KR101995899B1 - 박리 방지제 및 이를 이용한 재생 아스콘 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 박리 방지제에 관한 것으로서, 식물성 지방산과, 아민계 화합물이 1:0.5~1:2.0으로 혼합된 구성을 제시함으로써, 포장의 표면 박리의 발생 우려가 적고, 폐아스콘 순환골재 혼입량이 많으며, 물성이 우수하고, 생산비용이 저렴한 재생 아스콘을 얻을 수 있도록 한다.

Description

박리 방지제 및 이를 이용한 재생 아스콘{ANTI-STRIPPING AGENT AND RECYCLED ASCON USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 박리 방지제 및 이를 이용한 재생 아스콘에 관한 것이다.
아스콘(아스팔트 콘크리트)은 아스팔트 바인더와 골재가 결합된 콘크리트로서 도로 등의 건설에 선호되고 있는 재료이다.
이러한 아스콘은 영구적으로 사용할 수 없기에 일정기간이 지나면 교체를 해야 하고, 지하 매설물 공사 등으로 인해 도로포장을 걷어내야 하기에 그로 인해 다량 배출되는 폐아스콘의 처리는 사회적으로 큰 문제이다.
따라서 이러한 폐아스콘의 재활용에 관심이 증가하고 있다.
특히 아스콘에서 바인더로 사용되는 아스팔트는 아스팔텐, 레진, 방향족 탄화수소 및 포화 탄화수소 등으로 이루어진 물질로서, 원유를 분류할 때 최종적으로 남는 찌꺼기이기에 일종의 공해물질이다.
그러므로 폐아스콘을 지상 또는 지중에 폐기하면 이에 포함된 아스팔트에 의해 지하수 및 하천, 강 등을 오염시켜 심각한 공해문제를 야기하게 된다.
이러한 이유로 폐아스콘은 공해를 일으키는 산업폐기물로서 분류되고 있다.
따라서 폐아스콘으로 인한 공해 발생을 방지하거나 최소화하기 위해 이를 재활용하는 연구가 진행되고 있다.
이러한 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된(발생한) 순환골재와 아스팔트 바인더를 혼합한 아스콘을 재생 아스콘이라 하고, 위와 같은 이유로 재생 아스콘의 사용이 의무화되고 있는 실정이다.
최근에는 환경부에서 아스콘의 제조 시, 폐아스콘 순환골재의 혼입량이 40% 이상이어야 한다는 내용이 고시된 바 있다.
그런데 종래기술은 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 순환골재 혼입량을 증대시킨 재생 아스콘은 인장강도비가 낮아 표면 박리가 발생할 우려가 높다.
둘째, 종래의 재생 아스콘에 사용되는 아스팔트 바인더 만에 의해서는, 순환골재 혼입량을 위와 같이 증대시키기 어렵다.
셋째, 순환골재 혼입량을 증대시키기 위해서는, 아스팔트 바인더와 별도로 재생 첨가제를 투입하여야 하는데, 이 재생 첨가제는 고가이므로 생산비용이 과도하게 증가한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 포장의 표면 박리의 발생 우려가 적고, 폐아스콘 순환골재 혼입량이 많으며, 물성이 우수하고, 생산비용이 저렴한 재생 아스콘을 얻을 수 있도록 하는 아스팔트 바인더 및 이를 이용한 재생 아스콘을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 박리 방지제에 있어서, 식물성 지방산과, 아민계 화합물이 중량비 1:0.5~1:2.0으로 혼합된 것을 특징으로 하는 박리 방지제를 제시한다.
상기 아민계 화합물은, N,N'-bis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine, N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine, ethylenediamine anhydrous, tetraethylenepentamine 중 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명은 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재; 신재 아스팔트 바인더; 상기 박리 방지제;를 포함하고, 상기 박리 방지제는, 상기 순환골재에 코팅된 노화 아스팔트 바인더 및 신재 아스팔트 바인더의 중량 대비 0.1~1.0 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 재생 아스콘을 제시한다.
상기 신재 아스팔트 바인더는, AP-3 또는 AP-5 60~88 중량%; 아로마 오일 5~30 중량%; 식물성 오일과 왁스의 혼합물 5~30 중량%; 재생 이소프렌 석유수지 1~5 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 신재 아스팔트 바인더의 침입도는 200~300인 것이 바람직하다.
본 발명은 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재; 신재 아스팔트 바인더; 재생 첨가제; 상기 박리 방지제;를 포함하고, 상기 박리 방지제는, 상기 순환골재에 코팅된 노화 아스팔트 바인더, 신재 아스팔트 바인더 및 재생 첨가제의 중량 대비 0.1~1.0 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 재생 아스콘을 제시한다.
상기 재생 첨가제는, 오일 혼합물 50~90 중량%; 폐비닐수지 10~50 중량%;를 포함하고, 상기 오일 혼합물은, VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%; 아로마틱기유 20~40중량%; 파라핀기유 9~30 중량%; 산화 방지제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산화 방지제는, PAN(Phenyl Alpha Naphthylamine) 또는 Tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane인 것이 바람직하다.
