KR101171338B1 - 친환경 중온 아스팔트 포장방법 및, 이를 위한 개질 아스팔트 바인더와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 중온 아스팔트 도로포장방법 및 이를 위하여 사용되는 아스팔트 바인더에 관한 것으로서, 특히 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 분말을 이용한 개질 아스팔트 바인더를 사용함으로써 시공 및 품질관리가 용이하고 탄소발생량을 저감시키면서도 내구성이 향상된 아스팔트에 관한 것이다.
상기 개질 아스팔트 바인더는 아스팔트 85~96 중량%, 분말형 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 1.8~8 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머 1~12 중량%로 이루어지고, a) 아스팔트의 수분을 제거하는 단계, b) 상기 아스팔트를 2차 가열하여 용융시키는 단계, c) 상기 용융된 아스팔트에 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머를 첨가하여 교반, 혼합하는 단계를 거쳐 제조되는데, 상기 교반공정시 황 0.2~1 중량%, 가황촉진제 0.1~0.2 중량%가 첨가될 수 있다.

Description

친환경 중온 아스팔트 포장방법 및, 이를 위한 개질 아스팔트 바인더와 그 제조방법{Environmental warm asphalt paving method, modifided asphalt binder and the producing method thereof}

본 발명은 도로의 아스팔트 포장방법 및 아스팔트 바인더에 관한 것으로서, 특히 아스팔트 포장시 낮은 온도에서 시공할 수 있도록 함으로써 시공 및 품질관리가 용이하고 저렴하며 탄소배출량을 줄일 수 있는 친환경 중온 아스팔트 포장방법 및 이에 사용되는 개질 아스팔트 바인더에 관한 것이다.

아스팔트 포장 도로는 콘크리트 포장 도로에 비하여 노면에 탄력성이 있어 승차감이 좋고, 손상된 부위만 보수할 수 있으므로 유지 관리가 편리할 뿐 아니라, 도로 포장후 짧은 기간 내에 차량을 통행시킬 수 있다는 많은 장점이 있다.

이러한 아스팔트 포장은 골재 등을 포설하여 다짐을 하는 보조기층, 불투수성의 중간기층 및 표층의 순으로 시공이 이루어지는데, 표층에서의 아스팔트에서 대한 충분한 다짐을 위하여는 아스팔트 바인더가 충분히 낮은 점도를 유지할 수 있도록 아스팔트를 가열하여야 한다. 가열 아스팔트의 경우 이러한 낮은 점도를 유지시키기 위해서는 적어도 온도가 160℃ 이상은 되어야 하므로, 도로포장시에는 일반적으로 160 내지 190℃의 고온상태에서 다짐이 이루어진다.

그런데 아스팔트 다짐온도의 증가는 연료증가 및 아스팔트 성분의 휘발에 따른 이산화탄소의 발생증가로 이어지고, 냉각시간이 길어짐에 따라 교통의 재개를 위해서는 더 많은 시간이 요구되며, 고온 작업의 위험성 증가 및 그에 따른 시공비용의 증가 원인으로 작용한다. 따라서 다짐온도를 줄이는 것은 이산화탄소의 발생량을 줄여 환경을 보호할 뿐 아니라, 신속한 교통의 재개 등 경제적으로도 많은 장점을 가지게 된다. 다른 한편으로, 기존의 아스팔트는 고온에서 온도 또는 하중에 의한 소성변형이 발생하기 쉽고 저온에서는 반복하중에 의한 피로균열, 온도변화에 의한 신축균열이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하면서 내구성 내화학성 등을 향상시키기 위하여 출원번호 10-2010-0111677호의 '도로포장용 표층 아스콘의 혼합물 및 그 시공방법'이 제시된 바 있다. 상기 선행기술은 아스팔트, 개질재를 혼합한 골재혼합물을 압착 도포하는 제1단계와, 상기 압착 도포된 골재혼합물 위에 모르타르 혼합물을 분사하고 경화시키는 제2단계로 이루어져 있으며, 상기 제1단계는 구체적으로, 골재를 입도분포에 맞게 선별하는 제1-1단계와; 골재를 계량하는 제1-2단계와; 골재100 중량부에 대하여 아스팔트 3~5 중량부, 개질재 0.5~6 중량부를 투입하는 제1-3단계와; 골재와 아스팔트와 개질재로 혼합된 상기 골재혼합물(1)을 160~180℃ 온도를 유지하면서 혼합하는 제1-4단계와; 온도를 160~180℃로 유지하면서 혼합이 완료된 상기 골재혼합물(1)을 아스팔트 페이버(Asphalt Paver)로 정해진 너비와 두께로 도로에 포설하는 제1-5단계와; 포설된 상기 골재혼합물(1)을 골재혼합물(1)의 공극율이 부피대비 20~30% 되게 롤러로 가열, 압착도포하여 상기 개립도 아스팔트층(2)을 만드는 제1-6단계로 이루어져 있어, 비록 모르타르 혼합물을 분사하는 제2단계에서는 낮은 온도를 유지하나, 상기와 같이 골재혼합물을 도포하는 제1단계에서는 여전히 높은 온도를 유지해야 하는 것이므로, 종래의 가열식 아스팔트의 문제점을 완전히 해결하였다고 볼 수 없다.

