KR102127999B1 - 고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공 방법 - Google Patents

고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 고강성 아스팔트 개질제, 이를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공방법을 제공한다. 특히, 아스팔트 개질제에 에폭시 성분이 포함되지 않으면서 기계적 활성화(Mechanical Activation) 처리 된 폐타이어 고무분말, 천연 아스팔트 수지 등이 포함된 고강성 아스팔트 개질제를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 개질제로 사용하는 경우, 우수한 물성과 방수 기능을 나타내고, 환경 조건에 관계 없이 용이한 시공이 가능하며, 시공 단계를 감축시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공 방법{Asphalt concrete compound containing of high strength asphalt modifier composition and a method using the same}
본 발명은 고강성 아스팔트 개질제, 이를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 아스팔트 콘크리트용 개질제로써, 에폭시가 포함되지 않고, 기계적 활성화(Mechanical Activation) 처리된 폐타이어 고무분말, 천연 아스팔트 수지 등을 포함함으로써 우수한 물성과 방수 기능을 나타내고, 환경 조건에 관계없이 용이한 시공이 가능하며, 시공 단계를 감축시킬 수 있는, 고강성 아스팔트 개질제, 이를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공방법에 관한 것에 관한 것이다.
교량은 하천, 해협, 계곡, 골짜기 등 통로의 기능을 저해하는 지역을 가로질러 설치된 토목 구조물로, 차량의 운행에 의한 하중, 풍 하중 등이 지속적으로 인가되기 때문에, 교량의 상면인 교면에는 일반적인 지반 위에 형성되는 포장에 비하여 우수한 강도와 내구성을 갖는 포장 재료를 이용하여 교면 포장이 이루어진다.
일반적으로 방수기능을 포함하는 교면 포장에는 아스팔트 콘크리트를 이용한 포장 공법이 사용되는데, 이때 개질제로써 에폭시 성분을 포함하는 아스팔트 콘크리트 혼합물이 주로 사용되고 있으며, 에폭시 성분을 포함함으로써 강성이 증가하여 포장의 두께를 줄일 수 있으므로 하중이 경감되어 보다 안정적이고 내구성이 뛰어난 구조물을 확보할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 액상 에폭시는 온도에 민감하기 때문에 핸들링이 쉽지 않고, 계절과 같은 환경적 요인이 변화함에 따라 포장의 물성이 변화하는 문제가 있으며, 현장에서 액상 에폭시를 투입하기 위한 별도의 투입 공정이 필요하기 때문에 시공 시간이 증가하고 이에 따른 교통 장애 유발 기간이 길어지는 문제점이 있다.
이런 문제를 해소하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-1487755호에서는 액상 에폭시 대신 고형 에폭시를 적용하였으나, 고형 에폭시를 적용하는 경우 충분한 강성 증가 효과를 얻기 곤란하다.
또한, 액상 에폭시, 고형 에폭시 모두 비스페놀 A와 같은 환경호르몬을 방출하는 문제가 있으며, 시공 후 바닥면으로부터 빈번히 탈리되는 문제가 있으므로, 에폭시 성분을 대체할 수 있는 우수한 강성, 접착력 및 내구성을 갖는 새로운 개질제의 개발이 요구되고 있다.
한편, 일반적인 아스팔트 콘크리트는 투수성을 갖기 때문에 교면 포장에 사용되는 경우에는 교량 바닥판의 철근 콘크리트를 보호하기 위하여 교면 포장에 앞서 방수층이 시공되어야 하므로, 시공이 쉽지 않고, 시공 단계가 복잡하며, 시공 기간이 길어지는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 아스팔트 콘크리트는 가요성 포장재료로서 소성변형, 노화, 박리 등의 문제에 취약하므로, 장기적으로 안정적인 주행성을 확보하기 위하여 일정 기간마다 절삭한 뒤 재포장이 이루어져야 하기 때문에 교량 유지 관리비가 증가하고, 이러한 재포장 작업이 수행될 때마다 교통 장애가 유발되는 문제가 있다. 또한, 아스팔트 절삭시 방수층이 파손될 수도 있으며, 이에 의해 염화물 이온이 교량 바닥판에 침투하여 철근을 부식시켜 교량의 내구성을 저하시킬 수 있다.
