KR102095971B1 - 고탄성고무 첨가 구스아스팔트 혼합물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아스팔트, 고탄성 고무, 골재 및 중온첨가제를 포함하는 고탄성 고무첨가 구스아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

Description

고탄성고무 첨가 구스아스팔트 혼합물{High elasticity rubber added guss asphalt mixture}

본 발명은 골재입도 등에 의해 소성변형 저항성을 증대시키고, 고탄성 고무가 혼입되어 균열저항성을 증대시키며, 바인더 함량을 증대시켜 수밀성 등 물성을 증대시킬 수 있는 장점이 있고, 시공온도를 낮추어 생산 및 시공효율을 극대화하고 고온에서 발생되는 열변형 등의 문제점을 제어할 수 있는 구스아스팔트 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 도로포장에 균열, 포트홀, 골재의 박리 등을 일으켜 수명을 저하시킨다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 종래의 가열아스팔트 혼합물 대신에 불투수성, 내구성, 내마모성, 내충격성, 가요성 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, 포설면적에 따라 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 혼합물은 220℃ 이상의 고온상태로 시공되기 때문에 강바닥판의 열변형 및 열응력이 발생하여 시공 완료 후에도 잔류변형으로 인한 잔류응력이 남아 강바닥판 교량의 품질에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

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

대한민국 특허등록 제266157호

본 발명은 종래 구스아스팔트 혼합물의 단점을 개선하여 소성변형 저항성을 증대시키고, 시공온도를 낮추어 생산 및 시공효율을 극대화하고 고온에서 발생되는 열변형 등의 문제점을 제어할 수 있음은 물론 균열저항성을 증대시키는 등 물성을 향상시킨 구스아스팔트 혼합물을 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 고탄성 고무첨가 구스아스팔트 혼합물(이하 "본 발명의 혼합물"이라함)은 아스팔트, 고탄성 고무, 골재 및 중온첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 골재는 갭입도 또는 SMA입도인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 아스팔트는 BRA(Buton Rock Asphalt) 혹은 TLA(Trinidad Lake Asphalt)인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 고탄성 고무는 천연고무 또는 부타디엔고무인 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 갭입도 또는 SMA입도를 적용함으로써 구스아스팔트에서 취약했던 소성변형 저항성을 증대시키는 장점이 있고, 고탄성 고무가 혼입되어 기존 구스아스팔트보다 우수한 균열저항성의 장점이 있으며, 기존 구스아스팔트에 필러의 함량을 줄이면서 바인더 함량을 증대시켜 수밀성 등 물성을 증대시킬 수 있는 장점이 있고, 기존 구스아스팔트보다 시공 온도를 20℃ 정도 낮추어 생산 및 시공효율을 극대화하고 기존에 고온에 따른 바닥판의 열변형 등의 문제점을 제어할 수 있는 장점이 있다.

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 아스팔트, 고탄성 고무, 골재 및 중온첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉 아스팔트, 고탄성 고무, 중온첨가제를 포함하는 개질 아스팔트 바인더와 골재 등이 포함되는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 기존 구스아스팔트에 고탄성 고무가 혼입되어 기존 구스아스팔트보다 우수한 균열저항성의 장점이 있으며, 기존 구스아스팔트에 필러의 함량을 줄이면서 바인더 함량을 증대시켜 수밀성 등 물성을 증대시킬 수 있도록 하고, 기존 구스아스팔트보다 시공 온도를 20℃ 정도 낮추어 생산 및 시공효율을 극대화 시킴에 특징이 있다.

또한, 본 발명의 혼합물은 고탄성 고무로서 천연고무 또는 부타디엔고무가 첨가되도록 하여 필러의 양을 줄이고 아스팔트 바인더의 함량을 높게 가져갈 수 있어 저온에서 연성변형을 증가시키고, 인장접착강도, 변형률 등을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

즉 본 발명의 혼합물은 필러의 함량을 적게 가져갈 수 있어 입경이 작고 비중이 작은 필러의 정량투입이 용이하지 않음을 해결하고 필러의 과소 및 과다 투입에 따른 유동저항성, 마모저항성, 동적안정도, 균열안정성 등에 대한 품질저하를 방지할 수 있도록 하는 것이며, 기존의 경우처럼 필러, 아스팔트 바인더 및 골재를 믹서에서 배합함에 따라 발생되는 비산을 필러의 줄어든 함량만큼 방지할 수 있게 되는 것이다.

