KR101484463B1 - 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 포장체의 아스팔트 수명연장 표면처리 공법 - Google Patents

개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 포장체의 아스팔트 수명연장 표면처리 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 기존 아스팔트 포장체의 물성보완에 의한 성능복원, 기능향상, 공용수명 연장을 제공하는 아스팔트 수명연장 표면처리 공법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 개질 아스팔트, 분산제, 유분(oil), 골재탈리부 채움 및 미끄럼저항성을 높이기 위한 재료, 유화 아스팔트 개질제, 유화수를 포함하는 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제는 아스팔트 포장체 표면에 표면처리제를 도포하여 기존 아스팔트 포장체의 물성보완에 의한 성능복원, 기능향상, 공용수명 연장을 가능하게 한다.

Description

개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 포장체의 아스팔트 수명연장 표면처리 공법{Surface treatment material with modified emulsified asphalt and construction method for asphalt surface maintenance system using the same}
본 발명은 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 기존 아스팔트 포장체의 물성보완에 의한 성능복원, 기능향상, 공용수명 연장을 제공하는 아스팔트 수명연장 표면처리 공법에 관한 것이다.
전 세계적으로 환경 규제가 강화되고, 1997년 일본 교토협약(지구 온난화 방지회의)의 결과 선진국들의 지구 온난화 가스 배출삭감목표가 2006부터 2010년까지 평균 6% 삭감시키는 것으로 결정되었다. 우리나라는 협약당시 개발도상국가로 분류되어 1차 대상국에서 제외되었으나, 이후 OECD 가입 등으로 국제적인 감축압력이 거세질 것으로 예상되고 있다. 따라서 전 산업분야에서 CO2를 비롯한 온난화 가스를 감축시킬 대체기술의 개발이 시급한 실정이다.
특히 건설·토목분야에서는 CO2 배출과 에너지 소모가 비교적 많은 아스팔트 콘크리트 제조분야에서의 감축노력이 절실한 것으로 평가되고 있다. 이에 지구환경보전 차원에서 세계적으로 관심이 집중되고 있는 지열 생산방식인 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 중, 국내 실정에 적합한 표층용 상온 아스팔트 콘크리트의 개발이 요구되고 있다.
미국, 프랑스, 스페인 등을 중심으로 한 국가들에서는 열에너지를 사용하지 않아, 온실가스를 배출하지 않는 상온형 아스팔트 포장에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고 상온형 포장에 사용되는 유화아스팔트의 개질과 더불어 새로운 유화아스팔트 혼합물을 개발하고 있으며, 기존에 생산되던 제품의 결점을 보완한 제품을 개발 또는 개발 중에 있다. 일본은 1994년 종래 사용되고 있던 가열형 아스팔트 콘크리트 혼합물에 비해 에너지 소비량 및 CO2의 배출량 저감이 가능한 상온형 포장에 대하여 건설성 토목연구소와 민간 6개 사, 1개 단체가 공동연구를 수행하는 등 기후변화협약에 대비하는 기술의 개발에 박차를 가하고 있다. 국내에는 보수재료로 사용되고 있는 포대형 아스팔트 콘크리트 혼합물 이외에는 도로포장용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조기술이 전무하였으나, 1999년에 기층용 및 기층재사용으로 최초 개발되었으며 전면적인 사용 및 보급을 위해서는 표층용 및 개질 표층용에 개발을 위한 기술적 보완이 필요하다.
일반적인 아스팔트는 가열 아스팔트로서 공정상 흐름성을 부여하기 위해 높은 열(130~180℃)을 필요로 하게 되는데, 이로 인해 작업자가 높은 열로 인해 화상을 입는 일이 빈번하게 발생한다. 또한 아스팔트에 함유된 황(S) 이온이 더워진 공기와 반응하면서 황화수소(HS)와 같은 유독가스도 발생시켜 작업자에게 해를 주게 된다. 현재까지 국내에서 표층용 아스팔트 포장분야의 연구는 대부분 아스팔트에 첨가제를 투입하여 개질하거나, 골재의 입도분포를 변화시키거나, 공용성 규격(performance grade)의 도입을 통한 수명연장 등 바인더 및 혼합물 자체의 물성을 증진시키기 위한 목적으로 수행되었으며, 생산방식의 변화를 통한 화석연료의 사용감소 및 에너지 절감을 위한 노력과 연구에 대한 결과는 전무한 상황이다. 이러한 가열 아스팔트의 단점을 보완하기 위해 사용되는 것이 유화 아스팔트이다.
한편, 교통량이 갈수록 증가함에 따라 포장 파손이 빈번하게 발생하면서 아스팔트 포장의 유지관리에 대한 관심이 급격히 증가하고 있으나, 파손발생을 억제하기 위한 방법 보다는 파손이 발생한 후 어떻게 보수할 것인지에 대한 논의가 주로 이루어져 오고 있는 실정이다.