한편 기존의 아스팔트 바인더에 개질재를 부가함으로써 보다 낮은 온도에서 포설할 수 있으면서도 고온 및 저온에서의 물성이 향상된 개질 아스팔트 바인더의 개발이 지속적으로 이루어지고 있는 바, 지금까지 주로 개발되고 사용되어 온 개질재로는 합성고무 계열의 SBS(Styrene Butadiene Styrene), 폐타이어 재생고무(CRM, Crumb Rubber Modifier), 합성수지 계열의 LDPE(저밀도 폴리에틸렌, Low Density Polyethylene) 등이 주로 사용되어 왔다.

SBS를 이용한 개질재는 이 분야에서 가장 폭 넓게 사용되고 있으며, 품질관리가 용이하고 고온 물성의 향상에 탁월한 효과를 발휘하나, 분자 내에 존재하는 스티렌 도메인으로 인하여 바인더의 저온 물성이 향상되지 않고 경우에 따라서는 오히려 이를 약화시키는 문제점을 가지고 있다.

폐타이어 재생고무를 이용한 개질재는 매년 수많은 양이 발생되는 폐자재를 이용하여 환경을 보호한다는 차원에서 활발하게 연구되고 있으며, 그 예로 2005. 12. 28. 출원된 출원번호 10-2005-0131207호의 '아스팔트 개질재 및 그의 제조방법과 아스팔트 개질재를 이용하여 제조된 아스팔트 콘크리트의 제조방법'이라는 명칭의 출원이 있다. 상기 선행기술에서의 아스팔트 개질재의 제조방법은 '아스팔트 개질재를 구성하는 혼합물질의 총 중량%중에서 폐타이어 고무분말 10 중량% ～ 80 중량%의 배합비율로 혼합장치에 투입하는 제1단계; 아스팔트 개질재를 구성하는 혼합물질중 총중량%에 대하여 아스팔타이트 분말 89중량% ～ 10중량%와 폴리에틸렌 분말 1중량% ～ 10중량%의 배합비율로 상기 혼합장치에 투입하는 제2단계; 및 상기 혼합장치를 가동시켜 폐타이어 고무분말, 아스팔타이트 분말 및 폴리에틸렌 분말을 혼합하고 이 혼합 상태를 확인하는 제3단계'로 이루어져 있다. 상기 제조방법에 의해 제조된 개질재는 폐자재의 활용을 통한 자원 절약, 비용절감 및 환경보호라는 장점 이외에도 아스팔트 포장체의 외부 환경에 대한 내구성과 내유동성을 향상시킨다는 효과를 나타내나, 이미 가황되어진 고무가 아스팔트 내에 고르게 분산되지 못하기 때문에 바인더 성능의 균질성을 확보하기 어렵고 고온 및 저온에서의 개질효과에 한계가 있었다. 또한 분쇄된 폐타이어가 아스팔트와 일체화되지 못하여 포장체의 내구성을 떨어뜨리기도 하며, 아스팔트와의 일체화를 위해서는 분쇄된 폐타이어와 아스팔트를 장시간 동안 고온으로 유지해야 하므로 분쇄된 폐타이어가 녹아 개질의 효과가 발휘되지 못하는 문제점이 있었다.

