KR101919730B1 - 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법 - Google Patents

내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고응집력과 고결합력을 구비하여 염분, 동결융해 및 수분에 대한 저항성이 우수함과 동시에 통상의 시공 최저 온도(125~135℃)에서 필요한 낮은 동점도를 구비하여 시공성 및 다짐성이 뛰어난 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법에 관한 것으로, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 65~75중량부를 과립화하는 제1 단계; 상기 과립화된 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무에 아미드계 폴리머 20~40중량부, 셀룰로오스 파이버 20~40중량부, 고비점 방향족 탄화수소 화합물 30~50중량부, 및 유기 고분자 상용화제 30~60중량부를 넣고 혼합하는 제2 단계; 및 아스팔트 100중량부에 상기 제조된 내염성 아스팔트 개질제 2~8중량부를 넣고 가열 및 플랜트 믹스 방식으로 교반하는 제3 단계를 포함하며, 제1 단계에서, 상기 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무는 과립 형태로, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법{METHOD FOR PREPARING SALT-RESISTANT MODIFIED ASPHALT MIXTURE}
본 발명은 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고응집력과 고결합력을 구비하여 염분, 동결융해 및 수분에 대한 저항성이 우수함과 동시에 통상의 시공 최저 온도(125~135℃)에서 필요한 낮은 동점도를 구비하여 시공성 및 다짐성이 뛰어난 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법에 관한 것이다.
개질 아스팔트 콘크리트의 국내와 국외 관련 기술은 큰 차이를 보이지 않고 있으며, 다음과 같이 분류할 수 있다.
① 폴리머 개질 아스팔트 : 폴리머(고분자 물질)로 개질한 아스팔트
② 세미 블로운 아스팔트 : 스트레이트 아스팔트에 공기를 불어 넣어 개질한 아스팔트
③ 경질 아스팔트 : 천연 아스팔트(트리니데드 레이크 아스팔트)로 개질한 아스팔트
④ 열경화성 아스팔트(에폭시 아스팔트) : 에폭시 수지로 개질한 아스팔트
이 중에서, 폴리머 개질 아스팔트는 석유 아스팔트에 폴리머(개질제)를 넣어 아스팔트의 성상을 향상시킨 아스팔트로서, 폴리머 개질제로는 NR(천연고무), SBR(Styrene-Butadiene Rubber), EVA(Ethyl-Vinyl-Acetate), SIS(Styrene-Isoprene-Styrene), EEA(Ethylene-Ethyl-acrylate-Acetate), SBS(Styrene-Butadiene-Styrene) 등이 사용되며, 이 폴리머 개질 아스팔트의 제조에 박리방지제나 저장안정제 등이 첨가제로서 들어간다.
위와 같은 여러가지 개질제 중에 폴리머 개질 아스팔트에 사용되는 개질제로서는, SBS와 SBR 등의 폴리머가 대표적인 것이다. 이들 폴리머를 스트레이트 아스팔트에 혼합하면, 아스팔트가 고무탄성을 갖게 되어, 일반적으로 개질제의 첨가량이 증가함에 따라 연화점과 점도가 상승하는 경향이 있다.
특히, SBS는 아스팔트와 균질하게 열용융 혼합되려면 약 180℃이상에서 최소 5시간 이상 교반하면서 유지해야만 비교적 균질하게 열용융 혼합되기 때문에 공업적으로 SBS 개질 아스팔트는 프리믹스 방식으로 아스팔트 제조사에서 직접 생산할 수 밖에 없었다.
또한, 기존의 SBS 개질 아스팔트는 운송, 보관 및 사용에 있어서 보온, 가열, 교반, 전용 탱크 시설, 제품의 상분리, 장시간의 가열로 인하여 물성의 파괴 등이 나타나고, 보온, 가열로 인해 불필요한 비용이 추가되는 등의 문제점을 가지고 있는 것이 현실이다.