상기 신재 아스팔트 바인더는, AP-3 또는 AP-5 60~88 중량%; 아로마 오일 5~30 중량%; 식물성 오일과 왁스의 혼합물 5~30 중량%; 재생 이소프렌 석유수지 1~5 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 재생 첨가제에 있어서, 오일 혼합물 50~90 중량%; 폐비닐수지 10~50 중량%;를 포함하고, 상기 오일 혼합물은, VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%; 아로마틱기유 20~40중량%; 파라핀기유 9~30 중량%; 산화 방지제 0.2~2.0 중량%; 상기 박리 방지제 1~20 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 첨가제를 제시한다.
본 발명은 포장의 표면 박리의 발생 우려가 적고, 폐아스콘 순환골재 혼입량이 많으며, 물성이 우수하고, 생산비용이 저렴한 재생 아스콘을 얻을 수 있도록 하는 아스팔트 바인더 및 이를 이용한 재생 아스콘을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1 내지 5는 박리 방지제의 구성성분의 분자구조식
도 6,7은 산화 방지제의 분자구조식
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 박리 방지제에 관한 것으로서, 식물성 지방산과, 아민계 화합물이 중량비 1:0.5~1:2.0으로 혼합된 것을 특징으로 한다.
즉, 탄화 수소 사슬과 알데히드기를 모두 포함하고 있는 화합물인 지방산과 폴리아민 화합물을 결합함으로써, 알데히드기와 아민기가 아마이드 결합을 생성하는 아마이드아민 화합물을 사용하는 것이다.
여기서, 식물성 지방산은 식물성 기름을 의미하고, 분자구조는 도 1과 같다.
아민계 화합물은 구체적으로, N,N'-bis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine(도 2), N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine(도 3), ethylenediamine anhydrous(도 4), tetraethylenepentamine(도 5) 중 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 이루어진 것을 사용하고, 분자구조는 도 2 내지 5와 같다.
재생 아스콘은 기본적으로, 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와, 신재(新材) 아스팔트 바인더 및 신규 골재의 혼합물에 의해 구성되는데, 그 물성을 개선하기 위하여 위 박리 방지제, 재생 첨가제를 추가하여 사용한다.
즉, 순환골재에 코팅된 노화 아스팔트 바인더와 신재 아스팔트 바인더가 기본적으로 바인더의 역할을 하도록 하고, 노화 아스팔트 바인더의 물성을 개선하기 위하여(순환골재의 사용량을 증대하기 위하여) 재생 첨가제를 추가하는 것이다.
또한, 순환골재 혼입량을 증대시킨 재생 아스콘은 인장강도비가 낮아 표면 박리가 발생할 우려가 높으므로, 이를 방지하고자 위 박리 방지제를 추가하는 것이다.
본 발명은 위 박리 방지재와 함께 신재 아스팔트 바인더를 제시하는데, 이는 AP-3 또는 AP-5 60~88 중량%; 아로마 오일 5~30 중량%; 식물성 오일과 왁스의 혼합물 5~30 중량%; 재생 이소프렌 석유수지 1~5 중량%;를 포함하여 구성된다.
여기서, 식물성 오일이란, 팜오일, 코코넛 오일 등을 의미하고, 왁스는 폴리에틸렌 왁스, 식물성 왁스, 동물성 왁스, 계면활성제, 지방산 및 변성 지방산 등으로 이루어진 첨가제를 의미한다.
재생 이소프렌 석유수지란, 항공유 재생 시의 부산물인 재생 이소프렌(Renewable isoprene) 석유 수지를 의미한다.
종래의 재생 아스콘에서는 AP-3(침입도 80-100)가 신재 아스팔트 바인더로서 사용되어 왔는데, 이는 일반 아스팔트 혼합물 제작에 사용되는 AP-5(침입도 60-80)보다 한 단계 낮은 아스팔트 바인더이다.
구체적으로는, 순환 골재의 침입도에 따라 AP-3만을 사용하거나, AP-3와 재생첨가제를 혼합하여 사용하여 왔다.
이와 같이 신재 아스팔트 바인더로서 AP-3를 사용할 경우, 순환 골재의 침입도의 제한으로 인하여 사용량이 한정될 뿐만 아니라, 고가의 재생 첨가제를 다량 사용해야 하므로 비용이 증가한다는 문제가 있었다.
이에 비해, 상술한 본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더는 침입도가 200~300에 달하므로, 재생 첨가제를 소량 사용하거나, 사용하지 않더라도, 순환골재의 혼입량을 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
본 발명은 위 신재 아스팔트 바인더와 함께 사용되는 재생 첨가제를 다음과 같이 제시한다.
위 재생 첨가제는, 오일 혼합물 50~90 중량%; 폐비닐수지 10~50 중량%;를 포함하여 구성되는데, 상기 오일 혼합물은, VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%, 아로마틱기유 20~40중량%; 파라핀기유 9~30 중량%; 산화 방지제 0.2~2.0 중량%;를 포함하여 구성된다.
상기 VHGO는 Vacuum High Boiling point Gas Oil의 약자로서 이는 진공 하, 고비점의 기체상 오일을 의미하며, 원유의 감압 증류 공정에서 생산되는 반제품으로 주로 산업용 아스팔트를 제조하는데 연화제 및 침입도 조절재로 사용된다.
