KR101855901B1 - 아스팔트 포장 재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

아스팔트 포장 재료는 아스팔트 포장 재료의 약 3 내지 약 8 중량 퍼센트의 양으로 존재하는 아스팔트 바인더를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 0.25 내지 약 10 중량 퍼센트의 양으로 존재하는 산화 폴리올레핀을 포함한다. 골재는 아스팔트 포장 재료의 약 92 내지 약 97wt%의 양으로 존재한다. 상기 산화 폴리올레핀은 수분에 의해 야기되는 상기 골재로부터의 상기 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시킨다.

Description

아스팔트 포장 재료 및 이의 제조방법{ASPHALT PAVING MATERIALS AND METHODS FOR MAKING THE SAME}
본 출원은 2011.1.28일자로 출원된 미국 가특허 출원 61/437,265에 관한 것이고, 이에 대한 모든 이익을 주장한 것이며, 상기 출원의 모든 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 아스팔트 포장 재료 및 아스팔트 포장 재료의 제조방법에 관한 것이며, 보다 특히, "러팅(rutting, 바퀴자국)"에 대한 저항성을 나타내며, 아스팔트 바인더와 골재(aggregates) 사이의 향상된 접착력을 갖는 아스팔트 포장 재료 및 이러한 아스팔트 포장 재료의 제조방법에 관한 것이다.
아스팔트 믹스(asphalt mixes)는 도로 건설 및 유지에 대한 포장재료로 통상적으로 사용된다. 전형적으로, 종종 "아스팔트 바인더" 또는 "아스팔트 시멘트"로 칭하여지는 아스팔트를 골재와 혼합하여 아스팔트 포장에 사용되는 재료를 형성한다. 작업자가 포장으로 상기 재료를 사용하는 공정 처리로 아스팔트 포장 지역(pavement)을 형성한다. 상기 아스팔트 포장 지역은 골재에 대한 아스팔트 바인더의 점착력(adherence)에 의해 아스팔트 바인더의 연속상 내에 유지되는 골재를 포함한다.
아스팔트 포장 지역의 강도 및 내구성은 다양한 요소, 예컨대 사용된 재료의 특성, 다양한 재료의 상호작용, 믹스 디자인, 건설 방법 및 포장 지역이 노출되는 환경 및 교통 상황에 의존한다. 포장 지역의 사용기간 동안 우수한 성능을 가질 수 있는 믹스(mix)를 제조하기 위해서는, 최적의 아스팔트 바인더 필름 두께를 갖도록, 아스팔트를 이용한 골재의 적합한 코팅, 골재에 대한 아스팔트의 우수한 접착력 및 아스팔트의 우수한 응집 강도가 되도록 하는 것이 중요하다.
통상의 포장 지역은 다양한 타입의 디스트레스 모드(distress modes), 예컨대, 영구적인 변형, 응집 강도, 산화 및 수분 손상을 격게 된다. 영구적인 변형은 아스팔트 포장 지역에 대한 심각한 문제이다. 도로는 겨울에 비하여 여름에 약 80 내지 약 100℉이상 더 더울 수 있다. 더운 온도에서, 아스팔트 포장 지역은 그 위를 통과하는 무거운 트럭의 무게 또는 예컨대, 예를 들어, 신호등 교차로에서 일시적으로 정지하는 차량으로 인하여 리지(ridge)와 러트(ruts)(종종 "러팅(rutting, 바퀴자국)"이라 불림)을 형성하면서 서서히 움직이거나 움직이고 연화된다. 이는 러팅은 차량의 무게 및 무게가 적용되는 시간 기간 모두에 의존하기 때문이다. 러팅을 감소 또는 방지하기 위해, 아스팔트보다 비교적 높은 모듈러스를 갖거나, 또는 아스팔트보다 높은 온도에서 더 높은 모듈러스 아스팔트 바인더를 제조할 수 있는, 중합체 또는 다른 재료가 종종 통상의 아스팔트 바인더에 포함된다. 러팅을 감소 또는 방지하기 위해 아스팔트 바인더를 개질하기 위해 사용되는 전형적인 중합체는 엘라스토머, 예컨대, 예를 들어, 스티렌/부타디엔/스티렌 공중합체(SBS) 및 플라스토머(plastomer), 예컨대, 예를 들어, 폴리에틸렌, 에틸/비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 등을 포함한다.