LDPE는 에틸렌 중합체 중 밀도가 0.91~0.93 정도인 준결정성 고분자(semi-crystalline polymer)이다. 열접착성이 좋고 영하 50℃에서도 거의 연성을 잃지 않는 내한성이 있으며 높은 인장력을 가지고 있어 아스팔트 개질시 인장력 향상에 도움이 된다. 또 분쇄된 폐타이어의 노화된 물성을 회복시키고 안정시키는 성질을 가지고 있어 폐타이어 분말과 함께 사용되기도 한다. 이러한 예로 2004. 7. 19. 출원된 출원번호 제10-2004-56041호의 '아스팔트 콘크리트의 개질재 칩 및 그 제조 방법' 및 2011. 2. 16. 출원된 출원번호 제10-2011-13667호의 '아스팔트 혼합물용 첨가제 조성물 및 그 조성물이 첨가된 개질아스팔트 혼합물'이 있다. 그러나 LDPE는 저온 물성을 저하시키는 효과가 있어 도로포장면의 균열 발생, 포트홀 발생을 가속화시키므로 기온이 낮은 지역에서는 그 사용이 제한된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 아스팔트 포장방법 및 이에 사용되는 아스팔트 바인더가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중온에서의 아스팔트 포장이 가능하도록 함으로서 시공 및 품질관리가 용이하고, 탄소발생량을 줄일 수 있으며, 기존의 개질 아스팔트 바인더가 발휘하는 고온 물성은 그대로 유지시키면서 저온 물성까지 동시에 향상시킬 수 있도록 하여 내구성이 향상된 친환경 중온 아스팔트 포장방법 및, 이를 위한 개질 아스팔트 바인더와 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 골재표준입도 40mm의 골재를 약 20~30cm의 두께로 포설한 후 로울러로 다짐하여 보조기층을 형성시키는 단계와, 상기 보조기층 위에 아스팔트를 약 10~25cm의 두께로 포설하여 불투수성의 중간기층을 형성시키는 단계 및, 상기 중간기층 위에 아스팔트, 분말형 SBR(Styrene Butadiene Rubber), 폴리에틸렌계 올리고머로 이루어지는 개질 아스팔트 바인더에 골재를 혼합한 혼합물을 포설하여 표층을 형성시키는 단계로 이루어지는 친환경 중온 아스팔트 포장방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 개질 아스팔트 바인더에는 황 및 가황촉진제가 더 첨가되는 친환경 중온 아스팔트 포장방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 아스팔트 85~96 중량%, 분말형 SBR 1.8~8 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머 1~12 중량%로 이루어지는 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분말형 SBR은 분자량이 300,000 내지 1,000,000이고 입자의 크기는 직경이 1mm이하인 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌계 올리고머는 분자량이 500 내지 1,000이고 녹는점이 80 내지 130℃인 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 개질 아스팔트 바인더에는 황 0.2~1 중량% 및 가황촉진제 0.1~0.2 중량%가 더 부가되는 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 황은 녹는 점이 100 내지 120℃이고, 상온에서 고체 분말상태이며, 입자의 크기는 직경이 0.3mm이하인 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가황촉진제는 티아졸(Thiazole)계, 구아니딘(Guanidine)계, 설펜아미드(Sulfenamide)계, 티우람(Thiuram)계 중 어느 하나 또는 2이상이 혼합되어 형성되는 개질 아스팔트 바인더가 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 개질 아스팔트 바인더를 제조하는 방법에 있어서, a) 아스팔트를 80 내지 140℃로 1차 가열하여 수분을 제거하는 단계, b) 상기 아스팔트를 120 내지 150℃로 2차 가열하여 용융시키는 단계, c) 상기 용융된 아스팔트에 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머를 첨가하고, 이들을 120 내지 150℃에서 20 내지 60분간 교반하여 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 c)단계에서 첨가되는 분말형 SBR은 1.8~8 중량%이고, 폴리에틸렌계 올리고머는 1~12 중량%인 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분말형 SBR은 분자량이 300,000 내지 1,000,000이고 입자의 크기는 직경이 1mm이하인 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌계 올리고머는 분자량이 500 내지 1,000이고 녹는 점이 80 내지 130℃인 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 c)단계에서 교반공정시 황 0.2~1 중량% 및 가황촉진제 0.1~0.2 중량%가 더 첨가되는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 황은 녹는 점이 100 내지 120℃이고, 상온에서 고체 분말상태이며, 입자의 크기는 직경이 0.3mm이하인 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가황촉진제는 티아졸(Thiazole)계, 구아니딘(Guanidine)계, 설펜아미드(Sulfenamide)계, 티우람(Thiuram)계 중 어느 하나 또는 2이상이 혼합되어 형성되는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법이 제공된다.

