KR101835734B1 - 사용온도가 낮은 천연 아스팔트와 천연섬유 및 탄소섬유를 이용한 콘크리트 포장 및 교면 포장 반사 균열 예방성능과 차륜에 의해 압착되어 도막이 얇아지는 것을 개선한 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제의 조성물과 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용온도가 낮은 천연 아스팔트와 천연섬유 및 탄소섬유를 이용한 콘크리트 포장 및 교면 포장 반사 균열 예방성능과 차륜에 의해 압착되어 도막이 얇아지는 것을 개선한 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제의 조성물과 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르는 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물은, 아스팔트 바인더 1~87.5 중량%; 길소나이트 1~25 중량%; SBS 고무1~10 중량%; 로진 레진 0.1~3 중량%; PE 왁스 0.1~3 중량%; 슬래그 미분말 5~24 중량%; 슬래그 골재 5~24 중량%; 천연 섬유 0.1~5 중량%; 탄소 섬유 0.1~3 중량%; 계면활성제 0.01~2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사용온도가 낮은 천연 아스팔트와 천연섬유 및 탄소섬유를 이용한 콘크리트 포장 및 교면 포장 반사 균열 예방성능과 차륜에 의해 압착되어 도막이 얇아지는 것을 개선한 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제의 조성물과 제조방법{WATERPROOF AGENT COMPOUND AND METHOD FOR FORMING THE SAME}

본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 길소나이트, T.L.A와 같은 천연아스팔트와 천연 섬유, 탄소섬유, PE왁스 및 폴리머가 포함된 개질 아스팔트, 석분으로 구성된 콘크리트 포장 및 교면 포장의 반사 균열 억제 능력이 개선되고 차륜에 의해 압착되어 도막이 얇아지는 것이 개선되며 시공시 사용온도가 낮은 복합식 아스팔트 도막방수제의 조성물과 제조방법에 관한 것 이다.

최근 콘크리트 포장과 교면 포장은 LMC(Latex modified Concrete) 등의 폴리머 콘크리트를 이용한 경우가 많다. 이는 교량에서의 진동과 충격하중에 대한 내구성을 확보하기 위하여 시행되는 것이며 높은 내구성에 의하여 장수명을 유지하는데 상당한 도움이 된다. 최근의 동향에서는 콘크리트 포장에서 신속한 보수를 위하여 에서 LCM에 사용되는 시멘트를 초속경 시멘트로 대체하여 초속경 LMC가 보수에 적용되고 있고 이들은 매우 우수한 시공능력과 내구성을 보이나 경제적 측면에서 비용이 매우 높다는 단점이 있다. 경제성은 계획되는 경제 불황에 따라 매우 높은 고려사항이며 경제적인 단점에 의하여 초속경 시멘트를 이용한 LMC의 경우 제한적으로 시행되는 추세로 전환되고 있다.

특히 국내 포장도로의 약 50%를 점유하는 아스팔트 도로 포장의 경우 초속경 콘크리트를 이용하는 방법이 불가능하며 약 50%에 달하는 콘크리트 포장에서 아스팔트 덧씌우기를 하는 것이 경제적이기 때문에 이를 적용하려는 시도가 많다. 그러나 콘크리트 도로의 경우 6m 간격으로 콘크리트 특유의 온도에 따른 수축, 팽창에 포장의 파손을 예방하기 위한 4~6mm 폭의 줄눈이 존재하며 아스팔트 덧씌우기를 할 경우 발생되어 있는 균일이 아스콘 포장면의 하부로부터 상부로 올라오는 일명 반사 균열이 발생한다. 또한 반드시 줄눈은 하부의 콘크리트 포장과 동일 간격으로 설치하여야 한다.

이러한 이유로 반사 균열 억제를 방지하기 위하여 아스팔트 포장층의 두께는 4cm이상으로 덧씌우기를 하여야하며 만족할만한 반사 균열 예방 성능확보를 위해서는 아스콘 덧씌우기 두께는 8cm를 적용하여야 한다. 콘크리트 포장면 상부에 덧 씌우기를 할 경우를 위하여 많은 다양한 방법이 제시되었으며 특히 반사균열 예방을 위하여 그리드의 사용이나 부직포의 사용 또는 아스콘 포장의 두께 증가 등이 주장되었다.

대한민국 특허 제10-209394호 '도막방수제'는 유화된 아스팔트에 합성고무 라텍스를 브랜딩하는 것으로써 가열식이 아니며 다량의 물(12-41중량%)을 포함하고 있어 건조하는데 상당한 시간이 필요하다. 그러므로 보수와 같이 시간적 제한이 있는 공사에서는 하루 시공량이 기온에 따라 증감할 수 있어 상당히 불만족스러운 성과를 얻을 수 있으며 물의 증발이 이러어지지 않을 경우 도막의 강도가 현저히 낮아져 추후 공정에서 차량의 통과 등이 발생할 때 파손될 수 있는 단점이 있다. 또한 이와 같이 물이 포함된 에멀젼계의 경우 기온에 따라 물의 증발 속도가 크게 달라져 건조 시간이 증가할 수 있어 봄가을철의 경우 시공시 건조 속도의 증가에 따라 시공속도가 감소하여 보수 공사에는 적하지 않다. 그러므로 보수의 경우 보다 빠른 시공 속도를 보일 수 있는 가열식 아스팔트가 바람직하나 가열식 아스팔트의 경우 고온의 여름철의 경우 냉각 속도가 늦어져 공사 시간을 증가 시킬 수 있으므로 냉각속도를 증가시키기 위해서는 방수층의 두께가 얇아질수록 유리하다.

대한민국 특허 제10-549564호 "폐타이어 용융액상고무를 이용한 점착 유연한 아스팔트방수제 조성물 및 그 제조방법"은 아스팔트와 폐타이어 분말, 충진제, 증점제 등으로 구성된 아스팔트 방수제 조성물이나 폐 타이어분말을 이용하여 유연성을 확보하여 충격에 좋은 성능을 확보할 수 있으나 균열에 대한 예방능력은 크지 않은 단점이 있어 교량 등에서 발생하는 반사 균열을 억제하기에는 다소 무리가 있다.

