KR102445604B1 - Mscr 규격을 충족하는 플라스토머 개질 아스팔트 바인더, 상기 아스팔트 바인더를 갖는 아스팔트 포장재, 및 상기 아스팔트 바인더의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, MSCR 규격을 충족하는 플라스토머 개질 아스팔트 바인더, 상기 아스팔트 바인더를 갖는 아스팔트 포장재, 및 상기 아스팔트 바인더의 제조 방법을 제공한다. 상기 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 플라스토머를 함유한다. 플라스토머의 적점이 약 139℃ 이하인 경우, 아스팔트 바인더는 황; 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물; 페놀 수지; 금속 산화물; 또는 이들의 조합을 추가로 함유한다. 상기 아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는다.

Description

MSCR 규격을 충족하는 플라스토머 개질 아스팔트 바인더, 상기 아스팔트 바인더를 갖는 아스팔트 포장재, 및 상기 아스팔트 바인더의 제조 방법{PLASTOMER-MODIFIED ASPHALT BINDERS MEETING MSCR SPECIFICATIONS, ASPHALT PAVING MATERIALS WITH SUCH ASPHALT BINDERS, AND METHODS FOR FABRICATING SUCH ASPHALT BINDERS}

본 발명의 기술분야는 일반적으로 아스팔트 바인더, 아스팔트 포장재, 및 이러한 아스팔트 바인더의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 MSCR 규격을 충족하는 플라스토머 개질 아스팔트 바인더, 이러한 아스팔트 바인더를 갖는 아스팔트 포장재, 및 이러한 아스팔트 바인더의 제조 방법에 관한 것이다.

아스팔트는 도로 건설 및 정비용 포장재로서 흔히 사용된다. 통상적으로, 주로 "아스팔트 바인더" 또는 "아스팔트 시멘트"로 지칭되는 아스팔트는, 골재와 혼합되어 아스팔트 포장에 사용되는 재료를 형성한다. 포장 노동자에 의한 상기 재료의 가공 및 사용은 아스팔트 포장을 만들어 낸다. 상기 아스팔트 포장은 골재에 대한 아스팔트 바인더의 점착에 의해 아스팔트 바인더의 연속상 내에 수용되는 골재를 포함한다.

아스팔트 포장의 강도 및 내구성은, 사용된 재료의 특성, 다양한 재료들의 상호작용, 믹스 설계, 건설 공정, 및 포장이 노출된 환경 및 교통 상황과 같은 다양한 인자에 따른다. 포장의 수명 동안 우수한 성능을 가질 믹스를 생산하기 위해서는, 최적의 아스팔트 바인더 필름 두께, 골재에 대한 아스팔트의 우수한 접착성, 및 아스팔트의 우수한 응집력을 갖는 아스팔트를 이용한 골재의 적절한 코팅을 얻는 것이 중요하다.

종래의 포장은 영구 변형과 같은 다양한 종류의 디스트레스 모드(distress mode)로 인한 곤란을 겪는다. 영구 변형은 아스팔트 포장에 있어서 심각한 문제점이다. 도로는 여름에 겨울보다 약 80℃ 내지 약 100℃ 더 온도가 높을 수 있다. 보다 높은 온도에서, 아스팔트 포장은 연화되며 크리프(creep)하고 움직여 융기부(ridge) 및 러트(rut)를 생성할 수 있고, 이는 주로 "러팅(rutting)"으로 지칭된다. 아스팔트 포장의 러팅은 무거운 트럭의 무게 또는 일시적으로 정지한 차량 하에서, 예를 들어 신호등의 교차로에서 발생할 수 있는데, 이는 러팅이 차량의 무게와 무게가 가해지는 지속 시간 둘 모두에 의존하기 때문이다.