이를 감안하여, 플랜트 믹스 방식으로 개질 아스팔트 혼합물을 생산하는 방안들이 제안되고 있으나, 고점도로 인한 고온상태에서의 시공을 요구하기 때문에, 추가적인 생산설비가 필요하거나 현장포설시 시공온도 저하에 따른 다짐불량 등으로 인한 구조강도 발현에 단점이 있었다.
한편, 최근 여름철 집중호우와 겨울철 폭설 등 이상기후로 포트 홀(pot hole)의 발생이 급증하여 교통안전과 도로손상에 큰 영향을 미치고 있는 실정이다.
현재 국내의 포트홀 발생원인은 골재나 아스팔트 혼합물의 품질과 시공시 온도 및 다짐 등의 시공관리가 불량한 경우, 침투수에 의해 아스팔트가 골재에서 떨어져 나가는 박리현상에 의해 발생하는 것으로 여겨지고 있다.
그러나, 해외 연구에 의하면, 동절기 손상 및 해안가 아스팔트 콘크리트의 파괴는 수분과 동결융해에 국한된 것이 아니라 제설제 또는 염분에 의한 손상 또한 포함된 복합적인 파괴메커니즘이 적용되고, 염분이 3%이상 함유된 수용액에 노출된 아스팔트 콘크리트 혼합물의 인장강도가 감소한 것으로 나타났으며, 저온에서 아스팔트 개질제의 변형성을 떨어뜨려 내구성 감소의 원인으로 분석하였다.
특허출원 제10-2012-0026661호(출원일자 : 2012.03.15) 특허출원 제10-2013-0089755호(출원일자 : 2013.07.29) 특허출원 제10-2003-0012804호(출원일자 : 2003.02.28) 특허출원 제10-2006-0111506호(출원일자 : 2006.11.13) 특허출원 제10-2012-0103349호(출원일자 : 2012.09.18) 특허출원 제10-2002-0026559호(출원일자 : 2002.05.14) 특허출원 제10-2009-0020559호(출원일자 : 2009.03.11)
이에, 본 발명은 기존의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 고응집력과 고결합력을 구비하여 염분, 동결융해 및 수분에 대한 저항성이 우수함과 동시에 통상의 시공 최저 온도(125~135℃)에서 필요한 낮은 동점도를 구비하여 시공성 및 다짐성이 뛰어난 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 다음 단계를 포함하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
- 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 65~75중량부를 과립화하는 제1 단계;
- 상기 과립화된 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무에 아미드계 폴리머 20~40중량부, 셀룰로오스 파이버 20~40중량부, 고비점 방향족 탄화수소 화합물 30~50중량부, 및 유기 고분자 상용화제 30~60중량부를 넣고 혼합하는 제2 단계; 및
- 아스팔트 100중량부에 상기 제조된 내염성 아스팔트 개질제 2~8중량부를 넣고 가열 및 플랜트 믹스 방식으로 교반하는 제3 단계를 포함하며,
- 제1 단계에서, 상기 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무는 과립 형태로, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖는다
또한, 제2 단계는, 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들 중 선택된 적어도 두 개 이상의 혼합물인 유채 4~8중량부를 더 혼합하는 제4 단계를 더 포함한다.
그리고, 골재 90~95중량부를 첨가하여 교반하되, 골재는 전체 골재 100중량부를 기준으로 굵은 골재 30~50 중량부, 잔골재 40~60 중량부 및 채움재 3~6 중량부를 포함하는 혼합 골재이다.
또한, 채움재는 석회석분과 회수 더스트를 7:3 비율로 혼합한 것이다.
그리고, 골재의 혼합입도 범위는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100%, 13mm체 통과율은 95~100%, 10mm체 통과율은 84~92%, 5mm체 통과율은 55~70%, 2.5mm체 통과율은 33~50%, 0.6mm체 통과율은 18~30%, 0.3mm체 통과율은 10~21%, 0.15mm체 통과율은 6~16%, 0.08mm체 통과율은 4~8%이다.
