KR101637192B1

KR101637192B1 - 염화물 침투를 억제하는 고밀도 내구성 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물

Info

Publication number: KR101637192B1
Application number: KR1020160005424A
Authority: KR
Inventors: 박정호; 성기영
Original assignee: 주식회사 한수도로산업
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2016-07-07

Abstract

과제: 수지계 첨가재와 고무계 첨가재를 현장에서 혼합하여 사용하는 경우 상용성 등에 어려움이 있어 이를 해결하고, 급변하는 기후 환경 하에 놓인 아스팔트 포장 도로의 내구성을 증대하고, 수분 침투 및 제설제의 염화물 침투로 인한 구조물의 손상을 방지하고 소성변형에 대한 저항성이 높은 바인더 및 아스팔트 혼합물을 제공하려는 것.
해결방법: 고강도용 수지계 첨가재 및 고탄성용 고무계 첨가재의 종류를 적절하게 적용하고, 적합한 상용화제를 가하여 현장 플랜트에서 혼합할 수 있는 플랜트 타입의 고점도, 고탄성, 저공극 및 고밀도용 아스팔트 바인더 및 이러한 바인더를 포함하는 아스팔트 혼합물을 제공한다.

Description

염화물 침투를 억제하는 고밀도 내구성 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물 {High strength and high durable asphalt binder and asphalt concrete composition}

본 발명은 아스팔트 첨가재, 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

최근의 기후는 국지성 폭우, 폭설, 온난화 등으로 도로의 환경이 날로 악화되고 있다. 특히 겨울철에 폭설로 인하여 도로에 쌓인 눈이나 얼음의 의해 발생하는 피해를 막고자 다량의 제설제를 사용하고 있다. 제설제로 가장 효과적인 것은 염화칼슘이나 염화나트륨으로, 염화물이 포장면의 균열부나 공극으로 침투하여 구조물의 열화 및 철근 부식을 유발하여 포장의 안정성을 크게 위협하고 있다.

일반적으로 저공극 포장을 형성하기 위해서는 골재 입도 조정, 바인더 증량 등의 방법이 있으나, 위 두 가지 방법 모두 바인더 증가로 인한 소성변형 문제가 발생할 가능성이 있어 강성을 증가시킬 필요가 있으며, 특히 바인더를 증량하는 경우에는 바인더가 과량일 경우 바인더의 흐름을 방지하기 위한 섬유 등의 첨가재가 필요하다. 또한, 골재 입도를 조정하는 경우 도로포장 표면에 요철부위가 다량 형성되어 제설제 및 물이 도로포장 표면에 체류하게 되어 포장의 수명을 단축할 가능성이 있으므로, 표면 요철을 줄일 필요가 있다.

또한, 기존의 개질 아스팔트 혼합물이 저공극 불투수성 혼합물이 되면 수분 침투는 억제할 수 있으나 바인더의 사용량 증대에 따른 동적안정도가 약 2,000회/mm 정도로 소성변형이 우려되고, 미끄럼 저항성이 감소하는 문제점이 발생한다.

아스팔트 개질재를 종류별로 분류하자면, 먼저 SBS 개질재나 폐타이어 고무분말 개질재와 같은 고무 개질재가 있다. 특허 제1151408호는 ⅰ) 아스팔트 혼합물용 골재 94.5~96.0중량% 및 ⅱ) 개질 아스팔트 4.0~5.5중량%로 이루어지며, 상기 개질 아스팔트는 플랜트 믹스형 배수성 개질첨가재를 10~20중량% 포함하되, 상기 플랜트 믹스형 배수성 개질첨가재는 아스팔트 25~40중량%, 프로세스 오일 20~40중량%, 개질재 20~35중량%, 내열안정제 5~15%, 가교촉진 산화방지제 0.1~1.0중량% 및 내수성 부착증진제 0.1~0.7중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 골재 부착능 및 내수성을 강화한 플랜트 믹스형 배수성 개질 혼합물을 개시하고 있다. 이 발명의 개질첨가재는 SBS계와 WAX계를 주성분으로 하여 아스팔트와 미리 섞어서 입자성형을 하도록 하였으며, 다짐온도가 135℃로 중온 아스팔트에 가깝다. 또한, 이 개질첨가재는 일종의 고무계 개질재이다. 또한, 이 발명 표 4의 박막가열 후 침입도 변화율 75~76%이라는 결과를 보면, 일반적인 침입도 잔류율이 55% 이상임에 비추어 이 발명 개질첨가재는 노화에 취약할 것으로 예상된다.