본 발명은 중온에서 아스팔트 포장이 가능하도록 함으로써, 작업성 및 가공성의 향상, 품질관리 용이성, 시공비의 절감효과를 발휘할 뿐 아니라, 이산화탄소의 발생량을 줄여 대기환경의 오염을 줄일 수 있다는 친환경적인 효과를 발휘하면서도, 고온에서의 물성을 향상시켜 소성변형에 대한 저항성을 향상시킬 뿐 아니라, 저온에서의 물성을 함께 향상시킴으로써 균열의 발생, 포트홀 발생 등을 억제하여 내구성을 향상시킨다는 보다 증진된 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명에 의해 시공된 아스팔트 포장도로의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 개질 아스팔트 바인더에 대한 개략적인 제조 공정도이다.

본 발명은 아스팔트를 포장함에 있어, 표층에 포설하는 아스팔트 바인더에 분말형 SBR(Styrene Butadiene Rubber), 폴리에틸렌계 올리고머로 이루어지는 개질재를 사용함에 그 특징이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 친환경 중온 아스팔트 포장방법은 일반적인 포장방법과 마찬가지로, 보조기층, 중간기층 및 표층의 순으로 형성된다. 도 1은 본 발명에 의해 시공된 아스팔트 포장도로의 단면도이다. 다양한 교통량 및 중차량의 비율을 고려한 아스팔트 포장의 구조계산에 근거하여, 보조기층(1)은 골재표준입도 40mm의 골재를 약 20~30cm의 두께로 포설한 후 로울러로 다짐하여 형성시킨다. 상기 골재는 쇄석골재를 이용할 수도 있고 폐콘크리트를 부수어 사용할 수도 있다. 상기 보조기층(1) 위에는 아스팔트를 약 10~25cm의 두께로 포설하여 불투수성의 중간기층(2)을 형성시킨다. 여기에 혼합되는 골재는 입도가 40mm미만의 것이 사용된다. 하기의 표층(3)으로부터 흡수된 우수는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 불투수성의 중간기층(2) 표면을 타고 측구(4) 등으로 배수된다. 상기 중간기층(2)의 위에는 표층(3)을 형성시키게 되는데, 상기 표층(3)은 아스팔트, 분말형 SBR, 폴리에틸렌계 올리고머로 이루어지는 개질 아스팔트 바인더에 골재를 혼합한 혼합물을 포설함으로써 이루어지며, 상기 개질 아스팔트 바인더에는 가황작용을 위한 황 및 가황촉진제가 더 첨가될 수 있다. 상기 혼합물의 포설작업은 일반적으로 이루어지는 160 내지 190℃보다 40℃가량을 낮춘 120 내지 150℃에서 이루어질 수 있어, 그만큼 탄소배출량을 저감시킬 수 있고, 도로표면을 냉각시키기 위한 시간을 그만큼 줄일 수 있게 된다.

상기의 개질 아스팔트 바인더는 아스팔트 85~96 중량%, 분말형 SBR 1.8~8 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머 1~12 중량%로 구성되고, 황 및 가황촉진제가 더 부가될 수 있다. 본 발명에서의 아스팔트 혼합비는 수분이 제거된 아스팔트를 기준으로 하는 것을 원칙으로 한다.

상기 아스팔트로는 AP5 바인더를 사용하는 것이 가장 바람직하나, 그 이외의 것을 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다.

SBR은 스티렌모노머와 부타디엔을 중합하여 제조되는 합성고무로서, 후술할 황 및 가황촉진제와 함께 사용되어 연화점 상승 등 아스팔트의 고온 소성변형 저항성의 증진효과를 발휘할 뿐 아니라, 저온에서 신율 향상을 통하여 아스팔트의 저온 물성의 향상효과를 부여한다.

본 발명의 개질 아스팔트 바인더에 함유되는 분말형 SBR은 1.8 내지 8 중량%인 것을 특징으로 하는데, 그 이유는 함량이 1.8 중량% 미만일 경우에는 아스팔트 개질효과를 얻을 수 없고, 8 중량%를 초과할 경우에는 아스팔트의 지나친 점도상승으로 가공이 불가능하게 되기 때문이다.

