KR101275595B1 - 톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법 - Google Patents

톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량% 포함한다. 본 발명에 따르면, 아스콘 제조시 폐아스팔트 콘크리트와 신규 아스콘을 혼합 사용하더라도 취성이나 저온 물성이 저하되는 문제점을 극복하면서, 중온화 혼합물 포장 기술을 발현하여, 유해 가스 발생을 최소화시키고, 폐아스팔트 콘크리트를 효율적으로 재생하여 환경적 부담을 감소시킬 수 있다.

Description

톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법{WARM-MIX RECYCLED ASPHALT MIXTURE COMPRISING ADDITIVES CONTAINING TOLUENEDIAMIE-BASED POLYOLS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 폐아스팔트 콘크리트에 대하여 재생 및 중온화 포장 기술을 발현할 수 있는 톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)은 통상 아스콘으로 불리며, 아스팔트 믹싱 플랜트(Asphalt Mixing Plant)에 아스팔트(asphalt), 골재(aggregate), 채움재(mineral filler) 등을 투입한 후, 이러한 재료들을 160 ~ 180℃의 고온으로 가열하는 과정을 통해 제조된 후, 도로에서의 포설 및 다짐 후, 상온으로 냉각되는 과정을 거치게 된다.
따라서, 고온 가열을 위하여 많은 에너지가 필요할 뿐만 아니라, 아스팔트 혼합물의 제조 및 시공 중에도 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등의 유해 가스 배출량이 많아지는 문제가 있다. 또한, 도로 포장시 고온의 아스팔트 혼합물을 상온으로 냉각하는데 많은 시간이 소요되므로, 그만큼 교통개방시간이 지연되는 문제와 함께, 작업자들이 안전사고의 위험에 노출된다는 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 아스팔트의 물성 저하 없이, 종래 가열 아스팔트 혼합물(Hot-Mix Asphalt Mixture; HMA)에 비하여 20 ~ 40℃ 낮은 온도에서 아스팔트 혼합물을 혼합 및 다짐하는 중온 아스팔트 혼합물(Warm-Mix Asphalt Mixture; WMA)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 더욱 개선된 성능을 갖는 중온 아스팔트 혼합물용 중온화 첨가제의 개발이 요구되고 있다.
이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 포장 기술의 핵심 기저(Core Mechanism)는 아스팔트의 유동성을 개선하는 것이다. 즉, 중온화 포장 기술은 아스팔트 혼합물에 첨가제 등을 투입하여 골재의 결합제인 아스팔트의 최적 점도가 가열 아스팔트 혼합물(HMA)보다 낮은 온도에서 발현되고, 최적 다짐도(Compaction Rate)가 보다 낮은 온도에서 발현되도록 점도를 하강시키는 기술이다.
한편, 아스팔트 포장 도로는 포장 후 장시간 경과하게 되면 반복적인 차량 통행 및 주변 환경에 의해 아스팔트 바인더의 노후화로 인해 균열 및 변형이 일어나게 된다. 이와 같이 장시간 사용 및 노후에 의한 균열 및 변형이 발생한 도로의 경우, 폐아스팔트 콘크리트를 제거한 후, 신규 아스콘을 포설하여 사용하게 된다. 이때 발생하는 폐아스팔트 콘크리트는 특별한 처리 없이 매립과 같은 방법으로 폐기할 경우 지하수 및 하천 등을 오염시키기 때문에 산업 폐기물로 분류되고 있다. 따라서, 폐아스팔트 콘크리트의 발생을 최소화하거나, 이를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 폐아스팔트 콘크리트는 재활용하여 순환 골재로 활용하고 있는데, 폐아스팔트 콘크리트를 일정크기 이하로 분쇄하여 아스콘 플랜트에서 신규 골재 및 신규 아스팔트와 혼합하여 도로에 재사용하는 방법이 주로 이용되고 있다. 이때, 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 노후 아스팔트의 점도가 높고, 노후로 인하여 아스팔텐 함량이 높아지기 때문에, 포장시 다짐이 잘 이루어지지 않거나, 다짐이 되더라도 포장 초기에는 만족스러운 성능을 보이지만, 사용 중에 취성이 약해져 균열 및 손상이 발생되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 일반적으로 재생 첨가제를 사용한다. 재생 첨가제는 노후된 아스팔트의 성분을 개선하여 신규 아스팔트와 유사한 성분으로 바꾸어 주는 방향으로 개발되고 있다.