"전통적 보수방법" 은 "전통적 유지보수" 또는 "절삭 & 재포장(덧씌우기)"또는 "사후 도로 유지관리 방법" 이라 칭하며 일반적으로 포장의 파손이 발생한 후 보수하는 방법을 말하며, 전통적 유지보수는 망상균열, 포장단면부족 등 구조적 파손이 발생되어 공용성이 현저히 감소한 경우 이 부분을 기계로 절삭하여 걷어낸 후 굵은골재, 잔골재, 채움재 등에 적절한 양의 아스팔트 또는 첨가제를 넣어 이를 약 160℃ 이상의 고온으로 가열 혼합한 아스팔트 혼합물을 사용하여 보수 시공하는 절삭(milling) & 재포장(덧씌우기) 방법으로 이로 인한 아스콘 폐기물 발생, LCC 비용증가, CO2 발생으로 인한 환경문제 등을 유발시킨다.
또한 방수 및 표면 강화제를 이용한 아스팔트 포장면의 보수보강 방법의 경우 노후 아스팔트 포장면 표층에 방수성능과 포장층 내부의 물성 재생 강화시키는 기능을 부여하는 경우 포장층의 수명연장을 가능하게 한다.
수명연장 표면처리 유지보수는 포장의 파손이 발생하기 전에 간단한 표면처리 등을 통해 포장 파손의 발생이 우려되는 구간의 포장수명을 연장시키는데 적용되는 방법으로, 전통적 보수방법과는 적용 시기 및 주기의 차이가 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 전통적 보수방법은 포장의 공용성이 낮은 상태에 적용되며, 예방적 표면처리 유지보수는 공용성이 높은 상태에 적용하므로 전통적 보수방법에 비해 보수주기를 짧게 하여 반복적으로 공용성능을 유지하게 하는데 목적이 있다.
또한, 박층포장의 경우 아스팔트 포장체 표층위에 박층 OVERLAY에 의한 미세골재와 혼합물로 구조체를 형성하여 기능을 발휘하기 때문에 부분적인 마모 및 탈락으로도 전체적인 기능 저하가 발생할 수 있다. 차량통행량과 통행횟수, 차량바퀴가 지나는 빈도수에 따라 도 3에 나타낸 바와 같은 부분적인 마모(단차) 및 탈락이 발생되면 이로 인해 잔존부분 또한 기능이 저하 되는 특징 및 문제점을 지니고 있으며 이러한 현상을 극복 하기 위해서는 잔존미세골재와 혼합물 모두를 제거하지 않으면 재시공 또는 반복시공이 곤란하다. 더 구체적으로 기능이 저하된 박층포장 포장체 표면에 2차 박층포장을 시공 할 경우 박층 OVERLAY 두께를 감안할시 기시공하여 기능을 상실한 박층 OVERLAY을 제거하지 않고서는 2차 시공이 사실상 곤란하며 기능이 저하된 박층포장의 잔존미세골제와 혼합물을 제거(철거)하기 위한 추가 비용이 필요하다.
1. 한국 공개특허공보 제10-2012-0122037호(2012. 11. 07)
본 발명자들은 위와 같은 종래의 문제점이 개선되고 수명 및 유지보수가 용이한 아스팔트 표면처리제를 개발하기 위하여 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같이 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제 및 이를 이용한 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법이 위와 같은 요건을 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 기존 표면처리 유지보수와 박층포장의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써 공용중인 아스팔트 포장체 표면에 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제를 도포하여 기존 아스팔트 포장체의 물성보완에 의한 성능복원, 기능향상, 공용수명 연장에 관한 것을 특징으로 하는 아스팔트 수명연장 표면처리 유지보수 시공 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량통행, 우수, 동결, 온도변화, 자외선 등의 원인과 포장체 표면에는 인위적으로 살포한 염화물, 차량에서 유출된 오물질, 자연에서 발생한 비산 먼지 등에 의한 마모, 손상 및 열화가 발생된 공용중인 아스팔트 포장체의 표층에 대하여 열화를 지연 및 방지하기 위하여 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제를 사용하여 기존 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 개질 아스팔트, 분산제, 유분(oil), 골재탈리부 채움 및 미끄럼저항성을 높이기 위한 재료, 유화 아스팔트 개질제, 유화수를 포함하는 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제는 아스팔트 포장체 표면에 표면처리제를 도포하여 기존 아스팔트 포장체의 물성보완에 의한 성능복원, 기능향상, 공용수명 연장을 가능하게 한다. 특히, 본 발명에 따른 상온아스 팔트 혼합물 표면처리제는 내부 침투와 표면잔류로 나누어 각각의 기능을 수행하되, 포장체 내부로 침투한 표면처리제는 기존 재료와 혼합되어 물성보완 기능향상 등에 작용하며 포장체 표면에 잔류한 표면처리제는 포장체 내부로 침투된 표면처리제와 연계하여 공용 수명 연장의 복합 기능을 수행한다. 또한, 본 발명에 따른 표면처리제에 의한 2차적 표면 보강은 노후 된 포장층의 물성변화 및 외력에 의하여 발생한 크랙, 포장층 변형 부분으로 침투한 우수 등에 의한 결빙으로 추가 포장 파손 및 변형을 막아주는 역할을 하게 된다. 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제를 도포하여 공용중인 기존 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장이 가능하다.
도 1은 본 발명의 표면처리(코팅형, 골재형)에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법을 나타내는 개념도.
도 2는 아스팔트 보수시기를 나타내는 그라프도.
도 3은 박층포장의 마모 현황을 나타내는 사진.
도 4는 본 발명에 따른 표면처리 공법의 시공 순서도.
도 5a는 표면처리제의 내부 침투와 포장면 잔류의 상태를 나타내는 개략도.
