KR102438241B1 - 상온 유화 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

아스팔트 입자, 고무 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제, 박리방지제, 물 및 계면활성제를 포함하는 유화 아스팔트 조성물; 및 제1 골재, 제2 골재, 채움재, 혼합수 및 유제를 포함하는 순환골재;를 포함하고, 상기 고무 입자는 기능화제로 기능화된 것인 상온 유화 아스팔트 혼합물이 개시된다.

Description

상온 유화 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법{ROOM TEMPERATURE EMULSIFIED ASPHALT COMPOSITION AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
상온 유화 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 아스콘은, 골재 및 채움재와 함께 아스팔트를 혼합한 것으로 주로 도로 포장이나 주차장 등에 널리 사용되고 있다. 이러한 아스콘 포장은 시공 후 시간이 지남에 따라 일부분에 소성변형이 발생하게 되며, 이는 심각한 주행 문제를 발생시키게 된다. 또한 포장 도로의 소성변형에는 문제가 없더라도 시간이 흐름에 따라 포장 도로가 점차 노화되어 결국에는 심한 균열을 발생시키게 된다. 따라서 문제되는 포장 도로는 하부 구조를 보호하기 위하여 주로 표층을 절삭하거나 걷어내고, 그 위에 덧씌우기 포장을 하는 유지보수 시공이 흔하게 이루어진다.
최근에는 이러한 도로 포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘의 발생량이 연간 약 600만톤으로 급격이 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있는 실정이다. 따라서 현재 국가차원에서 대량으로 발생되고 있는 건설폐기물인 폐아스콘의 자원화를 추진하고 있으며, 폐아스콘의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고 폐아스콘의 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위해 노력하고 있다. 그러나 폐아스콘의 재활용은 각 지역 및 해당 기관의 폐아스콘 재활용에 대한 부정적 시각 및 여러가지 제한 조건으로 인하여 극히 미진한 실정으로, 신재 아스콘보다 품질이 우수한 고기능 재생 아스콘 혼합물의 생산이 절실히 요구되고 있다.
통상적으로 도로의 포장은 가열 아스팔트 포장과 유화 아스팔트를 이용한 상온 유화 아스팔트 포장으로 나눌 수 있다. 그 중 가열 아스팔트 포장의 경우 현재 널리 사용되고 있는 포장 방법이기는 하나, 아스팔트와 골재를 혼합하여 생산, 포장 및 다짐 시 구성 성분이 충분히 용융될 수 있도록 160 내지 180℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에 온실가스인 이산화탄소와 유독가스의 배출로 인한 공해문제가 발생하게 되며, 아스팔트 혼합물의 가열 비용과 가열 설비에 따른 비용도 무시하지 못하는 수준이다. 또한, 가열 아스팔트 포장은 가열된 상태의 아스콘이 냉각되기 전에 포장 연장까지 운반하여 다짐을 완료해야 하는 온도 관리에 대한 제약조건도 지니고 있다.
이와 달리 상온 유화 아스팔트 포장의 경우 폭발성 용제가 거의 존재하지 않아 화재위험이 적고 골재 표면이 젖어 있어도 접착하는 데 문제가 없으며, 가열 아스팔트에 비해 시공 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 상온 유화 아스팔트 포장에는 골재와 함께 필수적으로 첨가되는 재료로 유화 아스팔트가 있는데, 첨가되는 유화 아스팔트의 성능에 따라 포장 특성이 결정된다.
유화 아스팔트는 물속에서 아스팔트가 상분리 현상을 일으키지 않고, 분산 상태를 유지하도록 유화수를 넣은 것을 의미하며, 유화수가 양전하(+)를 띠고 있으면 양이온계 유화 아스팔트, 음전하(-)를 띠고 있으면 음이온계 유화 아스팔트라고 한다. 이 중 국내에서 생산되는 제품은 양이온계 유화 아스팔트가 대부분을 차지한다. 유화 아스팔트를 포함하는 상온 유화 아스팔트 포장은 유화 아스팔트가 골재 표면과 접촉하면서 아스팔트와 물이 분리되고 아스팔트만 골재 표면에 달라붙는데, 이와 같이 물과 아스팔트가 분리되는 현상을 유화 아스팔트의 분해라고 한다. 따라서 상온 유화 아스팔트 포장과 달리 유화 아스팔트를 가열하지 않아도 골재 표면에 막을 이루어 잘 달라붙는 특성이 있다. 다만, 유화 아스팔트는 포장 후 물이 증발하였을 때 아스팔트 입자에 의한 결합력이 가열 아스팔트보다 약하여 내구성이 미흡할 수 있다.
종래 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트를 골재와 혼합한 후 재생첨가제 등의 첨가제를 추가로 혼합하여 제조하고 이를 도로 포장에 사용하고 있다. 그러나, 이와 같이 유화 아스팔트 및 골재 혼합 후에 첨가제를 첨가하는 방식의 2액형으로 제조될 시 유화 아스팔트 및 골재의 균일한 배합을 위해 다량의 첨가제를 투입해야 하고, 복잡한 제조 설비, 작업 시간의 증가로 인해 작업 효율이 저하 및 제조 단가가 상승한다는 문제점이 있다.
