KR102015830B1 - 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합골재 89 내지 90중량%, 아스팔트바인더 8 내지 9중량%를 포함하고, 공극률이 2 내지 3%로서, 상기 혼합골재는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100 중량%, 13mm체 통과율은 96.5 내지 100중량%, 10mm체 통과율은 50 내지 55중량%, 5mm체 통과율은 16.5 내지 30중량%, 2.5mm체 통과율은 12.75 내지 23중량%, 0.6mm 체 통과율은 10 내지 18중량%, 0.3mm체 통과율은 8.25 내지 15중량%, 0.15mm체 통과율은 8 내지 15중량%, 0.08mm체 통과율은 7 내지 13중량%인 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

Description

인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물{An asphalt mixture having increased water resistance by increasing the binder content while interlocking is maintained}

본 발명은 SMA 입도를 개선하여 인터록킹이 유지되면서도 아스팔트 바인더의 함량을 구스아스팔트 혼합물 이상으로 증가시켜 수밀성을 향상시킨 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

일반적으로, 도로포장에 주로 사용되던 종래의 가열아스팔트 혼합물은 동절기인 영하의 기온에서 시공하는 한냉지 시공공법으로는 포설할 수 없으며, 또한 하절기나 온도 및 하중의 변화가 발생하는 경우에는 굴곡현상, 종단면의 요철, 코루게이션 현상 등이 반복적으로 일어나 도로의 균열, 포트 홀, 골재의 박리 등을 일으켜 도로의 수명을 저하시킨다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 종래의 가열아스팔트 혼합물 대신에 불투수성, 내구성, 내마모성, 내충격성, 가요성, 미끄럼 저항성 및 접착성 등이 매우 우수한 구스아스팔트 혼합물이 개발되었다. 이러한 구스아스팔트 혼합물은 경질아스팔트 및 천연아스팔트의 용융에 의한 혼합액과 골재와 석분 등 충진재와 각종 첨가제를 포함하는 것으로 종래의 가열아스팔트 혼합물에 비해 다양한 장점을 가지고 있다.

이러한 구스아스팔트 혼합물의 예로 대한민국 특허등록 제266157호에서는 구스아스팔트 혼합물의 시공방법은 일정한 비율로 배합된 혼합액, 골재, 모래, 석분 등을 정치식 생산공장에서 고온혼합하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정에서 생산된 구스 아스팔트 혼합물을 냉각시킨 후, 재가열을 통해 용융시키기 용이한 크기로 파쇄시키는 제 2 공정과, 상기 제 2공정에서 파쇄된 구스아스팔트 혼합물을 운반하기 용이한 중량단위로 포장하는 제 3 공정과, 포설면적에따라 상기 제 3 공정에서 포장된 구스아스팔트 혼합물의 적정량을 현장에 설치된 이동식 가열혼합기에 투입하여 용융시켜 포설하는 제 4 공정을 구비함에 따라 이동식 가열혼합기(cooker)만 구비하고 있으면 정치식 생산공장에서 생산된 균일한 품질의 구스 아스팔트 혼합물을 현장에서 재가열하여 포설하는 방법이 개시되고 있다.

그런데 종래 구스아스팔트 혼합물에 있어 기본적인 골재 입도는 전체 골재의 약 25%가 200번 체를 통과하게 되어 높은 결합력과 수밀성이 확보되도록 하는 것이다. 그런데 이러한 GUSS입도는 골재 간의 맞물림(Aggregate Interlocking) 작용이 존재하지 않으므로 소성변형(Rutting), 반복적인 변형에 대해 취약성을 나타낼 수 있는 문제점이 있다.

한편, SMA(Stone Mastic Asphalt) 혼합물은 최대 쇄석 13mm 골재에서 부터 5mm 까지 굵은 쇄석 골재 함량이 적어도 65-80중량%를 함유하는 혼합골재 함량이 90중량%, 아스팔트 바인더 함량이 6 내지 7중량%로서 상기 구스아스팔트 혼합물과 달리 골재의 맞물림(인터록킹)에 의해 소성변형에 대한 저항성이 우수한 특징이 있다.

