KR101513765B1 - 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중량을 기준으로, 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함된 매스틱 아스팔트 바인더 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 소성변형 저항성과 피로균열 저항성, 시공성이 우수하며, 특히 230-250℃의 온도조건하에서 우수한 열 안정성을 가지고 있어 강상판 교량, 배수성 포장, 노후 시멘트 콘크리트 도로의 유지 보수, 반강성 포장 등의 방수를 목적으로 하는 불투수성 아스팔트 혼합물 제조에 사용이 적합하다.

Description

매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조 방법{Mastic asphalt compositions and preparation method thereof}
본 발명은 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 피드 아스팔트를 포함하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도로 또는 교량 등에서 수분의 침투는 포장 하부층의 파손과 구조물의 부식을 유발하므로 방수층이 요구된다. 방수층으로 사용되는 이런 유형의 아스팔트 및 혼합물은 단순 방수기능 외에도 차량하중과 구조물의 변형으로부터 발생하는 응력에 대한 저항성, 시공시의 고열에 대한 열 안정성과 구조물과의 부착성 및 내구성, 작업용이성 등 다양한 성능이 요구된다. 따라서, 그에 사용되는 바인더와 그를 사용한 불투수성 혼합물의 연구가 활발히 진행되어 왔다.
현재 강상판 교면 등 방수층에 사용되는 포장 재료는 주로 매스틱 아스팔트 혼합물, 에폭시(Epoxy) 아스팔트 혼합물과 쇄석 매스틱 아스팔트(SMA) 등 3가지가 있다. 그 중 SMA포장의 경우, 비록 공법은 일반 아스팔트 포장과 큰 차이가 없고 비용 증가도 크지는 않지만 변형에 대한 순응성이 전자들보다 불량하여 포장층의 성능 방면에서 선명한 열세를 보인다.
중국 특허 CN1546571A에서는 에폭시 수지를 소재로 한 에폭시 아스팔트를 소개하고 있다. 에폭시 아스팔트가 성능이 우수하여 경간의 거리가 큰 교량에 적합하다고 소개하고는 있으나 통상적으로 시공 조건이 매우 까다롭고 난이도와 원가가 높으며, 특히 취성이 큰 에폭시의 특성으로 인해 파손이 조기에 발생하는 문제점이 대두되고 있다. 이에 비해 매스틱 아스팔트 혼합물은 방수성, 내구성, 접착성 및 변형에 대한 순응력이 전반적으로 양호하여 오래전부터 사장교와 현수교 등과 같이 대 중형 교량에 사용되고 있다.
매스틱 아스팔트 혼합물은 일본과 독일에서 가장 많이 사용되고 있다. 일본에서는 보통 천연 아스팔트(예를 들면 락 아스팔트, 레이크 아스팔트, 통상적으로 트리니다드레이크 아스팔트를 보편적으로 사용함)와 저 침입도의 아스팔트를 배합하여 매스틱 아스팔트 혼합물을 제조하는데 천연 아스팔트의 함량은 25~30% 수준이다.
그러나 이러한 제품의 경우 경도가 큰 천연아스팔트를 다량 포함함에 따라 고온과 저온 성능을 동시에 만족하기에는 한계가 있다. 독일에서는 현재 일부 PmB25A호 개질 아스팔트와 트리니다드레이크 아스팔트를 혼합하여 매스틱 아스팔트를 제조하는데, 교통량이 많은 구간에서는 피로균열 또는 소성변형을 피하기 어렵다. 또한 위에서 언급한 두가지 방법은 모두 저 침입도 아스팔트를 기초로 하여 배합과 개질을 진행하는데 중국 국내 시장에는 저 침입도 피드 아스팔트를 구하기 힘들고 또한 천연 아스팔트는 산지가 한정되어 있어 비용이 높아 국내에서의 생산이 제한되어 보편화가 어려운 단점이 있다.