고무 개질재 외에도 수지 개질재가 있는데, 수지 개질재의 일례로는 특허 제1043032호의 에틸렌과 부텐 또는 옥텐이 공중합된 폴리올레핀 엘라스토머 50~95중량%와 저분자량 폴리에틸렌 왁스 5~50중량% 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 개질재가 있다. 이 발명의 개질재는 올레핀수지계와 왁스계를 주성분으로 하여 펠렛형으로 제조하였으며, 이 발명 표 3을 보면 동적안정도가 3000~5000 정도로서 수지계 개질재의 고강도 특성을 극대화하지 못한 것으로 판단되며, SBS 개질재(프리믹스형)와 동등한 수준으로 판단된다. 특허 제1102883호에는 에폭시 개질아스팔트 바인더를 이용한 에폭시 개질 아스팔트 혼합물 제조방법이 개시되어 있다. 이 발명의 개질재는 에폭시수지를 주성분으로 하여 현장에서 주제경화제를 계량 투입하여 시공 후 경화되는 수지계 개질재로 판단되며, 취성보강용으로 섬유를 사용하고, 생산온도가 120℃ 정도의 중온 아스팔트로서 골재 중의 수분을 완벽하게 건조하는 문제, 별도의 투입설비 설치 및 운영에 대한 문제, 경화형으로서 시공허용시간이 생산 후 최소 50분 최대 90분으로 40분 이내에 시공을 완료해야 하는 시간적 제한문제 등을 내포하고 있다.

그 외 복합형 개질재의 예로서 공개특허공보 10-1998-82220호는 아스팔트에 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 어택틱폴리프로필렌(APP), 폴리에틸렌(PE), 스티렌부타디엔고무(SBR), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머 (SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 및 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(EPDM) 중에서 선택되는 개질제를 혼합하여 고형화한 개질 아스팔트 고형물을 개시하고 있다. 이 발명의 개질재는 고무계와 수지계의 복합형 바인더로 고강도 고탄성 성능을 발현할 것으로 기대된다. 그러나, 이 발명의 개질재는 프리믹스형으로서 120℃ 이하로 보관하여야 하는 조건에서 아스콘 생산시 계량 및 투입작업이 곤란해 보이며, 140℃에서 저장안정성이 크게 저하되는 것을 볼 때, 개질재 각 성분들의 상용성의 개선이 필요하다. 또한, 냉각하여 고형물로 제작하여 생산시 플랜트믹스형으로 사용할 경우 양호하게 분산, 혼합되기 위해서는 혼합온도, 혼합시간이 증가하기 때문에 생산성이 저하될 수 있다. 특허 1030308호는 폐타이어 미세분말 56-64중량%, 저밀도 폴리에틸렌 미세분말 28-36중량%, 상용화제 3중량%, 카본블랙 4.5중량%, 분산제로서 PE WAX 0.5 중량%로 조성된 일반아스팔트 혼합물용 개질첨가재 조성물을 개시하고 있다. 이 발명의 개질첨가재는 폐타이어 분말과 LDPE의 복합형으로 생각되지만, 상용화제로 사용된 NB1600PE는 극성물질인 골재와 비극성물질인 바인더와의 접착을 위한 재료이고, 바인더 내부에서 폐타이어 분말 형태로 존재하여 골재 등과의 상용성이 부족하고, PE WAX로서 분산성을 증대시켜 폐타이어 분말과 LDPE의 상용성을 높인 기술로 생각된다. 그러나, 이 발명 표 4를 보면 동적안정도가 2000~3000 정도로서 수지계의 고강도 특성을 극대화하지 못하였고, 노화된 폐타이어 분말 고무계의 접착력이 저하되어 좀더 개선이 필요한 것으로 판단된다.

그 밖의 개질재로서 유황개질재 등이 있다.

스트레이트 아스팔트의 점탄성을 개선하고자 현재는 수지계 또는 고무계 개질재를 미리 교반하여 아스콘 업체로 이송하여 개질 아스팔트를 생산하고 있다. 수지계 또는 고무계 개질재를 현장에서 직접 혼합하여 사용하는 것은 어려움이 있으며, 현재 많은 연구로 일부 현장 적용 중에 있다. 그러나, 수지계와 고무계 개질재를 동시에 적용하기에는 더 많은 연구가 필요하다.