첨가제를 선 혼합하여 제조된 1액형 유화 아스팔트를 포함하여 종래 2액형에 비해 적은 양의 유화 아스팔트만으로도 순환골재와의 배합력을 개선하고 내구성이 우수한 상온 유화 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면 아스팔트 입자, 고무 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제, 박리방지제, 물 및 계면활성제를 포함하는 유화 아스팔트 조성물; 및 제1 골재, 제2 골재, 채움재, 혼합수 및 유제를 포함하는 순환골재;를 포함하고, 상기 고무 입자는 기능화제로 기능화된 것인 상온 유화 아스팔트 혼합물이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유화 아스팔트 조성물은 아스팔트 입자 100중량부, 고무 입자 1~5중량부, 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부, 박리박지제 0.1~3중량부, 물 55~65중량부 및 계면활성제 0.5~1.5중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 석유 수지는 쿠마론-인덴 수지, C9 석유 수지 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기능화제는 옥틸페놀 에톡실레이트일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트 조성물 1~10중량부 및 순환골재 90~99중량부를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, (a) 아스팔트 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하는 단계; (b) 물, 계면활성제 및 고무입자를 혼합하여 유화수를 제조하는 단계; (c) 상기 아스팔트 조성물 및 유화수를 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 유화 아스팔트 조성물에 순환골재를 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 아스팔트 조성물은, 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부 및 박리방지제 0.1~3중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 (ⅰ) 석유 수지 및 재생첨가제를 혼합하는 단계; 및 (ⅱ) 아스팔트 입자, (ⅰ)의 혼합물, 활성촉진제 및 박리방지제를 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (ⅰ) 단계에서, 상기 석유 수지 및 재생첨가제가 1 : 0.1~1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유화수는, 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 물 55~65중량부, 계면활성제 0.5~1.5중량부 및 고무 입자 1~5중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무 입자는, 물 및 기능화제가 1 : 1.5~5의 중량비로 혼합된 기능화제 혼합물과 고무를 혼합하여 제조된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는 콜로이드 밀로 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 아스팔트 조성물의 온도는 150~160℃이고, 유화수의 온도는 50~60℃일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상온 유화 아스팔트 혼합물은 종래보다 적은 양의 유화 아스팔트만으로 순환골재와의 배합력을 개선하여 작업효율 증가 및 제조단가를 절감할 수 있다. 또한, 골재를 순환골재만으로 포함하여 재활용 효과를 극대화할 수 있고, 친환경성 및 경제성을 제고할 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
상온 유화 아스팔트 혼합물
일 측면에 따른 상온 유화 아스팔트 혼합물은 아스팔트 입자, 고무 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제, 박리방지제, 물 및 계면활성제를 포함하는 유화 아스팔트 조성물; 및 제1 골재, 제2 골재, 채움재, 혼합수 및 유제를 포함하는 순환골재;를 포함할 수 있다.
종래 상온 유화 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트와 달리 상대적으로 저온 환경에서 양생이 가능하여 도로 포장 시 온도 관리와 작업성이 용이하고, 순환골재의 사용량을 높일 수 있어 친환경성 및 경제성을 제고할 수 있다. 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트와 골재를 혼합하여 제조할 수 있고, 일반적으로 유화 아스팔트와 골재의 혼합 시 재생첨가제 등의 첨가제를 투입하여 제조할 수 있다. 전술한 바와 같이 첨가제를 별도로 투입하는 2액형으로 제조할 시 우수한 배합력을 위해 다량의 첨가제의 투입이 필요하고, 제조 설비가 복잡해져 제조단가가 상승할 수 있고, 작업성 및 시공성이 저하될 수 있다.
본 명세서의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트 조성물과 순환골재가 혼합되고, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제가 선 혼합된 1액형 유화 아스팔트 조성물을 포함하여 제조된 것일 수 있다. 상기 유화 아스팔트 조성물은 먼저, 아스팔트 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제가 혼합되어 아스팔트 조성물을 포함하여 1액형 유화 아스팔트 조성물로 제조될 수 있다. 또한, 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물은 순환골재만을 포함하여도 충분한 성능을 가지도록 제조되어 친환경성을 제고할 수 있고, 제조단가를 저감할 수 있다.
상기 유화 아스팔트 조성물은 아스팔트 입자 100중량부, 고무 입자 1~5중량부, 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부, 박리방지제 0.1~3중량부, 물 55~65중량부 및 계면활성제 0.5~1.5중량부를 포함하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아스팔트 입자는 스트레이트 아스팔트일 수 있다. 상기 스트레이트 아스팔트는 상기 유화 아스팔트 조성물의 주재료가 되는 성분으로 골재 간의 접착성을 부여하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 스트레이트 아스팔트는 원유로부터 아스팔트 성분을 가능한 한 변화시키지 않고 추출한 것이다.
일반적으로 아스팔트는 페트롤렌(petrolene) 또는 마르텐(marten)이라는 고점성의 오일 상 또는 수지 상의 물질 속에 아스팔텐(asphaltene)이라는 고분자의 고형물이 분산된 형태이다. 상기 스트레이트 아스팔트는 주로 페트롤렌의 성질에 지배되어 신축성 및 접착력이 우수하여 도로 포장 재료로서 적합한 물성을 나타낼 수 있다. 비제한적인 일 예로, 상기 스트레이트 아스팔트는 AP-3, AP-5 등에서 선택된 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유화 아스팔트 조성물의 각 성분 함량이 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 상기 범위를 벗어나면 소성 변형의 문제점이 발생할 수 있고, 아스팔트 바인더로서의 순환골재와의 결합력이 저하될 수 있다.
상기 고무 입자는 순환골재와의 결합력을 향상시키면서 저온에서의 크랙을 방지하고 유연성을 부여할 수 있다. 상기 고무 입자는 에틸렌-프로필렌디엔계라텍스(ethylene propylene diene monomer latex, EPDM), 우레탄계라텍스(urethane latex), 스티렌-부타디엔-스티렌라텍스(styrene butadiene styrene latex, SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌라텍스(styrene ethylene butadiene styrene latex, SEBS), 스티렌-부타디엔고무라텍스(styrene butadiene rubber latex, SBR), 아크릴계라텍스(acryl latex), 천연고무라텍스(natural rubber latex) 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
비제한적인 일 예시로, 상기 고무 입자는 25℃에서 점도가 1,000~1,800cps일 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 입자의 25℃에서 점도는 1,000cps, 1,100cps, 1,200cps, 1,300cps, 1,400cps, 1,500cps, 1,600cps, 1,700cps 또는 1,800cps일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고무 입자의 점도가 상기 범위에 해당하면 상기 고무 입자를 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물은 내구성이 향상될 수 있다.
상기 고무 입자는 기능화제로 기능화될 수 있다. 고무 입자의 기능화란 라텍스와 기능화제를 선혼합하여 입자 표면에 특성 성질을 부여함으로써 아스팔트 내지 석유 수지와 혼합 시 목적하는 기능을 구현하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 라텍스가 기능화제로 기능화되면 유화 아스팔트 조성물 제조 시 상분리되는 현상을 억제할 수 있고, 유화 아스팔트 내부에서 라텍스가 분산되어 아스팔트 입자 표면의 석유 수지와 결합을 수행하는 기작을 개선할 수 있다.
일 예시로, 상기 기능화제는 알킬페놀 에톡실레이트일 수 있고, 예를 들어, 옥틸페놀 에톡실레이트일 수 있다. 상기 기능화제는 물과 혼합한 기능화제 혼합물의 형태로 라텍스에 투입될 수 있다. 상기 물 및 기능화제는 1 : 1.5~5의 중량비로 희석될 수 있다. 상기 기능화제 혼합물을 라텍스에 혼합하여 고무 입자에 기능성을 부여할 수 있고, 이에 따라 고기능성 고무 입자가 형성될 수 있다.