따라서 보편화된 재료를 사용함으로써 혼합물의 범용화를 꾀하고, 기존 제품의 단점인 소성변형 저항성과 피로균열 저항성을 동시에 개선할 수 있는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 개발이 요구된다. 하지만 이런 매스틱 아스팔트 바인더 조성물에 대한 연구성과는 많지 않다.
중국 특허 CN1986646A에서는 반강성 기층 시멘트 콘크리트 노면의 방수 혹은 교면 방수층에 적용하는 개질 아스팔트를 제조하는 방법을 제시하고 있는데, 아스팔트 혼합물의 실시예를 제시하지 못하고 있어 그의 실효성에 의문이 제기된다. 또한, 그 중에 첨가된 아로마틱 유분은 일반적으로 감온성이 저하되는 단점을 가지고 있다.
따라서, 우수한 열 안정성을 가지는 불투수성 포장에 적합한 아스팔트 바인더 조성물을 제공하기 위해 본 발명은 일 측면은 중량을 기준으로, 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함된 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 (i) 100 중량부의 피드 아스팔트, 2-15 중량부의 고분자 개질제를 100-250 ℃에서 1-15시간 동안 교반하면서 고분자 개질제를 분쇄 또는 용해시키는 단계; 및
(ii) 0-0.5 중량부의 안정제를 첨가한 후 1-15시간 동안 교반하는 단계, 상기 (i) 또는 (ii) 단계에서, 4-15 중량부의 보강제를 더 첨가하는 것을 포함하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조방법에 의해 제조된 아스팔트 바인더 조성물을 함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 중량을 기준으로, 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함된 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본 발명은 (i) 100 중량부의 피드 아스팔트, 2-15 중량부의 고분자 개질제를 100-250 ℃에서 1-15시간 동안 교반하면서 고분자 개질제를 분쇄 또는 용해시키는 단계; 및 (ii) 0-0.5 중량부의 안정제를 첨가한 후 1-15시간 동안 교반하는 단계, 상기 (i) 또는 (ii) 단계에서, 4-15 중량부의 보강제를 더 첨가하는 것을 포함하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따라 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따라 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조방법에 의해 제조된 아스팔트 바인더 조성물을 함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공한다.
기타 본 발명의 구체예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조방법은 우수한 고온 열 안정성과 소성변형 저항성, 피로균열 저항성을 가지며, 시공이 용이하며, 230-250℃ 고온 작업에 적합하다.
발명의 일 측면에 따라, 중량을 기준으로, 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함된 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제공한다.
보강제는 하기 물질 중 적어도 한 가지이다: 무기산과 이의 산성 산화물, 강도 보강제, 감온성 보강제 또는 이들의 혼합물.
무기산과 이의 산성 산화물은 하기 물질 중 적어도 한 가지이다. HCl, H₃BO₃, B₂O₃, H₂SO₄, SO₃, HSO₃Cl, H₃PO₄, 및 P2O5 또는 이들의 혼합물.
강도 보강제는 연화점이 70℃ 이상이고 25℃ 침입도 값이 30dmm이하인 천연아스팔트, 산업용 아스팔트, 석유계 피치, 콜타르 피치 또는 이들의 혼합물이다.
감온성 보강제는 감압가스유의 수첨개질 공정 또는 수첨분해 공정, 조왁스 수첨 이성화 반응 공정, 메탄가스 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 합성 공정으로부터 생성된 생성물 또는 공정부산물이며, 보다 바람직하게는 ASTM D92 규격에 따른 인화점이 180℃ 이상이고, 화합물내 포화 탄화수소 함량이 80wt% 이상인 포화 탄화수소계 화합물이다.
