KR101661309B1 - 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 - Google Patents

분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로세스 오일 15~50 중량%, 오일 함유체 20~70중량%, 점착 부여제 3~20 중량%, 고분자 개질제 5~30 중량%, 점도 조절제 4~20중량%, 박리방지제 2~10 중량%, 특수 상용화제 1~10 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 기존 재생 아스팔트 혼합물에 아스팔트 콘크리트 중량 대비 0.1~0.5중량%가 혼합된 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로, 기존의 일반 포장에 비해 더욱 우수한 품질의 재생 개질 아스팔트 콘크리트 포장이 가능하도록 하는 장점이 있는 분말 또는 입상형 재생, 재생개질 아스팔트 첨가제 및 재생, 재생개질 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있다.

Description

분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물{Recycled Modified Additive Powder and Recycled Asphalt Concrete Compound Therewith}
본 발명은 도로를 신설 또는 보수함에 있어 도로 포장공사에 사용되는 재생 또는 재생개질 아스팔트 (이하에서는 '재생 아스팔트'라 통칭함) 혼합물과 여기에 사용되는 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제에 관한 것으로, 기존의 재생 아스팔트 첨가제는 액상(liquid phase) 또는 겔상(gel phase)의 형태이므로, 제품으로 사용 과정 또는 보관 과정에서 불편한 문제점이 존재하였다.
특히, 사용 또는 보관을 위해서는 가열 가능한 전용 탱크 및 펌프시설이 필요하고 제품 이송 배관 역시 가열 가능해야 하는 등 별도의 설비가 필수적으로 요구되며, 보관시 장기간에 걸쳐 지속적인 가열 과정이 반복될 경우에는 물성의 변화로 인해 재생 아스팔트 혼합물의 균일하고 우수한 물성 확보 어려운 문제점이 존재한다. 즉, 사용 전에 가열하여야 하는 불편함 및 사용할 때마다 가열하여 사용하므로 제품의 가열과 냉각이 반복되어 물성이 변하는 등의 단점이 존재하므로, 이에 대한 개선이 지속적으로 요구되어 왔다.
본 발명은 이러한 기존 제품이 갖는 문제점을 효과적으로 극복하기 위하여, 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제공하여 사용 및 보관상의 편리함을 추구하고, 재생 아스팔트 혼합물의 균일하고 우수한 물성 확보가 가능한 제품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 근래 이슈가 되고 있는 재생 아스팔트, 재생 개질 아스팔트 첨가제, 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생 개질 아스팔트 콘크리트 콘크리트에 관한 것으로, 사용 및 보관이 용이하고 친환경적이고 경제적인 분말 또는 입상형 재생 또는 재생개질 아스팔트 첨가제, 재생 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
종래의 재생 아스팔트 첨가제는, 프로세스 오일을 기본으로 하여 고분자 또는 수지 등을 용융분산 하거나 단순히 섞어 놓은 제품들이 대부분이어서, 아스팔트 콘크리트 생산 플랜트에 적합한 소량 포장이 불가능하므로, 벌크 또는 드럼에 포장하여 운반하며 저장 시 전용 탱크에 보관하여야 하고, 사용 시 제품을 가열하여 펌프 등으로 이송하여 사용해야 하는 등의 번거로움이 존재한다. 즉, 이러한 제품의 가열과 냉각 등에 의해 구성 성분들 사이의 상분리(phase separation)가 발생하기 쉽고, 균일하고 우수한 재생 아스팔트 혼합물을 생산하기 곤란한 문제점을 포함한다.
최근 들어 도로포장에서 재생 아스팔트 콘크리트의 수요는 관련법의 개정, 환경 및 경제적인 측면에서 지속적으로 증가하고 있으나, 원활하게 공급이 이루어지지 못하고 있는데, 특히 근래 기후의 급격한 변화 및 교통량의 급격한 증가로 인해 아스팔트 콘크리트 혼합물의 강도, 저온 균열 저항성능, 수분 저항성능 등 물리적 성능이 일반 및 고분자 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물 수준의 물성이 요구되고 있지만, 기존의 재생 또는 재생 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물은 그 물성이 일반 및 고분자 개질 아스팔트 혼합물의 수준에 미치지 못하거나, 비록 물성은 만족하지만 가격이 경쟁력이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 극복하고, 물성이 우수하고 가격 경쟁력이 우수한 재생 아스팔트 혼합물을 제공하기 위하여 사용될 수 있는 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제공함으로써 보관, 운송 및 사용이 편리하고, 물성이 우수한 재생 아스팔트 첨가제 또는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 전 세계적으로 문제가 되고 있는 이상기후 및 지구 온난화 등의 원인인 화석연료 사용에 기인하는 이산화탄소의 배출을 감소시키기 위해, 보다 이산화탄소의 발생이 적은 친환경적인 제품의 개발이 더욱 요구되고 있는데, 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 콘크리트의 경우에서는, 생산 및 시공 온도를 약 10 ~ 20 ℃ 낮출 수 있어, 보다 경제적이고 친환경적인 도로 포장이 가능한 제품을 제공하고자 한다.
