KR101270729B1

KR101270729B1 - 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101270729B1
Application number: KR1020120137434A
Authority: KR
Inventors: 윤태영; 유평준; 엄병식; 최지영; 함상민
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-06-03

Abstract

본 발명은 아스팔트 바인더 내에 열가소성 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유를 균일하게 혼입하여 보강함으로써 고속도로 및 일반국도 등 자동차 전용도로의 아스팔트 도로포장에 유리하게 이용할 수 있는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물은, 용융점이 250~260℃이며, 인장강도가 2,500~10,000kgf/㎠이며, 인장신도가 10~20%이며, 탄성계수가 30,000~300,000 kgf/㎠이며, 비중이 0.80~0.95이며, 두께가 0.3~0.5㎜이며, 길이가 25~30㎜이며, 폭이 0.8~1.1mm인 다수의 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유가 혼입된 것을 특징으로 한다.

Description

섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법{Hot-Mix Asphalt Mixture Reinforced by Fiber and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 섬유로 보강된 가열아스팔트 혼합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아스팔트 바인더 내에 열가소성 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유를 균일하게 혼입하여 보강함으로써 고속도로 및 일반국도 등 자동차 전용도로의 아스팔트 도로포장에 유리하게 이용할 수 있는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

지금까지 아스팔트 포장도로의 공용수명을 연장하기 위해 다양한 방법이 소개되었으며, 대표적인 방법으로 화학적 개질제를 이용하는 방법과 격자형태의 토목섬유를 이용하는 방법이 있다.

화학적 개질제를 이용하는 방법은 아스팔트 바인더에 석유계(SBS 또는 SBR) 폴리머 입자를 용융시켜 아스팔트 바인더의 점도를 증대시키는 방법이다. 이 방법은 소성변형 등에 유리한 효과를 나타내기도 하지만, 과다한 비용과 품질관리의 어려움, 혼합물 생산 온도 증가에 따른 에너지 비용 증대, 저온에서 재료의 취성증대로 인한 균열 가능성 문제 등을 수반하여 실제 적용상에 어려움이 있다.

격자형태의 토목섬유를 이용하는 방법은 격자형태로 짜여 진 토목섬유를 중간 중간에 적층 시공하는 방법이다. 이 방법은 균열 및 소성변형 등에 유리한 효과를 나타내지만, 시공과정이 복잡하여 공사기간이 길어지고, 공사비가 상승하며, 또한 표층 내부에서 가장 큰 집중응력 또는 전단변형이 발생하는 경우에는 이에 대해 대응할 수 없다는 맹점이 있다.

이외에 보강 섬유를 이용한 보강방법으로서 본 출원인의 등록특허 제10-0933302호에는 용융점이 서로 다른 열가소성 제1수지(PP; Polyprophlene)와 열가소성 제2수지(PET; Polyethylene terephthalate)를 혼합하여 성형한 2성분 복합섬유를 아스팔트에 혼합함으로써 아스팔트를 보강하는 기술이 개시되어 있다.

