KR101820380B1 - 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재, 이를 이용한 부분보수 공법 및 아스팔트 콘크리트 포장 덧씌우기 공법 - Google Patents
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재, 이를 이용한 부분보수 공법 및 아스팔트 콘크리트 포장 덧씌우기 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 말레익산 그라프트 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 함유한 아스팔트 및 콘크리트 균열, 포트홀 및 팽창이음 조인트용 보수재 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그라프트율 1 내지 7중량%로 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록 공중합체 2 내지 8 중량%, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 24 중량%, 스타이렌-이소프렌- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 25 중량%, 에틸렌-비닐아세테이트 4 내지 15 중량%, 로진 에스터 8 내지 20 중량%, 가소제 8 내지 20 중량% 및 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 4 내지 15 중량% 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화 방지제와 아민계 자외선 안정제로 이루어진 내구성 향상제 0.2 중량% 내지 1.4 중량%를 포함하는 바인더를 사용하여, 소성변형 저항성을 나타내는 높은 연화점, 낮은 침입도, 원상회복률, 충진재와의 우수한 분산성, 골재와 양호한 계면접착성 및 아스팔트와의 호환성을 만족하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재와 이를 이용한 부분보수 공법 내지 줄눈콘크리트 포장을 아스팔트 콘크리트로 덧씌우기하는 공법을 개시한다.
Description
본 발명은 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재, 이를 이용한 소파보수 또는 단면보수와 같은 부분보수 공법 및 이를 이용한 손상된 줄눈 콘크리트 포장 보수 후 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법에 관한 것이다.
포장은 교통하중과 기상조건과 같은 외적작용을 항상 받아 노면의 성질과 상태가 변하고 포장자체가 노화되어 이를 방치하면 주행성, 안전성, 쾌적성이 저하되고, 결국에는 원활하고 안전한 교통에 지장을 주게 된다. 특히 최근 자동차 증가와 차량의 대형화, 중량화에 따라 포장 도로의 파손은 매우 심하여 보수가 적기에 시행되지 못하고 있는 실정이다. 포장 유지보수의 목적은 포장 내구성 확보로 구조기능 유지하고 또한 노면의 주행성 확보로 교통의 안전과 쾌적성 유지함에 있다. 지금까지 수많은 유지보수 재료가 적용되어 왔으나 보수된 부분의 잦은 파손이 빈번한 실정이다.
앞으로 도로건설, 확장포장도 중요하지만, 포장된 도로의 경제적이고 효과적인 유지관리가 더 중요하다. 국내 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 시멘트계와, 상온 또는 가열형의 수지계로 대별되며, 이러한 보수재는 파손부위에 패칭시켜 파손부위가 더 이상 확장되지 않고 파손된 부위와 결합하여 접합면에서 패칭된 재료가 분리되지 않게 하는 역할을 한다. 시멘트계 보수재료는 시공성, 초기 건설비, 동일한 외관 색상 구현 등에 유리하지만 계속되는 차량 운행, 고하중으로 접합면이 파괴가 진행됨으로써 조기 파손을 야기시켜 이에 따른 유지 보수노력이 소요되는 단점이 있다. 또한 기존의 수지계 보수재는 고하중, 반복하중으로 원상 회복력이 취약하여 빈번한 및 아스팔트 및 시멘트 콘크리트와의 상용성이 부족하여 기존 시멘트 콘크리트 층과의 분리되어 분리된 틈으로 수분이 침투하여 파과가 가속화되는 단점이 있다. 또한 초기 투자비가 다소 많이 소요되며 가열 시공시 냉각시간이 길어 교통 개방이 늦어지는 문제점 등 많은 단점을 가지고 있다. 아스팔트 콘크리트 포장의 문제점으로는 국부적 균열, 미세균열 종횡방향 균열, 선상균열, 플러싱, 소성변형, 단차 및 포트홀 등이 있으며 시멘트 콘크리트 포장의 문제점으로는 파손의 성상, 노상 및 보조기층 손상, 가로 세로 균열, 줄눈부 균열, 펌핑 단차 등의 문제가 있으며 이의 보수공법으로 덧씌우기와 재시공 또는 줄눈부 재시공, 슬랩브 잭킹 및 얇은 층 포장 등이 있다.
이에 따라 아스팔트 및 시멘트계 또는 수지계 보수재의 유지보수가 용이하지 않다는 단점과 단기간에 접합 부분의 분리 및 파손, 높은 투자비 및 빈번한 보수 획수의 증가로 교통난 가중 및 차량 운행 속도 지연으로 사회 간접 비용이 증가되는 단점을 해소함과 동시에 원상 회복력이 우수하고 접합면과의 상용성이 우수하여 접착력을 증가시켜 도로 수명을 연장시키는 장점들을 보완하기 위하여 세계적으로 최근 고무계 보수재를 사용한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 개발에 많은 관심을 가지고 있다. 본 패칭재는 유지보수 공법에 적용되는 포트홀, 단차, 부분적 균열, 침하 등과 같은 파손을 포장 재료를 사용해서 응급 처리하는 공법과 파손 부분에 포장 재료를 직접 채우는 임시적 방법과 불량 부분을 약간 크게 절취하여 수리하는 방법에 적용할 수 있다. 또한 충전방법으로 큰 상장 균열 또는 시멘트 콘크리트 포장 위의 아스팔트 층에 보이는 균열 등에 혼합물을 채워서 보수하는 공법에도 적용할 수 있다. 균열부에 먼지나 흙을 제거하고 파손 부분을 제거한 후 아스팔트 모르타르, 슬러리 혼합물, 브라운 아스팔트, 주입 줄눈재, 구스 아스팔트 등으로 채울 수 있다.
한편, 일반적으로 줄눈 콘크리트 포장(Jointed Concrete Pavement ; JCP)은 차량에 의해 발생하는 교통하중 및 기후변화에 의한 환경하중을 비롯한 동결융해의 반복으로 인하여 여러 형태의 파손이 줄눈부에 많이 발생한다. 겨울철 제설재를 다량 사용하는 우리나라에서는 특히 심각한 문제로 대두되고 있다.
이와 같이 줄눈부 파손이 발생한 도로포장은 서비스능력 향상 및 공용성 증진을 위해 주기적인 유지보수 또는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기를 필요로 한다.
이러한 유지보수 및 보강 공법중 하나가, 손상된 줄눈부를 제거한 후 시멘트계 속경성 콘크리트 재료를 사용하여 줄눈부를 긴급하게 보수하는 방법이다.
그러나 이러한 방법은 보수부위에서 보수 후 2차 조기파손이 발생하는 사례가 많이 발생하여 추가로 유지보수를 실시하는 경우가 많다. 즉 도로 사용자에게 심각한 불편을 초래하므로 근본적인 해결책이 될 수는 없다.
이러한 문제점을 보완하기 위한 방법이 덧씌우기 공법이다. 덧씌우기 공법으로 시멘트 콘크리트 덧씌우기 및 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법이 있다. 이 중 시멘트 콘크리트 덧씌우기 공법은 도로의 구조적 기능을 향상시킬 수는 있으나, 공사비가 많이 소요되고 장시간 교통을 차단해야한다는 문제점이 있다. 또한 필연적으로 줄눈을 설치해야 하므로 줄눈부에서 발생하는 재파손을 방지하기 어렵다. 또한, 아스팔트 덧씌우기 공법은 교통차단 시간을 최소화 할 수는 있다는 장점이 있지만, 덧씌우기 후 기존 콘크리트 포장의 줄눈부에서 반사균열이 발생하여 주행성을 떨어뜨리고 줄눈부에서 각종 포트홀이 발생하여 심각한 교통사고를 야기하기도 한다. 게다가 덧씌우기 시공 후 6개월 또는 1년 이내에 반사균열이 발생한 부분의 보수공사가 요구된다. 이러한 이유로 매 2~3년마다 아스팔트 콘크리트 덧씌우기를 계속해서 실시하여야 한다는 문제점이 있다.
즉, 줄눈콘크리트 포장 덧씌우기 공법의 가장 큰 문제점은 줄눈부에서 발생하는 반사균열을 제어하지 못한다는 점이다.