일본공개특허 제1997-025416호 (1997년 1월 28일 공개됨)
본 발명은 앞서 살펴본 종래의 기술들의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물과 여기에 사용되는 분말 또는 입상형 재생, 재생개질 아스팔트 첨가제를 제공함으로써 보다 친환경적이고, 물성이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 제품을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기존 재생 아스팔트 첨가제와 같은 액체 또는 겔 형태의 제품과는 다르게 분말 또는 입상 형태이므로, 사용상 편리하고, 재료의 상분리가 발생하지 아니하므로, 적정량의 투입으로 우수한 물성을 갖는 제품을 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는 화학 반응형 제품으로, 화학반응을 통해 노화 아스팔트를 노화 이전의 아스팔트 상태로 최대한 복원할 수 있고, 이러한 화학반응을 통해 구성 성분들이 아스팔트 분자와의 화학결합을 통하여 매우 균일한 형태의 개질 아스팔트를 얻을 수 있으며, 우수한 물리적 특성을 나타낼 수 있다.
이렇게 종래 기술의 문제점을 해결하고, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는, 프로세스 오일 15~40 중량부, 오일 함유체 27~52 중량부, 점착 부여제 3~20 중량부, 고분자 개질제 5~30 중량부, 점도 조절제 4~20 중량부, 박리 방지제 2~10 중량부, 특수 상용화제 1~10 중량부를 포함한다.
상기 프로세스 오일은, 나프텐계, 아로마틱계, 파라핀계 오일 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 오일 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 점착 부여제는, 송진류 등의 천연수지에 해당하는 로진, C5 또는 C9 석유 수지, 로진 에스테르, 물이 첨가된 수지인 수첨 수지 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 수지 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오일 함유체로는 목분 또는 왕겨 분말 중 적어도 오느 하나 이상이 혼합된 혼합물 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 박리 방지제는, 소석회, 인산에스테르, 폴리아민, 아미노 실란과 같은 실란 커플링제, 비닐 실란 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 중에서 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 특수 상용화제는, 폴리인산, 황산유도체, 아디핀산, 올레인산, 오산화인, 염화철 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태로 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 제조 방법을 들 수 있는데, 리본믹서에 오일 함유체와 고분자 개질제, 점착 부여제 및 점도 조절제를 투입하여 균일 분산하는 1차 교반 단계; 상기 1차 교반 단계에서 균일하게 분산된 1차 교반물에 프로세스 오일을 투입하여 균일 분산하는 2차 교반 단계; 및 상기 2차 교반 단계에서 균일하게 분산된 2차 교반물에 박리 방지제와 특수 상용화제를 투입하여 균일 분산하는 3차 교반 단계;를 포함한다.
상기 1차 교반 단계 내지 3차 교반 단계에서는 온도가 60℃ 이하로 유지되도록 교반 속도와 시간을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로 재생 아스팔트 콘크리트를 들 수 있는데, 상기 재생 아스팔트 콘크리트는, 폐아스팔트 콘크리트 25~77.9 중량부, 골재 20~75 중량부, 아스팔트 2~7 중량부 및 앞서 언급한 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 또는 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 제조 방법으로 제조된 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 재생 아스팔트 첨가제 및 재생 아스팔트 콘크리트에 관한 것으로 사용 및 보관이 용이하고, 친환경적이며, 경제적인 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제공할 수 있다.
본 발명에서는 물성이 우수하고 가격이 저렴한 재생, 재생개질 아스팔트 혼합물과 여기에 사용되는 분말 또는 입상형 재생, 재생개질 아스팔트 첨가제를 제공함으로서 보관, 운송 및 사용이 편리하고, 물성이 우수한 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 또는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공함으로서, 보다 경제적이면서도 친환경적인 도로 포장이 가능한 장점이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는, 프로세스 오일 15~40 중량부, 오일 함유체 27~52 중량부, 점착 부여제 3~20 중량부, 고분자 개질제 5~30 중량부, 점도 조절제 4~20 중량부, 박리 방지제 2~10 중량부, 특수 상용화제 1~10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 이러한 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 0.1~0.5 중량부를 기존 재생 아스팔트 혼합물에 투입하는 것을 특징으로 하는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.