대한민국 특허 제10-1030574호 "습윤면 접착 고점도 아스팔트 매스틱 도막 방수재 및 이의 제조방법"의 경우 아스팔트 피치와 프로세스 오일, 아스팔트 개질제, 강도보강제, 내열보강제, 무기질 충진제, 접착력 보강제 등으로 구성된 가열형 아스팔트 방수제이나 고비점의 프로세스 오일을 사용함으로써 건조시간이 느려질 수 있어 보수에는 적합하지 않다. 프로세스 오일은 산화된 아스팔트를 용해시키는 능력이 있으며 고점도의 아스팔트 피치의 점도를 낮게 해 주는데 좋은 영향을 줄 수 있으나 인화점이 200℃이상으로 아스팔트에 포함될 경우 거의 증발하지 않는다. 그러므로 프로세스오일을 10% 이상 포함할 경우 저온 안정성은 좋으나 하절기 고온에서 매스틱 방수층은 변형을 일으킬 수 있는 단점이 있다.

이렇듯 그동안 발명된 대부분의 가열식 도막식 아스팔트 방수제는 용융식의 고온 가열의 단점과 경화시간 증가, 반사균열의 예방능력의 부족 등으로 인하여 쉬트와 동시에 사용되는 복합식 방수로 전환되었다. 복합식 방수는 쉬트층 하부에 도막식 방수제를 접착층으로 사용하는 방법으로 쉬트 하부에 자착식 접착층이 있는 종래의 방법보다는 콘크리트 층과의 밀착성을 도막식 방수제가 향상시킴으로써 부착성을 개선시킨 것이 종래의 기술 보다 좋은 성능을 확보할 수 있게 하였다.

그러나 이러한 복합식 방수제의 사용에서는 공사 방법이 콘크리트면을 절삭하고 그 면을 청소한 후 건조시키고 여기에 프라이머를 도포한 후 프라이머층 위에 도막식 방수제를 설치한다. 프라이머는 기공을 막아 도막식 방수제 시공후 모세관내의 수분과 공기의 팽창에 의한 도막의 부풀어 오름을 방지하기 위하고 또한 부착력을 향상 시킬 목적으로 사용되며 고형분 10%내외의 묽은 용액의 고분자로 이루어진것이 대부분이다. 도막식의 경우 아스팔트계열이나 아크릴계열, 클로로프렌 계열을 사용할 수 있으나 이러한 경우 아스팔트를 제외하고는 모두 용제와 혼합되어 있는 고형분 50%내외의 용제형이며 용제가 모두 증발하여야만 경화가 되는 반응결로에 따라 증발하지 않을 경우 에멀젼계와 동일하게 오히려 접착력을 크게 감소시킬 수 있다.

반면 아스팔트의 경우 프로세스 오일중 아로마틱기유와 솔벤트 등의 용제와 혼합사용하여 만드는 용제형을 만들 수 있으며 가열 용융시켜 고온에서 아스팔트에 고분자 개질제등을 첨가하여 무용제형을 만들 수 있다. 무용제형은 용제를 전혀 포함하지 않고 단순히 열을 가하여 액상으로 만드는 것으로서 에폭시나 우레탄이 대표적인 예이며 무용제형 레진의 경우 사용시 용액상으로 존재하다 적정 시간 경과 후 레진으로 전환되어 딱딱한 고체가 되는 것을 말한다. 아스팔트는 상온에서 고체로 존재하기 때문에 아스팔트를 무용제형의 도막식 방수제로 이용하기 위해서는 아스팔트를 적당한 온도까지 가열하여 용액상으로 만들어야하며 여기에 아스팔트의 단점을 보완하기 위한 여러 가지 재료를 사용하여 기능성을 추가할 수 있는 아주 우수한 재료이다. 그러나 아스팔트의 융점이 100℃이상으로 비교적 높은 편으로 이보다 높은 온도에서만 용액상으로 존재하며 이보다 낮은 온도에서 용해되는 아스팔트는 도로에서 적용되는 방수재로서 적합하지 않다.

보통 아스팔트에 적당량의 SBS(styrene-butadiene-styrene) 등의 고분자 화합물을 첨가하는데 이는 아스팔트가 저온에서 단단히 경화하여 쉽게 께지는 특성을 가지고 있기 때문에 고분자를 포함시켜 저온에서의 안정성을 높이고 고온에서의 안정성은 천연 아스팔트를 사용하여 고온안정성을 향상 시키는 것이 일반적이다, 고온안정성은 기후의 상승에 따라 특히 최근 아스팔트의 표면의 온도는 60℃를 상회하여 하절기 극심한 온도상승에 따른 아스팔트 포장층의 형태 변화를 초래하며 이러한 포장층의 형태변화는 운전자와 통행자의 정상적인 통해를 방해하거나 사고의 주범으로 지적되고 있다. 이러한 온도 상승에 대한 형태의 방해 능력은 아스팔트 포장에 사용되는 아스팔트, 즉 바인더의 특성에 의존하며 연화점이 높을수록 고온 안정성은 확보된다.

학계의 보고에 따르면 천연 아스팔트는 유전층에서 매우 오랫동안 유분이 증발되고 남은 잔존물로써 아스팔트 성분중 주로 아스팔텐의 함량이 매우 높고 레진과 오일의 비율이 낮다. 아스팔텐은 아스팔트의 주요한 물리적 특성을 보이는 것으로써 상온에서 단단하며 응집력이 크고 부서지지 않은 특징이 있으나 저온에서의 안정성이 부족하다. 이러한 이유로 보통은 천연아스팔트는 건설에 사용시 단독으로 사용하기 보다는 석유 아스팔트 및 고분자 물질을 혼합하여 사용함으로써 저온과 고온에서 매우 안정적인 결합력을 갖게한다. 천연아스팔트는 T.L.A와 길소나이트가 대표적이며 길소나이트의 경우 아스팔트 함량이 90%이상이나 T.L.A의 경우 이보다 낮은 약 50%가 아스팔트이며 이외의 성분으로 다량의 규소화합물이나 알루미나등의 광물질로 이루어져 있다.