즉, 아스팔트의 성분은 아스팔텐(Asphaltene), 수지(Resin), 오일(Oil) 등으로 구분되는데, 성분 함량은 아스팔트에 따라 다르지만 침입도가 100인 아스팔트의 성분비는 대략 아스팔텐 13-29%, 수지 2.3-4.5%, 오일 44-58%등으로 구성되어 있다. 아스팔트는 노화됨에 따라 아스팔트 내 수지나 오일 등의 성분이 아스팔텐으로 변화되어, 아스팔트 내의 아스팔텐 함량이 증가된다. 재생 첨가제는 아스팔트 내 부족한 성분을 보완해주어 노화된 아스팔트를 신규 아스팔트와 비슷한 아스팔텐 함량을 갖도록 하는데 중점을 두고 있다.
그러나, 이러한 재생 첨가제는 단순히 아스팔트 성분 개선을 목적으로 하기 때문에, 아스콘 제조시 충분한 혼합을 위해서 일반 아스콘과 비슷하거나, 5~10℃정도 높은 온도에서 생산되고 있다. 그러므로 아스팔트 혼합물 제조 시, 아스팔트 혼합물을 고온으로 가열하기 위해 많은 에너지가 필요하게 되며, 아스팔트 혼합물의 시공 중에도 이산화탄소(CO2) 등 유해 가스 배출량이 많아지는 문제점을 그대로 가지고 있다. 또한, 폐아스팔트 콘크리트의 노화 정도가 매번 다르기 때문에, 동일한 재생 첨가제로 다양한 폐아스팔트 콘크리트의 아스팔트를 재생시키는데 한계가 있다.
아스팔텐은 화학적으로 많은 헤테로원자를 가진 극성 작용기를 가진 고도로 농축된 방향족 화합물로서, 아스팔트 구성 성분 중에서 극성이 강한 분자 덩어리이므로, 극성 분자들이 강하게 결합된 형태를 가질 것으로 예상된다. 아스팔텐 성분의 극성은 헤테로원자(S, N, O)로 인하여 형성된 것으로 보고되고 있다. 아스팔트의 노후에 의해 아스팔텐 성분이 증가함으로써, 유동성이 없는 아스팔텐에 의해 폐아스팔트 콘크리트 내의 아스팔트의 취성 및 저온물성이 저하된다. 따라서, 단순히 노후된 아스팔트의 성분 개선이 아니라, 보다 신속하게 아스팔텐의 유연성을 개선시킬 수 있는 재생 첨가제의 개발이 필요하다.
결국, 아스콘 제조시 폐아스팔트 콘크리트와 신규아스콘을 혼합 사용하더라도 취성이 약해지지 않으면서 중온화 혼합물(WMA) 포장 기술을 발현할 수 있는 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아스콘 제조시 폐아스팔트 콘크리트와 신규 아스콘을 혼합 사용하더라도 취성이나 저온 물성이 저하되는 문제점을 극복하면서, 중온 혼합물 포장 기술을 발현하여, 유해 가스 발생을 최소화시키고, 폐아스팔트 콘크리트를 효율적으로 재생하여 환경적 부담을 감소시킬 수 있는 톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량% 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법은 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 중온 재생 첨가제를, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계는, 톨루엔디아민을 용융시키는 단계; 및 용융된 톨루엔디아민을, 반응 촉매로 KOH를 이용하여, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 그 혼합물과 반응시키는 단계를 포함하며, 상기 중온 재생 첨가제는 상기 폐아스팔트 콘크리트 중의 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량% 포함된다.
본 발명에 따르면, 톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 첨가제를 이용함으로써 아스팔트와의 혼합성을 증진시키며, 저온 물성 및 아스팔텐의 유연성을 개선시킬 수 있어, 폐아스팔트 콘크리트에 대하여 재생 및 중온화 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 아스콘 제조시 폐아스팔트 콘크리트와 신규 아스콘을 혼합 사용하더라도 취성이나 저온 물성이 저하되는 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 물성 저하 없이, 아스팔트 콘크리트의 제조 및 다짐 온도를 효율적 낮출 수 있어, 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등의 유해 가스 배출량을 최소화시키고, 폐아스팔트 콘크리트를 효율적으로 재생 사용할 수 있어 환경적 측면에서 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량%를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 중온 재생 첨가제를 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량%의 양으로 포함함으로써, 폐아스팔트 콘크리트의 재생 효과 및 중온 효과를 얻을 수 있으며, 저온 물성이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트를 얻을 수 있다.