도 5b는 표면 처리제의 도포 전후의 상태를 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 코팅형 표면처리 방식의 개략도,
도 7은 본 발명의 골재형 표면처리 방식의 개략도.
도 8은 표면 처리제의 침투 메카니즘의 모식도.
먼저, 본 발명에서 사용된 용어는 다음과 같은 의미로 사용된다.
용어, "전통적 보수방법"은 망상균열, 포장단면부족 등 구조적 파손이 발생되어 공용성이 현저히 감소한 경우 이 부분을 기계로 절삭하여 걷어낸 후 굵은골재, 잔골재, 채움재 등에 적절한 양의 아스팔트 또는 첨가제를 넣어 이를 약 160℃ 이상의 고온으로 가열 혼합한 아스팔트 혼합물을 사용하여 보수 시공하는 절삭(milling) & 재포장(덧씌우기) 하는 방법으로, 본 기술 분야에서 "전통적 유지보수" 또는 "절삭 & 재포장(덧씌우기)" 또는 "사후 도로 유지관리 방법" 이라고도 칭한다.
용어 "표면처리"는 공용중인 Asphalt 포장도로가 파손되기 전에 기존 포장면을 표면처리 하여 기존 포장체 성능 유지 및 복원에 의한 도로의 공용수명 연장(성능복원, 기능향상, 물성보완 등)을 목적으로 본 기술 분야에서는 "수명연장 표면처리" 또는 "예방적 유지보수" 또는 "표면처리" 라는 용어로도 사용된다. 표면처리 방법은 동일 장소에 주기적으로 1~ 4회 반복 시공이 가능하다. 표면처리의 종류는 코팅형과 골재형으로 분류되며, 코팅형 표면처리는 내부침투 후 표면잔류(T= 0.2~ 1mm) 목적물을 제공하고, 골재형 표면처리는 내부침투 후 표면잔류(T= 0.2~ 3mm) 목적물을 제공한다.
"박층포장"은 공용중인 Asphalt 포장도로가 파손되기 전에 기존 포장면 위에 별도의 박층 OVERLAY에 의한 도로의 기능 유지를 목적으로 시공하며, 표면처리와는 구분되고, 본 기술 분야에서는 "보수용 박층포장" 또는 "박층포장" 이라고도 한다.
용어, "역청제" 는 분수지에서 기름(oil)처럼 끓어 오르는 역청(아스팔토스)을 말하는데, 천연산의 고체, 반고체, 액체 또는 기체의 탄화 수소 화합물의 총칭한다.
용어, "공용중인 아스팔트 포장체 표면"이란 포장체 표면 또는 포장면 또는 노후 아스팔트 포장면 또는 포장체 표층위에 또는 표층위에 또는 포장체 기존면(노출면) 또는 교량의 경우 교면을 말한다.
일반적으로 유화아스팔트(emulsified asphalt)는 고체 또는 반고체 상태인 아스팔트(straight asphalt)를 가열하지 않고 상온에서 사용할 수 있도록 아스팔트를 미립으로 만들어 물속에 분산시킨 것이다. 이때, 물과 아스팔트는 서로 혼화되지 않으므로 유화제(emulsifier)를 첨가하여 밀(mill)에서 고속으로 갈아서 아스팔트 입자를 물속에 고르게 분산시킨다. 유화아스팔트 속의 아스팔트 입자의 크기는 대부분 그 지름이 0.1~50㎛의 범위이다. 유화제는 아스팔트 입자 표면의 전하를 띄게 만들어 입자끼리 정전기적 반발력으로 인해 서로 달라붙지 않도록 하는 작용을 한다. 이 후 골재와 혼합하여 포장에 사용되거나, 단독으로 표층에 살포하여 사용한다. 열이 배출되면서 점점 온도가 낮아져 굳어지는 가열 아스팔트와는 달리, 물이 증발되면서 굳어지도록 만들어진 것이 유화아스팔트이다. 이처럼 유화 아스팔트는 열을 사용하지 않아 CO2 및 온난화 가스 배출이 적기 때문에 매우 친환경적이라고 할 수 있다.
또한, 아스팔트 포장체는 최초 포장시 골재와 역청제의 균일한 배합에 의해 만들어진 것을 일정 두께로 포설되어 경화된 상태를 유지하고 있으며 포장체 표면은 골재에 의한 요철, 공극, 단차 등이 일정하게 유지되고 있으나, 시간이 경과됨에 따라 포장면(포장체 표면)에 노출된 역청제는 차량통행, 우수, 동결, 온도변화, 자외선 및 인위적으로 살포한 염화물, 차량에서 유출된 오물질, 자연에서 발생한 비산 먼지 등에 의해 마모 및 손상, 열화 등이 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 복합적인 박층포장 및 방수 기능을 주목적으로 한 표면처리공법과의 문제점을 개선하고자 이루어진 것으로서, 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제를 제조하고, 이를 이용하여 공용중인 기존 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법의 경우 박층포장에서 나타난 특징 및 문제점이 없이 동 구간에 동일 방법으로 1~4차(회) 반복시공이 가능하며 장기적인 측면에서 LCC 비용을 절감할 수 있는 친환경적인 아스팔트 수명연장 표면처리 유지보수 효과를 가진다.
