KR102526505B1 - 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법 - Google Patents

도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법은 ⅰ) 폴리올레핀 엘라스토머 20 내지 40중량부; ⅱ) 에폭시화 된 천연고무 10 내지 20중량부; ⅲ) 열가소성 엘라스토머 컴파운드 20 내지 40중량부; ⅳ) 탄소나노튜브(CNT) 개질 점착부여제 10 내지 20중량부 및 ⅴ) 액상 폴리머 개질 프로세스 오일 15 내지 30중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용함으로써, 표면 조직 평탄성 및 부드러운 질감에 의해 도로의 소음이 저감 되면서, 포장 두께 1.5 내지 2.5cm의 박층으로 시공될 수 있는 장점이 있다.

Description

도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법{High-strength thin-layer low-noise asphalt modification to reduce road noise, asphalt mixture prepared using the same, and method for construction thereof}
본 발명은 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 표면 조직 평탄성 및 부드러운 질감에 의해 도로의 소음이 저감 되면서, 포장 두께 1.5 내지 2.5cm의 박층으로 시공될 수 있는 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
국내 경제의 지속적인 성장 및 사회 간접시설 확충의 일환으로 고속도로 및 일반 국도가 확장되면서 차량의 증가 및 대형화, 고속화로 인해 교통 소음 레벨이 높아지고 있다. 반면에 국민의 생활수준 향상에 따른 쾌적한 저소음 환경에 대한 요구가 증대되고 있으며, 최근 도로 소음 저감을 위한 방음벽 및 저소음 포장의 요구가 높아지고 있는 실정이다. 특히 도로 소음으로 인한 불면증 및 스트레스 발생, 도심지 및 학교 주변의 생활여건 개선 등의 요구로 소음 규제 지역이 증가하는 추세에 있으며, 2016년 기준 서울시가 받은 소음 관련 민원은 모두 4만 건 이상으로 이중 도로 소음이 전체의 40%로 층간/공사장 소음에 앞서 가장 큰 비중을 차지한다. (서울연구원 ‘서울시 도로소음 저감대책 개선방안')
따라서 도로 소음 저감 및 환경 개선을 위한 방음벽, 저소음 포장 도로 등 이에 대한 대책이 시급히 요구된다.
국내의 경우 도로 소음 저감을 위하여 저소음 배수성 포장이 주로 적용되고 있다. 저소음 배수성 포장은 아스팔트 포장 내부의 16% 이상의 공극에 의해 소음저감 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 저소음 배수성 포장은 공용 중 공극 막힘에 의한 소음저감 효과 감소, 공극율 유지를 위한 주기적인 청소 및 16% 이상의 내부 공극에 의한 낮은 역학적 특성에 기인한 골재 탈리 및 마모 발생으로 유지관리 비용 증가 등의 문제점을 내포하고 있다. 또한 저소음 배수성 포장의 낮은 역학적 특성으로 인하여 교차로, 고가교 및 중차량 도로 등에 적용할 수 없는 현장적용의 한계성을 내포하고 있다.
한국등록특허 제10-1078374호 내구성이 향상된 저소음배수성 포장체를 포장하는 포장방법은 골재와 아스팔트가 혼합된 아스팔트 콘크리트를 포장하여 기저층을 형성하는 기저층 형성공정; 상기 기저층 상부에 프라이머 수지를 0.2 내지 0.9㎏/㎡ 도포하는 프라이머 공정; 입도 0.1 내지 1.5㎜의 골재를 0.3 내지 1.5㎏/㎡를 살포하는 골재 살포공정; 및 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 수지를 포함하는 점도 300 내지 500cps의 접착제를 0.1 내지 1.0㎏/㎡를 살포하여 도포 하는 수지도포공정을 포함하는 내구성이 향상된 저소음 배수성 포장체의 포장 방법이 기재되어 있다.
또한, 한국등록특허 제10-0872896호 친환경 저소음 배수성 아스팔트 콘크리트는 조골재, 모래, 채움재로 이루어진 골재 혼합물에 아스팔트와 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체를 주성분으로 하는 개질재로 이루어진 고점도의 개질 아스팔트를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 저소음 배수성 아스팔트 콘크리트가 기재되어 있다.
또한, 한국등록특허 제10-1954243호 SIS, SBS 및 개선된 골재 입도의 미분말 골재를 포함하는 저소음 배수성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법은 아스팔트 100중량부 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 5 내지 35중량부; 스티렌부타디엔스티렌 0.1 내지 25중량부; 석유수지 5 내지 35중량부; 골재 800 내지 1,100중량부; 미분말 골재 10 내지 100중량부; 셀룰로오스 섬유 0.1 내지 2중량부; 및 숯가루 0.001 내지 1중량부를 포함하는 저소음 배수성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법과 SIS, SBS 및 개선된 골재 입도의 미분말 골재를 포함하는 저소음 배수성 아스팔트 콘크리트 조성물은 PG 82-34 등급이며 고응집력과 고결합력을 구비하여 저소음성 및 배수성이 우수하다고 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허는 16% 이상의 공극에 의한 저소음 효과는 있으나 낮은 역학적 특성에 기인한 골재 탈리, 균열 및 포트홀 등에 의한 공용성 저하 및 공용 중 공극 막힘에 의해 소음 저감 효과의 지속성이 감소하는 단점을 내포한다.
