KR102683052B1 - 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법 - Google Patents
보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법 Download PDFInfo
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Abstract
연성인 아스팔트재료와 취성의 콘크리트재료의 중간 개념인 유무기 복합 반강성 아스팔트 시멘트를 형성함으로써 건설재료의 방수성, 부착성, 강성, 균열 저항성, 소성변형 저항성 등을 향상시킬 수 있고, 또한, 콘크리트로 구성된 바닥과의 재료적 이질성으로 인한 부착력 저하 및 균열 확장에 대해 아스팔트의 높은 인성력으로 콘크리트의 부착력을 향상시킬 수 있고 하부 균열의 전달을 억제할 수 있으며, 또한, 급속 경화형 상온아스팔트가 수용성으로 인해 자갈도상 내 일부 수분이 존재해도 부착력이 우수하고, 수경성 폴리머 혼입 시멘트가 강도를 증진시키고 내구성을 향상시킴으로써, 자갈도상의 아스팔트 고결화 및 개량을 가능하게 하며, 또한, 4시간 이내의 단기 양생을 통해 건설공사의 공사기간 또는 교통개방시간을 단축시킬 수 있고, 낮은 점도로 인한 유동성을 확보함으로써 자갈도상 내 공극 침투 및 균열 보수가 가능한, 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법이 제공된다.
Description
본 발명은 아스팔트 시멘트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 아스팔트포장 등의 시공을 위해서 아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트에 있어서, 수용성 폴리머에 보강제를 혼입한 아스팔트 에멀젼을 형성하여 수경성 폴리머 혼입 시멘트와 결합시키는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법에 관한 것이다.
최근 환경의 질에 대한 국민들의 높은 요구 및 미세먼지 문제 해결을 위해서 "대기환경보전법"에 의한 규제뿐만 아니라 최근에 제정된 "미세먼지법", "대기관리 권역법" 등을 통해 대기환경 규제가 지속적으로 다각화되고 있으며, 그 규제 수준 또한 점차 강화되고 있는 추세이다.
이러한 배경에 따라 2020년부터 먼지, 질소산화물(NOx), 황산화물 및 암모니아의 배출허용 기준이 이전 대비 각각 33%, 28%, 32% 및 39%로 강화되었고,
특히, 질소산화물은 배출허용기준 대비 실제 배출농도가 먼지, 황산화물 등 다른 오염물질에 비해 높다.
이러한 질소산화물에 대한 배출허용 기준의 강화가 필요함에 따라 재료 및 생산공정의 관리나 방지시설의 근본적인 변화가 요구되고 있다.
한편, 건설재료 중에서 아스팔트 콘크리트(또는 아스팔트)는 도로포장, 방수재, 산업재 등으로 사용되고 있으며, 높은 온도에서 가열하여 사용하는 것이 불가피하다.
일반적인 도로포장 마감용 아스팔트 혼합물은 대부분 일반 가열아스팔트 혼합물이거나 순환 가열아스팔트 혼합물이며, 160℃ 내지 180℃ 사이에서 가열 생산함으로써 그 기능을 유지하게 된다.
이때, 아스팔트 콘크리트의 생산온도 및 포설온도가 품질에 가장 영향을 미치는 요인에 해당한다.
하지만, 이러한 아스팔트 콘크리트의 높은 온도관리로 인해 최근 환경문제로 제기되는 질소산화물, 황산화물, 먼지 등의 배출이 문제가 됨에 따라 이에 대한 해결책으로 시공온도를 약 30℃ 낮춘 중온아스팔트(Warm Mix Asphalt) 콘크리트가 대세를 이루고 있었다.
그러나 최근 더욱 강화된 환경규제들에 대응할 수 있도록 어느 정도 가열이 필요한 중온아스팔트 콘크리트 기술뿐만 아니라 가열이 필요 없는 친환경적인 상온아스팔트(Cold Asphalt) 콘크리트 기술이 주목받고 있는 실정이다.
이러한 상온아스팔트 콘크리트 기술은 골재를 가열하지 않고 약 25℃의 상온에서 모든 공정이 이루어짐에 따라 현장 시공시 온도관리와 작업성을 수월하게 한다.
추가적으로, 상온아스팔트 콘크리트는 순환골재와의 결합이 가능하며, 예를 들면, 순환 가열아스팔트는 25~30%의 순환골재를 사용하지만. 상온아스팔트의 경우 60~70%의 순환골재를 사용하며, 이에 따라, 상온아스팔트는 경제적이면서도 친환경적 건설재료로서 확장이 기대되고 있다.
구체적으로, 이러한 상온아스팔트에 사용되는 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt)는 외부환경적 요인으로 인해 내구성 및 안정도가 저하되고, 또한 유화제(Emulsifier)를 사용함으로써 입자의 크기가 일정하지 않을 뿐만 아니라 입자의 분포도가 넓어 기존의 가열형 아스팔트보다 접착력이 저하되는 특징이 있다.