이러한 천연 아스팔트를 건설의 방수제로 사용한 국내 기술로는 대한민국 특허 제10-1619445호"인도네시아 천연 아스팔트를 활용한 저비용 및 고성능 자착식 교면 방수 시트 및 이를 포함하는 방수구조체"가 있으며 천연아스팔트와 석유 아스팔트, 고분자 화합물을 이용하여 제조된 자착식 쉬트 방수제이다. 이 기술은 천연 아스팔트를 이용한 쉬트 방수제를 제조하는 기술로써 도막식 방수와는 다르며 쉬트를 제조하는 과정에 천연아스팔트와 고분자를 사용한 것이다.

또한 대한민국 특허 제 10-1511237호는 "인도네시아 부톤 천연 아스팔트를 이용한 저비용 및 친환경 구스 아스팔트 포장용 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법"으로써 포장층에 사용되는 아스팔트 콘크리트의 제조방법으로 방수 기능이 있는 포장으로 가격이 매우 고가이며 방수층으로 사용하는 것과는 그 기능이 완전히 다르다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0087671호 "개량아스팔트 방수시트용 또는 방수도막용 개질아스팔트 제조방법 및 조성물"은 140~160℃의 아스팔트와 SBS 및 SIS, 천연수지를 이용하여 점착성이 우수하고 저온에서 유연성을 유지하여 크랙이 적게 발생하게하는 아스팔트 조성물에 관한 것으로 SIS(Styrene-Isoprene-Styrene block copolymer)를 이용하는 것과 천연수지를 이용하여 저온특성을 개선하는 것이 특징이나 사용되는 고분자인 수지의 함량에 의하여 대부분 개선되며 기존의 개질 아스팔트 조성물과 특성이 동일하며 특히 균열에 대한 저항성이 확보되기 위한 방안이 제시되지 않았다.

한편 대한민국 특허 제10-992952호는 저융점 개질아스팔트 도막방수제와 양면규사시트의 접착을 이용한 복합방수 구조체 및 그 시공방법은 스트레이트 아스팔트와 열가소성 고무, 석유수지 및 검로진, 프로세스 오일, 천연섬유를 포함한 도막식 방수제의 조성물을 제공하고 있으나 이 역시 고비점의 프로세스오일을 사용함으로써 프로세스오일이 완전히 증발하여 경화하기까지 12시간이상의 상당한 시간이 걸릴 뿐만 아니라 춘추기 저온의 환경에서는 오히려 경화 시간이 늦어짐으로써 아스콘 포장 등의 후속공정이 늦어지거나 잔류한 프로세스 오일에 의하여 완전히 건조되지 않을 경우 도막 방수제가 찢겨나가는 단점이 있다. 도막방수제는 반사균열이나 특히 자동차 차륜에 의한 미끌림에 따른 ??김을 방지하기 위해서는 매우 높은 인장강도가 필요하며 이러한 인장 강도 극복을 위하여 도막식 보다는 쉬트방수가 선호되며 도막식 방수제의 한계점이다.

대한민국 특허 제10-1579844호 아스팔트 함침형 섬유그리드 제조방법 및 아스팔트 포장 층간 부착력 증대 시공방법은 좀더 시공의 편의성을 제공한 것이다. 그리드에 아스팔트를 함침 시키고 함침된 그리트를 접착제에 의하여 바닥에 고정시킨 후 표면층으로 사용되는 아스팔트의 열에 의하여 용융 부착되는 형식을 제시하고 있다. 그러나 이역시 함침그리드를 부착 시키는 면 자체가 요철이 심하여 이를 부착하기 어려울 뿐만 아니라 후속 공정으로 시행되는 아스팔트 콘크리트 포설 장비의 바퀴에 부착되어 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 단점과 반사균열 및 ??김에 대한 도막식 방수제의 한계를 극복하기 위한 방법을 제시하고자하며 이를 위하여 천연섬유를 도입하였으며 여기에 송진을 포함함으로써 가공온도를 낮추어 비교적 낮은 온도에서 생산함으로써 경제적 효과를 얻고자 한다. 또한 무용제형 가열식 도막 방수제의 경우 시공속도는 전체적인 시공비를 감안할 때 가장 큰 비중을 차지함으로 이를 개선하기 위해서는 빠른 결정화도가 필요하며 빠르게 냉각될 수 있는 방법이 제시되어야 한다. 이에 따라 열전도율이 높은 탄소섬유를 도입하여 빠른 도막 방수제의 냉각속도를 빠르게 하였으며 송진 레진과 유황을 포함함으로써 빠른 결정화도를 확보하여 기존의 기술을 획기적으로 개선할 수 있다는데 착안하여 본 발명의 조성물과 시공방법을 제시한다.

도막식 방수제는 그동안 쉬트 방수제에 비교하여 얇은 두께와 느린 시공속도 및 시공 후 기포 발생 등의 단점에 의하여 토목 구조물 중 집중하중이 발생하는 교량 공사등에서의 사용이 최근 크게 감소하였다. 이는 도막식 방수제의 혼합상의 분류에서 용제형과 무용제형으로 분류했을 때 일반적으로 사용되는 용제형이 용제의 증발 후 결정화되기 때문에 용제의 증발이 모두 이루어질때 까지 후속 공정이 이루어지지 못한다. 또한 용제형의 경우 일반적으로 용제는 약 50중량%의 용제로 이루어지며 용제의 증발 후 건조되는 도막 방수제의 부피는 포함된 용제의 량에 의존함으로써 건조 후 두께는 도포된 도막식 방수제의 약 50부피%로 감소하며 일반적으로 필요한 2mm의 두께를 얻기 위해서는 최소한 2회 이상의 도포가 필요하다.

반면 가열형 도막방수제의 경우 일반적으로 고비점 용제를 이용하는 경우가 있으나 이는 용제가 사용시 낮은 온도에서 점도를 낮추는 역할을 하게 되며 이 역시 용제는 냉각후 가소제 역할을 하게 되어 도막방수제의 인장강도를 낮게 하여 포장층에서 반복되는 하중 작용이나 고하중 차량의 출발과 정차시 발생하는 전단력에 의하여 밀림이나 찢김이 발생할 수 있다. 그러므로 가열형 도막 방수제는 프로세스 오일 등의 고비점 용제를 사용하는 것은 절대 바람직하지 않으며 요제의 사용은 빠르게 증발할 수 있는 재질을 소량 사용하거나 사용하지 않아야한다.