따라서, 도로나 교면과 같은 포장면에 적용할 수 있는 고내구성, 고방수성의 포장재 및 시공방법이 필요하다.
등록특허 제10-1487755호(2015.01.23. 등록)
본 발명에서는 아스팔트 콘크리트용 개질제로써 에폭시 성분이 포함되지 않고, 기계적 활성화(Mechanical Activation) 처리된 폐타이어 고무분말, 천연 아스팔트 수지 등을 포함한 첨가제가 사용됨으로써 우수한 물성과 방수 기능을 나타내고, 환경 조건에 관계없이 용이한 시공이 가능하며, 시공 단계를 감축 시킬 수 있는, 고강성 아스팔트 개질제, 이를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 천연 아스팔트 수지 35~58 중량%, 폐타이어 분말 17~27 중량%, C9 수지 10~22 중량% 및 고무분말 5~16 중량%를 포함하는, 고강성 아스팔트 개질제에 관한 것이다.
이때, 상기 천연 아스팔트 수지는, 레이크 아스팔트, 록 아스팔트, 샌드 아스팔트 및 아스팔타이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐타이어 분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고무;와 카본블랙을 포함할 수 있으며, 상기 고무와 카본블랙은 1:1.5~2.8의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 고무분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 상기 고강성 아스팔트 콘크리트용 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 굵은골재 20~45 중량%, 잔골재 48~78 중량% 및 채움재 1~8 중량%를 포함하는 골재 84~95 중량%; 아스팔트 바인더 2~10 중량%; 및 상술한 고강성 아스팔트 개질제 1~6 중량%;를 포함하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는, 상술한 고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시공방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 시공하고자 하는 대상면의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 이물질이 제거된 대상면에 골재, 아스팔트 바인더 및 상술한 고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 타설하는 포장 단계; 및 타설된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 양생하는 양생 단계;를 포함하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시공방법에 관한 것이다.
이때, 상기 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 120~180 ℃의 온도에서 골재를 가열하는 골재 가열 단계; 및 가열된 골재와 아스팔트 바인더 및 고강성 아스팔트 개질제를 혼합하는 혼합 단계;를 통해 제조될 수 있다.
또한, 상기 고강성 아스팔트 개질제는, 천연 아스팔트 수지, 폐타이어 분말, C9 수지 및 고무분말을 가열 혼합한 뒤 냉각하여 펠렛 형태로 제조된 펠렛형 개질제일 수 있다.
본 발명의 고강성 아스팔트 개질제는, 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함됨으로써 우수한 물성, 접착력 및 방수 기능을 갖는 포장층을 형성할 수 있으므로, 별도의 방수층이나 프라이머층이 요구되지 않아, 전체적인 포장층의 두께가 감소되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 폐타이어 분말을 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은 에폭시 성분을 전혀 포함하지 않아 환경 조건에 관계 없이 용이한 시공이 가능하고, 시공 시간을 단축시킬 수 있으며, 비스페놀 A와 같은 환경 호르몬이 방출되지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 폐타이어 분말의 SEM 사진을 도시한 것이다.
도 2는 기존에 사용되던 고무 분말의 SEM 사진을 도시한 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
본 발명은, 앞서 설명한 바와 같이 방수성, 강성, 내구성이 우수한 고강성 아스팔트 개질제, 이를 포함한 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예는 고강성 아스팔트 개질제에 관한 것으로서, 상기 고강성 아스팔트 개질제는, 아스팔트 바인더의 접착력, 방수력, 강성 등과 같은 물성을 변화시켜 포장재의 성능을 향상시키기 위해 첨가되는 것이다.
고강성 아스팔트 개질제는 천연 아스팔트 수지 35~58 중량%, 폐타이어 분말 17~27 중량%, C9 수지 10~22 중량% 및 고무분말 5~16 중량%를 포함한 혼합물의 형태일 수 있다.
