KR101969858B1 - 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 개질 아스팔트 콘크리트 - Google Patents

저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 개질 아스팔트 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 60~95중량%, 탈경화 고무분말 4.8~35중량%, 폴리인산 0.2~5중량%가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에, 스티렌부타디엔스티렌(SBS) 0.5~12.0 중량부, 실란 커플링제 0.05~2.0 중량부, 피로멜리트산 이무수물(PMDA) 0.05~0.2 중량부가 포함되는 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 이를 이용한 개질 아스팔트콘크리트에 관한 것이다.

Description

저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 개질 아스팔트 콘크리트{MODIFIED ASPHALT OF IMPROVING PRESERVABILITY AND PROPERTIES, AND ASPHALT CONCRETE}
본 발명은 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 개질 아스팔트 콘크리트에 관한 것으로서, 아스팔트를 개질하여 일반적인 아스팔트에 비하여 성능을 향상시키고, 골재와 균일한 혼합을 통하여 내구성 및 기능성을 향상시켜서 도로의 수명을 증대하고 경제성이 높은 도로환경을 제공할 수 있는 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트 및 개질 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로 아스팔트는 온도가 높으면 점착성을 갖는 액체 상태가 되고 저온에서는 매우 딱딱해진다. 또한 아스팔트는 가소성이 풍부하고 방수성전기절연성접착성 등이 크며, 화학적으로 안정한 특징을 가지고 있어서 도로포장, 방수재료, 접착제 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
아스팔트의 성능을 향상시키기 위하여 개질아스팔트(PMA: Polymer Modified Asphalt) 에 대하여 많은 연구가 이루어지고 상용화가 되었다. 개질 아스팔트의 성능은 아스팔트와 첨가되는 개질제의 종류와 특성 및 첨가량에 크게 의존한다. 아스팔트 개질제로 사용되는 블록 공중합체의 가장 중요한 물성은 아스팔트와의 상용성이다. 아스팔트와의 상용성이 우수해야 가공시간이 단축되고 물성도 향상될 수 있다. 특히 대한민국 등록특허 제1342576호, 등록특허 제0986718호, 등록특허 제0830254호, 미국 등록특허 제3,985,694호와 등록특허 제4,130,516호에는 아스팔트에 열가소성 hips 고분자, 폐EPDM, 폴리올레핀이나 스티렌-부타디엔-스티렌과 같은 열가소성 고분자를 첨가하여 물성을 보다 향상시킨 아스팔트/중합체 조성물의 제조방법이 기재되어 있다.
상기의 특허에서는 고분자 개질재를 첨가함으로써 피로특성, 감온성 및 무기물 접착성 등의 특성이 개선되었으나, 고분자 개질재와 아스팔트의 밀도와 점도차가 커서 고온에서 장시간 저장하는 경우에, 연화점과 같은 기능이 전체적으로 감소되거나 상부층 및 하부층 간의 물성이 달라지는 상분리가 커다란 문제로 나타날 수 있다.
또한, 개질아스팔트콘크리트를 제조하는 방법은 건식(플랜트믹스)방법과 습식(프리믹스)방법으로 나뉜다. 건식방법은 개질제만을 별도로 생산하여 아스팔트와 분리하여 아스콘공장에 운반하고 아스콘 플랜트에서 아스팔트콘크리트를 제조하기 위해 아스팔트, 골재 및 첨가제를 퍼그밀에 투입할 때 적정량의 개질제도 함께 투입하여 혼합하는 방식이 있다. 이 방식은 운반과 취급이 용이하고 미리 아스팔트와 아스팔트 개질재를 혼합하기 위한 특별한 장치 등을 설치할 필요가 없다는 장점이 있으나, 투입된 개질제가 균일하게 분배되기 위해 혼합 시간이 연장되어야 한다는 것이다. 혼합 시간을 연장할지라도 습식 방법과 유사한 팽윤 및 용해를 달성하기 위해 아스팔트와의 상호작용 시간이 너무 짧기에 바람직한 피막두께 확보 및 높은 접착력이 달성되지 않을 위험이 있다. 이에 비하여 습식방법은 아스팔트와 고분자수지(혹은 고무)를 아스팔트 생산 공장의 혼합탱크에서 미리 잘 혼합하고 분산시켜 개질 아스팔트를 만들어 아스콘 제조공장의 아스팔트 저장탱크에 저장한다. 저장된 개질 아스팔트는 계량 조에 운반되고 계량된 양을 분사장비를 통하여 퍼그-밀 혼합기내의 골재에 분사시키고 45 내지 65초간 강력하게 혼합하여 개질아스콘을 제조하기 때문에 적정한 피막두께, 높은 접착력 확보 및 기능성과 내구성을 달성할 수 있어 경제성이 높은 도로환경을 제공한다. 그러나 아스콘공장의 저장탱크에 장시간 저장하는 동안에 개질 고분자와 아스팔트 간에 상분리가 일어날 수 있으며, 상분리가 발생하면 개질 아스팔트 및 개질아스팔트콘크리트의 기능이 저하되는 단점이 있다.