또한, 제1 단계는, 선형 SBS 합성고무를 1㎜ 크기 이하로 1차 분쇄하는 제5 단계, 및 1㎜ 크기 이하로 분쇄된 선형 SBS 합성고무를 80~140메시 크기의 분말로 분쇄하는 제6 단계를 더 포함한다.
그리고, 제5 및 제6 단계에서, 분쇄되는 선형 SBS 합성고무의 온도를 150℃ 이하로 유지한다.
본 발명에 따르면, 고응집력과 고결합력을 구비하여 염분, 동결융해 및 수분에 대한 저항성이 우수함과 동시에 통상의 시공 최저 온도(125~135℃)에서 필요한 낮은 동점도를 구비하여 시공성 및 다짐성이 뛰어난 플랜트 믹스형 아스팔트 개질제, 이를 포함하는 플랜트 믹스형 내염성 개질 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제의 침입도, 연화점 및 신도의 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 아스팔트 혼합물의 골재의 혼합입도 범위를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 "중량부"란, 각 성분간의 중량 비율을 의미하며, 과립형이란 입자가 작은 재료를 열과 압력에 의해 일정 크기로 뭉쳐 놓은 형상을 의미한다.
먼저, 본 발명에 따른 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제는, 아미드계 폴리머 25~45중량부, 셀룰로오스 파이버 20~40중량부, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌(이하, 'SBS'라고 함) 합성고무 65~75중량부, 고비점 방향족 탄화수소 화합물 30~50중량부, 및 유기 고분자 상용화제 20~50중량부를 포함하되, 상기 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무는 과립 형태로, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖는 것을 특징으로 한다.
셀룰로오스 파이버는 천연 셀룰로오스 파이버로서 자동차 주행시 아스팔트 층간 종-횡 방향으로 가해지는 응력에 의한 인장력을 향상시키는 역할을 한다.
아스팔트 개질제내 셀룰로오스 파이버의 함량은 4~8중량부인데, 4중량부 미만인 경우에는 인장력 향상 효과가 저하되고 8중량부를 초과하는 경우에는 인장력 향상 효과는 우수하나 골재와 섞여 개질 아스팔트 혼합물 제조시 상기 혼합물의 점도가 급격히 상승하여 시공점도가 너무 높아지기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제는 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들 중 선택된 적어도 두 개 이상의 혼합물인 유채 4~8중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유채는 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제에 포함되어 상기 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제의 제설제 및 해안가 염분에 의한 손상을 방지할 수 있으므로, 결과적으로 염분에 대한 저항성을 증가시킬 수 있다.
또한, 유채는 유채 자체가 갖고 있는 섬유질 특성으로 인해 강도는 종래보다 약간 저하될 수 있지만, 인장강도를 증가시켜서 내구성 향상을 가져온다.
더욱이, 유채는 도로 포장면의 공극을 채워줌으로써 동결융해시 손상이 발생되지 않도록 한다. 즉, 아스콘 내의 수분이 동결에 의해 부피 팽창할 때 발생하는 팽창압을 절감시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 유채는 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물 자체를 사용하거나, 이를 건조한 유채, 분말 형태의 유채 또는 유채액을 사용할 수도 있지만, 바람직하게는 건조 후 분쇄한 분말 형태의 고형분을 사용하는 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 유채는 유채액, 특정적으로 농축액 및/또는 엑기스 형태의 유채액과 유채 줄기를 혼합한 혼합물 형태로 사용할 수 있는바, 이는 유채 줄기를 단독으로 사용할 경우 강도가 저하되는 문제를 해결하기 위해 유채액, 특정적으로 유채 농축액 및/또는 유채 엑기스를 부가하여 사용하는 것이다.
본 발명에 따른 유채액은 유채, 예를 들면 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물로부터 얻어진 액체이다.