한편 저소음 아스팔트 포장의 요구가 증가함에 따라 기존 노면을 절삭 하거나 기존 포장 위에 덧씌우기 하여 저소음 아스팔트 혼합물을 포장 하는 시공 방법이 주로 적용되고 있다. 그러나 이와 같은 저소음 포장은 기존 노면을 5cm 이상 절삭 하거나 덧씌우는 방식으로 포장 절삭에 따른 폐기물 발생 및 처리 비용 증가, 아스팔트 혼합물 생산 비용 증가 등 환경적경제적 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 저소음 배수성 포장의 문제점을 해결하기 위하여 3 내지 6%의 내부 공극을 가지면서 표면미세공극, 평탄성 및 부드러운 질감에 의해 도로 소음저감 효과를 가질 뿐만 아니라 기존 노면 절삭 또는 덧씌우기 시 포장 두께 1.5 내지 2.5cm로 시공되어 폐기물 발생 및 처리 비용 감소 등을 할 수 있는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 고강도 박층 저소음 포장 시공방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 3 내지 6%의 내부 공극을 가지면서, 표면 조직 평탄성 및 부드러운 질감에 의해 도로의 소음을 저감할 수 있는 저소음 아스팔트 포장을 구현하기 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 최대크기가 5mm 또는 8 내지 13mm의 단입도 골재를 사용한 합성입도로 3 내지 6%의 내부 공극 및 60% 이상의 표면 미세 공극 및 평탄성에 의해 도로의 소음을 저감할 수 있는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재 및 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 사용하여 포장 두께가 1.5 내지 2.5cm가 되도록 하는 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하고자, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재는 ⅰ) 폴리올레핀 엘라스토머 20 내지 40중량부; ⅱ) 에폭시화 된 천연고무 10 내지 20중량부; ⅲ) 열가소성 엘라스토머 컴파운드 20 내지 40중량부; ⅳ) 탄소나노튜브(CNT) 개질 점착부여제 10 내지 20중량부 및 ⅴ) 액상 폴리머 개질 프로세스 오일 15 내지 30중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 천연고무는, 에폭시기가 30 내지 50% 도입된 천연고무 일 수 있다.
또한, 상기 열가소성 엘라스토머 컴파운드는, 폴리프로필렌 20 내지 40중량부 및 SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene) 60 내지 80중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액상 폴리머 개질 프로세스 오일은, 프로세스 오일 100중량부에 대하여 폴리부텐 또는 폴리이소프렌 액상 폴리머 20 내지 40중량부를 중합하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 개질 점착부여제는, 탄소나노튜브 5 내지 15중량부 및 점착부여제 85 내지 95중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물은 골재류 80 내지 96.8중량부; 아스팔트 3 내지 10중량부 및 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재 0.2 내지 2중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-1 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 76 내지 90%, 5mm체 44 내지 74%, 2.5mm체 28 내지 58%, 0.6mm체 11 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 21%, 0.15mm체 3 내지 15%, 0.8mm체 2 내지 10%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-2 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 95 내지 100%, 10mm체 84 내지 92%, 5mm체 55 내지 70%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-3 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 72 내지 90%, 10mm체 56 내지 80%, 5mm체 35 내지 65%, 2.5mm체 23 내지 49%, 0.6mm체 10 내지 28%, 0.3mm체 5 내지 19%, 0.15mm체 3 내지 13%, 0.08mm체 2 내지 8%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-4 입도의 통과 중량백분율 기준인 20mm체 95 내지 100%, 13mm체 75 내지 90%, 10mm체 67 내지 84%, 5mm체 45 내지 65%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-5 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 69 내지 84%, 10mm체 56 내지 74%, 5mm체 35 내지 55%, 2.5mm체 23 내지 38%, 0.6mm체 10 내지 23%, 0.3mm체 5 내지 16%, 0.15mm체 3 내지 12%, 0.08mm체 2 내지 10%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, WC-6 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 73 내지 90%, 5mm체 40 내지 60%, 2.5mm체 25 내지 40%, 0.6mm체 11 내지 22%, 0.3mm체 7 내지 16%, 0.15mm체 4 내지 12%, 0.08mm체 3 내지 9%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 45 내지 85%, 10mm체 27 내지 73%, 5mm체 5 내지 40%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 85 내지 100%, 10mm체 57 내지 92%, 5mm체 5 내지 43%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 76 내지 100%, 5mm체 21 내지 76%, 2.5mm체 5 내지 42%, 0.6mm체 2 내지 21%, 0.3mm체 1 내지 20%, 0.15mm체 1 내지 19%, 0.08mm체 1 내지 16%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 70 내지 100%, 2.5mm체 10 내지 63%, 0.3mm체 6 내지 31%, 0.08mm체 1 내지 17%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 13mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 80 내지 100%, 10mm체 40 내지 95%, 5mm체 20 내지 70%, 2.5mm체 10 내지 60%, 1.2mm체 5 내지 35%, 0.3mm체 3 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 25%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 10mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 10mm체 85 내지 100%, 5mm체 25 내지 70% 2.5mm체 10 내지 50%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 2 내지 20%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 8mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 85 내지 100%, 5mm체 60 내지 80% 2.5mm체 20 내지 45%, 1.2mm체 15 내지 25%, 0.3mm체 12 내지 22%, 0.08mm체 6 내지 14%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 5mm 박층 저소음 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 85 내지 100%, 2.5mm체 65 내지 85%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 15 내지 35%, 0.08mm체 4 내지 13%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는, 재생골재 0.0001 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법은 가) 상기 제6항에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 생산하는 단계; 나) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 현장에 운반하는 단계; 다) 택코트(hs coat) 단계; 라) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 포장두께 1.5 내지 2.5cm로 포설하는 단계; 마) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 1차 다짐(머캐덤 롤러)하는 단계; 바) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 2차 다짐(타이어 롤러)하는 단계 및 사) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 3차 다짐(탠덤 롤러)하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 다) 택코트(hs coat) 단계는, 도로 진행 방향을 따라 폴리머 개질 유화 아스팔트를 포함하는 택코팅 유제를 코팅할 수 있다.