본 발명의 일 측면에 따른 일 구체예에서는, 중량을 기준으로 보강제는 0-0.8부의 무기산, 이의 산성 산화물 또는 이들의 혼합물, 0-14부의 강도 보강제, 0-12부의 감온성 보강제를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 일 구체예에서는, 중량을 기준으로 보강제는 0.2-0.8부의 무기산, 이의 산성 산화물 또는 이들의 혼합물, 6-14부의 강도 보강제, 0-6부의 감온성 보강제를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 일 구체예에서는, 중량을 기준으로 보강제는 0.1-0.5부의 무기산, 이의 산성 산화물 또는 이들의 혼합물, 4-10부의 강도 보강제, 2-10부의 감온성 보강제를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 일 구체예에서는, 중량을 기준으로 보강제는 0-0.3부의 무기산, 이의 산성 산화물 또는 이들의 혼합물, 0-6부의 강도 보강제, 4-12부의 감온성 보강제를 포함하고 있다.
본 발명에서 피드 아스팔트는 원유 정제과정을 통해 직접 또는 간접적으로 생산된 25℃ 침입도 30 dmm 이상인 석유계 아스팔트이며, 상기 석유계 아스팔트는 직류 아스팔트, 석유계 피치아스팔트, 산화 아스팔트 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 도로용으로 사용되는 범용 석유계 아스팔트가 사용될 수 있다. 이들은 <도로 아스팔트 노면 시공 기술규범> (JTGF40-2004) 중 도로 석유계 아스팔트 기술요구에 부합된다.
본 발명에서 사용되는 고분자 개질제는 바람직하게는 중량 평균 분자량이 50,000-600,000의 범위를 갖는 스티렌계 블록공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비닐클로라이드, 에틸렌메타크릴레이트, 에틸렌프로필렌고무, 또는 에틸비닐아세테이트 랜덤공중합체, 천연고무와 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폐타이어 가공품, 또는 폴리클로로프렌 등이다.
본 발명에서 사용되는 안정제는 유리 황 또는 황 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 측면은, 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 제조방법으로써, (i) 100 중량부의 피드 아스팔트, 2-15 중량부의 고분자 개질제를 100-250 ℃에서 1-15시간 동안 교반하면서 고분자 개질제를 분쇄 또는 용해시키는 단계; 및 (ii) 0-0.5 중량부의 안정제를 첨가한 후 1-15시간 동안 교반 하는 단계, 상기 (i) 또는 (ii) 단계에서, 4-15 중량부의 보강제를 더 첨가하는 단계로 구성된다.
본 발명에서는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 제조에 사용되는, 보강제는 100 중량부의 피드 아스팔트 대비 4-15 중량부의 보강제를 포함하고 있는 바, 상기 보강제에는 0-0.8중량부의 무기산 및 이의 산성 산화물중 적어도 한 가지, 0-14중량부의 강도 보강제와 0-12중량부의 감온성 보강제를 포함한다.
본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 시장에서 도로용으로 널리 사용되는 아스팔트를 피드로 하여 개질을 하여 얻어질 수 있어, 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 생산의 보편성을 제고할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 연화점 65℃, 25℃ 탄성회복률 50% 이상의 기술지표에 도달할 수 있다
또한, 본 발명의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 매스틱 아스팔트 혼합물의 제조 온도 범위인 230-250℃ 고온에 적용이 적합하고, 우수한 시공성을 제공한다. 따라서 본 발명의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 강상판 교면, 배수성포장, 노후 시멘트콘크리트 포장 유지보수, 반강성 포장 등의 방수를 목적으로 하는 불투수성 아스팔트 혼합물 제조에 사용이 적합하다.
고분자 개질제는 아스팔트의 고온 및 저온 성능을 개선하여, 아스팔트의 도로용 성능을 제고함으로써 도로의 사용수명을 연장시키는 개질제이다.
본 발명에서는 100부 피드 아스팔트에 2-15부 고분자 개질제를 첨가한다. 고분자 개질제의 첨가량이 2부보다 적을 경우, 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 탄성이 저하되여 소성변형이 발생할 수 있고, 첨가량이 15부을 초과하였을 경우 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 점도가 증가되어 생산과 시공이 어렵게 된다.