이하에서는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는, 프로세스 오일, 오일 함유체 점착 부여제, 고분자 개질제, 점도 조절제, 박리 방지제 및 특수 상용화제를 포함한다.
여기서 상기 프로세스 오일은, 나프텐계, 아로마틱계, 파라핀계 오일 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 오일 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 그 조성비가 15 중량부 미만인 경우에는 제품 내의 구성 성분의 양이 너무 적기 때문에, 노화 아스팔트를 원 아스팔트 상태로 회복시키기가 곤란하고, 우수한 물성을 기대하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 프로세스 오일의 조성비가 40 중량부를 초과할 경우에는 그 성분량이 너무 많아 재생 아스팔트 혼합물의 물성이 약화될 수 있고, 첨가제를 제조하여 포장한 후 보관할 때 오일의 침출이 발생하여 정상적인 제품의 첨가제로 사용할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명에서 사용되는 오일 함유체는, 함께 사용되는 프로세스 오일을 최대한 내부에 함유하여 첨가제 제품이 완성된 후에도 상기 프로세스 오일이 침출되지 않으면서 입상 또는 분말 형태를 유지할 수 있도록 하는 기능을 부여하기 위해 사용되는 재료로서, 구체적으로는 목분, 왕겨 분말, 셀룰로스 화이바, 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 등을 사용할 수 있다.
특히 목분 및 왕겨 분말은 그 입경이 1.5mm 이하의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 목분은 톱밥 또는 폐목재를 분쇄기 또는 그라인더로 갈아서 제조되며 입도는 30~100 메쉬 정도가 바람직하다. 또한 상기 왕겨 분말은 벼를 탈곡한 후 발생되는 벼의 겉 껍질로서, 이를 건조 및 분쇄하여 30~100 메쉬의 입도 범위를 갖도록 한 것이며, NNP라는 명칭으로 영부 케미칼사에서 시판하는 제품 등이 있다.
또한, 셀룰로오스 화이바는 공지의 아스팔트 포장에 사용되는 재료로, 다양한 형태로 상용화된 제품(예를 들어, 에스에스산업(주)의 '아스콘셀' 등)이 사용될 수 있는데, 평균 섬유 길이 1.2 mm, 단위질량당 섬유 개수가 350 만개/g 이상인 제품을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 오일 함유체는 27 내지 52 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 27 중량부 미만인 경우에는 프로세스 오일에 비해 사용량이 적어 함유 가능한 오일의 양이 작아지기 때문에 프로세스 오일이 침출되어 분리되는 상황이 발생할 수 있으며, 52 중량부를 초과하면 상대적으로 다른 구성성분이 너무 적어 재생 개질 아스팔트 콘크리트의 우수한 물성을 확보하기 곤란한 문제점이 존재한다
본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제에 포함되는 점착 부여제는, 골재와 아스팔트의 부착 성능을 향상시키고, 수분 저항성능을 향상시키는 역할을 수행하며, 송진류 등과 같은 천연 수지에 해당하는 로진, C5 또는 C9계 석유수지, 로진 에스테르 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 수지 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 로진 에스테르의 경우, 송진과 같은 레진이 에스테르화 반응을 거쳐 얻어지는 결과물로, 접착력이 우수하고, 냄새와 같은 취기가 완화된 장점이 있으며, 우조 선샤인책토리 케미컬사의 GER-85, PER-90, PER-100 등의 제품명으로 상용화된 제품이 포함된다.
상기 점착 부여제는 3~20 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 3 중량부 미만의 경우에는 사용량이 너무 적어 부착성능의 향상을 기대하기 어렵고, 이로 인해 골재와 아스팔트 사이의 접착력이 떨어져 수분 저항 성능이 낮아지므로 우수한 물성의 재생 아스팔트 콘크리트를 생산할 수 없는 문제점이 있다. 또한 상기 점착 부여제의 사용량이 20 중량부를 초과할 경우에는 경제성이 떨어지고, 다른 구성 성분과의 비율이 적절하지 아니하여 물성이 우수한 첨가제를 구현하기 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명의 분말 또는 입상형 재생, 재생개질 아스팔트 첨가제에 사용되는 고분자 개질제는, 아스팔트에 탄성, 연성, 강도 및 저온 특성의 강화 등을 부여하는 역할을 수행하며, SBS(Styrene-Butadiene block copolymer), SBR(Styrene-Butadiene Rubber), IIR(Isobutylene-Isoprene Rubber, 부틸고무라고도 함), APAO(Amorphous Poly-α-Olefins), PE(Polyethylene), TPE(ThermoPlastic Elastomer), 트리니다드 레이크 아스팔트(TLA), 부톤암 아스팔트(BRA), Gilsonite 등과 같은 천연아스팔트 등이 사용될 수 있다.