상기 고기능성 고무 입자로 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 경우 상기 고무 입자와 유화 아스팔트 조성물 간의 혼련성이 향상될 수 있고, 상분리 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 유화 아스팔트 조성물을 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물의 박리방지 효과 및 내구성이 향상될 수 있다.
상기 고무 입자의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 1~5중량부일 수 있고, 예를 들어, 고무 입자의 함량이 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고무 입자의 함량이 1중량부 미만이면 내구성이 저하될 수 있고, 5중량부 초과이면 상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재 간의 안정성이 저하되어 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물의 시공성이 저하될 수 있다.
상기 석유 수지는 쿠마론-인덴 수지, C9 석유 수지 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 쿠마론-인덴 수지는 스티렌, 쿠마론 및 인덴 등의 성분을 중합하여 제조한 열가소성 방향족 수지이다. 상기 쿠마론-인덴 수지의 연화점은 90~100℃일 수 있다. 예를 들어, 상기 쿠마론-인덴 수지의 연화점은 90℃, 91℃, 92℃, 93℃, 94℃, 95℃, 96℃, 97℃, 98℃, 99℃ 또는 100℃일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 C9 석유 수지의 연화점은 150~160℃일 수 있고, 예를 들어, 150℃, 151℃, 152℃, 153℃, 154℃, 155℃, 156℃, 157℃, 158℃, 159℃ 또는 160℃일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 연화점이 90℃ 미만이면 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성이 저하될 수 있고, 160℃ 초과이면 혼합물 간의 혼련성이 저하될 수 있다.
상기 석유 수지의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 1~10중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 석유 수지의 함량은 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부 또는 10중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 석유 수지의 함량이 1중량부 미만이면 내구성이 저하될 수 있고, 10중량부 초과이면 혼합물 간의 안정성이 저하되어 응집이 발생하거나 시공 시 균열이 발생할 수 있다.
상기 활성촉진제는 톨 오일, 테레빈 오일 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나일 수 있고, 상기 톨 오일은 조질 톨 오일, 증류 톨 오일, 톨 오일 지방산, 톨 오일 수지산, 톨 오일 피치 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 톨 오일은 산 성분으로 유화 아스팔트의 물성을 산성 상태 즉, 양이온 상태로 변화시킬 수 있고, 순환골재와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기 활성촉진제의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 0.1~5중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 활성촉진제의 함량은 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 재생첨가제는 아로마틱 화합물, 나프타, 파라핀 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아로마틱 화합물은 벤젠링을 가지는 유기화합물을 의미하며, 나프타는 85 내지 180℃ 범위의 끓는점을 가지며 탄소원자가 5 내지 12개로 이루어진 원유를 의미한다. 또한 파라핀은 메탄계 탄화수소 중 탄소원자가 19개 이상인 화합물을 의미한다. 상기 아로마틱 화합물, 나프타 및 파라핀은 상대적으로 점도가 낮아 아스팔트 입자와 혼합하더라도 경화되지 않아 1액형 유화 아스팔트를 제조할 수 있다. 상기 재생첨가제는 상온 유화 아스팔트 혼합물이 시공된 후 노후가 진행될 때 방출되는 아스팔텐 성분과 결합하여 유연성을 부여할 수 있고, 이에 따라 노후된 상온 유화 아스팔트 혼합물의 재생 효과를 구현할 수 있다. 또한, 상기 재생첨가제는 재생 효과 동시에 점도 안정 효과를 구현할 수 있어 상온 유화 아스팔트 혼합물의 안정성을 향상할 수 있다.
상기 재생첨가제로 친환경 제품을 사용하여 친환경 상온 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다. 예를 들어, 에이원유화 社의 RBT-100(RA-1), RBT-200(RA-1) 또는 RBT-300(RA-1) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 친환경 재생첨가제는 유해물질이 배출되지 않으면서 저온유동성이 우수하여 노후된 아스팔트의 절대 점도를 낮출 수 있고, 접착복원력을 높일 수 있어 아스팔트의 재생능력이 향상될 수 있다. 특히 에이원유화 社의 재생첨가제는 카드뮴, 납, 수은, 6가크롬 등의 중금속이나 페놀류, 벤조류 등의 유해물질이 검출되지 않거나 기준치 미만을 만족하여 우수한 친환경성을 가질 수 있다.
상기 재생첨가제의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 1~5중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 재생첨가제의 함량은 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
비제한적인 일 예시로, 상기 재생첨가제는 아스팔탄, 리코몬트, 에보덤, 아스파민 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 석유 수지는 재생첨가제와 선 혼합될 수 있다. 예를 들어, 석유 수지와 재생첨가제를 선 혼합한 후 상기 혼합물을 아스팔트 입자와 혼합하여 상기 아스팔트 입자에 상기 석유 수지를 용이하게 코팅할 수 있다. 상기 혼합은 스태틱 믹스(static mix) 방식으로 수행될 수 있다. 상기 재생첨가제는 단단한 성질의 석유 수지에 유연성을 부여할 수 있고, 이에 따라 상기 석유 수지는 뭉침 현상없이 아스팔트 입자 표면 중에 고르게 코팅될 수 있다. 구체적으로, 상기 석유 수지 및 재생첨가제가 선 혼합되어 상기 아스팔트 입자에 첨가되는 경우, 상기 석유 수지 및 재생첨가제를 개별적으로 아스팔트 입자에 혼합하는 것에 비해 상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재와의 배합력을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 박리방지제는 순환골재에 부착된 아스팔트 입자의 박리 방지 효과를 부여할 수 있고, 이에 따라 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 박리방지제는 아민계열 화합물일 수 있고, 예를 들어, 하이드로제네이티드 탈로우 아민, N-탈로우-1,3-디아미노프로판 및 이들의 혼합물 중 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아민계열 박리방지제는 열 안정성이 우수하고, 탈로우(tallow)를 포함할 경우 상온 유화 아스팔트 혼합물의 표면을 부드럽게 코팅하여 박리를 방지할 수 있다. 또한, 상기 박리방지제는 물의 변위작용을 방지하고, 순환골재 표면과 유화 아스팔트 조성물을 강하게 결합시켜 포장된 상온 유화 아스팔트 혼합물의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 박리방지제의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 0.1~3중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 박리방지제의 함량은 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 2중량부 또는 3중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 물은 상기 계면활성제 및 고무 입자와 혼합되어 유화수로 제조될 수 있다. 상기 유화수는 아스팔트 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 포함하는 아스팔트 조성물과 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 유화수에서 아스팔트 입자를 석유 수지로 코팅하고 라텍스를 첨가하여 상기 고무 입자를 분산시킬 수 있다. 그 결과 상기 아스팔트 입자 표면 중 적어도 일부에 석유 수지가 코팅되고, 상기 석유 수지 중 적어도 일부에 분산된 고무 입자가 결합될 수 있다. 상기 물의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 55~65중량부일 수 있고, 예를 들어, 55중량부, 56중량부, 57중량부, 58중량부, 59중량부, 60중량부, 61중량부, 62중량부, 63중량부, 64중량부 또는 65중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 물의 함량이 55중량부 미만이면 성분 간의 균일한 혼합이 저하될 수 있고, 65중량부 초과이면 상분리가 발생할 수 있다.
