KR101695435B1 - 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 포장 혼합물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내유동성, 균열저항성 등이 향상된 아스팔트용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 포장 혼합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아스팔트 13~60중량%와 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 40~87중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 메틸메타크릴레이트 수지와 경화제가 혼합되어 이루어지는 것으로, 상기 메틸메타크릴레이트 조성물은 분말 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 분말형의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물을 제공함으로써, 아스팔트에 메틸메타크릴레이트 수지 조성물을 첨가할 시 별도의 품질 관리가 필요치 않아 시공이 간편하며, 아스팔트 포장 혼합물의 내구성, 내마모성, 내유동성 및 균열저항성 등이 현저히 향상되도록 하는 효과가 있다.

Description

아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 포장 혼합물{MMA COMPOSITE FOR ASPHALT PAVEMENT AND PAVEMENT COMPOSITE USING THEREOF}

본 발명은 내유동성, 균열저항성 등이 향상된 아스팔트용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 포장 혼합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메틸메타크릴레이트 수지와 경화제를 혼합하여 분말형의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물을 제조하고, 이를 아스팔트 포장 혼합물에 이용하는 것에 관한 것이다.

교통량의 증대, 차량의 대형화 등 도로포장의 교통조건은 매년 악화하고 있다. 이와 같은 도로에서는 소성변형의 발생이 현저하게 되고 있으며, 보수공사 사이클이 매년 짧아지고 있다.

그리하여 보수 공사가 증대되고 있고, 도로 이용자들은 공사 지체에 의한 시간 손실 문제, 도로 주변의 주민들은 보수 공사로 인한 소음 및 진동 등으로 주거환경이 악화하는 문제, 시공업자들은 교통 규제 인원과 비용 등이 소요되는 등 많은 문제가 발생하고 있어서, 이와 같은 상황에서 좀더 내구성이 있는 포장이 요구되고 있다.

그 중 하나로서, 약 20%의 폐타이어 고무 분말을 첨가한 "고온 혼합 고무아스팔트" 공법이 있는바, 이는 폐타이어 고무가 지닌 우수한 성분(내산화물질 및 자외선 차단물질 등)을 아스팔트와 결합시켜 도로에 적용한 것으로서 기존 도로의 문제를 대폭 개선하여 이미 수십 년 전부터 일반적인 도로 보수공법으로 사용되고 있다.

이러한 선행기술로는 대한한국 등록특허 제10-0605093호의 '도로 또는 교면의 재포장 또는 보수공법' 등이 제안되었는데, 이러한 열가소성 고무 첨가제들은 시공 경화 후에 아스팔트와 탄성률 및 물성이 상이하여 일정기간 경과 후 탈리되거나 균열부분의 공극을 충분히 막아주지 못해 강도가 저하되면서 손쉽게 파손되는 빈도가 높으며, 일광 및 알칼리, 염, 물 등에 지속적으로 견디지 못하고, 시공시간 및 시공비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

또한, 다른 방법으로서 에폭시를 이용한 개질 아스팔트 공법이 제안되었는데, 이는 에폭시 아스팔트의 우수한 내구성능 및 부착성능으로 인한 것이다.

이러한 에폭시 아스팔트에 대한 선행기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1102883호의 '도로포장용 에폭시 개질 아스팔트 바인더를 이용한 에폭시 개질 아스팔트 혼합물 제조방법 및 택코팅을 위한 에폭시 개질 아스팔트 바인더를 이용한 도포공법', 대한민국 등록특허 제10-0994195호의 '아스팔트 포장용 에폭시 조성물, 이를 이용한 아스팔트포장 조성물, 교면 포장 보수공법 및 도로 보수공법' , 대한민국 등록특허 제10-0629902호의 '아스팔트 포장용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 에폭시 아스팔트 포장 혼합물' 등이 제안되었다. 그러나 이러한 에폭시 아스팔트의 경우 일반 아스팔트와 달리 주제와 경화제의 혼입과정이 필요하며 이는 품질 관리에 매우 중요한 부분을 차지하고 있는데, 이렇게 현재 적용되고 있는 기술은 품질관리에 용이하지 않은 단순 인력동원 등의 방식을 사용하고 있어 에폭시 아스팔트의 품질확보 및 현장적용에 장애로 나타나고 있다.