따라서 시멘트콘크리트 덧씌우기 방법과 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 방법의 단점을 보완하고 이 둘의 장점을 동시에 취할 수 있는 보수기술이 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 도로 보수재 및 이를 이용한 보수공법과 관련한 선행기술들로, 특허문헌 1에는 도로 포장의 줄눈, 크랙보수재 및 이를 사용한 보수방법이 기재되어 있는데, 구체적으로는 시멘트포장과 아스팔트 포장의 접한 부위를 다이아몬드 컷팅기로 두께 15㎜ 되도록 절단하고 에어로 이물질을 제거하고, 수분을 가스불로 제거하는 전처리공정; 기재로서 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 1.0 중량부; 접착력과 인장력 강화 및 신도개선재로서 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(SIS) 중 어느 하나 이상을 선택한 0.1중량부 내지 2.0중량부; 강성강화재로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 어느 1개 이상을 선택한 0.1중량부 내지 2.0중량부; 연화재로서 송진, 폴리에틸렌(PE)왁스, 프로세스오일, 벙커C유, 아스팔트 중 하나 이상을 선택한 0.1중량부 내지 4.0중량부; 및 강도보강재로서 시멘트, 탄산칼슘, 0.2㎜ 이하의 규사분, 소석회, 생석회 또는 후라이애쉬 중 하나 이상을 선택한 0.5중량부 내지 3.0중량부를 포함하는 도로 줄눈 및 크랙 보수재를 간접가열 믹서에 투입하여 이 재료들을 100℃ 내지 250℃로 가열 혼합하는 재료 준비공정; 상기 가열 혼합된 재료를 상기 전처리를 마친 시공부위에 투입하는 공정; 및 투입된 재료의 온도가 100℃ 이상일 때 그 투입재료 위에 3㎜ 이하의 골재 또는 3㎜ 이하의 우레탄칩, 폐타이어칩 또는 EDPM칩을 살포하여 고착시키는 공정을 포함하는 도로의 줄눈, 크랙 보수방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2는 덧씌운 아스콘 포장의 반사균열을 억제하기 위한 줄눈 구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 구체적으로는 콘크리트 슬래브에 일정 간격으로 형성한 줄눈 홈통에 삽입된 백업제; 상기 백업제의 상부와 줄눈 홈통의 양측면 및 상기 줄눈 홈통을 따라 양측 콘크리트 슬래브 상면까지 일정 폭으로 도포된 프라이머; 상기 백업제 상부의 줄눈 홈통에 충진되고, 상기 줄눈 홈통을 따라 양측 콘크리트 슬래브 상면까지 일정 폭으로 도포되어 단면(斷面)이 '┳'자 형상으로 충진 및 도포된 열가소성 탄성봉함재; 상기 콘크리트 슬래브의 상면에 도포된 탄성봉함재의 상면에 부착된 보강섬유;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 덧씌운 아스콘 포장의 반사균열을 억제하기 위한 줄눈 구조가 기재되어 있다. 또한, 기존 아스콘 포장에 생긴 균열을 따라 일정 깊이로 줄눈 홈통을 형성하고, 상기 줄눈 홈통의 양측면 및 줄눈 홈통을 따라 양측 기존 아스콘 포장 상면까지 일정 폭으로 도포된 프라이머; 상기 줄눈 홈통에 충진되고, 상기 줄눈 홈통을 따라 양측 기존 아스콘 포장 상면까지 일정 폭으로 도포되어 단면(斷面)이 '┳'자 형상으로 충진 및 도포된 열가소성 탄성봉함재; 상기 기존 아스콘 포장의 상면에 도포된 탄성봉함재의 상면에 부착된 보강섬유;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 덧씌운 아스콘 포장의 반사균열을 억제하기 위한 줄눈 구조를 기재하고 있으며, 콘크리트 슬래브를 일정 간격으로 컷팅하여 줄눈 홈통을 형성하는 단계; 상기 줄눈 홈통과, 프라이머를 도포할 위치의 콘크리트 슬래브 상면을 청소하는 단계; 콘크리트 슬래브에 형성한 줄눈 홈통에 일정 깊이로 백업제를 삽입하는 단계; 상기 백업제의 상부와 줄눈 홈통의 양측면 및 상기 줄눈 홈통을 따라 양측 콘크리트 슬래브 상면까지 일정 폭으로 프라이머를 도포하는 단계; 줄눈 홈통에 탄성봉함재를 충진하고, 상기 프라이머를 도포한 콘크리트 슬래브에 열가소성 탄성봉함재를 도포하는 단계; 단면(斷面)이 '┳'자 형상으로 형성된 탄성봉함재의 상부에 보강섬유를 부착하는 단계;를 거쳐서 시공하는 것을 특징으로 하는 덧씌운 아스콘 포장의 반사균열을 억제하기 위한 줄눈의 시공방법에 대해 개시하고 있다.
한편, 특허문헌 3은 콘크리트 포장도로의 아스팔트 덧씌우기 포장공법에 관한 것으로, 콘크리트 도로(110)의 표면을 정리하는 표면정리단계(100); 상기 표면정리단계(100)를 거치면서 표면이 정리된 콘크리트도로(110)의 수축이나 팽창을 수용하도록 형성된 줄눈이나 교통하중의 반복적인 하중에 의해 발생된 균열 등의 불연속면(111)에 고무와 같이 자체 탄성력을 갖고 있는 백업재(210)를 삽입하는 백업재 삽입단계(200); 상기 백업재 삽입단계(200)를 거치면서 콘크리트도로(110)에 형성된 불연속면(111)에 삽입된 백업재(210)의 상부에 위치되도록 불연속면(111)에 줄눈재(310)를 주입시키는 줄눈재 주입단계(300); 상기 줄눈재 주입단계(300)를 거치면서 줄눈재(310)가 불연속면에 주입되어있는 콘크리트 도로(110)에 이액형 불포화 폴리에스테르수지와 메틸에틸케톤 과산화물(MEK-PO; Methyl Ethyl Ketone Peroxide)로 조성된 열가소성수지인 경화제(410)를 피막이 형성되도록 도포하는 피막형성단계(400); 상기 피막형성단계(400)를 거치면서 콘크리트도로(110)의 상부면에 피막이 형성되도록 도포되고 열가소성수지인 경화제(410)의 상부면 및 콘크리트도로(110)에 형성된 불연속면(111)에 주입되어있는 줄눈재(310)의 상부에 고무아스팔트계 접착제(510)를 도포하는 접착제도포단계(500); 상기 접착제도포단계(500)에 의해 콘크리트도로(110)의 상부면에 열가소성수지인 경화재(410)가 도포되어 형성된 피막 상부면 및 콘크리트도로(110)에 형성된 불연속면(111)에 주입되어있는 줄눈재(310)의 상부에 도포되어 있는 고무아스팔트계 접착제(510)의 상부면에 유리섬유부직포(610)를 부착시키는 유리섬유부착단계(600); 상기 유리섬유부착단계(600)를 통해 고무아스팔트계 접착제(510)의 상부면에 부착되어있는 유리섬유부직포(610)의 상부면에 아스콘(710)을 포설하여 경화시키는 경화단계(700)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로의 아스팔트 덧씌우기 포장공법이 기재되어 있다.
마지막으로, 특허문헌 4는 콘크리트 균열 및 줄눈 밀봉제 및 방법에 관한 것으로, 약 10 내지 20%의 오일; 약 2 내지 5%의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 (SBS); 탄화수소계 수지와 로진 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 물질 약 8 내지 15%; 약 1 내지 5%의 스타이렌-이소프렌-스타이렌(SIS); 약 0 내지 3%의 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA); 약 0.2 내지 0.6%의 이산화티타늄(TiO2); 칼슘 카보네이트와 활석으로 구성된 군에서 선택되는 물질 약 20 내지 50% ; 및 흄드 실리카 및 석영분말 약 10 내지 50%를 포함하는 조성을 개시하고 있다.
본 발명은 소성변형 저항성을 나타내는 높은 연화점, 낮은 침입도, 원상회복률, 충진재와의 우수한 분산성, 골재와 양호한 계면접착성 및 아스팔트와의 호환성을 만족하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 이와 같은 보수재를 이용하여 줄눈콘크리트 포장의 내구성 증진과 수명을 연장할 수 있는 아스팔트 콘크리트 포장 덧씌우기 공법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 이와 같은 보수재를 이용하여 기존 균열을 효과적으로 보수할 수 있는 부분보수 공법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에서는 바인더 및 골재를 포함하며, 상기 바인더는 바인더 전체 중량을 기준으로, 그라프트율 1 내지 7중량%로 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 2 내지 8 중량%, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 24 중량%, 스타이렌-이소프렌- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 25 중량%, 에틸렌-비닐아세테이트 4 내지 15 중량%, 로진 에스터 8 내지 20 중량%, 가소제 8 내지 20 중량%, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 4 내지 15 중량% 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화 방지제와 아민계 자외선 안정제로 이루어진 내구성 향상제 0.2 중량% 내지 1.4 중량%를 포함하는 것인, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공한다.
바람직한 일 구현예에 따른 보수재에 있어서, 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 3 내지 5중량%의 그라프트율로 말레익산이 그라프트된 것일 수 있다.
바람직한 일 구현예에 따른 보수재에 있어서, 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 중량 평균 분자량이 80,000g/mol 내지 150,000g/mol인 것일 수 있다.
바람직한 일 구현예에 의한 보수재에 있어서, 로진 에스터는 디스프로포셔네이트 로진 에스터, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 및 글리세롤 로진 에스터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 또는 선택된 적어도 1종의 로진 에스터와 오탄소계(C5) 탄화수소 수지 및 구탄소계(C9) 탄화수소 수지 중에서 선택된 적어도 1종의 탄화수소계 수지와의 혼합물일 수 있다.
구체적인 일 구현예에 의한 보수재에 있어서, 바인더는 강화섬유, 충진제 및 분산제 중 선택된 적어도 1종의 것을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
구체적인 일 구현예에 의한 보수재에 있어서, 바인더는 그 함량이 전체 보수재 조성 중 20 내지 35중량%일 수 있다.
바람직한 일 구현예에 의한 보수재는 강섬유(steel fiber)를 전체 보수재 조성 중 0.3 내지 1.0중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 상기 일 구현예들에 의한 보수재를 150℃ 내지 200℃ 조건 하에서 압출기에서 용융 혼합하는 단계를 포함하는, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 상기 일 구현예들에 의한 보수재를 상온에서 드라이 상태로 혼합기에서 혼합하는 단계를 포함하는, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기존 줄눈 콘크리트 포장체의 줄눈부 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계; 세정된 표면을 가열하는 가열단계; 가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 접착제가 도포된 표면에 상기 일 구현예들에 의한 보수재를 준비하고 포설하는 단계; 표면마무리 단계; 및 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 단계를 포함하는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 공법에 있어서, 보수재를 준비하고 포설하는 단계는 150℃ 내지 200℃ 조건 하에서 압출기에서 용융 혼합 또는 드라이 혼합으로 제조된 보수재를 포설하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 기존 콘크리트 포장체의 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계; 세정된 표면을 가열하는 가열단계; 가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 접착제가 도포된 표면에 상기 일 구현예들에 의한 보수재를 준비하고 포설하는 단계; 및 표면마무리 단계를 포함하는 부분보수 공법을 제공한다.
본 발명은 용해도 및 보관 안정성이 우수하고, 아스팔트 개질재 소성변형 저항성을 나타내는 높은 연화점, 낮은 침입도, 원상 회복률, 충진재와 분산성이 우수하면서 다양한 종류의 골재와 양호한 계면접착성 및 아스팔트와 호환성을 만족하는 우수한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 줄눈콘크리트 포장 줄눈부에서 발생하는 2차 파손을 강성과 연성을 동시에 지닌 재료로 보수하여 궁극적으로 줄눈콘크리트 포장의 내구성 증진과 수명연장의 효과를 얻을 수 있는 공법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 보수재를 이용하여 손상된 줄눈부위를 보수하고 아스팔트 콘크리트 덧씌우기를 수행하는 공법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 노면파쇄 및 고압 공기를 이용하여 청소하는 단계를 보여 주는 것이다.
