KR102070927B1 - 중온 아스팔트 혼합물용 중온 첨가제 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물 - Google Patents

중온 아스팔트 혼합물용 중온 첨가제 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 기술은 중온 아스팔트 혼합물에 이용되며, 다이아민과 지방산을 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비로 반응시켜 형성된 변성 아미드 왁스를 포함하는 중온 첨가제, 그 제조 방법, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 기술에 따르면, 중온 효과를 발휘하여 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 과정에서 유해가스 및 유증기 배출량을 감소시킬 수 있으며, 동시에 아스팔트 바인더와 골재와의 결합력을 강화시키는 수분 민감성을 향상시킬 수 있다.

Description

중온 아스팔트 혼합물용 중온 첨가제 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물{WARM-MIX ADDITIVE AND WARM-MIX ASPHALT MIXTURE USING THE SAME}
본 발명은 중온 아스팔트 혼합물용 중온 첨가제 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물에 관한 것으로, 중온 효과를 발휘하여 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 과정에서 유해가스 및 유증기 배출량을 감소시킬 수 있으며, 동시에 아스팔트 바인더와 골재와의 결합력을 강화시키는 수분 민감성을 향상시킬 수 있는 중온 첨가제, 그 제조 방법, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)은 통상 아스콘으로 불리며, 아스팔트 믹싱 플랜트(Asphalt Mixing Plant)에 아스팔트(asphalt), 골재(aggregate), 채움재(mineral filler) 등을 투입한 후, 이러한 재료들을 160 ~ 180℃의 고온으로 가열하는 과정을 통해 제조된다. 이렇게 제조된 아스팔트 혼합물은 도로에서 포설 및 다짐하고, 상온으로 냉각 및 양생하는 과정을 거친 후, 약 40℃ 정도에서 도로를 개방한다. 통상적으로, 도로 개방 시간은 포설 후 7~8시간 걸린다.
따라서, 일반 아스팔트 혼합물 제조에 있어서, 고온 가열을 위하여 많은 에너지가 필요할 뿐만 아니라, 아스팔트 혼합물의 제조 및 시공 중에도 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등의 유해 가스 배출량이 많아지는 문제가 있다. 또한, 도로 포장시 고온의 아스팔트 혼합물을 상온으로 냉각하는데 많은 시간이 소요되므로, 그만큼 교통개방시간이 지연되는 문제와 함께, 작업자들이 안전사고의 위험에 노출된다는 문제가 있다.
산업혁명 이후 인구 증가 및 산업화에 따라 화석 연료의 사용이 늘어나 온실가스 배출량이 증가하고, 대기 중의 온실가스 농도가 높아지면서 지구의 평균기온이 상승하는 지구 온난화 현상이 나타나고 있다. 이에 전세계적으로 파리 기후 협약을 체결하여 이산화탄소 방출량을 감소시키기 위한 노력을 하고 있다. 우리 정부의 경우 파리 기후 협약을 하면서 2030년까지 37%의 이산화 탄소 방출량을 절감하는 협정을 맺었고, 이를 실천하기 위하여 다양한 노력을 하고 있다. 도로 분야에서도 이산화 탄소 저감을 위하여 중온화 기술을 개발하여 적용하고 있다. 국토교통부의 "아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침"에 따르면, 중온화 기술은 일반 가열 아스팔트 콘크리트 포장 기술에 비하여 약 30℃ 정도 낮은 생산 및 시공 온도에서 아스팔트 혼합물을 생산 및 시공하는 저에너지 소비형 도로 포장 기술로 정의되어 있다.
이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 포장 기술의 핵심 기저(Core Mechanism)는 아스팔트의 유동성을 개선하는 것이다. 즉, 중온화 포장 기술은 아스팔트 혼합물에 첨가제 등을 투입하여 골재의 결합제인 아스팔트의 최적 점도가 가열 아스팔트 혼합물(HMA)보다 낮은 온도에서 발현되고, 최적 다짐도(Compaction Rate)가 보다 낮은 온도에서 발현되도록 점도를 하강시키는 기술이다. 국토교통부의 "아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침"에서 중온화 아스팔트 품질 기준에 따르면, 일반 아스팔트인 W64의 경우 공용성 등급 PG 64-22이어야 하며, 중온첨가제를 건식방법으로 사용할 경우 실리콘 오일에서의 용해 시간은 5분 이하이어야 하고, 중온첨가제가 포함된 배합 설계시, 혼합물 최고 온도는 130℃, 다짐 최고 온도는 115℃로 규정되어 있다.