본 발명에 따른 아스팔트 포장체와 혼합된 표면처리제는 공용중인 아스팔트 수명연장 등의 복합 기능을 수행하며 종래기술로 소개한 박층포장 및 방수 기능을 주목적으로 한 표면처리공법과 차별화하였다.
이하, 본 발명의 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 표면처리제에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 표면처리제는 아스팔트 50~70 중량%, 분산제 1~5 중량%, 말텐 1~5 중량%, 페트롤렌 1~5 중량%, 유분 5~10 중량%, 채움재 7~20 중량%, 유화아스팔트 개질제 2~8 중량%, 및 유화수 10~33%를 포함하고, 앵글러도가 1~2인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상온 아스팔트 표면처리제는 기존 아스팔트 포장체 표면에 도포되어 표면처리제의 일부는 포장체 내부로 침투되며, 일부는 포장체 표면에 잔류하는 것을 특징이 있다.
위와 같은 본 발명에 따른 상온 아스팔트 표면처리제는 앵글러도가 1~2의 점성을 갖는 것이 바람직하다.
엥글러도(JEAAS 2011)는 유화 아스팔트의 점성을 나타내는 것으로, 규정 온도에서 규정량의 시료가 시험기의 가는 구멍을 흘러내리는 데 필요한 시간과 같은 온도ㆍ같은 양의 증류수가 시험기의 가는 구멍을 흘러내리는 데 필요한 시간의 비로 정의된다.
상기 앵글러도는 JEAAS(일본 아스팔트 유제 협회 규격) 2011을 기준으로 하고, 이 기준은 JIS 2208(석유아스팔트유제)에 규정되지 않은 석유아스팔트 유제에 간한 협회 규격이다.
위와 같은 앵글러도를 가짐으로서 표면처리제의 성분들 중 일부는 물이 포함되어 있어서 균열부 등의 간극을 통하여 포장체 내부로 침투되고 일정 시간이 경과되면 경화되는 한편, 표층의 성분은 포장체 표면에 잔류하는 물이 자연증발되면서 경화가 이루어진다.
상기 아스팔트는 침입도 60~70 사이인 것이 바람직하고, 표면처리제의 전체 중량을 기준으로 50~70%를 차지하는 것이 바람직하다.
상기 분산제로는 레진(resin) 또는 염화칼슘(CaCl2)이 바람직하게 사용될 수 있으며, 1~5 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 특히 레진은 입자 크기 1~5nm이고, 탄소 대 수소 비율은 1:3~1:4인 것이 좋다.
말텐(maltene) 및 페트롤렌(pertrolene)은 1~5%으로 사용하는 것이 좋고, 또한 페트롤렌(pertrolene)은 저비점 탄화수소성분으로 구성된 혼합물로서 상업상 입수가 가능하다.
상기 유분(oil)은 5~10 중량%로 사용되는 것이 좋으며, 프로세스 유분(process oil)은 파라핀계, 나프탈렌계, 및 방향족 계열의 유분을 들 수 있으며 다음과 같이 세분할 수 있다.
① P-1~6
고도로 정제된 파라핀계 프로세스 유분으로서 용도에 따라 P-1 ~ P-6으로 나누어 제조하고 있으며 대부분이 포화탄화수소로 형성되어 있는 배합유로서 프로세스 유분의 3대 요소인 윤활성, 용해성, 상용성을 만족시킨다.
항목 / 종류 P - 1 P - 2 P - 3 P - 4 P - 5 P - 6
비중(15/4℃) 0.862 0.862 0.886 0.888 0.891 0.896
인화점 (℃) 144 210 220 240 286 294
유동점(℃) -20.0 -12.5 -15.0 -12.5 -12.5 -10.0
동점도(40℃)cSt 10.2 30.2 55.0 103.0 164.0 365.0
색상 ASTM L0.5 L1.0 L1.5 L1.5 L1.5 L2.5
아닐린점(℃) 90 108.0 106.0 113.0 115.0 124.0
굴절률 1.4733 1.4728 1.4870 1.4880 1.4890 1.4905
전산가(mgKOH/g) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
동판부식 (100℃,3hrs) 1a 1a 1a 1a 1a 1a
점도비중항수 0.827 0.806 0.824 0.820 0.816 0.810
탄화수소 조성(%) C Aroma 5.0 1.0 6.0 6.0 5.0 2.0
C Napth 38.0 34.0 34.0 31.0 31.0 33.0
C Paraff 59.0 65.0 60.0 63.0 64.0 65.0
② N-1~3
나프탈렌계 프로세스 유분은 특수정제 공정을 거쳐 정제한 40 ~ 50%의 나프탈렌을 함유하고 고분자량으로 구성되어 있으므로 고온하의 가공작업에 적합하여 증발손실이 적고 가공성, 저온특성, 열발생, 탄성, 항장력, 경도 등 제품에 균형 있는 특성을 부여한다.