이러한 상온아스팔트에 사용되는 유화 아스팔트의 사용량을 증가시킬 경우, 일반적인 시멘트 페이스트에 대해 가소성(Plasticizing) 특성을 유도하게 된다.
이에 따라, 상온아스팔트의 충분한 강도 발현과 내구성을 확보하기 위해서, 상온아스팔트의 재료 유형 및 배합량에 대한 관계를 규명하는 객관적인 평가가 필요한 실정이다.
한편, 아스팔트포장(Asphalt Pavement)은, 1) 진동 및 변위가 큰 교면포장, 2) 환기시설 및 도심지 배기가스 저감이 필요한 아스팔트 콘크리트 포장, 3) 진동을 저감 및 친환경적 생력화를 요하는 철도의 도상 개량, 그리고 4) 콘크리트 및 아스팔트포장 표면 균열보수재료에 적용할 수 있다.
구체적으로, 1) 진동 및 변위가 큰 교면포장의 경우, 교량 바닥판은 시공초기부터 소성수축 및 건조수축에 의해 균열이 발생되기 쉽고, 반복되는 교통하중과 다양한 환경조건에 직접적으로 노출된다.
이러한 교량 바닥판은 교량 부재중에서 파손이 가장 빈번한 부재이므로, 일반적으로 바닥판 상면을 표면처리한 후에 교면포장을 하게 된다. 이러한 교면포장을 위한 부재의 요구조건으로서, 평탄성 확보가 용이하고, 방수성이 우수하며, 휨강도 및 인장강도가 커서 균열에 대한 저항성이 우수하고, 바닥콘크리트와의 접착강도가 우수해야 한다.
또한, 2) 환기시설 및 도심지 배기가스 저감이 필요한 아스팔트 콘크리트 포장의 경우, 최근 제조 및 시공부문에 대한 온실가스 저감 노력이 강조되고 기후 변화 대응 등 환경부하 저감을 위한 핵심기술 개발이 국제적으로 추진되고 있으므로, 이에 대응하기 위해서는 실용화된 대체 기술 및 국산화 노력이 절실한 실정이다. 특히, 환기시설이 부족한 터널 및 지하, 도심지에 적용시 약 25℃의 상온에서 시공함에 따라 유해가스 발생이 적고, 이에 따라 아스팔트포장의 주변환경 및 작업자 작업환경의 개선이 가능한 친환경 아스팔트포장 기술이다.
한편, 도 1은 통상적인 비전압형 급속경화형 상온아스팔트 시멘트 콘크리트의 내부 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 롤러 전압형 상온아스팔트포장의 시공을 예시하는 사진이다.
상온아스팔트의 시공은 비전압형과 전압형 시공방법으로 구분하여 적용할 수 있으며, 이것은 배합설계에 의해 요구되는 유동성을 조정하여야 한다.
비전압형의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 급속경화형 상온아스팔트 시멘트 바인더의 강성 유지 가능으로 인해 골재와 혼합시 별도의 롤러 다짐 없이 시공 가능하며, 필요시 진동 다짐이 필요할 수도 있다.
또한, 전압형의 경우, 도 2의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 동일한 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트 바인더에 골재의 양을 증가시켜 현장에서 유동성을 작게 하고, 전압을 통해 골재간의 간극을 줄임으로써 강도를 증진시킬 수 있다.
또한, 진동을 저감 및 친환경적 생력화를 요하는 철도의 도상 개량의 경우, 시멘트(Cement Mortar) 균열은 대부분 시공 후 초기에는 침하균열 및 소성수축 균열(타설 후 6시간 이내에 발생하는 균열)이 발생하고, 경화 후에는 건조수축에 의한 균열이 발생하게 되는 경우가 많다.
이에 따라, 기존선로인 자갈궤도를 그대로 유지한 상태에서 내구성 보강에 대한 다양한 성질의 기초소재(예를 들면, 아스팔트, 케미칼 등)를 적용함으로써 자갈도상을 안정화하는 간편하면서도 안정성이 높은 재료들이 필요하다.
또한, 시멘트에 비해 상대적으로 건조수축 및 수밀성, 내화학성이 우수한 아스팔트를 이용하여 시멘트가 가지는 단점을 보완할 수 있는 신개념의 재료기술을 개발하고 그 내구 성능 및 강도를 높이는 기술이 필요하다.
이때, 자갈도상 고결용 주입재료는 자갈도상의 하부공간을 빈틈없이 메워주어야 하기 때문에 충분한 유동성(또는 자기충전성)과 적절한 팽창성을 가져야 하며, 궤도에서 작용하는 열차하중을 장기간에 걸쳐 안정적으로 지지하기 위해서는 충분한 강도와 내구성을 가지도록 설계가 요구된다.