이를 해결하고자 미국 등록특허 제4,130,516호, 미국 등록특허 제4,756,763호, 미국 등록특허 제5,672,645호, 미국 등록특허 제6,180,697호, 미국 등록특허 제6,743,839호, 대한민국 등록특허 제 0297575호에서는 고분자 개질제에 황을 사용하여 결합력과 저장안정성을 확보하려는 시도가 있었으나 황을 사용함으로써 개질아스팔트가 깨지기 쉬운 구조가 되고 첨가 및 반응공정에서 발생되는 황화합물로 인한 악취가 나타나는 문제점이 있었다.
본 발명은 아스팔트에 커플링제, 탈경화 고무분말, 폴리인산, 스티렌부타디엔스티렌을 혼합하여 결합력이 향상된 개질아스팔트를 제조하고 피로멜리트산 이무수물(PMDA)을 첨가하여 저장안정성을 증대시켜 장기간 보관될 수 있고, 물성이 향상된 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기의 개질 아스팔트를 이용하여 저소음성, 내유동성, 배수성 및 투수성, 시인성, 중온성 등 기능성을 가지는 개질아스팔트콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 아스팔트 60~95중량%, 탈경화 고무분말 4.8~35중량%, 폴리인산 0.2~5중량%가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에, 스티렌부타디엔스티렌(SBS) 0.5~12.0 중량부, 실란 커플링제 0.05~2.0 중량부, 피로멜리트산 이무수물(PMDA) 0.05~0.2 중량부가 포함되는 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트를 제공한다.
또한, 상기 폴리인산은 오산화인의 함량이 76~90중량%인 폴리인산을 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트를 제공한다.
또한, 상기 스티렌부타디엔스티렌(SBS)는 부타디엔 함량이 30중량% 이상인 선형 스티렌부타디엔스티렌인 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 개질 아스팔트 4~7.5 중량%와 골재 92.5~96 중량%로 형성되는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 골재는 재생 골재가 10중량%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 개질 재생아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 골재를 굵은골재 45~85 중량%, 잔골재 10~45 중량%, 채움재 5~10 중량%로 사용하여 내유동성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 골재를 굵은골재 60~73 중량%, 잔골재 25~35 중량%, 채움재 2~5 중량%로 사용하여 저소음 내유동성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 골재를 굵은골재 70~90 중량%, 잔골재 7~27 중량%, 채움재 3~8 중량%로 사용하여 배수성 및 투수성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 개질 아스팔트콘크리트 100중량부에 무기질 안료 1~5 중량부가 더 첨가는 것을 특징으로 하는 시인성을 높인 개질 아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 개질 아스팔트콘크리트에 중온제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 개질 중온아스팔트콘크리트를 제공한다.
또한, 상기 개질 아스팔트콘크리트는 포밍방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 중온아스팔트콘크리트를 제공한다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 바인더와의 접착력을 강화하고, 소성변형저항성을 높여 아스팔트의 밀림현상을 저하시키며, 내구성과 내유동성을 종래의 개질 아스팔트보다 강화하여 아스팔트의 수명을 연장함으로서 아스팔트 포장에 드는 시간과 비용을 절약할 수 있다. 또한, 황(S)과 글리세린 모노스테아레이트(GMS)를 첨가하여 저장 안정성을 향상시켰다. 프리믹싱타입(Pre-mixing type)의 방식으로 개질아스팔트를 제조하기 때문에 균일한 분산성을 갖는 개질 아스팔트를 확보할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명으로 제조된 개질 아스팔트는 아스콘 KS 규격의 골재와 잔골재, 채움재 등을 사용하였으며 아스콘 KS 규격에 제시된 시험방법을 적용하였다.
본 발명은 아스팔트 60~95중량%, 탈경화 고무분말 4.8~35중량%, 폴리인산 0.2~5중량%가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에, 스티렌부타디엔스티렌(SBS) 0.5~12.0 중량부, 실란 커플링제 0.05~2.0 중량부, 피로멜리트산 이무수물(PMDA) 0.05~0.2 중량부가 포함되는 개질 아스팔트에 관한 것이다.