러팅을 감소시키거나 방지하기 위해서, 아스팔트보다 상대적으로 높은 모듈러스를 갖는, 또는 비개질 아스팔트보다 높은 온도에서 보다 높은 모듈러스 아스팔트 바인더를 생성할 수 있는 중합체 또는 기타의 재료가 주로 종래의 아스팔트 바인더 내에 혼입된다. 러팅을 감소시키거나 방지하기 위해 아스팔트 바인더를 개질하는 데 사용되는 통상적인 중합체는 예를 들어 엘라스토머, 예를 들어 스티렌/부타디엔/스티렌 공중합체(SBS) 등, 및 플라스토머, 예를 들어 폴리에틸렌, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 등을 포함한다. 엘라스토머에 비해, 일부 플라스토머는 예를 들어 낮은 점도 및 아스팔트 제조 시설 및 포장 건설 현장 양쪽에서의 보다 우수한 시공성(workability) 등의 여러 장점을 가진다. 그 결과, 아스팔트를 가공하고 또한 도로를 포장하는 데 저온을 이용할 수 있다. 이는 상당한 환경적 및 경제적 이득을 유도한다. 보다 높은 모듈러스 아스팔트 바인더를 생산하기 위해 사용되는 또 다른 재료는 폴리인산(PPA)이다. 그러나, 많은 경우에서, 상기 재료의 이용은 부식 문제, PPA로 개질된 바인더를 이용하여 건설된 포장의 조기 균열에 대한 보고, 및 일부 경우 전면적인 금지로 인해 제한된다. 플라스토머는 PPA보다 용이하게 취급되며 부식 문제가 없다.

최근에, 다중 스트레스 크리프 회복(Multiple Stress Creep Recovery, MSCR) 시험이 아스팔트 바인더의 러팅 저항을 평가하기 위해 개발되었다. MSCR 시험에 의해 평가될 수 있는 특성은 비회복성 크리프 변형계수 J_nr과 스트레스 민감성 J_{nr , diff}이다. 특정 플라스토머에 있어서, 상기 플라스토머가 J_nr 표준(및 이에 관한 기존 성능 등급(Performance Grade, PG) 표준)을 만족시킬 수 있는 경우, 이의 스트레스 민감성 파라미터 J_{nr , diff}는 허용된 최대값을 초과하며, 이로 인해 상기 플라스토머는 규격을 충족시키기 위해 엘라스토머와의 조합으로 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 경우, 플라스토머의 시공적인 장점을 잃을 수 있으며, 이는, 예를 들어, 아스팔트를 가공하고 또한 도로를 포장하기 위해 보다 높은 온도를 사용해야 할 수 있다는 것이다. 이는 심각한 환경 오염을 일으킬 수 있으며 에너지 비용을 극적으로 증가시킬 수 있다.

따라서, 아스팔트 바인더가 MSCR 기준을 충족시키도록 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더를 제공하는 것이 요망된다. 또한, 엘라스토머를 필요로 하지 않으면서 MSCR 기준을 충족시키는 아스팔트 바인더를 산출하는 플라스토머를 아용한 아스팔트 바인더를 제공하는 것이 요망된다. 추가로, 이러한 아스팔트 바인더를 포함하고 환경 오염 또는 에너지 비용을 실질적으로 증가시키지 않으면서 유용한 아스팔트 포장재를 제공하는 것이 요망된다. 이러한 아스팔트 바인더의 제조 방법을 제공하는 것이 또한 요망된다. 더 나아가, 본 발명의 다른 바람직한 특징 및 특성들은, 본 발명의 이러한 배경기술 및 첨부된 도면과 관련하여, 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 첨부된 특허청구범위에서 명백해질 것이다.

본 발명에서는, MSCR 규격을 충족하는 플라스토머 개질 아스팔트 바인더, 이러한 아스팔트 바인더를 갖는 아스팔트 포장재, 및 이러한 아스팔트 바인더의 제조 방법이 제공된다. 한 예시적인 실시양태에서, 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트 및 플라스토머를 함유한다. 플라스토머의 적점이 139℃ 이하인 경우, 아스팔트 바인더는 황; 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물; 페놀 수지; 금속 산화물; 또는 이들의 조합을 추가로 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는다.

또 다른 예시적인 실시양태에 따라, 아스팔트 포장재는 베이스 아스팔트 및 플라스토머를 포함하는 아스팔트 바인더를 포함한다. 플라스토머의 적점이 139℃ 이하인 경우, 아스팔트 포장재는 황; 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물; 페놀 수지; 금속 산화물; 또는 이들의 조합을 추가로 포함한다. 상기 아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는다. 상기 아스팔트 포장재는 또한 골재를 포함한다.