이 중, 상기 천연 아스팔트 수지는, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 강성을 높이는 동시에 연화점을 높임으로써 기온이 높은 여름철에 온도에 대한 포장재의 저항성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.
천연 아스팔트 수지는 아스팔트 콘크리트용 개질재 중 35~58 중량%로 사용되는 것이 바람직한데, 35 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 충분한 강성 확보와 연화점 상승 효과를 얻기 곤란하고, 58 중량%를 초과하는 경우에는 강성이 과도하게 높아져 균열 발생 가능성을 높일 수 있기 ‹š문에, 상술한 범위 내로 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 천연 아스팔트 수지로, 레이크 아스팔트, 록 아스팔트, 샌드 아스팔트, 아스팔타이트 또는 이 중 적어도 둘 이상을 포함하는 천연 아스팔트 수지가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 불순물이 거의 없는 아스팔트인 아스팔타이트가 사용될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연화점이 115~125 ℃인 아스팔타이트를 사용할 수 있는데, 연화점이 115 ℃보다 낮은 경우에는 여름철 높은 온도에 대한 포장재의 저항성 확보가 충분하지 못하여, 기온에 의한 포장재의 변형 가능성이 높아지고, 125 ℃를 초과하는 경우에는 포장재의 강도가 과도하게 높아져 균열이 쉽게 발생하는 문제가 있으므로, 천연 아스팔트 수지로써 상술한 연화점 온도 범위를 갖는 아스팔타이트를 사용하는 것이 바람직하다.
고강성 아스팔트 개질제에 포함되는 폐타이어 분말은, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 시공하여 형성된 포장재의 저온에서의 탄성을 향상시킴으로써 저온 균열 발생을 억제할 수 있다.
이러한 폐타이어 분말은 전체 고강성 아스팔트 개질제 내에 17~27 중량%로 포함될 수 있으며, 17 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 저온 균열 억제 효과가 미미하고, 27 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 탄성 증가로 인해 포장재의 강성이 저하되어 하중에 의한 소성 변형 등에 취약해지므로, 상술한 함량 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 폐타이어 분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고무;와 카본블랙;을 포함할 수 있다.
바람직하게는 SBR 고무, NR 고무 및 BR 고무가 포함된 혼합 고무와 카본블랙이 혼합된 것일 수 있는데, 이 경우, 카본블랙과 혼합 고무가 1:1.5~2.8의 중량비 범위로 포함된 것일 수 있으며, 카본블랙에 대한 혼합 고무의 함량이 1.5 중량비 미만인 경우에는 폐타이어 분말의 강도가 과도하게 높아져 탄성이 저하되므로, 저온 균열 억제 효과를 얻기 곤란하고, 2.8 중량비를 초과하는 경우에는 카본블랙에 의한 강도, 내마모성 및 가공성 향상 효과를 얻기 곤란하기 때문에, 혼합 고무와 카본불랙이 상술한 범위 내로 혼합된 폐타이어 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
폐타이어 분말의 입경은 30~100 메쉬인 것이 바람직한데, 폐타이어 분말의 입경이 30 메쉬 미만인 경우에는, 폐타이어 분말의 입자가 크고, 입도 분포가 불균일하여, 포장재의 전체 영역에서의 탄성이 불균일하게 형성되어 오히려 포장재의 내구성을 저하시킬 수 있기 때문이며, 100 메쉬 이상일 경우에는, 폐타이어 분말의 고강성 아스팔트 개질제 내에서 혹은 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 내에서의 분산도가 저하되어 마찬가지로 포장재 전체 영역에서 균일한 탄성도를 얻기 어렵기 때문이다.
이때 사용되는 폐타이어 분말은, 기계적 활성화(Mechanical Activation) 처리를 통해 도 1과 같이 10~60 ㎛의 입자들이 서로 결합하고 있는 형상을 갖는 것으로, 0.35~0.5 g/cm3의 밀도를 가져, 일반적으로 1~2 g/cm3의 밀도를 갖는, 도 2에 도시된 일반 고무 입자와 달리 현저히 높은 비표면적을 갖기 때문에, 아스팔트 바인더, 천연 아스팔트 수지 등과 같은 다른 성분들과의 결합력이 현저히 높아지고, 혼합물 내에서의 분산이 빠르게 이루어질 수 있다.