또한, 상기 택코팅 유제는, 상기 폴리머 개질 유화 아스팔트 100중량부에 있어서, 고분자 탄성 쿠션제재 1 내지 5중량부가 더 혼합될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법은 부드러운 질감을 갖는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개잴재 및 최대크기 5mm 골재 또는 8 내지 13mm의 골재를 사용하여 3 내지 6%의 내부공극, 60% 이상의 표면미세공극, 0.2 내지 0.6mm의 MPD(Mean Profile Depth)이 혼합된 아스팔트 혼합물을 이용하여 도로 포장을 진행함으로써, 평탄성 및 포장 표면의 부드러운 질감에 의해 도로소음을 저감하여 학교 및 주거 밀집지역에서 도로소음으로 인한 민원을 해결할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 아스팔트 혼합물은 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재와 최대크기 5mm 또는 8 내지 13mm의 단입도 골재를 사용함으로써, 탄성특성, 변형 및 균열저항성을 개선하여 포장 두께가 2cm 저소음 박층 시공에도 10년 이상의 공용성을 확보할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 시공방법은 상기의 아스팔트 혼합물을 사용하여 박층 저소음 포장의 두께가 1.5 내지 2.5cm로 인한 원재료 감소에 따른 생산 비용 및 에너지 절감, 폐기물 발생 및 처리 비용이 절감되는 경제적 또는 환경적인 효과를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재는 폴리올레핀 엘라스토머(POE, Polyolefin Elastomer), 에폭시화 된 천연고무, 열가소성 엘라스토머 컴파운드(TEC, Thermoplastic Elastic Compound), 탄소나노튜브 개질 점착부여제 및 액상 폴리머 개질 프로세스 오일을 포함할 수 있다.
구체적으로, 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재는 폴리올레핀 엘라스토머 20 내지 40중량부, 에폭시화 된 천연고무 10 내지 20중량부, 열가소성 엘라스토머 컴파운드 20 내지 40중량부, 탄소나노튜브 개질 점착부여제 10 내지 20중량부 및 액상 폴리머 개질 프로세스 오일 15 내지 30중량부를 포함함으로써, 아스팔트와 혼합될 시 박층 저소음 포장이 가능한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물로 제조될 수 있다.
먼저, 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 폴리에틸렌(Polyethlene, PE) 중 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE, Very low density polyethylene)의 일종으로 메탈로센 촉매를 사용한 에틸렌(CH2=CH2)과 옥텐 또는 부텐의 공중합체로서, 밀도가 낮은 반면에 탄성이 높아 변형 및 균열에 대한 저항성이 매우 우수하다.
폴리올레핀 엘라스토머는 아스팔트 바인더의 변형저항성 및 균열저항성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 특히 박층 포장의 경우 반복 교통하중에 대한 충격 및 피로 하중이 크기 때문에 높은 탄성 특성과 더불어 변형 및 균열 저항성을 확보해 줄 수 있다.
또한, 높은 변형저항성에 비하여 취성 특성이 커 균열에 대한 저항성이 매우 낮은 단점을 내포한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 달리 폴리올레핀 엘라스토머는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 우수한 변형저항성을 가지면서 동시에 우수한 탄성 특성으로 박층 아스팔트 포장 시 공용성을 증가 시키는 데에 효과적일 수 있다.
이러한 폴리올레핀 엘라스토머가 20중량부 미만으로 포함될 경우 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질 바인더의 공용성 등급(PG)을 76-22 이상으로 할 수 없으며, 40중량부 초과로 포함될 경우 아스팔트 바인더의 취성 특성이 증가하여 균열에 대한 저항성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
에폭시화 된 천연고무(ENR)는 천연고무에 에폭시기가 10 내지 50중량부 도입된 고무로서, 천연고무의 내온도성, 내유성이 개선되고, 가공공정이 경제적이며 점착성이 우수한 특성을 가진다. 본 명세서에서는 30 내지 50중량부가 도입된 천연고무를 의미한다.
에폭시화 된 천연고무는 우수한 탄성 특성을 가지나 저온에서 취성으로 인한 균열이 쉽게 발생하고 폴리올레핀 엘라스토머와의 호환성이 낮은 천연고무의 단점을 보완하기 위하여 에폭시화 될 수 있다.
다시 말해, 에폭시화 된 천연고무는 극성을 갖는 에폭시기르 함유하고 있으므로 아스팔트 혼합물의 구성 성분 중 골재, 아스팔트와 혼화성이 매우 우수할 수 있다. 이때, 아스팔트의 혼합물의 구성은 석분 및 충진재를 더 포함할 수도 있다.
또한 에폭시화 된 천연고무는 아스팔트 바인더와 결합하여 골재와의 접착력 및 피복 두께를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 에폭시화 된 천연고무는 아스팔트 바인더에 탄성 특성 및 부드러운 질감을 부여하여 박층 포장 시공 시 타이어와의 마찰음 및 진동을 저감하여 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이러한 에폭시화 된 천연고무가 10중량부 미만으로 포함될 경우, 아스팔트 개질 바인더에 탄성 및 부드러운 질감을 부여할 수 없으며, 20중량부 초과로 포함될 경우, 용융점이 증가하여 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물 생산 시 180℃ 이하의 온도에서 혼합물을 생산할 수 없는 문제가 발생한다.
열가소성 엘라스토머 컴파운드는 폴리프로필렌의 열가소성 수지와 스티렌 계열의 블록 공중합체(SEBS)가 컴파운딩 된 것을 사용하였다.
여기서, SEBS는 탄성 특성이 우수한 반면에 용해점이 높아 천연고무와 혼용할 경우 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물 생산온도 170℃에서 50초 이내에 용해시키는 것이 어려운 문제가 있다.
반면, 열가소성 수지와 컴파운딩 된 SEBS는 아스팔트 혼합물 생산온도 120℃에서 50초 이내에 용해되어 폴리올레핀 엘라스토머 및 에폭시화 된 천연고무와 용융 호환되어 아스팔트 바인더와 분자결합을 할 수 있는 장점이 있다.
열가소성 엘라스토머 컴파운드는 폴리프로필렌 20 내지 40중량부와 SEBS 60 내지 80중량부를 컴파운딩하여 제조되며, 쇼어 경도(Shore-A) 기준 25A 및 신율 550% 이상일 수 있다.
이에, 열가소성 엘라스토머 컴파운드는 아스팔트 바인더의 탄성 및 충격 흡수 능력을 개선하여 차량 하중에 의한 타이어 진동을 줄여 도로소음을 저감시키는 데에 효과적이다.