도 3은 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 열기를 이용한 표면 가열 및 접착제 도포단계를 보여 주는 것이다.
도 4는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 1차 보수재료 생산 및 포설 단계를 보여 주는 것이다.
도 5는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 1차 보수재료 포설면 마무리 단계를 보여 주는 것이다.
<도면 주요 부호의 상세한 설명>
A- 줄눈부 손상부위
B- 보수재 도포부
C- 아스팔트 콘크리트 덧씌우기층
도 2는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 노면파쇄 및 고압 공기를 이용하여 청소하는 단계를 보여 주는 것이다.
도 3은 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 열기를 이용한 표면 가열 및 접착제 도포단계를 보여 주는 것이다.
도 4는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 1차 보수재료 생산 및 포설 단계를 보여 주는 것이다.
도 5는 본 발명에서 보수재를 이용한 부분보수 공법에 있어서 1차 보수재료 포설면 마무리 단계를 보여 주는 것이다.
<도면 주요 부호의 상세한 설명>
A- 줄눈부 손상부위
B- 보수재 도포부
C- 아스팔트 콘크리트 덧씌우기층
본 발명에서 사용된 용어 "아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재"는 바인더와 골재를 포함하는 조성으로, 여기서 골재라 함은 잔골재, 굵은 골재 내지 모래 등을 모두 포함함은 물론이다.
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수에 적용되는 보수재는 특히 아스팔트 및 시멘트 콘크리트와 화학적으로 상용성을 확보하고 원상 회복력 및 고온 및 차량 하중하에서 재료가 변형되지 않는 연화점을 확보하여야 한다. 구체적으로 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 반복되는 차량 통과 시 하중에 의한 보수재 변형, 하절기 높은 온도하에서 변형 및 공기 또는 자외선 가시광선 하에서 노출시 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 산화안정성 및 자외선 가시광선 안정성으로 재료가 열화되지 않는 장기간 내구성은 유지는 반드시 필요한 검토 사항이다.
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 아스팔트와 상용성이 우수하므로 아스팔트와 시멘트 복층용 도로포장에도 적용이 가능하다. 특히 아스팔트는 상온에서 흑색을 띄며, 끈끈한 반고체 상태의 매우 점성이 높은 재료로 종류는 점도, 구성 성분 및 경도를 기준으로 다양한 등급으로 구분되며, 이와 관련한 등급으로 침입도, 점도 및 공용성 등급이 있다.
아스팔트는 ASTM D946에 의한 아스팔트의 침입도 시험결과를 이용해서 분류할 수 있다. 침입도는 표준 침을 기준 온도에서 규정된 하중 및 시간 동안 아스팔트에 관입된 양을 아스팔트의 침입도로 규정하는 시험으로, 구체적으로 25 ℃에서 아스팔트의 경도를 나타내는 지수로서, 아스팔트에 규정된 침의 바늘로 100g의 힘으로 5초 동안 눌렀을 때의 침의 관입 깊이를 0.1 mm 단위로 나타낸 값으로 이 값이 작을수록 단단한 아스팔트를 의미한다.
상기 침입도에 의한 등급에는 40~50, 60~70, 85~100, 120~150, 200~300 등의 5가지 표준 침입도 등급 범위가 있고, 침입도 40~50의 아스팔트는 침입도 200~300의 아스팔트 보다 경도가 높은 단단한 아스팔트이다. 국내에서 생산되는 대표적인 도로포장용 아스팔트는 침입도 85~100(AP-3) 및 침입도 60~80(AP-5)의 2종류가 있다.
한편, 아스팔트는 사용 중 고온 노출 또는 높은 하중에 노출되면 점성이 낮아져 고온 및 높은 하중에 의하여 소성 변형이 발생하며 저온하에서는 외부 충격 및 반복하중으로 미세 균열 또는 파괴가 되어 특히 낮은 온도하에서 균열을 유발하는 문제가 있다.
이러한 아스팔트의 높은 하중 전달, 고온하에서 변형에 의한 민감성을 개선하는 방법으로 가장 널리 사용되고 있는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 내지 이중 블록 공중합체와 같은 열가소성 탄성체를 용용 분산 혼합시켜 사용하는 방법이 있으며, 이와 같은 개질제에 의해 소송변형 저항성 및 저온균열 저항성을 향상시킨 아스팔트를 개질 아스팔트(이하, '열가소성 탄성체 개질 아스팔트'라 약칭함)로 알려져 있다.
열가소성 탄성체 개질 아스팔트는 고온에서 고분자를 혼합 분산 및 미세입자로 단계적으로 파쇄 이후에 용용시키기 때문에 필연적으로 열과 공기 중에 있는 산소에 의해 열화 또는 산화되어 고분자 구조가 변하게 되어 물성의 저하를 일으킨다. 또한 열가소성 탄성체가 높은 온도 또는 기계적인 마찰열에 의한 응력 전달에 의하여 열 또는 응력에 의하여 열화 또는 산화되어 열가소성 탄성체의 이중결합의 절단 및 결합으로 미세 분자 구조내에 라디칼을 생성시켜 부타디엔 이중결합 사슬에 라디칼이 형성된다. 형성된 라디칼은 다른 고분자 사슬과 결합하여 초기에 부분적으로 겔화가 되어 점차적으로 장기간 고온 노출 또는 반복되는 기계적 응력에너지에 의하여 완전 겔화를 일으키거나 산소와 반응하여 과산화물 중간체를 형성하게 된다. 이렇게 생성된 과산화물은 열에 의해 분해되어 새로운 라디칼 구조를 형성함으로써 열가소성 탄성체의 이중결합의 반복적인 반응으로 경화되어 탄성이 손실되어 원상 회복력을 잃게 되어 최종적으로 개질재의 기능을 저하시키게 된다.
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 공기 및 자외선 가시광선에 항상 노출되어 있어 수개월 또는 수년 경과할 경우 표면층이 산화되어 균열 및 겔화가 진행되어 작은 하중에도 보수재가 파손될 우려가 있으므로 산화안정성 및 자외선 가시광선에 의한 내후성을 향상시키고자 산화방지제 및 자외선 가시광선 안정제를 사용하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 산화방지제는 산화 기능을 선택적으로 억제하기 위하여 열가소성 탄성체가 산소 또는 열에 의해 생성된 라디칼 구조와 결합하여 안정화된 구조가 되어 추가적인 라디칼이 생성되지 않게 하는 역할과 라디칼 및 산소와 반응하여 생성된 과산화물과 반응하여 새로운 라디칼 생성을 억제하는 역할을 한다.
대표적인 산화방지제로는 힌더드 페놀계 구조가 있으며 자외선 가시광선 안정제로는 아민계 구조의 안정제를 사용하여 열가소성 탄성체의 내구성 및 수명을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 성능은 개질 아스팔트의 성능을 나타내는 아스팔트 공용성 등급(PG : Performance Grade) 규격을 평가하는 전단응력 레오미터 및 벤딩빔 레오미터를 사용하여 단기 및 장기 노화, 소성변형 저항성, 내피로균열 저항성 및 저온 하에서 내충격성 시험으로 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 성능을 평가할 수도 있다.
스타이렌-이소프렌-스타이렌 블록 공중합체 및 다양한 구조의 로진 에스터 또는 점착 부여제를 사용하여 보수재와 골재간의 점착력을 향상시키고 열가소성 탄성체와 충진재와의 상호 작용을 향상시켜 흐름성을 개선할 수 있다.
충진제는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재의 소성변형을 억제하고 포장체 노화 속도를 늦추며 또한 마모저항성을 향상시킨다. 국부적 균열에 의하여 파손을 방지하며 포장체 수명을 연장함과 동시에 소성 변형 저항성을 향상시킨다. 특히 보수재에 포함되는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 로진 에스터, 또는 점착부여제, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 및 가소제를 골재와 혼합시 내부 공극을 최소화시켜 접착력을 향상시킬 수 있다.
강화섬유는 특히 말레익산 그라프트 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체와 화학적으로 반응하여 기계적 강도를 증가시킬 수 있고 또한 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 로진 에스터, 또는 점착부여제, 폴리 올레핀계 열가소성 탄성체 및 가소제를 골재와 혼합시 메트릭스 역할로 침입도를 낮추고 또한 접착력을 향상시킬 수 있다.
가소제는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재의 유동성과 골재와의 젖음력을 향상시켜 균일하게 골재에 보수재를 분산 및 도포시킬 수 있다.
폴리올레핀계 열가소성 탄성체는 비교적 저분자량의 옥텐 또는 헥산기로 치환된 열가소성 탄성체로 분자내에 이중 결합을 함유하고 있는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 또는 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 취약한 산화안정성 및 내후성을 개선시킬 수 있으며 또한 흐름성이 양호하여 골재에 균일하게 일정한 두께로 도포시켜 접착력을 향상시킬 수 있다.
아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재는 구성물을 압출기에서 고온으로 가열 용융시켜 균일상으로 분산된 액상으로 제조하여 냉각시킨 후 보수재 패칭 현장에서 혼합기로 150~200℃ 온도에서 골재와 혼합하여 패칭하는 습식 제법과 상온하에서 구성물과 골재를 균일하게 혼합하는 건식 제법으로 구분할 수 있다.
일반적으로 건식 제법보다는 습식 제법이 균일한 분산성으로 품질 안정성이 향상되므로 일반적으로 습식제법을 선호하고 있다.
건식제법은 습식제법과 달리 높은 온도에서 용융 혼합하지 아니하고 상온하에서 균일하게 혼합하므로 열화를 최소화 할 수 있으므로 습식제법과 비교시 낮은 비용으로 제조할 수 있어 보다 더 경제적이지만 상대적으로 균일한 분산성이 취약하여 품질의 안정성을 저해할 수 있다.