상기 고분자 개질제는 5~30 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만인 경우에는 사용량이 너무 적어 재생 아스팔트 콘크리트의 물성을 충분히 확보하기가 곤란하여, 아스팔트 콘크리트 포장 후 소성변형, 포트홀, 피로 균열 등의 하자가 발생할 가능성이 높아진다. 또한, 고분자 개질제가 30 중량부 이상 사용될 경우에는 아스팔트 콘크리트의 강도 및 탄성은 좋아지지만, 제품의 점도가 너무 높아 제조 온도 및 시공온도를 높게 설정해야 하며, 이로 인해 고분자 개질제 및 다른 성분의 열노화가 심하게 발생하여 다른 물성을 약화시키거나 시공이 어려워지는 문제점이 발생하며, 시공 후 하자가 발생할 가능성이 증가하는 단점이 있다.
본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제에 사용되는 점도 조절제는, 아스팔트의 점도를 적절히 조절하여 아스팔트가 골재 표면에 코팅되는 시간을 단축하고, 코팅 두께를 조절하며 보다 깊이 침투하여 코팅될 수 있도록 도와줌으로써, 아스팔트 콘크리트의 품질을 더욱 향상시키는 역할을 수행하며, PE, PP, Amide 등의 합성 왁스, 석유 왁스(마이크로 왁스), 칼슘스테아레이트 또는 아연스테아레이트와 같은 비누 왁스 등이 사용될 수 있다.
상기 점도 조절제는, 4 중량부 미만인 경우에는 사용량이 너무 적어 점도 조절 효과를 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우에는 필요 이상으로 사용량이 과다하여 아스팔트의 고온 점도를 너무 낮추어 골재에 코팅되는 두께가 얇아져 오히려 아스팔트 콘크리트의 물성을 약화시키거나, 시공 후 골재가 탈락되는 등의 문제점을 발생시키게 된다.
본 발명에서 사용되는 박리 방지제는 아스팔트 콘크리트의 골재와 그 표면에 코팅된 아스팔트가 박리되는 것(벗겨짐)을 방지하는 역할을 수행하며, 소석회, 인산에스테르, 폴리아민, 아미노 실란과 같은 실란 커플링제, 비닐 실란, 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 중에서 어느 하나가 사용될 수 있고, 2 내지 10 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 2 중량부 미만의 범위로 사용될 경우에는 사용량이 너무 적어 박리방지 효과를 기대하기 어렵고, 10 중량부를 초과하는 양으로 사용될 경우에는 그 사용량이 필요 이상으로 많아져, 제품의 가격이 상승하여 가격 경쟁력이 약화되는 단점이 있다.
상기 특수 상용화제는 아스팔트와 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 구성 성분들과의 상용성, 안정성 및 분산성을 향상시켜, 전체적으로 아스팔트 콘크리트의 물성을 향상시키는 역할을 수행하는 성분으로, 폴리인산, 황산유도체, 아디핀산, 올레인산, 오산화인, 염화철 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 등이 사용될 수 있으며, 1 내지 10 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
특수 상용화제가 1 중량부 미만으로 사용될 경우에는 그 사용량이 너무 적어 상용성, 안정성 및 분산성의 향상 효과를 기대하기 어렵고, 10 중량부를 초과할 경우에는 필요 이상으로 과량 투입되어 오히려 아스팔트 콘크리트의 물성을 약화시키고 가격을 상승시키는 문제점이 발생된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 형태인 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 제조 방법은, 리본믹서에 오일 함유체와 고분자 개질제, 점착부여제, 점도 조절제를 투입하여 균일하게 분산되도록 1차 교반하는 단계; 균일하게 분산된 1차 교반물에 프로세스 오일을 투입하여 균일하게 분산되도록 2차 교반하는 단계; 및 2차 교반물에 박리 방지제와 특수 상용화제를 순서에 관계없이 투입하여 균일하게 분산되도록 3차 교반하는 단계;를 포함하고, 상기 1차 내지 3차 교반 단계를 차례로 거쳐 완성된 혼합물을 비닐 백에 포장하여 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 제품을 완성한다.