일반적으로 아스팔트는 석유를 구성하는 성분 중에서 경질(輕質) 부분이 자연적 또는 인위적인 방법에 의해 증발된 후 잔류하는 흑색 또는 흑갈색의 반고체 상태의 교상물질(膠狀物質)을 칭하는 것으로 본 발명에 사용되는 아스팔트는 KS F 2389 공용성등급(PG등급)에 의한 도로포장용 아스팔트 PG등급 46-22, 52-22, 58-22, 64-22, 70-22, 76-22, 82-22 중 어느 것이나 사용가능하다.
상기 탈경화 고무분말은 분말상태로 분쇄하고 50~130로 가열하여 탈경화 고무분말을 제조하여 사용할 수 있으나 고무를 일정한 크기로 1차 분쇄한 후 가열하면서 고무분말에 압력을 주어 전단력에 의한 기계적 압력과 열에너지는 투입된 재료의 내부에너지(internal energy)로 축적되어 폭발 분쇄하는 방법을 통해 탈경화 고무분말을 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.
가열과 가압을 통하여 제조되는 탈경화 고무분말은 입자 표면의 상태가 미세 다공성 공극구조를 형성하므로 표면적이 극대화되어 화학적 반응성 및 미세공극에 의한 물리적 흡착(physisorption)과 화학적 흡착(chemisorption)이 향상되어 아스팔트와 폴리인산과 쉽고 강력하게 결합되어 일반적인 고무분말보다 아스팔트의 물성을 향상시키게 된다.
상기 탈경화 고무분말은 탈경화 과정과 분쇄과정에서 0.03~3mm 크기의 것이 적당하다. 0.03mm보다 적을 경우 생산비용이 증가하여 효율적이지 못하며 3mm보다 클 경우 입자로 존재하여 바인더 물성을 해칠 수 있다.
상기 탈경화 고무분말은 천연고무, 스티렌부타디엔고무, 폐타이어를 사용할 수 있으나 자원의 재활용과 경제적인 측면, 에너지 절감의 효과가 있기에 본 발명에서는 폐타이어를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 탈경화된 폐타이어 분말을 사용하는 경우에 비하여 고무분말을 숙성하는 과정을 생략할 수 있으므로 개질 아스팔트의 제조시간을 단축시키는 효과가 있다.
상기 탈경화 고무분말의 사용량은 아스팔트 60~95중량%에 4.8~3 5중량%가 적당하며 상기 범위에 미만일 경우, 효과가 미미하며 이상일 경우 고온, 저온 물성이 저감된다. 아스팔트에 탈경화 고무분말을 첨가하고 140~200℃에서 30~80분간 혼합하면 아스팔트의 방향족성분이 탈경화 고무분말로 침투되어 물리적인 결합을 이루고 침투된 방향족성분과 폴리인산이 결합되어 탈경화 고무분말과 아스팔트간의 결합을 더욱 높여준다.
상기 폴리인산은 아스팔트의 물성을 증진시키기 위해 첨가되는 탈경화 고무분말과 아스팔트간의 커플링제로 작용하여 결합력의 증진, 균일한 분산을 이루어 본 발명의 개질 아스팔트는 고점도를 나타내고 저장안정성을 증가시킨다.
본 발명에 사용되는 폴리인산은 오르토인산을 농축하거나 오산화인을 수화하여 생기는 축합산인 폴리인산을 사용하는 것이 바람직하며, [Hn + 2PnO3n +1] 또는 [H(HPO3)nOH]로 나타낼 수 있다.
상기 폴리인산(PPA)은 오산화인(P2O5) 함량이 76~90중량%이고, 여기서 오산화인의 함량은 폴리인산 중, 오산화인에 기인한 부분의 함량을 지칭한다.
상기 폴리인산은 아스팔트 60~95 중량%에 0.2~5 중량% 함유되는 것이 바람직할 것이다. 상기 범위 미만일 경우 사용효과가 미미하고 이상일 경우 과도한 점도상승으로 인하여 저온균열에 취약할 우려가 있다.
상기 스티렌부타디엔스티렌은 유기폴리머의 일종으로 유기 폴리머는 탄성중합체인 고무계열과 열가소성 및 열경화성 합성수지로 나누어지는 소성중합체로 열가소성 수지계열, 열경화성 수지계열 등이 있다. 고무계열에는 천연고무, 스티렌부타디엔 고무(SBR)등이 있으며 열가소성수지계열에는 폴리아미드, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드 등이 사용될 수 있다.