본 발명에 따른 유채 줄기는 통상적인 유채 줄기라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 포장면 표면의 균일성을 고려하여 0.3mm 내지 0.5cm의 길이를 갖는 유채 줄기를 사용하는 것이 바람직하다.
통상적으로 SBS 합성고무는 그 구조에 따라 레디알 타입과 선형 타입으로 분류되며, 중량평균분자량이 50,000~600,000 정도이고, 스타이렌 함량이 20~50중량%이다.
본 발명에 따른 아스팔트 개질제를 구성하는 선형 SBS 합성고무는 스테아렌 함량이 30~35중량%이고, 25%톨루엔 용액 점도가 4,000~5,000cps인 것이 바람직하다.
선형 SBS 합성고무 대신에 레디얼 타입 SBS 합성고무를 사용하는 경우에는 레디얼 타입 SBS 합성고무의 용융분산속도가 선형 SBS 합성고무보다 낮아 동일 조성비라도 아스팔트 개질제의 60℃점도가 현격하게 저하되어 바람직하지 못하다.
상기 선형 SBS 합성고무는 과립 형태로, 선형 SBS 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖는다. 선형 SBS 합성고무 과립의 입경이 0.015 mm 이하로 되도록 함으로써 아스팔트에 용해되는 속도를 증가시킬 수 있다.
한편, 선형 SBS 합성고무의 점탄성 특성상 0.1 mm 미만으로 분쇄하기에는 어려움이 있다. 이에, 본 발명에서는 2회에 걸쳐서 분쇄를 수행한다. 즉, 제1 분쇄단계에서는 분쇄기를 이용하여 선형 SBS 합성고무를 1㎜ 크기 이하로 1차 분쇄하고, 제2 분쇄단계에서는 입자크기와 입도분포가 고르고 안정적인 분말로 성형될 수 있도록 상기 제1 분쇄단계를 통해 1㎜ 크기 이하로 분쇄된 선형 SBS 합성고무를 80~140메시 크기의 분말로 분쇄한다. 이때, 선형 SBS 합성고무를 기계적으로 분쇄할 때 열이 발생하게 되는데, 제1 및 제2 분쇄단계에서 선형 SBS 합성고무를 분쇄할 때 냉각 롤러를 사용하거나, 선형 SBS 합성고무를 분쇄하는 분쇄 롤러의 회전수를 조절하는 등의 방법을 통해 분쇄되는 선형 SBS 합성고무의 온도를 150℃ 이하로 유지하도록 한다.
아미드계 폴리머는 분자량이 2,000미만인 것으로서, 아미드기로 인해 골재와 아스팔트 개질제 간의 박리저항성 및 결합력을 향상시키고, 아스팔트의 산화를 방지시키는 역할을 한다.
또한, 아미드계 폴리머는 개질 아스팔트 혼합물의 100℃에서 내구력을 유지시키면서도 포설온도인 135℃에서의 동점도를 낮추어 다짐 강도를 향상시키는 역할도 한다. 상기 아미드계 폴리머는 출원인이 앞서 등록받은 국내 등록특허 제0432048호에도 언급되어 있다.
상기 아미드계 폴리머 함량은 25~45중량부이다. 25중량부 미만인 경우에는 135℃에서의 동점도가 높아져 시공성이 떨어지고 고온특성 개선에 바람직하지 못하고, 45중량부를 초과하는 경우에는 고온특성은 개선되고 135℃에서의 동점도가 낮아져 시공성은 양호해지나 결합력이 떨어지는 문제가 발생된다.
상기 고비점 방향족 탄화수소는 인화점이 240℃ 이상이고, 100℃에서의 동점도가 15~30cps인 방향족 탄화수소류 윤활유로서, 함량은 30~50중량부이다. 30중량부 미만에서는 아스팔트에 대한 SBS 합성고무의 용융분산성이 저하되고, 50중량부를 초과하는 경우에는 상기 용융분산성은 향상되나 개질 아스팔트 혼합물이 고응력을 발휘하지 못하는 어려움이 있다.