따라서, 본 발명은 급변하는 기후 환경 하에 놓인 아스팔트 포장 도로의 내구성을 증대하고자 저공극 불투수성 혼합물로 하여 수분 침투 및 제설제의 염화물 침투로 인한 구조물의 손상을 방지하고 소성변형에 대한 저항성을 높이기 위해, 동적안정도를 현저히 개선한 새로운 타입의 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공하려는 것이다.

본 발명은 고강도용 수지계 개질재 및 고탄성용 고무계 개질재를 적절하게 적용하고 현장 플랜트에서 직접 혼합할 수 있는 플랜트 타입의 고점도, 고탄성, 고밀도용 아스팔트 첨가재, 아스팔트 바인더 및 이러한 아스팔트 첨가재를 포함하는 아스팔트 혼합물을 제공하는 것을 목표로 한다.

위와 같은 목표를 달성하기 위하여 본 발명자들은 고무계 첨가재로서 SBS와 SBR을 선택하고, 점착성 부여수지로서 C5와 C9을 선택하였으며, 수지계 첨가재로서 수지계 플라스토머 및 수지계 엘라스토머를 선택하고, 탄산칼슘, 방향족계 또는 파라핀계 프로세스 오일과 지환족 탄화수소 폴리머로 이루어진 유기 고분자 상용화제를 가하여 본 발명의 아스팔트 첨가재를 제조하였다.

상기 SBS로는 스티렌 함량이 10~30중량%인 것과 스티렌 함량이 30~40중량%인 것을 각각 사용하는데, 스티렌 함량이 높은 것은 탄성이 강하며, 스티렌 함량이 적은 것은 점성이 높아진다.

또한, 상기 수지계 플라스토머와 수지계 엘라스토머에는 수지계 열가소성 플라스토머인 LDPE, 수지계 열가소성 플라스토머로서 VA 함량이 5~20중량%인 EVA, 수지계 열가소성 엘라스토머로서 VA 함량이 20~40중량%인 EVA, 수지계 열가소성 플라스토머인 PP를 선택할 수 있다.

본 발명은

스티렌 함량이 10~30중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene);

스티렌 함량이 30~45중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene);

SBR (styrene-butadiene rubber);

C5 석유수지;

C9 석유수지;

수지계 엘라스토머 및 수지계 플라스토머;

탄산칼슘;

방향족계 및 파라핀계 프로세스 오일 중 1종 이상;

박리방지제; 및

유기 고분자 상용화제;를 포함하는 아스팔트 첨가재에 관한 것이다.

또한, 본 발명은

스티렌 함량이 10~30중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene) 1~25중량%;

스티렌 함량이 30~45중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene) 5~30중량%;

SBR (styrene-butadiene rubber) 1~20중량%

C5 석유수지 5~15중량%;

C9 석유수지 5~25중량%

수지계 엘라스토머 및 수지계 플라스토머 10~40중량%

탄산칼슘 1~10중량%

방향족계 및 파라핀계 프로세스 오일 중 1종 이상 3~15중량%

박리방지제 1~2중량%

유기 고분자 상용화제 3~15중량%;를 포함하는 아스팔트 첨가재에 관한 것이다.

스티렌 함량이 10~30중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene)가 1중량% 미만인 경우 저온탄성 효과가 저하되며, 25중량%를 초과하면 점도가 과다하게 상승하고 작업성이 저하된다.

스티렌 함량이 30~45중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene)가 5중량% 미만인 경우 저온탄성 효과가 저하되며, 30중량%를 넘는 경우 점도가 과다하게 상승하고 작업성이 저하된다.

SBR (styrene-butadiene rubber)이 1중량% 미만인 경우 신도 및 신율 개선효과가 저하되며, 20중량%를 초과하는 경우 점도가 상승하고 작업성이 저하된다.

C5 석유수지가 5중량% 미만이면 접착성 및 강도가 저하되고, 15중량%를 초과하면 저온취성문제가 발생한다.

C9 석유수지가 5중량% 미만이면 접착성 및 강도가 저하되고, 25중량%를 초과하면 저온취성문제가 발생한다.

수지계 엘라스토머 및 수지계 플라스토머가 10중량% 미만인 경우 고온성능 및 강도가 저하되며, 40중량%를 초과하는 경우 혼합성 및 상용성이 저하된다.