상기 유기폴리머는 한 종류를 사용할 수 있고 아스팔트가 사용되는 용도 또는 장소에 따라 2가지 이상의 유기폴리머를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 스티렌부타디엔스티렌은 스티렌과 부타디엔을 주성분으로 음이온 중합방식으로 생산되는 열가소성 탄성체로써 분자구조에 따라 선형(linear)제품과 방사형(radial)제품으로 크게 구분되며 용도에 따라 다양하게 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 스티렌부타디엔스티렌는 부타디엔 함량이 30중량% 이상인 선형 스티렌부타디엔스티렌인 바람직한 것으로 선형의 스티렌부타디엔스티렌은 선형구조로 분자량이 낮아 가공성 및 아스팔트에서 용해성이 우수하며, 타 폴리머와 상용성이 우수하다. 방사형 스티렌부타디엔스티렌은 점도가 높고 고온물성이 우수하여 방수시트 등에 사용된다.
상기의 스티렌부타디엔스티렌은 아스팔트와 물리적인 결합을 이루어 저온성능을 현저히 개선작용을 하는 것으로 아스팔트, 탈경화 고무분말, 폴리인산가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에 대하여 스티렌부타디엔스티렌 0.5~12 중량부를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 스티렌부타디엔스티렌의 함량이 상기 범위 이하가 되었을 때 본 발명의 효과가 미미하며 12중량부 초과일 경우에는 본 개질 아스팔트 제조비용이 상승하여 경제적이지 못하고 초 고점도의 물성을 갖게 되어 개질아스팔트콘크리트 제조 시 생산성이 낮아지고 균일한 분산이 어렵다.
본 발명의 커플링제는 실란계, 크롬계, 알루미늄계, 지르코늄계 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 커플링제로 두 종류이상의 다른 재질 사이의 결합을 촉진 시키는 물질로 분자 내에 수지와 결합할 수 있는 소수성관능기와 친수성관능기를 동시에 갖는 물질이다.
하기의 구조식은 본 발명에 사용되는 커플링제 중 하나인 실란 커플링제(coupling agent)로 R이 유기관능기이면 OR은 무기관능기이다.
Rn-Si(OR)4-n
상기와 같은 구조식을 갖고 있는 실란 커플링제는 동일 분자 내에 유기 폴리머와 결합할 수 있는 유기관능기와 무기재료를 결합할 수 있는 무기관능기를 함께 가지는 물질로 가수화반응, 축합의 커플링 메카니즘을 통하여 공유결합을 형성하여 서로 다른 계면의 물질들의 결합력을 높이고 내유동성, 감온성, 점성 등 기계적 강도의 향상 및 내구성을 향상시켜서 아스팔트콘크리트의 소성변성 저항성, 피로균열 저항성, 마모 저항성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에 사용되는 커플링제는 아아스팔트, 탈경화 고무분말, 폴리인산가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에 대하여 0.05~2.0 중량부를 첨가되는 것이 바람직한 것으로 0.05중량부 미만일 경우에 커플링 효과가 없고 2.0중량부 이상일 경우는 효과가 더 이상 증대되지 않는다.
상기 피로멜리트산 이무수물(PMDA)은 주로 내열성 폴리이미드 수지, 필름 및 코팅재의 원료로 사용되고 있으며, 연성 인쇄 회로 기판, 테이프 자동화 본딩, 자기 와이어 절연 및 기타 고성능 응용 분야의 폴리이미드 기반 복합 재료용 중간재로 사용되는 물질이다.
본 발명에서의 피로멜리트산 이무수물(PMDA)은 아스팔트간의 결합력을 향상시켜 아스팔트가 낮은 온도에서 저장성을 향상시키고 아스팔트콘트리트의 유연성 및 충격강도를 향상시킨다.
상기 피로멜리트산 이무수물은 아스팔트, 탈경화 고무분말, 폴리인산가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에 대하여 0.05~2.0 중량부를 첨가되는 것이 바람직한 것으로 0.05중량부 미만일 경우에 피로멜리트산 이무수물의 효과가 미미하며, 2.0중량부 이상일 경우는 효과가 더 이상 증대되지 않는다.
또한, 본 발명의 개질 아스팔트의 물성 및 저온 충격강도를 향상시키기 위해 하기 화학식 1의 말레인산 무수물(MA)을 더 포함시킬 수 있을 것이다.