그러나 상기한 등록특허의 섬유 보강 가열아스팔트는 상기 2성분 복합섬유를 사출 생산하는 과정에서 수지별로 신율이 서로 달라 섬유의 파단이 많아서 원재료 손실이 많아 비용이 증대되며, 섬유를 현장 플랜트에서 인력으로 투입하는 과정이 매우 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 경제적이고, 섬유를 아스팔트에 혼합하는 공정이 용이하며, 아스팔트 내에 균일하게 혼합되어 보강 성능을 향상시킬 수 있는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물은, 용융점이 250~260℃이며, 인장강도가 2,500~10,000kgf/㎠이며, 인장신도가 10~20%이며, 탄성계수가 30,000~300,000 kgf/㎠이며, 비중이 0.80~0.95이며, 두께가 0.3~0.5㎜이며, 길이가 25~30㎜이며, 폭이 0.8~1.1mm인 다수의 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유가 혼입된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물을 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조방법은 (A) 다수의 PET 섬유를 용융점이 130℃ 이하의 고분자 포장재로 포장한 PET 섬유 다발을 준비하는 단계와; (B) 상기 PET 섬유 다발들을 골재와 함께 플랜트 믹서에 투입하여 마른 비빔을 시행하는 단계와; (C) 상기 플랜트 믹서에 아스팔트 바인더를 투입하고, 상기 PET 섬유 다발의 고분자 포장재의 용융점 온도보다 높은 설정 온도 범위로 가열하면서 아스팔트 바인더에 PET 섬유와 골재를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 가열아스팔트 혼합물에 다수의 PET 섬유가 혼입되어 균일하게 분포하고, 혼입된 PET 섬유가 가열아스팔트 혼합물의 골재 간 맞물림 응력을 증대시키면서 브리지효과를 유도하여 인장 내지 전단강도가 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 가열아스팔트 혼합물의 제조 과정에서 플랜트 믹서에 PET 섬유를 혼합할 때 PET 섬유들을 낱개로 혼합하지 않고 고분자 포장재로 포장된 상태의 PET 섬유 다발들을 플랜트 믹서에 투입하여 아스팔트 바인더와 혼합하게 되므로 PET 섬유의 혼입 작업이 용이해지고 신속하게 이루어질 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열아스팔트 혼합물의 단면도이다.
도 2는 기존의 일반적인 가열아스팔트 혼합물과 본 발명의 PET 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 인성값(Toughness Index) 특성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 기존의 일반적인 가열아스팔트 혼합물과 본 발명의 PET 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 동적 피로 성능증대 특성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조 과정에서 만들어지는 PET 섬유 다발의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물(1)이 도로에 포장된 상태를 나타낸 것으로, 가열아스팔트 혼합물(1)은 아스팔트 바인더에 골재와 함께 다수의 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유(2)가 혼입되어 만들어진다. 상기 PET 섬유(2)는 용융점이 250~260℃이며, 인장강도가 2,500~10,000kgf/㎠이며, 인장신도가 10~20%이며, 탄성계수가 30,000~300,000 kgf/㎠이며, 비중이 0.80~0.95인 물성을 갖는다. 또한 PET 섬유(2)는 대체로 일직선형이며, 두께가 0.3~0.5㎜, 길이가 25~30㎜, 폭이 0.8~1.1mm 이다.

이와 같은 본 발명의 가열아스팔트 혼합물(1)은 내부에 혼입된 PET 섬유(2)가 가열아스팔트 혼합물(1)의 골재 간 맞물림 응력을 증대시키면서 브리지 효과를 유도하기 때문에 인장 내지 전단강도 발현에 기여하게 된다.

도 2는 기존의 일반적인 가열아스팔트 혼합물과 본 발명의 PET 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 시편에 50㎜/min의 변형을 가하여 최종 파괴시까지의 응력과 변형 값으로 인성값(Toughness Index)을 구한 결과를 나타낸 것이다. 이 그래프를 통해서 알 수 있는 것처럼 PET 섬유의 혼입량이 0.4중량% 에서 기존의 가열아스팔트 혼합물 대비 약 1.3배의 인성 증대효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. PET 섬유의 양이 가열아스팔트 혼합물 중량 대비 1.0중량% 이상이 될 경우에는 가열아스팔트 혼합물 내에서 공극이 커져 간접인장강도 및 파괴에너지가 감소될 우려가 있음을 알 수 있다. 따라서 상기 PET 섬유(2)는 가열아스팔트 혼합물(1)에 대해 0.2~0.8 중량%의 비율로 혼입되는 것이 바람직하다.

도 3은 기존의 일반적인 가열아스팔트 혼합물과 본 발명의 PET 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 동적 피로 성능증대 특성 시험 결과를 나타낸 그래프로, 가열아스팔트 혼합물의 동적 피로 성능증대 특성은 10Hz의 변위제어 하중(±0.1mm)을 가하여 파괴시까지의 누적 하중 반복횟수를 기록한 것이다. 이러한 동적 피로 성능증대 특성 시험 결과 본 발명의 PET 섬유로 보강한 가열아스팔트 혼합물의 시편(PL)들이 섬유가 혼입되지 않은 기존의 무보강 가열아스팔트 혼합물 시편(FR)보다 최대 5배 이상 많은 하중반복횟수 동안 시편이 파괴 되지 않음을 확인할 수 있으며, 본 발명과 같이 PET 섬유로 보강할 경우 외부 교통하중에 작용에 대한 동적 피로파괴 저항 성능이 증대될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물은 다음과 같이 제조된다.