수분 손상 또한 통상의 아스팔트 포장 지역에 심각한 문제이다. 아스팔트 바인더의 골재 표면에 대한 친화력 보다 물의 골재 표면에 대한 친화력이 더 크고, 아스팔트 바인더와 골재 표면 사이의 화학적 결합이 실질적으로 없거나 또는 거의 없음으로, 물은 때때로, 골재 표면에서 아스팔트 바인더를 퇴거시키며, 이는 수분 손상을 야기한다. 이는 "박리(stripping)"으로 알려져 있다. 박리를 감소 또는 방지하기 위해서, 박리-방지 첨가제(anti-stripping additives)가 통상의 아스팔트 바인더에 종종 포함된다. 통상의 박리-방지 첨가제로는 긴, 비-극성 지방 사슬을 함유하며, 아스팔트 바인더에 대한 높은 친화성을 나타내는, 아민을 전형적으로 포함한다. 이들 아민의 분자 구조는 바인더와 골재 사이의 접착력의 강도를 증가시키는 경향이 있다.
불행하게도, 박리를 감소 또는 방지하기 위해 사용되는 상기 첨가제는 전형적으로 러팅을 감소 또는 방지하지 못하며; 마찬가지로, 러팅을 감소 또는 방지하기 위해 사용되는 상기 중합체는 전형적으로 박리를 감소 또는 방지하지 못한다. 이로 인하여, 박리와 러팅에 대한 저항성을 위해 박리-방지 첨가제와 러팅-방지 중합체(anti-rutting polymers) 모두를 포함하는 더 복잡하고 비용이 드는 아스팔트 포장 지역 조성물이 될 수 있다.
따라서, 박리 및 러팅 모두를 감소 또는 방지하는데 효과적인, 중합체 첨가제를 포함하는 아스팔트 포장 재료를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 아스팔트 포장 재료의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
아스팔트 포장 재료 및 아스팔트 포장 재료를 제조하는 방법이 본원에서 제공된다. 예시적인 실시형태에 의하면, 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 포장 재료의 약 3 내지 약 8wt%의 양으로 존재하는 아스팔트 바인더를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 0.25 내지 약 10wt%의 양으로 존재하는 산화 폴리올레핀(oxidized polyolefin)을 포함한다. 골재는 상기 아스팔트 포장 재료의 약 92 내지 약 97wt%의 양으로 존재한다. 상기 산화 폴리올레핀은 수분에 의해 야기되는 상기 골재로부터의 상기 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시킨다.
다른 예시적인 실시형태에 의하면, 아스팔트 포장 재료의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 아스팔트 포장 재료를 형성하기에 효과적인 조건에서 아스팔트 바인더와 골재를 혼합하는 단계를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 포장 재료의 약 3 내지 약 8wt%의 양으로 존재하며, 상기 골재는 아스팔트 포장 재료의 약 92 내지 약 97wt%의 양으로 존재한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 0.25 내지 약 10wt%의 양으로 존재하는 산화 폴리올레핀을 포함한다. 상기 산화 폴리올레핀은 수분에 의해 야기되는 상기 골재로부터의 상기 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시킨다.
본 발명의 실시형태는 하기의 도면을 참고하여 이하에서 보다 상세히 기술되며, 도면에서, 같은 숫자는 같은 구성요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시형태에 의한, 다양한 아스팔트 포장 재료의 인장 강도 비(tensile strength ratios)의 비교 그래프이며;
도 2는 예시적인 실시 형태에 의한, 다양한 아스팔트 바인더로 코팅되고 그 후에, 끓는물 시험된 골재 샘플의 사진을 포함하며;
도 3은 예시적인 실시형태에 의한, 다양한 아스팔트 포장 재료의 고온 진등급(high temperature ture grade)의 비교 그래프이다.
다음의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이며, 본 발명 또는 본 발명의 적용 및 용도를 제한하는 것은 아니다. 나아가, 상기한 배경기술 또는 후술하는 상세한 설명에 제시한 어떠한 이론에 의해 제한되는 것은 아니다.