[화학식 1]
Figure 112017128938474-pat00001
상기 말레인산 무수물은 분자구조 내에 불포화 결합을 가지고 있는 구조로 아스팔트간을 가교하여 물성 및 충격강도를 향상시킬 수 있다. 특히 말레인산 무수물이 함유된 아스팔트는 유연한 이동성이 보장되므로 특히 저온충격강도가 향상된다.
상기 말레인산 무수물은 아스팔트, 탈경화 고무분말, 폴리인산가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에 대하여 0.05~1.5 중량부를 첨가되는 것이 바람직한 것으로 0.05중량부 미만일 경우에 말레인산 무수물의 효과가 미미하며, 1.5중량부 이상일 경우는 효과가 더 이상 증대되지 않는다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 개질 아스팔트는 골재와 같이 혼합하여 저소음성, 내유동성, 배수성 및 투수성, 시인성, 중온성 등 기능성을 가지는 개질아스팔트콘크리트를 제조할 수 있다.
상기 개질 아스팔트콘크리트는 상기에서 설명된 개질 아스팔트 4~7.5 중량%와 골재 92.5~96 중량%로 형성될 수 있는 것으로 상기 골재는 비용절감 및 환경을 고려하여 폐아스팔트콘크리트 재생골재를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 재생골재는 골재 중 10중량%이상 함유되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 50중량%이상 사용되는 것이다.
본 발명에 사용되는 폐아스팔트콘크리트 재생골재는 포장된 아스팔트콘크리트에 재포장하면서 기존의 포장된 아스팔트콘크리트를 제거하면서 수거되어 제조되는 것이다.
상기 내유동성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트로 제조할 경우에는 상기 골재를 굵은골재 45~85 중량%, 잔골재 10~45 중량%, 채움재 5~10 중량%로 구성하여 제조할 수 있다.
상기 내유동성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트에 사용되는 골재의 함량을 조절하여 저소음기능이 부여된 내유동성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트를 제조할 수 있다.
즉, 저소음 내유동성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트는 굵은골재 60~73 중량%, 잔골재 25~35 중량%, 채움재 2~5 중량%로 사용하여 제조할 수 있으며, 더욱 자세하게는 5~13mm 입도의 굵은 골재, 0.6~2.5mm 입도의 잔골재를 사용하여 골재와 골재간의 맞물림 효과를 높게하여 표면공극율 유지하여 저소음기능을 가지면서, 내부는 내유동성 포장과 동등한 수밀성 및 내구성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트를 제조할 수 있다.
또한, 배수성 및 투수성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트로 제조할 경우에는 골재를 굵은골재 70~90 중량%, 잔골재 7~27 중량%, 채움재 3~8 중량%로 구성하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 개질 아스팔트 콘크리트의 주행안정성, 시인성 및 미관성을 높이기 위하여 무기질 안료를 첨가하여 칼라 개질 아스팔트콘크리트를 제조할 수 있다.
무기질 안료는 변색, 탈색에 강하고 열에 의한 산화가 억제된다. 사용되는 무기질 안료의 종류는 이산화 티타늄(Titanium dioxide), 산화철 안료인 산화철적(Iron oxide red) 과 산화철황(Iron oxide yellow), 산화크롬(Chromium oxide), 산화아연(Zinc oxide) 등이 있다. 상기 무기질 안료의 첨가량은 개질 아스팔트 콘크리트 100중량부에 무기질 안료 1~5중량부를 첨가하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 개질 아스팔트콘크리트는 아스팔트콘크리트 제조시 에너지 절감을 위해 중온 개질 아스팔트콘크리트로 제조할 수 있을 것이다.
상기 중온 개질 아스팔트콘크리트로 제조는 중온제를 더 첨가하여 중온 개질 아스팔트콘크리트로 제조할 수 있으며, 또는, 대한민국 등록특허 제0983344호에 개시된 바와 같이 상기 골재와 아스팔트는 각각 120~140℃로 가열한 후 물을 아스팔트에 고압의 입자상태로 분사하여 포밍현상을 발현시키는 포밍방법으로 중온 개질 아스팔트 콘크리트로 제조할 수 있을 것이다.