이는 레진 및 아스팔텐의 비율이 작고, 유분 특히 방향족탄화수소가 다량 함유되어 있으므로, 노화된 아스팔트에 첨가하면, 노화된 아스팔트의 성분이 신규 아스콘과 유사하게 할 수 있어 폐아스콘의 재생용 첨가제로서 적합하다.
상기 VHGO는 비점이 250 내지 650℃의 범위 이내, 점도(70℃, SFS(Saybolt Furol Second) 60 내지 100SFS의 범위 이내, 인화점(COC ; Cleaveland Open Cup)(℃) 205 이상, 톨루엔 가용분(%) 99 이상인 것이 될 수 있다.
상기 VHGO는 상기 오일부 총량을 기준으로 35 내지 70중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 상기 VHGO가 35 중량% 미만으로 사용되는 경우, 아스콘의 연화 및 침입도 조절이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 70중량%를 초과하는 경우, 다른 성분 특히 아로마틱기유의 함량이 부족하게 되어 역시 방향족 탄화수소의 보충이 불충분하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 상기한 VHGO 만으로는 노화된 아스콘을 신재 아스콘과 동일 또는 유사한 성분으로 조절하는데는 VHGO에 존재하는 유분의 함량을 높일 필요성이 있으므로, 아로마틱계 프로세스오일과 파라핀계 프로세스오일을 적용하여 아스콘의 노화에 따라 감소된 성분인 방향족탄화수소 유분을 보충하여 보다 우수한 성상 복원 능력 및 재생 첨가제의 성능을 향상시킨 것이다.
산화 방지제는, PAN(Phenyl Alpha Naphthylamine) 또는 Tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane를 사용하는 것이 바람직하다.
PAN(Phenyl Alpha Naphthylamine)의 분자식은 C16H13N이고, 분자구조는 도 6과 같다.
Tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane의 분자식은 C73H108O12이고, 분자구조는 도 7과 같다.
재생 첨가제는 순환 골재의 사용량을 증대시키기 위하여 재생 아스콘에 혼입되는 것으로서, 순환 골재의 침입도 수준에 따라 사용량이 달라진다.
이는 순환골재의 노화 바인더와 신재 아스팔트 바인더보다 낮은 점도를 가지므로, 재생 아스콘에 혼입되어 목표로 하는 침입도 등급의 혼합물을 제조할 수 있도록 한다.
표 1에 나타난 바와 같이, 재생 첨가제는 점도에 따라 5개의 등급으로 나누어진다.
Figure 112018020084322-pat00001
아스팔트 바인더는 노화가 진행됨에 따라 점도가 높아지므로, 장기간 사용된 폐아스콘에서 제조된 순환골재는 대단히 점도가 높은 노화 아스팔트 바인더에 의해 코팅된 상태에 있게 된다.
종래에는 상술한 바와 같은 AP-3 신재 아스팔트 바인더(점도 약 1600)와, RA 5 등급의 재생 첨가제(점도 176~900)를 사용하였므로, 위와 같이 대단히 점도가 높은 노화 아스팔트 바인더에 의해 코팅된 순환골재의 경우에는 재생이 어렵고, 이로 인하여 고가의 재생 첨가제를 다량 사용해야 한다는 문제가 있었다.
상술한 본 발명에 의한 재생 첨가제는 표 1의 RA 1 등급(점도 50~175)에 해당하므로, 소량을 사용하더라도 재생 아스콘의 점도를 충분히 낮출 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에 의한 재생 첨가제의 제조방법은 다음과 같다.
VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%, 아로마틱기유 20~40중량%; 파라핀기유 9~30 중량%; 산화 방지제 0.2~2.0 중량%;를 혼합하여 오일 혼합물을 제조한다.
본 발명에 의한 박리 방지제 1~20 중량%를 위 오일 혼합물의 제조 시 혼입하여 재생 첨가제를 제조하는 경우, 시공성이 우수하고, 고른 혼합이 가능하다는 장점 있다.
위 오일 혼합물 50~90 중량%; 폐비닐수지 10~50 중량%;에 의한 혼합물을 무산소 분위기 또는 희산소 분위기 하에서 250~500℃의 온도에서 10분~5시간 열분해하여 재생 첨가제를 제조한다.
오일 혼합물이 50중량% 미만으로 사용되는 경우, 오일부의 함량이 너무 적어져서 폐아스콘의 재생을 위한 유분의 보충이 부족하게 되어 아스콘의 연화 및 침입도 조절이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 90중량%를 초과하는 경우, 상대적으로 폐비닐수지의 함량이 적어져서 다른 활용도가 높은 고가의 기유의 사용량의 증대로 인한 폐자원의 재활용이 충분치 못하다는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 오일 혼합물과 폐비닐수지의 혼합물을 무산소 분위기 또는 희산소 분위기 하에서 250~500℃의 온도에서 10분~5시간 동안 열분해하는데, 무산소 분위기 또는 희산소 분위기가 아닌 경우에는 산소로 인하여 열분해 과정에서 가해지는 열로 인하여 오일부의 오일이나 폐비닐수지 또는 수지의 열분해물들이 부분적으로 산화되어 물성의 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
열분해의 온도가 250℃ 미만으로 되는 경우, 열분해를 위한 온도가 낮아 열분해가 이루어지지 않거나 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 500℃를 초과하는 것은 폐비닐수지의 과분해를 유발 및 오일 분의 증발 손실을 유발하여 역시 폐아스콘의 재생을 위한 재생 첨가제로서의 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 열처리를 위한 에너지의 낭비라는 문제점도 있을 수 있다.