그런데 상기 SMA 혼합물의 경우에는 공극률이 약 4% 정도로 이를 이용하여 표층과 슬래브 사이에 중간층을 구성하는 경우 별도의 방수층의 시공이 필요하다 즉 상대적으로 수밀성이 상기 구스아스팔트 혼합물에 비해 저하되는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제266157호

본 발명은 종래 SMA 혼합물의 장점인 소성변형에 대한 저항성을 가짐과 동시에 구스아스팔트의 장점인 수밀성을 가질 수 있는 입도를 가진 아스팔트 혼합물을 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물(이하 "본 발명의 혼합물"이라함)은, 혼합골재 89 내지 90중량%, 아스팔트바인더 8 내지 9중량%를 포함하고, 공극률이 2 내지 3%로서, 상기 혼합골재는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100 중량%, 13mm체 통과율은 96.5 내지 100중량%, 10mm체 통과율은 50 내지 55중량%, 5mm체 통과율은 16.5 내지 30중량%, 2.5mm체 통과율은 12.75 내지 23중량%, 0.6mm체 통과율은 10 내지 18중량%, 0.3mm체 통과율은 8.25 내지 15중량%, 0.15mm체 통과율은 8 내지 15중량%, 0.08mm체 통과율은 7 내지 13중량%인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 섬유 첨가재 1 내지 5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 섬유첨가제는, 직조에 의한 몸체와 상기 몸체 양단에서 내부에 관통공이 형성되도록 링형의 머리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 트리이소옥틸 인산염 0.2 내지 1중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 천연고무 3 내지 8중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 천연고무는 라텍스를 발포시켜 형성되는 다공성 천연고무인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 천연고무는 수축저감제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시킨 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 수축저감제가 포함된 용액에는 탄산염이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 혼합물은 SMA 혼합물에 있어 골재 맞물림에 의한 소성변형에 대한 저항성 등 내구성과 구스아스팔트 혼합물에 있어 수밀성을 별도의 장비를 요하지 않으면서 발현되도록 하는 장점이 있다.

또한 본 발명의 혼합물은 탄성의 증가 등에 의해 소성변형을 제어하면서 균열저항성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 일 예를 나타내는 측단면도이고,
도 2는 본 발명의 골재입도에 대한 분포곡선이며,
도 3은 본 발명의 섬유첨가제의 일예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 혼합물은, 혼합골재 89 내지 90중량%, 아스팔트바인더 8 내지 9중량%를 포함하고, 공극률이 2 내지 3%로서, 상기 혼합골재는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100 중량%, 13mm체 통과율은 96.5 내지 100중량%, 10mm체 통과율은 50 내지 55중량%, 5mm체 통과율은 16.5 내지 30중량%, 2.5mm체 통과율은 12.75 내지 23중량%, 0.6mm 체 통과율은 10 내지 18중량%, 0.3mm체 통과율은 8.25 내지 15중량%, 0.15mm체 통과율은 8 내지 15중량%, 0.08mm체 통과율은 7 내지 13중량%인 것을 특징으로 한다.

아스팔트 혼합물은 골재의 입도에 의해 각기 서로 다른 특성을 나타내는데, 아스팔트 함량은 골재의 입도에 의해 결정되며 골재의 입도가 변경될 경우 아스팔트 혼합물의 내구성, 외력에 대한 저항성 등 물성에 영향을 받게 된다. 따라서 골재의 입도, 최적의 아스팔트 함량 및 공극률은 모두 함께 유기적으로 연관되어 아스팔트 포장의 특성을 결정하는 중요한 인자로 작용한다.

이에 본 발명에서는 하기 표 1에서 보는 바와 같이 기본적으로 SMA 입도에서 골재 입도를 변화시켜 SMA 입도의 장점으로서 인터록킹을 유지하여 소성변형 등에 대한 저항성을 향상시키면서 상기에서 보는 바와 같이 SMA 혼합물의 바인더 함량(약 6중량%) 보다 더 큰 바인더 함량으로 구스아스팔트 혼합물의 바인더 함량(8 내지 9중량%)과 유사하게 이루어지도록 하여 수밀성을 향상시키도록 하는 것이다.