상기 고비점 방향족 탄화수소의 구체적인 예로는 렌케르트 오일(RENKERT OIL)회사의 상품명 레노일(RENOIL) 285,3850 또는 8125등과 왁신디아(WAXINDIA)회사의 상품명 RPO-290 등이다.
상기 유기 고분자 상용화제는 지환족 탄화수소 폴리머로서 선형 SBS 합성고무와 통상의 아스팔트를 용융혼합할 때 분산성을 향상시키는 분산안정제 역할과 아스팔트의 접착을 향상시켜 개질 아스팔트 혼합물의 결합력을 향상시키는 역할을 한다.
상기 유기 고분자 상용화제의 함량은 20~50중량부이다. 20중량부 미만인 경우 분산성 및 접착성 개선 효과가 미미하고 50중량부를 초과하는 경우에는 아스팔트의 점도를 떨어뜨려 응력이 감소되는 문제가 발생 된다.
상기 유기 고분자 상용화제의 구체적인 예로는 엑손 모빌 케미칼(EXON MOBILE(CHEMICAL)회사의 상품명 에스코레즈(ESCOREZ) 5380 또는 5320, 이스트만(EASTMAN)회사의 상품명 레갈레즈(REGALREZ)1018, 코오롱유화 주식회사의 상품명 SU-100 또는 120 등이다
본 발명에 따른 상기의 아스팔트 개질제를 아스팔트 및 골재와 혼합하면 도로 포장용 개질 아스팔트 혼합물이 제조된다.
아스팔트 개질제의 특성 분석
본 발명에 따른 플랜트 믹스형 내염성 아스팔트 개질제의 염분 저항성을 검토하기 위해 아스팔트의 중량에 대하여, 소금을 0, 2, 4%로 조정하여 적용하였고, 처리 방법은 아스팔트 160℃ 가열 -> 소금 및 아스팔트 계량 -> 100℃에서 저속 혼합 -> 상온에서 냉각의 순으로 진행되었다. 또한, 소금을 첨가한 아스팔트를 회전박막가열시험(Rolling Thin Film Oven Test, RTFOT), 압력노화시험(Pressure Aging Vessel Test, PAV)이 진행된 것과 처리를 하지 않은 것으로 구분하여, 침입도, 연화점, 신도를 측정하였다. 여기서, RTFOT 및 PAV 시험은 노화를 모사할 수 있는 시험으로서, 5~10년의 노화를 모사할 수 있다. 따라서 노화시험 전 아스팔트, 노화 시험 후 아스팔트가 염분에 따라 변화하는 특성을 분석하였다.
(1) 침입도
침입도 시험은 아스팔트 개질제의 굳기를 평가하는 방법으로서 KS M 2252 규격에 따라 25℃ 온도에서 100g의 침(needle)을 5초 동안 관입하였을 때의 관입량을 시험하였다. 본 발명에서는 아스팔트 혼합물에 사용되는 아스팔트의 점성을 높이기 위해 개질제를 첨가하여 적용하였다. 그러나 25℃에서 개질아스팔트의 점성이 너무 높은 경우 오히려 생산성 및 품질관리에 좋지 않은 영향을 줄 수 있으므로 개질 아스팔트 시방서에서는 25℃에서 침입도 40이상을 요구하고 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 소금함량 0%, 노화시험을 진행하지 않은 아스팔트의 침입도가 46으로서 품질기준 값인 40 이상으로 품질기준에 적합한 것으로 평가되었다. 또한, 소금함량 2%와 4%, 노화시험을 진행하지 않은 아스팔트의 침입도는 약 13% 감소하였으나, 40이상으로 나타나 품질기준을 만족하였다. RTFOT 및 PAV 시험을 적용한 아스팔트의 경우는 소금함량에 따라 소폭 감소하였으나, 큰 차이가 나타나지 않았다.