그러한 중온 아스팔트 혼합물로서 피셔트로프슈(Fischer Tropsch Synthesis) 공법으로 제조된 폴리에틸렌 왁스계열의 사소비트(Sasobit)를 이용한 아스팔트 혼합물이 알려져 있다. 사소비트는 상온에서 고체 상태이고, 온도를 높이면 용융되어 유체로 변하는 화합물로서, 용융 온도 이상에서 아스팔트의 점도를 급격하게 떨어뜨리고, 용융 온도 이하에서는 고화되어, 중온 아스팔트 혼합물의 성능을 증진시키기 위한 첨가제로서 사용되어 왔다. 이러한 왁스 타입의 중온화 첨가제는 아스팔트의 저온 물성을 저하시키는 문제가 있다.
그러나, 이와 같은 중온 아스팔트 혼합물 포장 기술에 따르면, 종래 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도에서 골재를 가열하기 때문에 아스팔트 혼합물 제조 과정에서 골재 내 존재하는 수분을 제거하는데 한계가 있고, 아스팔트 점도가 상대적으로 높아 아스팔트의 골재 코팅에 불리하다.
결과적으로 중온 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물보다 수분 민감성이 저하되므로, 아스팔트 포장에 유입된 물에 의하여 골재와 아스팔트 사이의 점착력(cohesion) 및 부착력(adhesion)이 약화되어, 골재와 아스팔트의 탈리를 유발하게 된다. 이에 따라 교통 하중 및 환경 하중에 의하여 발생하는 응력의 작용으로 인하여 라벨링(raveling), 포트홀(pothole), 소성 변형, 균열 등의 포장 파손 문제가 발생된다. 이러한 포장 파손은 교통 사고의 원인으로 작용할 수 있으며, 보수 공사로 인한 교통 체증을 유발할 수 있어 사회적 문제로 주목받고 있다. 국토교통부의 "아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침"에서는 표층용 WC1~6, 중간층용 MC-1, WC-5에서 아스팔트 혼합물의 수분 민감성 성능 평가를 위하여 인장 강도비(TSR)를 0.8 이상으로 규정하여 관리하고 있다.
이와 같이, 최근 도로용 아스팔트 분야에서, 중온화 및 수분 민감성이 중요한 이슈로 주목받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 과정에서 유해가스 및 유증기 배출량을 감소시킬 수 있는 중온 기술 및 아스팔트와 골재 간의 결합력을 강화시킬 수 있는 수분 민감성 개선을 동시에 구현할 수 있는 중온 첨가제, 그 제조 방법, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 중온 첨가제를 제공하며, 상기 중온 첨가제는 중온 아스팔트 혼합물에 이용되며, 다이아민과 지방산을 반응시켜 형성된 용융 온도가 125℃ 이하인 변성 아미드 왁스를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는 중온 첨가제의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 다이아민과 지방산을 반응시켜 변성 아미드 왁스를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는 중온 아스팔트 혼합물을 제공하며, 상기 중온 아스팔트 혼합물은 상기 실시예에 따른 중온 첨가제; 아스팔트 바인더; 및 골재를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는 중온 아스팔트 혼합물의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 상기 실시예에 따라 중온 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 중온 첨가제를 아스팔트 및 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 아스팔트 혼합물의 최적 점도가 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도에서 발현되고, 최적 다짐밀도가 가열아스팔트 포장보다 낮은 온도에서 발현되도록 점도를 하강시키는 중온 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 아스팔트 혼합물 제조 및 시공 온도를 종래 공법에 비하여 20 ~ 40℃ 정도 낮출 수 있어, 유해가스 및 유증기 배출을 최소화할 수 있다.
또한, 종래 왁스 타입의 중온화 첨가제의 문제점인 아스팔트의 저온 물성 저하와 수분 민감성을 현저히 개선하여, 아스팔트와 골재의 탈리에 의한 포장 파손을 방지함으로써 아스팔트 혼합물의 장기 내구성을 월등히 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예는 중온 아스팔트 혼합물에 이용되며, 다이아민과 지방산을 반응시켜 형성된 변성 아미드 왁스를 포함하는 중온 첨가제에 관한 것이다.