도 2에서는 본 발명의 혼합물(혼합물 중 혼합골재)과 종래의 13mm SMA 혼합골재(이하 "종래 혼합물"이라함)의 입도와 체 통과율을 나타내고 있는데 본 발명의 혼합물과 종래 혼합물의 입도 및 체 통과율은 다른 양상을 나타내는 것을 알 수 있다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 혼합물 그래프는 본 발명의 혼합물 그래프 보다 상대적으로 상부에 위치해 있으며 이는 종래 혼합물에 의한 공극률(여기서 공극률은 아스팔트 바인더를 제외한 순수 골재간 간극에 의한 공극률임)이 본 발명의 혼합물에 의한 공극률보다 작다는 것을 보여준다.

즉 본 발명의 혼합물은 종래의 SMA 입도에 기초하여 골재간 맞물림이 유지되도록 하면서 기존 SMA 입도의 공극률보다 큰 공극률이 형성되도록 하여 이러한 공극률에 의해 아스팔트 바인더의 함량을 증가시켜 수밀성을 향상시키도록 하는 것이다.

이렇게 함으로써 본 발명의 혼합물은 공극률(여기서 공극률은 아스팔트 바인더를 포함한 전체의 공극률임)구스아스팔트 혼합물의 공극률(약 2%)와 유사하게 2 내지 3%의 공극률이 발현되도록 하는 것이다. 즉 구스아스팔트 혼합물과 유사하게 수밀성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이러한 본 발명의 혼합물은 도 1에서 보는 바와 같이 구현될 수 있는데 본 발명의 혼합물은 전체 포장층(1)에 있어 슬래브(4)와 표층(2) 사이에 중간층(3)으로 구현될 수 있는 것이다. 이러한 중간층(3)은 종래 SMA 혼합물에 의해 구현하는 경우 골재 맞물림에 의해 내구성은 우수하나 방수성이 저하되어 상기 중간층(3) 하부에 별도의 방수층을 구성하여야 하고, 종래 구스아스팔트 혼합물에 의해 구현하는 경우 수밀성이 우수하나 소성변형에 취약하고 쿠거 등 특수장비를 요하는데 상기에서 보는 바와 같이 중간층(3)을 본 발명의 혼합물로 구현하는 경우 내구성과 수밀성이 동시에 발현됨은 상기에서 본 바와 같고 이에 더하여 별도의 방수층이 필요없고 쿠거 등 특수장비가 필요없어 시공이 용이하며 경제적인 것이다.

또한 본 발명의 혼합물에 있어 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 섬유첨가제 1 내지 5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 섬유첨가제는 다양한 공지재질이 존재하는 바, 예로 셀룰로오스화이바가 적용될 수 있다. 이렇게 섬유첨가제가 첨가되어 아스팔트 바인더에서 가교작용을 통해 아스팔트 바인더가 골재간 간극에서 흘러내림이 방지되면서 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기 섬유첨가제의 실시 예를 도 3에서 제시하고 있는 바, 본 실시 예의 섬유첨가제(5)는 직조에 의한 몸체(51)와 상기 몸체(51) 양단에서 내부에 관통공(53)이 형성되도록 링형의 머리(52)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 3에서 보는 바와 같이 섬유첨가제(5)는 링형상의 섬유사(S1)와 상기 섬유사(S1)의 중앙부분을 감싸면서 상기 몸체(51)를 형성하게 하는 고정섬유사(S2)로 구성되어 양단에 링형의 머리(52)가 형성되도록 하고 섬유사(S1)와 고정섬유사(S2)가 상호 감긴형상(직조)에 의해 형성되는 몸체(51)가 구성되도록 하는 것이다.