추가의 예시적인 실시양태에 따라, 아스팔트 바인더의 제조 방법은 베이스 아스팔트를 충분히 액체인 상태로 가열하는 것을 포함한다. 상기 베이스 아스팔트와 플라스토머는 배합된다. 플라스토머의 적점이 139℃ 이하인 경우, (a) 황; (b) 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물; (c) 페놀 수지; (d) 금속 산화물; 또는 (e) 이들의 조합이 또한 베이스 아스팔트에 혼입된다. 상기 아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는다.

이하에서 다양한 실시양태가 하기 도면과 함께 기술될 것이며, 유사한 숫자는 유사한 성분을 의미한다:
도 1은 다양한 적점을 나타내는 플라스토머를 함유하는 아스팔트 바인더의 MSCR 시험 결과를 도시하는 표이다. 아스팔트 바인더는 미국 중부산 PG 64-22 베이스 아스팔트로부터 생성하였다. 시험은 64℃의 작업 환경 온도에서 수행하였다.
도 2는 도 1의 결과를 도시하는 그래프이다.

하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 사실상 단순한 예시이며 다양한 실시양태 또는 이의 적용 및 용도를 제한하려는 의도가 아니다. 더 나아가, 여기에는 상기 배경기술 또는 이하의 구체적인 내용에 제시된 어떠한 이론에도 구속되려는 의도가 없다.

본원에 고려된 다양한 실시양태는 베이스 아스팔트 및 플라스토머를 포함하는 아스팔트 바인더에 관한 것이다. 플라스토머의 적점이 139℃ 이하인 경우, 아스팔트 바인더는 또한 (a) 황; (b) 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물, 특히 테트라메틸 티우람 이황화물(TMTD), 테트라에틸 티우람 이황화물(TETD) 및 테트라부틸 티우람 이황화물(TBUT); (c) 페놀 수지, 특히 페놀-알데히드 수지; (d) 금속 산화물, 예컨대 아연 산화물; 또는 (e) 이들의 조합을 또한 함유할 수 있다. 본원에 고려된 아스팔트 바인더는 엘라스토머의 존재 없이 MSCR 비회복성 크리프 변형계수 J_nr 규격 및 또한 MSCR 스트레스 민감성 J_{nr , diff} 규격을 둘 다 충족시킬 수 있다. 이에 관하여, 상기 아스팔트 바인더는 엘라스토머가 존재하는 경우보다 낮은 온도에서 아스팔트 포장재를 제조하는 데 사용될 수 있으며 효과적으로 감소된 도로 러팅을 실현하면서도 보다 낮은 온도의 포장을 유도할 수 있다.

아스팔트 바인더의 성능을 측정하는 방법은 시간이 흐름에 따라 변화해왔으며 종래 아스팔트 바인더의 단점을 드러내었다. 성능 등급(PG) 시스템은 원래 1990년대 초반 미국에서 전략적 고속도로 연구 프로그램(Strategic Highway Research Project Program)에서 개발된 아스팔트 바인더 성능 측정 방법이다. 슈퍼페이브(Superpave)™ 성능 등급(PG) 규격은 서비스 기후(service climate)에 따라 6℃ 간격으로 변화하는 성능 등급으로 아스팔트 바인더를 분류한다. 예를 들어, 슈퍼페이브 성능 등급 PG 64-22은 64℃ 이하에서 고온 물리적 특성을 및 -22℃ 이상에서 저온 물리적 특성을 충족한다. 이 시스템이 종래 속도의 중간 교통량 포장에서 효과적이지만, 연구 결과는 느린 속도 부하 및 많은 교통량을 갖는 포장에 대해 일부 개선이 필요함을 나타낸다. 부하 시간 및 교통량에서의 변화를 반영하기 위해 기준 및/또는 시험 조건을 변화시키기보다는, PG 시스템에서 교통 속도 및 교통량은 "등급 범핑(grade-bumping)" 또는 기후에 의해 표현되는 보다 높은 온도에서의 시험에 의해 조정된다. 예를 들어, 표준 교통량의 아스팔트 포장에 대하여 PG 64-22 아스팔트 바인더가 사용될 수 있지만, 포장 온도가 절대 64℃ 초과로 상승하지 않는 경우일지라도, 많은 교통량의 고속포장은 PG 76-22 아스팔트 바인더를 필요로 할 수 있다.