일 실시예에서, 변성 아미드 왁스 합성에 이용될 수 있는 다이아민의 예는 디아미노메탄(diaminomethane), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 1,3-디아미노프로판(1,3-diaminopropane, 프로판-1,3-디아민(propane-1,3-diamine)), 푸트레신(putrescine, 부탄-1,4-디아민(butane-1,4-diamine)), 카다베린(cadaverine, 펜탄-1,5-디아민(pentane-1,5-diamine)), 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine, 헥산-1,6-디아민(hexane-1,6-diamine)), 트리메틸헥사메틸렌디아민( trimethylhexamethylenediamine) 및 그 조합으로 이루어진 군으로터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 변성 아미드 왁스에 이용될 수 있는 지방산의 예는 팔미틱산, 리놀렌산, 미리트산 및 스테아린산을 포함하는 지방산으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 변성 아미드 왁스에 이용되는 다이아민과 지방산을 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비로 반응시킬 수 있다.
하기 반응식에 다이아민과 지방산의 반응에 의한 변성 아미드 왁스 생성의 예를 나타낸다. 하기 반응식에서 다이아민과 지방산의 비율(n)은 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비이다.
Figure 112019095903583-pat00001
본원발명에 있어서, 변성 아미드 왁스 합성시 다이아민과 지방산의 당량비를 특정 범위로 설정하는 것은, 다이아민과 지방산의 비율을 조정함으로써 합성되는 변성 아미드 왁스의 순도를 조절하여 용융 온도를 제어하기 위한 것이다. 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 일반적인 아미드계 왁스는 용융 온도가 높기 때문에, 중온에서의 아스팔트 혼합물의 제조 및 다짐 공정에 영향을 미쳐 중온 아스팔트 혼합물 제조가 어려워진다. 본 실시예에 있어서는 이와 같이 일반적으로 아미드계 왁스의 용융 온도가 높은 것을 고려하여, 변성 아미드 제조시 다이아민과 지방산의 비율을 특정하게 조정함으로써, 합성되는 변성 아미드 왁스를 순도를 조절하여 용융 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 변성 아미드 왁스는 통상적인 아미드 왁스와 달리 건식형 개질 순환 중온 아스팔트 혼합물용 개질 첨가제에 포함되어, 중온에서의 아스팔트 혼합물 제조 및 다짐을 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에서, 변성 아미드 왁스는 100~125℃, 바람직하게 100~120℃의 용융 온도를 가질 수 있다. 변성 아미드 왁스의 용융 온도가 100℃ 미만인 경우에는 아스팔트의 공용 등급을 낮추어 물성이 저하되며, 125℃를 초과하는 경우에는 중온에서의 아스팔트 혼합물 제조 및 다짐에 영향을 미치게 되어 중온 아스팔트 혼합물 제조가 어려워진다. 변성 아미드 왁스의 용융 온도 제어는 전술한 바와 같이 다이아민과 지방산의 당량비를 특정 범위로 조정함으로써 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 아스팔트와 골재의 계면에서의 접착력을 강화시키기 위하여, 상기 반응시 미반응 아민을 암모늄염으로 처리할 수 있다. 미반응 아민이 암모늄염으로 처리된 예를 하기에 나타낸다.
Figure 112019095903583-pat00002
상기 식에서, X-는 Br-, Cl- 등을 나타내며, R은 2~18개의 탄소수를 갖는 알킬기(CnH2n-1)를 나타낸다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 중온 첨가제는 액상형 고무를 더 포함할 수 있다. 액상형 고무는, 아스팔트와 골재의 계면에서의 접착력 강화, 점도 저하에 의한 중온 성능 및 저온 물성을 강화시키는 역할을 할 수 있다.
액상형 고무로는, 아스팔트와의 상용성을 고려하여, 점도가 15,000~40,000 cp이며, 나이트릴 함량이 25~35 중량%인 액상형 나이트릴 부타디엔 고무를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 중온 첨가제에 포함되는 액상형 고무의 함량은 중온 첨가제 총 중량을 기준으로 5~10 중량%일 수 있다. 액상형 고무의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 아스팔트와 골재의 계면에서의 접착력 강화, 중온 성능 및 저온 물성 강화 효과를 기대하기 어렵고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 오히려 고온 물성에 영향을 미칠 수 있다.