상기 계면활성제는 물 속에서 아스팔트가 상분리되지 않고 입자상으로 분산되게 할 수 있다. 또한, 상기 계면활성제는 입자상으로 분산된 아스팔트 입자 표면에 석유 수지가 코팅되는 것을 유도할 수 있다. 상기 계면활성제의 함량은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 0.5~1.5중량부일 수 있고, 예를 들어, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.1중량부, 1.2중량부, 1.3중량부, 1.4중량부 또는 1.5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 유화제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 아스팔트가 입자상을 형성하지 않거나, 석유 수지가 코팅되지 않을 수 있다.
일 예시로 상기 계면활성제는 양이온 계면활성제일 수 있고, 예를 들어, 알킬트리메틸암모늄클로라이드(alkyltrimethylammonium chloride), 알킬피리디늄클로라이드(alkylpyridinium chloride), 디스테아릴디모늄클로라이드(distearyldimonium chloride), 디알킬디메틸암모늄클로라이드(dialkyldimethylammonium chloride), 알킬디메틸벤질암모늄클로라이드(alkyldimethylbenzylammonium chloride), 알킬이소퀴놀리늄브로마이드(alkylisoquinolinium bromide), 알킬디메틸메타아릴암모늄클로라이드(alkyldimethylmetharylammonium chloride) 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 계면활성제는 상기 아스팔트 입자를 고르게 분산시켜 뭉침을 방지하고, 아스팔트 입자 표면에 석유 수지 코팅층을 용이하게 형성시킬 수 있다. 이에 따라 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성이 현저히 개선될 수 있다.
비제한적인 일 예시에서 상기 유화수는 염화칼슘, 염산 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 염화칼슘은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 0.01~0.2중량부가 포함될 수 있고, 염 농도의 제어를 통해 수분이 아스팔트 입자 내부에 침투하여 침강이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. 상기 염산은 아스팔트 입자 100중량부를 기준으로 0.001~0.1중량부가 포함될 수 있고, 유화수의 pH를 제어함으로써 전술한 계면활성제의 작용효과를 개선하고, 상기 고무 입자의 분산성을 개선할 수 있다.
상기 순환골재는 제1 골재 40~50중량부, 제2 골재 40~50중량부, 채움재 2~5중량부, 혼합수 2~5중량부 및 유제 1~5중량부를 포함하여 제조될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 골재 및 제2골재는 통상의 도로포장에 사용된 아스팔트 콘크리트의 폐기물을 재사용한 순환골재를 의미한다. 종래의 상온 유화 아스팔트 혼합물이 순환골재와 함께 신골재를 혼합하여 포함하는 것과는 달리 아스팔트 콘크리트 폐기물 만을 이용하여 순환골재를 형성할 수 있다.
상기 제1골재의 평균 직경은 10~20㎜일 수 있고, 예를 들어, 10㎜, 11㎜, 12㎜, 13㎜, 14㎜, 15㎜, 16㎜, 17㎜, 18㎜, 19㎜ 또는 20㎜일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 골재의 평균 직경이 상기 범위를 벗어나면 공극의 형성이 어려워 상온 유화 아스팔트 혼합물의 시공이 불량할 수 있다.
상기 제2골재의 평균 직경은 10㎜ 미만일 수 있고, 예를 들어, 10㎜ 미만, 9㎜ 미만, 8㎜ 미만, 7㎜ 미만, 6㎜ 미만, 5㎜ 미만, 4㎜ 미만, 3㎜ 미만, 2㎜ 미만 또는 1㎜ 미만일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 골재의 평균 직경이 10㎜를 초과하면 상기 제1 골재에 의한 공극이 유지되어 공극으로 인한 우수 또는 공기가 침투하여 상온 유화 아스팔트 혼합물의 조기 파손 및 레벨링이 발생할 수 있다.
구체적으로, 서로 직경 범위가 상이한 제1골재 및 제2골재를 혼합한 순환골재를 사용할 수 있다. 10~20㎜ 직경의 상기 제1골재로 인하여 형성된 공극을 10㎜ 미만의 직경을 가지는 상기 제2골재로 채울 수 있다.
상기 제1골재에 의한 공극률(percentage of void)은 40~45%일 수 있다. 예를 들어, 제1 골재에 따른 공극률은 40%, 41%, 42%, 43%, 44% 또는 45%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 공극률이 상기 범위를 벗어나면 상온 유화 아스팔트 혼합물의 시공 시 안정도가 저하될 수 있다.
상기 제1 골재의 함량은 40~50중량부일 수 있고, 예를 들어, 40중량부, 40.5중량부, 41중량부, 41.5중량부, 42중량부, 42.5중량부, 43중량부, 43.5중량부, 44중량부, 44.5중량부, 45중량부, 45.5중량부, 46중량부, 46.5중량부, 47중량부, 47.5중량부, 48중량부, 48.5중량부, 49중량부, 49.5중량부 또는 50중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 골재 함량이 상기 범위를 벗어나면 상온 유화 아스팔트 혼합물의 시공안정성이 저하되거나 내구성이 저하될 수 있다.