보다 최근의 연구 결과는, AASHTO T350-14에 기술된 방법론 및 AASHTO M332-14의 규격을 이용하는 다중 스트레스 크리프 회복(MSCR) 시험을 유도하였다. MSCR 시험은 보다 정확하게 아스팔트 바인더의 러팅 성능을 나타내도록 의도된 새로운 고온 바인더 규격을 사용자에게 제공한다. MSCR 시험은 잘 확립된 크리프 및 회복 시험 개념을 이용하여 바인더의 영구 변형에 대한 포텐셜을 평가한다. 기존 PG 규격에서 이용된 동일한 장비인, 동적 전단 레오미터(Dynamic Shear Rheometer, DSR)를 이용하여, 1초 크리프 부하를 아스팔트 바인더 샘플에 가하였으며, 이는 회전 박막 오븐(Rolling Thin Film Oven, RTFO)을 이용하여 단기 노화시킨 것이다. 1초의 부하를 제거한 후, 샘플을 9초간 회복하게 하였다. 시험은 낮은 스트레스(0.1 kPa)의 10회 크리프/회복 사이클의 적용으로 시작하고, 이후 스트레스를 3.2 kPa로 증가시키고 추가 10회 사이클을 반복하였다. 10회 부하 사이클에서의 비회복성 스트레인을 적용한 스트레스(양쪽에 대해 0.1 kPa 및 3.2 kPa)로 나눈 평균값은 비회복성 크리프 변형계수, J_nr이다.

MSCR 규격과 PG 시스템 사이의 주요한 차이점은 등급 범핑이 어떻게 수행되느냐이다. MSCR 규격에 대해서, 바인더 시험은 포장이 경험할 것으로 예상되는 높은 환경 온도에서 수행된다. 기후 등급이 PG64 또는 PG58인 경우, 모든 고온 시험은 64℃ 또는 58℃에서 수행된다. 많은 교통량이 예상되는 경우 규격의 요건은 변화하며, 즉, 포장이 실제로 경험할 증가된 스트레스를 반영하기 위해 보다 낮은 J_nr 값이 요구되지만, 시험은 여전히 예를 들어 PG 64 기후에 대해 64℃에서 수행된다. 예를 들어 표준 빠르기로 움직이는 교통량에 대한 MSCR 규격 J_nr은 최대 4.5 kPa^-1이고, 느린 움직임 또는 보다 많은 교통량에 있어서 요구되는 J_nr 값은 보다 높은 온도에서 시험하는 것 대신 보다 내유동성(rut-resistant)인 재료를 요구하기 위해 최대 2.0, 1.0 또는 0.5일 수 있다. 각각의 S, H, V 또는 E 등급(하기 설명된 바와 같음)에 대한 고온 시험은, 예를 들어 58℃ 또는 64℃의 동일한 포장 기후 온도에서 수행될 것이다. 이는 예상되는 작업 온도에서 바인더의 정확한 평가가 가능하게 한다. AASHTO 규격의 섹션은 하기 표 1에 나타나 있으며, 여기서 등급 범핑은 온도를 변화시키는 것이 아닌, 표준, 많은, 매우 많은, 또는 극히 많은 교통량의 필요 규격 값을 변화시킴으로써 수행된다.

현재 등급 범핑 한계를 반영하는 MSCR 등급
표준 S 등급	교통량 < 3 백만 ESAL's
많은 H 등급	교통량 > 3 백만 ESAL's
매우 많은 V 등급	교통량 > 10 백만 ESAL's
극히 많은 E 등급	교통량 > 30 백만 ESAL's

여기서 "ESAL's"은 "등가 단축 하중(equivalent single axle load)"이다.

스트레스 민감성 파라미터 J_{nr , diff}는 식 J_{nr , diff} = (J_{nr , 3.2 kPa} - J_nr,0.1kPa)/J_nr,0.1kPa를 이용하여 계산된다. J_{nr , diff}는, 바인더가 예상 밖의 높은 부하 또는 대단히 높은 온도에 너무 스트레스 민감성이지 않도록 보장하기 위해 MSCR 규격 하에 75% 미만일 것이 요구된다.