이후, 수거된 폐아스콘을 조분쇄하고 이물질을 제거하여 순환골재를 제조한 후, 130~150℃의 온도로 가열하고, 가열된 순환골재에 대하여, 상기 신재 아스팔트 바인더 및 재생 첨가제를 혼입한다.
이하, 본 발명에 의한 재생 아스콘의 제조에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 재생 첨가제의 물성을 입증하기 위한 시험결과에 대하여 설명한다.
신재 아스팔트 바인더로는, AP-3 또는 AP-5 75 중량%; 아로마 오일 10 중량%; 식물성 오일과 왁스의 혼합물 12 중량%; 재생 이소프렌 석유수지 3 중량%;를 혼합한 것을 사용하였다.
재생 첨가제로는, 오일 혼합물 75 중량%; 폐비닐수지 25 중량%;를 혼합한 것으로서, 상기 오일 혼합물은, VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 60 중량%, 아로마틱기유 20중량%; 파라핀기유 18 중량%; 산화 방지제 1.5 중량%; 박리방지제 0.5 중량%;를 혼합한 것을 사용하였다.
본 시험에서 시료명의 의미는 다음과 같다.
실시예 1(AP00) - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더
비교예 1(AP3) - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더
비교예 2(AP5) - 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 3(AP5(5Y)) - 5년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 4(AP5(10Y)) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 5(OLD) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더
실시예 2(AP5(10Y)RA1) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더와 본 발명에 사용되는 재생 첨가제(점도 50~175)의 혼합물
실시예 3(AP5(10Y)RA5) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더와 종래의 재생 첨가제(점도 176~900)의 혼합물
실시예 4(OLDRA1) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더와 본 발명에 사용되는 재생 첨가제(점도 50~175)의 혼합물
비교예 6(OLDRA5) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더와 종래의 재생 첨가제(점도 176~900)의 혼합물
본 발명에 의한 재생 아스콘의 제조에 사용되는 신재 아스팔트 바인더와, 재생 첨가제의 물성을 확인하기 위하여 연화점 시험, 침입도 시험, 회전 점도계를 이용한 점도 시험, 절대 점도 시험을 다음과 같이 실시하였다.
연화점 시험은 KS M 2250(역청 재료의 연화점 시험 방법(환구법))에 따라, 연화점 환에 시료를 채우고 물 또는 글리세린 중탕 속에 거치한 후, 시료가 연화되어 규정된 거리(25.4mm)로 처져서 강구가 밑바닥에 닿았을 때의 온도를 측정하는 방식을 취하였다.
Figure 112018020084322-pat00002
표 2에 나타난 바와 같이, 아스팔트의 노후화에 따라 연화점이 상승함 및 재생 첨가제 사용 후 노후 바인더의 연화점이 복원됨을 확인하였다.
특히, AP5(10Y)의 시료에 재생 첨가제를 투입(AP5(10Y)RA1 & AP5(10Y)RA5)한 경우, AP5의 연화점과 유사한 값을 얻을 수 있었다.
이는 재생 첨가제를 노후 바인더에 투입하면, 신재 바인더(AP5)에 준하는 회생능력을 가짐을 확인하도록 한다.
침입도 시험은 KS M 2252(ASTM D5)(역청 재료의 침입도 시험 방법)에 따라, 25℃의 항온 수조에서 1시간 이상 안정화를 한 후 50g의 추를 5초 동안 바늘에 낙하시켜 침입한 거리를 0.1mm의 단위로 측정하고, 실험 오차를 줄이기 위해 1분 이내에 실험을 마치는 방식을 취하였다.
Figure 112018020084322-pat00003
표 3에 나타난 바와 같이, 노화된 아스팔트의 경우 침입도가 감소함 및 재생 첨가제 사용 후 침입도가 복원됨을 확인할 수 있다.
특히, AP5(10Y)에 재생 첨가제를 투입한 AP5(10Y)RA5의 경우는 AP5와 거의 유사한 침입도값을 나타냈고, AP5(10Y)RA1와 AP5(10Y)를 비교할때 후자의 침입도가 3배 정도 낮음을 확인할 수 있었다.
이는 재생 첨가제의 투입에 의해 노화된 바인더의 회생치가 상승함을 의미한다.
회전 점도계를 이용한 점도 시험은 KS F 2392(회전 점도계를 이용한 아스팔트의 점도 시험)에 따라, 원통형의 스핀들을 135℃의 아스팔트 시료 속에서 회전시켜 스핀들이 일정한 회전 속도(20rpm)를 유지하는데 필요한 점성 토크(torque)를 측정하는 방식을 취하였다.