상기 제2 골재의 함량은 40~50중량부일 수 있고, 예를 들어, 40중량부, 40.5중량부, 41중량부, 41.5중량부, 42중량부, 42.5중량부, 43중량부, 43.5중량부, 44중량부, 44.5중량부, 45중량부, 45.5중량부, 46중량부, 46.5중량부, 47중량부, 47.5중량부, 48중량부, 48.5중량부, 49중량부, 49.5중량부 또는 50중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 골재의 함량이 상기 범위를 벗어나면 골재 간의 결합력이 저하되거나 상온 유화 아스팔트 혼합물의 안정성이 저하될 수 있다.
일 예시로, 상기 제1 골재의 함량이 상기 제2 골재의 함량보다 작을 수 있다. 상대적으로 작은 직경의 제2 골재를 더 많이 포함하면 순환골재의 각 성분 간 접촉면적을 최대화하여 상온 유화 아스팔트 혼합물의 시공 후 내구성이 개선될 수 있다.
상기 채움재는 평균 직경이 1~100㎚의 미립자로 상기 제2 골재를 통해 다 채우지 못한 공극 사이를 채울 수 있다. 상기 제1골재를 통해 형성된 공극을 제2골재를 통해 1차로 채우고, 채움재를 통해 2차로 공극을 채워 상온 유화 아스팔트 혼합물을 시공 시 공극을 최소화할 수 있다. 즉, 1차 및 2차로 공극을 채움으로 인해 공극이 최소화될 뿐 아니라 제1골재, 제2골재 및 채움재 간 서로 엉킴이 발생하게 되어 견고하게 결합될 수 있고, 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재가 강하게 결합되어 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성 및 시공성이 향상될 수 있다.
상기 채움재는 석회석, 시멘트, 플라이애시, 회수더스트, 제강더스트, 주물더스트, 고로슬래그, 벤토나이트 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 채움재는 고로슬래그와 시멘트가 각각 70~80 : 20~30의 중량비로 혼합된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 채움재의 함량은 2 내지 5중량부일 수 있고, 예를 들어, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 채움재의 함량이 상기 범위를 벗어나면 공극이 제대로 채워지지 않거나 공극이 필요 이상으로 채워져 상온 유화 아스팔트 혼합물의 안정성이 저하되거나 시공 후 조기 파열이 발생할 수 있다. 일 예시에서, 상기 제1골재, 제2골재 및 채움재를 포함하는 순환골재는 15~20%의 공극률을 가지게 되며, 이후에 유화 아스팔트 조성물과 혼합한 후 최종적으로 상온 유화 아스팔트 혼합물은 9~14%의 공극률을 가질 수 있다.
일 예시에서, 상기 채움재는 벤토나이트를 더 포함할 수 있다. 벤토나이트는 화산재가 변성되는 일련에 과정에 의해 생성되는 물질이다. 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물에서 벤토나이트는 물과 수화반응으로 체적의 13~16배 이상 팽창함으로써 젤라틴 막을 형성할 수 있고, 무게의 5배까지 물을 흡수할 수 있다. 또한, 벤토나이트가 혼합된 채움재를 사용하면 손상부위 및 3㎜ 이내의 구체 심크랙을 자체적으로 보수할 수 있어 방수 효과를 가질 수 있다. 상기 벤토나이트는 물의 제거 또는 증발이 발생하는 경우 초기 체적으로 수축하여 회복성이 우수하고 영구적인 방수효과를 가질 수 있다. 상기 채움재가 벤토나이트를 포함하면 포장된 후 빗물이나 오염수에 의해 파손 및 파열되는 것을 최소화할 수 있어 내구성이 개선될 수 있다. 상기 벤토나이트는 칼슘 벤토나이트, 소디움 벤토나이트 및 이들의 혼합물 중 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 벤토나이트는 순환골재 100중량부에 대해 1~30중량부가 첨가될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 혼합수는 상기 제1 골재 및 제2 골재에 존재하는 골재함수에 물을 혼합하여 제조된 것일 수 있고, 골재함수 및 물을 1 : 1~3의 중량비로 혼합한 것일 수 있다. 상기 혼합수는 2~5중량부일 수 있고, 예를 들어, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유제는 제1 골재, 제2 골재 및 채움재의 배합력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 상기 순환골재가 공극이 최소화하면서도 견고하게 결합되도록 유도할 수 있다. 상기 유제의 함량은 1~5중량부일 수 있고, 예를 들어, 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예시로, 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트 조성물 1~10중량부 및 순환골재 90~99중량부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유화 아스팔트 조성물은 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부 또는 10중량부일 수 있고, 상기 순환골재는 90중량부, 91중량부, 92중량부, 93중량부, 94중량부, 95중량부, 96중량부, 97중량부, 98중량부 또는 99중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유화 아스팔트 조성물은 전술한 바와 같이 아스팔트 입자에 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 혼합한 후 고기능성 고무 입자를 포함하는 유화수와 혼합하여 제조된 1액형 유화 아스팔트 조성물일 수 있다. 상기 1액형 유화 아스팔트 조성물과 순환골재가 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조함으로써 제조 설비가 간단해지고 제조 단가의 절감 및 작업 효율이 향상될 수 있다.
특히 상온 유화 아스팔트 혼합물은 스태틱 믹스를 통해 선 혼합된 석유 수지 혼합물과 활성촉진제 및 박리방지제를 기능화된 고무 입자와 혼합하여 제조된 유화 아스팔트 조성물을 사용함으로써, 상대적으로 나은 온도 조건에서도 빠르고 균일하게 아스팔트를 양생할 수 있는 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다.
상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법
다른 일 측면에 따른 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법은, (a) 아스팔트 입자, 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하는 단계; (b) 물, 계면활성제 및 고무입자를 혼합하여 유화수를 제조하는 단계; (c) 상기 아스팔트 조성물 및 유화수를 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 유화 아스팔트 조성물에 순환골재를 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부 및 박리방지제 0.1~3중량부를 포함하여 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다.
상기 석유 수지의 함량은 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 1~10중량부일 수 있고, 예를 들어, 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부 또는 10중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 석유 수지의 함량이 1중량부 미만이면 내구성이 저하될 수 있고, 10중량부 초과이면 혼합물 간의 뭉침이 발생하여 상온 유화 아스팔트 혼합물의 안정성이 저하될 수 있다.