이와 같은 본 발명의 중온 첨가제에 따르면, 중온 기술 및 수분민감성 기술을 동시에 구현할 수 있다. 즉, 아스팔트 혼합물의 최적 점도가 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도에서 발현되고, 최적 다짐밀도가 가열아스팔트 포장보다 낮은 온도에서 발현되도록 점도를 하강시키는 중온 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 아스팔트 혼합물 제조 및 시공 온도를 종래 공법에 비하여 20 ~ 40℃ 정도 낮출 수 있어, 유해가스 및 유증기 배출을 최소화할 수 있다. 또한, 종래 중온화 첨가제의 문제점인 수분 민감성을 현저히 개선하여, 아스팔트와 골재의 탈리에 의한 포장 파손을 방지함으로써 아스팔트 혼합물의 장기 내구성을 월등히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 다이아민과 지방산을 변성 아미드 왁스를 형성하는 단계를 포함하는 중온 첨가제의 제조 방법에 관한 것이다.
일 실시예에서, 변성 아미드 왁스 제조에 이용되는 다이아민과 지방산을 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비로 반응시킬 수 있다.
다이아민과 지방산의 반응 조건은 상기 특정된 당량비 조건이 충족되는 한 제한되지 않으며, 당해 기술분야에 공지된 방법 및 조건을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 실시예에 따른 중온 첨가제; 아스팔트 바인더; 및 골재를 포함하는 중온 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.
중온 아스팔트 혼합물 중 중온 첨가제는 중온 아스팔트 혼합물 총 중량으로 기준으로 0.015~0.2중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
또는, 중온 아스팔트 혼합물에 포함된, 아스팔트와 중온 첨가제의 총 중량만을 기준으로 하면, 중온 첨가제의 함량은 0.3 내지 4.0중량%, 바람직하게 0.5 내지 3중량%일 수 있다. 중온 첨가제의 함량이 아스팔트와 중온 첨가제의 총 중량을 기준으로 0.3중량% 미만인 경우에는 중온 효과를 발휘할 수 없으며, 4.0중량%를 초과하는 경우에는 아스팔트에 저온 물성이 저하하게 된다.
일 실시예에서, 중온 아스팔트 혼합물 중 골재는 92~97중량%, 아스팔트는 3~7중량% 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 아스팔트 혼합물 제조에 있어서 경제성 및 성능 개선을 위하여, 중온 아스팔트 혼합물은 고분자 개질제, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 소석회, 플라이 애쉬, 무기물, 박리방지제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 실시예에 따른 제조 방법에 의해 중온 첨가제를 제조하는 단계; 및 상기 중온 첨가제를 아스팔트 및 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함하는 중온 아스팔트 혼합물의 제조 방법에 관한 것이다.
용융 혼합은 약 110 ~ 130℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
하기 재료를 사용하여 중온 첨가제를 제조하고, 그 성능을 확인하기 위하여 하기 평가를 실시하였다. 평가는 국토교통부의 아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침을 기준으로 하였다.
- 사용한 재료
왁스 1: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:1.5의 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 114℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 2: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:4.0의 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 113℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 3: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:6.5의 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 92℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 4: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:1.9의 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 135℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 5: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:2.3의 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 132℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 6: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:1.5의 당량비로 반응시켜 제조한 왁스 1에서 미반응 아민을 암모늄염으로 개질하여 얻어진 용융 온도가 119℃인 변성 아미드 왁스계 중온 첨가제
왁스 7: 용융 온도 118℃이며, 135℃ 점도가 300cps인 폴리에틸렌 왁스계 중온 첨가제
왁스 8: 프로판-1,3-디아민과 팔미틱산을 1:4.0 당량비로 반응시켜 제조한 용융 온도가 113℃인 변성 아미드에 점도가 25,000 Cp이고, 나이트릴 함량이 29 중량%인 액상형 나이트릴 부타디엔 고무가 7 중량% 포함된 중온 첨가제
아스팔트(AP5): 연화점이 50℃이며, PG 64-22인 도로 포장에 사용하는 AP5급 아스팔트
- 평가 방법
(1) 바인더 평가
1) 용해 시간 평가: 중온 첨가제 2중량%, 4중량%를 120℃, 130℃로 가열된 투명한 실리콘 오일에 투입한 후, 일반 교반 장치를 이용하여 2000rpm으로 교반하여 5분 이내에 용해가 되는지 여부를 육안 관찰하였다. 5분 이내 용해가 완료된 경우에는 합격, 미용해 성분이 있는 경우 불합격으로 판정하였다.