탄산칼슘은 1~10중량%가 바람직한데, 부족한 경우 점도가 상승하고 작업성이 저하되며, 과량인 경우 성형성이 저하된다.

방향족계 및 파라핀계 프로세스 오일 중 1종 이상은 3~15중량%가 바람직한데, 부족한 경우 윤활성 및 분산성이 저하되고, 과량인 경우 유동성이 지나치게 증가하고 고온성능이 저하된다.

박리방지제는 1중량% 미만인 경우 박리저항효과가 저하되며, 2중량%를 초과하면 유동성이 지나치게 증가하며 경제성이 낮다.

유기 고분자 상용화제는 3~15중량%가 바람직한데, 부족할 경우 섞임성능이 저하되며, 과량의 경우 섞임성능이 저하되고, 점도가 증가하며, 작업성이 낮아진다. 또한, 본 발명은 상기 유기 고분자 상용화제가 폴리올레핀 및 무수 말레인산 공중합체 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 한다.

상기 유기 고분자 상용화제 중 폴리올레핀, 특히 에틸렌 비닐 아세테이트 수지는 에틸렌과 비닐 아세테이트 (vinyl acetate; VA)의 공중합체인데, 그 성질은 VA 함량과 분자량에 의해 크게 달라지고, VA 함량이 적을수록 그 성질은 PE (Polyethylene) 수지와 유사하고, VA 함량이 증가하면 연화점은 저하하며, VA 함량이 대단히 많아지면 상온에서 고점도 액상을 나타내기에 이른다. 통상 VA 함량 7~60% 정도의 것을 에틸렌 비닐 아세테이트 수지라 부르고, VA 함량 5% 미만의 경우에는 과도한 플라스틱 성질로 최종 개발품의 취성 증가 및 혼합성능이 저하되기 때문에 VA 5% 이상의 EVA 수지를 사용하는 것이 적합하다. VA 함량이 40%를 초과하는 경우에는 과도한 연성으로 최종 개발품의 유동성이 증가하고 강도가 저하되는 문제가 있으므로 VA 함량 40% 이하의 EVA 수지를 사용하는 것이 적합하다. 본 발명의 개질재 제조에는 비닐 아세테이트 함량 5~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지와 비닐 아세테이트 함량 20~40중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 이용하여 결정성 수지와 비결정성 재료와의 상용성을 증대하였다.

또한, 유기 고분자 상용화제로 사용 가능한 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머 수지(EEA)는 에틸렌 비닐 아세테이트보다 에스테르 결합에 탄소가 더 첨가되는 등 화학적으로 좀더 낮은 극성을 나타내며, 비결정성의 재료와의 상용성을 증대시킨다. EEA 수지는 에틸 아크릴레이트의 함량이 클수록 극성이 커지기 때문에 비결정성과의 상용성이 저하되어 에틸 아크릴레이트의 함량 10~30중량%인 EEA 수지를 사용하는 것이 적합하다. 본 발명에서 유기 고분자 상용화제로는 폴리올레핀과 무수 말레인산 공중합체로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, EVA, EEA를 비롯하여 2 이상의 폴리올레핀 수지를 상용화제로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에서 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머 수지(EEA)와 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(EVA)는 유기 고분자 화합물 상용화제로도 사용되며, VA 함량 5~20% 범위 내의 EVA는 수지계 열가소성 플라스토머로, VA 함량 20~40% 범위 내의 EVA와 EEA는수지계 열가소성 엘라스토머로도 사용된다.