이하 본 발명의 개질 아스팔트 및 내유동성, 배수성 및 투수성 등의 기능성을 가지는 개질 아스팔트콘크리트로 제조하는 실시예를 나타내지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
◈ 개질 아스팔트 제조
개질 아스팔트(A): KS M 2201규격의 공용성등급 76-22인 아스팔트 89중량%에 탈경화 고무분말 7중량%, 오산화인의 함량이 약 85중량%인 폴리인산 1중량%, 부타디엔 함량이 약 41중량% 이상인 선형 스티렌부타디엔스티렌 2중량%, 실란 커플링제 1중량%를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조 후, 상기 아스팔트 혼합물 100중량부에 피로멜리트산 이무수물 0.1중량부를 첨가하여 본 발명에 따른 개질 아스팔트를 제조하였다.
개질 아스팔트(B): KS M 2201규격의 공용성등급 76-22인 아스팔트 86중량%에 탈경화 고무분말 8중량%, 오산화인의 함량이 약 85중량%인 폴리인산 2중량%, 부타디엔 함량이 약 41중량% 이상인 선형 스티렌부타디엔스티렌 3중량%, 실란 커플링제 1중량%를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조 후, 상기 아스팔트 혼합물 100중량부에 피로멜리트산 이무수물 0.15중량부, 말레인산 무수물 0.1중량부를 첨가하여 본 발명에 따른 개질 아스팔트를 제조하였다.
실시예 1 : 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트
일반 밀입도아스팔트콘크리트, 본 발명에 따른 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트, 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트를 각각 제조하여 물성을 비교 실시하였다.
◈ 아스팔트콘크리트 제조
1. 일반 밀입도아스팔트콘크리트 제조
KS F 2357규격의 굵은골재 60 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 37 중량%, KS F 3501규격의 채움재 3.0 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 KS M 2201규격의 공용성등급 76-22의 아스팔트 6.0중량%를 각각 160℃로 가열한 후 혼합하여 아스팔트콘크리트를 제조하였다.
2. 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트
내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 A: KS F 2357규격의 굵은골재 60 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 37 중량%, KS F 3501규격의 채움재 3.0 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(A) 6.0중량%를 각각 160℃로 가열한 후 혼합하여 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 A를 제조하였다.
내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 B: KS F 2357규격의 굵은골재 60 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 37 중량%, KS F 3501규격의 채움재 3.0 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(B) 6.0중량%를 각각 160℃로 가열한 후 혼합하여 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 B를 제조하였다.
3. 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트
저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 A: KS F 2357규격의 굵은골재 65 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 32 중량%, KS F 3501규격의 채움재 3.0 중량%로 조성하여 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(A) 6.0중량%를 각각 160℃로 가열한 후 혼합하여 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 A를 제조하였다.
저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 B: KS F 2357규격의 굵은골재 65 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 32 중량%, KS F 3501규격의 채움재 3.0 중량%로 조성하여 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(B) 6.0중량%를 각각 160℃로 가열한 후 혼합하여 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 B를 제조하였다.
◈ 비교 실험
상기와 같이 제조된 일반 밀입도아스팔트콘크리트, 내유동성의 개질 아스팔트콘크리트 A,B(내유동 A,B), 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 A,B(저소음 A,B)를 공시체로 제작한 후, 마샬안정도, 간접인장강도, 회복탄성계수, 동적안정도, 저장안정성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
1. 실험 방법
1) 마샬안정도시험은 아스팔트 혼합물의 흐름에 대한 소성 저항성을 측정하기 위함이며 마샬시험기를 사용한 역청혼합물의 소성흐름에 대한 저항력 시험방법(KS F 2337)에 따라 측정하였다.
2) 간접인장강도시험은 아스팔트콘크리트의 할렬인장에 대한 간접강도를 파악할 수 있는 측정방법으로 역청혼합물의 간접 인장강도시험(KS F 2382)에 따라 측정하였다.
3) 회복탄성계수시험은 차량의 반복적인 하중에 대한 아스팔트 혼합물의 온도별 회복변형 거동특성을 모사하기 위한 측정방법으로 회복탄성계수시험(KS F 2376)에 따라 5℃, 25℃, 40℃의 온도에서 각각 저온, 상온, 고온 특성을 측정하였다.
4) 휠트랙킹시험에 따른 동적안정도는 아스팔트 혼합물의 소성변형 동적저항성을 평가할 수 있는 시험으로서 이 때 측정되는 동적안정도(회/mm)는 아스팔트 콘크리트 혼합물의 휠트랙킹시험(KS F 2374)방법에 따라 측정하였다.
5) 아스팔트의 저장안정성 시험방법은 ASTM D 36-86 규정에 따라 하였다. 아스팔트의 저장안정성 시험방법은 다음과 같다.