2) 공용성 등급 평가: 130℃로 가열된 아스팔트에 중온 첨가제를 첨가하고 용융 혼합한 후, 샘플을 채취하여 공용성 등급(PG: Performance Grade) 평가를 수행하였다. 평가를 통하여 PG 64-22가 나오는지 여부를 확인하였다.
(2) 아스팔트 혼합물 평가
바인더 평가를 통하여 선정한 중온 첨가제를 사용하여 WC3 기준으로 골재를 선정 배합하고, 130℃에서 혼합물을 제조한 후, 115℃에서 다짐을 하여 공시체를 제작하여 성능을 평가하였다. 수분 민감성을 비교 평가하기 위하여 별도의 액상형 박리방지제 및 소석회는 사용하지 않았다.
- 평가 결과
(1) 바인더 평가 결과
1) 용해 시간 평가 결과
전술한 평가 방법을 통하여, 국토교통부의 아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침에 따라 배합 설계시 표준 혼합온도에서의 용해 시간을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
온도 및 사용량 왁스 1 왁스 2 왁스 3 왁스 4 왁스 5 왁스 6 왁스 7 왁스 8
120℃, 2중량% 합격 합격 합격 불합격 불합격 합격 합격 합격
130℃, 2중량% 합격 합격 합격 불합격 불합격 합격 합격 합격
120℃, 4중량% 합격 합격 합격 불합격 불합격 합격 합격 합격
130℃, 4중량% 합격 합격 합격 불합격 불합격 합격 합격 합격
표 1에 나타내어진 바와 같이, 본 발명의 범위에 포함되는 왁스 1, 왁스 2, 왁스 3, 왁스 6은 용해 시간 측면에서 모두 합격되었으나, 본 발명의 범위에 포함되지 않는 왁스 4 및 왁스 5는 용융 온도가 높아 용해 시간 측면에서 불합격되었다.
2) 공용성 등급 평가 결과
전술한 평가 방법에 따라 바인더 성능 중 공용성 등급을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 3에 나타낸다.
조성(중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
AP5 99 98 97 98 98 98
왁스 1 1.0 2.0 3.0
왁스 2 2.0
왁스 6 2.0
왁스 8 2.0
합계 100 100 100 100 100 100
평가
135℃ 점도(cps) 400 385 360 380 405 340
RTFO 전 DSR
G*/sinδ at 64℃		 1.32 1.53 1.62 1.50 1.40 1.48
RTFO 후 DSR
G*/sinδ at ℃		 2.54 2.62 2.98 2.55 2.58 2.51
m-value
at -12℃		 0.328 0.320 0.317 0.320 0.321 0.331
PG 등급 판정 PG 64-22 PG 64-22 PG 64-22 PG 64-22 PG 64-22 PG 64-22
조성(중량%) 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
AP5 100 95.8 99 98 98
왁스 1 4.2
왁스 3 1.0 2.0
왁스 7 2.0
합계 100 100 100 100 100
평가
135℃ 점도(cps) 465 330 385 355 386
RTFO 전 DSR
G*/sinδ at 64℃		 1.15 2.01 0.99 0.92 1.31
RTFO 후 DSR
G*/sinδ at ℃		 2.28 3.64 1.98 1.90 2.41
m-value
at -12℃		 0.329 0.291 0.322 0.321 0.312
PG 등급 판정 PG 64-22 PG 64-18 PG 58-22 PG 58-22 PG 64-22
표 2 및 3에 나타내어진 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 AP5 단독으로 사용한 비교예 1과 비교하여 점도 저하 효과 및 PG 64-22 공용성 등급을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 비교예 2의 평가 결과, 중온 첨가제가 과량 투입되면 저온 등급이 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 비교예 3 및 4의 평가 결과, 연화점이 낮은 첨가제를 사용하였을 때, PG 고온 등급이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 5는 폴리에틸렌 왁스계 중온 첨가제를 사용하여 후술되는 혼합물 평가를 위하여 평가된 것으로, 본 발명의 수분 민감성 및 중온 효과를 확인하기 위하여 PG 64-22 등급이 나오는지 여부를 평가하였다.