건설 중 포장에서의 도막방수제나 쉬트 방수제의 적용은 도 1과 같다. 일반적으로 약 2mm 정도의 두께를 적용하며 현재까지의 보고에 따르면 장기간의 사용이 이루어질 경우 초기 두께의 약 50% 미만으로 변형되었으며 압착에 따른 콘크리트의 골재에 의해 구멍이 발생하는 사례가 빈번하다고 지적되었다. 이러한 이유로 도막식의 경우 2회 코팅을 할 경우 중간층으로 부직포 등을 설치하여 파손을 방지하는 특허도 출원되었으나 포장면의 평탄도가 나쁘고 도막 두께가 2mm 이내로 얇아 설치시 매우 많은 시공시간이 필요하다는 단점이 있어 최근 이를 시행하는 적용처는 건축물의 옥상이나 지하 외부 방수제 사용되고 있으며 도로, 교량 등에서는 거의 사용되지 않는다. 다른 방법으로는 그리드를 사용하는 방법이 있으나 이 역시 콘크리트 면의 요철에 의하여 설치가 어려운 단점이 있어 제한적으로 사용되고 있다. 또한 이를 좀더 편리한 방법으로 사용하기 위한 시도로써 그리드에 아스팔트를 함침시켜 가열하여 눌려 붙이는 방법도 제시되었으나 이 역시 요철면에서의 부착 문제로 인하여 적용된 사례가 많지 않다. 이러한 이유에 따라 도막식 방수제의 필요조건을 나열해 보면

1) 스프레이나 기타 도포 장비를 이용하여 프로세스 오일, 솔벤트 등의 용제를 사용하지 않은 무용제형의 가열 용액형이 시공 속도를 향상시킬 수 있다.

2) 도막방수제는 무기물을 포함하여 시공 완료 후 장기간 공용시 차량의 통과에 의한 압력에도 견딜 수 있어 두께 감소가 없는 조성이어야 한다.

3) 도막방수제는 열전도도가 뛰어나 시공 후 빠른 냉각이 시공속도를 향상 시킬 수 있다.

4) 도막의 형성 후 차량 통과 하중에도 콘크리트면의 골재 등에 의하여 구멍이 뚫리지 않을 정도로 섬유질을 풍부히 함유하고 있어야 한다.

5) 온도에 따른 인장강도의 변화가 크지 않아야 한다.

이상의 요건을 만족시키고 경제성을 확보하기 위하여 본 발명은 아스팔트를 소재로 하고 여기에 저온 안정성을 확보하기 위하여 SBS rubber를 포함하였다. 또한 고온 안정성을 확보하기 위하여 천연 아스팔트로써 길소나이트를 첨가하였으며 낮은 온도에서 용융될 수 있도록 로진 레진을 포함시켰으며 경화 후 빠른 결정화도를 확보하기 위하여 유황을 용융 첨가하였다. 차륜의 하중에 의한 도막의 압착 방지를 위하여 충전제로써 슬래그 분말을 도입하였으며 찢김 방지를 위하여 천연 섬유를 첨가하였다. 시공 후 냉각을 위하여 탄소섬유를 포함시킴으로써 시공시 빠른 경화는 물론 차륜 압착에 의한 도막 두께 감소를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 바닥의 골재 모세리 등에 의한 찢김과 차량의 급정거나 급출발에 의한 도막의 밀림에 의한 찢김을 예방 할 수 있는 조성물을 확보하였다. 본 발명에 대한 상세한 내용은 실시예 등에서 기술할 것이다.

아스팔트는 천연 아스팔트와 석유 아스팔트로 분류된다, 천연 아스팔트의 경우 원유가 오랫동안 증발과 산화가 이루어지면서 굳어진 것으로 경질분은 거의 없으며 모래 등의 불순물이 상당히 포함된 것이다. 이중 T.L.A는 트리니다드 섬을 원산지로 연화점이 높고 온도에 따른 변화가 작다. 길소나이트는 아스팔타이트로 부류되나 T.L.A와 달리 불순물의 함량이 낮은 것이 특징이며 고온에서의 안정성이 극히 우수하나 저온에서 상당한 취약성이 약다. 그러므로 천연 아스팔트의 경우 단순히 석유 아스팔트와 혼합하여 사용하는 것 보다는 석유 아스팔트에 혼합하되 기능성을 부여할 수 있는 방법을 택하여야 하며 여기에 반드시 SBS rubber를 포함하여 저온에서의 안정성을 확보하여야한다. 표 1은 각 재료들의 조성비이다. 먼저 아스팔트는 AP 3을 선택할 수 있으며 천연 아스팔트는 길소나이트를 원칙으로 한다.

물질의명칭	AP 3	길소나이트	SBS Rubber	로진레진	PE 왁스	슬래그미분말	슬래그골재	천연섬유	탄소섬유	계면활성제	합계
함량 (중량%)	1-87.5	1-25	1-10	0.1-3	0.1-3	5-24	5-24	0.1-5	0.1-3	0.01-2	100

아스팔트 바인더인 AP3의 함량은 1~87.5중량%이며 바람직한 AP3의 함량은 10~30중량%이다. AP 3 함량이 1중량%보다 작을 경우 도막을 형성하기 어려우며 아스팔트 본연의 특성을 잃게되며 87.5중량% 많을 경우 도막이 저온 안정성이 나빠지게 된다. 다만 AP는 AP 3이외의 어떤 AP를 사용하는 것도 가능하나 비교적 가격이 저렴하고 공급이 원활한 AP 3이나 AP 5가 바람직하다. 또한 AP를 변경할 경우 최종적으로 얻어지는 도막의 물리적 특성이 본 발명에서 요구하는바에 반드시 부합되어야 한다.