또한 열가소성 엘라스토머 컴파운드는 겨울철 저온에서 거친 특성을 가지는 아스팔트 바인더의 질감을 부드럽게 변화시켜 타이어 마찰의 소음을 감소 시킬 수 있어, 도로소음을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.
이러한 열가소성 엘라스토머 컴파운드가 20중량부 미만으로 포함될 경우, 저온에서 아스팔트 개질 바인더에 부드러운 질감을 부여할 수 없으며, 40중량부 초과로 포함될 경우, 연성 특성이 증가하여 변형에 대한 저항성이 감소하는 문제가 발생한다.
탄소나노튜브(CNT) 개질 점착부여제는 기존 점착부여제의 점착 특성을 개선 및 탄소나노 튜브의 우수한 물성을 효과적으로 사용하기 위해 탄소나노튜브를 in-situ 중합 방법을 사용하여 점착 부여제를 개질한 것을 말한다.
다시 말해, 탄소나노튜브 개질 점착부여제는 탄소나노튜브 5 내지 15중량부 및 점착부여제 85 내지 95중량부가 in-situ 중합 방법에 의해 제조될 수 있다.
이때, 탄소나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 상태이며, 흑연면이 이루고 있는 결합수에 따라서 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 다발성 탄소나노튜브로 구분될 수 있다.
탄소나노튜브가 분산된 점착부여제는 점착성이 기존 점착제에 비하여 우수할 뿐만 아니라 불투과성이 크지 않은 효과가 있다.
예컨대, 탄소나노튜브 개질 점착부여제는 후술될 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물의 골재류가 최대크기 5mm의 골재로 사용될 경우, 고강도 박층 저소음 소입경 골재 사용에 따른 결합력 감소로 골재 탈리 및 균열이 발생하는 문제를 방지하기 위하여 골재와 골재의 결합력 및 아스팔트와 골재와의 부착력을 개선시킬 수 있다.
탄소나노튜브의 개질을 위한 점착부여제로는 로진, 수계화 로진유도체, 불균화 로진유도체, 2중화 로진유도체, 산첨가 로진유도체, 에스테르화 로진유도체, 테르펜수지, 테르펜 페놀수지, 방향족 변성 테르펜수지, 수소화 테르펜수지, 지방족(C5), 방향족(C9), 지방족/방향족 공중합계, 지환족계, 페놀, 키실렌, 크마론-인덴수지 및 케톤수지 등이 사용될 수 있다.
탄소나노튜브 개질 점착부여제가 10중량부 미만으로 포함될 경우, 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트가 점착부여제의 점착성 개선 효과를 발휘할 수 없으며, 20중량부 초과로 혼합될 경우 탄소나노튜브의 분산성이 감소하여 열가소성 엘라스토머 컴파운드 및 에폭시화 된 천연고무와 혼합될 시 뭉침 현상을 야기할 수 있다.
액상 폴리머 개질 프로세스 오일은 열가소성 엘라스토머 컴파운드 및 에폭시화 된 천연고무의 용해를 위하여 사용될 수 있다.
구체적으로, 액상 폴리머 개질 프로세스 오일은 180℃ 이상의 고온에서 용해성이 좋지 않은 천연고무의 용해도를 높이기 위하여 나프텐계, 파라핀계 및 아로마틱계 오일 등을 포함하는 프로세스 오일이 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 프로세스 오일은 저온에서 취성적 성질이 강하기 때문에 아스팔트 포장 적용 시 겨울철 저온에서 균열이 증가하는 단점을 가진 왁스와 아스팔트 바인더의 연화성 및 산화가 증가하기 때문에 여름철 고온에서 아스팔트 포장 변형이 크게 증가하는 단점을 가진 식물성 오일은 사용되지 않은 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
즉, 본 명세서에서 사용되는 액상 폴리머 개질 프로세스 오일은 에폭시화 된 천연고무, 폴리올레핀 엘라스토머 및 열가소성 엘라스토머 컴파운드의 용융도를 높여 아스팔트 혼합물을 180℃ 이하에서 생산할 수 있도록 할 수 있으면서, 아스팔트 바인더의 고연화 및 산화를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
이러한 액상 폴리머 개질 프로세스 오일은 프로세스 오일 100중량부에 대하여 폴리부텐 또는 폴리이소프렌 액상 폴리머 25 내지 40중량부를 중합하여 제조될 수 있다.
폴리부텐 또는 폴리이소프렌은 프로세스 오일에 의해 가교 구조가 느슨해진 천연고무, 폴리올레핀 엘라스토머 및 열가소성 엘라스토머 컴파운드와의 이중 결합 구조를 형성하여 아스팔트 바인더와 Cross-link를 형성할 수 있다.
폴리부텐 또는 폴리이소프렌으로 Cross-link된 아스팔트 바인더는 고온에서 과도한 연화 및 산화를 방지할 뿐만 아니라 저온에서의 취성 억제 및 골재와의 부착력 개선으로 아스팔트 포장의 공용성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
액상 폴리머 개질 프로세스 오일이 15중량부 미만으로 혼합될 경우, 아스팔트 혼합물의 생산 온도 조건을 180℃ 이하로 설정할 수 없으며, 30중량부 초과로 혼합될 경우, 아스팔트 바인더의 공용성 등급(PG)을 76-22 이상으로 할 수 없다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물은 골재류 80 내지 96.8중량부, 아스팔트 3 내지 10중량부 및 상기 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재 0.2 내지 2중량부를 포함할 수 있다.
골재류는 WC-1, WC-2, WC-3, WC-4, WC-5 또는 WC-6 입도의 체, 다수의 저소음 배수성 포장의 체, 8 내지 13mm 저소음 밀입도 포장의 체 또는 5mm 박층 저소음 포장의 체 통과 중량백분율의 기준에 맞춰 마련된 것 중 하나 또는 적어도 하나 이상이 조합된 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 골재류는 WC-1 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 76 내지 90%, 5mm체 44 내지 74%, 2.5mm체 28 내지 58%, 0.6mm체 11 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 21%, 0.15mm체 3 내지 15%, 0.8mm체 2 내지 10%일 수 있다.