본원에서 의도되는 다양한 실시형태는 러팅에 대한 저항성을 나타내며 박리에 대한 저항성에 대하여, 아스팔트 바인더와 골재 사이의 향상된 접착력을 갖는 아스팔트 포장 재료에 관한 것이다. 예시적인 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 바인더 및 골재를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트(예, 니트(neat, 혼합물이 섞이지 않은) 아스팔트 또는 개질되지 않은 아스팔트) 및 산화 폴리올레핀을 포함한다. 본 발명자들은 산화 폴리올레핀이, 더운 온도에서 아스팔트 포장 지역의 영구적인 변형을 감소 또는 방지하도록, 아스팔트 바인더를 개질하는데 적합한 플라스토머 임을 발견하였다. 또한, 본 발명자는 또한, 산화 폴리올레핀이 박리에 의해 야기되는 수분 손상에 대한 아스팔트 포장 지역의 저항성을 향상시키도록, 아스팔트 바인더와 골재 사이의 접착 촉진재로서 작용함을 발견하였다. 따라서, 상기 아스팔트 포장 재료는 박리 및 러팅을 효과적으로 감소 또는 방지하는 산화 폴리올레핀을 포함하며, 바람직하게는, 생산비용이 적은 간단한 재료를 제공한다.
예시적인 일 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 포장 재료의 약 3 내지 약 8 중량 퍼센트(wt%)의 양으로 존재하는 아스팔트 바인더를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 0.25 내지 약 10wt%, 그리고 바람직하게는 약 0.5 내지 약 4wt%, 그리고 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 4wt%의 양으로 존재하는 산화 폴리올레핀을 포함한다.
아스팔트는 어두운 갈색 내지 검은색의 시멘트성 재료로 ASTM에 의해 정의되며, 여기서 우세한 구성성분은 자연적으로 발생하거나 또는 석유 공정에서 얻어지는 역청(bitumen)이다. 아스팔트는 특징적으로 포화물질(saturates), 방향족 물질(aromatics), 수지 및 아스팔텐(asphaltenes)을 함유한다.
모든 타입의 아스팔트, 자연적으로 발생하는, 합성으로 제조되는 그리고 개질된 모든 타입의 아스팔트가 본원에서 의도되는 아스팔트 포장 재료에 사용될 수 있다. 자연적으로 발생하는 아스팔트는 원산의 천연(암석) 아스팔트(native rock asphalt), 레이크 아스팔트(lake asphalt) 등을 포함한다. 합성으로 제조된 아스팔트는 종종 석유 정제 또는 후 정제 작업(post refining operations)의 부산물이며, 에어-블로운 아스팔트(air-blown asphalt), 블렌드 아스팔트(blended asphalt), 크랙 아스팔트(cracked asphalt) 또는 잔류 아스팔트(residual asphalt), 석유 아스팔트(petroleum asphalt), 프로판 아스팔트(propane asphalt), 스트레이트-런 아스팔트(straight-run asphalt), 써멀 아스팔트(thermal asphalt) 등을 포함한다. 개질된 아스팔트로는 엘라스토머, 인산, 폴리인산, 플라스토머, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체 등 또는 이들 개질제의 다양한 조합으로 개질된 베이스 아스팔트(예, 자연적으로 발생하거나 또는 합성으로 제조될 수 있는 니트 또는 개질되지 않는 아스팔트)를 포함한다. 상기 베이스 아스팔트를 개질하기에 적합한 엘라스토머의 비-제한적인 예로는 그라운드된 타이어 고무(ground tire rubber), 부틸 고무, 스티렌/부타디엔 고무(SBR), 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌 삼원중합체(SEBS), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 삼원중합체, 에틸렌/n-부틸 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원중합체 및 스티렌/컨쥬케이트 디엔 블록 또는 랜덤 공중합체, 예컨대, 예를 들어, 스티렌/부타디엔/스티렌 공중합체(SBS)를 포함하는 스티렌/부타디엔, 스티렌/이소프렌 및 스티렌/이소프렌-부타디엔 블록 공중합체를 포함한다. 상기 블록 공중합체는 분지되거나 또는 선형일 수 있으며, 디블록(diblock), 트리블록(triblock), 테트라블록(tetrablock) 또는 멀티블록(multiblock)일 수 있다.
바람직하게, 상기 산화 폴리올레핀은 산화 폴리에틸렌, 산화 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물이며, 보다 바람직하게는 산화 폴리에틸렌이다. 일 실시예에서, 상기 산화 폴리올레핀은 산화 폴리에틸렌 단일중합체이다. 다른 실시예에서, 상기 산화 폴리올레핀은 산화된 고밀도 폴리에틸렌이며, 바람직하게는 약 0.95 내지 약 1g/cc의 밀도를 갖는 산화된 고밀도 폴리에틸렌이다. 2가지의 이러한 적합한 산화 폴리올레핀은 Honeywell International Inc.(뉴저지, 모리스타운에 본사 소재)에서 제조되는 Honeywell Titan™ 7817 및 Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체이다.