또한, 본 발명은 상기 수지계 플라스토머가 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 비닐 아세테이트 함량이 5~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 및 에폭시 수지 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 수지계 엘라스토머가 비닐 아세테이트 함량이 20~40중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 박리방지제가 아민임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 아스팔트 첨가재 10~20중량%; 및 아스팔트 80~90중량%를 포함하는 아스팔트 바인더에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 아스팔트가 스트레이트 아스팔트임을 특징으로 하는 아스팔트 바인더에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 아스팔트 바인더 3~10중량% 및 골재 90~97중량%를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 아스팔트 혼합물 90~99중량% 및 무기안료 1~10중량%를 포함하는 유색 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 골재 중 10~100중량%를 재생골재로 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 아스팔트 바인더를 4~8중량% 증량하여 아스팔트 혼합물이 저공극, 수밀성이 되도록 함을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 저공극, 수밀성 아스팔트 혼합물의 골재 중 10~100중량%를 재생골재로 사용하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 아스팔트 바인더 3~18중량% 및 골재 82~97중량%를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물의 하부에 에폭시와 아스팔트의 혼합액을 프라임 코팅으로 사용하는 아스팔트 혼합물 시공방법 및 단면구성에 관한 것이다. 다시 설명하면, 에폭시 40~60중량%와 아스팔트 40~60중량%의 혼합액(상품명: "EPA-Coat")을 프라임 코팅하는 공정; 및 상기 프라임 코팅층 위에 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물을 시공하는 공정;을 포함하는 도로포장방법 및 이 방법으로 시공된 포장구조에 관한 것이다. 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물로 포장시 하부에는 일반적인 아스팔트 프라임 코팅을 비롯한 다양한 프라임 코팅을 할 수 있으나, 특별히 에폭시와 아스팔트의 혼합액으로 프라임 코팅하여 그 위에 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물을 시공하는 경우 접착성이 좋아 강도가 향상되며, 프라이머 층의 방수 성능이 향상되어 강상판이나 교량, 염화물 적설 취약지구, 도로 노면, 중앙분리대 주변, 공항, 항만, 섬지역 도로 등의 포장에 이용하기 좋다.

프라이머는 아스팔트 콘크리트 하부와 콘크리트 상판의 접착력을 증대하고, 발생가능한 미접착부위로 염화물 및 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해 단순 수지를 살포하여 접착력을 증대시키거나 또는 시공이 간편한 아스팔트 유제를 살포하고 있으며, 공간차단을 위한 도막두께 확보 및 강도 개선을 위해 고무개질 바인더를 사용하고 있으나 고무개질에 따른 시공성 저하는 불가피하다. 본 발명자들이 개발한 에폭시개질바인더(화학구조는 도 1과 같음)는 도막두께 및 강도를 확보하며, 시공성도 우수하다.

좀 더 구체적으로 설명하면, (a) 에폭시 경화제(30℃∼60℃)와, 에폭시주제가 포함된 아스팔트(160℃)를 각각 가열하는 단계; (b) 상기 에폭시 경화제와 상기 에폭시 주제가 포함된 아스팔트를 교반하기 위한 이송 주입단계; (c) 상기 에폭시 경화제와 상기 에폭시 주제가 포함된 아스팔트를 혼합하여 에폭시 개질아스팔트 바인더를 성형하는 교반 단계; 및 (d) 상기 에폭시 개질아스팔트 바인더를 가압하여 노면에 살포하는 가압·살포단계를 포함하여 이루어지되, 상기 에폭시 주제는 비스페놀-A형 또는 노블락페놀형의 에폭시수지로서 분자구조 내에 적어도 2개 이상의 에폭사이드기를 갖는 당량 180~500인 것들의 혼합물이고, 상기 에폭시 경화제는 분자구조 내에 반응성 아미노기를 2개 이상 갖는 아민가 180~220의 폴리아미드 수지와 탄소수 8~11개의 지방족 1가 아민의 혼합물로 구성된다. 상기 (d)단계에서 교량 슬래브가 콘크리트 바닥판인 경우에는 상기 에폭시 개질아스팔트 바인더를 0.5~0.7㎏/㎡ 살포하고, 교량 슬래브가 SPA 아스팔트층인 경우에는 상기 에폭시 개질아스팔트 바인더를 0.4~0.5㎏/㎡ 살포하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 첨가재를 포함하는 아스팔트 바인더에 대하여 실험한 결과, 수지계 첨가재만을 가한 아스팔트 바인더나 고무계 첨가재로서 SBS를 가한 아스팔트 바인더에 비하여 침입도, 연화점, -10℃ 및 -20℃에서의 휨에너지, 아스팔트 콘크리트 혼합물에 대하여 마샬안정도, 간접인장강도, 터프니스, 동적안정도, -10℃ 및 25℃에서의 휨강도가 모두 향상되었음을 확인하였다. 이와 같이, 본 발명의 첨가재를 포함하는 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물은 저공극의 특성이 있어 불투수층을 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 첨가재를 함유하는 아스팔트 바인더는 연화점이 90℃ 이상이고, 아스팔트 바인더를 함유하는 아스팔트 콘크리트 혼합물은 동적안정도를 개선하여 고온에서 강도가 증진되었고, -10℃ 및 -20℃에서 휨 성능을 발휘하여 이와 같이 낮은 온도에서 취성 파손되는 여타 아스팔트 혼합물과는 물성에서 큰 차이를 나타내었다.