한편, 콘크리트 및 아스팔트포장 표면 균열보수재료의 경우, 국내에서는 1970년대부터 경제개발에 필요한 사회기반시설의 하나인 도로의 건설이 꾸준히 증가하였다.
하지만, 1980년대부터는 부분적인 보수공사가 이루어져 왔고, 1990년대 이후 차량의 급격한 증가와 중량화 등 여러 요인으로 인해 도로 포장의 조기 파손 및 수명단축으로 대규모의 보수공사가 필요하게 되었다.
기상변화로 인한 이상고온 현상, 교통량의 증가로 인한 극심한 소성변형이 발생되기도 하고, 물에 의한 박리현상으로 포트홀을 유발시키기도 한다.
이를 해결하기 위한 방안으로서, 가열형 주입재를 사용하지만, 이것은 가열로 인한 유해가스 방출로 주변환경에 좋지 않은 영향을 끼친다.
한편, 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트의 재료적 특징은 다음과 같다.
도 3은 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트 분포 형태를 예시하는 도면이다.
도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 충전재 입자와 아스팔트 입자간에는 실질적인 상호작용이 관찰되지 않았으나, 시멘트의 첨가에서는 상당히 큰 상호작용을 통해 연결된 결합의 형태를 야기시켰다.
또한, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 아스팔트 입자의 일부가 결합되어 큰 아스팔트 입자가 형성됨을 확인하였고, 일부 아스팔트 입자가 시멘트 입자의 표면에 흡착되었다.
이러한 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트는 수화작용에 의한 pH의 변화와 Ca2+ 이온의 두 가지 요인으로 아스팔트 유제를 불안정하게 하고 높은 pH로 인해 양이온성 아스팔트 유제는 시멘트 첨가 직후 즉시 반응하여 응집현상을 나타낼 수 있다.
따라서, CBEA 혼합물을 제조하기 위해서는 음이온 역청 유화액을 사용하는 것이 유리할 수는 있으나, 시멘트의 반응에 의해 방출되는 Ca2+ 이온은 일부 음이온성 유화제 분자와 반응할 수 있으며,
적절한 슬로우 셋팅의 아스팔트 유제에 1~2%의 시멘트를 혼합은 안정적인 CBEA 혼합물을 생산할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 또한, CBEA 혼합물은 HMA보다 느린 강도 증가를 보이지만(약 2주) 초속경 및 특수 시멘트를 사용시 조기강도 증진 및 경화시간을 충분히 단축할 수 있다.
한편, 시멘트-아스팔트비에 따른 모르타르의 특성 및 영향에 대해 실험을 진행하여 CAM(Cement asphalt mortar)의 흐름시간은 A/C 비율의 증가에 따라 높아짐을 확인하였고 모르타르의 유동시간은 SBR 함량에 따라 감소하고 SBS 함량에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
CAM의 유동시간에 대한 A/C 비율 및 반응의 영향은 유화아스팔트의 아스팔트 함량, 점도 및 입자의 크기 분포와 관련이 있다.
또한, CAM의 압축강도는 A/C 비율의 증가에 따라 감소하고, 시간에 따라 증가한다. 이것은 시멘트의 수화 생성물의 감소, 아스팔트에 의한 시멘트 수화반응의 저해 및 공기 함량의 증가 때문이다.
이러한 CAM의 열화는 외부의 수분과 터치 슬래브 판 단부 측에서 시멘트 성분이 용탈함으로써 공극이 증가하고 겨울의 눈에 의해 증가된 수분이 공극에 침투하여 겨울철 저온에 의해 동결이 진행 됨으로써 동상에 의한 파괴가 발생하고 있다.
이때, 동결 파괴는 CAM 연속 공극이 증가함에 따라 발생하기 때문에 이러한 일련의 열화 프로세스가 진행되지 않도록 하기 위해서는 시멘트 분의 용탈을 방지 재료를 사용하거나 수분과 닿지 않는 구조를 채택할 필요가 있다.
아스팔트 시멘트 페이스트의 역학적 성질에 관한 실험에서 아스팔트 에멀죤의 혼합량이 5~15%일 때 혼합량이 0%일때보다도 건조수축이 작다.
또한, 사용한 시멘트의 종류에 관계 없이 아스팔트 에멀젼 모르타르는 아스팔트 에멀젼의 혼합량이 증가함에 따라 압축강도 및 휨강도는 작아지는 경향을 나타내며, 혼합량 10%까지는 현저하게 강도의 감소를 나타낸다.
SBR 라텍스를 사용시 압축강도는 재령이 지남에 따라 증가하나 폴리머의 혼합량이 증가함에 따라 강도는 저하하는 경향이 나타났으며, 접착강도는 폴리머의 혼합량이 증가하고 배합조건에 따라서는 2~3배의 강도증가를 나타낸다
또한, 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성을 파악하기 위해서 3종류의 폴리머를 결합재로하여 제작한 공시체를 이용한 실험에서는 폴리머의 혼합량이 증가함에 따라 흡수율이 적게 나타났으며, 혼합량 15% 이상의 폴리머 시멘트 모르타르의 경우가 흡수율 면에서 우수하다고 평가하였다.