KR 10-0605093 B1 KR 10-1102883 B1 KR 10-0994195 B1 KR 10-0629902 B1

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 에폭시 아스팔트 조성물이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 에폭시 수지가 아닌 메틸메타크릴레이트 수지를 이용하여 분말형의 아스팔트 포장용 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 에폭시 수지를 메틸메타크릴레이트 수지로 대체하더라도 에폭시 수지와 같은, 내구성, 내마모성 향상 효과를 갖는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은, 아스팔트 13~60중량%와 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 40~87중량%를 포함하며, 상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 메틸메타크릴레이트 수지, 경화제, 경화 촉매제가 혼합된 것으로, 상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 분말 형태이고, 상기 경화제는 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide)와 그 유도체, 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate)와 그 유도체 중 어느 하나이거나, 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide) 또는 그 유도체 중 어느 하나와 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate) 또는 그 유도체 중 어느 하나를 혼합한 혼합물이며, 상기 경화 촉매제는 디메틸 파라 톨루이딘(Dimethyl para-toluidine)인 것을 특징으로 한다.

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상기 메틸메타크릴레이트 수지와 경화제는 1~6 : 1 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 아스팔트 포장 혼합물은, 아스팔트 100중량부에 상기한 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 0.1~13중량부를 혼합하여서 되는 것을 특징으로 한다.

상기 아스팔트 혼합 포장물은 골재를 추가로 포함하며, 미끄럼 방지재 및 안료 중 1종 또는 2종 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 분말형의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물을 제공함으로써, 아스팔트에 메틸메타크릴레이트 수지 조성물을 첨가할 시 별도의 품질 관리가 필요치 않아 시공이 간편하며, 아스팔트 포장 혼합물의 내구성, 내마모성, 내유동성 및 균열저항성 등이 현저히 향상되도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 종래에는 일반 아스팔트를 대체하여 다양한 종류의 개질 아스팔트를 사용하였으나, 우수한 내구성능 및 접착성능으로 인하여 에폭시로 개질된 에폭시 아스팔트가 많이 사용되고 있다. 그러나 이러한 에폭시 아스팔트는 1액형이 아닌 2액형으로 주제와 경화제의 혼입과정이 필요하며, 이는 품질관리에서 매우 중요한 부분을 차지함으로써, 제조시 품질확보가 어려운 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 에폭시 수지의 단점을 더욱 개선한 것으로, 에폭시 수지를 메틸메타크릴레이트(metylemetacrylate, 이하 'MMA'로 약칭함) 수지로 대체함으로써, 분말형의 조성물을 제공하여 별도의 품질관리를 할 필요가 없으며, 사용이 간편하고, 내구성, 내마모성이 우수함은 물론, 내유동성, 동결안정성 등이 우수한 아스팔트 혼합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은, 아스팔트 13~60중량%와 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 40~87중량%를 포함하며, 상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 MMA 수지와 경화제가 혼합된 것으로, 상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 분말 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 MMA 수지는 경화제를 첨가할 경우 경화를 시작하는데, 경화 개시 후 1시간 이내에 완전히 경화가 완료되는 초속경성 수지이다. 이러한 MMA 수지는 경화 후 그 강도가 대단히 우수하므로, MMA 수지를 이용하여 아스팔트를 개질할 경우 내구성 및 내마모성이 매우 우수한 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다. 또한, 이러한 MMA 수지는 아스팔트와 혼합 시 아스팔트의 장점인 아스팔트의 유연성을 그대로 유지하면서도, 강도와 내구성, 내마모성 등을 개선하므로, 아스팔트 개질제로서 매우 적합한 재료이다.

아울러, MMA 수지는 에폭시 수지에 비해 온도에 민감하지 않아 상온에서 쉽게 생산 및 혼합이 가능하며, 기계적 강도의 발현시간이 짧아 도로포장 시에 도로의 통제를 짧게 할 수 있으며, 신장율이 에폭시 수지에 비해 우수한 특성이 있다.