상기 분말형 SBR은 분자량이 300,000 내지 1,000,000이며, 분말 입자의 크기는 직경 1mm이하이어야 한다. 만일 분자량이 300,000 미만일 경우에는 분말 간의 영겨붙음이 발생하여 아스팔트를 투입하였을 때 균일하게 분산되지 않는 문제점이 발생된다. 또 분자량이 1,000,000을 초과하게 되면 해당 조건에서 아스팔트내로 분산이 이루어지지 않아 개질재로 사용할 수 없다. 또 분말 입자의 크기가 1mm를 초과하게 되면 SBR 분말이 아스팔트 내로 분산되는 시간이 많이 소요되기 때문에 SBR 분말이 분산되기도 전에 분자 간의 화학적 결합으로 인한 겔 현상이 발생하게 되며, 결국 분산 자체가 불가능하게 된다는 문제점이 발생된다.

폴리에틸렌계 올리고머는 폴리에틸렌을 열분해하여 얻어지는 것으로서, 상온에서 고체상태이고 온도를 높이면 유체로 변하는 분자량 1,000 이하의 소중합체의 물질이다. 상기 폴리에틸렌계 올리고머는 녹는 점 이상에서 유동성을 가지기 때문에 아스팔트 바인더의 점도를 저하시키는 효과를 발휘하면서, 녹는 점 이하에서는 고체상태로 존재하기 때문에 바인더의 고온 물성의 저하 현상을 초래하지 않는다. 본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌계 올리고머는 분자량이 500 내지 1,000이어야 하며, 녹는 점은 80 내지 130℃인 것이 바람직하다. 분자량이 500 미만이면 고체상태에서의 경도가 너무 낮아져 개질 아스팔트의 소성변형 저항성을 저하시키게 되며, 분자량이 1,000을 넘어서는 경우에는 저온에서의 바인더 물성을 저하시켜 도로포장체의 균열을 야기시키거나 포트홀 발생을 가속화시키는 문제점이 있다. 또 녹는 점이 80℃ 미만이면 바인더의 고온 소성변형 저항성을 저하시키게 되고 130℃를 초과하게 되면 가공조건에서 바인더에 균일하게 혼합되지 못하게 되는 문제점이 발생된다.

상기 개질 아스팔트 바인더에 첨가되는 황 및 가황촉진제는 가황작용을 일으키며 SBR의 탄성을 증대시키는 효과가 있다. 본 발명에는 녹는 점이 100 내지 120℃이고, 상온에서 고체 분말 상태인 황을 사용하게 되는데, 분말 입자의 크기는 직경 0.3mm 이하의 것이 바람직하다. 직경이 0.3mm를 초과하게 되면 아스팔트 내에 분산되어 있는 SBR이 고르게 가황되지 않게 되므로 상분리 현상 등이 발생하여 바인더의 균일한 품질을 얻기 어렵게 된다. 또한 상기 첨가되는 황은 0.2~1 중량%가 바람직하며, 1 중량%를 초과하여 첨가된 경우에는 황의 첨가량의 증가에 대해 특성의 변화가 없다가 점차 특성이 나빠지는 효과가 발생된다.

가황촉진제는 0.1~0.2 중량% 정도의 소량을 첨가하는 것으로 충분히 가황작용에 따른 효과를 얻을 수 있으며, 티아졸(Thiazole)계, 구아니딘(Guanidine)계, 설펜아미드(Sulfenamide)계, 티우람(Thiuram)계 중 어느 하나 또는 2이상을 혼합하여 사용한다.