(2) 혼합물 평가 결과
하기 표 4에 나타내어진 조성에 따라 혼합물을 제조하였으며, 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침에 따라 혼합물 WC-3 기준으로 평가를 실시하였다. 중온 첨가제의 함량은 아스팔트와 중온 첨가제의 총 중량을 기준으로 2중량%로 고정되었다. 비교예 8에만 수분 민감성 효과를 확인하기 위하여 액상형 박리방지제를 0.5 중량부 사용하였으며, 그 외 소석회나 액상형 방지제는 사용하지 않았다. 아스팔트 혼합물 표층용(WC-3) 기준으로 골재를 선정 배합하고, 130℃에서 혼합물을 제조한 후, 115℃에서 다짐을 하여 공시체를 제작하여 성능을 평가하였다. 다만, 중온 첨가제가 포함되지 않은 비교예 6의 경우, 160℃에서 혼합물을 제조한 후, 145℃에서 다짐을 하여 공시체를 제작하였다. 혼합물 평가 결과를 하기 표 5 및 6에 나타낸다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 6 비교예 7 비교예 8
AP5(wt%) 98 98 98 98 100 98 98
왁스 1(wt%) 2.0
왁스 2((wt%) 2.0
왁스 6(wt%) 2.0
왁스 7(wt%) 2.0 2.0
왁스 8(wt%) 2.0
합계 100 100 100 100 100 100 100
박리방지제(phr) 0.5
시험항목 단위 기준값 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
안정도 N 7,500 이상 9,700 10,000 9,800 9,900
흐름값 1/100㎝ 20~40 33 35 28 35
공극율 % 3~6 4.2 4.3 4.0 4.5
포화도 % 65~80 72.3 71.7 73.2 73.9
간극율 % 14.0 이상 15.2 15.2 15.0 15.1
TSR - 0.80 이상 0.82 0.83 0.86 0.89
간접인장강도 N/㎟ 0.80 이상 1.02 0.99 1.12 1.31
터프니스 Nm 8,000 이상 9,600 9,300 10,100 10,500
동적안정도 회/㎜ 750 이상 956 986 1,056 1.025
시험항목 단위 기준값 비교예 6 비교예 7 비교예 8
안정도 N 7,500 이상 11,000 8,500 8,900
흐름값 1/100㎝ 20~40 35 38 29
공극율 % 3~6 4.3 4.6 3.9
포화도 % 65~80 71.8 70.4 73.7
간극율 % 14.0 이상 15.3 15.5 14.8
TSR - 0.80 이상 0.78 0.70 0.80
간접인장강도 N/㎟ 0.80 이상 0.93 0.82 1.13
터프니스 Nm 8,000 이상 10,100 8,900 9,900
동적안정도 회/㎜ 750 이상 856 762 998
표 5 및 6에 나타내어진 바와 같이, 실시예 7 내지 10의 경우, 중온 조건에서 혼합물 제조 및 다짐을 하였음에도, 혼합물에 대한 평가 결과가 관련 규격의 규정된 기준값 이상을 보였으며, 일반 가열 아스팔트 혼합물인 비교예 6과 비교하여 동등 이상인 것을 확인할 수 있었다. 비교예 6에는 박리방지제가 포함되지 않아 TSR 값이 0.76으로 나왔으며, 비교예 7, 8의 경우 중온 첨가제로 폴리에틸렌계 왁스를 사용하였는데, 박리방지제 사용 유무에 따라 박리방지성 판단 기준이 TSR 값에 차이가 많이 나는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 바인더 및 혼합물 평가 결과로부터, 본 발명에 따른 중온 첨가제가 중온 효과 및 박리방지성 측면에서 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (16)

  1. 중온 아스팔트 혼합물에 이용되며, 다이아민과 지방산을 반응시켜 형성된 용융 온도가 125℃ 이하인 변성 아미드 왁스를 포함하고,
    상기 변성 아미드 왁스는, 다이아민과 지방산을 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비로 반응시켜 형성되며, 다이아민과 지방산의 당량비 조절에 의해 변성 아미드 왁스의 순도가 조절되어 용융 온도가 높아지는 것이 방지된
    중온 첨가제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변성 아미드 왁스는 100~120℃의 용융 온도를 갖는