상기 제조과정 중의 1차 교반 단계 내지 3차 교반 단계 중에는, 교반 탱크 내의 온도가 60 ℃ 이하로 유지되도록 교반 속도 및 시간을 제어하여야 한다. 교반 탱크 내의 온도가 60 ℃를 초과할 경우에는 구성 성분들 사이에 융합이 발생하여 큰 덩어리로 변형될 수 있으므로 상기 온도를 초과하지 않도록 제어해야 한다. 특히 동절기에 제품을 원활하게 생산하기 위하여 리본 믹서를 가열할 경우에는, 상기 60℃의 온도를 초과하지 않도록 주의해야 한다.
본 발명의 분말 또는 입상형 재생, 재생개질 아스팔트 첨가제의 제조 방법에서 상기와 같이 1차, 2차, 3차 교반 단계로 구분되는 다단계 교반 과정을 거치는 이유는, 1차 교반 후 프로세스 오일을 투입하여야 각 재료들이 균일 분산된 상태로 프로세스 오일이 코팅되며, 상기 오일 함유체가 프로세스 오일을 효과적으로 흡유하여 재료들이 국부적으로 한군데로 뭉치거나 쏠리는 현상을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 2차 분산물에 박리 방지제 및 특수 상용화제를 투입하여 분산하는 이유는, 박리 방지제와 특수 상용화제가 종류에 따라 화학 반응성이 다르고, 기존 재료에 영향을 최소화하기 위하여 다른 구성 성분들이 프로세스 오일에 코팅된 상태로 섞이도록 함으로써 최종 제품의 물성 변화를 최소화하기 위해서이다.
이렇게 상술한 방법으로 제조된 본 발명의 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 사용하여 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있는데, 좀 더 구체적으로 설명하면, 폐 아스팔트 콘크리트 25~77.9 중량부, 골재 20~75 중량부 및 아스팔트 2~7 중량부가 혼합된 혼합물에 상기 재생 아스팔트 첨가제를 0.1~0.5 중량부를 추가하여 제조할 수 있는데, 이러한 조성 범위를 사용할 경우, 재생 아스팔트 콘크리트 뿐만 아니라 재생개질 아스팔트 콘크리트 제품군에도 적용 가능하다.
상기 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트의 제조 과정 중에 사용되는 폐 아스팔트 콘크리트와 골재는 각 입도별 골재의 총량을 의미하며, 각 입도별 골재의 비율은 단체표준(SPS) 규격 (종전의 한국 산업 규격 KS)에 규정되어있는 합성 입도를 따른다.
상기 폐 아스팔트 콘크리트가 25 중량부 미만인 경우에는, 그 사용량이 너무 적어 규정상 재생 아스팔트 콘크리트로 인정받을 수 없으며, 폐 아스팔트 콘크리트가 77.9 중량부를 초과할 경우에는 사용량이 너무 많아 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트의 골재 규정 입도를 충족하기 어렵고, 상대적으로 산화된 아스팔트의 양이 많아져 물성이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트를 생산하기가 곤란해진다.
또한, 골재의 조성비가 20 중량부 미만인 경우에는 단체표준(SPS) 규격에서 규정하는 아스팔트 콘크리트 골재 입도를 충족하기 어렵고, 75 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 폐 아스팔트 콘크리트의 사용량이 너무 적어 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트로 인정받을 수 없게된다.
본 발명의 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트에서 아스팔트는 골재 표면에 코팅되어 골재와 골재를 연결시켜 주는 바인더의 역할을 수행하며, AP-3, AP-5, PMA(Polymer modified asphalt), 부로운 아스팔트, 천연 아스팔트 등이 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
이때 사용되는 아스팔트가 2 중량부 미만인 경우에는, 그 사용량이 너무 적어 골재에 아스팔트가 충분히 코팅되지 않거나 너무 얇게 코팅되어 시공 후 골재 탈락, 균열, 포트홀 등의 문제가 발생할 수 있고, 7 중량부를 초과할 경우에는 그 사용량이 너무 많아 아스팔트 콘크리트에서 요구되는 공극율, 밀도 등의 물성을 만족할 수 없으며 이로 인해 재생 개질 아스팔트 콘크리트가 물러지고 질어져 시공 다짐불량 및 시공 후 소성변형 등의 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트에 포함되는 재생 아스팔트 첨가제는, 폐 아스팔트 콘크리트에 있는 노화 아스팔트를 원 아스팔트 상태로 회복시킴과 동시에 회복된 아스팔트와 별도로 투입된 아스팔트를 고분자 개질화 하여 그 물성을 더욱 향상시키는 역할을 수행하고, 재생 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트를 생산하거나 시공하는 과정 중에 있어 일정 부분에 대하여 폐 아스팔트 콘크리트를 재활용하여 생산 또는 시공을 할 수 있게 되므로, 기존 개질아스팔트 콘크리트와 비교하여 생산 비용을 낮추고 개질 아스팔트 콘크리트의 가격을 낮출 수 있으며, 폐 아스팔트 콘크리트의 폐기 비용을 절감함과 동시에 이로 인한 화석연료 사용의 감소, 이산화탄소, SOx, NOx 등의 배출가스 감소 등의 효과로 인해 친환경적인 제품을 생산 가능하다.