예시적인 실시형태에서, 상기 산화 폴리올레핀은 약 1000 내지 약 30,000 달톤, 그리고 보다 바람직하게는 약 1000 내지 약 10,000 달톤의 분자량을 갖는다. 나아가, 상기 산화 폴리올레핀의 산화도, 예를 들어, 카르복시 그룹 함량은, 상기 산화 폴리올레핀의 총 산 함량 또는 애시드 넘버(acid number)를 측정하기 위해 페놀프탈레인 지시약을 사용하여 상기 산화 중합체의 용액을 0.1N 알코올 포타슘 히드록사이드(KOH) 용액으로 가시적인 "분홍" 종말점으로 적정하여 특징지어질 수 있다. 바람직하게, 상기 산화 폴리올레핀은 약 5 내지 약 50의 애시드 넘버(acid number)(예, 약 5 내지 약 50mg KOH/g의 산가(scid value)), 그리고 보다 바람직하게는 약 15 내지 약 40의 애시드 넘버(예, 약 15 내지 약 40mg KOH/g의 산가)를 갖는다.
상기 아스팔트 포장 재료는 또한 골재를 포함한다. "골재"는 아스팔트 포장 재료를 형성하기 위해 아스팔트 바인더와 합하여지는, 미네랄 재료, 예컨대, 예를 들어, 모래, 자갈, 또는 파쇄된 돌에 대한 집합적인 용어이다. 상기 골재는 천연 골재, 제조된 골재 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 천연 골재는 기계적 파쇄로 사용가능한 크기로 작아진, 오픈 엑스커베이션(open excavation)(예, 채석장)으로부터 전형적으로 추출되는 암석이다. 제조된 골재는 전형적으로 다른 제조 공정의 부산물, 예컨대 야금 공정(metallurgical processing)(예, 강철, 주석 및 구리 제조)으로부터의 슬래그이다. 제조된 골재는 또한, 천연 암석에서는 찾아볼 수 없는 특별한 물리적 특성, 예컨대, 예를 들어, 저밀도를 갖도록 제조되는, 특수 재료를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 상기 아스팔트 포장 재료의 약 92 내지 약 97wt%의 양으로 존재하는 골재를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 바인더 및 골재로 필수적으로 구성되며, 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 산화 폴리올레핀으로 필수적으로 구성되며, 전형적인 박리-방지제를 실질적으로 함유하지 않는다. 본원에서 사용된, 상기 용어 "박리-방지제를 실질적으로 함유하지 않음"은 사용되더라도, 박리-방지제가 수분 손상에 대한 저항성에 대하여 산업적인 표준을 만족할 정도의 양으로 사용되지 않음을 의미한다. 아스팔트 포장 재료의 수분 손상에 대한 저항성을 측정하는 2가지의 이러한 적합한 시험은 AASHTO T-283 및 ASTM D 4867 표준 절차에 상세히 기술되어 있다. 다양한 타입의 전형적인 박리-방지제로는 아민, 예컨대 폴리아민 및 폴리알킬렌폴리아민, 개질된 아민, 예컨대 지방산과 반응된 폴리아민, 하이드레이트 라임(hydrated lime)(Ca(OH)2)을 포함하는 라임(CaO), 인산, 스티렌-아크릴 중합체를 포함하는 아크릴 중합체 또는 이들의 조합 및/또는 유도체를 포함한다. 다른 실시형태에서, 아스팔트 바인더는 상기 베이스 아스팔트의 약 0.5 내지 약 5wt%의 양으로 존재하는 러팅-방지 중합체 및/또는 엘라스토머, 예컨대, 예를 들어, SBS를 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 상기한 문단에서 언급된 바와 같이, 아스팔트 포장 재료를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 골재를 약 120 내지 약 190℃의 온도로 가열 및 건조하는 것을 포함한다. 일 예에서, 상기 골재는 통상의 수단, 연속 또는 배치, 예컨대, 예를 들어, 드럼-믹서에서 뜨거운 가스로 가열 및 건조된다. 베이스 또는 개질된 아스팔트는 약 120 내지 약 190℃의 온도에서 골재로부터 액상선(liquidus) 상태로 별도로 가열된다.
일 실시형태에서, 산화 폴리올레핀은 뜨거운 액체 아스팔트 바인더를 형성하도록 상기 뜨거운 액체 아스팔트에 첨가된다. 그 후, 상기 뜨거운 아스팔트 바인더는 상기 가열된 골재와 통상의 연속 또는 배치 작업으로 합하여지며, 여기서, 상기 아스팔트 바인더와 상기 골재는 약 120 내지 약 190℃의 온도에서 혼합되어 뜨거운 믹스 아스팔트 포장 재료를 형성한다.