그런데, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록 공중합체, 가소제 및 충진제를 사용하는 경우 충진제와 상호작용 미흡으로 분산성 저하 및 강화섬유와의 미미한 접착력으로 원상 회복률이 낮고 또한 계면 접착력이 약하여 노화 이후 또는 고하중 차량이 반복되는 도로에서 사소한 충격이나 변화에 의하여 도로 패칭재가 쉽게 파손되거나 파괴되는 문제가 있을 수 있다.
이에 본 발명은 골재와의 접착력 및 충진제와 분산성 향상을 위하여 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 및 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 혼용하고, 로진 에스터, 산화안정성 및 자외선 가시광선에 대한 내후성을 향상시키기 위하여 올레핀계 열가소성 탄성체를 포함한 조성물을 제조함으로써 소성변형 저항성을 나타내는 높은 연화점, 낮은 침입도, 원상 회복률, 충진재와 분산성이 우수하면서 다양한 종류의 골재와 양호한 계면접착성 및 아스팔트와의 호환성을 만족하는 우수한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공하고자 하는 실험을 반복하였다.
특히 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 로진 에스터, 산화안정성을 부여하는 힌더드 페놀계 산화방지제 및 아민계 자외선 가시광선 안정제, 내후성을 향상시키기 위하여 올레핀계 열가소성 탄성체를 포함하는 조성물을 제조함으로써 소성변형 저항성을 나타내는 높은 연화점, 낮은 침입도, 원상 회복률, 충진재와 분산 성이 우수하면서 다양한 종류의 골재와 양호한 계면접착성 및 아스팔트와의 호환성을 만족하는 우수한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공할 수 있다.
구체적으로, 보수재는 바인더와 골재를 포함하는 것으로, 여기서 바인더는 바인더 전체 함량을 기준으로, 그라프트율 1 내지 7중량%로 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 2 내지 8 중량%, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 24 중량%, 스타이렌-이소프렌- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 25 중량%, 에틸렌-비닐아세테이트 4 내지 15 중량%, 로진 에스터 8 내지 20 중량%, 가소제 8 내지 20 중량% 및 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 4 내지 15 중량% 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화 방지제와 아민계 자외선 안정제로 이루어진 내구성 향상제 0.2 중량% 내지 1.4 중량%를 포함하는 것인, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제공한다. 바람직하게는 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 말레익산이 3 내지 5중량%의 그라프트율로 그라프트된 것일 수 있다.
상기 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 있어서 말레익산 그라프트율이 1중량% 미만인 것을 사용한 경우에는 접착력이 감소하여 골재와의 양호한 접착력 효과와 충진제 및 강화 섬유와의 분산성이 크지 않을 수 있다. 말레익산 그라프트율이 7중량% 초과인 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용하는 경우 공중합체의 탄성이 감소하여 가열 용융시 분자 사슬이 끊어져 연화점, 침입도, 원상 회복률, 충진재와 분산성이 낮아져 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 기능이 취약할 수 있다.
말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 중량 평균 분자량이 특별히 한정되지 않으나, 80,000g/mol 내지 150,000g/mol인 것일 수 있고, 바람직하게는 90,000g/mol 내지 120,000g/mol인 것일 수 있다.
말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 중량 평균 분자량이 80,000g/mol 미만인 경우 접착력 및 원상산 회복력이 낮아 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 효과가 발휘되기 어려울 수 있고, 150,000g/mol 초과인 경우 점도의 급격한 상승으로 균일한 분산된 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 얻기 어려울 수 있다.
말레익산 그라프트된 스타렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 선형 또는 가지형 블록 공중합체 일 수 있고, 선형인 경우 용융점도가 낮아 고온에서 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트, 로진 에스터, 가소제, 폴리올레핀 열가소성 탄성체, 충진제 및 강화섬유와 균일하게 혼합될 수 있으나, 가지형인 경우 용융점도가 높아 균일한 혼합이 어려우므로 바람직하게는 선형의 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체일 수 있다.
말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는, 공중합체 내 부타디엔 중 비닐(vinyl) 함량이 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 100 중량%에 대하여 30 내지 50 중량%인 것일 수 있다. 상기 비닐 함량이 30 중량% 미만인 경우 선형의 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 접착력이 낮을 수 있고 50 중량% 초과인 경우 상기 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 미세 구조의 결정화가 진행되어 원상회복력 및 탄성력이 저하될 수 있다.
상기 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 크기는 1.0㎜ 내지 10.0mm 일 수 있다. 상기 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 크기가 1.0mm 미만인 경우 미세 먼지 및 분진의 발생으로 정량 투입의 어려움과 미세 입자 충돌로 정전기 현상이 발생하여 시공이 어려울 수 있고, 10.0㎜ 초과인 경우 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 용융속도가 저하되어 장시간 높은 온도에서 혼합시 열화가 발생하여 분자구조가 겔화되어 품질이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스파트와의 상용성을 향상시키기 위하여 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 주조성 100중량%에 대하여 2 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 함량이 주조성 100중량%에 대하여 2중량% 미만이면 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스파트와의 상용성을 향상시키는 농도가 미미하여 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 제외한 나머지 구성물과 혼합시 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스파트와의 상용성이 개선되지 않을 수 있고, 8 중량% 초과인 경우 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 내에 충분히 용융 분산이 되지 않음으로써 원상 회복률 저하, 접착력 저하로 조기에 파손 및 균열이 발생하여 도로 수명을 단축시킬 수 있다.
골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스팔트와의 상용성을 향상시키기 위하여 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 내 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록 공중합체는 보수재의 침입도를 낮추고 소성 변형 저항성을 향상시키는 연화점을 개선시킬 수 있다.
상기 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스팔트와의 상용성을 향상시키기 위하여 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내 말레익산 그라프트된 가지형의 스타이렌-부타디엔- 스타이렌 블록 공중합체는 분자량이 커서 충분히 용융되지 못하여 보수재의 온도 민감성과 원상 회복률, 접착력이 악화될 수 있고 또한 점도가 크게 증가하여 골재와의 혼합 균일성이 저하할 수 있다.
상기 말레익산 그라프트된 가지형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록 공중합체는 분자량이 80,000 미만인 경우 점도가 낮아 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내 액상으로 존재하게 되어 접착력 저하 및 치수안정성이 저하되어 고온 또는 무거운 차량 하중이 반복될 경우 포자제의 변형이 유발될 수 있다.
다음으로, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 중량 평균 분자량이 특별히 한정되지 않으나, 80,000g/mol 내지 150,000g/mol인 것일 수 있고, 바람직하게는 90,000g/mol 내지 120,000g/mol인 것일 수 있다. 스타이렌-부타디엔- 스타이렌 삼중 블록 공중합체는 스타이렌 함량이 20 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 스타이렌 함량이 28 중량% 내지 35 중량% 미만인 것일 수 있다. 또한 분자구조는 특별히 한정되지 않으나, 선형 또는 가지형 블록 공중합체일 수 있다. 선형인 경우 용융점도가 낮아 고온에서 균일하게 혼합될 수 있으나 가지형인 경우 용융 점도가 높아 균일한 혼합이 어려우므로 바람직하게는 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록 공중합체일 수 있다.
다음으로, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 중량 평균 분자량이 특별히 한정되지 않으나, 60,000g/mol 내지 100,000g/mol, 바람직하게는 70,000g/mol 내지 90,000g/mol인 것일 수 있다. 스타이렌-이소프렌-스타이렌 블록 공중합체는 스타이렌 함량이 10 중량% 내지 25 중량%, 바람직하게는 스타이렌 함량은 12 중량% 내지 18 중량%인 것일 수 있다. 또한 분자구조는 특별히 한정되지 않으나, 선형 또는 가지형 블록 공중합체 일 수 있다. 선형인 경우 용융점도가 낮아 고온에서 균일하게 혼합될 수 있으나 가지형인 경우 용융 점도가 높아 균일한 혼합이 어려우므로 바람직하게는 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체일 수 있다.
다음으로, 에틸렌-비닐아세테이트는 우수한 접착성, 용해성, 핫텍(hot tack) 특성, 저온물성, 유연성 및 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 조성물과 뛰어난 상용성, 말레익산 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체와 접착력을 향상시킬 수 있는 것으로, 구체적으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체내 비닐 아세테이트 15 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 30 중량%인 것일 수 있다.
가소제 용해도를 증가시키는 연화점은 30℃ 내지 70℃일 수 있고 바람직하게는 40℃ 내지 50℃ 일 수 있다. 소성변형 저항성에 영향을 미치는 용융점은 60℃ 내지 90℃ 미만이며 바람직하게는 70℃ 내지 80℃ 미만 일 수 있다. 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재의 원상 회복률에 영향을 주는 신장율은 750% 내지 1,000% 미만일 수 있다. 바람직하게는 900% 내지 950% 미만일 수 있다. 침입도에 영향을 미치는 쇼어 에이(Shore A) 경도는 50 내지 90 미만일 수 있으며 바람직하게는 70 내지 80 미만일 수 있다.
상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합 수지는 비닐 아세테이트 함량이 20 중량% 미만이거나 또는 연화점이 30℃ 미만이거나 또는 용융점이 60℃ 미만인 경우는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재가 부분적으로 액상으로 존재하게 되어 접착력 저하 및 치수 안정성이 저하되어 고온 또는 무거운 차량 하중이 반복될 경우 포자제의 변형이 유발될 수 있다. 반면에 비닐 아세테이트 함량이 40 중량%를 초과하는 경우, 연화점이 50℃를 초과하는 경우, 용융점이 90℃를 초과하는 경우에는 분자량이 커서 충분히 용융되지 못하여 보수재의 온도 민감성과 원상 회복률, 접착력이 악화될 수 있고 또한 점도가 크게 증가하여 골재와의 혼합 균일성이 저하할 수 있다.