또한, 농도 5%의 염산(HCL) 용액에 침전시킨 후의 내산성능은 SBR, PAE, EVA 순으로 우수하고 폴리머의 혼합량별 내산성능은 혼합량이 증가함에 따라 크게 나타난다.
폴리에스터와 탄산칼슘을 혼합한 모르타르의 역학적 특성에 관한 실험에서 혼합량 20%에서 압축강도가 700~800kg/㎠로 크게 나타났고, 휨강도 역시 혼합량 20%에서 약 230kg/㎠로 나타났다.
또한, 혼합량이 증가함에 따라 압축강도, 휨강도 및 인장강도는 혼합량 20%일 때 가장 양호하여 재령 28일에서 각각 700~800kg/㎠, 220~230kg/㎠, 90~100kg/㎠로 나타났다.
일반적으로, 아스팔트는 직류 아스팔트와 같이 상온에서 점조성이 높아 반고체상태부터 산화 아스팔트와 같이 완전 고체의 형태를 가지고 있다.
다양한 상태의 아스팔트를 용도별로 점도를 낮추어 사용하는 저점성화 방법(Lowering of viscosity)이 흔히 사용되고 있다.
이러한 아스팔트의 저 점성화 방법에는 아스팔트의 열가소성 특성을 이용하여 단순 가열을 통해 점성을 낮추는 방법과 컷백 아스팔트(Cut-Back Asphalt) 또는 석유 아스팔트 용액(Petroleum Asphalt Solution) 등과 같이 아스팔트를 용매로서 용해시키는 단순 저점도 용액화 방법, 유화 메커니즘(Emulsion)을 적용하여 점성이 낮은 아스팔트 유제(Emulsified Asphalt)로 변환시키는 형태학적 저점도 유화 방법 등이 있다.
아스팔트의 유화 방법 및 아스팔트 유제의 종류 등은 다양한 첨가제와 유화 기술을 사용하여 순수 양이온성(또는 음이온성) 아스팔트 유제, 고무 혼입 아스팔트 유제, 아스팔트 점토(Clay) 유제, 반응성 아스팔트 유제 등이 도로, 건축 등 널리 사용된다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-816806호에는 "시멘트 모르타르용 유화아스팔트의 조성물과 그 제조 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도의 구조도이고, 도 5는 도 4에 도시된 콘크리트 슬래브 궤도에 적용하기 위한 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도의 경우, 시멘트 아스팔트 모르타르층(20)은, 콘크리트 바닥층(10)과 트랙 슬래브((30) 사이에 약 두께 5㎝ 정도로 주입되어 콘크리트 바닥층(10)과 트랙 슬래브(30)의 마찰 및 진동을 흡수하여 완화하는 역할을 한다.
여기서, 도면부호 40은 레일을 나타내고, 도면부호 50은 클립 등 레일 고정부재를 나타내며, 도면부호 60은 돌기부를 각각 나타낸다.
종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도에서, 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트 조성물은,
물90~99.0중량%, 비이온 유화제 0.5~9.0중량%, 라텍스 0.5~9.5 중량%가 혼합된 제1 혼합물; 아스팔트 85~99중량%와 혼화제 0.9~10중량% 및 스티렌고무 0.1~6.0중량%가 혼합되는 제2 혼합물이 구비되고,
상기 제1 혼합물 20~60중량%와, 상기 제2 혼합물 40~80중량%의 혼합물로 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트가 이루어진다.
여기서, 상기 비이온 유화제로는 알킨아민계층이 사용되고, 상기 혼화제로는 리그닌 화합물이 사용된다.
종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도에서, 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트 조성물은 물과 아스팔트와 유화제와 혼화제와 스티렌고무와 라텍스를 첨가하여 조성함으로써 고무성분인 SBS(스티렌고무)와 SBR(라텍스)에 의한 유화아스팔트의 유연성과 인장력, 접착력이 상승하여 무거운 상층 슬래브와 하부구조물의 충격완화 효과로 중간층을 형성하여 슬라브 궤도의 안정성을 유지할 수 있다.
특히, 유화아스팔트와 시멘트의 혼합이 원활하도록 비이온 유화제를 사용하며, 시멘트와의 친화력을 높이기 위해서 아스팔트에 혼화제를 첨가하여 층간 주입 시 빈 공간을 채울 수 있도록 혼합물의 유동성을 확보할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 시멘트 아스팔트 몰타르용 유화아스팔트의 제조방법은, 먼저, 물, 비이온 유화제 및 아스팔트를 포함하는 캠 유화아스팔트 조성물을 제조하는 방법에 있어서, 제1 혼합기(71) 내에 90~99.0중량%의 물과, 비이온 유화제 0.5~9.0중량%, 라텍스 0.5~9.5중량%를 순서에 관계없이 투입하여 20~70℃ 온도에서 10~120분간 교반시켜 제1 혼합물을 혼합한다.