(2) 연화점
연화점은 온도 변화에 따른 개질제의 또 다른 굳기에 대한 물성이다. 연성, 즉 온도를 증가시키면 아스팔트가 부드러워지면서 자신의 고유 물성을 잃어버리는 성질을 측정하는 시험으로서 환구법에 따른 연화점시험을 실시하였다. 이 시험은 KS M 2250 규격에 따라 시험하였으며, 시험결과는 도 2와 같다.
일반적으로 고무 또는 폴리머로 개질된 개질제는 일반 아스팔트 개질제에 비해 연화점이 높게 나타난다. 도 2에서 볼 수 있듯이 본 발명에 따른 개질제의 연화점은 85℃로서 품질기준에서 요구하는 연화점 70℃ 이상을 충분히 만족하는 결과를 나타냈다. 이는 85℃까지 개질제의 물성이 유지되는 것을 의미하므로 개질제의 고온 특성이 양호함을 알 수 있는 결과이다. 반면 소금 함량에 따른 차이는 크게 나타나지 않았으나, PAV 시험을 진행한 개질제는 소금 함량 4%에서 연화점이 108℃로서 고온 특성이 매우 좋은 것으로 나타났으나 이러한 개질제는 앞의 침입도 시험 결과에서 볼 수 있듯이 저온에서 탄성이 커 균열 및 박리 저항성이 감소할 우려가 있는 결과이다. 따라서 본 개발 기술의 개질제가 소금 함량이 증가함에도 연화점의 품질기준 70℃ 이상을 만족하면서 침입도도 상대적으로 크게 나타나 두 가지 조건을 모두 만족시키고 있음을 알 수 있다.
3) 신도
KS M 2254 시험방법에 따라 아스팔트 개질제의 신도 시험을 하였다. 신도는 아령형의 시편을 25℃의 수조안에서 분당 5㎝의 속도로 인장시키면서 시편이 끊어질 때 시편간 거리를 측정하는 시험으로서 아스팔트 개질제의 인장 신율 특성을 확인할 수 있는 시험방법이다.
아스팔트 개질제의 경도가 높을수록 시편은 빨리 끊어지는 경향이 있으며 개질제가 무르거나 인성이 클수록 시편은 끊어지지 않고 길게 늘어지게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시방서에서의 신도는 50㎝이상을 품질기준으로 정하고 있어 아스팔트 개질제의 신도는 53cm로 품질기준을 만족하는 것을 알 수 있다.
개질 아스팔트 혼합물 성능평가
1) 배합설계
(1) 사용 재료의 선정
① 굵은 골재
굵은 골재는 최대 치수 13 mm의 부순 골재를 사용하였으며, 물리적 특성은 [표 1]과 같다.
Figure 112018010055419-pat00001
② 잔골재
잔골재는 부순잔골재로 사용하였으며, 입도 및 밀도 등의 물리적 성질은 [표 2]와 같다.
Figure 112018010055419-pat00002
③ 채움재
채움재는 석회석분과 회수 dust를 7:3 비율로 혼합한 것을 사용하였고, 물리적 특성은 [표 3]과 같다.
Figure 112018010055419-pat00003
(2) 골재 배합비 결정
골재의 배합비 결정은 다음과 같은 순서로 진행하였으며, 그 결과는 아래의 [표 4] 및 도 4와 같다.
① 골재의 합성입도의 중앙 입도 부근 또는 과거의 시공 예를 참고로 잠정 중앙 입도를 설정한다.
② 시험다짐용 골재 배합비는 채움재의 배합을 일정하게 하고 굵은 골재와 잔골재의 배합비를 변화시켜 2.5㎜체 통과 질량 백분율이 중앙 입도 부근에서 ±3% 정도의 세 종류의 입도를 목표로 결정한다.
③ 세 종류의 입도의 공극률과 2.5㎜체 통과 백분율을 구하여 골재 배합비를 결정한다.