다음으로, 로진 에스터는 일종의 점착제 또는 점착부여제로 가소제에 용해되어 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리올레핀 열가소성 탄성체와 골재와의 접착성을 향상시킬 수 있다. 화학 구조에 따라서 다양한 로진 에스터로 분류되지만 디스프로포셔네이트 로진 에스터, 펜타에리쓰리톨계 로진 에스터, 글리세롤계 로진 에스터, 오탄소계(C5) 탄화수소 수지, 구탄소계(C9) 탄화수소 수지, 쿠마론인덴계 석유수지, 알킬페놀계 수지, 검로진계 수지 등이 사용될 수 있다. 좋기로는 디스프로포셔네이트 로진 에스터, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 및 글리세롤 로진 에스터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 또는 선택된 적어도 1종의 로진 에스터와 오탄소계(C5) 탄화수소 수지 및 구탄소계(C9) 탄화수소 수지 중에서 선택된 적어도 1종의 탄화수소계 수지와의 혼합물일 수 있다. 로진 에스터는 특히 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체와 가소제와 용융 분산시 우수한 용융 혼합을 위하여 융융점이 70℃ 내지 120℃인 것, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃이 것일 수 있다.
로진 에스터는 종류에는 크게 영향을 미치지는 않으나 융융점이 70℃ 미만인 경우 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재가 부분적으로 액상으로 존재하게 되어 접착력 저하 및 치수안정성이 저하되어 고온 또는 무거운 차량 하중이 반복될 경우 포장체 변형이 유발 될 수 있다. 반면에 용융 온도가 120℃ 이상일 경우에는 분자량이 커서 충분히 용융되지 못하여 보수재의 온도 민감성과 원상 회복률, 접착력이 악화될 수 있고 또한 점도가 크게 증가하여 골재와의 혼합 균일성이 저하할 수 있다.
다음으로, 가소제는 석유 원유를 정제하여 만든 제품으로서 파라핀계, 나프텐계 포화탄화수소와 방향족계 불포화 탄화수소로 크게 분류되나 각 유중에 함유되어 있는 파라핀, 나프텐, 방향족의 함량 즉, 탄화수소의 조성에 따라 파라핀계, 나프텐계, 방향족계로 분류되는데 조성 종류에 따라 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무 등 구조에 따라 상용성, 고온 용융성, 저온 하에서 내충격성, 산화안정성, 원상 회복률 등의 특성에 미치는 영향이 다르다. 파라핀계 가소제는 저온하에서 내충격성, 원상 회복률 등이 월등히 우수하며 나프텐계 가소제는 파라핀과 방향족계의 중간 특성을 나타낸다. 가소제는 파라핀계와 나프텐계의 합이 70 중량% 내지 100 중량%일 수 있으며 바람직하게는 80 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.
다음으로, 폴리올레핀 열가소성 탄성체는 치환된 물질이 탄소수에 따라서 부텐계, 옥텐계, 헥센계로 구분되며 치환된 물질의 탄수수가 높을수록 열변형 저항성이 우수하나 상대적으로 용융 온도가 높을 수 있다. 폴리올레핀 열가소성 탄성체는 특히 저온하에서 충격강도, 골재에 젖음성 향상 및 인성(toughness)를 향상시킬 수 있다. 용융 혼합공정 단계에서 균일한 분산성을 위하여 스타이렌-이소프렌- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무를 스웰링 및 표면 침투를 용이하게 하기 위하여 폴리올레핀 열가소성 탄성체는 그 융점이 40℃ 내지 100℃, 바람직하게 60℃ 내지 80℃인 것일 수 있다.
다음으로, 충진제의 종류로 탄산칼슘, 탈크, 실리카 이외에 생석회, 소석회, 플라이 애쉬, 제강 에쉬, 울라스토나이토, 디소듐카보네이트 등이 사용될 수 있으며 이러한 충진제를 선정시 고려해야 될 품질 특성으로 입도, 수분 함량 1 중량 이하 등을 고려하여야 한다. 탄산칼슘은 물리적 상태로 고체이며 흰색 계통색이거나 회색으로 비중은 2.7 내지 2.9로 물에는 거의 불용성이다. 탄산칼슘은 평균 입자크기는 1.5 마이크로 내지 10 마이크로 정도일 수 있다. 바람직하게는 3 마이크로 내지 6 마이크로 일 수 있다.
다음으로, 강화섬유는 치수안정성 및 탄성회복률이 우수하여 고온 및 저온하에서 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 널리 사용되는데 유리섬유, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 부직포, 나일론섬유, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 섬유, 탄소섬유를 사용할 수 있으며 섬유 크기는 단섬유 또는 장섬유로 구분되며 10 mm 내지 100 mm 미만 일 수가 있다. 특히 섬유는 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무와 상용성과 접착력을 향상시키기 위하여 스타이렌으로 표면 처리한 강화섬유가 접착력 및 골재와의 상용성, 온도 변화에 따른 변형 저항성 에 더욱 효과적이다.
강화 섬유는 종류에 따라 다소 물성의 차이가 있으나 한정되는 것은 아니다. 섬유 길이가 10 mm 미만을 사용한 경우 섬유와 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 유기 고분자 재료와의 도포 면적이 감소하여 치수 안정성 및 골재와의 분리가 발생할 수 있으며, 섬유 길이가 내지 100 mm를 초과하는 경우 섬유와 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 유기 고분자 재료와의 엉킴이 발생하여 불균일한 분산이 발생할 수 있다.
안정제로 산화안정제 즉 산화방지제와 자외선 가시광선 안정제가 사용될 수 있다. 산화 방지제는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무가 주로 공기 중의 산소에 의해 산화, 열화되어 품질 저하를 일으키는 것을 억제, 방지할 목적으로 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무에 첨가하여 사용된다. 스타이렌-부타디엔- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무의 산화에 의한 열화반응은 라디칼 반응으로 연쇄개시, 연쇄성장, 과산화물 분해의 세 가지로 각각 다른 반응에 의하여 만들어지고 있다. 산화방지제로 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, octadecyl-5-di-t- butyl-hydroxhydrocinnamate, octadecyl-3,5-di-t-butyl-hydroxhydrocinnamate, 2,2-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol), Dilauryl thiopropionate, Distearyl thiopropionate 등이 있으며 바람직하게는 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol 일 수 있다. 산화방지제는 전체 바인더 조성 중 0.1 중량부 내지 0.8 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% 내지 0.4 중량%로 포함될 수 있다.
안정제로 산화안정제 즉 산화방지제와 자외선 가시광선 안정제가 사용될 수 있다. 아민계 광안정제(HALS)는 폴리머가 자외선에 노출되어 분해되지 않도록 보호해준다. HALS는 자외선으로부터의 보호 과정 중에 자동 재생되어 최종 제품의 사용 수명시까지 폴리머를 보호한다. 또한 1차 산화방지제 역할을 수행하며 변색 정도가 낮다. 스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무가 열 또는 빛에 의해서 분해되어 노화가 발생한다. 특히 태양광선 즉 290~400nm에 해당하는 자외선은 강력한 에너지를 가지고 있어 변색, 표면 균열 등으로 기계적 물성 등이 저하하는데 자외선 안정제 는 태양광선 중에서 자외선을 선택적으로 흡수하여 열에너지로 바꾸거나 자외선으로부터 분해되어 생성된 자유 라디칼을 소멸시킴으로써 자외선으로부터 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 주성분인 스타이렌 삼중 블록 공중합체 고무가 분해되는 현상을 지연시킬 수 있다. 자외선 안정제로 benzophenone, benzotriazole, hindered amine이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 hindered amine일 수 있다. 자외선 안정제는 전체 바인더 조성 중 0.1 중량부 내지 0.6 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% 내지 0.4 중량%로 포함될 수 있다.
힌더드 페놀계 산화 방지제는 종류에 한정되는 것은 아니다. 힌더드 페놀계 산화 방지제 0.1 중량% 미만을 사용하는 경우 200℃ 이상의 고온 하에서 혼합 용융 공정에서 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 유기 고분자 재료가 산화되어 연화점 저하, 침입도 증가 및 원상 회복률이 저하되며, 힌더드 페놀계 산화 방지제 를 0.8 중량%를 초과하여 사용하는 경우 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 내의 유기 고분자 재료가 포장체 외부로 용출 및 비산이 되어 대기 오염 문제를 일으킬 수 있다.
아민계 자외선 안정제는 종류에 한정되는 것은 아니다. 아민계 자외선 안정제 0.1 중량% 미만을 사용하는 경우 200℃ 이상의 고온 하에서 혼합 용융 공정에서 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 유기 고분자 재료가 산화되어 연화점 저하, 침입도 증가 및 원상 회복률이 저하되며, 아민계 자외선 안정제를 0.6 중량% 초과하여 사용하는 경우 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재내의 유기 고분자 재료가 포장체 외부로 용출 및 비산이 되어 대기 오염 문제를 일으킬 수 있다.
바람직한 일 구현예에 따르면, 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화 방지제와 아민계 자외선 안정제로 이루어진 내구성 향상제를 전체 바인더 조성 중 0.2 중량% 내지 1.4 중량%로 포함할 수 있다.
바람직한 일 구현예에 따르면, 보수재는 상술한 조성의 바인더와 최대치수 19mm 골재를 포함하며, 이때 바인더는 전체 조성 중 20 내지 70 중량%, 바람직하기로는 20 내지 35중량%로 포함될 수 있다. 보수재와 골재의 혼합비율은 기존 줄눈콘크리트 포장의 손상부위의 깊이에 따라 변량가능할 수 있으며, 손상부위의 깊이가 깊은 경우 보수재와 쇄석골재의 비율이 각기 다른 다수의 보수재층을 형성하는 방법을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한 본 발명의 보수재는 강섬유(steel fiber)를 전체 보수재 조성 중 0.3 내지 1.0중량%로 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스파트와의 상용성을 향상시키기 위한 보수재의 제조 공정은 가열형일 수 있다.