상기 언급한 바와 같이, 본원에 고려된 바와 같은 아스팔트 바인더는 베이스 아스팔트를 포함한다. 자연 발생한 아스팔트 및 합성 제작된 아스팔트 등 모든 종류의 아스팔트는, 본원에 고려된 아스팔트 바인더에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 포장, 코팅, 실란트, 지붕재, 접착제, 및 기타 응용분야에 사용되는 산업을 위해 사용되는 아스팔트를 사용할 수 있다. 아스팔트는 자연적으로 발생하거나 석유 가공에서 얻어지는 비튜멘이 주된 구성성분인 암갈색 내지 검은색의 시멘트성 재료로서 ASTM에 의해 정의된다. 아스팔트는 포화물, 방향족 화합물, 수지 및 아스팔텐을 특징적으로 함유한다. 천연 발생 아스팔트는 천연 록 아스팔트, 레이크 아스팔트 등을 포함한다. 합성 제작된 아스팔트는 주로 석유 정제 또는 정제 후 공정의 부산물이며 에어 블로운(air-blown) 아스팔트, 블렌디드 아스팔트, 크랙(cracked) 또는 잔여(residual) 아스팔트, 석유 아스팔트, 프로판 아스팔트, 스트레이트 런 아스팔트, 서멀(thermal) 아스팔트 등을 포함한다.

아스팔트 바인더는 또한 플라스토머를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "플라스토머"는 일반적으로, 아스팔트 바인더의 강성을 증진시키지만, 있어도 극히 적은 탄성을 제공하는 중간 내지 고도의 결정도를 보유하는 중합체를 지칭한다. 한 예시적인 실시양태에서, 본원에 고려된 플라스토머는 적점이 139℃ 초과이다. 적점은 ASTM D3954에 의해 정의된다. 적점은 재료의 특징적인 특성이며 재료의 첫 소적(drop)이 정의된 시험 조건 하에 컵으로부터 떨어지는 온도이다. 본원에 고려된 아스팔트 바인더에 사용하기에 적합한 플라스토머의 예는 말레에이트화 폴리프로필렌, 예컨대 적점이 약 152℃이고 비누화값이 약 75 mg KOH/gm 내지 약 95 mg KOH/gm인 허니웰 타이탄(Honeywell Titan)™ 7278, 적점이 약 155℃이고 비누화값이 약 14 KOH/gm 내지 약 22 mg KOH/gm인 허니웰 타이탄™ 7933 등; 산화 고밀도 폴리에틸렌(밀도가 약 0.94 gm/cm³ 내지 약 1.0 gm/cm³인 폴리에틸렌으로 정의됨), 예컨대 적점이 대략 140℃이고 산가가 7 mg KOH/gm인 허니웰 타이탄™ 7817 등; 및 폴리프로필렌, 예컨대 적점이 167℃이고 산가 또는 비누화값이 약 0인 허니웰 타이탄™ 7457 등을 포함한다. 모든 허니웰 타이탄™ 제품은 미국 뉴저지주 모리스타운 소재 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드사로부터 입수할 수 있다. 한 실시양태에서, 플라스토머 또는 플라스토머의 혼합물은 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 양으로 아스팔트 바인더에 존재한다. 상기 값은 최종 현행(in-use) 아스팔트 바인더에 대한 농도를 나타낸다. 보다 높은 농도는 후속하여 최종 현행 농도로 "저감(let down)"되는 농축물을 만드는 데 사용될 수 있다.

또 다른 실시양태에서, 아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는다. 아스팔트 바인더가 엘라스토머를 함유하는 정도로, 이는 아스팔트 바인더의 물리적, 기계적 또는 화학적 특성을 개질하거나 수정하지 않는 양을 함유한다. 한 실시양태에서, 아스팔트 바인더는 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이하의 엘라스토머를 함유한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "엘라스토머"는 아스팔트 바인더의 강성을 증진시키고 또한 탄성을 부여할 수 있는 중합체를 지칭한다.