상기 석유 수지 및 재생첨가제는 선 혼합될 수 있다. 구체적으로, 상기 (a) 단계는 (ⅰ) 석유 수지 및 재생첨가제를 혼합하는 단계; 및 (ⅱ) 아스팔트 입자, (ⅰ)의 혼합물, 활성촉진제 및 박리방지제를 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있고, 상기 (ⅰ) 단계에서, 상기 석유 수지 및 재생첨가제가 1 : 0.1~1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 석유 수지와 재생첨가제를 선 혼합한 후, 상기 혼합물을 아스팔트 입자와 혼합하여 상기 아스팔트 입자에 상기 석유 수지를 보다 용이하게 코팅할 수 있다. 상기 재생첨가제는 단단한 성질을 가지는 석유 수지의 유연성을 부여하여 석유 수지가 뭉침 현상없이 아스팔트 입자 표면 중에 고르게 코팅되게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 석유 수지 및 재생첨가제가 선 혼합되어 상기 아스팔트 입자에 첨가되는 경우, 상기 석유 수지 및 재생첨가제를 개별적으로 아스팔트 입자에 혼합하는 것에 비해 후속되는 상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재와의 배합력을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이러한 재생첨가제의 종류에 대해서는 전술한 바와 같다.
상기 활성방지제 및 박리방지제는 상기 석유 수지가 상기 아스팔트 입자와 고르게 혼합되고 코팅될 수 있도록 할 수 있고, 후속되는 순환골재와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
비제한적인 일 예시에서, 상기 (a) 단계는 스태틱 믹서(Static mixer)로 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 스태틱 믹서는 회전부나 특별한 동력 없이 관내를 통과하는 것만으로 연속적으로 혼련시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 (a) 단계에서 아스팔트 입자와 석유 수지 및 재생첨가제가 선 혼합된 혼합물을 스태틱 믹서에 투입하여 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 유화수는 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 물 55~65중량부, 계면활성제 0.5~1.5중량부 및 고무 입자 1~5중량부를 포함할 수 있다. 일 예시로, 상기 계면활성제는 양이온 계면활성제일 수 있다. 상기 계면활성제의 특성, 종류 및 이에 따른 효과는 전술한 바와 같다. 상기 계면활성제의 함량은 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.1중량부, 1.2중량부, 1.3중량부, 1.4중량부 또는 1.5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제조방법에서 (a) 단계 이후 (b) 단계를 수행하거나, (b) 단계 이후 (a) 단계를 수행하거나, (a) 단계와 (b) 단계를 동시에 수행할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 염화칼슘 및 염산을 더 포함하여 유화수를 제조할 수 있고, 물 100중량부에 대하여 염화칼슘 0.01~0.2중량부, 염산은 0.001~0.1중량부를 투입할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 염화칼슘 및 염산은 상기 유화수에 포함되어 pH를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 pH는 1~4의 범위로 조절할 수 있고, 상기 유화수의 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 염화칼슘의 함량은 0.01~0.2중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.01중량부, 0.02중량부, 0.03중량부, 0.04중량부, 0.05중량부, 0.06중량부, 0.07중량부, 0.08중량부, 0.09중량부, 0.1중량부, 0.15중량부 또는 0.2중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 염산의 함량은 0.001~0.1중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.001중량부, 0.005중량부, 0.01중량부, 0.02중량부, 0.03중량부, 0.04중량부, 0.05중량부, 0.06중량부, 0.07중량부, 0.08중량부, 0.09중량부 또는 0.1중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 염화칼슘 및 염산은 전술된 범위의 함량으로 포함되어 후속되는 유화 아스팔트 조성물 제조 및 상온 유화 아스팔트 혼합물 제조 단계가 안정적으로 수행될 수 있도록 한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 (a) 단계의 아스팔트 조성물과 (b) 단계의 유화수를 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 아스팔트 조성물 및 유화수가 혼합하고, 상기 아스팔트 입자, 석유 입자, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제가 상기 유화수에 분산되어 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 (c) 단계에서 상기 석유 입자는 상기 아스팔트 입자 표면 중 적어도 일부에 코팅되어 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 (c) 단계는 스태틱 믹스 방식으로 재생첨가제와 선 혼합된 석유 수지를 스트레이트 아스팔트와 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 것일 수 있다.
또한, 상기 유화수에 포함된 고무 입자는 유화 아스팔트 조성물에 분산되어 후속되는 순환골재와의 결합력을 향상시키면서 유연성을 부여할 수 있다. 상기 고무 입자는 에틸렌-프로필렌디엔계라텍스(ethylene propylene diene monomer latex, EPDM), 우레탄계라텍스(urethane latex), 스티렌-부타디엔-스티렌라텍스(styrene butadiene styrene latex, SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌라텍스(styrene ethylene butadiene styrene latex, SEBS), 스티렌-부타디엔고무라텍스(styrene butadiene rubber latex, SBR), 아크릴계라텍스(acryl latex), 천연고무라텍스(natural rubber latex) 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
비제한적인 일 예시로, 상기 고무 입자는 25℃에서 점도가 1,000~1,800cps일 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 입자의 25℃에서 점도는 1,000cps, 1,100cps, 1,200cps, 1,300cps, 1,400cps, 1,500cps, 1,600cps, 1,700cps 또는 1,800cps일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고무 입자의 점도가 상기 범위에 해당하면 상기 고무 입자를 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물은 내구성이 향상될 수 있다.
일 예시로, 상기 고무 입자는, 물 및 기능화제가 1 : 1.5~5의 중량비로 혼합된 기능화제 혼합물과 고무 입자를 혼합하여 제조된 것일 수 있다. 상기 기능화제의 종류와 작용 효과에 대해서는 전술한 바와 같다.
예를 들어, 상기 기능화제는 40~80℃의 물에 혼합되어 기능화제 혼합물의 형태로 희석된 뒤 고무 입자와 혼합될 수 있다. 상기 물 및 기능화제는 1 : 1.5~5의 중량비로 희석될 수 있다. 상기 기능화제 혼합물과 고무 입자를 혼합하여 상기 고무 입자에 기능성을 부여할 수 있고, 이에 따라 고기능성 고무 입자가 형성될 수 있다.
상기 고무 입자의 함량은 1~5중량부일 수 있고, 예를 들어, 고무 입자의 함량이 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고무 입자의 함량이 1중량부 미만이면 내구성이 저하될 수 있고, 5중량부 초과이면 상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재 간의 안정성이 저하되어 상기 상온 유화 아스팔트 혼합물의 물성이 저하될 수 있다.