여기에 첨가되는 길소나이트의 규격은 연화점이 약 150~200℃인 것이 바람직하고 150℃보다 낮을 경우 고온안정성이 나빠 질수 있다. 반면 200℃높은 경우 가공이 힘들거나 AP 3과의 혼용성이 불량하고 AP 3에 포함된 오일(Oil)분에 의해 팽윤한 후 경화 시 수축하여 균열의 원인이 될 수 있어 사용하지 않는 것이 좋다. 바람직한 길소나이트의 량은 1~25중량% 이며 1중량%보다 작을 경우 고온 안정성이 향상되지 않고 25 중량 %보다 클 경우 저온 안정성이 취약해질 수 있다.

SBS rubber(SBS 고무)는 스타이렌과 부타디엔 비율이 매우 중요하며 스타이렌: 부타디엔의 비율이 약 10:90 ~ 40:60인 것이 바람직하다. 스타이렌 함량 비율이 10보다 작을 경우 부착력이 나빠질 수 있으며 90보다 클 경우 너무 딱딱하여 깨질 우려와 자외선에 쉽게 분해될 수 있다. 바람직한 스타일렌:부타디엔의 바람직한 비율은 25:75 ~ 35:65 중량비이다. SBS rubber가 전체 혼합물중의 함량은 1~10중량%이며 1% 보다 작을 경우 저온 안정성이 확보될 수 없으며 10%보다 클 경우 아스팔트와의 경제적이지 않다. 바람직한 SBS rubber은 함량은 1~5중량%이다.

가열형 도막방수제의 가열 온도 감소를 위해서는 일반적으로 파라핀계 왁스 계열이나 유황, 로진 레진등을 사용하게 되는데 본 발명에서는 로진 레진과 PE왁스를 전체 혼합물에 대하여 각각 0.1~3중량%를 사용한다. 이들의 농도가 0.1 보다 작은 경우 가열 온도를 낮추기 어려우며 3% 보다 클 경우 가열 온도는 5℃이상 낮출 수 있으나 레진과 PE왁스가 고온 안정성이 나빠질 우려가 있다. 바람직한 사용량은 0.2~2.5중량% 이다.

차량의 하중에 의하여 압착되어 도막이 얇아지는 것을 방지 하기위한 충전제로써 사용되는 슬래그는 미분말과 약 0.1~2.5mm의 슬래그 골재가 같이 사용되는 것이 바람직하다. 슬래그 미분말은 비표면적이 4,000~10,000cm²/g의 것이 사용될 수 있으며 4,000보다 클 경우 같이 사용되는 슬래그 골재와의 혼합 비율이 나빠져 충전성이 좋지 않으며 10,000보다 클 경우 큰 비표면적에 의하여 도막 방수제의 작업시 평탄성 확보에 나쁜 영향을 줄 수 있으며 바람직한 크기는 4,000~5,000cm²/g이다. 또한 이들의 성분 중 중요한 것은 산화 마그네슘의 함량이며 최대함량은 10 중량%이다. 산화 마그네슘함량은 낮을수록 작업성이나 경화 후 물에 대한 저항성이 좋으나 제거에 많은 비용이 소요됨으로 바람직한 함량은 6% 이하이다.

슬래그 잔골재는 0.1~2.5mm로 구성된 것을 사용하여야하며 KS F 4571 콘크리트용 산화 슬래그 골재를 만족하는 것이어야 한다. 골재의 흡수율은 2.0%이하인 것으로 사용하여야 한다. 만일 2.0% 보다 큰 흡수율의 것을 사용할 경우 경화 후 동결융해 안정성이 매우 쉽게 나빠질 수 있으며 바람직한 흡수율은 1.0% 이하이다. 슬래그 분말과 골재의 함량은 각각 총량의 5~24중량% 이다 5% 미만의 경우 도막 형성 후 차량의 압력에 의하여 압착될 수 있으며 24%를 초과하게 되면 가열하여 용융된 도막 방수제 점도가 지나치게 높아 작업성이 현저히 나빠지게 된다. 바람직한 슬래그 미분말과 골재의 함량은 전체량의 각각 5~20 중량%이다.

도막 방수제의 찢김 저항성을 향상시키고 빠른 경화를 위한 천연 섬유와 탄소섬유의 량은 본 발명에서 가장 중요한 인자이다. 차륜의 압착과 콘크리트 표면의 골재에 의하여 천공을 방지하는데 사용되는 천연섬유의 량은 총 중량의 0.1~5중량%이며 빠른 냉각을 위한 탄소 섬유의 량은 0.1~3중량%이다. 천연섬유의 량이 0.1%미만의 경우 천공을 예방할 수 없으며 5% 이상의 경우 작업성이 현저히 감소하게 된다. 바람직한 천연섬유의 량은 0.2~3중량%이다. PE, 나일론 등의 합성 섬유는 높은 온도에서 본 발명이 제조됨으로 사용할 수 없으며 유리섬유, 암면, 금속 섬유등은 인체에 유해성이 높아 사용하지 않는 것이 바람직하다.

또한 탄소섬유의 함량이 0.1%보다 작은 경우 열전도효과가 현저히 줄어들며 5%이상에서는 경제성이 나빠진다. 바람직한 탄소 섬유의 량은 0.2~3중량%이다. 이와는 달리 탄소섬유 대신 빠른 냉각을 위하여 구리, 알루미늄등의 섬유를 이용할 수 있으나 그 굵기가 시행하려는 본 발명의 목적이 적합하지 않아 사용하지 않는 것이 바람직하다.

마지막으로 계면활성제를 소량 사용하여 젖은 면에서의 적용성을 향상시킬 수 있다. 계면활성제는 본 발명이 오일형이므로 HLB이 높은 친수성 계면활성제보다는 소수성계면활성제가 적합하다. HLB값이 2~9인 계면활성제를 사용하며 바람직하게는 2~8이다. 만일 2보다 작을 경우 콘크리트 젖은면에서의 계면활성력이 크지 않아 부착력을 높이기 어려우며 9보다 클 경우 아스팔트와의 혼용성이 나쁘다. 사용량은 0.01~2% 이며 0.01보다 작을 경우 효과가 없으며 2%이상의 경우 내수성이 나빠 물과 접촉시 도막의 표면이 하얗게 변하는 백탁이 올 수 있다.