    중온 첨가제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이아민은 디아미노메탄(diaminomethane), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 1,3-디아미노프로판(1,3-diaminopropane, 프로판-1,3-디아민(propane-1,3-diamine)), 푸트레신(putrescine, 부탄-1,4-디아민(butane-1,4-diamine)), 카다베린(cadaverine, 펜탄-1,5-디아민(pentane-1,5-diamine)), 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine, 헥산-1,6-디아민(hexane-1,6-diamine)), 트리메틸헥사메틸렌디아민( trimethylhexamethylenediamine) 및 그 조합으로 이루어진 군으로터 선택되는 1종 이상이며,
    상기 지방산은 팔미틱산, 리놀렌산, 미리트산 및 스테아린산을 포함하는 지방산으로부터 선택되는 1종 이상인
    중온 첨가제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응시 미반응 아민을 암모늄염으로 처리하여 아스팔트와 골재의 계면에서의 접착력을 강화시킨
    중온 첨가제.
  5. 제1항에 있어서,
    중온 첨가제 총 중량을 기준으로, 5~10 중량%의 액상형 고무를 더 포함하는
    중온 첨가제.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액상형 고무는 점도가 15,000~40,000 cp이며, 나이트릴 함량이 25~35 중량%인 액상형 나이트릴 부타디엔 고무를 포함하는
    중온 첨가제.
  7. 다이아민과 지방산을 반응시켜 변성 아미드 왁스를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 변성 아미드 왁스는, 다이아민과 지방산을 1:1.4 ~ 1:1.7 또는 1:3 ~ 1:6의 당량비로 반응시켜 다이아민과 지방산의 당량비 조절에 의해 변성 아미드 왁스의 순도가 조절되어 용융 온도가 높아지는 것이 방지되며, 100~125℃의 용융 온도를 갖는
    중온 첨가제의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다이아민은 디아미노메탄(diaminomethane), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 1,3-디아미노프로판(1,3-diaminopropane, 프로판-1,3-디아민(propane-1,3-diamine)), 푸트레신(putrescine, 부탄-1,4-디아민(butane-1,4-diamine)), 카다베린(cadaverine, 펜탄-1,5-디아민(pentane-1,5-diamine)), 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine, 헥산-1,6-디아민(hexane-1,6-diamine)), 트리메틸헥사메틸렌디아민( trimethylhexamethylenediamine) 및 그 조합으로 이루어진 군으로터 선택되는 1종 이상이며,
    상기 지방산은 팔미틱산, 리놀렌산, 미리트산 및 스테아린산을 포함하는 지방산으로부터 선택되는 1종 이상인
    중온 첨가제의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    아스팔트와 골재의 계면에서의 접착력을 강화시키기 위하여, 상기 반응시 미반응 아민을 암모늄염으로 처리하는 것을 더 포함하는
    중온 첨가제의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    중온 첨가제 총 중량을 기준으로, 5~10 중량%의 액상형 고무를 상기 변성 아미드 왁스에 혼합하는 단계를 더 포함하는
    중온 첨가제의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액상형 고무는 점도가 15,000~40,000 cp이며, 나이트릴 함량이 25~35 중량%인 액상형 나이트릴 부타디엔 고무를 포함하는
    중온 첨가제의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 중온 첨가제;
    아스팔트 바인더; 및
    골재를 포함하는
    중온 아스팔트 혼합물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중온 첨가제는 중온 아스팔트 혼합물 총 중량으로 기준으로 0.015~0.2중량%의 함량으로 포함되는
    중온 아스팔트 혼합물.
  14. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 중온 첨가제를 제조하는 단계; 및
    상기 중온 첨가제를 아스팔트 및 골재와 용융 혼합하는 단계를 포함하는
    중온 아스팔트 혼합물의 제조 방법.





  15. 삭제
  16. 삭제
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