한편, 본 발명의 개질 아스팔트 바인더의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, a) 아스팔트의 수분을 제거하는 단계, b) 상기 아스팔트를 2차 가열하여 용융시키는 단계, c) 상기 용융된 아스팔트에 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머를 첨가하여 교반, 혼합하는 단계로 이루어진다. 이하에서는 상기 제조방법을 각 공정별로 구체적으로 설명한다.

a) 아스팔트의 수분을 제거하는 단계

아스팔트에 잔류하고 있는 수분은 아스팔트의 탄성을 감소시킴과 아울러, 도로포장체의 골재 표면에서 아스팔트 피막이 떨어져 나가는 박리현상을 일으켜 라벨링, 포트홀, 소성변형, 균열의 원인이 된다. 따라서 개질재를 첨가하기에 앞서 아스팔트를 가열 용융하여 바인더의 유동성을 확보함과 동시에 아스팔트 내부의 수분을 충분히 제거한다. 상기 가열온도는 80 내지 140℃인 것이 가장 바람직하며, 가열온도를 80℃ 미만으로 하는 경우에는 아스팔트 내의 수분이 충분히 제거되지 않는다.

b) 아스팔트를 2차 가열하여 용융시키는 단계

아스팔트를 120 내지 150℃로 2차 가열하여 용융된 아스팔트의 유동성을 증가시킨다. 이러한 유동성은 다음 단계에서의 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머와의 교반공정을 용이하게 한다. 상기 교반공정시 상기 아스팔트, 분말형 SBR 및 폴리에틸렌계 올리고머의 아스팔트 혼합물은 온도가 상승할 수도 있는데, 적정온도로의 제어를 용이하게 하기 위하여 2차 가열은 150℃이하로 실시하는 것이 바람직하다.

c) 용융된 아스팔트에 분말형 SBR 과 폴리에틸렌계 올리고머를 첨가하여 교반 , 혼합하는 단계

수분이 제거되고 용융된 상기 아스팔트에 분말형 SBR 1.8 내지 8 중량%와 폴리에틸렌계 올리고머 1 내지 12 중량%를 첨가한 후 이를 120 내지 150℃에서 교반하여 혼합한다. 교반은 상기 아스팔트 혼합물이 균질한 분산상이 되도록 20 내지 60분 동안 이루어지도록 한다. 교반시간이 20분에 달하지 못하면 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머가 용융 아스팔트 내에서 충분히 혼합되지 않게 되어 균질한 분산상을 얻기 어려우며, 교반시간이 60분을 초과하는 경우에는 아스팔트 및 SBR의 노화로 성능 저하의 문제점이 발생하게 된다.

상기 교반, 혼합하는 단계의 교반공정시 황 및 가황촉진제가 더 첨가될 수 있다. 이때 첨가된 황과 가황촉진제를 통한 가황과정은 SBR에 탄성을 줄뿐 아니라 교반온도를 낮출 수 있는 효과가 있다. 상기 첨가되는 황은 0.2 내지 1 중량%, 가황촉진제는 0.1 내지 0.2 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 개질 아스팔트 바인더의 물성을 평가하기 위하여, 고온 영역에서의 소성변형 저항성을 알아보기 위한 온도 단계별 동적전단유동기 시험을 실시하고, 저온 영역에서의 온도균열 저항성을 알아보기 위한 BBR(Bending Beam Rheometer)의 휨시험을 실시하였으며, 추가로 산화에 따른 동적전단유동기 시험을 실시하였다. 후술하는 본 발명의 실시예 1, 2에 대하여 각각의 시험을 실시함으로써 아스팔트 바인더의 개질에 따른 향상된 효과를 확인하였다.

참고로, 동적전단유동기(DSR, Dymamic Shear Rheometer) 시험은 아스팔트 바인더에 대한 하중주파수 및 온도의 영향을 동시에 측정하기 위하여 개발된 것으로 고온영역에서의 소성변형 저항성을 측정하는 방법이다. 동적전단유동기는 하부의 고정판과 상부의 스핀들 사이에 시료를 장착하고 스핀들에 의해 일정한 변형율(strain)이 발생하도록 비틀림을 가하여 이때 발생되는 토크(T)와 위상각(δ)을 측정하여 복합전단계수(G*, Complex shear modulus)를 계산한다. 복합전단계수 G*는 탄성과 점성 두 가지 형태의 저항능력으로 구성되어 있다. 위상각 δ는 가해진 전단응력과 전단변형률 발생 사이의 시간차로서, δ값이 0에 가까워질수록 응력과 변형률 발생 사이에 시간차가 없어지는 것을 뜻하므로 점점 탄성체와 같은 거동을 하게 된다. 따라서 G*/sinδ의 값(kPA)이 커질수록 특히 소성변형에 대한 저항능력이 커지는 것을 의미한다.