다른 실시형태에서, 상기 산화 폴리올레핀은 상기 가열된 골재와 드럼-믹서에서 초기에 합하여지며, 여기서, 상기 가열된 골재는 상기 산화 폴리올레핀을 용융시킨다. 상기 실시형태에서, 통상의 연속 또는 배치 작업은, 상기 산화 폴리올레핀이 상기 골재의 표면을 코팅하도록, 뜨거운 골재를 용융된 산화 폴리올레핀과 혼합한다. 그 후, 뜨거운 액체 아스팔트는 산화 폴리올레핀-코팅된 골재와 드럼-믹서에서 합하여지고, 상기 합하여진 성분은 약 120 내지 약 190℃의 온도에서 혼합되어 뜨러운 믹스 아스팔트 포장 재료를 형성한다. 상기 혼합 공정 도중에, 산화 폴리올레핀은 상기 골재로부터 뜨거운 액체 아스팔트로 이동 및/또는 확산(diffuse)되어 연속적인 뜨거운 액체 아스팔트 바인더 상을 형성한다. (여기)
도 1에 다양한 아스팔트 포장 재료의 수분 손상 연구 결과의 대표적인 그래프가 제시된다. 특히, 이 연구에서, 아스팔트 혼합물의 수분 민감성(moisture susceptibility)에 대해, 두 가지의 다른 중합체, Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체 및 Honeywell Titan™ 7205 중-밀도 폴리에틸렌 단일중합체(Honeywell International Inc.제(뉴저지, 모리스타운에 본사 소재))의 효과가 평가되었다. 위스콘신(Wisconsin) DOT 조건을 만족하도록 디자인된, 세립(fine graded), 대형 차량용(heavy traffic), 아스팔트 포장 혼합물이 상기 연구에 베이스 조성물로 사용되었다. 아스팔트 포장 혼합물을 형성하도록 사용된 골재는 노스 센트럴 위스콘신의 유명한 골재 공급처로부터의 화강암 골재였다. 수분 손상 시험은 AASHTO T-283 표준 절차에 상세히 기술되어 있는 절차를 사용하여 행하였다.
Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체 및 Honeywell Titan™ 7205 중-밀도 폴리에틸렌 단일중합체가 상기 아스팔트 혼합물에 단독으로 사용된 경우와 그리고 SBS 중합체와 함께 사용된 경우의, 이들의 효과를 평가하였다. 상기 결과는 또한, SBS만으로 개질된 베이스 아스팔트로 구성된 아스팔트 바인더로 제조된 아스팔트 혼합물과 비교되었다. 시험은 또한, Akzo Noble N.V.(네덜란드, 암스테르담에 본사 소재)에서 제조된 KLING BETA 2250의 폴리아민 박리-방지제를 포함하는 아스팔트 혼합물을 포함하였다. 폴리아민 박리-방지제를 함유하는 샘플에서, 상기 박리-방지제는 상기 베이스 아스팔트의 약 0.5wt%의 양으로 존재하였다.
AASHTO T-283 표준 절차에서와 같이, 수분 민감성 시험은 컨디션화된 아스팔트 포장 샘플 대 컨디션화되지 않은 아스팔트 포장 샘플의 간접적인 인장 강도의 비로서 수분 손상을 정량화한다. 모든 시험은 약 7% +/- 1% 에어 공극(air void) 함량으로 조밀화된(compacted) 샘플을 사용하여 약 25℃에서 행하였다. 컨디션화된 샘플에 대하여, 상기 표준 절차는 약 55 내지 약 85% 범위의 퍼센트 포화 수준으로 진공 포화(vacuum saturation)한 후에, 약 60℃의 수조에 약 24 시간 동안 완전한 침지를 필요로 한다.