Figure 112018010055419-pat00004
3) 아스팔트 함량 결정
앞에서 결정된 골재 배합으로 제작된 혼합물의 최적 아스팔트 함량을 결정하기 위해 마샬 시험을 진행한 결과는 아래의 [표 5]와 같다.
Figure 112018010055419-pat00005
2) 마샬안정도
마샬안정도 시험은 아스팔트 콘크리트 혼합물의 소성흐름에 따른 저항을 경험적으로 측정하는 시험방법으로서 50.8㎜/분의 속도로 101.6㎜의 내경을 갖는 궁형 몰드를 재하하여 파괴시 까지의 안정도를 측정하였다. 시료는 염수와 증류수에 침지하여 성능 비교하였으며, 결과는 아래의 [표 6]과 같다. 여기서 염수침지 시료는 무처리 시료에 비해 약 24% 감소하였으나, 일반 가열 아스팔트 혼합물과 동등한 수준을 보여 내염성이 증명된 결과를 보였다.
Figure 112018010055419-pat00006
3) 간접인장강도 및 인장강도비
간접인장강도시험은 아스팔트 혼합물의 내균열성 특성을 평가하는 시험방법으로서 아스팔트 콘크리트의 고온변형, 저항성, 피로균열 저항과 온도균열저항성 그리고 수분민감성을 평가하기 위해 사용된다. 일반적으로 높은 인장강도는 좋은 공용성이 예측되는 혼합물이며 동일 인장강도값 대비 높은 변형률에 견딜 수 있는 혼합물은 그렇지 못한 혼합물 보다 균열에 대한 저항성이 더 크다는 것을 의미한다.
본 발명에서는 무처리, 증류수침지, 염수침지, 동결융해의 조건으로 간접인장강도 시험을 진행하였으며, 결과는 아래의 [표 7]과 같다. 간접인장강도는 염수침지 시료에서 감소하는 경향을 보였으나 목표성능을 초과하는 결과를 보였고, 동결융해를 진행한 시료 또한 목표성능 이상의 값을 나타내었다. 또한 간접인장강도비 결과는 염수침지 시료가 0.83, 증류수침지 시료는 0.89로 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비해 우수한 성능을 보였다.
Figure 112018010055419-pat00007
6) 휠 트랙킹 시험(동적안정도 및 변형속도)
저소음-배수성 아스팔트 콘크리트 혼합물의 소성변형 성능 비교 평가를 위하여 KS F 2374에 따라 휠 트랙킹 비교시험을 실시하였으며 그 결과는 아래의 [표 8]과 같다.
Figure 112018010055419-pat00008
[표 8]에서 볼 수 있는 바와 같이, 휠 트랙킹 시험에 따른 성능 비교시험 결과 염수침지 시료의 동적안정도가 평균 2678회/㎜ 로 50% 감소하는 결과를 보였다. 이 결과에서 염수에 대한 취약성이 동적안정도에서 나타났으며, 이 부분에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 그러나 목표 성능을 만족하였고, 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비해 우수한 성능을 보이므로, 실제 도로 공용에 큰 문제가 발생하지 않을 것으로 판단된다.
내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법
본 발명의 일 측면은 다음 단계를 포함하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
- 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 65~75중량부를 과립화하는 제1 단계;
- 상기 과립화된 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무에 아미드계 폴리머 20~40중량부, 셀룰로오스 파이버 20~40중량부, 고비점 방향족 탄화수소 화합물 30~50중량부, 및 유기 고분자 상용화제 30~60중량부를 넣고 혼합하는 제2 단계; 및
- 아스팔트 100중량부에 상기 제조된 내염성 아스팔트 개질제 2~8중량부를 넣고 가열 및 플랜트 믹스 방식으로 교반하는 제3 단계를 포함하며,
- 제1 단계에서, 상기 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무는 과립 형태로, 선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖는다
또한, 제2 단계는, 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들 중 선택된 적어도 두 개 이상의 혼합물인 유채 4~8중량부를 더 혼합하는 제4 단계를 더 포함한다.