Figure 112018020084322-pat00004
표 4에 나타난 바와 같이, 아스팔트 노화가 진행됨에 따라 회전 점도계의 점도가 높아짐 및 재생 첨가제의 첨가 후 다시 점도가 이전 상태와 유사하게 낮아짐을 알 수 있다.
AP5(10Y)의 시료에 본 발명에 사용되는 재생 첨가제를 투입한 경우(AP5(10Y)RA1), AP5 보다 다소 낮아진 점도값을 나타냈다.
절대 점도 시험은 60℃에서 40kPa에 기압의 흐름에 대한 액체의 저항성을 나타내는 재료의 물리적 성질이다.
본 시험에서는 KS M 2247(ASTM D 2171)(아스팔트의 절대 점도 시험 방법)에 의거하여, 진공 점도계에 일정한 진공압을 걸어 측정하는 방법을 사용하였다.
측정 온도인 60℃에서의 아스팔트의 흐름에 대한 저항특성을 확인하기 위한 방법으로써, ASTM D 2171에 규정된 아스팔트 협회 진공 점도계를 이용한 점도 측정 방법을 이용하였다.
Figure 112018020084322-pat00005
표 5에 나타난 바와 같이, 노화된 아스팔트의 절대 점도는 높아진다는 점 및 재생 첨가제의 첨가 후 다시 점도가 낮아짐을 확인할 수 있다.
AP5(10Y)에 본 발명에 사용되는 재생 첨가제를 투입한 경우(AP5(10Y)RA1), AP5 보다 다소 낮아진 절대 점도값을 확인할 수 있었다.
Figure 112018020084322-pat00006
표 6은 상술한 바와 같은, 본 발명에 의한 재생 아스콘의 제조에 사용되는 신재 아스팔트 바인더와, 재생 첨가제의 물성을 확인하기 위한 시험결과를 종합한 것이다.
이하, 본 발명에 의한 재생 아스콘의 제조에 사용되는 신재 아스팔트 바인더와, 재생 첨가제의 화학적 성상(SARA) 분석을 위한 시험결과에 대하여 설명한다.
일반적으로 아스팔트의 화학적 조성은 크게 아스팔텐(Asphaltene, As)과 말텐(maltene)이라 부르는 화학군으로 분류되고, 이 중 말텐은 포화-탄화수소(Saturates, Sa), 방향족-탄화수소(Aromatics, Ar) 및 석유계수지(Resins, Re)로 세분화된다.
이와 같이 아스팔트의 화학적 조성을 4개의 군으로 분리하여 분석하는 방법을 SARA 분석이라 한다.
일반적인 스트레이트 아스팔트를 예로 들면 다음과 같다.
Sa는 딸기색 및 흰색의 비극성 점조성 유분(nonpolar viscous oils)들로서 알킬-나프탈렌(alkyl naphthalene) 및 약간의 알킬-방향족(alkyl aromatic)등과 함께 혼합된 직쇄 및 가지화 사슬의 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbone)로 구성되어 있다. 이들의 무게평균분자량은 약 300~2,000이며 전체 아스팔트 중 5~20%가 함유되어 있다.
Ar은 검은 갈색 점조성 액체로서 최저 분자량의 나프텐계 방향족 화합물(naphthenic aromatic compound)이 주성분이다. 이들의 분자량은 Sa와 동일하고 아스팔트내의 함량은 40~65%이다. 이들은 불포화 고리계(aromatics)내에 비극성 탄소 사슬을 갖고 있기 때문에 다른 고분자량 탄화 수소물에 대하여 매우 높은 용해도를 갖고 있으며 아스팔트내의 As의 분산 매질(dispersion media) 역할을 한다.
Re는 접착성과 극성을 갖는 검은 갈색의 고체 및 반고체로서 N, S 및 O를 함유한 탄화 수소물이다. 이들의 분자량은 500~50,000이며, 입자 크기(particle size)는 1-5nm, 그리고 H/C-원소비율(atomic ratio H/C)은 1.3~1.4이다. 이들은 아스팔트 내에서 As의 분산제(dispersion agent) 역할을 하며 As와 Re와의 비율에 따라서 아스팔트의 구조, 즉 용액상(sol-type)과 겔상(gel-type)의 상태를 결정한다.
As는 흑색 및 갈색의 무정형 탄화수소 고체 물질로서 약간의 N, S 및 O를 함유한다. 이들은 일반적으로 높은 극성 및 고분자량의 복합 방향족 물질로 간주된다. As의 분자량은 분리기술에 따라 600~300,000 범위로 나타날 수 있으나 일반적으로 1,000~100,000으로 측정된다. 입자크기는 5~20nm, H/C-원소비율은 0.0~1.1, 그리고 아스팔트내 함유량은 5~27%정도이다. 이러한 As의 함량은 아스팔트 유변성에 큰 영향을 준다. 즉 이의 함량이 증가할수록 연화점의 증가, 침입도의 감소 및 점도 증가 등의 점조성이 증가된다.