또 다른 예시적인 실시양태에서, 아스팔트 바인더는 황; 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물, 특히 테트라메틸 티우람 이황화물(TMTD), 테트라에틸 티우람 이황화물(TETD) 및 테트라부틸 티우람 이황화물(TBUT); 페놀 수지, 특히 페놀-알데히드 수지; 금속 산화물, 예컨대 아연 산화물; 또는 이들의 조합으로부터 선택된 첨가제를 포함한다. 상기 첨가제 중 하나 이상은, 플라스토머와의 조합으로 사용되는 경우 동일한 MSCR 등급을 만들기 위해 더 많은 플라스토머가 요구될 수 있지만 플라스토머가 더이상 139℃ 초과의 적점을 필요로하지 않도록, 아스팔트 바인더의 비회복성 크리프 변형계수 J_nr, 및 또한 스트레스 민감성 파라미터 J_{nr , diff} 둘 모두를 낮추는 것을 가능하게 할 수 있다. 한 실시양태에서, 황은 원소 황으로서 아스팔트 바인더에 첨가된다. 예시적인 실시양태에서, 첨가제는 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 0 초과 내지 약 1 중량% 이하의 양으로 아스팔트 바인더에 존재한다.

한 실시양태에서, 아스팔트 포장재는 본원에 고려된 아스팔트 바인더를 함유한다. 상기 기술된 아스팔트 바인더 외에, 아스팔트 포장재는 골재를 포함한다. "골재"는 아스팔트 바인더와 배합되어 아스팔트 포장재를 형성하는 광물 재료, 예컨대 모래, 자갈 또는 쇄석 등의 총칭(collective term)이다. 골재는 천연 골재, 제작(manufactured) 골재, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 천연 골재는 통상적으로, 기계적 파쇄에 의해 이용 가능한 크기로 축소된 온통파기(open excavation)(예를 들어 채석장)로부터 유래된 채취한 암석이다. 제작 골재는 통상적으로 야금 공정(예를 들어 강, 주석, 및 구리 생산)으로부터의 슬래그와 같은 다른 제작 공정의 부산물이다. 제작 골재는 또한 저밀도 등과 같은 천연 암석에서 발견되지 않는 특정 물리적 특징을 갖도록 생산된 특별한 재료를 포함한다. 골재의 그라데이션은 핫 믹스 설계에서 주의깊게 제어되어 이의 성능을 최적화한다. 핫 믹스 설계는 상대적 비율의 골재 크기에 기초하여 "밀입도(dense graded)," 쇄석 매트릭스 아스팔트(Stone Matrix Asphalt, SMA), 개립도 마찰층(Open Graded Friction Course, OGFC) 등으로 분류될 수 있다. 한 예시적인 실시양태에서, 약 3 중량% 내지 약 8 중량%의 아스팔트 바인더가 약 92 중량% 내지 약 97 중량%의 골재와 혼합되어 아스팔트 포장재를 형성한다. 다른 주지된 첨가제가 또한 핫 믹스에 첨가될 수 있으며, 이는 박리방지재, 준고온 첨가제(warm mix additive), 섬유 등을 포함한다.

한 예시적인 실시양태에서, 본원에서 고려된 바와 같은 아스팔트 바인더를 제작하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 플라스토머 및 임의 다른 개질제가 보다 용이하게 혼입될 수 있도록 베이스 아스팔트를 충분히 액체인 상태로 가열하는 것을 포함한다. 한 실시양태에서, 베이스 아스팔트는 약 75℃ 내지 약 200℃의 온도로 가열된다. 보다 빠른 혼입을 위하여, 온도는 플라스토머의 융점보다 높을 수 있다. 아스팔트는 순수(neat)할 수 있거나 또는 이 시점에서 예를 들어 타이어 고무 분말(ground tire rubber, GTR), 재생 아스팔트 혼합물(reclaimed asphalt pavement, RAP), 재생 아스팔트 싱글(reclaimed asphalt shingle, RAS), 인산, 폴리인산, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체 등, 또는 상기 개질제들의 다양한 조합과 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 본원에 고려된 바와 같은 아스팔트 및 플라스토머는 예를 들어 저전단 믹서를 충분한 혼합 속도로 이용하여 혼합하여 합리적인 시간 프레임 안에 아스팔트 내에 플라스토머를 균일하게 혼입시킨다. 실험실에서, 예를 들어, 저전단 믹서는 약 5 RPM(분당 회전수) 내지 약 800 RPM의 혼합 속도로 작동될 수 있다. 아스팔트가 아직 황; 황 함유 화합물, 예컨대 히드로카빌 다황화물 및 티우람 이황화물; 페놀 수지; 금속 산화물; 또는 이들의 조합을 함유하지 않는 경우, 상기 첨가제들 중 하나 이상은 이 때 아스팔트 바인더에 첨가될 수 있다. 혼합은 균질한 블렌드를 생성하기에 충분한 시간, 예컨대 약 30 분 내지 약 4 시간 동안 지속된다.