중온 재생 첨가제의 첨가량이 2 중량% 미만인 경우에는 폐아스팔트의 회복 효과가 크지 않으며, 15 중량%를 초과하는 경우에는 사용시 연화점이 떨어져 아스팔트로 사용하는데 문제가 있으며 추가 투입에 따른 개선 효과가 크지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 이용되는 중온 재생 첨가제에 포함되는 톨루엔디아민계 폴리올은 아스팔트와의 혼합성을 향상시키며, 극성이고 유연한 폴리옥사이드 사슬은 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 아스팔텐에 유연성을 부여하여 취성을 보완하고, 저온 물성을 개선시키는 작용을 한다.
상기 실시예에 이용되는 톨루엔디아민계 폴리올은 하기 화학식 1:
하기 화학식 1:
[화학식 1]
Figure 112012103019034-pat00001
[상기 식에서,
R1 및 R2는 각각
Figure 112012103019034-pat00002
이거나, 또는
R1 및 R2의 어느 하나가
Figure 112012103019034-pat00003
이고, 다른 하나는 H이며,
m 및 n은 각각 0 내지 15의 정수이며, 3 ≤ m+n ≤ 30이다.]
로 표현되는 것이 바람직하다.
상기 식에서, m+n은 3 이상 30 이하인 것이 바람직하며, 5 이상 20 이하인 것이 더욱 바람직하다. m+n이 3 미만인 경우, 폴리옥사이드 사슬이 짧아 아스팔트 콘크리트의 저온 물성 향상 및 아스팔텐의 유연성 개선 효과가 충분치 않으며, m+n이 30을 초과하는 경우, 점도가 너무 높아 아스팔트 콘크리트 플랜트에서 오일 펌프 이송이 어려워져 사용상 문제가 발생하며, 중온화 효과에도 좋지 않은 영향을 미치게 된다.
본 발명의 일 실시예에 이용되는 중온 재생 아스팔트 첨가제는 폴리에틸렌 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 계면활성제, 지방산 및 변성 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점도 개선제를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 점도 개선제는 첨가제의 중온화 기능을 강화시키고, 아스팔트의 저온 물성 저하를 방지하며, 첨가제의 분산 속도를 증가시키는 역할을 한다.
점도 개선제는 톨루엔디아민계 폴리올 100 중량부에 대하여 10~60 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 점도 개선제의 양이 톨루엔디아민계 폴리올 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만인 경우에는 아스팔트의 저온 물성 개선 및 점도 개선 효과가 미미하고, 60 중량부를 초과하는 경우에는 아스팔트의 고온 물성을 저하시키게 된다.
점도 개선제는 융점이 120℃ 이하이며, 140℃에서의 용융 점도가 200 cPs 이하인 것이 바람직하다. 점도 개선제의 융점이 120℃를 초과하는 경우, 아스팔트 콘크리트 제조 시 용융되지 않으며, 제조 공정에서 첨가제의 점도가 상승하는 문제가 발생한다. 또한, 점도 개선제의 140℃에서의 용융 점도가 200 cPs를 초과하는 경우에는, 아스팔트보다 점도가 높게 되어 중온화 효과에 영향을 미치게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 이용되는 중온 재생 아스팔트 첨가제는 산화방지제, 열안정제, 대전방지제 및 활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 재생 아스팔트 혼합물 전체 중량을 기준으로, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재는 15~100 중량%의 범위로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물은 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재 외에, 신규 골재, 신규 아스팔트 또는 그 혼합물을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 재생 아스팔트 혼합물 전체 중량을 기준으로, 신규 골재는 0~85 중량% 및 신규 아스팔트는 0~5 중량%의 범위로 포함될 수 있다.
순환 골재는 폐아스팔트 콘크리트를 일정 크기 이하로 분쇄하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법은 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 중온 재생 첨가제를, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함한다.