상기 골재류는 WC-2 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 95 내지 100%, 10mm체 84 내지 92%, 5mm체 55 내지 70%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%일 수 있다.
상기 골재류는 WC-3 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 72 내지 90%, 10mm체 56 내지 80%, 5mm체 35 내지 65%, 2.5mm체 23 내지 49%, 0.6mm체 10 내지 28%, 0.3mm체 5 내지 19%, 0.15mm체 3 내지 13%, 0.08mm체 2 내지 8%일 수 있다.
상기 골재류는 WC-4 입도의 통과 중량백분율 기준인 20mm체 95 내지 100%, 13mm체 75 내지 90%, 10mm체 67 내지 84%, 5mm체 45 내지 65%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%일 수 있다.
상기 골재류는 WC-5 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 69 내지 84%, 10mm체 56 내지 74%, 5mm체 35 내지 55%, 2.5mm체 23 내지 38%, 0.6mm체 10 내지 23%, 0.3mm체 5 내지 16%, 0.15mm체 3 내지 12%, 0.08mm체 2 내지 10%일 수 있다.
상기 골재류는 WC-6 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 73 내지 90%, 5mm체 40 내지 60%, 2.5mm체 25 내지 40%, 0.6mm체 11 내지 22%, 0.3mm체 7 내지 16%, 0.15mm체 4 내지 12%, 0.08mm체 3 내지 9%일 수 있다.
상기 골재류는 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 45 내지 85%, 10mm체 27 내지 73%, 5mm체 5 내지 40%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
상기 골재류는 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 85 내지 100%, 10mm체 57 내지 92%, 5mm체 5 내지 43%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
상기 골재류는 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 76 내지 100%, 5mm체 21 내지 76%, 2.5mm체 5 내지 42%, 0.6mm체 2 내지 21%, 0.3mm체 1 내지 20%, 0.15mm체 1 내지 19%, 0.08mm체 1 내지 16%일 수 있다.
상기 골재류는 저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 70 내지 100%, 2.5mm체 10 내지 63%, 0.3mm체 6 내지 31%, 0.08mm체 1 내지 17%일 수 있다.
상기 골재류는 13mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 80 내지 100%, 10mm체 40 내지 95%, 5mm체 20 내지 70%, 2.5mm체 10 내지 60%, 1.2mm체 5 내지 35%, 0.3mm체 3 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 25%일 수 있다.
상기 골재류는 10mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 10mm체 85 내지 100%, 5mm체 25 내지 70% 2.5mm체 10 내지 50%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 2 내지 20%, 0.08mm체 1 내지 15%일 수 있다.
상기 골재류는 8mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 85 내지 100%, 5mm체 60 내지 80% 2.5mm체 20 내지 45%, 1.2mm체 15 내지 25%, 0.3mm체 12 내지 22%, 0.08mm체 6 내지 14%일 수 있다.
상기 골재류는 5mm 박층 저소음 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 85 내지 100%, 2.5mm체 65 내지 85%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 15 내지 35%, 0.08mm체 4 내지 13%일 수 있다.
또한, 상기 골재류는 재생골재 0.0001 내지 100 중량부를 포함할 수도 있다.
상기와 같은 골재류가 80중량부 미만으로 혼합될 경우, 과다한 아스팔트 함량으로 여름철 고온에서 포장체 연성화로 포트홀 및 변형 등이 발생할 수 있다. 또한, 골재류가 96.8중량부 초과로 혼합될 경우, 아스팔트 함량 부족으로 인한 바인더의 결합력 감소로, 아스팔트의 균열 또는 골재 탈리 등이 발생할 수 있다.
고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재가 0.2중량부 미만으로 혼합될 경우, 아스팔트 혼합물의 역학적 특징이 감소하여 박층으로 시공하는 것이 불가능하며, 2중량부 초과로 혼합될 경우, 아스팔트 바인더의 점도가 증가하여 아스팔트 혼합물의 다짐이 어려워 포장 시공이 불가능한 상황이 발생한다.
이하에서는, 상술된 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 이용하여 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법은 가) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 생산하는 단계, 나) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 현장에 운반하는 단계, 다) 택코트(tack coat) 단계, 라) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 포장두께 1.5 내지 2.5cm로 포설하는 단계, 마) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 머캐덤 롤러를 이용하여 1차 다짐하는 단계, 바) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 타이어 롤러를 이용하여 2차 다짐하는 단계, 사) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 탠덤 롤러를 이용하여 3차 다짐하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 다) 택코트(hs coat) 단계에서, 도로 진행 방향을 따라 택코팅 유제를 코팅할 수 있다.
구체적으로, 택코트 단계는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물이 도로의 표면에 용이하게 접착될 수 있도록 택코팅 유제를 도로의 전면에 코팅하는 단계일 수 있다.
여기서, 택코팅 유제는 폴리머 개질 유화 아스팔트로 마련될 수 있다.
유화 아스팔트는 고체 또는 반고체 상태인 스트레이트 아스팔트(straight asphalt)를 가열하지 않고 상온에서 사용할 수 있도록 스트레이트 아스팔트를 물 속에 분산시킨 것일 수 있으나, 반드시 스트레이트 아스팔트가 사용되는 것으로 한정되지는 않는다.
이러한 유화 아스팔트는 고분자 재료에 의해 개질 되는 폴리머 개질 유화 아스팔트로 제조될 수 있다.
폴리머 개질 유화 아스팔트에 사용되는 고분자 재료는 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), EVA(Ethylene Vinyl Acetate), SBS(Styrene Butadiene Styrene)계열 및 SBR(Styrene Butadiene Rubber)계 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 폴리머 개질 유화 아스팔트는 택코팅용 에폭시 1 내지 10중량부를 더 포함할 수도 있다.
택코팅용 에폭시는 폴리머 개질 유화 아스팔트가 제조되기 위하여 스트레이트 아스팔트가 물 속에서 용이하게 분산되도록 하는 제재일 수 있다.