항목 / 종류 N - 1 N - 2 N - 3
비중(15/4℃) 0.892 0.921 0.935
인화점 (℃) 154 176 200
유동점(℃) -35.0 -30.0 -30.0
동점도(40℃)cSt 7.8 33.2 55.5
색상 ASTM L0.5 L1.0 L1.5
아닐린점(℃) 68 72 68
굴절률 1.4856 1.5075 1.5150
전산가(mgKOH/g) 0.01 0.01 0.01
동판부식 (100℃,3hrs) 1a 1a 1a
점도비중항수 0.867 0.879 0.891
탄화수소 조성(%) CA 7.0 18.0 20.0
CN 52.0 39.0 41.0
CP 41.0 43.0 39.0
상기 채움재는 골재탈리부 채움 및 미끄럼저항성을 높이기 위한 재료로서, 규사, 고로 슬래그, 알미늄 파우다, 폐타이어 분말, PP파우다, 인공 다이아몬드 중 하나 이상에서 선택되는 것이 좋고, 7~20 중량%로 사용된다.
본 발명에 따른 유화 아스팔트 개질제는 라텍스, PPA(Polyphosphoric acid), EVA(Ethylene vinyl acetate), SBS(Styrene butadiene styrene), TYLAC-873, TYLAC-NBD, Revertex 및 Butonal-NS198로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 2~8 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 유화 아스팔트 개질제 중 PPA(Polyphosphoric acid)는 아스팔트의 강성 및 공용성등급(PG)을 증가시킨다. TYLAC-873은 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체 유액물로서, 다음의 표 3에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는다.
폴리머 타입
비휘발성분 함량(%)
pH
점도, Brookfield,(cps)
밀도, g/ml
U.S. lbs/gal
표면 장력		 Acrylonitrile-buadiene
42.0-44.0
8.1-8.3
100 max.
1.00-1.02
8.4-8.5
35.0-45.0
TYLAC-NBD는 고분자량을 가지는 라텍스로서, 화학 저항성이 우수하고 기계적 성질이 좋아서 주로 식품 포장 용도로 많이 쓰이고 있다. 또한, Revertex는 기계적 물성과 장력이 좋아서 cardboard, medical 등의 용도로 많이 쓰인다. Butonal-NS198는 기계적 안정성이 우수하여 양이온 유화 아스팔트의 개질제로 쓰인다(표 4 참조).
고형분 함량 % 63.0-65.0
pH 4.5-5.0
브룩필드 점도RVT
spindle #3 at 20 rpm		 mPa · s 250-2000
결합 스티렌 % 24
잔여 모노머 % 0.08 max
비중 0.94
유리전이온도(DSC) ℃ -58
중량/부피 lb/ga
kg/l		 7.8
0.94
상기 유화수는 물(불순물이 함유되지 않은 물) 98.75~99.75 중량% 및 유화제 0.25~1.25 중량%로 이루어진 것을 10~45 중량%로 사용하는 것이 좋다.
유화제는 지방산염(Fatty acid salts), 황산염(Sulphates), 아민계열, 베타인(Betain) 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 아민 계열이 가장 유화가 잘 되고 안정성이 양호하므로 가장 바람직하게 사용될 수 있다. 다음과 같은 제품명이 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
① E-7000
저속 경화 속도의 계면활성제이다. 또한 가장 좋은 양이온 slow-setting 유제와 비슷한 석영을 함유한 집합에 좋은 접착을 보여준다(표 5, 대표적인 에멀젼 제형 참조). E-7000의 그 유동성과 물 융해성은 이것을 이용하는 것을 쉽게 만들고, 그 생산품은 가연성의 용제를 포함하지 않는다.
SS-1h CSS-1h
Asphalt
Redicote E-7000
Sodium hydroxide*
Hydrochloric acid
pH soap
pH emulsion
water		 57+
1.6 - 2.2
0.01 - 0.10
-
10.0 - 12.0
8 - 11
to 100		 57+
1.6 - 2.0
-
0.02 - 0.40
1.0 - 2.5
1.0 - 3.5
to 100
* 필요한 소듐 히드록시드의 양은 아스팔트의 산도에 따라 달라질 수 있다.
② EM-44
양이온 계면활성제로 빠르거나 중간속도로 세팅하는 데 높은 효과를 가진 액체 유화제이다. 쉽게 물에 분산되고 유화액을 만드는 데 사용되는 투약 물질과 재료를 잘 분산되게 한다. 사용되기 전에 soap의 pH는 산으로 조절해주어야 하고 일반적으로 염산을 사용한다. 유화제는 20%까지 농축된 용액을 만들 수 있고 20℃에서 저장한다. EM-44는 분리를 방지해주고 물에 의한 바인더와 골재사이의 접착력이 떨어지는 것을 방지해준다.
③ C-450
양이온 계면활성제로 급속경화 유화제이다. 유화 아스팔트의 표면에 유화제가 떠오르면서 슬러리 때문에 표면에서 유화한다(표 6의 물성 참조). C-450으로 만들어진 유화제는 반동적인 집합과 뜨거운 날씨 조건에서도 사용될 수 있다.
CQS-1
Asphalt Cement
Redicote C-450
Hydrochloric acidㅉ
pH soap
Polymer (as solids)
Water		 62
0.7 - 1.5
0.6 - 1.4
1.0 - 2.5
2.0 - 3.0
to 100
④ C-471
C-471은 양이온 유화 아스팔트 유화제로서 급속경화의 슬러리 암갈색과 마이크로서페이싱(microsurfacing)을 형성하기 위해 주로 사용된다(표 7의 물성 참조). 무반응 재료에 적합하고 양이온 급속경화제는 C-471과 무반응 재료의 결합에 의해 만들어 진다.