상기 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계는, 톨루엔디아민을 용융시키는 단계; 및 용융된 톨루엔디아민을, 반응 촉매로 KOH를 이용하여, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 그 혼합물과 반응시키는 단계를 포함한다.
여기에서, 중온 재생 아스팔트 첨가제는 전술한 바와 같이 톨루엔디아민 에톡실레이티드 폴리올(toluene diamine ethoxylated polyols), 톨루엔디아민 프로폭실레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated polyols) 및 톨루엔디아민 프로폭실레이티드/에톡시레이티드 폴리올(toluene diamine propoxylated/ethoxylated polyols)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 톨루엔디아민계 폴리올을 포함한다. 중온 재생 아스팔트 첨가제에 대한 상세한 내용은 전술한 실시예와 동일하므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 첨가제의 제조방법에 따르면, 먼저 톨루엔디아민을 용융시킨다. 이 용융 단계는 110~160℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
이어서, 용융된 톨루엔디아민을, 반응 촉매로 KOH를 이용하여, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 그 혼합물과 반응시킨다.
이 반응은 하기 반응식 1:
[반응식 1]
Figure 112012103019034-pat00004
과 같이 표현될 수 있으며,
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각
Figure 112012103019034-pat00005
이거나, 또는
R1 및 R2의 어느 하나가
Figure 112012103019034-pat00006
이고, 다른 하나는 H이며,
m 및 n은 각각 0 내지 15의 정수이며, 3 ≤ m+n ≤ 30이다.
일 실시예에서, 상기 반응 단계 후에, 폴리에틸렌 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 계면활성제, 지방산 및 변성 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점도 개선제를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 점도 개선제는 톨루엔디아민계 폴리올 100 중량부에 대하여 10~60 중량부의 범위로 첨가될 수 있다.
점도 개선제의 상세한 설명은 전술한 실시예와 동일하므로, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 일 실시예에서, 상기 반응 단계 후에, 산화방지제, 열안정제, 대전방지제 및 활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응 단계 후에, 상온으로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법에 있어서, 중온 재생 첨가제는 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량%의 양으로 첨가됨으로써, 폐아스팔트 콘크리트의 재생 효과 및 중온 효과를 얻을 수 있으며, 저온 물성이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트를 얻을 수 있다.
중온 재생 첨가제의 첨가량이 2 중량% 미만인 경우에는 폐아스팔트의 회복 효과가 크지 않으며, 15 중량%를 초과하는 경우에는 사용시 연화점이 떨어져 아스팔트로 사용하는데 문제가 있으며 추가 투입에 따른 개선 효과가 크지 않게 된다.
일 실시예에서, 재생 아스팔트 혼합물 전체 중량을 기준으로, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재는 15~100 중량%의 범위로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법은 상기 용융 혼합 단계에서, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재 외에, 신규 골재, 신규 아스팔트 또는 그 혼합물을 용융 혼합하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 재생 아스팔트 혼합물 전체 중량을 기준으로, 신규 골재는 0~85 중량% 및 신규 아스팔트는 0~5 중량%의 범위로 혼합될 수 있다.
순환 골재는 폐아스팔트 콘크리트를 일정 크기 이하로 분쇄하여 얻어질 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 실험재료
(1) 신규 아스팔트 AP5: 침입도 등급 60~80인 아스팔트로 침입도 70인 아스팔트(PG 64-22), 아스팔트 물성 평가 시 폐아스팔트에 혼합되는 신규 아스팔트로 AP5 사용
(2) 신규 아스팔트 AP3: 침입도 등급 80~100인 아스팔트 침입도 90인 아스팔트 (PG58-22), 아스팔트 물성 평가 시 폐아스팔트에 혼합되는 신규 아스팔트로 AP3 사용
(3) 폐아스팔트(Old AP): 「KS F 2396, 아스팔트 콘크리트 발생재로부터 회전식 증류기에 의한 아스팔트 회수 방법」 시험법을 이용하여 폐아스팔트 콘크리트에서 추출한 아스팔트(침입도: 21, PG 82-12)
(4) 재생 첨가제: 이태리 Interchimica사의 상용화된 재생첨가제인 ACF1000
(5) 톨루엔디아민계 폴리올(TDA-OH): 본 발명의 일 실시예에 따른 중온 재생 첨가제에 포함되는 톨루엔디아민계 폴리올을 하기와 같이 제조하여 이용하였다. 톨루엔디아민을 110~160℃의 고압 반응기에 넣고 용융시켰다. 용융된 톨루엔디아민 1당량에 대해 프로필렌 옥사이드 10당량 및 에틸렌 옥사이드 10 당량을 투입하고, 반응 촉매로 KOH 0.05 당량을 투입하였다. 반응 혼합물을 1시간 동안 교반한 후, 상온으로 냉각하여 하기 화학식 2와 같은 톨루엔디아민계 폴리올을 얻었다.