또한 산화에 따른 동적전단유동기 시험은 아스팔트 바인더를 노화시켜 그에 따른 저항성을 알아보기 위한 것으로, RTFO(Rolling Thin Film Oven) 시험을 통해 2시간 산화하는 방법과, PAV(Pressure Aging Vessel) 시험을 통해 20시간 산화하는 방법을 이용하여 노화과정을 수행하고, 상기 각 노화과정 후에 동적전단유동기 시험을 실시하여 노화에 따른 저항성을 측정하는 것이다.

저온영역의 저항성을 측정하기 위해 실시되는 BBR(Bending Beam Rheometer) 시험은 저온에서의 휨 강도를 측정하는 것이다. BBR 시험은 두가지 성질을 측정할 수 있는데, 하나는 일정한 하중하에서 아스팔트의 저항성을 측정하는 크리프 스티프니스(추정탄성계수)이고, 다른 하나는 하중이 작용함에 따라 아스팔트 굳기의 변화를 측정하는 m값이다. BBR 시험결과 얻어진 추정탄성계수가 증가하면 온도수축에 의해 아스팔트 포장에서 발생하는 온도응력이 증가하여 저온균열이 발생할 가능성이 커지는 것이고, m값이 감소하면 응력완화 비율이 감소하는 것이다. 따라서 추정탄성계수가 규정된 최대값(KS F 기준 300MPa)보다 작을수록, 그리고 m값이 규정된 최소값(KS F 기준 0.3)보다 클수록 휨 강도가 저하되지 않고 저온에서의 저항성이 좋음을 의미한다.

< 실시예 1>

아스팔트(SK 주식회사, 제품명: AP5, PG 64-22) 95 중량%에 분말형 SBR(LG화학, 제품명: SBR1502) 2 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머(라이온켐텍, 제품명: 104N) 3 중량%를 각 첨가하여 본 발명의 제조방법에 의해 개질 아스팔트 바인더를 제조한 후 동적전단유동기 시험을 실시하였고, 2시간 동안 RTFO 장비를 이용하여 노화시킨 아스팔트 바인더를 이용한 동적전단유동기 시험을 실시하였고, PAV 장비를 이용하여 20시간 노화시켜 동적전단유동기 시험을 실시하였으며, 저온균열에 대한 저항성을 알기 위해 BBR 시험을 실시하였다. 시험결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.

< 실시예 2>

아스팔트(SK 주식회사, 제품명: AP5, PG 64-22) 95 중량%에 분말형 SBR(LG화학, 제품명: SBR1502) 1.8 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머(라이온켐텍, 제품명: 104N) 2.9 중량%, 황(태경화공, 제품명: sulfur power) 0.2 중량%, 가황촉진제(금호석유화학, 제품명: KUMAC D) 0.1 중량%을 각 첨가하여 본 발명의 제조방법에 의하여 개질 아스팔트 바인더를 제조한 후 동적전단유동기 시험을 실시하였고, 2시간 동안 RTFO 장비를 이용하여 노화시킨 아스팔트 바인더를 이용한 동적전단유동기 시험을 실시하였고, PAV 장비를 이용하여 20시간 노화시켜 동적전단유동기 시험을 실시하였으며, 저온균열에 대한 저항성을 알기 위해 BBR 시험을 실시하였다. 시험결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.

	실시예 1	실시예 2	KS F 기준
분말형 SBR	2중량%	1.8중량%
폴리에틸렌계 올리고머	3중량%	2.9중량%
황		0.2중량%
가황촉진제		0.1중량%
아스팔트	95중량%	95중량%
아스팔트 바인더의 동적전단유동기 시험 G*/ sin δ( kPa , 76℃)	1.80	1.27	G*/ sin δ≥ 1.0 kPa
RTFO 로 2시간 산화 후 동적전단유동기 시험 G*/ sin δ( kPa , 76℃)	2.37	2.30	G*/ sin δ≥ 2.2 kPa
PAV 로 20시간 산화 후 동적전단유동기 시험 G*× sin δ( kPa , 28℃)	2028	2720	G*× sin δ≤ 5000 kPa
BBR 시험 추정탄성계수 ( MPa , -22℃)	123	187	≤ 300 MPa
BBR 시험 m-값	0.313	0.308	≥ 0.3

상기 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 개질 아스팔트는 저온에서의 저항성을 유지하면서 고온에서 물성이 매우 향상되고 있음을 알 수 있다. 산화과정을 거치기 전과 산화과정 후의 동적전단유동기 시험결과에서 볼 수 있듯이, 아스팔트 바인더에 대한 고온에서의 소성변형 저항성을 확보하기 위하여 첨가된 SBR의 양이 증가됨에 따라 고온에서의 저항성이 개선되고, 중온개질화에 따른 저온에서의 휨강도 또한 약간 개선되어 겨울철 균열저항성이 저하되지 않음을 명확히 알 수 있다.