Microsurfacing
Asphalt
Redicote C-471
Hydrochloric acid
pH soap
Polymer(as solid)
Water		 62
0.8-1.5
0.6-1.3
1.0-2.5
2.0-3.0
to 100
⑤ Donaquat OIMS75(DQ)
양이온계 계면활성제로 섬유유연제, 정전기방지제, 비료의 antiacking제, 오일류의 부식방지제 및 안료의 분산제로 많이 사용되고 있다.
⑥ Monopol NP1050(NP)/Monopol OP1050(OP)
비이온계 계면활성제로 적어도 하나 이상의 활성 수소를 가지고 있는 지방산 알콜, 지방산, 알킬페놀, 알킬아민 또는 다른 화합물에 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드를 부가함으로 얻어지는 계면 활성제이다. 비이온계 계면활성제는 알콜의 일반적인 성질을 그대로 유지할 뿐만 아니라, 다른 종류의 계면활성제와 혼화가 잘 된다.
상기 유화제는 추가로 유화조절제, PH 조절제, 산화방지제, UV안정제 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 개질 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 표면처리제 이용한 공용중인 기존 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법에 관하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법은
노화된 아스팔트 포장체의 바탕면을 전처리하는 단계;
아스팔트 포장체 표면에 분사장치를 가진 차량 또는 인력에 의해 포장체 표면에 상기 표면처리제를 도포하는 단계:
도포된 표면처리제는 내부 침투와 표면잔류로 나누어 각각의 기능을 수행하는 단계: 및
도포된 표면처리제를 양생하는 단계를 포함하고,
포장체 내부로 침투한 표면처리제는 기존 재료와 혼합되어 물성을 보완하는 한편 포장체 표면에 잔류한 표면처리제는 포장체 내부로 침투된 표면처리제와 연계하여 공용수명연장의 복합 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 추가로 상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 가열하지 않고 아스팔트 포장체 표면에 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 표면처리제가 들어 있는 용기의 외부를 가열하거나 또는 뜨거운 물에 일정 시간 동안 침전시킴으로써 간접 가열한 후, 가열된 표면처리제를 아스팔트 포장체 표면에 도포하여 가열된 표면처리제에 의한 양생시간 단축시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 공용중인 아스팔트 포장체가 파손되기 전에 포장체 표면을 표면처리제를 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 추가로 상기 표면처리제의 도포 단계에서 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2~ 1mm 두께로 코팅형 표면 처리하거나, 또는 규사와 함께 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2~ 3mm 두께로 골재형 표면처리로 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 추가로 상기 표면처리제 도포 단계에서, 기존 포장면 위에 별도의 박층(OVERLAY)을 형성하지 않고 동일 장소에 1~4회 반복 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 또한 상기 표면처리제를 공용중인 교량상판 아스팔트 포장체 표면에 도포하거나, 교면 기존 방수층을 손상시키지 않고 교면 아스팔트 포장체 표면에 도포함으로써 도포된 표면처리제가 기존 재료와 혼합되어 교면의 방수 및 차수 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 또한 상기 표면처리제의 도포 단계에서, 공용중인 아스팔트 포장체 표면의 골재탈리부 채움 및 미끄럼저항성을 높이기 위해 규사, 고로 슬래그, 알미늄 파우다, 폐타이어 분말, PP파우다, 인공 다이아몬드 중 하나 이상을 제1항에 따른 표면처리제와 함께 포설하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 추가로 공용중인 아스팔트 포장체 표면에 도포된 표면처리제가 포장체 표면에 형성된 균열부로 침투되며 균열로 인해 두개 단면으로 분리된 포장체를 한개 단면으로 접합시키는 단계; 및
이후 표면처리제가 경화되면서 하나의 포장체로 봉합 또는 결합되는 단계;를 포함함으로써 포장체 표면에 나타난 균열을 별도의 균열보수제로 보수하지 않은 상태에서 표면처리제의 도포에 의한 균열보수와 표면처리를 동시에 만족시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법은, 도 1에 나타낸 바와 같이,“코팅형 표면처리”와“골재형 표면처리”방법으로 나눌 수 있다.
본 발명에 따른 시공 방법을 수행하기 위해서는 먼저, 교통을 통제한 후, 표면처리제 도포 이전에 도포에 장애가 되는 차선, 장애물 등을 사전에 제거하며(제거가 필요 없는 경우는 보양), 제거된 잔재와 포장체 표면에 붙어있는 이물질은 솔과 고압청소기를 사용하여 제거하는 바탕면 전처리 작업을 시행한다.
이어서, 본 발명의 표면처리제 도포는 아스팔트 포장체 표면에 분사장치를 가진 차량 또는 인력에 의해 포장체 표면에 도포함으로서 수행한다.
이어서, 아스팔트 포장체 표면에 도포된 표면처리제는 내부 침투와 표면잔류로 나누어 각각의 기능을 수행하며 포장체 내부로 침투한 표면처리제는 기존 재료와 혼합되어 물성보완 기능향상 등에 작용하며 포장체 표면에 잔류한 표면처리제는 포장체 내부로 침투된 표면처리제와 연계하여 공용수명연장의 복합 기능을 수행한다.