다음으로, 제2 혼합기(72) 내에서 85~99중량%의 아스팔트를 순환시킨 상태에서 혼화제를 상기 아스팔트 중량에 대해서 0.9~10중량%를 투입하고 스티렌고무 0.1~6.0중량%를 투입하여 130~170℃의 온도에서 10~120분간 교반시켜 제2 혼합물을 혼합한다.
다음으로. 혼합된 제1 혼합물 20~60중량%, 제2 혼합물 40~80중량%를 각각 파이프라인을 따라 제3 혼합기(73)로 유입시켜 제3 혼합기(73)에서 70~110℃의 온도로 10~60분간 혼합하여 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트를 제조한다.
종래의 기술에 따른 시멘트 아스팔트 몰타르용 유화아스팔트의 제조방법에 따라 제조된 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화 아스팔트는, 시멘트 혼합성에 대해 우수하여 현장에서의 시공성이 전혀 문제가 없으며, 또한, 라텍스 및 스티렌 고무를 포함시켜 제조하였기 때문에 침입도가 낮아 높은 경도를 가지게 된다.
하지만, 종래의 기술에 따른 시멘트 아스팔트 몰타르용 유화아스팔트의 제조방법에 따라 제조된 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화 아스팔트의 경우, 철도 궤도 하부의 충전재로 사용하기 위해서 강도를 증진시키고 조기강도를 발현할 수 있도록 성능을 개선시키고, 또한, 아스팔트와 시멘트 입자간의 결속력을 강화시켜 균열 및 인장력을 보강할 필요가 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2009-73530호에는 "프리캐스트 슬래브 궤도용 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 프리캐스트 슬래브 궤도 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
종래의 기술에 따른 프리캐스트 슬래브 궤도용 시멘트 모르타르 조성물은, 시멘트 450~600kg/㎥ 및 모래 750~1050kg/㎥를 포함하며, 상기 시멘트에 대하여 물 37~42중량%, 아스팔트 유제 30~50중량%, 재료분리 저감제 0.1~0.7중량% 및 알루미늄분말 0.005~0.02중량%를 포함한다.
종래의 기술에 따른 프리캐스트 슬래브 궤도용 시멘트 모르타르 조성물에 따르면, 시멘트와 아스팔트 유제를 적정 비율로 혼합하여 충전재가 목표 압축강도와 탄성을 가짐과 동시에 적절한 시공성을 확보할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 프리캐스트 슬래브 궤도용 시멘트 모르타르 조성물의 경우, 철도 궤도 하부의 충전재로 사용하기 위해서 강도를 증진시키고 조기강도를 발현할 수 있도록 성능을 개선시키고, 또한, 아스팔트와 시멘트 입자간의 결속력을 강화시켜 균열 및 인장력을 보강할 필요가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연성인 아스팔트재료와 취성의 콘크리트재료의 중간 개념인 유무기 복합 반강성 아스팔트 시멘트를 형성함으로써 건설재료의 방수성, 부착성, 강성, 균열 저항성, 소성변형 저항성 등을 향상시킬 수 있는, 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트로 구성된 바닥과의 재료적 이질성으로 인한 부착력 저하 및 균열 확장에 대해 아스팔트의 높은 인성력으로 콘크리트의 부착력을 향상시킬 수 있고 하부 균열의 전달을 억제할 수 있는, 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 급속 경화형 상온아스팔트가 수용성으로 인해 자갈도상 내 일부 수분이 존재해도 부착력이 우수하고, 수경성 폴리머 혼입 시멘트가 강도를 증진시키고 내구성을 향상시킴으로써, 자갈도상의 아스팔트 고결화 및 개량을 가능하게 하는, 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물은, 아스팔트포장 등의 시공을 위해서 상온아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트를 형성하기 위한 아스팔트 시멘트 조성물에 있어서, 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트; 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트를 기준으로 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼; 및 부순골재로서, 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트를 기준으로 164~194중량부의 모래를 포함하되, 상기 아스팔트 에멀젼은 15~62중량%의 아스팔트, 30~42중량%의 물, 1~10중량%의 계면활성, 1.5~4.5중량%의 알키드 수지, 2~5중량%의 복합수지, 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지, 1~15중량%의 수용성 폴리머, 0.4~3중량%의 안정제 및 0.1~0.5중량%의 증점제로 이루어지며; 상기 알키드 수지, 복합수지 및 불포화 폴리에스테르 수지가 보강제 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼의 수용성 폴리머는 합성 고분자 형태로서 비이온 수용성 고분자, 음이온 수용성 고분자 및 양이온 수용성 고분자 중에서 선택되며, 상기 아스팔트와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점을 위해 혼입될 수 있다.