아스팔트 시료를 약 165 오븐에서 충분히 흐를 수 있을 때까지 가열한 후 잘 저어준다. 그리고 나서 밑부분이 밀봉된 직경 25mm 길이 140mm 인 원통형 알루미늄 튜브에 시료를 약 50g 정도 붓고 상부 입구를 밀봉한 후 1635의 온도에서 48시간 동안 보관 한 후에 바로 55 의 조건에서 4시간 이상을 보관한다. 튜브 속에서 시료가 응고된 후에 동일한 길이로 3등분하여 상단과 하단의 시료를 각각 비커에 담아 165 오븐에 넣고 가열을 한다. 녹여진 상단과 하단의 시료를 취하여 각각의 연화점을 측정한다. 측정된 연화점으로 저장안정성을 알 수가 있는데, 상단과 하단의 시료의 연화점의 차이가 2℃이하가 되어야 저장안정성을 갖는다고 할 수 있다.
항목 시험방법 단위 일반 내유동A 내유동B 저소음A 저소음B
마샬 안정도 KS F 2337 N 8,850 10,781 10,658 9,961 10,010
간접 인장강도 KS F 2382 kg/㎠ 9.4 10.1 10.3 9.9 10.0
회복탄성계수 KS F 2376 MPa 5℃ 9,252 11,014 10,254 10,025 10,382
25℃ 1,793 2,152 2,141 1.952 2,021
40℃ 1,094 1,252 1,214 1,121 1,187
동적 안정도 KS F 2374 회/㎜ 1,501 1,725 1,769 1,621 1,562
저장안정성 ASTM D 36-86 ℃ 3.3 1.0 0.7 1.2 0.9
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 개질 아스팔트콘크리트(내유동 A,B, 저소음 A,B)는 일반 아스팔트콘크리트보다 마샬안정도, 간접인장강도, 회복탄성계수, 동적안정도, 저장안정성이 우수한 것을 알 수 있으며, 특히 저장안정성이 매우 우수한 것을 알 수 있을 것이다.
실시예 2 : 배수성 및 투수성의 개질 아스팔트콘크리트
일반 배수성 및 투수성아스팔트콘크리트, 본 발명의 배수성 및 투수성의 개질 아스팔트콘크리트를 각각 제조하여 물성을 비교 실시하였다.
◈ 아스팔트콘크리트 제조
1. 일반 배수성 및 투수성 아스팔트콘크리트
KS F 2357규격의 굵은골재 80 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 16 중량%, KS F 3501규격의 채움재 4 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 KS M 2201규격의 공용성 등급 76-22의 아스팔트 6중량%를 혼합가열하여 제조하였다.
2. 배수성 및 투수성의 개질 아스팔트콘크리트
저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 A: KS F 2357규격의 굵은골재 80 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 16 중량%, KS F 3501규격의 채움재 4 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(A) 6.0중량%를 혼합가열하여 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 A를 제조하였다.
저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 B: KS F 2357규격의 굵은골재 80 중량%, KS F 2357규격의 잔골재 16 중량%, KS F 3501규격의 채움재 4 중량%로 조성하고, 골재 94중량%에 상기에서 제조된 개질 아스팔트(B) 6.0중량%를 혼합가열하여 저소음 내유동성의 개질 아스팔트콘크리 B를 제조하였다.
◈ 비교 실험
상기와 같이 제조된 일반 배수성 및 투수성 아스팔트콘크리트, 배수성 및 투수성의 개질 아스팔트콘크리트(배수성 A,B)로 공시체를 제작한 후, 마샬안정도, 수침마샬잔류안정도, 칸타브로 손실율, 동적안정도, 투수능력, 공극율, 저장안정성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
1. 실험 방법
1) 마샬안정도시험은 아스팔트 혼합물의 흐름에 대한 소성 저항성을 측정하기 위함이며 마샬시험기를 사용한 역청혼합물의 소성흐름에 대한 저항력 시험방법(KS F 2337)에 따라 측정하였다.
2) 휠트랙킹시험에 따른 동적안정도는 아스팔트 혼합물의 소성변형 동적저항성을 평가할 수 있는 시험으로서 이 때 측정되는 동적안정도(회/mm)는 아스팔트 콘크리트 혼합물의 휠트랙킹시험(KS F 2374)방법에 따라 측정하였다.
3) 투수능력시험은 배수성 및 투수성 아스팔트 혼합물 포장의 투수성능을 평가하기 위해 실시하며 실내에서 제작한 공시체를 사용하여 실내투수시험을 투수시험방법(KS F 2322)에 따라 측정하였다.