일반적으로 아스팔트 콘크리트 혼합물 제조 과정 중, 아스팔트와 폐타이어 분말을 혼합할 때 아스팔트와 폐타이어 분말을 혼합하고 180 ℃ 이상의 고온에서 약 45분 동안 교반하는 과정을 통해 아스팔트와 폐타이어 분말을 혼합함으로써 폐타이어 분말의 물성을 발현시켰으나, 본 발명에 사용되는 폐타이어 분말의 경우 비표면적이 크기 때문에 상술한 온도보다 낮은 온도에서 더 짧은 시간 교반 되더라도 동일한 물성이 발현되므로, 시공성이 개선되는 효과가 있다.
한편, 고강성 아스팔트 개질제에 포함되는 C9 수지와 고무분말은 접착성 향상을 위해 첨가되는 것으로서, 각각 고강성 아스팔트 개질제 내에 10~22 중량%, 5~16 중량%로 포함될 수 있다. 이들의 함량이 상기 범위 미만일 경우에는 골재에 대한 다른 성분들의 접착력이 부족하여 골재 탈리나 포장재의 손상이 쉽게 발생하고, 상기 중량 범위를 초과하는 경우에는 다른 성분들의 함량이 상대적으로 감소하여 내구성 및 강도 향상, 저온 균열 억제 효과 등을 얻기 곤란하므로, 상술한 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
여기에 사용되는 C9 수지는, 탄소 9개를 갖는 고분자 수지로, 여기에 포함되는 고분자의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 C9 수지 내의 염소 함량이 10~20 중량% 이내인 것을 사용할 수 있다.
또한, 여기에 사용되는 고무분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고무분말일 수 있으며, 바람직하게는 SBS 고무분말일 수 있다.
한편, 상기 고강성 아스팔트 개질제에는, 골재 외의 다른 성분들이 골재에 충분히 스며들게 함으로써 골재와 다른 성분들간의 결합력을 향상시키기 위한 결합보조제가 추가로 더 포함될 수 있다.
이러한 결합보조제로는, 염화세틸피리디늄, 이노시톨 또는 이 두 물질이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용할 수 있는데, 특히, 상기 결합보조제로써 염화세틸피리디늄과 이노시톨이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하는 경우, 골재와 다른 성분들간의 결합력이 향상되어 높은 강도를 발현시킬 수 있으며, 이노시톨에 포함된 다량의 수산화기가 다른 성분들과 가교결합을 형성하여 포장재의 내구성을 향상시키는 기능을 수행한다.
결합보조제는 전체 고강성 아스팔트 개질제 내에 1.5~3.5 중량%로 포함될 수 있는데, 결합보조제의 함량이 1.5 중량% 미만인 경우에는 상술한 효과를 얻기 곤란하고, 3.5 중량%를 초과하는 경우에는 경도가 과도하게 높아져 하중에 의한 균열 저항성이 저하되므로, 상술한 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 상술한 고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로서, 본 발명의 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 에폭시 성분을 전혀 포함하지 않아 비스페놀 A와 같은 환경 호르몬 방출 문제가 발생하지 않고, 온도나 환경 조건에 관계 없이 균일한 시공성을 갖는 장점이 있다.
이러한 장점을 갖는 본 발명의 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 골재 84~95 중량%, 아스팔트 바인더 2~10 중량% 및 앞서 설명한 고강성 아스팔트 개질제 1~6 중량%을 포함할 수 있다.