택코팅용 에폭시가 1중량부 미만으로 혼합될 경우, 유화 아스팔트가 물 속에서 용이하게 분산되지 못할 수 있으며, 10중량부 초과로 혼합될 경우, 유화 아스팔트가 택코팅용 에폭시와의 반응성이 높아 충분한 가사 시간을 확보할 수 없다.
또한, 택코팅 유제는 폴리머 개질 유화 아스팔트 100중량부에 있어서, 고분자 탄성 쿠션제재 1 내지 5중량부가 더 혼합될 수 있다.
고분자 탄성 쿠션제재는 택코팅 유제 내에서 고강도 박층 저소음 아스팔트에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하고, 고강도 박층 저소음 아스팔트의 밀착성을 높이며, 방수기능을 할 수 있다.
고분자 탄성 쿠션제재는 상기의 기능을 수행하기 위하여 케미컬 발포 또는 기계적 발포에 의해 균일한 셀을 형성하여 펠렛형으로 제조될 수 있으며, 고체 또는 반고체 상태인 유화 아스팔트 내에서 부유하는 형태로 혼합될 수 있다.
예컨대, 고분자 탄성 쿠션제재는 일정 크기의 발포된 스폰지 타입의 펠렛으로서, 고체로 마련되어 유화 아스팔트 및 택코팅용 에폭시가 혼합된 용매 내에서 균일한 간격으로 부유하도록 혼합될 수 있다.
고분자 탄성 쿠션제재는 폴리우레탄, 아크릴 레진 폴리프로필렌, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) rubber, EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 실리콘, 부타디엔 고무 및 스틸렌부타디엔 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 소재로 제조될 수 있다.
이러한 고분자 탄성 쿠션제재가 1중량부 미만으로 혼합될 경우, 도로 표면의 교통하중을 용이하게 분산시키지 못할 수 있다.
또한, 5중량부 초과로 혼합될 경우, 택코팅 유제 내에 고체가 많이 혼합되어 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트가 용이하게 부착이 안될 수 있으며, 이로 인해, 해당 택코팅 유제로 택코팅된 도로에 소성변형이 일어나는 문제가 발생할 수 있다.
즉, 택코팅 단계는 바람직한 배합비로 혼합된 택코팅 유제로 택코팅을 진행함으로써, 고강도 박층 저소음 아스팔트의 상면에 교통하중이 가해질 시 고분자 탄성 쿠션제재와 상기 간격에 의해 교통하중에 대한 충격이 분산되거나 흡수될 수 있어, 고강도 박층 저소음 아스팔트에 변형 또는 균열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법 중 라) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 포설하는 단계에서, 포장두께가 3 내지 5cm가 되도록 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 포설하여, 저소음과 고강도가 부각되도록 할 수도 있으나, 포장두께 2cm가 되도록 포설하는 것이 가장 바람직하다.
이하에서는 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이하 실시되는 실험예는 이해를 돕기 위하여 제시되는 것으로서, 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
스트레이트 아스팔트 88중량부 및 고강도 박층 저소음 아스팔트 개질재 12중량부를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
<비교예 1>
스트레이트 아스팔트 88중량부 및 SBS 아스팔트 개질재 12중량부를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
<비교예 2>
스트레이트 아스팔트 100중량부를 이용하였다.
즉, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2는 하기 표 1과 같은 배합비로 아스팔트 혼합물이 제조되었다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
스트레이트 아스팔트 88 88 100
고강도 박층 포장용 저소음 아스팔트 개질재 12 - -
SBS 아스팔트 개질재 - 12 -
[실험예 1] 아스팔트 바인더 시험
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2를 이용하여 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 바인더의 시험을 진행하였으며, 하기 표 2에 시험방법 및 이에 대한 시험 결과를 나타내었다.
항목 단위 실시예 1 비교예 1 비교예 2 시험방법
침입도 mm 46 48 66 KS M 2252
신도 15℃ cm 184 134 128 KS M 2254
5℃ 98 65 30 KS M 2254
연화점 ℃ 84 82 47 KS M 2252
탄성회복율 % 84 62 33 -
상기 표 2를 보면 알 수 있듯이 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 실시예 1에서 침입도 및 연화점 시험 결과, 국토부 개질 아스팔트 품질 기준(비교예 1)을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 특히, 연화점이 84℃ 이상으로 향상되었으며, 저온에서 신율 특성이 98cm 이상으로 저온 균열저항성 개선에 효과적인 것으로 나타났다.
기존 SBS 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 바인더인 비교예 1의 경우, 연화점은 실시예 1과 유사하였으나, 신율 특성이 65cm로 실시예 1에 비하여 낮게 나타났다.
한편, 아스팔트 바인더의 탄성 특성은 저소음 포장에서 타이어-노면 마찰 및 진동에 따른 소음 발생과 연관성이 높은 것으로 나타났으며, 탄성 특성이 우수할수록 타이어-노면 마찰, 진동 감소 및 부드러운 질감에 의해 도로 소음 저감에 효과적이다.
이에, 실시예 1은 80% 이상의 탄성회복율을 가지는 것으로 나타났으며, 비교예 1 및 비교예 2는 각각 62% 및 33%의 탄성회복율을 나타내었다. 탄성회복율에 대한 시험 결과를 고려하였을 때, 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 바인더 탄성 특성 및 신율 특성에 의해 타이어-노면 진동 소음 및 부드러운 질감에 의해 도로 소음을 저감하는 데 효과적일 것으로 판단된다.
하기 표 3은 상기 본 발명의 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 혼합물(실시예 2), SBS 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 혼합물(비교예 3) 및 아스팔트 개질재를 사용하지 않은 밀입도 아스팔트 혼합물(비교예 4)의 배합비를 나타내며, 표 4는 표 3의 배합을 위해 사용된 골재의 합성입도를 나타낸다. 표 3 및 표 4의 배합으로 아스팔트 혼합물을 생산하여 하기 실험예 2 내지 5를 실시하였다.