나타낸 바와 같이, 처음 2개의 막대 102 및 104는 박리-방지제를 포함하지 않는 것과 박리-방지제를 포함하는, 베이스 아스팔트의 약 4.5wt%의 양으로 존재하는 SBS를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물 각각의 인장 강도 비를 나타낸다. 두번째의 두개의 막대 106 및 108은 박리-방지제를 포함하지 않는 것과 박리-방지제를 포함하는, 베이스 아스팔트의 약 3.5wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물 각각의 인장 강도 비를 나타낸다. 세번째의 두개의 막대 110 및 112는 박리-방지제를 포함하지 않는 것과 박리-방지제를 포함하는, 베이스 아스팔트의 약 1wt%의 양으로 존재하는 SBS 및 베이스 아스팔트의 약 2.5wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물 각각의 인장 강도 비를 나타낸다. 네번째의 두개의 막대 114 및 116은 박리-방지제를 포함하지 않는 것과 박리-방지제를 포함하는, 베이스 아스팔트의 약 6wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7205 중-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물 각각의 인장 강도 비를 나타낸다. 다섯번째의 두개의 막대 118 및 120은 박리-방지제를 포함하지 않는 것과 박리-방지제를 포함하는, 베이스 아스팔트의 약 1wt%의 양으로 존재하는 SBS 및 베이스 아스팔트의 약 3.5wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7205 중-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물 각각의 인장 강도 비를 나타낸다.
위스콘신 DOT 요건에서, 적어도 0.70의 AASHTO T-283 인장 강도 비를 갖는, 박리-방지 첨가제를 포함하지 않는 아스팔트 포장 혼합물은 도로 건설 및/또는 유지에 허용가능한 것으로 여겨지며, 적어도 0.75의 AASHTO T-283 인장 강도 비를 갖는, 박리-방지 첨가제를 포함하는 아스팔트 포장 혼합물은 도로 건설 및/또는 유지에 허용가능한 것으로 여겨진다. 나타낸 바와 같이, 막대 102, 114 및 118로 나타내어진 박리-방지제를 포함하지 않는, SBS 및/또는 Honeywell Titan™ 7205 중-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 혼합물은 각각 약 0.5, 0.68 및 0.52의 인장 강도 비를 가졌으며, 따라서, 도로 건설 및/또는 유지에 허용불가능함을 알았다. 그러나, 막대 106 및 110으로 나타낸, SBS를 포함하거나 또는 포함하지 않고, 박리-방지제를 포함하지 않으며, Honeywell Titan™ 7686 산화된 고-밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는 아스팔트 혼합물은 각각 약 0.99 및 1.01의 인장 강도 비를 가졌으며, 따라서, 도로 건설 및/또는 유지에 허용가능함을 알았다.
예시적인 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 바인더 및 골재를 포함하며, 여기서, 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 산화 폴리올레핀을 포함하며, 실질적으로 전형적인 박리-방지제를 포함하지 않는다. 상기 아스팔트 포장 재료는 적어도 약 0.65, 그리고 바람직하게는 적어도 약 0.75, 그리고 보다 바람직하게는 적어도 약 0.85, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 약 0.95의 AASHTO T-283 인장 강도 비를 갖는다.
도 2에 예시적인 실시 형태에 의한, 다양한 아스팔트 바인더로 코팅되고 그 후에, 끓는물 시험된 골재 샘플의 사진이 제공된다. 노스 웨스트 러시아(North West Russian) 화강암 골재를 사용한 다양한 포장 재료 샘플을 제조하였다. 특히, 사진 130에 해당하는 샘플은 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 3wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7205를 포함하는 아스팔트 바인더로 코팅된 골재로 형성되었다. 사진 132에 해당하는 샘플은 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 3wt%의 양으로 존재하는 SBS를 포함하는 아스팔트 바인더로 코팅된 골재로 형성되었다. 사진 134에 해당하는 샘플은 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 3wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan™ 7686을 포함하는 아스팔트 바인더로 코팅된 골재로 형성되었다. 사진 136에 해당하는 샘플은 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 약 2.25 및 0.75wt%의 양으로 각각 존재하는 SBS 및 Honeywell Titan™ 7686을 포함하는 아스팔트 바인더로 코팅된 골재로 형성되었다.
상기 샘플을 각각 끓는물에 약 10분 동안 별도로 놓아두었으며, 그 후에 제거하여 냉각하였다. 사진 130 및 132에 나타낸 바와 같이, Honeywell Titan™ 7686 (예, 산화 폴리에틸렌)는 함유하지 않고, 아스팔트 바인더에 Honeywell Titan™7205 및 SBS를 함유하는 아스팔트 포장 재료 샘플은 상당한 면적의 노출된 골재 표면을 가졌으며, 이는 끓음 시험 도중에 골재 표면으로부터 많은 아스팔트 바인더가 박리되었음을 나타낸다. 반면에, 사진 134 및 136에 나타낸, 아스팔트 바인더에 Honeywell Titan™ 7686을 함유하는 아스팔트 포장 재료 샘플의 골재는 실질적으로 검은 천연색(coloration)이었으며, 이는 아스팔트 바인더가 여전히 제 자리에 있었으며, 골재 표면에 대한 우수한 접착력을 가짐을 나타낸다. 따라서, Honeywell Titan™ 7686 산화 폴리에틸렌은 끓음시험 도중에 골재로부터 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록 상기 골재에 아스팔트 바인더가 효과적으로 부착되도록 한다.