구체적으로, 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-부타디엔 이중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌 이중 블록 공중합체, 에틸렌- 비닐 아세테이트, 로진 에스터, 가소제, 폴리올레핀 열가소성 탄성체, 충진제, 강화섬유 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량하는 단계(S1), S1단계에서 20℃ 내지 60℃ 조건에서 10분 내지 30분 미만 고속분산 혼합기에서 분당 50 rpm 내지 100 rpm 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하는 단계(S2), S2 단계에서 압출기 호퍼에 투입하는 단계(S3), 180℃ 내지 200℃ 미만에서 분당 400 rpm 내지 800 rpm 조건으로 S3 단계 혼합물을 용융 혼합하는 단계(S4); 이를 냉각시켜 10mm 이하로 펠렛타이저로 절단하는 단계(S5)를 포함하여 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
상기 (S4) 단계에서 용융 혼합 온도가 180℃ 미만인 경우 불균일한 혼합이 진행되어 융융되지 않은 구성물이 존재하여 골재와의 접착력, 원상 회복률, 아스팔트와의 상용성을 충족시키지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기 (S4) 단계에서 용융 혼합 온도가 200℃ 초과할 경우 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트, 로진 에스터, 가소제, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 일부가 높은 온도에 의하여 열화되거나 부분적으로 겔화가 진행되어 접착력, 원상 회복률, 아스팔트와의 상용성을 충족시키지 못할 수 있다.
상기 가열형 이외에 상온하에서 고속혼합기를 사용하여 드라이 상태로 혼합하여 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재 조성물은 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 열안정제, 대전방지제, 활제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상술한 보수재를 이용한 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법을 제공한다.
구체적으로, 기존 줄눈 콘크리트 포장체의 줄눈부 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄-제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계; 세정된 표면을 가열하는 가열단계; 가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 접착제가 도포된 표면에 보수재 준비 및 포설하는 단계; 표면마무리 단계; 및 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 단계를 포함하는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법을 제공한다.
도 1은 이와 같은 본 발명의 공법을 개략적으로 모사한 단면도로, 줄눈부 손상부위(A)는 상기한 공법에 따라, 보수재 도포부(B)로 새로이 형성됨과 아울러 최종적으로 그 표면에 아스팔트 콘크리트 덧씌우기층(C)이 형성되도록 한 공법이다. 즉, 기존 줄눈콘크리트 포장 줄눈부 손상부위(A)를 시멘트 콘크리트와 아스팔트 콘크리트의 성질을 동시에 지닌 재료로 1차 보수한 후, 아스팔트 콘크리트로 덧씌우기 하는 방법이다. 강성과 연성을 동시에 지닌 1차 보수재를 적용하여 줄눈부의 반사균열 발생을 차단함과 동시에 차량하중 지지에 요구되는 강성을 부여함으로써, 아스팔트 콘크리트 덧씌우기층(C)으로 반사균열이 전파되는 문제를 근본적으로 방지하는 원리이다. 따라서 기존 콘크리트 포장 줄눈부의 2차 파손을 방지할 수 있으므로, 덧씌우기 아스팔트 콘크리트의 성능을 100 % 활용할 수 있는 방법이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 제공한 보수재는 콘크리트의 강성과 아스팔트의 연성을 동시에 지닌 재료로써, 이를 적용시 줄눈부위의 반사균열을 비롯한 2차 파손을 방지하여 내구성을 증진시킬 수 있고, 도로 사용자에게 쾌적한 도로주행성 제공할 수 있다.
일예로 기존 줄눈콘크리트 포장의 줄눈부 손상부위의 깊이가 5cm 이상일 경우, 보수층의 충분한 강성을 확보하기 위하여 보수층을 2 내지 3층으로 나누어서 시공하고, 각각의 층 사이에는 최대치수 19mm의 쇄석골재 층을 형성한다. 이 때 사용되는 굵은 골재는 보수재와의 부착을 증진시키기 위해 가열하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 쇄석골재는 적어도 2회 세척한 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
구체적인 시공절차를 순차적으로 살피면,
(1) 노면파쇄 및 고압 공기를 이용한 청소단계
도 2의 (a)와 (b)는 노면파쇄 및 고압 공기를 이용하여 청소하는 단계를 보여주는 것으로, 표면준비는 줄눈콘크리트 포장 줄눈보수 또는 소파보수와 마찬가지로 파손부위를 콘크리트 파쇄기로 파쇠하고 압축공기로 표면을 청소하여 준비한다.
(2) 표면 가열 및 접착제 도포단계
도 3의 (a)와 (b)는 열기를 이용한 표면 가열 및 접착제 도포단계를 보여주는 것으로, 압축공기로 표면을 청소한 후 뜨거운 열기를 이용하여 표면의 수분을 완전히 제거하는 가열단계를 수행한다. 다음으로, 파쇄부위와 1차 보수재료의 부착력을 증진시키기 위하여 접착제를 도포한다.
(3) 보수재 준비 및 포설단계
도 4의 (a)와 (b)는 1차 보수재료 생산 및 포설 단계를 보여주는 것으로, 이동식 믹서에서 보수재를 일층 포설한 후 강성 확보를 위하여 골재층(최대치수 19 mm의 2회 이상 세척하여 가열한 쇄석골재)을 형성하는 과정을 반복하는 과정을 통해 고탄성재료에 강성을 부여하게 된다. 보수재 준비 및 포설단계는 보수재 조성을 150℃ 내지 200℃ 조건 하에서 압출기에서 용융 혼합하여 포설하는 방법으로 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
(4) 표면 마무리 및 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 단계
도 5의 (a)와 (b)는 1차 보수재료 포설면 마무리 단계를 보여주는 것으로, 잔골재 크기의 골재를 표면에 고루 펼쳐 뿌린 후 다짐하여 포설면을 마무리 한다. 포설면 마무리가 완료되고 나서 80 내지 100분 후에 아스팔트 콘크리트로 덧씌우기 한다.
상기한 공법은 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 단계를 제외하고, 기존 콘크리트 포장체의 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계; 세정된 표면을 가열하는 가열단계; 가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 접착제가 도포된 표면에 상기 일 구현예들에 의한 보수재를 준비하고 포설하는 단계; 및 표면마무리 단계를 포함하는 부분보수 공법에 적용될 수 있음은 물론이다. 여기서 부분보수라 함은 소파보수 내지 단면보수를 모두 포함하는 것으로 이해될 것이다.
도 2 내지 5에 예시된 부분보수 공법에는 체크기 6.68mm 쇄석골재 5.03중량%, 체크기 4.76mm 쇄석골재 23.25중량%, 체크기 2.36mm 쇄석골재 40.62중량%, 바인더 29.81중량%, 잔모래 0.81중량% 및 강섬유 0.48중량%로 이루어진 보수재를 사용하였으나, 이것이 본 발명의 보수재 조성으로 한정되는 것이 아님은 물론이다.
[실시예]
이하에서는 본 발명을 실시 예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
보수재 조성의 바인더 원료
말레익산 그라프트 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 샘플(MSBS) 준비: 중량 평균 분자량이 120,000 g/mol이고 말레익산 그라프트율 3 중량%, 스타이렌 함량이 33 중량%, 부타디엔 중 비닐 함량이 40 중량%, 겉보기 비중이 0.3이고 평균 펠렛 크기가 3mm인 말레익산 그라프트 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 을 준비하였다.
스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 샘플(GSBS) 준비: 중량 평균 분자량이 120,000 g/mol이고 스타이렌 함량이 33 중량%, 부타디엔 중 비닐 함량이 25 중량%, 겉보기 비중이 0.3 이고 평균 펠렛 크기가 3mm인 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 샘플을 준비하였다.
스타이렌-이소프렌-스타이렌 블록 공중합체 샘플(GSIS) 준비: 중량 평균 분자량이 80,000 g/mol이고 스타이렌 함량이 12 중량%, 겉보기 비중이 0.5 이고 평균 펠렛 크기가 3mm인 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 샘플을 준비하였다.
에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 샘플(EVA) 준비: 비닐아세테이트 함량이 25 중량%, 융점이 70℃인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 샘플을 준비하였다.
폴리올레핀계 탄성체(POE) 준비: 옥텐계 폴리올레핀계 용융지수 40, 융점 70℃인 샘플을 준비하였다.
로진에스터 준비: 디스프로포셔네이트 로진 에스터 샘플 준비(RSN), 톨루엔에 완전히 용해되는 산가 10, 비중 1.1, 융점 90℃ 샘플을 준비하였다.
가소제 준비(EXT): 가소제로 비중 0.85~0.90, 동점도 50 센티스토크스, 파라핀계 45 중량% 나프텐계 53 중량%, 방향족계 2 중량%가 혼합된 샘플을 준비하였다.
강화 섬유 샘플 준비(FRE): 강화섬유는 화학적으로 표면 처리된 유리섬유로 길이 20mm 크기의 스트랜드 형태 샘플을 준비하였다.
산화 안정제 준비(OST): 산화안정제로 2,2-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol) 샘플 7을 준비하였다.
자외선 안정제 준비(UST): 자외선 안정제로 hindered amine 샘플을 준비하였다.
충진제 준비(FIL): 충진제로 탄산칼슘 분말형, 순도 99 중량, 비중 2.8, 입자크기 5㎛인 샘플을 준비하였다.
골재 준비(AGR): 골재로 굵은골재와 진골재가 혼합된 골재로 3mm 내지 4mm 미만 50%, 5mm 내지 8mm 미만 30%, 10mm 내지 15mm 미만의 20% 포함된 샘플을 준비하였다.
바인더 제조
실험 방법으로 사용한 원부재료는 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트, 로진 에스터, 가소제, 폴리올레핀 열가소성 탄성체, 충진제 및 강화섬유 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
다음 표 1의 기재에 있어서 수치의 단위는 중량부이다.