그리고 상기 MMA 수지를 단독으로 사용할 수도 있지만, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-Hydroxyethyl acrylate, 이하 '2HEA'로 약칭함.) 모노머 5~10중량%를 MMA 수지 90~95중량%와 혼합 사용할 수도 있는바, 2HEA를 사용할 경우 MMA 수지의 유리전이온도값(Tg값)을 낮출 수 있어 아스팔트 포장에 크랙이 발생하는 것을 예방할 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 2HEA의 첨가 여부는 필요에 따라 결정하는 것으로, 생략가능함은 당연하다.

본 발명에서는 이러한 MMA 수지를 경화제와 혼합하여 MMA 조성물을 구성하는데, 이렇게 경화제와 혼합된 MMA 수지는 경화되어 분말형태를 갖게 된다. 즉, 본 발명의 아스팔트 포장용 MMA 수지 조성물은 현장에서 주제와 경화제를 혼합하여 경화시키는 것이 아닌, 사전에 MMA 수지와 경화제를 혼합하여 경화시키고, 경화된 분말형태의 MMA 수지 조성물을 아스팔트에 혼합하는 것이다.

이때, 상기 경화된 MMA 수지 조성물의 형태가 분말 상이 아닌 불균일한 고체상이라면 이를 별도의 볼밀 등으로 균일하게 분말화하여서 제조함으로써, 아스팔트에 균일 분산되도록 할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 경화제로는 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide)와 그 유도체, 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate)와 그 유도체 중 어느 하나이거나, 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide) 또는 그 유도체 중 어느 하나와 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate) 또는 그 유도체 중 어느 하나를 혼합한 혼합물인 것을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 디벤조일퍼옥사이드를 사용하는 것이다.

즉, MMA 수지는 하기 화학식 1과 같이, 경화제를 통한 화학적 경화 반응으로 긴 탄소분자 고리(C-C-C)가 형성되는데, 상기한 경화제들은 MMA의 물성에 전혀 지장을 주지 않으면서도 고분자의 형성을 가속화시키는 역할을 하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 MMA 수지는 종래의 에폭시 수지와는 달리 경화제의 첨가량에 큰 영향을 받지는 않지만, 경제성, 반응성 등을 고려할 때, 상기 MMA 수지와 경화제의 혼합비는 중량비로서 1~6 : 1임이 바람직하다. 즉, 상기 MMA 수지가 너무 많거나 적어지게 되면 경화가 충분히 이루어지지 않아 요구하는 물성을 달성할 수 없거나 필요 이상의 경화제가 사용되어 경제성이 좋지 못하게 되므로 상기한 혼합비의 범위 내에서 사용함이 바람직하며, 주변 온도가 높을 경우는 소량의 경화제만을 사용하고, 주변 온도가 낮을 경우는 더 많은 양의 경화제를 사용하여 원활한 경화가 진행될 수 있도록 한다.

아울러, 상온에서 MMA 수지와 경화제를 반응시키기 위해서, 필요에 따라 경화 촉매제를 더 포함할 수 있는데, 상기한 경화 촉매제로서는 디메틸 파라 톨루이딘(Dimethyl para-toluidine), 트리메틸아민(Trimethylamine), 디메틸아닐린(Dimethylaniline) 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 MMA 수지 조성물에는 물성에 큰 영향을 미치지 않는 범위 내에서, 안정제, 소포제 등의 첨가제를 추가 혼합할 수 있다.

이렇게 경화된 MMA 수지 조성물은 아스팔트와 혼합하여 아스팔트 포장용 MMA 수지 조성물을 제조하는데, 그 혼합비로는 아스팔트 13~60중량%와 메틸메타크릴레이트 조성물 40~87중량%를 혼합함이 바람직하다.

본 발명에서 MMA 수지 조성물을 아스팔트와 선혼합하는 이유는, 현장에서 아스팔트와 혼합할 시 고른 혼합이 가능하도록 하기 위한 것이다. 이때, MMA 수지 조성물이 40중량% 미만일 경우 상대적으로 아스팔트의 혼합량이 많아져 취급이 용이하지 않게 되며, 87중량%를 초과할 경우 아스팔트의 혼합량이 너무 적어 균일 분산이 어려울 수 있기 때문이다.