상기 골재는, 전체 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 내에 84~95 중량%로 포함되어, 포장재의 기본적인 강도를 발현하기 위한 것으로, 84 중량% 미만으로 포함되면 충분한 강도를 확보하기 어렵고 상대적으로 아스팔트 바인더의 함량이 높아지기 때문에 소성변화에 취약해지는 문제가 있고, 95 중량%를 초과하는 경우에는 골재들간의 결합력이 부족하여 골재 탈리나 표면 크랙 발생 들의 문제가 발생할 수 있기 때문에 상술한 함량 범위 내로 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 골재는, 굵은골재 20~45 중량%, 잔골재 48~78 중량% 및 채움재 1~8 중량%를 포함할 수 있고, 굵은골재와 잔골재는 신골재, 순환골재 또는 신골재와 순환골재의 혼합물일 수 있다.
상기 굵은골재는, 포장재의 기본 뼈대 역할을 수행하는 것으로, 6~25 mm의 입경 분포를 갖는다. 이때, 굵은골재의 평균입경은 10~15 mm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 13 mm일 수 있는데, 이러한 평균입경 범위를 가짐으로써, 포장재로써 사용될 때 포장재의 전체 두께를 얇게 형성하면서도 강도 저하나 방수력 저하와 같은 문제를 방지할 수 있다.
상기 잔골재는, 굵은골재 사이에 위치하여, 골재들간의 지지력을 형성함으로써 포장재의 강도 및 내구성을 향상시키는 기능을 가지며, 채움재와 함께 골재들 사이에 형성된 빈 공간을 메움으로써 방수력을 높이는 역할을 수행한다. 이러한 기능을 더욱 향상시킬 수 있는 잔골재의 바람직한 입경은, 6 mm 이하일 수 있으며, 입경이 작을수록 빈 공간을 더욱 촘촘하게 메울 수 있다.
상기 채움재는, 잔골재와 함께 골재들 사이에 형성된 간극을 메움으로써 강도, 안정성, 방수력 등을 향상시키기 위해 첨가되는 분말로, 채움재로써 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애시, 회수더스트, 주물더스트, 제강더스트 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 석회석분이 사용될 수 있다.
상기 골재에 포함되는 굵은골재와 잔골재 및 채움재의 함량은, 굵은골재 20~45 중량%, 잔골재 48~78 중량% 및 채움재 1~8 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 굵은골재 30~38 중량%, 잔골재 55~65 중량% 및 채움재 1~7 중량%일 수 있는데, 이는 골재로 인한 강도를 충분히 발현하고, 골재간의 간극을 최대한 메워 내구성, 안정성 및 방수력을 가장 높일 수 있는 함량 범위이다.
특히, 굵은골재보다 잔골재의 함량을 높임으로써 이러한 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 잔골재의 함량이 48 중량% 미만인 경우에는 이러한 효과가 떨어지고, 78 중량%를 초과하는 경우에는 오히려 잔골재로 인해 골재간의 간극이 더 넓어져 상술한 효과가 저하되므로, 상술한 함량 범위 내로 골재를 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아스팔트 바인더는 골재와 골재를 결합시키는 결합재로, 전체 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 내에 2~10 중량%로 사용될 수 있는데, 2 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 아스팔트 바인더로 인한 골재간의 충분한 결합력을 확보하기 곤란하고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 아스팔트 바인더로 인해 포장재의 강도가 저하되고 소성변화에 취약해지므로, 상술한 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
아스팔트 바인더로 스트레이트 아스팔트가 사용될 수 있으며, 이때 사용될 수 있는 스트레이트 아스팔트는 침입도 80~100인 AP-3 또는 침입도 60~80인 AP-5일 수 있으나, AP-3을 사용하는 경우에는, 스트레이트 아스팔트의 강성이 부족하여 소성변형에 대한 저항성 확보가 곤란하므로, 상대적으로 침입도가 낮은 AP-5를 사용하는 것이 바람직하다.
고강성 아스팔트 개질제는 전체 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 내에 1~6 중량%로 사용될 수 있으며, 고강성 아스팔트 개질제의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 고강성 아스팔트 개질제에 의한 성능 향상의 정도가 미미하고, 6 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 고강성 아스팔트 개질제 함량에 의해 오히려 소성변형, 균열 등의 문제가 더욱 빈번하게 발생할 수 있으므로, 상술한 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 상술한 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 먼저, 시공하고자 하는 대상면의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 이물질이 제거된 대상면에 앞서 설명한 고강성 아스팔트 개질제를 포함하는 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 타설하는 포장 단계; 및 타설된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 양생하는 양생 단계;를 포함한다.