상기 결과에 따라 원래의 아스팔트 바인더의 공용성 등급인 PG 64-22(64는 고온등급을 표기한 것이며 -22는 저온등급을 표기함)를 본 시험방법을 통해 PG 76-22로 고온 저항성에 대해 개질할 수 있다.

일반적인 고온용 개질재 자체의 특성은 고온에서 높은 점성을 나타내고 있으며, 이로 인하여 현장에서는 일반 아스팔트 바인더에 비하여 40℃ 이상 더 높은 시공온도를 요구하게 되어 이산화탄소의 발생량을 증가시킬 뿐 아니라, 현장에서의 품질관리의 어려움, 작업성의 저하를 가져오고 그에 따라 시공비가 증가되는 문제점이 있으나, 상기 본 발명의 아스팔트 바인더는 고내구성, 고온 소성변형 저항성, 저온 균열저항성, 우수한 가공성 및 시공성을 가짐에 따라 내유동아스팔트 포장, 배수성포장 등 다양한 아스팔트 포장에 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 하기의 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

1: 보조기층 2: 중간기층
3: 표층 4: 측구

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 수분이 제거된 아스팔트 85~96 중량%, 분말형 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 1.8~8 중량%, 폴리에틸렌계 올리고머 1~12 중량%, 황 0.2~1 중량% 및 가황촉진제 0.1~0.2 중량%를 포함하여 이루어지되, 상기 분말형 SBR은 분자량이 300,000 내지 1,000,000이고 입자의 크기는 직경이 1mm이하인 것이고, 상기 폴리에틸렌계 올리고머는 분자량이 500 내지 1,000이고 녹는 점이 80 내지 130℃인 것이며, 상기 황은 녹는 점이 100 내지 120℃이고, 상온에서 고체 분말상태이며, 입자의 크기는 직경이 0.3mm이하인 것이고, 상기 가황촉진제는 티아졸(Thiazole)계, 구아니딘(Guanidine)계, 설펜아미드(Sulfenamide)계, 티우람(Thiuram)계 중 어느 하나 또는 2이상이 혼합되어 형성된 것임을 특징으로 하는 개질 아스팔트 바인더
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9. 개질 아스팔트 바인더를 제조하는 방법에 있어서,
   a) 아스팔트를 80 내지 140℃로 1차 가열하여 수분을 제거하는 단계,
   b) 상기 아스팔트를 120 내지 150℃로 2차 가열하여 용융시키는 단계,
   c) 상기 용융된 아스팔트에 분말형 SBR과 폴리에틸렌계 올리고머를 첨가하고, 이들을 120 내지 150℃에서 20 내지 60분간 교반하여 혼합하는 단계를 포함하되, 상기 c)단계에서 첨가되는 분말형 SBR은 1.8~8 중량%이고, 폴리에틸렌계 올리고머는 1~12 중량%이며, 교반공정시 황과 가황촉진제가 첨가되되, 상기 황은 0.2~1 중량%이고, 가황촉진제 0.1~0.2 중량%인 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법
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11. 제9항에 있어서, 상기 분말형 SBR은 분자량이 300,000 내지 1,000,000이고 입자의 크기는 직경이 1mm이하인 것이고, 상기 폴리에틸렌계 올리고머는 분자량이 500 내지 1,000이고 녹는 점이 80 내지 130℃인 것이며, 상기 황은 녹는 점이 100 내지 120℃이고, 상온에서 고체 분말상태이며, 입자의 크기는 직경이 0.3mm이하인 것이고, 상기 가황촉진제는 티아졸(Thiazole)계, 구아니딘(Guanidine)계, 설펜아미드(Sulfenamide)계, 티우람(Thiuram)계 중 어느 하나 또는 2이상이 혼합되어 형성된 것임을 특징으로 하는 개질 아스팔트 바인더의 제조방법
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