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | |
| MSBS | - | - | 3.0 | 3.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 7.0 | 7.0 |
| GSBS | 20.0 | 30.0 | 10.0 | 10.0 | 8.0 | 15.0 | 15.0 | 18.0 | 23.0 |
| GSIS | - | - | 10.0 | 10.0 | 12.0 | 15.0 | 20.0 | 15.0 | 25.0 |
| EVA | - | - | 15.0 | 15.0 | 15.0 | 10.0 | 8.0 | 5.0 | 5.0 |
| POE | - | - | 10.0 | 10.0 | 13.0 | 8.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
| RSN | 25.0 | 25.0 | 20.0 | 15.0 | 10.0 | 10.0 | 15.0 | 10.0 | 10.0 |
| EXT | 30.0 | 30.0 | 12.0 | 17.0 | 20.0 | 20.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 |
| FRE | 5.0 | 5.0 | 10.0 | 10.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 10.0 | 5.0 |
| OST | - | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| UST | - | 0,2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| FIL | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 15.0 | 20.0 | 10.0 |
<비교예 1>
스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 20 중량부, 로진 에스터 25 중량부, 가소제 30 중량부, 강화섬유 5 중량부 및 충진제 10 중량부를 드라이 혼합기에서 투입 계량하여 30℃에서 20분간 고속 분산 혼합기에서 분당 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반한 이후, 압출기 호퍼에 투입하여 180℃에서 분당 400 rpm으로 용융 혼합하였다. 이후 혼합물을 냉각시켜 10mm 이하로 펠렛타이저로 절단하여 제조하였다.
<비교예 2>
스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 30 중량부, 로진 에스터 25 중량부, 가소제 30 중량부, 강화섬유 5 중량부 및 충진제 10 중량부를 드라이 혼합기에서 투입 계량하여 30℃에서 20분간 고속 분산 혼합기에서 분당 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반한 이후, 압출기 호퍼에 투입하여 180℃에서 분당 400 rpm으로 용융 혼합하였다. 이후 혼합물 을 냉각시켜 10mm 이하로 펠렛타이저로 절단하여 제조하였다.
<실시예 1>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 3 중량부, 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 10 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 10 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 15 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 10 중량부, 로진 에스터 20 중량부, 가소제 12 중량부, 강화섬유 10 중량부, 충진제 10 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 2>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 3 중량부, 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 10 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 10 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 15 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 10 중량부, 로진 에스터 15 중량부, 가소제 17 중량부, 강화섬유 10 중량부, 충진제 10 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 3>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 5 중량부, 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 12 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 15 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 13 중량부, 로진 에스터 10 중량부, 가소제 20 중량부, 강화섬유 7 중량부, 충진제 10 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 4>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 5 중량부에 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 15 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 15 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 10 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 8 중량부, 로진 에스터 10 중량부, 가소제 20 중량부, 강화섬유 7 중량부, 충진제 10 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 5>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 5 중량부, 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 15 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 20 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 8 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 5 중량부, 로진 에스터 15 중량부, 가소제 10 중량부, 강화섬유 7 중량부, 충진제 15 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 6>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 7 중량부에 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 18 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 15 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 5 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 5 중량부, 로진 에스터 10 중량부, 가소제 10 중량부, 강화섬유 10 중량부, 충진제 20 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
<실시예 7>
말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 7 중량부에 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 23 중량부, 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체 25 중량부, 에틸렌-비닐 아세테이트 5 중량부, 폴리올레핀 열가소성 탄성체 5 중량부, 로진 에스터 10 중량부, 가소제 10 중량부, 강화섬유 5 중량부, 충진제 10 중량부, 산화방지제 및 아민계 자외선 안정제를 각각 0.2 중량부를 포함하는 화합물을 고속분산 혼합기에 투입 계량한 후 30℃에서 20분간 50 rpm으로 드라이 혼합을 위하여 회전 교반하였고 이후 180℃에서 400 rpm으로 용융 혼합하여 제품을 제조하였다.
상기 비교예 및 실시예에 따라 얻어진 바인더 샘플에 대하여 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 물성을 평가하였다. 물성 평가 항목은 다음 표 2에 요약하여 나타내었다.
| 항 목 | 시험 방법 | 요구 물성 |
| 신장률(2.54mm, 90°) | ASTM D-5329 | -29℃, 50% 이상 신장 |
| 콘 침입도(25℃), 150g, 5 sec | ASTM D-5329 | 90.0 이하 |
| 흐름성(Flow, 60℃, mm) | ASTM D-5329 | 3.0 이하 |
| 접착력(12.7mm, -29℃, 3회 팽창 반복) | ASTM D-1120 | pass |
| 원상회복률(%) | ASTM D-5329 | 60.0 이상 |
| 신도(25℃) | ASTM D-0113 | 40cm 이상 |
| 아스팔트 호환성, 60℃, 72hr | ASTM D-5329 | pass |
| 연화점(℃) | ASTM D-0036 | 80 min |
구체적으로, 신장률 평가를 ASTM D-1120에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 보수재 블록 공시체 치구를 12.7mm×25.4 mm 크기로 만들어 약 70℃에서 72시간 강제 배기 순환 오븐에서 유지시킨 후 꺼내어 표준상태로 24시간 유지시킨다. 직경 6.4mm 샘플을 서서히 90° 구부린 후 -29℃ 하에서 늘어지는 길이를 평가 하였다.
콘 침입도 평가를 ASTM D-5329에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 콘 침입도는 70mm 직경, 깊이 45mm 주석 용기에 가득 부은 후 25℃로 항온이 유지되는 수조 내에서 2시간 유지시킨다. 수조에서 샘플을 꺼낸 후 물기를 닦아내고 120°간격으로 3회 측정한다. 표준침을 100g 중량으로 5초 동안 25℃의 보수재에 관입시켜 들어간 깊이를 측정하여 1/100cm로 나타내었다. 침입도 시험은 어떤 조건 하에 보수재의 굳기 정도로서 침하량을 나타내었다.
흐름성 평가를 ASTM D-5329에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 흐름성은 치구 수치는 주석 재질로 가로 40mm 세로 60mm, 높이 3.2mm 내에 먼지 또는 오일이 제거된 용기를 사용하였다. 용기내에 샘플을 용융시킨 후 붓는다. 30분 이상 상온에서 냉각 후 75°경사면에서 60℃ 하에서 5시간 유지시킨 후 흐른 길이를 측정하였다.
접착력 평가를 ASTM D-1120에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 보수재 블록 공시체 치구를 12.7mm×25.4 mm 크기로 만들어 약 60분간 항온하에 유지시킨 후에 보수재를 블록에 붓는다. -29℃ 하에서 50% 길이가 늘어질 때까지 시간당 3.1mm 속도로 당긴 후 3회 팽창 반복하여 끊어지는지 여부를 평가하였다.
원상회복률 평가를 ASTM D-5329에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 원상회복률은 70mm 직경, 깊이 45mm 주석 용기에 가득 부은 후 시험하기 이전에 25℃로 항온이 유지되는 수조 내에서 2시간 유지시킨다. 5초 동안 하중을 가한 침입도, 10초 동안 하중을 가한 침입도, 클러치를 제거한 이후 20초 동안 회복되는 비율을 평가하였다. 하중을 가해진 침입도의 차이에 100을 합하여 원상회복률을 평가하였다.
신도 평가를 ASTM D-5329에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 일반적으로 신도가 크면 점착력, 감온성이 크다는 것을 의미하는 신도 평가를 수행하였다. 보수재 표준 공시체 (10mm× 10mm)를 만들어 25℃ 로 유지한 항온수조 내에서 일정한 속도(5mm/ 분)로 인장하여 보수재가 끊어질 때 늘어난 길이를 신도를 평가하였다.
아스팔트 상용성 평가를 ASTM D-5329에 의거, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행 하였다. 아스팔트 상용성은 100mm 직경, 63mm 높이 용기에 아스팔트를 붓고 고회킨 후 60℃, 72hr에서 방치시킨 후 표면에 오일 성분의 유출이 없어야 하는 아스팔트 상용성을 평가하였다.
연화점 평가를 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재에 대하여 평가를 수행하였다. 연화점은 황동으로 된 고리 내부에 보수재를 채우고 상부에 3.5g의 철주를 놓아 5℃의 물속에 넣고 물의 온도를 5℃/분의 비율로 올려 1 inch 처질 때 온도를 측정하여 시험하는 보수재의 연한 경도인 연화점 시험을 평가하였다.
상기와 같은 물성 평가 결과를 다음 표 3으로 요약하였다.