상기의 성분으로 구성된 가열 아스팔트 도막식 방수제의 경우 차륜에 의하여 찢길 우려가 매우 낮고 오랫동안 사용하여도 두께가 얇아지지 않은 장점이 있다. 특히 시공시 빠르게 경화됨으로써 가존 도막식 방수제의 양생기간을 대폭 감소 시킬수 있기 때문에 보수등에서 사용이 매우 편리하다. 또한 도막 보호를 위한 부직포, 그리드등을 사용하지 않게 되어 시공성이 우수하며 반사 균열에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 이상의 기존의 기술과 비교하여 보다 반사 균열 억제 능력이 개선되고 차륜에 의해 압착되어 도막이 얇아지는 것이 개선되며 시공시 사용온도가 낮은 아스팔트 도막방수제의 조성물과 제조방법을 제공함으로써 콘크리트면의 방수를 빠르고 경제적 시공하는 것을 목적으로 한다.

제조 공정은 1) 석유 아스팔트 AP 3과 천연아스팔트인 길소나이트 및 SBS rubber를 용융시키는 단계, 2) 계면활성제를 분산시키는 단계, 3) 섬유와 충전제를 분산시키는 단계 4)로진 레진과 PE왁스로 점도를 낮추는 단계 5)숙성단계로 구성된다. 공정에 있어 순서를 바꿀 경우 제조과정에서 점도가 증가하여 용융설비 내에서 굳어질 우려가 있어 반드시 순서를 지켜야 한다.

1)단계의 용융단계의 온도는 약 180~230℃에서 실시되어야한다. 만일 180℃보다 낮을 경우 길소나이트의 용융시간이 너무 오래걸리며 230℃보다 높을 경우 AP 3에 포함된 오일분이 증발하여 점도가 크게 증가할 수 있다. 용융시간은 일반적으로 총량에 의존하나 1ton을 기준으로 할때 30~90분이 적당하다. 용융시간을 30분 이내로 할 경우 길소나이트의 용융이 완전히 이루어지지 않으며 90분을 초과할 경우 점도가 크게 증가할 수 있다. 바람직한 용융 온도는 190~220℃이고 분산시간은 45~75분이다.

2)단계에서의 온도는 180ㅁ 20℃로 하여 계면활성제를 분산시킨다. 분산 시간은 3~10분이 소요되며 160℃보다 낮을 경우 1)단계 혼합물의 점도가 상승할 수 있으며 200℃보다 높을 경우 계면활성제가 분해될 수 있다. 분산시간 3분보다 작을 경우 완전한 분산이 어려우며 10분이상의 경우 분산이 모두 이루어져 의미가 없다.

3)단계의 섬유를 분산 시키는 단계의 온도는 2)단계와 동일하다. 분산 시간은 약 10~60분이 적당하며 바람직하게는 20~40분이다. 10분 보다 작을 경우 섬유가 충분히 분산되지 않으며 60분 보다 길 경우 섬유가 다시 엉키는 현상을 초래할 수 있다.

마지막의 점도 조절단계인 4)단계의 온도는 140~180℃에서 이루어지며 140℃보다 낮을 경우 점도를 낮추는데 시간이 오래 걸려 제조비용이 상승하며 180보다 높은 경우 PE왁스등이 증발하여 흄이 생성될 수 있어 인체에 해롭게 된다. 점도 조절에 소용되는 시간은 10~30분이면 충분하고 바람직하게는 10~20분이다. 혼합이 완료된 조성물은 150ㅁ 20℃에서 1~2시간동안 숙성하여 본 발명을 완성한다.

본 발명에 사용되는 교반조의 교반속도는 15 ~ 60RPM이 사용되어야하며 15RPM 미만의 경우 교반이 완전히 이루어지기 힘들며 60RPM을 초과할 경우 매우 많은 부하가 발생할 수 있어 모터의 용량이 거대해져 경제적이지 않다. 바람직한 교반속도는 15~30RPM이다.

완성된 본 발명의 보관온도는 110~160℃이며 110℃보다 낮을 경우 점도가 급격히 상승하여 사용이 어렵게 되고 160℃보다 높을 경우 온도를 계속 유지하는데 드는 비용이 높아져 경제적이지 못하다. 바람직한 보관 온도는 120~150℃ 이다.

시공시 사용 온도는 150ㅁ 10℃가 적당하다. 만일 140℃보다 낮은 경우 작업성이 나빠질 수 있으며 160℃보다 높은 경우 흐름성이 너무 좋아지게 되어 경사면에서 흘러내릴 수 있다. 그러나 시공시 온도는 그때의 대기와 바닥면의 온도 조건에 따라 경험적으로 정하는 것이 바람직하며 하절기보다는 온도가 낮은 동절기에서 약 10℃정도 높게 설정하여 시공할 수 있다.

시공 장비는 이미 판매되고 있는 가열 장치가 구비되어 있는 분사장비를 사용하면 되고 이런 장비의 경우 넓은 면적에서 효과적이다. 넓지 않은 면적의 경우 중탕 가열장비를 별도로 갖추어야하거나 보온장비를 이용할 수 있다. 시공면은 7%이하의 건조상태가 바람직하며 일반적으로 적용할 때의 콘크리트 기공내의 공기나 수분의 팽창에 의한 부풀음은 그 크기에 상관없이 터트려 주지 않아도 된다. 이는 상부에 적용되는 아스팔트의 포장에 의하여 다시 열가소인 본 발명이 재 용융되어 핀홀 부분이 메꾸어지며 상부의 아스팔트 혼합물과 일체화되기 때문이다.

시공 두께는 2~5mm이며 2mm 보다 얇은 경우 도막이 모든 표면에 고르게 작용하여 품질을 보장하기 어려우며 5mm 이상에서는 경제성에서 다른 제품과 비교하여 우위를 점하기 어렵다. 바람직한 두께는 2~3mm이다. 완성된 도막은 대기조건에 따라 양생 시간이 다르나 표면 온도가 상온에 도달하거나 70℃ 미만으로 확인될 경우 후속 공정이 가능하다. 만일 70℃보다 높다면 후속공정에서 덤프 트럭등의 중량물이 이동할 때 바퀴 자욱 등이 남을 수 있거나 찢김이 발생할 수 있다. 일반적으로 20℃를 기준으로 하고 3mm 두께로 시공한다면 양생시간은 30분에서 1시간이 소요된다. 시공도중 비가 내린다면 즉시 공사를 중단하고 시공면을 보호하여야 하며 공사를 다시 시작할때는 시공면의 건조 상황등을 반드시 확인하여 이물질이나 콘크리트의 표면의 함수율등이 조건에 적합한지 확인하여야 한다.