상기 재생 아스팔트 첨가제는 0.1 중량부 내지 0.5 중량부의 조성비로 사용되는 것이 바람직한데, 0.1 중량부 미만으로 사용될 경우에는, 폐 아스팔트 콘크리트의 노화 아스팔트를 원 아스팔트로 회복시키는 데 어려움이 있고, 고분자 개질제 등의 양도 너무 적어 아스팔트를 개질아스팔트화 하는데 어려움이 있으며, 0.5 중량부를 초과할 경우에는 재생 또는 재생개질 아스팔트 콘크리트의 가격이 대폭 상승하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. 이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
[ 실시예 1]
먼저, 하기 표 1과 같은 조성비를 사용하여 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제조하였으며, 이러한 재생 아스팔트 첨가제를 사용하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 제조하였으며 그 물성을 함께 측정하였다.
먼저, 오일 함유체와 고분자 개질제, 점착부여제, 점도조절제를 투입하여 균일하게 분산되도록 1차 교반한 후, 균일하게 분산된 1차 교반물에 프로세스 오일을 투입하여 균일하게 분산되도록 2차 교반 단계를 수행하였다. 상기 2차 교반물에 박리방지제와 특수상용화제를 순서에 관계없이 투입하여 균일하게 분산되도록 3차 교반 단계를 수행하여 분말 또는 입상형 재생아스팔트 첨가제를 제조하였다.
이렇게 제조된 재생 아스팔트 첨가제를, 현장에서 회수한 폐 아스팔트 콘크리트 및 일반 골재 배합하여 단체표준(SPS) 규격에 명시된 골재 배합 중 하나인 WC-2(표층용)의 골재배합에 아스팔트는 AP-5를 사용하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 제조하여 그 물성을 측정하였다. 일반적으로 재생 아스팔트 콘크리트에는 폐아스팔트 콘크리트에 포함된 노화 아스팔트를 노화 이전의 상태로 회복시키기 위하여 좀 더 연질인 AP-3를 주로 사용하지만, 여기에서는 본 발명의 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 우수한 노화 아스팔트 회복성능을 확인하기 위하여 AP-5를 사용하였다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 프로세스 오일과 오일 함유체의 최적 혼합비를 결정하기 위하여 하기의 표 1과 같은 조성비로 혼합하여 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제조하였다. 프로세스 오일로는 나프텐 오일을 사용하였고, 오일함유체로는 40 mesh의 목분을 사용하였으며, 박리방지제로 인산에스테르를 3 중량부, 점도조절제로 PE Wax 10 중량부, 점착부여제로 C9 석유 수지 15 중량부, 고분자 개질제로 비정형 폴리올레핀 수지(APAO) 20 중량부 및 특수 상용화제로 폴리인산을 2 중량부 사용하였다.
이렇게 제조된 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 오일 침출 여부를 확인하기 위해 25℃에서 24시간 동안 보관한 후, 프로세스 오일이 침출되는지 여부를 확인하였으며, 105℃에서 3시간 동안 보관한 후 제품의 무게 변화를 측정하여 불휘발분의 비율을 관찰하였다.
프로세스 오일
(중량부)		 오일 함유체
(중량부)		 오일 침출 여부 불휘발분
[%]		 안정도
[N]		 흐름값
[1/10 mm]
실험예 1-1 10 57 X 99.8 14700 20
실험예 1-2 15 52 X 99.8 13150 30
실험예 1-3 20 47 X 99.9 13500 34
실험예 1-4 30 37 X 99.9 14100 39
실험예 1-5 40 27 X 99.8 13250 45
실험예 1-6 45 22 O 99.8 9050 65
실험예 1-7 55 12 O 99.7 8860 75
상기 표 1의 결과에서 확인할 수 있듯이, 프로세스 오일의 양이 너무 적은 실험예 1-1은 물성이 너무 딱딱하여 품질이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트를 생산하기 어렵고, 실험예 1-6 도는 1-7의 경우에는 프로세스 오일의 양이 너무 많아 오일 함유체 내부에 충분히 흡수되고도 잉여의 오일이 남게 되므로, 오일 침출 현상이 발생되며, 침출된 오일에 의해 제품이 반죽화 되어 입상형의 제품을 만들기 어려우며, 물성 또한 너무 무르게 되어 도로 포장 후 공용성이 나빠 포장 공사에 사용할 수 없게 된다. 이러한 조성을 사용하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 제조할 경우 물성이 저하될 가능성이 매우 높을 것을 쉽게 예측할 수 있다.