이를 더욱 구체적으로 설명하자면, 도5a는 표면처리제의 내부 침투와 포장면 잔류의 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5b는 표면 처리제의 도포 전후의 상태를 나타내는 사진으로서, 도포된 표면 처리제 중 일부는 포장체의 표면에 잔류하고 일부는 표층의 아스팔트의 구성 성분인 혼합 골재와 역청제의 마모, 손상, 열화된 부분이나 역청제의 열화 등 느슨한 공간 또는 미세한 틈을 통하여 스며드는 방식으로 포장체의 내부로 침투하여 일정 시간이 경과하면 경화과정을 겪게 되며, 경화된 표면 처리제는 기존의 아스팔트의 성분과 일체로 포장체의 표층을 형성하게 되어 열화된 아스팔트의 물성을 보완하여 유지보수의 목적을 달성하게 되고, 또한 내부로 스며들지 못하고 포장체의 표면에 잔류하는 일부의 표면처리제는 일정 시간이 경과되면 양생에 의해 경화하여 내부로 침투된 표면 처리제와 일체로 포장체의 표면을 형성하게 되어 보수된다.
위와 같이 도포된 상온 아스팔트 표면처리제는 앵글러도가 1~2의 점성을 가지는데, 이러한 앵글러도는 물과 혼합된 경화 성분들이 포장체 내부의 균열부, 마모, 손상, 열화된 부분이나 느슨한 공간 또는 미세한 틈을 통과하여, 물처럼 완전히 배수되지는 않고 점성을 가져서 어느 정도 고이게 되면 경화제가 경화되어 양생되는 과정을 겪게되는 한편, 표층의 성분은 포장체 표면에 잔류하는 물이 자연증발되면서 경화가 진행되기에 적합하다.
도 6은 본 발명의 코팅형 표면처리 방식의 개략도이고, 도 7은 본 발명의 골재형 표면처리 방식의 개략도이다.
코팅형 표면 처리 방식은 상기한 바의 아스팔트 표면 처리제를 그대로 사용하는 것이고, 골재형 처리 방식은 상기한 바의 표면 처리제의 도포 후 규사 등을 추가로 살포하여 마모된 표층의 골재탈리부를 채우거나 미끄럼 저항을 증대시킨다.
이 때, 규사, 고로 슬래그, 알미늄 파우다, 폐타이어 분말, PP파우다, 인공 다이아몬드 중 하나 이상을 상기 개질 유화 아스팔트를 이용한 개질 표층용 상온아스팔트 혼합물 표면처리제와 함께 포설하여 표면에 잔류하게 하게 하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 표면 처리제의 침투 메카니즘의 모식도이다. A는 골재탈리부와 균열이 형성된 마모된 상태를 나타내는데, 포장체 표면에 존재하는 기존 골재와 역청제의 마모나 탈리에 의해 단차(높이차)가 생긴 경우이다. B는 표면 처리제를 도포한 경우로서, 일부가 포장체의 표면에 잔류하는 경우이고, C는 시간이 경과하면서 마모된 틈으로 일부가 내부로 침투하여 양생에 의해 경화되는 과정을 나타낸다. 이러한 과정에 의해 균열부가 봉합되고 결합되어 친환경적인 방식으로 아스팔트 수명연장 표면처리 유지보수 기능을 수행한다.
이와 같은 본 발명에 따른 공법을 적용할 경우 종래의 표면 처리물을 제거하지 않고도 표면 처리제의 도포에 의하여 아스팔트 수명연장 표면처리가 가능하고 반복 시공이 가능하다. 따라서, 매우 경제적인 공법이다.
상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 가열하지 않고 아스팔트 포장체 표면에 도포하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 표면처리제가 들어 있는 용기의 외부를 가열하거나 또는 뜨거운 물에 일정 시간 동안 침전시킴으로써 간접 가열한 후, 가열된 표면처리제를 아스팔트 포장체 표면에 도포하여 가열된 표면처리제에 의한 양생시간 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 도포 단계는 도 3에 나타낸 바와 같이 공용중인 아스팔트 포장체가 파손되기 전에 포장체 표면을 표면처리제를 도포하는 것이 유지 관리에 더욱 경제적일 수 있다.
상기 표면처리제의 도포 단계에서 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2~ 1mm 두께로 코팅형 표면 처리하거나, 또는 규사와 함께 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2~ 3mm 두께로 골재형 표면처리로 시공하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면처리제 도포 단계에서, 기존 포장면 위에 별도의 박층(OVERLAY)을 형성하지 않고 동일 장소에 1~4회 반복 시공할 수 있다.
또한, 상기 도포 단계는 공용중인 교량상판 아스팔트 포장체 표면에 도포하거나, 교면 기존 방수층을 손상시키지 않고 교면 아스팔트 포장체 표면에 도포하여 도포된 표면처리제가 기존 재료와 혼합되어 교면의 방수 및 차수 기능을 수행할 수 있으며, 1~4 회 반복시공이 가능하다.
한편, 상기 도포 단계에서 아스팔트 수명연장 표면처리 방법의 경우 표면 마모에 의해 요철(단차)을 가진 기존 포장체 표면에 주기적으로 1~4 회 반복 시공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 아스팔트 수명연장 표면처리는 환경폐기물 미발생, 환경문제 최소화(CO2), 경제적 비용절감(LCC), 포장파손(포트홀) 예방, 편익/비용효과 증진(서비스수준 향상), 기존 노후 포장층 성능복원에 의한 공용수명 연장 등의 효과를 가능하게 한다.