반사균열에 대한 저항성은 먼저 도막방수제의 자체 인장강도가 우수하여야만 가능하다. 기존의 방법들 중 반사 균열을 억제하기 위하여 사용된 그리드나 부직포 섬유등이 이용되는 경우 그리드나 부직포의 인장 특성만큼 인장강도가 향상된 것이 특징이다. 국내의 방수제의 인장강도는 교면방수용 시트식의 경우 13N/mm 이상, 도막식의 경우 1.5MPa 이상, 복합식 도막방수제의 경우 1.5MPa 이상이어야 한다.

그러나 본 발명을 사용할 경우 사용된 섬유에 의하여 인장강도는 시트식과 동등이상이 성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 공사 시간에서 가장 큰 비중을 차지하는 프라이머의 경화시간을 비교해보면 고무 아스팔트계 지촉건조시간 60분 이내 고무계(용제형) 1차 30분 이내, 2차 60분 이내, 수지계 60분 이내로써 실제 경화 시간은 12~24시간이 필요하다. 그러나 본 발명은 온도 전달을 빠르게 전도하는 물질을 포함함으로써 열전도에 의한 열평형을 쉽게 이루게하는 메카니즘을 도입하여 20℃의 대기환경을 기준으로 할 때 지촉건조시간의 경우 약 30분 이내, 완전 경화시간 60분 이내로서 매우 신속한 공사를 진행할 수 있다는 장점이 있다. 이는 현재까지 개발된 어떤 재질의 가열식 아스팔트계열의 프라이머나 도막식 방수제 보다 빠른 경화 시간이며 도막식 방수제와 시트식 방수제의 장점을 모두 갖추어 도로공사중 특히 공사 시간을 빠르게 확보해야할 필요가 있는 공사에 적합하다. 또한 공사 시간을 단축할 수 있어 실제 공사비의 절감은 1/2로 낮출 수 있는 매우 경제적인 발명인 것이다.

도 1은 도막식 방수제와 쉬트식 방수제의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명에 따른 제조공정도; 그리고,
도 3은 본 발명에 따른 시공 절차도이다.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 석유아스팔트 AP 3과 천연 아스팔트, SBS Ruber, 계면활성제, 섬유 및 유황과 로진 레진을 표 2의 배합표에 의하고 제조공정(도 2)에 따라 제조한다. 이후 제조된 도막식 방수제는 도 3의 시공절차에 의하여 1m x 1m x 3mm의 시험편을 제조하고 도막방수제 시험방법인 KSF 4932 교면용 도막식 방수제에 의거하여 인장강도 등(표 3 참조) 비교함으로써 본 발명의 성능을 비교 평가하였다.

재료명	AP3	길소나이트	SBS Rubber	로진 레진	PE 왁스	슬래그미분말	슬래그골재	천연 섬유	탄소 섬유	계면활성제	계
실시 예 1	15	2	2	1	1	37.7	37.8	1.5	1.5	0.5	100
실시 예 2	20	3	3	1	1	34.2	34.3	1.5	1.5	0.5	100
실시 예 3	30	5	5	1	1	26.7	26.8	2	2	0.5	100
비교 예 1	아스팔트계 도막식 방수제(두께2mm)
비교 예 2	자착식 쉬트식 방수제(두께 3mm)

여기서 사용된 AP 3은 에스케이(SK) 에너지 제품으로 침입도가 80초과~100이하인 것을 사용하였다. 길소나이트는 인도산으로써 연화점이 160~190℃이며 3염화탄소 가용분이 95%이상인 것을 사용하였다. SBS rubber는 중국의 styrene 과 butadiene의 비율이 30:70인 Dynasol사의 C411를 사용하였다. 로진 레진은 아리조나케미칼의 RP 1000으로써 산가가 15mgKOH/g인 것을 사용하였다. PE 왁스는 미국의 Sasol사의 Sasobit를 사용하였다. 슬래그 미분말의 경우 삼표기초소재에서 생산된 콘크리트용 고로슬래그 미분말중 3종을 사용하였으며 슬래그 골재는 국내 S사에서 제조된 잔골재중 0.1에서 2.5mm인것을 사용하였다. 천연섬유는 미국 JRS사의 GC 10을 사용하였다. 탄소섬유는 일본 미스비시레이온사의 Dialead 굵기 50 ㎛ 길이 1mm의 제품을 사용하였다. 계면활성제로는 악조노벨사의 WMX 를 사용하였다. 또한 아스팔트계 방수제는 국내 H사의 시판품을 사용하였으며 쉬트 방수제는 국내 S사의 시판품을 사용하였다.

표 3에서 볼 수 있듯이 본 발명의 실시예와 기존에 사용되는 아스팔트계 도막식 방수제와 자착식 쉬트식 방수제의 성능을 비교해보면 지촉 건조시간의 경우 0.3시간으로 가장 빠른 지촉건조 시간을 보여주고 있다 특히 기존의 아스팔트계 도막싱의 경우 2시간과 비교하여 약 1/8로 단축되는 효과를 볼 수 있다. 그러나 이는 실제 공사에 있어 후속 공정을 할 수 있는 것과는 상관관계가 크지 않아 완전경화에 필요한 시간을 측정하였다. 이결과 완전 경화하는데 소요되는 시간은 비교예의 경우 모두 0.8시간으로 측정되었으나 비교예 1의 경우 72시간이 소요되었다. 또한 비교예 2의 경우 비교적 짧은 1.2시간이 소요되었는데 이는 자착식을 토치에 의하여 용융시킨 후 부착시키는 방법으로 시공되기 때문에 쉬트가 부착되고 난 후 열의 탈출이 쉬트를 통과하여야만 하기 때문에 쉬트의 전도도가 낮기 때문으로 해석된다.