도 3은 예시적인 실시형태에 의한, 다양한 아스팔트 포장 재료의 고온 진등급(high temperature ture grade)의 비교 그래프이다. 아스팔트 시멘트의 포장 등급(paving grade)은 포장 온도(pavement temperature)를 나타내는 2개의 숫자로 규정되는, 성능 등급(preformance grade, PG)으로 기술된다. 이들 숫자는 AASHTO M320 표준 절차를 사용하여 측정된다. 첫번째 숫자 PG 64-XX는 높은 포장 온도(pavement temperature)(또는 "고온 진등급(high temperature true grade)")을 섭씨로 나타내며, 두번째 숫자 PG XX-22는 낮은 포장 온도를 나타낸다. 높은 포장 온도는 러팅 효과에 관한 것이며, 낮은 포장 온도는 저온 균열에 관한 것이다. 성능 등급의 높은 포장 온도(첫번째 숫자로 나타내어지는)가 높을수록, 아스팔트 시멘트가 러팅에 대하여 더욱 저항성이다. 예를 들어, PG 76-22(예, 76의 고온 진등급)의 성능 등급을 갖는 아스팔트 시멘트가 PG 64-22(예, 64의 고온 진등급)의 성능 등급을 갖는 아스팔트 시멘트보다 러팅에 대한 저항성이 우수한 것이다.
도 3에 나타낸 아스팔트 포장 재료는 PG 64-22의 성능 등급을 가지며, 또한, 러팅에 대한 저항성을 향상시키기 위해 다음을 첨가하여 개질된, 아스팔트 포장 배합물을 사용하여 제조되었다: 처음 2개의 막대 140 및 142에 해당하는 샘플에 대하여는 베이스 아스팔트의 약 4.5wt%의 양으로 존재하는 SBS; 두번째의 2개의 막대 144 및 146에 해당하는 샘플에 대하여는 각각 베이스 아스팔트의 약 1wt% 및 2.5wt%의 양으로 존재하는 SBS 및 Honeywell Titan® 7686; 세번째의 2개의 막대 148 및 150에 해당하는 샘플에 대하여는 베이스 아스팔트의 약 3.5wt%의 양으로 존재하는 Honeywell Titan® 7686; 네번째의 2개의 막대 152 및 154에 해당하는 샘플에 대하여는 각각 베이스 아스팔트의 약 1wt% 및 3.5wt%의 양으로 존재하는 SBS 및 Honeywell Titan® 7205. 또한, AASHTO M320 표준 절차에 의하면, 막대 140, 144, 148 및 152에 해당하는 샘플은 에이징되지 않은(non-aged) 아스팔트 포장 재료 샘플이며, 막대 142, 146, 150 및 154에 해당하는 샘플은 약 163℃에서 약 85분 동안 단-기간 열 에이징된 샘플이다.
나타낸 바와 같이, 모든 경우에, 샘플은 76을 초과하는 고온 진등급 값을 나타내었으며, 이는 상기 아스팔트 포장 재료가 러팅에 대하여 비교적 우수한 저항성을 가지며, 적어도 PG-76-22의 상응하는 성능 등급을 가짐을 나타낸다. 특히, 막대 148 및 150에 해당하는 베이스 아스팔트의 약 3.5wt%의 양으로 Honeywell Titan™ 7686을 함유하는 샘플은 각각 약 82 및 약 79의 가장 높은 고온 진등급 값을 가지며, 이는 러팅에 대한 뛰어난 저항성을 나타낸다. 따라서, Honeywell Titan™ 7686 산화 폴리에틸렌은 러팅-방지 중합체로서 효과적이다.