이어서, 도포된 아스팔트 포장체 표면을 양생한다. 상기 양생 단계에서는 도포된 표면처리제가 공용중인 아스팔트 포장체 표면에 형성된 균열부로 침투되며 균열로 인해 두개 단면으로 분리된 포장체를 한개 단면으로 접합시키는 단계; 및
이후 표면처리제가 경화되면서 하나의 포장체로 봉합 또는 결합되는 단계;를 포함함으로써 포장체 표면에 나타난 균열을 별도의 균열보수제로 보수하지 않은 상태에서 표면처리제의 도포에 의한 균열보수와 표면처리를 동시에 만족시킬 수 있다.
마지막으로, 차선보호 처리를 한 후 적절히 시공되었는지 품질을 시험한 후 시공을 종료한다.
이상 설명한 바와 같이 이렇게 발생된 포장체 표면에 발생한 열화 및 단차를 개질 유화 아스팔트를 이용한 개질 표층용 상온아스팔트 혼합물 표면처리제 제조와 이를 이용한 공용중인 기존 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 공법을 이용하여 해결할 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 공용중인 아스팔트 포장층의 수명연장을 위한 표면처리 시공 방법에 있어서,
    노화된 아스팔트 포장체의 바탕면을 전처리하는 단계;
    공용중인 아스팔트 포장체가 파손되기 전에 아스팔트 포장체 표면에 분사장치를 가진 차량 또는 인력에 의해 포장체 표면에 표면처리제를 도포하는 단계:
    도포된 표면처리제는 아스팔트 50~70 중량%, 분산제 1~5 중량%, 말텐 1~5 중량%, 페트롤렌 1~5 중량%, 유분 5~10 중량%, 채움재 7~20 중량%, 유화아스팔트 개질제 2~8 중량%, 및 유화수 10~33%를 포함하되, 앵글러도가 1~2인 것으로 구성되어, 내부 침투와 표면잔류로 나누어 각각의 기능을 수행하는 단계: 및
    도포된 표면처리제를 양생하는 단계;를 포함하되,
    포장체 내부로 침투한 표면처리제는 기존 재료와 혼합되어 물성을 보완하고, 포장체 표면에 잔류한 표면처리제는 포장체 내부로 침투된 표면처리제와 연계하여 공용수명연장의 복합 기능을 수행하고,
    상기 아스팔트는 침입도 60~70 사이이고, 상기 분산제는 입자 크기가 1~5nm이고, 탄소 대 수소 비율은 1:3~1:4인 레진(resin)이며, 상기 유분은 파라핀계, 나프탈렌계, 또는 방향족 계열의 유분이고, 상기 채움재는 규사, 고로 슬래그, 알미늄 파우다, 폐타이어 분말, PP파우다, 및 인공 다이아몬드로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 유화 아스팔트 개질제는 라텍스, PPA(Polyphosphoric acid), EVA(Ethylene vinyl acetate), 및 SBS(Styrene butadiene styrene)로 이루어진 군 중에서 선택된 하나이고, 상기 유화수는 물 98.75~99.75 중량% 및 유화제 0.25~1.25 중량%로 이루어지고, 상기 유화제는 지방산염(Fatty acid salts), 황산염(Sulphates), 아민계열, 및 베타인(Betain) 중에서 선택된 하나 이상이고,
    상기 표면처리제의 도포 단계는 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2 ~ 1mm 두께로 코팅형 표면 처리하거나, 또는 규사와 함께 도포된 표면처리제가 내부 침투 후 표면잔류 T= 0.2~ 3mm 두께로 골재형 표면처리로 시공하고,
    상기 양생 단계는
    공용중인 아스팔트 포장체 표면에 도포된 표면처리제가 포장체 표면에 나타난 균열부로 침투되며 균열로 인해 두개 단면으로 분리된 포장체를 한개 단면으로 접합시키는 단계: 및
    이후 표면처리제가 경화되면서 하나의 포장체로 봉합 또는 결합되는 단계;를 포함함으로써 포장체 표면에 나타난 균열을 별도의 균열보수제로 보수하지 않은 상태에서 표면처리제의 도포에 의한 균열보수와 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 시공 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 가열하지 않고 아스팔트 포장체 표면에 도포하는 것을 특징으로 하는 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 시공 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 표면처리제 도포 단계에서, 표면처리제를 표면처리제가 들어 있는 용기의 외부를 가열하거나 또는 뜨거운 물에 일정 시간 동안 침전시킴으로써 간접 가열한 후, 가열된 표면처리제를 아스팔트 포장체 표면에 도포하여 가열된 표면처리제에 의한 양생시간 단축시키는 것을 특징으로 하는 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 시공 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    상기 표면처리제 도포 단계에서, 기존 포장면 위에 별도의 박층(OVERLAY)을 형성하지 않고 동일 장소에 1~4회 반복시공하는 것을 특징으로 하는 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 시공 방법.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 표면처리제를 공용중인 교량상판 아스팔트 포장체 표면에 도포하거나, 교면 기존방수층을 손상시키지 않고 교면 아스팔트 포장체 표면에 도포함으로써 도포된 표면처리제가 기존 재료와 혼합되어 교면의 방수 및 차수 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 공용중인 포장체의 물성보완 및 성능복원에 의한 아스팔트 수명연장 표면처리 시공 방법.
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  11. 삭제
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