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼의 보강제 중에서 상기 복합수지는 염화고무, 염소화 폴리에틸렌 및 염소화 폴리프로필렌 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼의 보강제는 상기 수경성 폴리머 혼입 시멘트의 상온 경화를 촉진시킬 수 있도록 불포화 폴리에스테르 수지를 혼입하여 상기 불포화 폴리에스테르 수지의 비닐 모노머와 스틸렌을 반응시켜 경화를 촉진시키고, 경화 상태를 조정할 수 있다.
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼의 보강제는 상온 상에서 상기 불포화 폴리에스테르 수지와 결합하여 보수재료의 강도를 증진시키고, 미세 균열에 대한 저항성을 극대화하도록 섬유 보강제가 추가로 혼입될 수 있다.
여기서, 상기 섬유 보강제는 강섬유, 나일론섬유, EVA 섬유, 유리섬유 및 탄소섬유 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다..
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법은, a) 알키드 수지, 복합수지 및 불포화 폴리에스테르 수지가 혼합된 보강제를 형성하는 단계; b) 상기 보강제를 수용성 폴리머에 혼입하는 단계; c) 상기 보강제가 혼입된 수용성 폴리머를 아스팔트, 물, 계면활성제, 안정제 및 증점제와 혼합하여 아스팔트 에멀젼을 형성하는 단계; d) 상기 아스팔트 에멀젼을 수경성 폴리머 혼입 시멘트 및 모래와 배합하여 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 형성하는 단계; e) 상온아스팔트용 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 포설하는 단계; 및 f) 상기 포설된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장을 시공하는 단계를 포함하되, 상기 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트는, 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트; 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트를 기준으로 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼; 및 부순골재로서, 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트를 기준으로 164~194중량부의 모래를 포함하고, 상기 아스팔트 에멀젼은 15~62중량%의 아스팔트, 30~42중량%의 물, 1~10중량%의 계면활성, 1.5~4.5중량%의 알키드 수지, 2~5중량%의 복합수지, 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지, 1~15중량%의 수용성 폴리머, 0.4~3중량%의 안정제 및 0.1~0.5중량%의 증점제로 이루어지며; 상기 알키드 수지, 복합수지 및 불포화 폴리에스테르 수지가 보강제 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복합수지 및 불포화 폴리에스테르 수지는 상기 알키드 수지와의 결합을 통한 보수재료의 성능을 극대화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 연성인 아스팔트재료와 취성의 콘크리트재료의 중간 개념인 유무기 복합 반강성 아스팔트 시멘트를 형성함으로써 건설재료의 방수성, 부착성, 강성, 균열 저항성, 소성변형 저항성 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트로 구성된 바닥과의 재료적 이질성으로 인한 부착력 저하 및 균열 확장에 대해 아스팔트의 높은 인성력으로 콘크리트의 부착력을 향상시킬 수 있고 하부 균열의 전달을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체 형식으로 유동성이 우수하고 아스팔트로 인한 방수성능이 콘크리트보다 우수하며, 연성파괴의 형태로 인한 인장강도가 우수하다.
본 발명에 따르면, 급속 경화형 상온아스팔트가 수용성으로 인해 자갈도상 내 일부 수분이 존재해도 부착력이 우수하고, 수경성 폴리머 혼입 시멘트가 강도를 증진시키고 내구성을 향상시킴으로써, 자갈도상의 아스팔트 고결화 및 개량을 가능하게 하고, 이에 따라, 분니 및 자갈비산을 방지할 수 있어 도상의 구조적 및 환경적 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 4시간 이내의 단기 양생을 통해 건설공사의 공사기간 또는 교통개방시간을 단축시킬 수 있고, 낮은 점도로 인한 유동성을 확보함으로써 자갈도상 내 공극 침투 및 균열 보수가 가능하다.
도 1은 통상적인 비전압형 급속경화형 상온아스팔트 시멘트 콘크리트의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 롤러 전압형 상온아스팔트포장의 시공을 예시하는 사진이다.
도 3은 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트 분포 형태를 예시하는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도의 구조도이다.
도 5는 도 4에 도시된 콘크리트 슬래브 궤도에 적용하기 위한 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 액상-유제를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 재료 배합을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 상온형 아스팔트 에멀젼 재료의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 반응형 수경성 시멘트의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에서 아스팔트 시멘트 페이스트의 품질기준을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트 페이스트의 배합비를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 유동성 시험결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 응결시간 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 공시체의 압축강도 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 롤러 전압형 상온아스팔트포장의 시공을 예시하는 사진이다.
도 3은 급속 경화형 상온아스팔트 시멘트 분포 형태를 예시하는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 콘크리트 슬래브 궤도의 구조도이다.