이렇게 제조된 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 사용하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 제조하였는데, 골재(WC-2) 56.5 중량부, 폐아스팔트 콘크리트 40 중량부, AP-5 아스팔트 3.5 중량부의 혼합물에 상기 실험예 1-1 내지 실험예 1-5의 입상형 재생 아스팔트 첨가제 0.25 중량부를 혼합하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 제조한 후, 안정도와 흐름값을 각각 측정하였다.
상기 측정된 안정도와 흐름값을 살펴보면, 각각 일반 개질 아스팔트 콘크리트의 규격인 안정도 7500 N 이상, 흐름값 20~40의 기준을 대부분 충족하였지만, 실험예 1-1 및 실험예 1-6, 1-7과 같이 프로세스 오일이 너무 적거나 너무 많아 침출된 경우에는 그렇지 않은 실험예 1-2 내지 1-5에 비해 안정도 및 흐름값이 현저히 증가하거나 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 이러한 조성의 재생 개질 아스팔트 콘크리트의 물성이나 품질이 떨어짐을 의미한다.
[ 실시예 2]
앞서 실시예 1의 결과를 토대로, 프로세스 오일과 오일 함유체의 혼합비를 15~40 : 27~52의 범위를 유지하면서, 다양한 조성비를 사용하여 아기의 표 2와 같이 입상형 재생 아스팔트 첨가제를 제조하였으며, 이러한 실험예 2 내지 5의 조성비로 제조된 재생 아스팔트 첨가제를 사용하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 표 3과 같은 조성비를 통해 제조하였다.
실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
프로세스오일 20 나프텐
오일		 20 파라핀
오일		 17 나프텐
오일		 25 파라핀 오일
오일함유체 30 목분
(40mesh)		 30 목분
(40mesh)		 35 왕겨
(NP-3)		 35 왕겨
(NP-3)
박리방지제 3 인산에스테르 3 인산에스테르 3 인산에스테르 9 소석회
점도조절제 10 PE wax 10 PE wax 15 PE wax 5 amaid wax
점착부여제 15 C9
석유수지		 15 C9
석유수지		 13 C5
석유슈지		 7 C9
석유수지
고분자 개질제 20 APAO 20 APAO 15 TPE 16 APAO+LLDPE
특수 상용화제 2 폴리인산 2 폴리인산 2 황산유도체 3 폴리인산+아디핀산
재 료 명 일 반 실험예 2-1 실험예 3-1 실험예 4-1 실험예 5-1
골 재(WC-2) 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5
폐 아스팔트 콘크리트 40 40 40 40 40
아스팔트(AP-5) 3.5 3.25 3.25 3.25 3.25
재생 개질 아스팔트 첨가제 0 0.25
(실험예2)		 0.25
(실험예3)		 0.25
(실험예4)		 0.25
(실험예5)
합 계 100 100 100 100 100
[ 실시예 3]
상기 실시예 2에서 제조된 각각 실험예에 대해서 재생 아스팔트 첨가제의 물성을 앞선 실시예 1과 동일한 방식으로 측정하여 하기 표 4로 정리하였으며, 각 실험예에 따른 재생 아스팔트 첨가제를 사용한 재생 개질 아스팔트 콘크리트의 물성 측정 결과를 표 5로 정리하였다.
시험 항목 단위 시험 조건 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
오일 침출 - 25℃, 24시간 없음 없음 없음 없음
불휘발분 % 105℃, 3시간 99.8 99.9 99.9 99.9
형태 - 육안관찰 wet P/G주1 wet P/G wet P/G wet P/G
색상 - 육안관찰 연갈색 연갈색 연갈색 연갈색
* 주1 - P : Powder, G : Granule
시험 항목 단위 일반 개질아스팔트
콘크리트 규격		 실험예 2-1 실험예 3-1 실험예 4-1 실험예 5-1
비빔온도 ℃ 160~180 160 160 170 170
다짐온도 ℃ 140~160 140 140 140 140
안정도 N 7500이상 13200 14100 13500 13900
흐름값 1/10mm 20~40 36 37 35 38
공극율 % 3~6 4.5 4.7 5.0 4.8
포화도 % 65~80 73 75 76 75
이러한 실시예 3의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실험예 2 내지 5의 재생 아스팔트 첨가제는 오일 및 수지분을 다량 함유하면서도, 분말 또는 입상형의 제품으로 사용 및 보관이 편리하고, 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 생산함에 있어서 생산 효율이 매우 뛰어남을 알 수 있다. 특히, 재생 아스팔트 첨가제를 별도로 가열 용융하지 않고 사용함으로서 보다 경제적으로 성능이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트 또는 재생 개질 아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 재생 아스팔트 첨가제에 포함된 점도 조절제로 인하여 재생 개질 아스팔트 콘크리트의 생산 및 시공 온도(비빔 온도 및 다짐 온도)를 10~20℃ 낮출 수 있어, 생산성 향상, 경제적 효과 및 친환경 족인 장점이 있다.