4) 공극율시험은 배수성 및 투수성 아스팔트 혼합물의 공극율을 측정하기 위해 실시하며 일반적으로 마샬시험의 밀도와 이론밀도를 이용하여 AKTIF안정도 시험방법(KS F 2337)에 따라 공시체의 공극율을 산출한다.
5) 칸타브로 시험은 투수성, 배수성 혼합물의 골재 비산저항성으로부터 표층용 재료로서의 타당성을 검증하기 위하여 실시하며 아스팔트 혼합물의 칸타브로 시험방법(KS F 2492)에 따라 측정한다.
6) 아스팔트의 저장안정성 시험방법은 ASTM D 36-86 규정에 따라 하였다. 아스팔트의 저장안정성 시험방법은 다음과 같다.
아스팔트 시료를 약 165 오븐에서 충분히 흐를 수 있을 때까지 가열한 후 잘 저어준다. 그리고 나서 밑부분이 밀봉된 직경 25mm 길이 140mm 인 원통형 알루미늄 튜브에 시료를 약 50g 정도 붓고 상부 입구를 밀봉한 후 1635의 온도에서 48시간 동안 보관 한 후에 바로 55 의 조건에서 4시간 이상을 보관한다. 튜브 속에서 시료가 응고된 후에 동일한 길이로 3등분하여 상단과 하단의 시료를 각각 비커에 담아 165 오븐에 넣고 가열을 한다. 녹여진 상단과 하단의 시료를 취하여 각각의 연화점을 측정한다. 측정된 연화점으로 저장안정성을 알 수가 있는데, 상단과 하단의 시료의 연화점의 차이가 2℃이하가 되어야 저장안정성을 갖는다고 할 수 있다.
항목 시험방법 단위 일반 배수성 A 배수성 B
마샬 안정도 KS F 2337 N 3,822 4,526 4,614
수침마샬
잔류안정도		 KS F 2337 % 65 72 74
칸타브로
손실율		 KS F 2492 % 28 21 19
동적 안정도 KS F 2374 회/㎜ 1,001 1,195 1,289
투수능력 KS F 2322 cm/초 0.018 0.020 0.020
공극율 KS F 2337 % 19.8 19.9 20.1
저장안정성 ASTM D 36-86 ℃ 3.9 0.8 0.4
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 배수성 및 투수성 개질 아스팔트콘크리트(배수성 A,B)와 일반 일반 배수성 및 투수성 아스팔트콘크리트는 투수능력, 공극율을 유사하나 마샬안정도, 수침마샬잔류안정도, 칸타브로 손실율, 동적안정도, 저장안정성에서는 본 발명에 따른 배수성 및 투수성 개질 아스팔트콘크리트(배수성 A,B)가 매우 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 아스팔트 60~95중량%, 탈경화 고무분말 4.8~35중량%, 폴리인산 0.2~5중량%가 혼합된 아스팔트 혼합물 100 중량부에, 부타디엔 함량이 30중량% 이상인 선형 스티렌부타디엔스티렌(SBS) 0.5~12.0 중량부, 실란 커플링제 0.05~2.0 중량부, 피로멜리트산 이무수물(PMDA) 0.1~0.2 중량부 및 말레인산 무수물 0.05~1.0 중량부가 포함되는 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리인산은 오산화인의 함량이 76~90중량%인 폴리인산을 것을 특징으로 저장성 및 물성을 향상시키는 개질 아스팔트.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항의 개질 아스팔트 4~7.5 중량%와 골재 92.5~96 중량%로 형성되는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트콘크리트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 골재는 재생 골재가 10중량%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트콘크리트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 골재를 굵은골재 45~85 중량%, 잔골재 10~45 중량%, 채움재 5~10 중량%로 사용하여 내유동성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 골재를 굵은골재 60~73 중량%, 잔골재 25~35 중량%, 채움재 2~5 중량%로 사용하여 저소음 내유동성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 골재를 굵은골재 70~90 중량%, 잔골재 7~27 중량%, 채움재 3~8 중량%로 사용하여 배수성 및 투수성을 가지는 것을 특징으로 개질 아스팔트콘크리트.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트콘크리트 100중량부에 무기질 안료 1~5 중량부가 더 첨가는 것을 특징으로 하는 시인성을 높인 개질 아스팔트콘크리트.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트콘크리트에 중온제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트콘크리트.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트콘크리트는 포밍방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트콘크리트.
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