Figure 112018020084322-pat00007
표 7은 본 발명에 의한 재생 아스콘의 제조에 사용되는 신재 아스팔트 바인더와, 재생 첨가제의 화학적 성상(SARA) 분석결과를 나타낸 것이다.
위 시험에서 시료명의 의미는 다음과 같다.
실시예 1(AP00) - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더
비교예 1(AP3) - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더
비교예 2(AP5) - 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 3(AP5(5Y)) - 5년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 4(AP5(10Y)) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더
비교예 5(OLD) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더
실시예 5 - 본 발명에 사용되는 재생 첨가제(점도 50~175)
비교예 7 - 종래의 재생 첨가제(점도 176~900)
실시예 2(AP5(10Y)RA1) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더와 본 발명에 사용되는 재생 첨가제(점도 50~175)의 혼합물
실시예 3(AP5(10Y)RA5) - 10년 인공 노화를 모사한 종래의 AP-5 아스팔트 바인더와 종래의 재생 첨가제(점도 176~900)의 혼합물
실시예 4(OLDRA1) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더와 본 발명에 사용되는 재생 첨가제(점도 50~175)의 혼합물
비교예 6(OLDRA5) - 순환골재로부터 추출된 노화 아스팔트 바인더와 종래의 재생 첨가제(점도 176~900)의 혼합물
신재 아스팔트(AP5)의 분석 결과와 비교해 볼때, 노화가 된 AP-5(5Y)와 AP-5(10Y)의 화학적 성상은 일반적으로 Sa와 Ar은 점차 감소하는 반면에 Re와 As는 점차 증가하는 것으로 나타났다.
이는 아스팔트 노화(산화)가 진행됨에 따라, 아스팔트 조성이 Sa→Ar→Re→As 과정으로 변화함을 의미하며, 본 발명에 사용되는 재생 첨가제의 혼입에 의해 노화되었던 폐아스콘의 화학적 성상이 신재 아스팔트에 가깝게 회생됨을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 재생 아스콘의 물성을 입증하기 위한 시험결과에 대하여 설명한다.
Figure 112018020084322-pat00008
표 8은 재생 아스콘(표층용)의 품질기준을 나타낸 것이다.
본 발명에 의한 재생 아스콘에 대하여, 위와 같은 품질기준에 해당하는 물성을 확인하기 위하여 마샬 안정도 시험, 변형강도 시험, 간접인장강도 시험, 칸타브로 시험 등을 실시하였다.
마샬 안정도 시험은 ‘마샬 시험기를 사용한 아스팔트 혼합물의 소성 흐름에 대한 저항력 시험 방법’(KS F 2337 : 2007)에 의거하여 실시하였다.
변형강도 시험은 혼합물의 변형 특성을 파악하기 위하여 Kim Test의 변형강도 특성치를 사용하였다.
변형강도는 다년간의 연구를 통해 소성변형과 상관성이 높은 것으로 확인되어 새로운 한국형 배합설계의 중요 강도 값으로 연구되어 국토교통부 지침에 포함된 강도 특성치이다.
간접인장강도(ITS)는 KS F 2382에 의거하여 간접인장강도(Indirect Tensile Strength : ITS)시험방법에 의해 측정하였다.
이는 원주형 공시체의 측면에 압축 하중을 가함으로써 수행된다.
TSR(Tensile Strength Ratio : 인장강도비) 시험은 수분민감도 평가방법으로서, KS F 2398(아스팔트 혼합물의 수분저항성 시험방법)에 따른 인장강도비(Tensile Strength Ratio) 시험방법에 의해 실시하였다.
칸타브로 시험은 ‘배수성 아스팔트 혼합물의 칸타브로 시험 방법’(KS F 2492)의 시험방법에 따랐으며, 일반적으로는 배수성 혼합물의 골재 비산 저항성을 평가하기 위해 실시한다.
소성변형의 평가를 위하여 WHEEL TRACKING 시험(반복주행 시험)을 실시하였다.
슬래브 공시체를 롤러 압축 다짐기(Roller press compactor)로 공극율 4%로 다짐하여 제작하고, 제작된 공시체를 24시간 상온 양생 및 60℃에서 6시간 보관 후 시험에 사용하였다.
시험은 60℃에서 수행되었고 바퀴의 직경 200mm,폭 50mm이고 1회 왕복거리(stroke)는 200mm이며, 재하 윤하중을 686kN(70kg), 통과횟수 42회/min로 60분 동안 2,520회 반복주행을 주어 시간과 통과횟수에 따른 침하량을 측정하는 방식으로 실시하였다.
저온휨 시험을 위하여, 3점 휨 시험용 공시체를 제작하고, 수분을 제거하기 위하여 충분히 건조시킨 후, 저온 챔버(-10℃)에 넣고 6시간 이상 양생 시간을 준 후에 재하 속도 50mm/min로 하여 거치한 상태에서 공시체가 파단이 될 때까지 시험하는 방식을 취하였고, 이를 통해 최대하중과 변형량을 얻을 수 있다.
신재 아스팔트 바인더로는, AP-3 또는 AP-5 75 중량%; 아로마 오일 10 중량%; 식물성 오일과 왁스의 혼합물 12 중량%; 재생 이소프렌 석유수지 3 중량%;를 혼합한 것을 사용하였다.