구분 실시예 2 비교예 3 비교예 4
스트레이트 아스팔트(%) 4.6 4.6 5.3
고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재(%) 0.7 - -
SBS 아스팔트 개질재(%) - 0.7 -
골재(%) 88.0 88.0 88.0
채움재(%) 6.7 6.7 6.7
표준체(mm) 13.0 5.0 2.5 0.3 0.08
입도범위(%) 100 90~100 35~50 15~25 8~13
중앙입도(%) 100.0 95.0 42.5 20.0 10.5
[실험예 2] 아스팔트 혼합물의 역학적 특성 시험
실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4를 이용하여 아스팔트 혼합물의 역학적 특성 시험을 진행하였으며, 하기 표 5에 시험방법 및 이에 대한 시험 결과를 나타내었다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
마샬안정도 N 16,500 12,700 8,450 KS F 2337
공극율 % 3 5 5 KS F 2337
간접인장강도 MPa 1.32 1.12 0.87 KS F 2337
동적안정도(포장두께 2cm) 회/mm 5,238 890 320 KS F 2337
상기 표 5를 보면 알 수 있듯이, 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 실시예 2의 마샬안정도 및 동적안정도 시험결과 16,500N 및 5,238회/mm 이상을 나타내어 국토부 개질 아스팔트 품질 기준을 만족하는 것을 나타났다.
특히 동적안정도 시험은 박층 저소음 포장을 고려하여 포장두께 2cm로 시험을 실시하였으며, 박층 포장임에도 국토부 동적안정도 기준 3,000회/mm를 크게 상회하여 공용성을 확보할 수 있는 결과를 나타내었다.
반면에 SBS 개질 아스팔트 개질재를 사용한 비교예 3과 아스팔트 개질재를 사용하지 않은 비교예 4의 동적안정도는 각각 890회/mm와 320회/mm로 국토부 기준을 충족하지 못하는 것으로 나타났다.
일반적으로 SBS 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 혼합물을 포장두께 5cm로 시험하는 경우 3,000회/mm 이상의 동적안정도를 나타내는 것을 고려할 때 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재의 경우 포장두께 2cm에 대한 역학적 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
[실험예 3] 아스팔트 혼합물의 휨 피로시험
실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4를 이용하여 아스팔트 혼합물의 탄성 특성을 평가하는 중요 지표로서, 아스팔트 혼합물의 휨 피로시험을 진행하였으며, 하기 표 6에 시험방법 및 이에 대한 시험 결과를 나타내었다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
휨피로시험(2,000 μstrain) 사이클 182,000 83,000 42,000 AASHTO-TP8
상기 표 6을 보면 알 수 있듯이, 실시예 2의 휨 피로시험 결과, 2,000 μ.strain에 대하여 182,000 사이클로 탄성 특성이 매우 우수한 것으로 나타났으며, 이러한 결과는 포장두께 2cm로 시공되는 저소음 박층 포장 시공 시 교통 반복 하중에 대하여 우수한 변형 및 균열저항성으로 균열 및 포트홀 등의 발생을 억제할 수 있다는 것을 의미한다.
반면에 비교예 3과 비교예 4의 휨 피로시험 결과 2,000 μ.strain에 대하여 각각 83,000 및 42,000으로 탄성 특성이 낮게 나타나 박층 포장 시 균열 발생을 제어 할 수 없는 것으로 예측된다.
[실험예 4] 아스팔트 혼합물의 반사균열에 대한 저항성 시험
실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4를 이용하여 아스팔트 혼합물의 반사균열에 대한 저항성 시험을 진행하였으며, 하기 표 7에 시험방법 및 이에 대한 시험 결과를 나타내었다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
균열 5mm 진행까지 반복 횟수 회 6,822 3,628 1,451 AASHTO-TP8
상기 표 7을 보면 알 수 있듯이 실시예 2의 균열 5mm 진행 시까지 소요되는 반복횟수는 6,822로, 비교예 3과 비교예 4의 3,628 및 1,451에 비하여 2 내지 5배 이상 높게 나타났다.
이러한 결과는 본 발명의 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재를 사용한 아스팔트 혼합물의 균열저항성이 우수하여 포장두께 2cm의 박층 시공에도 반사균열에 대하여 공용성을 확보하는데 효과적임을 알 수 있다.
[실험예 5] 아스팔트 혼합물의 도로소음에 대한 시험
실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4를 이용하여 아스팔트 혼합물의 도로소음에 대한 시험을 진행하였으며, 도로소음은 시속 50km/h의 속도로 CPX ISO 11819-2 방법에 준하여 측정하였다.
하기 표 8에 시험방법 및 이에 대한 시험 결과를 나타내었다.
구분 단위 실시예 2 비교예 3 비교예 4 시험방법
도로소음 dB 80.2 84.7 85.3 AASHTO-TP8
상기 표 8을 보면 알 수 있듯이, 실시예 2의 도로소음은 80.2dB로, 비교예 3과 비교예 4의 84.7dB 및 85.3dB에 비하여 4.5 내지 5.1dB 정도의 소음이 낮게 나타났다.