뿐만 아니라, 수지, 고무 및 스트레이트 아스팔트는 서로 섞임이 좋지 않았으나, 본 발명자들은 첨가재에 유기 고분자 상용화제를 사용하여 결정성 수지와 비결정성 아스팔트 및 고무계 탄성체와의 상용성을 극대화하였다(도 2 참조). 유기 고분자 상용화제를 사용하지 않은 경우와 비교할 때 본 발명의 첨가재를 사용한 경우 물리적 성능이 월등히 개선되었다. SEM 측정결과, 도 3과 같이 바인더 내부에서의 분산성이 향상되어 바인더 성능 및 혼합물 물성이 실시예 6과 같이 증진되었다.

또한, 본 발명의 첨가재, 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물은 수분 및 제설제 용해액 침투저항성능 즉, 염화물 저항성능이 강화되었고, 박리저항성 및 내구성이 향상되었다.

본 발명의 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물은 아스팔트 포장도로, 콘크리트 포장도로, 교량, 공항포장, 부두 포장 등의 신설 및 보수, 고속도로 중앙분리대 주변 및 노견 특히 잔설이 남아있는 노견에 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포장하기 전 프라임 코팅용 에폭시와 아스팔트의 혼합물에 사용할 에폭시 개질 바인더에 관한 것이다.
도 2는 결정성 수지와 비결정성 아스팔트 및 고무계 탄성체와의 상용성을 극대화하는 상용화제로 사용 가능한 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머(EEA)의 화학구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 아스팔트 바인더 내부에서 분산성이 향상된 결과를 나타내는 SEM 사진이다.

아래에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예의 기재에만 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

실시예 1: 첨가재(상품명 " SPAC ")

성분	함량(중량%)
고무계 개질재(SBS1)	5~30
고무계 개질재(SBS2)	1~25
고무계 개질재(SBR)	1~20
석유수지 1	5~15
석유수지 2	5~25
수지계 개질재(PP)	10~40
탄산칼슘	1~10
프로세스 오일	3~15
박리방지제	1~2
유기 고분자 상용화제	3~15

실시예 2: 실시예 1의 첨가재(상품명 " SPAC ")를 가한 아스팔트 바인더

성분	특징
스트레이트 아스팔트	스트레이트 아스팔트(AP5); 침입도 60~80, PG 64-22
고무계 개질재(SBS1)	고무계 열가소성 탄성체: 스티렌 함량 30~45 중량%
고무계 개질재(SBS2)	고무계 열가소성 탄성체: 스티렌 함량 10~30 중량%
고무계 개질재(SBR)	고무계 열가소성 탄성체: 스티렌 함량 10~30 중량%
C5	점착성 부여수지: 올레핀계 석유수지
C9	점착성 부여수지: 방향족 탄화수소계 석유수지
PP	수지계 열가소성 플라스토머
LDPE	수지계 열가소성 플라스토머
EVA1	수지계 열가소성 플라스토머: VA 함량 5~20 중량%
EVA2	수지계 열가소성 엘라스토머: VA 함량 20~40 중량%
EEA	수지계 열가소성 엘라스토머: EA 함량 10~30 중량%
에폭시 수지	수지계 열경화성 플라스토머
탄산칼슘	CaCO₃: 입자 크기가 2~8 ㎛인 중질탄산칼슘
상용화제	유기 고분자 상용화제(EVA, EEA 등), 지환족 탄화수소 폴리머
프로세스 오일	방향족계 또는 파라핀계 프로세스 오일
박리방지제	아민계 박리방지제
에폭시계와 아스팔트계혼합액	수지계 열경화성 플라스토머와 아스팔트를 혼합하여 프라임코트 및 텍코트로 사용 (상품명: "EPA-Coat")

	실시예 2	비교예 1	비교예 2
스트레이트 아스팔트	86	86	86
본 발명의 복합 첨가재("SPAC"라 함)	14	-	-
고무계 개질재(SBS)	-	-	14
수지계 개질재(EVA)	-	14	-

실시예 3: 실시예 1의 첨가재를 가한 아스팔트 콘크리트 혼합물(상품명 "SPA 아스콘")