바람직하게 상기 개질 아스팔트 바인더는, 아스팔트 100중량부에 대해 고탄성고무 3 내지 8중량부, 중온첨가제 0.5 내지 1중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 아스팔트는 BRA(Buton Rock Asphalt) 혹은 TLA(Trinidad Lake Asphalt)인 것을 특징으로 한다. BRA(Buton Rock Asphalt) 혹은 TLA(Trinidad Lake Asphalt)는 일반 아스팔트보다 휨강성계수가 낮아 강바닥판 등에 적용되는 경우 강바닥판의 거동에 종속되어 접합면의 들뜸 등의 문제가 제어되는 것이다.

상기 고탄성 고무는 천연고무 또는 부타디엔고무인 것을 특징으로 하는 바, 이와 같이 고탄성 고무가 첨가됨에 의해 일반 구스아스팔트에 비해 고온에서 높은 점도와 저온에서 낮은 강성을 갖게 되는데, 고온에서 높은 점도 유지는 교통하중에 의해 발생되는 높은 응력과 변형에 대해 저항하는 힘이 커서 소성변형의 발생을 억제하며, 저온에서 낮은 강성은 온도균열에 대한 저항성을 크게 한다. 또한, 고탄성 고무를 혼입하고 필러의 양을 줄이고 바인더의 함량을 높여 교면바닥판 또는 하부 포장과의 부착성능을 향상시킨다.

한편 본 발명의 혼합물에 포함되는 고탄성 고무의 경우 극저온환경(영하 20℃ 미만)에서는 다소 탄성력이 저하되어 상기에서 언급한 바와 같이 저온에서 균열저항성이 다소 저하될 수 있는 문제가 있을 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기 고탄성고무로 천연고무가 사용되도록 하되, 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.

상기 중온첨가제(WAX 등)의 첨가에 의해 아스팔트 포장의 시공온도를 약 20℃이하로 낮추어 생산효율과 시공효율을 높인다. 또한 상기에서 언급한 바와 같이 기존 구스아스팔트는 220℃이상의 고온상태로 시공되기 때문에 강바닥판의 열변형 및 열응력이 발생하여 시공 완료 후에도 잔류변형으로 인한 잔류응력이 남아 강상판 교량의 품질에 악영향을 미치는 요인이 될 수 있는데 이러한 문제점을 해결토록 하는 것이다.

한편 상기에서 언급한 바와 같이 일반적인 구스아스팔트에 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 수도 있다.

이에 본 발명에서는 상기 골재 입도는 갭입도 또는 SMA입도인 것을 특징으로 하는데, 이렇게 골재 입도를 갭입도 또는 SMA입도로 하고 골재의 공극을 아스팔트 바인더로 채움으로써 소성변형, 균열발생, 탈리현상 등에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

상기 SMA(Stone Mastic Asphalt) 입도는 내유동성, 내구성을 배가시키도록 하는 것으로 골재의 입도 특성을 최적 맞물림 상태로 하는 것이며, KS F 2575(편장석 함유량 시험방법)에 따라 선별된 2등급 골재(편장석 함유율이 20% 이하) 이상의 굵은골재를 70% 이상 사용하는 것이다. 이와 같이 굵은 골재의 함량이 높은 입도를 가져가면서 골재간 공극에 아스팔트 바인더가 충진되도록 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.

Claims (7)

1. 아스팔트, 고탄성 고무, 골재 및 중온첨가제를 포함하되,
   상기 고탄성 고무는 저온에서 탄성유지성을 높이고, 타 조성과의 부착력을 향상시키기 위해 라텍스를 발포시켜 형성되는 다공성 천연고무를 사용하며,
   균일한 균열저항성을 위해 상기 천연고무는 수축저감제 및 탄산염이 포함된 용액에 함침시킨 후 건조시켜 천연고무의 다공에 수축저감제 및 탄산염이 담지된 것을 특징으로 하는 고탄성 고무첨가 구스아스팔트 혼합물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 골재 입도는 갭입도 또는 SMA입도인 것을 특징으로 하는 고탄성 고무첨가 구스아스팔트 혼합물.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 아스팔트는 BRA(Buton Rock Asphalt) 혹은 TLA(Trinidad Lake Asphalt)인 것을 특징으로 하는 고탄성 고무첨가 구스아스팔트 혼합물.
   
   
   
   
   
   
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