[화학식 2]
Figure 112012103019034-pat00007
(6) 점도 개선제: 점도 개선제는 140℃ 용융점도가 100cps이며, 융점이 110℃인 폴리에틸렌 왁스를 사용하였다.
(7) 신규 골재: 사용된 신규 골재로는 19 ㎜, 13 ㎜, 잔골재 3종의 골재를 사용하였고, 각각의 통과중량 백분율은 하기 표 1과 같다.

구분
 체 통과중량 백분율(%)
25㎜ 20㎜ 13㎜ 10㎜ 5㎜
(#4)		 2.5㎜
(#8)		 0.6㎜
(#30)		 0.3㎜
(#50)		 0.15㎜
(#100)		 0.08㎜
(#200)
19㎜ 100 99.7 44.6 2.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
13㎜ 100 100 100 78.4 5.9 0.7 0.4 0.4 0.4 0.4
잔골재 100 100 100 100 96.1 62.8 25.9 18 9.3 3
(8) 순환 골재(폐아스콘): 아스팔트(폐아스팔트) 함량이 전체의 5 중량%인 순환 골재를 사용하였고, 순환 골재의 추출 후 통과중량 백분율은 하기 표 2와 같다.

구분		 체 통과중량 백분율(%)
25㎜ 20㎜ 13㎜ 10㎜ 5㎜
(#4)		 2.5㎜
(#8)		 0.6㎜
(#30)		 0.3㎜
(#50)		 0.15㎜
(#100)		 0.08㎜
(#200)
순환 골재 100 100 98.8 88.9 64.6 48.9 26.7 19 12.2 6.9
(9) 골재의 합성입도: 골재의 합성입도 배합비율은 하기 표 3과 같고, 합성입도의 통과중량 백분율은 하기 표 4와 같다. 골재의 합성입도는 WC-3 기준을 만족하였다.
구분 순환 골재 19㎜ 13㎜ 잔골재 채움재
골재 배합비(%) 50 36 2 8 4
구분 25㎜ 20㎜ 13㎜ 10㎜ 5㎜
(#4)		 2.5㎜
(#8)		 0.6㎜
(#30)		 0.3㎜
(#50)		 0.15㎜
(#100)		 0.08㎜
(#200)
WC-3
기준		 최소 100.0 90.0 72.0 56.0 35.0 23.0 10.0 5.0 3.0 2.0
최대 100.0 100.0 90.0 80.0 65.0 49.0 28.0 19.0 13.0 8.0
합성입도 100.0 99.9 79.2 56.2 38.1 26.9 15.3 11.3 7.4 3.4
2. 실험방법
(1) 바인더 물성 평가
1) 아스팔트로 침입도 70인 신규 아스팔트와 폐아스팔트 콘크리트에서 채취한 폐아스팔트를 50:50으로 혼합한 후, 실시예와 비교예에 따라 첨가제를 투입하여 바인더 물성을 평가하였다(표 5 및 6).
2) 아스팔트의 침입도는 KS M 2252에 따라 25℃ 조건에서 측정하였고, 연화점은 KS M 2250에 따라 측정하였다.
3) 아스팔트를 PAV(Pressure Aging Vessel) 후, BBR(Bending Beam Rheometer)로 -12℃ m-value 값을 측정하여 아스팔트의 저온 물성을 평가하였다.
4) 아스팔트의 크랙 저항성을 평가하기 위하여, KS M 2254에 의거 아스팔트의 15℃ 신도(ductility)를 측정하였다.
5) 회전 점도계를 이용하여 140℃에서 아스팔트의 점도를 측정하였다.