또한, 본 발명에서는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 점탄성을 높이고 고온 안정성과 강도 및/또는 감온성을 제고시키기 위하여 보강제를 첨가한다.
본 발명의 보강제는 무기산과 이의 산성 산화물 중 적어도 한 가지, 강도 보강제, 감온성 보강제로 나뉘여 진다. 각 지역의 기후와 교통조건이 다르기 때문에 매스틱 아스팔트 바인더 조성물에 대한 요구도 다를 수 있는데, 필요에 따라 상기의 보강제 중 한 가지 또는 몇 가지를 선정하여 사용할 수 있다.
본 발명에서는 100부 피드 아스팔트 대비 4-15부 보강제를 첨가한다. 보강제의 함량이 4부보다 적을 경우 개질 효과가 불량하고 조성물의 공용성능이 저하된다. 보강제의 함량이 15부를 초과할 경우 보강제의 과량에 의한 아스팔트 고유의 점착력이 약화되고 따라서 조성물의 공용성능이 저하된다.
그 중, 무기산과 산성 산화물 중 적어도 한 가지 보강제는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 점탄성을 증가시켜 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 소성변형 저항성을 개선할 수 있으며, 골재와의 점착성과 내수성을 제고시켜 매스틱 아스팔트 조성물의 내구성을 제고할 수 있다.
본 발명에서 무기산과 이의 산성 산화물 중 적어도 한 가지인 보강제는 HCl, H₃BO₃, B₂O₃, H₂SO₄, SO₃, HSO₃Cl, H₃PO₄ 및 P2O5이며, H₃PO₄가 바람직하다.
전술한 산성 산화물은 물과 반응하여 상기의 무기산을 생성할 수 있는 물질이다. 예를 들면 B₂O₃는 H₃BO₃의 산성 산화물이고 SO₃는 H₂SO₄의 산성 산화물이며, P2O5는 H₃PO₄의 산성 산화물이다.
강도 보강제는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 고온 열 안정성과 강도를 향상시켜 고온에서 매스틱 아스팔트 혼합물을 제조할 때 아스팔트 성능의 저하를 저감하고 소성변형 저항성을 제고 할 수 있다.
본 발명에서 강도 보강제는 연화점이 70℃이상이고 25℃에서의 침입도가 30dmm이하인 천연 아스팔트, 산업용 아스팔트, 석유계 피치, 콜타르 피치 중 적어도 한 가지이다.
침입도가 30dmm 초과인 경우 방향족 함량의 과다로 인한 매스틱 아스팔트 바인더의 강도와 고온 열 안정성이 약화되어 강도 보강제로 사용하기에 적합하지 않으므로 연화점이 70으로 ℃이상이고, 25℃에서의 침입도가 30dmm이하인 천연 아스팔트, 산업용 아스팔트 및 석유계 피치 중 적어도 한 가지를 선정하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 연화점이 100 ℃이상이고, 25℃에서의 침입도가 10 dmm 이하이다.
소량의 강도 보강제를 사용하여 충분한 개질 효과를 얻을 수 있기 때문에 피드 아스팔트 고유의 물성을 영향하지 않는 동시에 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 성능을 제고시킬 수 있기 때문이다.
감온성 보강제는 매스틱 아스팔트 바인더의 감온성을 제고시켜 기온변화에 의한 매스틱 아스팔트 혼합물의 성능변화를 저감할 수 있다.
본 발명의 감온성 보강제는 (1) 감압가스유의 수첨개질 공정의 공정부산물 (2) 감압가스유의 수첨분해 공정의 공정 부산물 (3) 조왁스 수첨 이성화 반응 공정의 공정부산물 (4) 메탄가스 합성 공정의 공정부산물 (5) 폴리에틸렌 합성 공정의 공정부산물 (6) 폴리프로필렌 합성 공정의 공정부산물을 포함하며, 바람직하게는 상기 공정 부산물 중 인화점이 180℃ 이상이고, 화합물내 포화 탄화수소 함량이 80%이상인 포화 탄화수소계 화합물 중 적어도 한 가지이다.
