로마틱(Nonaromatic)이며, 불용성인 것을 특징으로 하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
5. 제3항에 있어서,
   상기 하이드로 처리된 중파라핀 증류액 오일은 40℃에서 6~101㎟/s의 점도를 나타내고, 100℃에서 2~13㎟/s의 점도를 나타내는 것을 특징으로 하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 인산염계 박리방지제는 화학명 PHOSPHATED 2-ETHYL HEXANOL의 인산(Phosphoric Acid)인 것을 특징으로 하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    상기 윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants)는 에토실레이티드 탈로우 디아민(ethoxylated tallow diamine)인 것을 특징으로 하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물.
14. 아스팔트, 골재 및 액상형 중온화 첨가제를 혼합하여 저탄소 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%의 액상형 중온화 첨가제, 상기 아스팔트 및 상기 골재를 아스팔트 믹싱 플랜트에 투입하는 단계; 및
    b) 상기 믹싱 플랜트에 투입된 상기 아스팔트, 상기 골재 및 상기 액상형 중온화 첨가제를 110℃ 내지 150℃에서 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 액상형 중온화 첨가제는,
    파리핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 아로마틱계 오일 중에서 선택되어 첨가되는 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil);
    점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO);
    온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates),폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS);
    아스팔트의 경도를 높이기 위해 폴리알케나머(Polyalkenamer)인 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene) 또는 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트 개질제;
    중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt) 또는 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo -polyamine) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및
    윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric surfactants) 또는 비이온 계면활성제(Nonionic surfactants) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 제조 방법.
15. 아스팔트, 골재 및 액상형 중온화 첨가제를 혼합하여 저탄소 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상기 아스팔트 중량 대비 0.2~5.0wt%의 액상형 중온화 첨가제, 및 상기 아스팔트를 용융 혼합하여 용융 혼합물을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 용융 혼합물과 상기 골재를 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110℃ 내지 150℃에서 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 액상형 중온화 첨가제는,
    파리핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 아로마틱계 오일 중에서 선택되어 첨가되는 45~97.5wt%의 액상형 베이스 오일(Base Oil);
    점도 성능 및 혼합물 적용에 따른 다짐 성능을 위해 첨가되는 0.5~7wt%의 감압경질 유분(Vacuum High Pressure Gas Oil: VHGO);
    온도의 변화로 인한 점도의 변화를 최소화하고 점도 변화량을 줄이기 위해 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates),폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리올레핀(polyolefins), 스티렌-말레익 에스테르 혼성중합체(styrene-maleic ester copolymers), 호모폴리머(homopolymers), 혼성중합체(copolymers) 또는 그라프트 혼성중합체(Graft copolymers)중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 점도지수 향상제(Viscosity modifiers: VMS);
    아스팔트의 경도를 높이기 위해 폴리알케나머(Polyalkenamer)인 트랜스-폴리옥테나머(trans-Polyoctenamer: TOR), 폴리노보덴(Polynorbornene) 또는 폴리사이클로데카디엔(Polycyclodecadiene) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 아스팔트 개질제;
    중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 성상에 변화를 일으키지 않고 유지하면서 박리방지의 기능을 나타내도록 인산염계, 지방산+폴리아민(Fatty acid + polyamine), 지방아민 솔트(Fatty amine salt) 또는 알킬아미도-미다조-폴리아민(alkylamido-midazo -polyamine) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 박리방지제(Anti-Stripping Agent: ASA); 및
    윤활용 계면활성제(Lubricating surfactants), 음이온 계면활성제(Anionic surfactants), 양이온 계면활성제(Cationic surfactants), 양쪽성 계면활성제(Amphoteric surfactants) 또는 비이온 계면활성제(Nonionic surfactants) 중에서 선택되어 첨가되는 0.5~12wt%의 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 액상형 중온화 첨가제를 사용한 저탄소 중온 아스팔트 혼합물 제조 방법.

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