(2) 아스팔트 혼합물 제조 및 다짐 성능 평가
1) 130℃로 가열된 순환 골재(폐아스콘) 50 중량부, 신규 골재 47.5 중량부 및 신규 아스팔트 2.5 중량부에, 실시예 및 비교예의 조성비로 제조된 중온 재생 아스팔트 첨가제 및 가열 재생 아스팔트 첨가제를 각각 투입하여, 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 가열 재생 아스팔트 혼합물을 제조하였다. 제조된 아스팔트 혼합물의 다짐 성능을 평가하기 위하여 공극율, 수분 저항성 평가 및 간접인장강도 시험을 수행하였다(표 7).
2) KS F 2398에 의거 아스팔트 혼합물의 건조 상태에서의 간접인장강도와 수분 포화 상태에서의 간접인장강도를 측정하여, 아스팔트 혼합물의 수분 저항성을 나타내는 인장 강도비(TSR : Tensile Strength Ratio)를 측정하였다.
3) KS F 2382에 의거 하중 50㎜/min의 속도로 재하 시 아스팔트 혼합물의 간접인장강도를 측정하였다.
3. 실험결과
(1) 아스팔트의 바인더 물성
전술한 실험방법과 같이 실시예 및 비교예에 따라 제조한 아스팔트의 바인더 물성을 측정하여 하기 표 5 및 6에 각각 그 결과를 나타낸다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
사용된
아스팔트(phr)		 AP5 50 50 50 50 50 50
Old AP 50 50 50 50 50 50
톨루엔디아민계 폴리올(TDA-OH)(phr) 2 4 6 2 4 4
점도 개선제(phr) - - - 1 1 2
침입도 (25℃, ㎜) 60 70 75 57 65 60
연화점 (℃) 53 51 49 55 53 57
점도 (140℃, cps) 398 365 352 370 332 290
신도 (15℃, ㎝) 140 140 140 130 140 136
m-value (-12℃) 0.30 0.33 0.35 0.30 0.31 0.30
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
사용된
아스팔트(phr)		 AP5 100 50 50 50 50 50
Old AP 0 50 50 50 50 50
톨루엔디아민계 폴리올(TDA-OH)(phr) - - 10 - - -
점도 개선제(phr) - - - 2 - -
재생첨가제(phr) - - - - 2 6
침입도 (25℃, ㎜) 57 42 87 42 57 68
연화점 (℃) 51 58 45 58 52 50
점도 (140℃, cps) 410 590 320 410 408 365
신도 (15℃, ㎝) 140 6 140 6 98 140
m-value (-12℃) 0.34 - 0.36 - 0.28 0.32
* 비교예 2와 비교예 4는 취성(brittle)으로 인해, 측정 도중 부러져 m-value 측정값이 없음
상기 표 5 및 6에 나타내어진 결과들로부터, 실시예와 비교예를 살펴보면 본 발명에 따른 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 첨가제를 사용함으로써 폐아스팔트 콘크리트에 있어서 재생 및 중온 효과를 발휘하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1과 비교예 5의 신도 및 점도 개선 효과를 통하여 본 발명에 따른 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 첨가제가 상업화되어 있는 재생 첨가제보다 폐아스팔트 콘크리트의 재생 중온 효과가 있음을 알 수 있다. 비교예 3을 통하여 과량의 본 발명에 따른 중온 재생 첨가제의 사용은 아스팔트 바인더를 연화시켜 연화점이 급격히 떨어짐을 알 수 있다. BBR test의 m-value를 통하여 본 발명에 따른 중온 재생 첨가제가 저온 물성을 개선시키는 것을 확인할 수 있다 (실시예 1, 3과 비교예 5, 6).