포화 탄화수소는 감온성을 높이는 작용을 하기 때문에 포화 탄화수소의 함량이 많을수록 기온변화에 의한 매스틱 아스팔트 혼합물의 성능변화가 더욱 작다. 만약 포화 탄화수소의 함량이 비교적 적으면 상대적으로 방향족 함량이 많아져 감온성이 저하되고 동일한 효과를 가지려면 더욱 많은 량을 첨가해야 하는데 이는 원가를 높이기에 경제적이지 못하다.
따라서 부산물 중 포화 탄화수소의 함량이 80%이상인 포화 탄화수소 부산물을 선택한다. 바람직하기는 (2) 감압가스유의 수첨분해 공정의 공정부산물과 (4) 메탄가스 합성 공정의 공정부산물 중 인화점이 230℃이고 포화 탄화수소 함량이 90%이상인 포화 탄화수소계 부산물 중 적어도 한 가지를 선택한다.
우선적으로 중량을 기준으로 피드 아스팔트 100부에 포함한 상기의 보강제는 0-0.8부 무기산과 이의 산성 산화물 중 적어도 한 가지, 0-14부 강도 보강제, 0-12부 감온성 보강제 중 적어도 한 가지이며 3종의 보강제 총 량은 4-15부 범위 내에 있다.
더욱 구체적으로 각 지역의 기후와 교통조건에 따라 하기와 같은 조합을 선택할 수 있다.
1) 환경조건이 열악한 지역, 즉 교통량이 크고 기온이 열악한 지역에서는 100부 피드 아스팔트에 0.2-0.8부 무기산과 이의 산성 산화물 중의 적어도 한 가지, 6-14부 강도 보강제, 0-6부 감온성 보강제를 조합해서 적용할 수 있다.
2) 환경조건이 비교적 열악한 지역, 즉 교통량이 비교적 크고 기온이 비교적 열악한 지역에서는 100부 피드 아스팔트에 0.1-0.5부 무기산과 이의 산성 산화물 중의 적어도 한 가지, 4-10부 강도 보강제, 2-10부 감온성 보강제를 조합해서 적용할 수 있다.
3) 환경조건이 양호한 지역, 즉 교통량이 크지 않고 기온이 열악하지 않은 지역에서는 100부 피드 아스팔트에 0 -0.3부 무기산과 이의 산성 산화물 중의 적어도 한 가지, 0-6부 강도 보강제, 4-12부 감온성 보강제를 조합해서 적용할 수 있다.
그 외에 고분자 개질제와 피드 아스팔트의 중합을 유도하기 위해 안정제를 첨가한다. 본 발명 중 사용된 안정제는 유리 황, 황 화합물 및 황 소스 중 적어도 한가지이며, 100부 피드 아스팔트에 0-0.5부 안정제를 첨가한다. 안정제가 0.5부를 초과할 경우 매스틱 아스팔트 바인더 조성물의 점도가 증가되어 조성물의 생산과 사용에 불리하며, 바람직하게는 안정제의 함량은 0.05-0.5부이다.
상기의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 하기와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
(i) 100 중량부의 피드 아스팔트, 2-15 중량부의 고분자 개질제를 100-250 ℃에서 1-15시간 동안 교반하면서 고분자 개질제를 분쇄 또는 용해시키는 단계; 및 (ii) 0-0.5 중량부의 안정제를 첨가한 후 1-15시간 동안 교반하는 단계, 상기 (i) 또는 (ii) 단계에서, 4-15 중량부의 보강제를 더 첨가하는 것을 포함하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제조하는 과정 중 임의의 단계에서 보강제를 첨가할 수 있을 뿐만 아니라 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 운수, 저장시에도 첨가가능하며, 매스틱 아스팔트 혼합물 생산시에도 보강제를 첨가할 수 있다.