이때, 상기 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 골재, 아스팔트 바인더 및 앞서 설명한 고강성 아스팔트 개질제를 포함하며, 보다 구체적으로, 골재 84~95 중량%, 아스팔트 바인더 2~10 중량% 및 앞서 설명한 고강성 아스팔트 개질제 1~6 중량%을 포함한다.
상기 고강성 아스팔트 개질제는, 천연 아스팔트 수지 35~58 중량%, 폐타이어 분말 17~27 중량%, C9 수지 10~22 중량% 및 고무분말 5~16 중량%을 포함하며, 선택적으로 결합보조제 1.5~3.5 중량%를 추가로 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은, 120~180 ℃의 온도에서 골재를 가열하는 골재 가열 단계; 및 가열된 골재와 아스팔트 바인더 및 고강성 아스팔트 개질제를 혼합하는 혼합 단계;를 통해 제조될 수 있다. 골재 가열 온도가 120 ℃ 미만인 경우에는 아스팔트 바인더 및 고강성 아스팔트 개질제와 함께 혼합할 때 낮은 온도로 인한 유동성 저하 및 이에 따른 각 성분들의 혼합성이 저하되어 포장재의 내구성이 저하될 수 있기 때문이고, 180 ℃를 초과하는 경우에는 열처리 효율이 떨어져 경제성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 혼합 단계는, 120~180 ℃의 온도에서 골재, 아스팔트 바인더 및 고강성 아스팔트 개질제를 혼합하는 단계로, 앞서 설명한 폐타이어 분말을 사용하기 때문에, 180 ℃ 이상의 고온에서 혼합하지 않고 상대적으로 낮은 온도에서 혼합하더라도 균일하게 혼합되어 물성 발현이 가능하므로, 상술한 온도 범위에서 혼합할 수 있다.
여기에 사용되는 고강성 아스팔트 개질제는, 분말, 펠렛, 과립 형태로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 펠렛 형태로 사용될 수 있다. 이 경우에는 천연 아스팔트 수지, 폐타이어 분말, C9 수지 및 고무분말을 가열 혼합한 뒤 냉각하여 펠렛 형상을 갖도록 성형한 것이 사용될 수 있으며, 펠렛 형태로 제공됨으로써 앞서 설명한 혼합 단계가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
본 발명의 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물이 시공되는 대상면은 인도, 차도, 도로, 교량 등 특별히 제한되지 않으며, 이 중 교량에 시공되는 경우에는 적은 양으로도 우수한 방수 성능을 나타내 교량 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
[ 제조예 ]
고강성 아스팔트 개질제 제조
연화점 120 ℃의 아스팔타이트 4.64 kg, 폐타이어 분말 2.43 kg, C9 수지 1.96 kg, SBS 고무분말 0.71 kg을 혼합하고, 140 ℃에서 컴파운딩하여 지름 0.7 mm의 펠렛 형상으로 제조하였다. 이때 사용된 폐타이어 분말은 30~100 메쉬의 입경을 갖고, SBR 고무, NR 고무 및 BR 고무가 혼합된 혼합 고무와 카본블랙이 2:1의 중량비로 포함된 것을 사용하였다.
상기 폐타이어 분말은 기계적 활성화 처리를 통해 0.35~0.5 g/cm3의 밀도를 갖고, 10~60 ㎛의 입자들이 서로 결합하고 있는 형상을 갖는 특징이 있으며, 여기서 사용된 폐타이어 분말의 SEM 사진을 촬영하여 도 1에 도시하였다.
불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물 제조
골재를 160℃에서 120분간 가열한 뒤, 여기에 아스팔트 바인더와 고강성 아스팔트 개질제를 하기 표 1에 기재된 중량비로 혼합하고 160 ℃에서 20분간 교반하여 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하고, 금형을 이용하여 양생하여 개질아스팔트 시편을 제조하였다.