현장 적용성 평가
운반차량의 출하 전 아스팔트 혼합물의 표면온도는 비접촉식 온도계로 측정한 결과 165~170℃를 나타내고 있었으며, 생산 플랜트에서 공사현장에 도착되었을 당시의 아스팔트 혼합물의 표면온도는 거의 냉각되지 않았으며, 포설시 피니셔에서 측정한 아스팔트 혼합물의 내부온도는 160~170℃의 온도범위를 유지하고 있었다.
아스팔트 혼합물의 포장 단계별 다짐온도 및 다짐장비는 1차 머캐덤 롤러 다짐을 하였다. 다짐 시작시 혼합물의 표면온도는 145~155℃를 유지하였고, 다짐이 끝날 때 혼합물의 표면온도는 100~120℃를 나타내었다. 2차 다짐으로 탠덤롤러를 이용하여 다짐을 하였다. 다짐 시작 시 혼합물의 표면온도는 100~120℃를 유지하였다.
플랜트 믹스형 내염성 개질 아스팔트 혼합물을 현장포설 후 표면의 온도가 45℃ 일 때 교통을 개방하였으며 교통개방 후 1주일 후 2개의 코아를 채취하였다.
현장시험시공 구간에서 채취한 코아 공시체 4개의 다짐두께, 다짐밀도 및 공극률을 측정하였으며 그 결과는 아래의 [표 9]와 같다.
Figure 112018010055419-pat00009
[표 9]에 나타난 바와 같이, 공극률이 5.2% 및 두께 55.2mm로 목표한 공극률 4±1.5% 및 두께 50mm에 적합하게 시공되었음을 알 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법으로서,
    선형 스타이렌-부타다이엔-스타이렌 합성고무(이하, 선형 SBS 합성고무) 65~75중량부를 과립화하는 제1 단계;
    상기 과립화된 선형 SBS 합성고무에 아미드계 폴리머 20~40중량부, 셀룰로오스 파이버 20~40중량부, 고비점 방향족 탄화수소 화합물 30~50중량부, 및 유기 고분자 상용화제 30~60중량부를 넣고 혼합하여 내염성 아스팔트 개질제를 제조하는 제2 단계; 및
    아스팔트 100중량부에 상기 제조된 내염성 아스팔트 개질제 2~8중량부를 넣고 가열 및 플랜트 믹스 방식으로 교반하는 제3 단계를 포함하며,
    상기 선형 SBS 합성고무는 과립 형태로, 선형 SBS 합성고무 과립의 95중량부가 0.1 mm 이하의 입경과 3.5 g/㎤ 이하의 비중을 갖고,
    제2 단계에서, 유채의 씨, 꽃, 줄기, 뿌리 또는 이들 중 선택된 적어도 두 개 이상의 혼합물인 유채 4~8중량부가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    제3 단계에서, 골재 90~95중량부를 첨가하여 교반하되, 골재는 전체 골재 100중량부를 기준으로 굵은 골재 30~50 중량부, 잔골재 40~60 중량부 및 채움재 3~6 중량부를 포함하는 혼합 골재인 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    채움재는 석회석분과 회수 더스트를 7:3 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    골재의 혼합입도 범위는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100%, 13mm체 통과율은 95~100%, 10mm체 통과율은 84~92%, 5mm체 통과율은 55~70%, 2.5mm체 통과율은 33~50%, 0.6mm체 통과율은 18~30%, 0.3mm체 통과율은 10~21%, 0.15mm체 통과율은 6~16%, 0.08mm체 통과율은 4~8%인 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 단계에서,선형 SBS 합성고무는 1㎜ 크기 이하로 1차 분쇄되며, 1㎜ 크기 이하로 분쇄된 선형 SBS 합성고무는 80~140메시 크기의 분말로 2차 분쇄되는 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    분쇄되는 선형 SBS 합성고무는 150℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 내염성 개질 아스팔트 혼합물의 제조방법.
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