이 때, 100-250℃ 온도에서 10분 이상 교반하는 것이 바람직하다. 그 외에 보강제는 상기의 과정 중 어느 단계에 관계없이 여러 차례 나누어 첨가할 수도 있고, 한 번에 모두 첨가할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따라 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따라 상기 본 발명에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조방법에 의해 제조된 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물을 제공한다.
이하, 본 발명의 구체예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 1
190℃ 유지하고 있는 반응기 내에, 25℃침입도가 68dmm인 범용 석유계 아스팔트(피드 아스팔트) 83.2부와 SBS (스티렌 함량이 30%이고 평균 분자량이 120,000) 5.3부, 농도가 85%인 농인산 0.5부, 포화 탄화수소 유분 2.5부, 25℃침입도가 2dmm이하인 천연 아스팔트 8.3부를 첨가하여 4시간 동안 교반 후, 유리 황 0.1부를 첨가하여 3시간 더 교반하여 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 2
190℃를 유지하고 있는 반응기 내에, 25℃침입도가 68dmm인 범용 석유계 아스팔트(피드 아스팔트) 81.6부와 SBS (스티렌 함량이 30%이고 평균 분자량이 120,000) 6.9부, 농도가 85%인 농인산 0.3부, 포화 탄화수소 유분 5.3부, 25℃침입도가 2dmm이하인 천연 아스팔트 5.7부를 첨가하여 4시간 동안 교반 후, 유리 황 0.2부를 첨가하여 3시간 더 교반하여 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 3
190℃를 유지하고 있는 반응기 내에, 25℃침입도가 68dmm인 범용 석유계 아스팔트(피드 아스팔트) 83부와 SBS (스티렌 함량이 30%이고 평균 분자량이 120,000) 7부, 농도가 85%인 농인산 0.1부, 포화 탄화수소 유분 7.1부, 25℃침입도가 2dmm이하인 천연 아스팔트 2.5부를 첨가하여 4시간 동안 교반 후, 유리 황 0.3부를 첨가하여 3시간 더 교반하여 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 4
190℃를 유지하고 있는 반응기 내에, 25℃침입도가 68dmm인 범용 석유계 아스팔트(피드 아스팔트) 85부와 SBS (스티렌 함량이 30%이고 평균 분자량이 120,000) 10.5부, 포화 탄화수소 유분 4.2부를 첨가하여 7시간 동안 교반 후, 유리 황 0.3부를 첨가하여 3시간 더 교반하여 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
비교예 1
190℃를 유지하고 있는 반응기 내에, 25℃침입도가 26.2dmm인 저 침입도 석유계 아스팔트 75부와 25℃침입도가2.1dmm이고 연화점이 95.2℃인 트리니다드레이크 천연 아스팔트 25부를 첨가하여 1시간 동안 교반하여 제조하였다.
비교예 2
190℃를 유지하고 있는 반응기 내에 피드 아스팔트(상기의 실시예 1-4와 같은 종유의 피드 아스팔트) 89.8부와 SBS (스티렌 함량이 30%이고 평균 분자량이 120,000) 10.1부를 첨가하여 7시간 동안 교반 후 유리 황 0.1부를 첨가하여 3시간 더 교반하여 제조하였다.
상기의 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물에 대하여 품질시험을 수행하였으며, 표 1에 나타내었다.
<아스팔트 혼합물 제조>
실시예 5-8
실시예 5, 6, 7 및 8은 각각 상기 실시예 1, 2, 3, 4에 기재된 아스팔트 바인더 조성물을 하기 표 2와 같은 함량을 사용하여, 매스틱 아스팔트 혼합물은 아래와 같은 방법으로 제조하였다.