이때, 골재는 6~25 mm의 입경 분포를 갖고, 평균입경 13 mm인 굵은골재, 입경 6 mm 이하의 잔골재 및 채움재인 석회석분이 각각 30 중량%, 65 중량%, 5 중량%로 혼합된 혼합 골재를 이용하였으며, 아스팔트 바인더로는 스트레이스 아스팔트인 AP-5를 사용하였다.
(단위: 중량%) 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
골재 91 90 90 88 87
아스팔트 바인더 9 9 7 6 6
개질제 - 1 3 6 7
[ 실험예 1]
품질 측정
상기 제조예에서 제조된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 연화점 점도, 박막 가열 후 신도 잔류율 및 탄성회복률을 측정하고, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
연화점(℃) 46.3 62.5 73.1 87.4 95.7
점도(135℃, cP) 540 5,280 19,120 56,420 측정범위 초과
박막가열 후 신도 잔류율(4℃, %) 33 68 71 62 58
탄성회복률(25℃, %) -18 15 28 56 62
상기 표 2를 참조하면, 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 실시예 3의 연화점과 점도가 더 높게 나타나, 실시예들의 아스팔트 콘크리트 혼합물이 고온 환경에서 소성변화에 대한 저항성이 비교예 1보다 더 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예들은 비교예 1에 비해 4℃에서의 박막가열 후 신도 잔류율이 더 높아 피로균열에 대해 높은 저항성을 가질 수 있으며, 상기 제조예에서 제조된 고강성 아스팔트 개질제를 포함하지 않은 비교예 1에 비해 개질제를 포함하는 경우 탄성회복률이 높아 차량의 하중에 의한 소성변형과 반사균열에 대해 현저히 높은 저항성을 가짐을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 2의 경우 연화점과 점도가 지나치게 높아 일반적인 포설 및 다짐온도(130 ~ 160℃)에서 시공성이 불량하므로, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물에 포함되는 개질제의 함량은 1~6 중량%인 것이 바람직함을 확인할 수 있다.
물성 측정
상기 제조예에서 제조된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시험편을 제조한 뒤, KS F 2337 규격에 의거한 마샬안정도, KS F 2374 규격에 의거한 동적안정도, KS F 2492 규격에 의거한 칸타브로손실율, KS F 2383 규격에 의거한 간접인장강도, KS F 2405 규격에 의거한 흡수량 및 KS F 4936 규격에 의거한 내투수성을 측정한 뒤 그 결과를 표 3에 기재하였다.
불투수 아스팔트 콘크리트의 품질 기준은, 마샬안정도 7,500 N 이상, 동적안정도 3,000 회/mm 이상, 칸타브로손실율 10 % 이하이다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
마샬안정도(N) 8,437 12,628 18,436 28,751 27,362
흐름값(1/100 ㎝) 55 38 31 28 29
동적안정도(회/mm) 816 4,162 4,735 4,692 4,528
칸타브로손실율(%) 15.3 7.7 7.2 8.6 12.1
간접인장강도(N/㎟) 0.8 1.3 2.5 2.1 2.4
흡수량(g) 1.80 0.03 0.01 0.02 0.04
내투수성 투수 비투수 비투수 비투수 비투수
상기 표 3에 기재된 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성 측정 결과를 살펴보면, 비교예 1은 흐름값, 동적안정도 및 칸타브로손실율이 품질기준 미만일 뿐만 아니라 흡수량이 많고 내투수성이 불량한 것으로 나타났다. 비교예 2는 칸타브로손실율이 불량한 것으로 나타났다.
반면, 실시예 1 내지 실시예 3은 마샬안정도, 흐름값, 동적안정도 및 칸타브로손실율이 품질기준에 적합하고, 수분흡수량이 적으며 내투수성이 우수한 것으로 나타나, 실시예들의 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 이용하여 시공된 포장재의 강도, 물성, 내구성 및 방수성이 뛰어날 것으로 확인되었다.