이렇게 제조되는 본 발명의 아스팔트 포장용 MMA 수지 조성물은, 아스팔트의 내구성, 내마모성을 개선하는 것이다.

그리고 본 발명에 따른 아스팔트 포장 혼합물은, 아스팔트 100중량부에 상기한 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 0.1~13중량부를 혼합하여서 되는 것을 특징으로 한다. 이때 MMA 수지 조성물을 0.1~13중량부만큼 혼합하는 이유는, 그 혼합량이 0.1중량부 미만일 경우 개질의 효과가 거의 없게 되어 물성이 좋지 못하게 되고, 13중량부를 초과할 경우 과량이 되어 오히려 아스팔트의 기본 물성이 저하되는 등의 단점이 발생하기 때문이다.

아울러, 상기 아스팔트 포장 혼합물에는 골재가 추가로 포함될 수 있음은 당연한 것이며, 상기 골재를 아스팔트 포장시 혼합하는 구성은 이미 충분히 공지된 사항이므로, 골재의 종류 및 혼합비에 대한 설명은 생략한다.

또한, 골재 이외에도 미끄럼 방지재와 안료 중 선택된 1종 이상의 것을 더 추가할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 아스팔트 포장 혼합물은 기층용은 물론, 표층용의 도로 포장재로서의 활용이 가능한데, 기층용으로 사용할 경우 골재만을 추가로 혼합하여 포장하고, 표층용으로 포장할 경우, 골재와 함께 도로의 미끄럼을 방지하기 위한 미끄럼 방지재, 그리고 도로의 색상을 위한 안료를 추가로 혼합하여 시공하는 것이다.

상기 미끄럼 방지재로서는 칩 골재를 이용할 수 있다. 상기 칩 골재는 세라믹 골재, 실리카, 제강 슬래그 등의 재질을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 칩 골재의 직경을 1mm 이상으로 할 경우 미끄럼 방지 효과는 우수하나, 골재의 입경이 커 소음이 유발되고 차량 바퀴와의 마찰력이 집중되어 탈리가 쉽게 발생되는 문제가 유발될 수 있으므로, 칩 골재의 직경을 0.5~1mm로 제안함이 바람직하며, 상기 미끄럼 방지제는 상기한 아스팔트 포장 혼합물을 구성하는 아스팔트 100중량부를 기준으로, 1~10중량부의 범위로 추가될 수 있다.

또한, 상기 안료로는 근적외선을 반사할 수 있는 차광 안료를 사용함이 바람직하다. 상기 차광 안료를 사용할 경우 여름철 포장의 표면 온도를 최대 10℃ 정도 낮춰 주의의 대기온도를 2~3℃ 떨어뜨릴 수 있는 차열 도료의 역할을 할 수 있는 것이며, 이러한 차광 안료 역시 상기한 아스팔트 포장 혼합물을 구성하는 아스팔트 100중량부를 기준으로, 0.1~1중량부의 범위로 추가될 수 있다.

상기한 아스팔트 포장 혼합물의 포장 방법에 대해 설명하면, 아스콘 플랜트에서 165±10℃ 온도조건으로 MMA 수지 조성물과 아스팔트, 골재 등을 혼합하여 아스팔트 포장 혼합물을 제조하고, 현장으로 덤프 트럭 등을 이용하여 운반한 다음, 아스팔트 피니셔로 포설한 후, 1차 전압(다짐)은 130±10℃에서 8~10ton 타이어 롤러로 3회 왕복, 2차 전압은 90±10℃에서 10~12ton 타이어 롤러로 3회 왕복, 3차 전압은 70±10℃에서 8~10ton 타이어 롤러로 3회 왕복하여 기층 면을 포장한다.

그리고 MMA 수지 조성물, 아스팔트, 미끄럼 방지재, 골재, 안료 등을 혼합하여 MMA 수지 아스팔트 포장 혼합물을 아스콘 플랜트에서 165±10℃의 고온으로 생산하여 덤프 트럭으로 운반한 다음, 아스팔트 피니셔로 포설한 후, 1차 전압은 130±10℃에서 10~12ton 마카뎀 롤러 3회 왕복, 2차 전압은 90±10℃에서 8~10ton 타이어 롤러로 3회 왕복, 3차 전압은 70±10℃에서 7~8ton 탄뎀 롤러로 3회 왕복하여 표층면을 포장한다.