따라서, 러팅에 대한 저항성을 나타내며, 박리에 대한 저항성을 위해 아스팔트 바인더와 골재 사이의 개선된 접착력을 갖는 아스팔트 포장 재료가 기술된다. 예시적인 실시형태에서, 상기 아스팔트 포장 재료는 아스팔트 바인더 및 골재를 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 산화 폴리올레핀을 포함한다. 산화 폴리올레핀은 무게, 기간 및 차량 수로 인한 더운 온도에서의 아스팔트 포장 지역의 영구적인 변형의 감소 및 방지를 위해 상기 아스팔트 바인더를 개질하기에 적합한 플라스토머이다. 또한, 산화 폴리올레핀은 박리에 의한 수분 손상에 대한 아스팔트 포장 지역의 저항성을 향상시키기 위해 아스팔트 바인더와 골재 사이의 접착 프로모터로서 작용함을 발견하였다. 따라서, 상기 아스팔트 포장 재료는 박리 및 러팅의 감소 및 방지에 효과적인 산화 폴리올레핀을 포함하며, 바람직하게는 생산비용이 감소된 간단한 재료를 제공한다.
상기한 상세한 설명에서 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제시되었으나, 다양한 변형이 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 예시적인 실시형태 또는 예시적인 실시형태들은 단지 예일 뿐이며, 어떠한 방식으로 본 발명의 범위, 적용가능성 또는 배치를 제한하는 것은 아니다. 오히려, 상기한 상세한 설명은 이 기술분야의 기술자에게 예시적인 실시형태를 구현하는 지침을 제공하는 것이며, 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 및 이의 균등물의 범위 내에서 예시적인 실시형태에 기술된 구성요소의 작용 및 배열에 대한 다양한 변형이 가능한 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 아스팔트 포장 재료의 3 내지 8wt%의 양으로 존재하는 아스팔트 바인더; 및
    아스팔트 포장 재료의 92 내지 97wt%의 양으로 존재하는 골재를 포함하며,
    상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 0.25 내지 10wt%의 양으로 존재하는 산화 고밀도 폴리에틸렌을 포함하며,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 수분에 의해 야기되는 상기 골재로부터의 상기 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시키고,
    상기 아스팔트 바인더는 폴리아민, 폴리알킬렌폴리아민, 및 폴리아민과 지방산의 반응에 의해 형성된 개질된 아민으로 구성된 군으로부터 선택된 박리-방지제를 포함하지 않는, 아스팔트 포장 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 상기 아스팔트 포장 재료가 적어도 0.65의 AASHTO T-283 인장 강도 비를 갖도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시키는, 아스팔트 포장 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 상기 아스팔트 포장 재료가 적어도 0.75의 AASHTO T-283 인장 강도 비를 갖도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시키는, 아스팔트 포장 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 상기 베이스 아스팔트의 1 내지 4wt%의 양으로 존재하는, 아스팔트 포장 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 산화 고밀도 폴리에틸렌 단일중합체를 포함하는, 아스팔트 포장 재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 1000 내지 30,000 달톤의 분자량을 갖는, 아스팔트 포장 재료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 5 내지 50의 애시드 넘버(acid number)를 갖는, 아스팔트 포장 재료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아스팔트 바인더는 상기 베이스 아스팔트의 0.5 내지 5wt%의 양으로 존재하는 엘라스토머를 추가로 포함하는, 아스팔트 포장 재료.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 산화 고밀도 폴리에틸렌으로 필수적으로 구성되는, 아스팔트 포장 재료.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아스팔트 포장 재료는 상기 아스팔트 바인더 및 상기 골재로 필수적으로 구성되는, 아스팔트 포장 재료.
  12. 아스팔트 바인더 및 골재를 아스팔트 포장 재료를 형성하기에 효과적인 조건에서 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 아스팔트 바인더는 상기 아스팔트 포장 재료의 3 내지 8wt%의 양으로 존재하고, 상기 골재는 상기 아스팔트 포장 재료의 92 내지 97wt%의 양으로 존재하며, 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 상기 베이스 아스팔트의 0.25 내지 10wt%의 양으로 존재하는 산화 고밀도 폴리에틸렌을 포함하며, 상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 수분에 의해 야기되는 상기 골재로부터의 상기 아스팔트 바인더의 박리에 대한 저항성을 부여하도록, 상기 아스팔트 바인더를 상기 골재에 효과적으로 부착시키고,
    상기 아스팔트 바인더는 폴리아민, 폴리알킬렌폴리아민, 및 폴리아민과 지방산의 반응에 의해 형성된 개질된 아민으로 구성된 군으로부터 선택된 박리-방지제를 포함하지 않는, 아스팔트 포장 재료의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 아스팔트 바인더 및 골재를 혼합하는 단계는 상기 아스팔트 바인더 및 상기 골재를 120 내지 190℃의 온도에서 혼합하는 것을 포함하는, 아스팔트 포장 재료의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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