하기 표 1에서는 두 가지 상이한 적점을 나타내는 플라스토머를 함유하는 아스팔트 바인더의 스트레스 민감성 J_{nr , diff} 시험 결과를 도시한다. 아스팔트 바인더는 두가지 상이한 베이스 아스팔트, PG 64-22A 및 PG 64-22B로부터 형성되며, 상기 둘 모두는 미국 중부산이다. 아스팔트 바인더는 97.55 중량% 베이스 아스팔트 및 2.45 중량% 플라스토머를 함유하였다. 시험은 64℃ 및 76℃의 작업 환경 온도에서 수행하였다.

[표 1]

표 1에서 나타나 바와 같이, 적점이 139℃ 미만인 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더는 적점이 139℃ 초과인 플라스토머보다 높은 J_{nr , diff} 값을 가지며 76℃에서의 MSCR 규격에 불합격하였고, 즉 J_{nr , diff}가 75% 초과이며, 반면 적점이 139℃ 초과인 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더는 MSCR 규격에 합격하였고, 즉, J_{nr , diff}가 두 시험 온도에서 현저히 75% 미만이었다.

도 1에서는 7가지 상이한 플라스토머를 함유하는 아스팔트 바인더에 대해 수행된 스트레스 민감성 J_{nr , diff} 시험 결과를 도시한다. 아스팔트 바인더 중 3가지는 139℃ 미만의 상이한 적점, 즉 136℃, 126.5℃, 및 126℃의 적점을 나타내는 플라스토머를 함유하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 이들 3가지 상이한 아스팔트 바인더는 J_{nr , diff}가 75%를 초과하여 MSCR 규격에 불합격하였다. 적점이 139℃ 초과인 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더는 모두 MSCR 규격을 통과하였다. 도 2는 x축(10)에 플라스토머 적점 및 y축(20)에 J_{nr , diff}을 나타내는 도 1의 그래프 예도이다. 도 2로부터, 아스팔트 바인더에 첨가된 플라스토머의 적점이 증가함에 따라, 아스팔트 바인더의 J_{nr , diff}가 감소함이 나타난다.

하기 표 2는 본원에 고려된 아스팔트 바인더에 대한 황의 영향을 도시한다. 순수 아스팔트 바인더 및 2가지 상이한 적점을 갖는 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더에 대해 수행한 비회복성 크리프 변형계수 J_nr, 및 스트레스 민감성 J_{nr , diff} 시험의 결과를 나타낸다. 아스팔트 바인더 64-22 E는 미국 중부산이다. 허니웰 타이탄™ 7205은 적점이 115℃인 중밀도(약 0.925 gm/cm³ 내지 약 0.94 gm/cm³의 밀도) 폴리에틸렌 동종중합체이며 허니웰 타이탄™ 7278은 적점이 152℃이다.

조성물
PG 64-22 E		100.00%	99.90%	97.00%	96.9%	97.3%	97.5%	97.4%
허니웰 타이탄™ 7205				3.0%	3.0%	2.5%
허니웰 타이탄™ 7278							2.5%	2.5%
황			0.1%		0.1%	0.2%		0.1%
계		1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
MSCR 규격	온도(℃)
Jnr , 3.2 kPa(kPa-1)	64	2.570	2.120	1.047	0.865	0.975	1.170	0.873
Jnr diff <= 75%	64	8.88%	10.35%	102.78%	71.83%	53.79%	29.52%	26.35%
MSCR 등급		64S	64S	불합격	64V	64V	64H	64V