(2) 아스팔트 혼합물의 다짐 성능
전술한 실험방법과 같이 실시예 및 비교예에 따라 제조한 아스팔트 혼합물의 다짐 성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 7에 나타낸다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 7 비교예 8
사용된 아스팔트 혼합물(phr) 신규 아스팔트 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
신규 골재 47.5 47.5 47.5 47.5 47.5
순환 골재(구아스팔트+구골재) 50 50 50 50 50
톨루엔디아민계 폴리올(TDA-OH)(phr) 0.004 0.005 0.01 - -
재생첨가제(phr) - - - 0.004 0.005
아스팔트콘크리트 제조온도(℃) 130℃ 130℃ 130℃ 160℃ 160℃
공극율(%) 4.1 3.9 3.8 4.0 4.3
수분 저항성 평가(TSR, %) 76.6 75.2 72.2 75.4 74.0
간접인장강도(MPa) 1.19 1.06 1.02 1.10 0.98
상기 표 7의 결과들로부터, 실시예와 비교예를 살펴보면 본 발명에 따른 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 첨가제를 사용하여 제조된 중온 재생 아스팔트 혼합물은 수분 저항성 평가 기준인 75% 이상을 만족하였다. 수분 저항성 평가 및 간접인장강도 시험을 통하여, 본 발명에 따른 중온 재생 첨가제를 사용하여 제작된 중온 재생 아스팔트 혼합물이 상업화 어 있는 재생 첨가제를 사용하여 제작된 가열 재생 아스팔트 혼합물보다 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다(실시예 7, 8과 비교예 7, 8). 실시예 7 내지 9를 통하여 과량의 본 발명에 따른 중온 재생 첨가제의 사용은 아스팔트 혼합물의 강도와 수분에 대한 저항성이 저하됨을 알 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 폐아스팔트 콘크리트 중의 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량% 포함하며,
    상기 톨루엔디아민계 폴리올은 하기 화학식 1:
    [화학식 1]
    Figure 112013023104019-pat00008

    [상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각
    Figure 112013023104019-pat00009

    이거나, 또는
    R1 및 R2의 어느 하나가
    Figure 112013023104019-pat00010

    이고, 다른 하나는 H이며,
    m 및 n은 각각 0 내지 15의 정수이며, 3 ≤ m+n ≤ 30이다.]
    로 표현되는 것인
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  2. 제1항에 있어서,
    m 및 n은 각각 0 내지 10의 정수이며, 5 ≤ m+n ≤ 20인
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중온 재생 아스팔트 첨가제는 폴리에틸렌 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 계면활성제, 지방산 및 변성 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점도 개선제를 더 포함하는
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 점도 개선제는 상기 톨루엔디아민계 폴리올 100 중량부에 대하여 10~60 중량부의 범위로 포함되는
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 점도 개선제는 융점이 120℃ 이하이며, 140℃에서의 용융 점도가 200 cPs 이하인
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  6. 제1항에 있어서,
    산화방지제, 열안정제, 대전방지제 및 활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는
    중온 재생 아스팔트 혼합물.
  7. 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계; 및
    상기 중온 재생 아스팔트 첨가제를, 폐아스팔트 콘크리트로 이루어진 순환 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 톨루엔디아민계 폴리올은 하기 화학식 1:
    [화학식 1]
    Figure 112013023104019-pat00011

    [상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각
    Figure 112013023104019-pat00012

    이거나, 또는
    R1 및 R2의 어느 하나가
    Figure 112013023104019-pat00013

    이고, 다른 하나는 H이며,
    m 및 n은 각각 0 내지 15의 정수이며, 3 ≤ m+n ≤ 30이다.]
    로 표현되는 것이며,
    상기 중온 재생 아스팔트 첨가제를 제조하는 단계는,
    톨루엔디아민을 용융시키는 단계; 및
    용융된 톨루엔디아민을, 반응 촉매로 KOH를 이용하여, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 그 혼합물과 반응시키는 단계를 포함하며,
    상기 중온 재생 아스팔트 첨가제는 상기 폐아스팔트 콘크리트 중의 폐아스팔트 총량을 기준으로 2 내지 15 중량% 포함되는
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    m 및 n은 각각 0 내지 10의 정수이며, 5 ≤ m+n ≤ 20인
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반응 단계 후에, 폴리에틸렌 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 계면활성제, 지방산 및 변성 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점도 개선제를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함하는
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 점도 개선제는 상기 톨루엔디아민계 폴리올 100 중량부에 대하여 10~60 중량부의 범위로 포함되는
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 톨루엔디아민의 용융 단계는 110~160℃의 온도에서 이루어지는
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 반응 단계 후에, 상온으로 냉각하는 단계를 더 포함하는
    중온 재생 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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