	실시예 3	비교예 3	비교예 4
골재(20 ㎜ 이하)	23.7	23.7	23.7
골재(13 ㎜ 이하)	12.3	12.3	12.3
골재(5 ㎜ 이하)	55.0	55.0	55.0
골재(석회석분)	3.8	3.8	3.8
아스팔트 바인더	5.2	5.2	5.2

실험예

상기 실시예 2의 성분으로 제조된 아스팔트 바인더와, 비교예로서 스트레이트 아스팔트에 개질재로서 EVA를 사용한 비교예 1 및 개질재로서 SBS를 사용한 비교예 2에 대하여 침입도, 연화점, -10℃ 및 -20℃에서의 휨에너지를 측정하고, 상기 실시예 3의 배합으로 제조된 아스팔트 콘크리트 혼합물과 비교예로서 스트레이트 아스팔트에 개질재로서 EVA를 사용한 비교예 3 및 개질재로 SBS를 사용한 비교예 4에 대하여 마샬안정도, 간접인장강도, 터프니스, 동적안정도, -10℃ 및 25℃에서의 휨강도를 측정하였다. 결과는 표 5, 6에 나타내었다.

항목	단위	실시예 2	비교예 1	비교예 2
-	-		스트레이트 아스팔트 +EVA	스트레이트 아스팔트 +SBS
침입도	1/10㎜	16	25	30
연화점	℃	93	76	72
휨에너지(-10℃)	kPa	1500	400	900
휨에너지(-20℃)	kPa	600	200	400

항목	단위	실시예 3	비교예 3	비교예 4
-	-		스트레이트 아스팔트 +EVA	스트레이트 아스팔트 +SBS
공극율	%	4.5	4.6	4.7
마샬안정도	N	1697	1,168	1,230
간접인장강도	MPa	1.39	1.14	1.23
TSR	%	88	76	81
터프니스	N·m	15	8	11
동적안정도	회/㎜	28,000	5,691	4,720
휨강도(25℃)	MPa	8.6	7.5	6.5
휨강도(-10℃)	MPa	15.5	13.4	11.8

실시예 4: 실시예 1의 첨가재를 가한 아스팔트 콘크리트 혼합물(상품명: SPA 아스콘)

	실시예 4	비교예 5	비교예 6
골재(20㎜ 이하)	0	0	0
골재(13㎜ 이하)	36.3	36.3	36.3
골재(5㎜ 이하)	52.1	52.1	52.1
골재(석회분)	4.6	4.6	4.6
아스팔트 바인더	7.0	7.0	7.0

실험예

상기 실시예 4의 배합으로 제조된 아스팔트 콘크리트 혼합물과 비교예로서 스트레이트 아스팔트에 개질재로서 EVA를 사용한 비교예 5 및 개질재로서 SBS를 사용한 비교예 6에 대하여 공극율, 투수계수, 염소이온 침투저항성, 마샬안정도, 간접인장강도, 터프니스, 변형강도, 동적안정도, -10℃ 및 25℃에서의 휨강도를 측정한 결과, 본 발명에 의한 실시예 4는 표 8과 같이 우수한 결과를 나타내었다. 이는 바인더 내부에서 본 첨가재의 수지계(고강도 특성)와 고무계(고탄성 특성) 성분들이 본 발명의 EEA 및/또는 EVA계 상용화제에 의해서 수지계 및 고무계의 특성을 균일하게 용융, 분산 및 분포하게 되어 아스팔트 및 골재와 3차원 망상구조를 만들어 일체화된 결합을 형성한 것으로 판단된다. 이를 통하여 물, 염화물 기타 오염물이 도로포장체로 유입되는 것을 차단하는 효과가 나타나 내구성이 증진되는 것으로 판단된다.

항목	단위	실시예 4	비교예 5	비교예 6
-	-		스트레이트 아스팔트 + EVA	스트레이트 아스팔트 + SBS
공극율	%	1.8	1.9	1.9
삼축투수계수	cm/sec	9.04 X 10^-9	1.68 X 10^-6	4.52 X 10^-7
염소이온침투 저항성	coulombs	30.2	74.1	120.4
마샬안정도	N	1100	850	820
간접인장강도	MPa	1.45	1.21	1.11
터프니스	Nm	18	10	12
변형강도	MPa	6.2	4.8	4.2
동적안정도	회/㎜	11200	2820	2180
휨강도(25℃)	MPa	7.4	5.2	4.8
휨강도(-10℃)	MPa	16.2	12.8	10.7