<도로 강상판 교면포장 설계와 시공 기술지남>에서 규정한 GA-10형 입도의 골재와 본 발명 중 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 220-240℃에서 30분 동안 혼합하되 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 대비 2%의 사소비트(Sasobit)를 첨가하여 혼합 용이도를 높여 매스틱 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 3
비교예 3은 상기 비교예 1에 기재된 아스팔트 바인더 조성물을 사용하였으며, 종래의 방법에 따라 사소비트(Sasobit)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 5~8에 기재된 것과 동일한 방법으로 매스틱 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 4
비교예 4는 상기 2에 기재된 아스팔트 바인더 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5-8에 기재된 것과 동일한 방법으로 매스틱 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112011006544678-pat00001

표 1에서 참고예 1은 본 발명의 실시예와 비교예 2에 사용된 도로용 범용 석유계 아스팔트이고 참고예 2는 비교예 1에 사용된 저 침입도 석유계 아스팔트이다.
표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1-4, 즉 본 발명의 매스틱 아스팔트 바인더 조성물은 기존의 매스틱 아스팔트 조성물(비교예 1)에 비하여 모든 면에서 월등히 향상된 성능을 보인다.
즉, 본 발명에 따른 조성물은 연화점과 탄성력이 크게 개선됨으로써 고온 성능이 제고되었다. 이 외에 단순히 고 함량의 고분자 개질제만을 첨가한 비교예 2의 물성도 매우 우수한 특성을 보였으나 표 2에서와 같이 매스틱 아스팔트 혼합물의 성능에 있어서는 좋지 못하였다.
본 발명에서는 발명의 구체성을 높이기 위해 상기 비교예와 실시예에 따른 조성물을 사용하여, 국내 기준이 되고 있는 일본 교면 포장 기준안(1979.4)에 따른 불투수성 아스팔트 혼합물을 제조한 후 성능 개선 여부를 비교 평가하였으며, 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112011006544678-pat00002

매스틱 아스팔트 혼합물은 포설 후 전압 작업이 요구되지 않는 포장 공법으로서 230-250℃의 고온에서 슬러리 상태로 시공이 이루어진다. 따라서, 포설 후 이른 시간에 구조물 상부에 고르게 분포가 되어야 하는데 이를 평가하는 것이 유동도 값이며, 값이 작을수록 분산이 빨라 작업이 양호해진다.
또한 교통개방 후 차량의 하중에 의한 매스틱 아스팔트 혼합물의 변형이 최소화 되어야 하는데, 이의 평가 지표로 관입도, 관입도 증량과 동적 안정도 시험이 사용된다. 관입도와 관입도 증량 값은 작을 수록, 동적 안정도 값은 클수록 차량 하중에 대한 조성물의 변형 저항성이 커 변형이 적게 발생한다. 파단 변형은 교량 등과 같은 구조물의 반복 변형이 심한 상황에서 아스팔트 바인더 조성물의 수명을 평가하는 항목으로 사용되며, 값이 클수록 균열 저항성이 양호함을 의미한다.
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 조성물을 사용하여 제조한 매스틱 아스팔트 혼합물(실시예 5-8)은 기존의 매스틱 아스팔트 혼합물(비교예 3)에 비하여 시공시 작업성, 파단 변형에 대한 저항성, 하중에 대한 변형 저항성 등 조성물 요구 성능 전반에 걸쳐 큰 폭으로 향상됨을 알 수 있다. 특히 기존의 매스틱 아스팔트 혼합물 대비 동등 이하의 바인더 함량으로 성능 향상을 기대할 수 있음에 따라 시공비의 절감도 기대할 수 있다.
반면, 비교예 4의 경우 비록 우수한 바인더 물성을 보였지만 혼합물의 변형 저항성 지표인 관입도와 관입도 증량 값이 매우 불량하여 매스틱 아스팔트 혼합물에 사용이 부적합한 것으로 나타났다. 이러한 평가 결과는 단순히 바인더의 물성만으로는 불투수성 아스팔트 혼합물의 성능을 가늠할 수 없음을 반증하는 좋은 예이다.