이러한 결과는 본 발명의 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재가 탄성 및 부드러운 질감 특성을 극대화 할 수 있는 폴리올레핀 엘라스토머, 열가소성 엘라스토머 컴파운드 및 에폭시화 된 천연고무로 구성되어 골재를 피복하는 아스팔트 바인더에 탄성 및 부드러운 질감을 부여함으로서 타이어-노면의 진동 소음 및 마찰 소음을 감소시켜 도로소음이 저감된 것으로, 저소음 박층 포장에 매우 효과적인 것을 알 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

Claims (24)

  1. ⅰ) 폴리올레핀 엘라스토머 20 내지 40중량부;
    ⅱ) 에폭시화 된 천연고무 10 내지 20중량부;
    ⅲ) 열가소성 엘라스토머 컴파운드 20 내지 40중량부;
    ⅳ) 탄소나노튜브(CNT) 개질 점착부여제 10 내지 20중량부 및
    ⅴ) 액상 폴리머 개질 프로세스 오일 15 내지 30중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천연고무는,
    에폭시기가 30 내지 50% 도입된 천연고무 인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 엘라스토머 컴파운드는,
    폴리프로필렌 20 내지 40중량부 및 SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene) 60 내지 80중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액상 폴리머 개질 프로세스 오일은,
    프로세스 오일 100중량부에 대하여 폴리부텐 또는 폴리이소프렌 액상 폴리머 20 내지 40중량부를 중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 개질 점착부여제는,
    탄소나노튜브 5 내지 15중량부 및 점착부여제 85 내지 95중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재
  6. 골재류 80 내지 96.8중량부;
    아스팔트 3 내지 10중량부 및
    제1항에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재 0.2 내지 2중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  7. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는
    WC-1 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 76 내지 90%, 5mm체 44 내지 74%, 2.5mm체 28 내지 58%, 0.6mm체 11 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 21%, 0.15mm체 3 내지 15%, 0.8mm체 2 내지 10%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  8. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    WC-2 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 95 내지 100%, 10mm체 84 내지 92%, 5mm체 55 내지 70%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  9. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    WC-3 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 72 내지 90%, 10mm체 56 내지 80%, 5mm체 35 내지 65%, 2.5mm체 23 내지 49%, 0.6mm체 10 내지 28%, 0.3mm체 5 내지 19%, 0.15mm체 3 내지 13%, 0.08mm체 2 내지 8%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  10. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    WC-4 입도의 통과 중량백분율 기준인 20mm체 95 내지 100%, 13mm체 75 내지 90%, 10mm체 67 내지 84%, 5mm체 45 내지 65%, 2.5mm체 35 내지 50%, 0.6mm체 18 내지 30%, 0.3mm체 10 내지 21%, 0.15mm체 6 내지 16%, 0.08mm체 4 내지 8%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  11. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    WC-5 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 69 내지 84%, 10mm체 56 내지 74%, 5mm체 35 내지 55%, 2.5mm체 23 내지 38%, 0.6mm체 10 내지 23%, 0.3mm체 5 내지 16%, 0.15mm체 3 내지 12%, 0.08mm체 2 내지 10%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  12. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    WC-6 입도의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 90 내지 100%, 10mm체 73 내지 90%, 5mm체 40 내지 60%, 2.5mm체 25 내지 40%, 0.6mm체 11 내지 22%, 0.3mm체 7 내지 16%, 0.15mm체 4 내지 12%, 0.08mm체 3 내지 9%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  13. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 20mm체 90 내지 100%, 13mm체 45 내지 85%, 10mm체 27 내지 73%, 5mm체 5 내지 40%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  14. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 85 내지 100%, 10mm체 57 내지 92%, 5mm체 5 내지 43%, 2.5mm체 5 내지 32%, 0.6mm 5 내지 32%, 0.3mm체 5 내지 32%, 0.15mm체 5 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 15%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  15. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 76 내지 100%, 5mm체 21 내지 76%, 2.5mm체 5 내지 42%, 0.6mm체 2 내지 21%, 0.3mm체 1 내지 20%, 0.15mm체 1 내지 19%, 0.08mm체 1 내지 16%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  16. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    저소음 배수성 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 70 내지 100%, 2.5mm체 10 내지 63%, 0.3mm체 6 내지 31%, 0.08mm체 1 내지 17%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  17. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    13mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 13mm체 80 내지 100%, 10mm체 40 내지 95%, 5mm체 20 내지 70%, 2.5mm체 10 내지 60%, 1.2mm체 5 내지 35%, 0.3mm체 3 내지 32%, 0.08mm체 1 내지 25%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  18. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    10mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 10mm체 85 내지 100%, 5mm체 25 내지 70% 2.5mm체 10 내지 50%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 2 내지 20%, 0.08mm체 1 내지 15%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  19. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    8mm 저소음 밀입도 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 8mm체 85 내지 100%, 5mm체 60 내지 80% 2.5mm체 20 내지 45%, 1.2mm체 15 내지 25%, 0.3mm체 12 내지 22%, 0.08mm체 6 내지 14%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  20. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    5mm 박층 저소음 포장의 체 통과 중량백분율 기준인 5mm체 85 내지 100%, 2.5mm체 65 내지 85%, 1.2mm체 5 내지 25%, 0.3mm체 15 내지 35%, 0.08mm체 4 내지 13%인 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  21. 제6항에 있어서,
    상기 골재류는,
    재생골재 0.0001 내지 100 중량부를 포함하는 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물
  22. 가) 상기 제6항에 따른 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 생산하는 단계;
    나) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 현장에 운반하는 단계;
    다) 택코트(hs coat) 단계;
    라) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 포장두께 1.5 내지 2.5cm로 포설하는 단계;
    마) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 1차 다짐(머캐덤 롤러)하는 단계;
    바) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 2차 다짐(타이어 롤러)하는 단계 및
    사) 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 혼합물을 3차 다짐(탠덤 롤러)하는 단계를 포함하는 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법
  23. 제22항에 있어서,
    상기 다) 택코트(hs coat) 단계는,
    도로 진행 방향을 따라 폴리머 개질 유화 아스팔트를 포함하는 택코팅 유제를 코팅하는 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법
  24. 제23항에 있어서,
    상기 택코팅 유제는,
    상기 폴리머 개질 유화 아스팔트 100중량부에 있어서, 고분자 탄성 쿠션제재 1 내지 5중량부가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 고강도 박층 저소음 아스팔트 포장 시공방법

KR1020230005670A 2023-01-13 2023-01-13 도로 소음 저감을 위한 고강도 박층 저소음 포장용 아스팔트 개질재, 이를 이용하여 제조된 아스팔트 혼합물 및 이의 시공방법 KR102526505B1 (ko)

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KR102662377B1 (ko) 2023-07-14 2024-04-30 최이범 아스팔트용 개질첨가제 및 이를 이용한 개질 아스콘 조성물

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