즉, 규정된 골재 혼합입도를 만족하는 한도 내에서 폐 아스팔트 콘크리트의 사용량을 최대한 높일 수 있어서 보다 친환경적이고 경제적인 재생, 재생개질아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있는 장점이 있으며, 기존의 일반 및 개질 아스팔트 콘크리트의 물성과 비교하여 동등 이상의 물성을 나타내어 본 발명의 재생, 재생개질 아스팔트 콘크리트의 물성이 우수함을 확인할 수 있다.
이상과 같이 발명의 기술적인 특징과 효과에 대하여 구체적인 실험예 및 실시예들을 토대로 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 당연하다 할것이다.

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  7. 폐아스팔트 콘크리트 25~77.9 중량부, 골재 20~75 중량부, 아스팔트 2~7 중량부 및 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하고,
    상기 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는,
    프로세스 오일 15~40 중량부, 오일 함유체 27~52 중량부, 점착 부여제 3~20 중량부, 고분자 개질제 5~30 중량부, 점도 조절제 4~20 중량부, 박리 방지제 2~10 중량부, 특수 상용화제 1~10 중량부를 포함하고,
    상기 프로세스 오일은, 나프텐계, 아로마틱계, 파라핀계 오일 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 오일 중 어느 하나이고,
    상기 점착 부여제는 로진, C5 또는 C9 석유 수지, 로진 에스테르, 수첨 수지 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 수지 중 어느 하나이며,
    상기 오일 함유체는, 입경이 1.5 mm 이하인 목분 또는 왕겨 분말이고,
    상기 박리 방지제는, 소석회, 인산에스테르, 폴리아민, 실란 커플링제, 비닐 실란 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 중에서 어느 하나이며,
    상기 특수 상용화제는, 폴리인산, 황산유도체, 아디핀산, 올레인산, 오산화인, 염화철 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물이고,
    상기 프로세스 오일이 오일 함유체에 함유되어 침출되지 않는 것을 특징으로 하는, 재생 아스팔트 콘크리트.
  8. 폐아스팔트 콘크리트 25~77.9 중량부, 골재 20~75 중량부, 아스팔트 2~7 중량부 및 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함하고,
    상기 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제는,
    리본믹서에 오일 함유체 27~52 중량부, 고분자 개질제 5~30 중량부, 점착 부여제 3~20 중량부 및 점도 조절제 4~20 중량부를 투입하여 균일 분산하는 1차 교반 단계;
    상기 1차 교반 단계에서 균일하게 분산된 1차 교반물에 프로세스 오일 15~40 중량부를 투입하여 균일 분산하는 2차 교반 단계; 및
    상기 2차 교반 단계에서 균일하게 분산된 2차 교반물에 박리 방지제 2~10 중량부와 특수 상용화제 1~10 중량부를 투입하여 균일 분산하는 3차 교반 단계;를 포함하는 분말 또는 입상형 재생 아스팔트 첨가제의 제조 방법으로 제조되고,
    상기 1차 교반 단계 내지 3차 교반 단계는 온도가 60℃ 이하로 유지되도록 교반 속도와 시간이 제어되며,
    상기 프로세스 오일은, 나프텐계, 아로마틱계, 파라핀계 오일 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 오일 중 어느 하나이고,
    상기 점착 부여제는 로진, C5 또는 C9 석유 수지, 로진 에스테르, 수첨 수지 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 수지 중 어느 하나이며,
    상기 오일 함유체는, 입경이 1.5 mm 이하인 목분 또는 왕겨 분말이고,
    상기 박리 방지제는, 소석회, 인산에스테르, 폴리아민, 실란 커플링제, 비닐 실란 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물 중에서 어느 하나이며,
    상기 특수 상용화제는, 폴리인산, 황산유도체, 아디핀산, 올레인산, 오산화인, 염화철 또는 이들 중 적어도 두가지 이상이 혼합된 혼합물이고,
    상기 프로세스 오일이 오일 함유체에 함유되어 침출되지 않는 것을 특징으로 하는, 재생 아스팔트 콘크리트.
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