이와 같이 구성됨에 의해 직조에 의한 몸체(51)는 인장강도를 더욱 강화시키기 위한 것이며 특히 섬유사(S1)와 고정섬유사(S2)가 상호 감긴형상(직조)에 의해 형성되도록 하여 섬유첨가제 자체가 꼬여서 가교작용이 발현되지 못하거나 섬유첨가제 간 뭉침에 의해 분산성을 저하시키는 것을 제어토록 하는 것이다.

상기 머리(52)는 내부에 관통공(53)이 형성되어 아스팔트 바인더와 부착력을 강화시키기 위한 구성에 해당하여 뽑힘 등을 방지토록 하는 것이다.

또한 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 트리이소옥틸 인산염 0.2 내지 1중량부가 포함되는 예를 제시하고 있다.

아스팔트 바인더에 트리이소옥틸 인산염이 더 첨가되도록 하는 이유는 트리이소옥틸 인산염은 내열성이 우수하여 온도가 올라가는 경우에도 바인더의 겔네트워크가 파괴되지 않도록 하여 재료분리에 대한 저항성을 향상시키도록 하기 위한 것이다.

즉 고온하에서는 아스팔트 바인더의 겔네트워크가 파괴되어 재료분리가 발생되거나 골재간 간극에서 흘러내리는 현상이 발생되는데 상기 트리이소옥틸 인산염이 첨가되도록 하여 이러한 문제를 제어토록 하는 것이다.

또한 상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 천연고무 3 내지 8중량부가 포함되는 예가 제시된다.

즉 본 실시예에서는 천연고무가 혼합된 개질 아스팔트 바인더를 사용함에 따라 탄성이 부과되도록 하여 고온에서의 소성변형 및 저온에서 균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다. 또한 고탄성재질인 천연고무가 첨가되도록 하여 필러의 양을 줄이고 아스팔트 바인더의 함량을 높게 가져갈 수 있어 저온에서 연성변형을 증가시키고, 인장접착강도, 변형률 등을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

본 실시 예의 천연고무는 라텍스를 발포시켜 형성되는 다공성 천연고무인 예를 제시하고 있다. 즉 입자형상의 몸체와 상기 몸체에 형성된 복수의 공극으로 이루어진 다공성 천연고무가 사용되는 것이다.

밀실한 페이스트를 가진 천연고무의 경우 극저온에서 전체 페이스트가 얼어 페이스트의 탄성복원력을 기대할 수 없을 경우가 발생되는데 반해 본 실시 예의 다공성 천연고무의 경우 페이스트에 복수의 공극이 존재하여 공극부분에 의해 탄성복원력이 유지되도록 함으로써 극저온에서 탄성이 유지될 수 있도록 하는 것이다.

또한 다공에 의해 아스팔트 등 타 조성들과 부착력을 더욱 강화시킬 수 있는 장점이 있어 페이스트의 수축을 가교시킴에 의해 균열저항성을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 즉 페이스트의 수축에 의한 균열발생시 다공성 천연고무에 형성된 공극에 의해 페이스트를 잡아줌으로써 균열저항성을 더욱 향상시키게 되는 것이다.

본 실시 예의 다공성 천연고무는 라텍스를 발포(發泡)시켜서 다공성(多孔性)을 가지게 한 것으로, 그 제조방법은 다양한 공지기술에 의해 적용될 수 있는 바, 예로 천연고무 라텍스에 황 분산액, 가황촉진(加黃促進) 분산액 등을 섞고, 응고제인 헥사플루오린규산나트륨을 소량 섞어 기포기(起泡機) 속에서 고속으로 교반(攪伴)하여 발포시킨다. 발포시키는 방법의 경우도 공지방법으로 열응고법, 냉동응고법 등 다양하게 적용될 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기에서 언급한 바와 같이 다공성 천연고무가 포함되어 극저온에서 탄성유지성을 높이고 부착력을 높여 물리적으로 수축에 의한 균열에 대해 저항성을 향상시키도록 하는데, 이에 더하여 상기 다공성 천연고무는 수축저감제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시킨 것이 사용되도록 하여 천연고무의 공극에 수축저감제가 담지 되도록 함으로써 화학적으로 페이스트의 수축을 저감시켜 균열저항성을 더욱 배가시키도록 하는 것이다.