일 예시로, 상기 (c) 단계는 콜로이드 밀로 수행될 수 있다. 상기 (a) 단계에서 제조된 아스팔트 조성물 및 (b) 단계에서 제조된 유화수를 콜로이드 밀에 투입하여 MILL SPEED 2500~3500의 조건 하에서 기계적 방법으로 유화 반응을 일으킬 수 있고, 균일하게 분산시켜 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다.
상기 (c) 단계의 아스팔트 조성물의 온도는 150~160℃이고, 유화수의 온도는 50~60℃일 수 있다. 상기 아스팔트 조성물은 150~160℃를 유지한 상태에서 콜로이드 밀에 투입될 수 있고, 예를 들어, 150℃, 151℃, 152℃, 153℃, 154℃, 155℃, 156℃, 157℃, 158℃, 159℃ 또는 160℃일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 유화수는 50~60℃를 유지한 상태에서 콜로이드 밀에 투입될 수 있고, 예를 들어, 50℃, 51℃, 52℃, 53℃, 54℃, 55℃, 56℃, 57℃, 58℃, 59℃ 또는 60℃일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아스팔트 조성물 및 유화수가 상기 범위의 온도를 벗어나면 밀링 과정에서 혼련성이 불량하여 상분리가 발생하거나 상기 아스팔트 조성물의 일부분이 경화되어 균일한 밀링이 어려울 수 있다.
상기 (d) 단계에서, 상기 유화 아스팔트 조성물 1~10중량부 및 순환골재 90~99중량부를 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 유화 아스팔트 조성물은 전술한 바와 같이 아스팔트 입자에 석유 수지, 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 혼합한 후 유화수와 혼합하여 제조된 1액형 유화 아스팔트 조성물일 수 있다. 활성촉진제, 재생첨가제 및 박리방지제를 별도로 첨가하는 2액형에 비해 더 적은 양의 첨가제 및 유화 아스팔트만으로도 순환골재와의 배합력 및 결합력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 상온 유화 아스팔트 혼합물에 적합한 수준 또는 그 이상의 물성을 구현할 수 있다. 또한, 순환골재를 구성하는 제1 골재, 제2 골재 및 채움재가 균일하게 혼련되어 적절한 수준의 공극률을 구현하여 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성 및 시공성이 우수할 수 있다.
상기 순환골재는 제1 골재 40~50중량부, 제2 골재 40~50중량부, 채움재 2~5중량부, 혼합수 2~5중량부 및 유제 1~5중량부를 포함할 수 있고, 제1 골재, 제2 골재, 채움재, 혼합수 및 유제의 특성, 공극률 및 작용 효과는 전술한 바와 같다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
제1 혼합기에 스트레이트 아스팔트 100중량부, 연화점 93℃인 쿠마론-인덴 수지 3중량부, 활성촉진제 1중량부, 재생첨가제 3.3중량부 및 박리방지제 0.3중량부를 첨가하여 150℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 제조하였다.
제2 혼합기에 물 60중량부, 알킬트리메틸암모늄클로라이드 1중량부, 물 및 기능화제를 1 : 2의 비율로 혼합한 후 25℃에서의 점도가 1,500cps인 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 라텍스에 투입 후 교반하여 제조된 고기능성 고무 입자 라텍스 3중량부, 염화칼슘 0.05중량부 및 염산 0.01중량부를 첨가하여 50℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 유화수를 제조하였다.
제조된 아스팔트 조성물 및 유화수를 3,000rpm으로 고속 혼합되는 콜로이드 밀에 투입하여 아스팔트 조성물은 150℃, 유화수는 50℃의 온도로 유지하면서 30분 동안 교반하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하였다.
평균 직경이 10~20㎜인 제1 골재 42.6중량부, 평균 직경이 10㎜ 미만인 제2 골재 47.5중량부, 고로슬래그와 시멘트가 76 : 24의 중량비로 혼합된 평균 직경이 1~100㎚인 채움재 2.5중량부, 혼합수 4.4중량부 및 유제 3중량부를 혼합하여 공극률 17%인 순환골재를 제조하였다.
상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재를 3 : 97중량비로 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
실시예 2
스태틱 믹서에 연화점 93℃인 쿠마론-인덴 수지 3중량부 및 재생첨가제 3.3중량부를 첨가하고 150℃의 온도에서 20분 동안 교반하여 석유 수지 조성물을 제조하였다.
제1 혼합기에 스트레이트 아스팔트 100중량부, 활성촉진제 1중량부, 박리방지제 0.3중량부 및 제조된 석유 수지 혼합물을 첨가하여 150℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 제조하였다.
제2 혼합기에 물 60중량부, 알킬트리메틸암모늄클로라이드 2중량부, 고기능성 고무 입자 라텍스 3중량부, 염화칼슘 0.05중량부 및 염산 0.01중량부를 첨가하여 50℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 유화수를 제조하였다.
제조된 아스팔트 조성물 및 유화수를 3,000rpm으로 고속 혼합되는 콜로이드 밀에 투입하여 아스팔트 조성물은 150℃, 유화수는 50℃의 온도로 유지하면서 30분 동안 교반하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하였다.
평균 직경이 10~20㎜인 제1 골재 42.6중량부, 평균 직경이 10㎜ 미만인 제2 골재 47.5중량부, 고로슬래그와 시멘트가 76 : 24의 중량비로 혼합된 평균 직경이 1~100㎚인 채움재 2.5중량부, 혼합수 4.4중량부 및 유제 3중량부를 혼합하여 공극률 17%인 순환골재를 제조하였다.
상기 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재를 3 : 97중량비로 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
실시예 3
순환골재로 벤토나이트 3중량부가 더 혼합된 것을 사용한 것을 제외하면 실시예 2와 동일한 방법으로 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 1
석유 수지, 재생첨가제, 활성촉진제 및 박리방지제를 유화 아스팔트 조성물 및 순환골재를 혼합하는 단계에 투입하는 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 2
기능화되지 않은 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 라텍스를 투입한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 3
제1 혼합기에 스트레이트 아스팔트 100중량부에 대하여 연화점 93℃인 쿠마론-인덴 수지 3중량부를 첨가하여 150℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 제조하였다.
제2 혼합기에 물 60중량부에 대하여 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 라텍스 3중량부, 염화칼슘 0.05중량부 및 염산 0.01중량부를 첨가하여 50℃의 온도에서 60분 동안 교반하여 유화수를 제조하였다.