상기한 포장 방법은 본 발명의 MMA 수지 아스팔트 포장 혼합물을 도로 포장에 이용하기 위한 것으로, 그 실시 형태를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 MMA 수지 아스팔트 포장 혼합물을 기층용으로만 사용하고 표층용으로는 다른 종류의 포장재를 사용할 수도 있으며, 본 발명의 MMA 수지 아스팔트 포장 혼합물을 표층용으로만 사용하고 기층용으로는 다른 종류의 포장재를 사용할 수 있음은 당연하다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

MMA 수지를 준비하고, 상기 MMA 수지와 디벤조일퍼옥사이드를 25℃의 실내온도에서 6:1중량비로 혼합하였다. 그리고 이에 경화 촉매제로서 Dimethyl para-toluidine을 MMA 수지와 디벤조일퍼옥사이드의 혼합물 100중량부를 기준으로 1중량부만큼 첨가한 후, 볼밀로 혼합, 분쇄하여 입자가 균일한 분말형의 조성물을 수득하였다.

다음으로, 상기한 조성물을 아스팔트와 1:1중량비로 혼합하여 MMA 수지 조성물을 제조하였다.

그리고 상기 MMA 수지 조성물 5중량%와 아스팔트 95중량%를 혼합하였다. 그리고 상기 혼합물 5중량%와 13mm 이하의 골재(골재 표준 입도에 준함)를 95중량%를 165℃에서 가열, 혼합하여, 본 발명의 MMA 수지 아스팔트 포장 혼합물을 제조하였다.

(비교예 1)

일반 아스팔트 5중량%와 13mm 이하의 골재(골재 표준 입도에 준함)를 95중량%를 165℃에서 가열, 혼합하여, 아스콘 혼합물을 제조하였다.

(비교예 2)

폐 고무로 개질한 개질 아스팔트 5중량%와 13mm 이하의 골재(골재 표준 입도에 준함)를 95중량%를 165℃에서 가열, 혼합하여, 개질 아스콘 혼합물을 제조하였다.

이때, 상기 개질 아스팔트 100중량%에는 폐 고무가 8중량%만큼 첨가되었다.

그리고 상기 실시예 1, 비교예 1 및 2에 대한 마샬안정도, 동적안정도를 각각 KSF2337:2002, KSF2374:2000에 규정된 방법으로 측정하였다. 그리고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 1, 비교예 1, 2의 시험 결과.

구분	마샬안정도(kg/㎠)	동적안정도(회/mm)
실시예 1	6,800	50,000
비교예 1	1,000	500
비교예 2	1,500	4,000

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2에 비해 본 발명의 실시예 1가 마샬안정도와 동적안정도가 모두 현저히 우수한 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (5)

1. 아스팔트 13~60중량%와 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 40~87중량%를 포함하며,
   상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 메틸메타크릴레이트 수지, 경화제, 경화 촉매제가 혼합된 것으로,
   상기 메틸메타크릴레이트 수지 조성물은 분말 형태이고,
   상기 경화제는 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide)와 그 유도체, 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate)와 그 유도체 중 어느 하나이거나,
   디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide) 또는 그 유도체 중 어느 하나와 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate) 또는 그 유도체 중 어느 하나를 혼합한 혼합물이며,
   상기 경화 촉매제는 디메틸 파라 톨루이딘(Dimethyl para-toluidine)이고,
   상기 메틸메타크릴레이트 수지와 경화제는 1~6 : 1 중량비로 혼합되는 것임을 특징으로 하는 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 아스팔트 100중량부에 제 1항의 아스팔트 포장용 메틸메타크릴레이트 수지 조성물 0.1~13중량부를 혼합하여서 되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 혼합물.
   
5. 제 4항에 있어서,
   골재를 추가로 포함하며,
   미끄럼 방지재 및 안료 중 어느 하나 또는 둘 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 포장 혼합물.