| 신장률 (%) |
콘침입도 (dmm) |
흐름성 (mm) |
접착력 | 원상 회복률(%) |
신도(㎝) | 아스팔트 호환성 |
연화점 (℃) |
|
| 비교예 1 | 300 | 95 | 4.2 | pass | 65 | 68 | fail | 68 |
| 비교예 2 | 380 | 102 | 3.8 | fail | 70 | 83 | fail | 70 |
| 실시예 1 | 200 | 80 | 2.9 | pass | 75 | 69 | pass | 90 |
| 실시예 2 | 220 | 85 | 2.6 | pass | 80 | 65 | pass | 103 |
| 실시예 3 | 210 | 82 | 2.6 | pass | 90 | 54 | pass | 97 |
| 실시예 4 | 170 | 76 | 2.3 | pass | 94 | 53 | pass | 112 |
| 실시예 5 | 130 | 70 | 2.1 | pass | 86 | 62 | pass | 94 |
| 실시예 6 | 160 | 74 | 2.2 | pass | 93 | 58 | pass | 102 |
| 실시예 7 | 180 | 78 | 2.4 | pass | 89 | 59 | pass | 105 |
표 3의 결과를 참조하여 설명하면, 상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 신장률을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우 가소제가 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 스웰링이 되어 팽윤시킴으로 분자간 상호 작용이 저하되어 용융온도는 낮아지고 소성 변형 저항성을 나타내는 연화점이 저하되었고 콘 침입도 및 흐름성이 너무 높아져 규격에 부적합함을 확인하였다. 상기 신도 측정 시험은 인장길이를 측정하여 균열 저항성과 점착성을 모사한 실험으로, 신도가 높다는 것은 균열 저항성과 점착성이 우수하다는 것을 의미하며, 결국 노화에 대한 내구성이 크다는 것을 의미한다. 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7 모두 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 차이점은 발생하지 않았다. 또한 점착성을 향상시키는 선형의 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체와 골재와의 접착성을 향상시키는 에틸렌-비닐 아세테이트, 내구성을 증가시키는 폴리올레핀 열가소성 탄성체를 사용하지 않아도 신도는 양호한 것으로 확인하였다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 콘 침입도를 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우 가소제가 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 침투하여 부피를 팽윤시킴으로써 분자간 상호 작용이 저하되어 용융온도는 낮아지고 소성 변형 저항성을 나타내는 연화점도 저하되었고 특히 콘 침입도 수치 및 흐름성이 너무 높아져 규격에 부적합을 확인하였다. 상기 콘 침입도는 보수재의 연성을 소성변형 저항성 및 고온하에서 차량 하중에 의한 변형 저항성을 실험적으로 확인하였으며 특히 콘 침입도 수치가 높다는 것은 저온하에서 균열 충격 저항성, 점착성이 우수하지만 골재와의 점착력을 의미하는 계면접착력이 낮아 반복하중에 의하여 내구성이 저하됨을 확인할 수 있다. 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7 모두 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 콘 침입도 차이는 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌- 부타디엔 -스타이렌 삼중 블록 공중합체가 극성은 에틸렌-비닐아세테이트와 반응하여 화학적인 결합력이 증가하여 분자간 상호 작용이 증가 하여 콘 칩입도 수치가 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 흐름성을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 적은 경우 가소제가 스타이렌-부타디엔 -스타이렌 삼중 블록 공중합체에 부피 증가가 낮아져 부피 증가에 의한 스웰링이 낮고 팽윤성도 크게 증가하지 않음을 확인할 수 있었다. 특히 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 로진에스터 및 에틸렌-비닐아세테이트와 고온하에서 극성기 상호간에 화학반응으로 부분적인 그물구조를 형성하여 용융온도 증가, 소성 변형 저항성을 나타내는 연화점 상승으로 부분적인 결정화도가 증가하는 현상을 나타내어 흐름성이 낮아지는 현상을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 접착력을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우 가소제가 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 침투하여 부피를 팽윤시킴으로써 분자간 상호 작용이 저하되어 용융온도는 낮아지고 분자간 결합강도가 낮아짐에 따라 접착력이 저하됨을 확인할 수 있었다. 특히 접착력은 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체가 극성은 에틸렌-비닐아세테이트와 반응하여 화학적인 결합력이 증가 하여 분자간 상호작용 증가로 접착력이 증가함을 확인할 수 있었다. 특히 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용치 않을 경우 접착력이 낮아져 규격에 부적합을 확인하였다. 상기 접착력 증가는 보수 재 구성물간의 화학반응시 부분적인 결정화로 비례하여 소성변형 저항성 및 고온하에서 차량 하중에 의한 변형 저항성이 증가함을 확인할 수 있었다. 특히 콘 침입도 수치가 높다는 것은 저온하에서 균열 또는 충격저항성, 점착성이 우수하지만 골재와의 점착력을 의미하는 계면접착력이 낮아 반복하중에 의하여 내구성이 저하됨을 확인할 수 있다. 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7 모두 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌 -부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 접착력 차이는 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 원상회복률을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 말레익산 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 가소제와 상용성 및 분자구조가 유사한 로진에스터를 사용한 경우 가소제가 선택적으로 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 이외에 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 분산 침투하여 부피 팽윤이 낮아짐으로써 분자간 상호 작용 증가로 용융온도는 높아지고 소성 변형 저항성을 나타내는 연화점도 상승함을 확인할 수 있었다. 특히 원상회복률은 말레익산 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용하지 않은 경우 분자간 인력이 낮고 고무 분자간 얽힘도도 낮아져 원상회복률이 낮아짐을 확인할 수 있어 규격에 부적합함을 확인하였다. 상기 원상회복률은 보수재의 탄성도가 증가하면 증가함을 확인할 수 있었다. 특히 고온하에서 차량 하중에 의한 회복력 차이를 실험적으로 확인하였으며 특히 원상회복률이 높다는 것은 고온 탄성도 및 저온하 에서 균열 충격 저항성도 증가하게 된다. 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7 모두 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 원상회복률 차이는 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체가 극성기가 존재 하는 에틸렌-비닐아세테이트와 반응하여 화학적인 결합력이 증가하여 분자간 상호 작용이 증가하여 원상회복률이 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우 가소제가 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 스웰링되어 팽윤시킴으로써 분자간 상호 작용이 저하되어 용융온도는 낮아져 원상 회복률도 낮아져 규격에 부적합함을 확인하였다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 신도를 평가하였다. 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우, 말레익산 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용하지 않은 경우, 로진 에스터 중량부 차이나 에틸렌-비닐아세테이트, 폴리올레핀계 탄성체의 사용 여부 또는 중량이 다소 차이가 있어도 신도를 모두 만족함을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 아스팔트 호환성을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 대비 가소제의 중량부가 많은 경우 상온에서 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 가소제를 혼합할 경우 낮은 온도하에서 가소제의 유동성이 낮아져 블리딩 현상이 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 가소제 블리딩으로 아스팔트 표면을 연화시켜 아스팔트와의 호환성을 만족시키지 못함을 확인할 수 있었다. 또한 과량의 가소제는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체의 가소화 범위를 벗어나 표면이 끈적거리게 되어 균열 및 파손 보수재 상호 구성물간의 결합력을 저하시키게 됨을 알 수 있다. 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 이외에 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 로진 에스터 및 폴리 올레핀계 탄성체를 포함할 경우 가소제의 분산 흡유작용으로 아스팔트 호환성을 증가함을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7에서 제조한 균열 및 파손 보수재의 연화점을 평가하였다. 구체적으로 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 말레익산 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체, 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 가소제와 상용성 및 분자구조가 유사한 로진에스터를 사용한 경우 가소제가 선택적으로 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 이외에 스타이렌-이소프렌-스타이렌 삼중 블록 공중합체에 분산 침투하여 부피 팽윤이 낮아짐으로써 분자간 상호 작용 증가로 용융온도는 높아지고 연화점이 상승함을 확인할 수 있었다. 특히 연화점은 말레익산 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용하지 않은 경우 분자 간 인력이 낮고 고무 분자간 얽힘도도 낮아져 용융온도를 낮아짐을 확인할 수 있어 규격에 부적합함을 확인하였다. 또한 연화점은 보수재의 탄성도가 증가하면 증가함을 확인할 수 있었으며 특히 고온하에서 차량 하중에 의한 변형도 낮아지게 됨을 알 수 있었다. 연화점이 높다는 것은 고온하에서 탄성도는 증가하지만 상대적으로 저온하에서 균열충격 저항성은 낮아짐을 확인할 수 있었다. 특히 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 7 모두 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌- 부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체를 사용한 것과 사용하지 않은 것에 대한 연화점 차이는 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 말레익산 그라프트된 선형의 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 중량부가 증가하는 경우에 극성기가 존재하는 에틸렌-비닐아세테이트와 화학적인 결합력이 증가하여 분자간 상호 작용이 증가하여 연화점이 높게 나타남을 확인할 수 있었다.
Claims (12)
- 바인더 및 골재를 포함하며,
상기 바인더는 바인더 전체 중량을 기준으로, 그라프트율 1 내지 7중량%로 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 2 내지 8 중량%, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 24 중량%, 스타이렌-이소프렌- 스타이렌 삼중 블록 공중합체 8 내지 25 중량%, 에틸렌-비닐아세테이트 4 내지 15 중량%, 로진 에스터 8 내지 20 중량%, 가소제 8 내지 20 중량%, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 4 내지 15 중량% 및 힌더드 페놀(hindered phenol)계 산화 방지제와 아민계 자외선 안정제로 이루어진 내구성 향상제 0.2 중량% 내지 1.4 중량%를 포함하는 것인, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 3 내지 5중량%의 그라프트율로 말레익산이 그라프트된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 말레익산이 그라프트된 스타이렌-부타디엔-스타이렌 삼중 블록 공중합체는 중량 평균 분자량이 80,000g/mol 내지 150,000g/mol인 것임을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 로진 에스터는 디스프로포셔네이트 로진 에스터, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 및 글리세롤 로진 에스터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 또는 선택된 적어도 1종의 로진 에스터와 오탄소계(C5) 탄화수소 수지 및 구탄소계(C9) 탄화수소 수지 중에서 선택된 적어도 1종의 탄화수소계 수지와의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 바인더는 강화섬유, 충진제 및 분산제 중 선택된 적어도 1종의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 바인더는 그 함량이 전체 보수재 조성 중 20 내지 35중량%인 것을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항에 있어서, 보수재는 강섬유를 전체 보수재 조성 중 0.3 내지 1.0중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 보수재를 150℃ 내지 200℃ 조건 하에서 압출기에서 용융 혼합하는 단계를 포함하는, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 보수재를 상온에서 드라이 상태로 혼합기에서 혼합하는 단계를 포함하는, 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 도로 균열 및 파손 보수재를 제조하는 방법.
- 기존 줄눈 콘크리트 포장체의 줄눈부 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계;
세정된 표면을 가열하는 가열단계;
가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계;
접착제가 도포된 표면에 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 보수재를 준비하고 포설하는 단계;
표면마무리 단계; 및
아스팔트 콘크리트 덧씌우기 단계를 포함하는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법.
- 제 10 항에 있어서, 보수재를 준비하고 포설하는 단계는 150℃ 내지 200℃ 조건 하에서 압출기에서 용융 혼합 또는 드라이 혼합으로 제조된 보수재를 포설하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기 공법.
- 기존 콘크리트 포장체의 손상부위 제거를 위한 콘크리트 파쇄제거 및 고압공기를 이용하여 청소하는 표면세정단계;
세정된 표면을 가열하는 가열단계;
가열된 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계;
접착제가 도포된 표면에 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 보수재를 준비하고 포설하는 단계; 및
표면마무리 단계를 포함하는 부분보수 공법.
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