도 5는 도 4에 도시된 콘크리트 슬래브 궤도에 적용하기 위한 시멘트 아스팔트 모르타르용 유화아스팔트의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 액상-유제를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 재료 배합을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 상온형 아스팔트 에멀젼 재료의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 반응형 수경성 시멘트의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에서 아스팔트 시멘트 페이스트의 품질기준을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트 페이스트의 배합비를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 유동성 시험결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 응결시간 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 공시체의 압축강도 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는, 아스팔트 에멀젼(110), 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120) 및 모래(130)를 포함하며,
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼(110)은 유화 아스팔트(111), 물(112), 계면활성제(113), 보강제(114), 수용성 폴리머(115), 안정제(116) 및 증점제(117)로 이루어지며, 특히, 상기 보강제(114)는 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120), 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼(110) 및 164~194중량부의 모래(130)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 아스팔트 에멀젼(110)은, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이, 15~62중량%의 아스팔트(111), 30~42중량%의 물(112), 1~10중량%의 계면활성제(113), 1.5~4.5중량%의 알키드 수지(114a), 2~5중량%의 복합수지(114b), 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지(114c), 1~15중량%의 수용성 폴리머(115), 0.4~3중량%의 안정제(116) 및 0.1~0.5중량%의 증점제(117)로 이루어지며, 상기 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 보강제(114) 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는, 아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트를 제조함으로써 주로 도로 포장재료, 아스팔트 및 콘크리트 2차 제품, 방수재 및 충전재, 보수재료로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는, 아스팔트 에멀젼(110), 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120) 및 모래(130)를 배합하여 아스팔트와 시멘트를 결합시킨다.
구체적으로, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 아스팔트(111)는 천연아스팔트, 석유아스팔트 등이 활용될 수 있으며,
또한, 상기 계면활성제(113)는 카르복실산염, 황산에스테르염, 인산염, 포스폰산염, 아민염, 암모늄염 등을 활용할 수 있고,
상기 안정제(116)는 전분, 젤라틴, 알긴산소다 등을 활용할 수 있으며, 상기 증점제(117)는 무기계, 셀룰로오스(Cellulose) 유도체계, 단백질계, 알긴산계, 폴리비닐계 증점제가 활용될 수 있다.
여기서, 상기 보강제(114)의 복합수지(114b)는 염화고무, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기 보강제(114)는 섬유 보강제를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 경우, 상기 보강제(114)를 수용성 폴리머(115)에 혼입함으로써, 상기 아스팔트 에멀젼(110)과 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)와 배합시, 알키드 수지(114a) 단일 품목 이외에 복합수지(114b)를 혼입시켜 상기 알키드 수지(114a)와의 결합을 통한 보수재료의 성능을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 상온 경화를 촉진시킬 수 있도록 상기 보강제(114)의 불포화 폴리에스테르 수지(114c)를 혼입하여 불포화 폴리에스테르 수지의 비닐 모노머와 스틸렌을 반응시켜 경화를 촉진시키고, 경화 상태를 조정할 수 있다.
또한, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 경우, 수용성 폴리머(115)를 혼입시켜줌으로써 유화 아스팔트(111)와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점의 효과를 줄 수 있다.
예를 들면, 상기 수용성 폴리머(115)는 합성 고분자 형태로서 비이온 수용성 고분자, 음이온 수용성 고분자 또는 양이온 수용성 고분자를 활용할 수 있으며, 상기 유화 아스팔트(111)와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 보강제(114)의 경우, 섬유보강제 등의 보강제를 더 혼입시켜 상온 상에서 상기 불포화 폴리에스테르(114c)와 보강제가 결합하여 보수재료의 강도를 증진시키고, 미세 균열에 대한 저항성을 극대화시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 보강제(114)에 혼입되는 섬유보강제는 콘크리트의 강도를 증진시키기 위해 강섬유, 나일론섬유, EVA 섬유, 유리섬유, 탄소섬유 등일 수 있다.
수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)는, 예를 들면, C3S 30~70%, C2S 15~40, C3A 4~15, C4AF 5~20, CaSO4 0.1~10%의 범위로 배합하여 사용할 수 있고, 또는 CaO·Al2O3와 CaO-Al2O3계의 유리질로 이루어진 것을 사용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
모래(130)는 부순골재로서, 일반 레미콘에서 사용하는 부순모래로서 일정한 입도를 갖고 표면수가 일정한 건조사이고, 상기 건조사는 각각 체분석을 실시하여 모래의 조립률이 2.5~3.5 범위를 만족하는 복수의 건조사인 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는,
아스팔트 에멀젼과 시멘트의 조합을 통한 페이스트로서, 유동성이 증가된 아스팔트 에멀젼(110)에 의해 재료의 방수성 및 내수성, 내한성능이 증대되고, 또한, 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 특성에 의해 강도가 보강되어, 방수 및 강성을 요하는 부분에 적용할 수 있으며, 이에 따라, 상온에서 유동성이 유리하고, 4시간 이내 단기 양생이 가능하여, 보다 밀실하게 보강대상을 충전하고 보강이 가능하기 때문에 보강 대상의 균열 유발의 위험성을 줄여줄 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼(110)의 경우,
유화기술을 이용하여 서로 혼합이 어려운 2개 이상의 액체를 일련의 물리적, 화학적 및 전기적 처리과정을 통하여 형태상학적으로 균일화시킨 조립자분산계이다. 아스팔트 에멀젼의 유화 과정은 대부분 하나의 액체상으로서 물-상(Water Phase)과 기름성분과 같은 유기-상(Organic liquid)으로 구성된 액상-유제(Aqueous emulsion)가 제조되고 있다. 이외에 비액상-유제로서 탄화수소물 내에 불화탄소물이 함유된 유제 그리고 두가지 서로 다른 고분자로 형성된 유제도 존재한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 액상-유제를 설명하기 위한 도면이다.