상기 수축저감제는 알코올계 수축저감제, 아민계 수축저감제 등 그 종류를 한정하지 않는다.

본 실시 예에서는 상기에서 언급한 바와 같이 다공성 천연고무를 수축저감제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시켜 천연고무의 공극에 수축저감제가 담지되도록 하는 것인데 상기 수축저감제를 다공성 천연고무에 담지하는 방법의 경우도 다양한 공지기술이 존재하는데 예로 수축저감제가 포함되는 용액을 다공성 천연고무에 분사 또는 투입하고 일정시간 상온에서 건조시켜 천연고무의 공극에 수축저감제 성분이 담지되도록 할 수 있는 것이다.

여기서 수축저감제를 포함하는 용액에 있어 용매는 에테르계 용매, 알콜 에테르계 용매, 다가 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아미드계 용매, 술폰계 용매, 니트릴계 용매 등 다양한 유기용매가 적용될 수 있다.

이와 같이 본 실시 예는 수축저감제가 천연고무에 담지된 상태로 혼합됨으로써 균일한 분산이 이루어지도록 하여 소량의 수축저감제의 담지에 의해서도 충분한 수축저감효과가 발현되도록 할 수 있는 것이다.

상기에서 본 바와 같이 본 발명에서는 물리적 및 화학적으로 페이스트의 수축을 저감시켜 균열저항성을 향상시키도록 하는데 본 발명의 혼합물을 시공하는 과정, 하절기 등에 발생될 수 있는 온도균열의 경우도 균열을 유발하는 원인이 된다.

이에 본 발명에서는 상기 수축저감제가 포함된 용액에는 탄산염이 포함되는 예를 제시하고 있다. 즉 다공성의 천연고무에 있어 각 공극에 수축저감제에 더하여 탄산염이 담지되도록 함으로써 온도균열을 제어토록 하는 것이다.

상기 탄산염은 본 발명의 혼합물의 반응과정에서 발생되는 열 등을 흡수토록 하는 것으로 이렇게 열을 흡수토록 함에 따라 페이스트에서 온도변화에 의해 발생되는 온도균열을 제어토록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명이 적용된 포장구조 2 : 표층
3 : 중간층 4 : 슬래브
5 : 섬유첨가제

Claims (8)

1. 혼합골재 89 내지 90중량%, 아스팔트바인더 8 내지 9중량%를 포함하고, 공극률이 2 내지 3%로서, 상기 혼합골재는 체통과 중량백분율을 기준으로 20mm체 통과율은 100 중량%, 13mm체 통과율은 96.5 내지 100중량%, 10mm체 통과율은 50 내지 55중량%, 5mm체 통과율은 16.5 내지 30중량%, 2.5mm체 통과율은 12.75 내지 23중량%, 0.6mm 체 통과율은 10 내지 18중량%, 0.3mm체 통과율은 8.25 내지 15중량%, 0.15mm체 통과율은 8 내지 15중량%, 0.08mm체 통과율은 7 내지 13중량%인 것을 특징으로 하면서,
   상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 트리이소옥틸 인산염 0.2 내지 1중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 섬유첨가제 1 내지 5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 섬유첨가제는, 직조에 의한 몸체와 상기 몸체 양단에서 내부에 관통공이 형성되도록 링형의 머리를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 아스팔트바인더에는 아스팔트바인더 전체 중량대비 천연고무 3 내지 8중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 천연고무는 라텍스를 발포시켜 형성되는 다공성 천연고무인 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 천연고무는 수축저감제가 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시킨 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수축저감제가 포함된 용액에는 탄산염이 포함되는 것을 특징으로 하는 인터록킹이 유지되면서 바인더 함량을 증가시켜 방수성을 향상시킨 아스팔트 혼합물.
   
   
   
   

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