표 2에 나타난 바와 같이, 순수한 아스팔트 바인더에 있어서, 황의 첨가는 비회복성 크리프 변형계수 J_nr가 약간 하락하게 하였으나, 이의 MSCR 등급은 동일한 "S"에서 유지되었다. 적점이 139℃ 이하인 3 중량% 플라스토머를 이용한 아스팔트 바인더는 스트레스 민감성 파라미터 J_{nr , diff} 규격에 불합격하였다. 그러나, 0.1% 황의 첨가는 아스팔트 바인더가 스트레스 민감성 파라미터 J_{nr , diff} 규격을 통과하는 것에 추가로 "V" 등급을 나타내게 하였다. 2.5 중량% 플라스토머를 함유하는 바인더에 0.2% 황을 첨가하는 것은 아스팔트 바인더가 PG 64V 등급이 되고 53.79%의 더 낮은 J_{nr , diff} 값을 나타내게 하였다. 적점이 139℃ 초과인 2.5 중량% 플라스토머(허니웰 타이탄™ 7278)를 순수 아스팔트 바인더에 첨가하는 것은 J_nr 값을 하락시키고 MSCR 등급을 "S"로부터 "H"로 상승시켰다. 그러나, 0.1% 황의 첨가는 J_nr 값을 더욱 떨어지게 작용하며, J_{nr , diff} 값을 또한 하락시키는 한편 MSCR 등급을 "H"로부터 "V"로 상승시켰다. 따라서, 적점이 139℃ 초과인 플라스토머의 사용은 보다 적은 플라스토머가 PG 64H-22을 충족시키도록 하며 보다 적은 플라스토머 및 보다 적은 황이 PG 64V-22 등급을 충족시키게 하였다.

하나 이상의 예시적인 실시양태가 상기 본 발명의 구체적인 내용에 제시되어 있으나, 수많은 변형예가 존재함이 이해되어야 한다. 또한 예시적인 실시양태(들)은 단지 예시이며, 본 발명의 범위, 응용분야 또는 구성을 어떤 식으로든 한정하려는 의도가 아님이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 상기 구체적인 내용은 본 발명의 예시적인 실시양태를 구현하는 편리한 로드맵을 당업자에게 제공할 것이다. 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 예시적인 실시양태에서 기술된 요소들의 기능 및 배열에서 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (10)

1. 베이스 아스팔트; 및
   152℃ 내지 155℃의 적점을 갖는 말레에이트화 폴리프로필렌, 167℃의 적점을 갖는 폴리프로필렌 동종중합체, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 플라스토머
   를 포함하는 아스팔트 바인더로서, 플라스토머는 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 양으로 존재하고,
   엘라스토머를 실질적으로 함유하지 않는 아스팔트 바인더.
2. 제1항에 있어서, 말레에이트화 폴리프로필렌은 비누화값이 75 mg KOH/gm 내지 95 mg KOH/gm인 것인 아스팔트 바인더.
3. 제1항에 있어서, 아스팔트 바인더는 황, 티우람 이황화물, 히드로카빌 다황화물, 페놀 수지, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것인 아스팔트 바인더.
4. 제3항에 있어서, 황, 티우람 이황화물, 히드로카빌 다황화물, 페놀 수지, 금속 산화물, 또는 이들의 조합은 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이하의 양으로 아스팔트 바인더에 존재하는 것인 아스팔트 바인더.
5. 아스팔트 바인더; 및
   골재
   를 포함하는 아스팔트 포장재로서,
   아스팔트 바인더는
   베이스 아스팔트; 및
   152℃ 내지 155℃의 적점을 갖는 말레에이트화 폴리프로필렌, 167℃의 적점을 갖는 폴리프로필렌 동종중합체, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고, 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 양으로 존재하는 플라스토머
   를 포함하고,
   아스팔트 바인더는 엘라스토머를 실질적으로 함유하는 않는 것인 아스팔트 포장재.
6. 제5항에 있어서, 아스팔트 바인더의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이하의 양으로 아스팔트 바인더에 존재하는, 황, 티우람 이황화물, 히드로카빌 다황화물, 페놀 수지, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 더 포함하는 아스팔트 포장재.
7. 제1항의 아스팔트 바인더의 제조 방법으로서,
   베이스 아스팔트를 충분히 액체인 상태로 가열하는 단계; 및
   가열된 베이스 아스팔트에 상기 아스팔트 바인더 및 경우에 따라, 황, 티우람 이황화물, 히드로카빌 다황화물, 페놀 수지, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 배합하는 단계
   를 포함하는 제조 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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