재생 첨가제로는, 오일 혼합물 75 중량%; 폐비닐수지 25 중량%;를 혼합한 것으로서, 상기 오일 혼합물은, VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 60 중량%, 아로마틱기유 20중량%; 파라핀기유 18 중량%; 산화 방지제 1.5 중량%; 박리방지제 0.5 중량%;를 혼합한 것을 사용하였다.
본 시험에서 시료명의 의미는 다음과 같다.
비교예 11 - 종래의 AP-5 아스팔트 바인더에 의해 제조된 일반 아스콘
비교예 12 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 11 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
비교예 13 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더, AP-5 아스팔트 바인더 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 12 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더, 본 발명에 사용되는 재생 첨가제 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 13 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 종래의 재생 첨가제 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 14 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 본 발명에 사용되는 재생 첨가제 및 순환골재에 의해 제조된 재생 아스콘
사용된 골재의 입도 및 혼입량은 모든 비교예 및 실시예에 대하여 동일하고, 비교예 11의 경우는 신규골재 만을 사용하였으며, 나머지 비교예 및 실시예의 경우는 신규골재와 순환골재를 혼합하여 사용하였다.
위 혼합골재에서 순환골재의 혼입량은 원하는 노화 아스팔트 바인더의 혼입량에 맞추도록 조정하였다.
Figure 112018020084322-pat00009
표 9는 본 발명에 의한 재생 아스콘의 실시예와 비교예의 물성에 대한 시험결과를 나타낸 것이다.
1번(비교예 11)은 비교를 위하여 제작된 것으로서, 종래의 AP-5 아스팔트 바인더(침입도 60-80)에 의해 제조된 일반 아스콘의 시험결과이다.
2번(비교예 12)과 3번(실시예 11)은 재생 첨가제의 혼입없이 신재 아스팔트 바인더(종래의 AP-3 아스팔트 바인더, 본 발명에서 사용된 신재 아스팔트)만을 사용할 경우, 혼입가능한 순환골재의 양을 확인하기 위한 시험결과이다(재생 아스콘의 목표 침입도는 70).
2번(비교예 12, 종래의 AP-3 아스팔트 바인더를 사용한 경우)에 비해, 3번(실시예 11, 본 발명에 의한 신재 아스팔트를 사용한 경우)에서 혼입가능한 순환골재(노화 바인더)의 양이 증가함을 확인할 수 있다.
4번(비교예13) 내지 7번(실시예 14)은 순환골재의 혼입량을 크게 높여 노화 바인더의 함량을 70%로 고정하고, 신재 아스팔트 바인더와 재생 첨가제의 종류 및 비율을 다양하게 적용한 시험결과이다.
4번(비교예 13)과 5번(실시예 12)은 신재 아스팔트 바인더로서 동일하게 AP-3 아스팔트 바인더를 사용함과 아울러, 4번은 종래의 재생 첨가제를 적용한 것이고, 5번은 본 발명에 의한 재생 첨가제를 적용한 것이다.
5번은 4번에 비해 고가의 재생 첨가제를 적게 사용하면서도, 동등 이상의 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
6번(실시예 13)과 7번(실시예 14)은 신재 아스팔트 바인더로서 동일하게 본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더를 사용함과 아울러, 6번은 종래의 재생 첨가제를 적용한 것이고, 7번은 본 발명에 의한 재생 첨가제를 적용한 것이다.
7번은 6번에 비해 고가의 재생 첨가제를 적게(절반) 사용하면서도, 동등 이상의 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
5번(실시예 12)과 7번(실시예 14)은 재생 첨가제로서 동일하게 본 발명에 의한 재생 첨가제를 사용함과 아울러, 5번은 종래의 신재 아스팔트 바인더를 적용한 것이고, 7번은 본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더를 적용한 것이다.
7번은 5번에 비해 고가의 재생 첨가제를 적게(절반) 사용하면서도, 동등 이상의 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
종합하면, 본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더 및 본 발명에 의한 재생 첨가제를 모두 사용하여 재생 아스콘을 제조하는 경우(7번, 실시예 14), 고가의 재생 첨가제를 가장 적게 사용하면서도 동등 이상의 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 박리 방지제가 혼입된 재생 아스콘의 인장강도비 시험결과에 대하여 설명한다.
도로포장은 수분이 파손의 원인이 되는 경우가 많으므로, 수분에 의한 영향평가를 위한 다양한 시험방법이 제안되고 있는데, 가장 일반적으로 사용하고 있는 수분민감도 평가방법이 KS F 2398(아스팔트 혼합물의 수분저항성 시험방법)에 따른 인장강도비(Tensile Strength Ratio) 시험이다.
이 인장강도비 시험은 공극률 7%의 공시체를 이용하여, 건조 상태의 간접인장강도 값(무처리)과 수분 진공 포화 후 수분처리 상태의 간접인장강도 값(유처리)을 측정한 후, 이들 값 사이의 인장강도비(Tensile Strength Ratio)에 의해 수분민감도를 측정하는 방식이다.