항 목			실시예1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비고예 2
-	시험방법	기준
지촉건조시간(h)	KS F 4932	3이내	0.3	0.3	0.3	2	0.5
완전 경화시간(h)	-	시간	0.8	0.8	0.8	72	1.2
인장강도(MPa, 무처리)	KS F 4932	1.5 이상	19	19	19	2.3	19
전단접착강도(MPa, 20℃)	KS F 4932	0.15이상	1.8	1.7	1.9	0.23	1.7
신장율(%. 무처리)	KS F 4932	100이상	300	300	300	200	300
내투수성	KS F 4932	투수 되지 않을것	투수되지 않음	투수되지 않음	투수되지 않음	투수되지 않음	투수되지 않음
염화이온침투저항성(coulombs)	KS F 4932	100이하	0.1	0.1	0.1	1.3	0.1
내움푹패임(반복회수)	KS F 4932	구멍이발생한 시험 횟수	7	8	7	2	6
내피로성	KS F 4932	잔금, 찢김, 파단이 생기지 않을 것	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음
내균열성(20℃,20??강봉)	KS F 4932	잔금, 찢김, 파단이 생기지 않을 것	이상없음	이상없음	이상없음	파단	파단

이에 따라 본 발명은 사용된 탄소섬유가 빠르게 열을 외부로 방출하여 타 재료보다 빠른 완전 경화 시간을 얻을 수 있는 것이다. 이런한 장점은 공사 기간을 단축 시켜줄 수 있는데 기존 도로의 보수시 필요한 경화 시간은 2시간 이내가 가장 효과적이다. 이는 콘크리트 도로면의 절삭, 청소, 면처리, 방수처리 공정이 순차적으로 행해질 경우 전체적인 공정에서 최후의 공정 완료시간까지의 교통 차단 시간을 총 8시간인 관계로 2시간을 초과할 경우 전체 공사면적은 현저하게 감소하여 전체 공사비의 증가를 발생시킨다. 일반적으로 4시간의 완전 경화시간이 필요할 경우 2시간의 완전경화 시간의 재료와의 공사비는 2배에 달하는 것으로 알려져 있다. 물리적 특성 진보성으로는 인장강도의 증가이다.

본 발명의 실시예의 인장강도는 19MPa로써 기존 도막식의 2.3과 비교하여 약 8.3배의 증가를 보이며 공장에서 재작된 쉬트식과 비교하여도 손색이 없는 매우 우수한 성능을 확보하였다. 특히 내움푹성은 자동차의 차륜에 의하여 장기간 사용시 눌림에 의한 구멍발생에 따른 누수의 평가 지표이다. 내움푹패임저항성의 경과를 보면 실시예의 경우 약 7~8회의 반복 시험까지 견듸는 반면 도막식의 경우 2회에서 구멍이 발생하여 장기간 공용성이 보장되지 않는다는 국내 논문의 결과와 일치하였으며 비교예 2의 쉬트는 6회 반복 시험까지 견디어 우수한 것으로 측정되었으나 본 발명보다는 우수하지 않았다.

또한 내피로성과 내균열성 역시 본 발명이 기존의 제품의 성능보다 우월한 성능을 확보하여 지극히 객관적으로 선응 향상을 확인할 수 있었다. 도막식 방수제의 가장 큰 장점은 표면과 일체성을 확보할 수 있다는 것이며 넓은 면적을 쉬게 처리할 수 있는 것이나 장기간의 차량 통행에 의하여 눌림에 의한 파손의 발생과 시공시 완전한 성능확보까지 상당히 긴 시간이 필요다는 단점으로 보수현장에서 외면되어 왔다. 쉬트 역시 제한된 폭으로 공장 생산된 제품을 현장에서 가열에 의하여 눌러 붙이는 방법에 따른 굴곡면에서의 불접착과 쉬트간의 이음부 처리가 가장 큰 단점으로 지적 되어온바 이를 극복하기위한 본 발명은 공사기간의 획기적인 단축과 도막식 방수제로써 넓은 면적을 빠르게 처리할ㅇ 수 있는 장점뿐만 아니라 쉬트의 장점을 포함여여 콘크리트의 보수에 매우 유용한 발명으로 확인되었다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다

Claims (4)

1. 아스팔트 바인더 1~87.5 중량%;
   길소나이트 1~25 중량%;
   SBS 고무1~10 중량%;
   로진 레진 0.1~3 중량%;
   PE 왁스 0.1~3 중량%;
   슬래그 미분말 5~24 중량%;
   슬래그 골재 5~24 중량%;
   천연 섬유 0.1~5 중량%;
   탄소 섬유 0.1~3 중량%; 및
   계면활성제 0.01~2 중량%
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 길소나이트의 연화점은 150~200℃이며,
   상기 SBS 고무에서 스타이렌 : 부타디엔 중량비는 25:75 ~ 35:65이고,
   상기 슬래그 미분말은 비표면적이 4,000~5,000cm²/g이며,
   상기 슬래그 골재는 직경 0.1~2.5mm이고, 흡수율은 1.0% 이하인 것을 특징으로 하는 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물.
3. 청구항 1에 기재된 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물의 제조방법으로,
   (1) 석유 아스팔트인 상기 아스팔트 바인더와 천연아스팔트인 길소나이트 및 SBS rubber를 용융시키는 단계;
   (2) 상기 계면활성제를 분산시키는 단계;
   (3) 상기 천연섬유와 및 상기 탄소섬유와 충전제를 분산시키는 단계;
   (4) 상기 로진 레진과 상기 PE왁스로 점도를 낮추는 단계; 및
   (5) 숙성단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 (1) 용융단계의 온도는 180~230℃이고, 용융시간은 30~90분이며,
   상기 (2) 단계의 온도는 160~200℃이며, 시간은 3~10분이고,
   상기 (3) 단계의 온도는 160~200℃이며, 시간은 20~40분이고,
   상기 (4) 단계의 온도는 140~180℃이며, 시간은 10~20분인 것을 특징으로 하는 속경형 아스팔트 도막식 복합 방수제 조성물의 제조방법.

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