[ 실험예 2]
상기 제조예와 동일한 방법으로 고강성 아스팔트 개질제를 제조하되, 재료 혼합 단계에서 결합보조제로 염화세틸피리디늄과 이노시톨 중 하나의 물질을 0.13kg 추가하거나, 두 물질 모두 0.13kg.씩 추가하여 고강성 아스팔트 개질제 펠렛을 제조하고, 실시예 2의 아스팔트 콘크리트 혼합물과 동일한 조성비 및 방법으로 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조한 뒤, 실험예 1과 동일한 물성 측정을 수행하고, 그 결과를 표 4에 기재하였다.
이때, 고강성 아스팔트 개질제에 염화세틸피리디늄과 이노시톨 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 경우를 실시예 4 내지 실시예 6으로 하여 실험을 수행하였다.
실시예 2 실시예 4 실시예 5 실시예 6
결합보조제
함량		 염화세틸피리디늄(중량%) - 1.7 - 1.3
이노시톨(중량%) - - 1.7 1.3
물성 측정
결과		 마샬안정도(N) 18,436 20,815 22,237 28,504
흐름값(1/100 ㎝) 31 28 31 27
동적안정도(회/mm) 4,735 4,953 5,072 5,277
칸타브로손실율(%) 7.2 7.1 6.8 5.4
간접인장강도(kgf/cm2) 2.5 2.8 2.9 3.7
흡수량(g) 0.01 0.01 0.01 0.01
내투수성 비투수 비투수 비투수 비투수
상기 표 4의 실험 결과를 살펴보면, 결합보조제가 추가된 실시예 4 내지 실시예 6은 방수성이 유지되면서도, 실시예 2보다 마샬안정도, 동적안정도 및 간접인장강도가 개선된 것을 확인할 수 있다. 특히, 결합보조제로 염화세틸피리디늄과 이노시톨이 모두 포함된 실시예 6의 경우, 실시예 2 내지 실시예 5보다 현저히 개선된 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 실험으로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 고강성 아스팔트 개질제에 결합보조제로 염화세틸피리디늄과 이노시톨이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하는 경우, 포장재의 강도, 내구성 및 소성변형에 대한 저항력이 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 굵은골재 20~45 중량%, 잔골재 48~78 중량% 및 채움재 1~8 중량%를 포함하는 골재 84~95 중량%;
    아스팔트 바인더 2~10 중량%; 및
    고강성 아스팔트 개질제 1~6 중량%;를 포함하되,
    상기 고강성 아스팔트 개질제는, 천연 아스팔트 수지 35~58 중량%, 폐타이어 분말 17~27 중량%, C9 수지 10~22 중량%, 고무분말 5~16 중량% 및 염화세틸피리디늄, 이노시톨 또는 이 두 물질의 혼합물인 결합보조제 1.5~3.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천연 아스팔트 수지는, 레이크 아스팔트, 록 아스팔트, 샌드 아스팔트 및 아스팔타이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폐타이어 분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고무;와 카본블랙을 포함하고,
    상기 고무와 카본블랙은 1:1.5~2.8의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고무분말은, SBS 고무, SBR 고무, SIS 고무, BR 고무, NR 고무 및 NBR 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고무분말인 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  5. 삭제
  6. 시공하고자 하는 대상면의 이물질을 제거하는 전처리 단계;
    이물질이 제거된 대상면에 골재, 아스팔트 바인더 및 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 타설하는 포장 단계; 및
    타설된 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물을 양생하는 양생 단계;를 포함하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물은,
    120~180 ℃의 온도에서 골재를 가열하는 골재 가열 단계; 및
    가열된 골재와 아스팔트 바인더 및 고강성 아스팔트 개질제를 혼합하는 혼합 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고강성 아스팔트 개질제는, 천연 아스팔트 수지, 폐타이어 분말, C9 수지 및 고무분말을 가열 혼합한 뒤 냉각하여 펠렛 형태로 제조된 펠렛형 개질제인 것을 특징으로 하는, 불투수 아스팔트 콘크리트 혼합물의 시공방법.
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