실시예 5: 실시예 1의 첨가재를 가한 아스팔트 콘크리트 혼합물의 단면

항목	단위	실시예 5	비교예 7	비교예 8	비교예 9
혼합물	-	실시예 4	실시예 4	스트레이트 아스팔트 + SBS	스트레이트 아스팔트 + SBS
프라이머	-	EPA-Coat	BD-Coat*	EPA-Coat	BD-Coat*
부착강도	MPa	1.72	0.83	1.58	0.72
부착강도	파손부위	혼합물 파손	프라이머 파손	혼합물 파손	프라이머 파손
삼축투수계수	cm/sec	3.13 X 10^-10	1.33 X 10^-10	6.13 X 10^-8	2.37 X 10^-8

*BD-Coat: 고무혼입 개질 유화아스팔트

실시예 6: 실시예 1의 첨가재를 가한 아스팔트 바인더 및 아스팔트 콘크리트 혼합물

항목	단위	실시예 2	비교예 11
-	-		실시예 2에서 상용화제를 뺌
침입도	1/10㎜	16	20
연화점	℃	93	86
휨에너지(-10℃)	kPa	1500	900
휨에너지(-20℃)	kPa	600	500

항목	단위	실시예 4	비교예 12
-	-		실시예 4에서 상용화제를 뺌
공극율	%	1.8	1.8
마샬안정도	N	1100	1080
간접인장강도	MPa	1.45	1.32
변형강도	MPa	6.2	5.3
동적안정도	회/㎜	11200	7520
휨강도(25℃)	MPa	7.4	6.5
휨강도(-10℃)	MPa	16.2	14.9

실시예 6과 같이 바인더 내부에서의 분산성이 향상되어(도 3 참조) 바인더 성능 및 혼합물 물성이 증진되었다.

Claims

스티렌 함량이 10~30중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene) 1~25중량%;
스티렌 함량이 30~45중량%인 SBS (styrene-butadiene-styrene) 5~30중량%;
SBR (styrene-butadiene rubber) 1~20중량%;
C5 석유수지 5~15중량%;
C9 석유수지 5~25중량%;
비닐 아세테이트 함량이 20~40중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트임 및 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머 중 선택된 1종 이상의 수지계 엘라스토머 및 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 비닐 아세테이트 함량이 5~20중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 및 에폭시 수지 중 선택된 1종 이상의 수지계 플라스토머 10~40중량%;
탄산칼슘 1~10중량%;
방향족계 및 파라핀계 프로세스 오일 중 1종 이상 3~15중량%;
아민계 박리방지제 1~2중량%; 및
유기 고분자 상용화제로서 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머 3~15중량%; 를 포함하는 아스팔트 첨가재.
청구항 1의 아스팔트 첨가재 10~20중량%; 및
스트레이트 아스팔트 80~90중량%를 포함하는 아스팔트 바인더.
청구항 2의 아스팔트 바인더 3~10중량% 및
골재 90~97중량%를 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물.
청구항 3의 아스팔트 콘크리트 혼합물 90~99중량% 및
무기안료 1~10중량%를 포함하는 유색 아스팔트 콘크리트 혼합물.
청구항 3에 있어서,
골재 중 10~100중량%를 재생골재로 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 혼합물.
청구항 2의 아스팔트 바인더 7~18중량% 및
골재 82~93중량%를 포함하는, 저공극, 수밀성 아스팔트 콘크리트 혼합물.
청구항 6에 있어서,
골재 중 10~100중량%를 재생골재로 사용하는 것을 특징으로 하는 저공극, 수밀성 아스팔트 콘크리트 혼합물.
아스팔트 40~60중량% 및 에폭시40~60중량%의 혼합액을 프라임 코팅하는 공정; 및
상기 프라임 코팅층 위에 청구항 3 내지 청구항 7 중 선택된 하나의 아스팔트 콘크리트 혼합물을 시공하는 공정;을 포함하는 도로포장방법.
아스팔트 40~60중량% 및 에폭시40~60중량%의 혼합액을 프라임 코팅한 프라임 코팅층; 및
상기 프라임 코팅층 위에 청구항 3 내지 청구항 7 중 선택된 하나의 아스팔트 콘크리트 혼합물을 시공한 아스팔트 콘크리트 혼합물층;을 포함하는 도로포장구조.
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