제조된 아스팔트 조성물 및 유화수를 3,000rpm으로 고속 혼합되는 콜로이드 밀에 투입하여 아스팔트 조성물은 150℃, 유화수는 50℃의 온도로 유지하면서 2시간 동안 교반하였으나, 응집 및 상분리 현상으로 인하여 유화 아스팔트 조성물을 제조할 수 없었다.
실험예 : 상온 유화 아스팔트의 물성 평가
실시예 및 비교예에 따라 제조된 상온 유화 아스팔트 혼합물의 물성을 평가하였다. 평가를 위해 상기 실시예 및 비교예의 상온 유화 아스팔트 혼합물을 이용하여 시험공시체를 Ø106.6㎜Ⅹ63.5㎜ 크기로 제작하였다. 시험공시체는 스패튤러를 사용하여 몰드 주위를 15회 중앙을 10회 다져서 표면을 고르며, 혼합물의 마샬다짐은 75회 실시하였고, 선회다짐은 선회다짐기를 이용하여 다짐하였으며, 다짐온도는 25℃로 하였다. 60℃의 오븐에서 48시간 양생하였고, 양생 후 시험공시체는 실내(20℃)에서 2~3시간 방치하여 탈형하고, 25℃ 공기욕조에서 2시간 방치하였다. 상기 시험공시체의 마샬안정도, 흐름값, 공극률, 간접인장강도 및 인장강도비를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 마샬안정도는 공시체를 30분간 40℃에서 수침한 후 마샬 시험방법에 의하여 측정하였고, 공극률은 KS F 2366 및 KS F 2353에 준하여 측정하였다.
구분 기준범위 실시예1 실시예2 실시예 3 비교예1
마샬안정도(40℃, N) 6,000이상 6,482 6,853 6,920 6,130
흐름값(1/100㎝) 10~40 37 39 38 34
공극률(%) 9~14 10 9 9 15
간접인장강도(25℃, ㎫) 0.4이상 0.51 0.57 0.58 0.38
인장강도비(TSR) 0.7이상 0.94 1.2 1.3 0.57
표 1을 참고하면, 실시예1 내지 3의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 모든 물성에서 기준범위를 만족한 것을 확인할 수 있다. 실시예의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 석유 수지, 재생첨가제 등의 첨가제가 미리 혼합된 1액형 유화 아스팔트를 포함함으로써, 상기 아스팔트 입자와 쿠마론-인덴 수지 및 재생첨가제가 우수한 결합력을 가짐으로써 순환골재와의 배합력을 향상시켜 상온 유화 아스팔트의 내구성이 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 고기능성 고무 라텍스를 포함하여 상온 유화 아스팔트의 유연성을 부여할 수 있고, 순환골재와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
특히 실시예 2및 3의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 마샬안정도, 흐름값, 간접인장강도 등 모든 물성이 우수하게 구현되었음을 확인할 수 있다. 이는 재생첨가제와 선 혼합되어 석유 수지를 코팅한 점과, 고기능성 고무 라텍스를 포함한다는 점에서 실시예 2및 3의 상온 유화 아스팔트 혼합물의 내구성이 가장 우수하게 구현되었음을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 3의 상온 유화 아스팔트는 벤토나이트를 더 첨가하여 제조된 것으로 모든 물성 값이 유사하거나 보다 향상된 것으로 구현되어 벤토나이트를 더 함유하여 방수성 및 내구성의 향상에 기여한 것임을 확인할 수 있다.
이에 반해, 비교예 1의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 마샬안정도와 흐름값은 기준 범위를 만족하였으나, 간접인장강도 및 공극률이 기준치 미달인 것으로 나타내어 도로 포장 시 내구성이 불량하고, 아스팔트 혼합물의 조기박리가 유발될 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 비교예 2의 상온 유화 아스팔트 혼합물은 상온에서 양생이 불가하였다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 아스팔트 입자 100중량부에 대하여, 고무 입자 1~5중량부, 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부, 박리방지제 0.1~3중량부, 물 55~65중량부 및 계면활성제 0.5~1.5중량부를 포함하는 유화 아스팔트 조성물; 및
    제1 골재, 제2 골재, 채움재, 혼합수 및 유제를 포함하는 순환골재;를 포함하고,
    상기 유화 아스팔트 조성물은, 상기 석유 수지와 상기 재생첨가제가 1 : 0.1~1의 중량비로 선 혼합된 석유 수지 혼합물에 상기 아스팔트 입자, 상기 고무 입자, 상기 활성촉진제, 상기 박리방지제, 상기 물 및 계면활성제를 혼합하여 얻어진 것이고,
    상기 선 혼합은 스태틱 믹서로 수행된 것이고,
    상기 고무 입자는 물 및 알킬페놀 에톡실레이트가 1 : 1.5~5중량비로 혼합된 기능화제 혼합물로 기능화된 것인 상온 유화 아스팔트 혼합물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석유 수지는 쿠마론-인덴 수지, C9 석유 수지 또는 이들의 혼합물인 상온 유화 아스팔트 혼합물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상온 유화 아스팔트 혼합물은 유화 아스팔트 조성물 1~10중량부 및 순환골재 90~99중량부를 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물.
  6. (a) (ⅰ) 석유 수지 및 재생첨가제를 1 : 0.1~1의 중량비로 혼합하는 단계; 및 (ⅱ) 아스팔트 입자, (ⅰ)의 혼합물, 활성촉진제 및 박리방지제를 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 물, 계면활성제 및 고무입자를 혼합하여 유화수를 제조하는 단계;
    (c) 상기 아스팔트 조성물 및 유화수를 혼합하여 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 유화 아스팔트 조성물에 순환골재를 혼합하여 상온 유화 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계는 스태틱 믹서로 수행되고,
    상기 아스팔트 조성물은, 아스팔트 입자 100중량부에 대하여 석유 수지 1~10중량부, 활성촉진제 0.1~5중량부, 재생첨가제 1~5중량부 및 박리방지제 0.1~3중량부를 포함하고,
    상기 고무 입자는, 물 및 알킬페놀 에톡실레이트가 1 : 1.5~5중량비로 혼합된 기능화제 혼합물과 고무를 혼합하여 제조된 것인 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 유화수는,
    아스팔트 입자 100중량부에 대하여 물 55~65중량부, 계면활성제 0.5~1.5중량부 및 고무입자 1~5중량부를 포함하는 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 콜로이드 밀로 수행되는 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 아스팔트 조성물의 온도는 150~160℃이고, 유화수의 온도는 50~60℃인 상온 유화 아스팔트 혼합물의 제조방법.
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