먼저 다수의 PET 섬유(2)를 용융점이 130℃ 이하의 고분자 포장재(3)로 포장한 PET 섬유 다발을 준비한다. 여기서, 상기 고분자 포장재(3)는 용융점이 대략 100~120℃인 폴리에틸렌(PE; Polyethylene) 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 도 4는 다수의 PET 섬유(2)들이 고분자 포장재(3)에 의해 포장된 상태의 PET 섬유 다발(4)을 개략적으로 나타낸다. 이 실시예에서 고분자 포장재(3)는 직사각형의 띠 형태로 되어 다수의 PET 섬유(2)를 대략 원통형으로 말면서 감싸도록 되어 있지만, 이와 다르게 고분자 포장재(3)가 PET 섬유(2) 전체를 둘러싸는 봉지 형태로 구성될 수도 있을 것이다.

이어서 상기 PET 섬유 다발(4)들을 골재와 함께 플랜트 믹서에 투입하여 마른 비빔을 시행한다. 그리고, 상기 플랜트 믹서에 아스팔트 바인더를 투입하고, 상기 PET 섬유 다발(4)의 고분자 포장재(3)의 용융점 온도보다 높은 설정 온도 범위, 바람직하기로 170~180℃의 온도 범위에서 가열하면서 아스팔트 바인더에 PET 섬유(2)와 골재를 혼합한다. 이 때, 상기 PET 섬유 다발(4)의 고분자 포장재(3)는 용융점이 상기 가열 혼합시의 온도보다 낮기 때문에 가열 혼합 과정에서 용융되고 PET 섬유(2)들이 흩어지면서 아스팔트 바인더 내에 섞이게 된다.

상술한 것과 같이, 플랜트 믹서에 PET 섬유(2)를 혼합할 때 PET 섬유(2)들을 낱개로 혼합하지 않고 고분자 포장재(3)로 포장된 상태의 PET 섬유 다발(4)들을 플랜트 믹서에 투입하여 아스팔트 바인더와 혼합하게 되므로 섬유 혼입 공정이 용이해지고 신속하게 이루어질 수 있게 되는 이점이 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 가열아스팔트 혼합물 2 : PET 섬유
3 : 고분자 포장재 4 : PET 섬유 다발

Claims

용융점이 250~260℃이며, 인장강도가 2,500~10,000kgf/㎠이며, 인장신도가 10~20%이며, 탄성계수가 30,000~300,000 kgf/㎠이며, 비중이 0.80~0.95이며, 두께가 0.3~0.5㎜이며, 길이가 25~30㎜이며, 폭이 0.8~1.1mm인 다수의 PET(Polyethylene terephthalate) 섬유가 혼입되되,
상기 PET 섬유는 0.2 ~ 0.8 중량%의 비율로 혼입된 것을 특징으로 하는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물.
삭제
제1항에 따른 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조방법으로서,
(A) 다수의 PET 섬유를 용융점이 130℃ 이하의 고분자 포장재로 포장한 PET 섬유 다발을 준비하는 단계와;
(B) 상기 PET 섬유 다발들을 골재와 함께 플랜트 믹서에 투입하여 마른 비빔을 시행하는 단계와;
(C) 상기 플랜트 믹서에 아스팔트 바인더를 투입하고, 상기 PET 섬유 다발의 고분자 포장재의 용융점 온도보다 높은 설정 온도 범위로 가열하면서 아스팔트 바인더에 PET 섬유와 골재를 혼합하는 것을 특징으로 하는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 (C) 단계에서 가열 혼합시의 설정 온도 범위는 170~180℃ 인 것을 특징으로 하는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 (C) 단계에서 투입되는 아스팔트 바인더는 침입도가 50~100 인 것을 특징으로 하는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 (A) 단계에서 PET 섬유를 포장하는 고분자 포장재(3)는 폴리에틸렌(PE; Polyethylene) 수지인 것을 특징으로 하는 섬유 보강 가열아스팔트 혼합물의 제조방법.