Claims (14)

  1. 중량을 기준으로, 피드 아스팔트 100부, 고분자 개질제 2-15부, 보강제 4-15부, 안정제 0-0.5부가 포함되며,
    상기 고분자 개질제는 중량 평균 분자량이 50,000-600,000의 범위를 갖는 스티렌계 블록공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비닐클로라이드, 에틸렌메타크릴레이트, 에틸렌프로필렌고무, 또는 에틸비닐아세테이트 랜덤공중합체, 천연고무와 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폐타이어 가공품, 폴리클로로프렌 고무 또는 이들의 혼합물이며,
    상기 보강제는 중량을 기준으로 0-0.8부의 무기산 또는 이의 산성 산화물(물과 반응하여 상기의 무기산을 생성할 수 있는 물질) 또는 이의 혼합물, 0 초과 -14부의 강도 보강제, 0 초과 -12부의 감온성 보강제를 포함하며,
    상기 안정제는 유리 황 또는 황 화합물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 무기산 또는 이의 산성 산화물은 HCl, H₃BO₃, B₂O₃, H₂SO₄, SO₃, HSO₃Cl, H₃PO₄, P2O5 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 강도 보강제는 연화점 70℃이상, 25℃ 침입도 30dmm 이하인 천연 아스팔트, 산업용 아스팔트, 석유계 피치, 콜타르 피치 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 감온성 보강제는 감압가스유의 수첨개질 공정 또는 수첨분해 공정, 조왁스 수첨 이성화 반응 공정, 메탄가스 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 합성 공정 중에서 선택된 1종 이상의 공정으로부터 생성된 공정 부산물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 감온성 보강제는 ASTM D92규격에 따른 인화점이 180℃ 이상이고, 화합물내 포화 탄화수소 함량이 80중량% 이상인 포화 탄화수소계 화합물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 피드 아스팔트는 원유 정제과정으로부터 생산된 25℃ 침입도 30 dmm 이상인 석유계 아스팔트인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 석유계 아스팔트는 직류 아스팔트, 석유계 피치, 아스팔트, 산화 아스팔트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1항, 제 3항 내지 제 6항, 제 8항 및 제 9항 중 어느 한 항에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물.
  13. (i) 100 중량부의 피드 아스팔트, 2-15 중량부의 고분자 개질제를 100-250 ℃에서 1-15시간 동안 교반하면서 고분자 개질제를 분쇄 또는 용해시키는 단계,
    상기 고분자 개질제는 중량 평균 분자량이 50,000-600,000의 범위를 갖는 스티렌계 블록공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비닐클로라이드, 에틸렌메타크릴레이트, 에틸렌프로필렌고무, 또는 에틸비닐아세테이트 랜덤공중합체, 천연고무와 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폐타이어 가공품, 폴리클로로프렌 고무 또는 이들의 혼합물 ; 및
    (ii) 유리 황 또는 황 화합물의 안정제를 첨가한 후 1-15시간 동안 교반하는 단계, 상기 (i) 또는 (ii) 단계에서, 4-15 중량부의 보강제를 더 첨가하는 것을 포함하며, 상기 보강제는 중량을 기준으로 0-0.8부의 무기산 또는 이의 산성 산화물(물과 반응하여 상기의 무기산을 생성할 수 있는 물질) 또는 이의 혼합물, 0 초과 -14부의 강도 보강제, 0 초과 -12부의 감온성 보강제를 포함하는 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조 방법.
  14. 제 13항에 따른 매스틱 아스팔트 바인더 조성물 제조방법에 의해 제조된 아스팔트 바인더 조성물을 포함하는 매스틱 아스팔트 혼합물.
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