이는 아스팔트 혼합물에서 발생하는 박리현상을 예측하는데 이용되며 박리 방지용 첨가제를 넣은 아스팔트 혼합물과 넣지 않은 아스팔트 혼합물을 비교하여 아스팔트 혼합물의 내구성 평가에도 사용할 수 있다.
Figure 112018020084322-pat00010
표 10은 표 9의 각 비교예 및 실시예의 인장강도비 시험결과이다.
재생 아스콘의 경우 인장강도비가 75% 이상이어야 하는데(일반 아스콘은 80% 이상), 위 표를 살펴보면 재생 아스콘의 인장강도비가 위 기준을 충족하지 못함을 확인할 수 있다.
이는 아스팔트 포장의 표면 박리가 발생할 우려가 있음을 의미하는 것이므로, 물성의 개선을 위하여 본 발명에 의한 박리 방지제를 추가로 혼입하여야 한다.
Figure 112018020084322-pat00011
표 11은 표 10의 각 비교예 및 실시예의 신재 아스팔트 바인더, 재생 첨가제, 노화 아스팔트 바인더의 혼합물에 대하여 추가로 위 박리방지제 0.25 중량부를 혼입한 아스팔트 혼합물의 인장강도비 시험결과이다.
즉, 본 시험에서 시료명의 의미는 다음과 같다.
비교예 11-1 - 종래의 AP-5 아스팔트 바인더 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 일반 아스콘
비교예 12-1 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 11-1 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
비교예 13-1 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더, AP-5 아스팔트 바인더, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 12-1 - 종래의 AP-3 아스팔트 바인더, 본 발명에 사용되는 재생 첨가제, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 13-1 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 종래의 재생 첨가제, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
실시예 14-1 - 본 발명에 사용되는 신재 아스팔트 바인더, 본 발명에 사용되는 재생 첨가제, 순환골재 및 본 발명에 의한 박리방지제에 의해 제조된 재생 아스콘
표 11에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 박리 방지제를 추가로 혼입한 재생 아스콘의 경우, 모두 재생 아스콘의 인장강도비 기준(75% 이상)을 상회하는 것으로 나타났다.
특히, 실시예 11-1(본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더, 박리방지제를 사용한 경우), 실시예 12-1(본 발명에 의한 재생 첨가제, 박리방지제를 사용한 경우), 실시예 14-1(본 발명에 의한 신재 아스팔트 바인더, 재생 첨가제, 박리방지제를 모두 사용한 경우)에서는, 모두 일반 아스콘의 인장강도비 기준(80% 이상)을 충분히 상회하는 것으로 나타났다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 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 (10)

  1. 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 박리 방지제에 있어서,
    식물성 지방산과, 아민계 화합물이 중량비 1:0.5~1:2.0으로 혼합되고,
    상기 아민계 화합물은,
    N,N'-bis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine,
    N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine,
    ethylenediamine anhydrous,
    tetraethylenepentamine 중 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 박리 방지제.
  2. 삭제
  3. 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재;
    신재 아스팔트 바인더;
    제1항의 박리 방지제;를 포함하고,
    상기 박리 방지제는, 상기 순환골재에 코팅된 노화 아스팔트 바인더 및 신재 아스팔트 바인더의 중량 대비 0.1~1.0 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신재 아스팔트 바인더는,
    AP-3 또는 AP-5 60~88 중량%;
    아로마 오일 5~30 중량%;
    식물성 오일과 왁스의 혼합물 5~30 중량%;
    재생 이소프렌 석유수지 1~5 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신재 아스팔트 바인더의 침입도는 200~300인 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  6. 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재;
    신재 아스팔트 바인더;
    재생 첨가제;
    제1항의 박리 방지제;를 포함하고,
    상기 박리 방지제는, 상기 순환골재에 코팅된 노화 아스팔트 바인더, 신재 아스팔트 바인더 및 재생 첨가제의 중량 대비 0.1~1.0 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 재생 첨가제는,
    오일 혼합물 50~90 중량%;
    폐비닐수지 10~50 중량%;를 포함하고,
    상기 오일 혼합물은,
    VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%;
    아로마틱기유 20~40중량%;
    파라핀기유 9~30 중량%;
    산화 방지제 0.2~2.0 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산화 방지제는,
    PAN(Phenyl Alpha Naphthylamine) 또는 Tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane인 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 신재 아스팔트 바인더는,
    AP-3 또는 AP-5 60~88 중량%;
    아로마 오일 5~30 중량%;
    식물성 오일과 왁스의 혼합물 5~30 중량%;
    재생 이소프렌 석유수지 1~5 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 재생 아스콘.
  10. 폐아스콘의 파쇄에 의해 생산된 순환골재와 혼합되어 재생 아스콘을 생산하기 위한 재생 첨가제에 있어서,
    오일 혼합물 50~90 중량%;
    폐비닐수지 10~50 중량%;를 포함하고,
    상기 오일 혼합물은,
    VHGO(Vacuum High Boiling point Gas Oil) 35~69중량%;
    아로마틱기유 20~40중량%;
    파라핀기유 9~30 중량%;
    산화 방지제 0.2~2.0 중량%;
    제1항의 박리 방지제 1~20 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 재생 첨가제.
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