액상-유제는, 도 7에 도시된 바와 같이, 페인트, 점착제, 역청계 유제(Bituminous emulsion), 농화학적 조성 유제(Agrochemical formulations) 등과 같은 O/W-형(Oil-in-water), 마가린 등과 같은 W/O-형(Water-in-oil) 그리고 의약품류(Drug delivery)에서 인기를 끌고 있는 이중 복합형(Doble-emulsion, ex : W/O/W 및 O/W/O) 등으로 구분된다.
또한, 역청계 유제로서 화학적 합성으로 만든 유화제를 사용한 아스팔트 에멀젼과 한편 합성유화제 대신 무기질인 점도(Clay)를 사용하여 제조한 아스팔트 클레이 유제도 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼의 재료 배합을 예시하는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 상온형 아스팔트 에멀젼 재료의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 에멀젼(110)의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 배합할 수 있고, 상온형 아스팔트 에멀젼 재료의 물리적 특성은 도 9에 도시된 바와 같다.
구체적으로, 아스팔트의 내적 구조에 관한 형상은 내부에 존재하는 분자 화학종의 화학적 구성에 크게 의존한다.
아스팔트는 주로 탄화수소물이 주종을 이루고 있고, 여기에 소량의 S, N 및 O를 함유한 관능기들이 포함되어 있으며, 극히 소량의 Fe, Mg, Ni, Ca 및 Si 등의 금속 또는 비금속 원소들이 카르복실산염, 산화물, 금속착염 또는 포피린(Prophyrine) 구조의 착염 형대로 존재하고 있다.
이러한 아스팔트의 화학적 조성은 크게 아스팔텐과 말텐이라 부르는 화학군으로 분류하고, 이중에 말텐을 포화-탄화수소, 방향족-탄화수소 및 석유계 수지로 세분한다. 예를 들면, 이러한 아스팔트의 종류는 천연아스팔트, 석유아스팔트 및 타르 및 피치 등을 적용할 수 있다. 특히, 석유아스팔트인 직류아스팔트와 브로운아스팔트, 개질아스팔트 등도 포함한다.
물(112)은 아스팔트 에멀젼(110)에 사용되는 주요 재료로서, 유제 성상에 큰 영향을 미친다. 이때, 물(112)은 이물질과 불순물을 함유하지 않아야 하며, 특히, 칼슘(Ca) 이온 및 마그네슘(Mg) 이온이 없는 것이 유리하다.
계면활성제(113)는 친수기와 소수기로 함께 구성되어 있는 유화제로서, 이들 두 개의 기(Group)들이 극히 많아서 유화제의 종류 역시 상당수에 이른다. 예를 들면, 유용성 유화제는 무극성 용매인 기름에 용해되어 기름-물간의 계면에서 계면활성을 갖는 유화제로서 친유기-친수기로 구성되어 있다.
또한, 유화제에 사용되는 친수기 종류에는 카르복실산염, 황산에스테르염, 인산염, 포스폰산염, 아민염, 암모늄염 등이 있어 사용할 수 있다.
상기 보강제(114) 중에서 알키드 수지(114a)는 다가알코올과 다가산의 축합에 의해 생기는 고분자 물질이다.
이러한 알키드 수지(114a)는 3가 이상의 알코올성분과 건성유를 함유하므로 도장 전에는 선상의 고분자이나, 도장 후에는 가열공정의 일예로 에나멜링 공정에 의해 또는 통풍에 의해 가교결합을 갖는 3차원 고분자가 되어, 내수성 및 내약품성이 강해진다.
따라서 상기 알키드 수지(114a)는 그 자체로 도료로 사용하거나, 또는 요소수지, 멜라민 등과 혼합하여 굴곡성 도료로서 금속구조물, 예를 들면, 건축물, 선박, 철교 등에 널리 사용된다.
구체적으로, 상기 알키드 수지(114a)의 종류를 경화 형태로 분류하면, 상온건조형과 가열건조형으로 나눌 수 있다.
이때, 상기 알키드 수지(114a)의 원료에 따라 크게 분류하면, 다가알콜/다염기산/유 또는 지방산계로 된 유변성 알키드 수지, 다가알콜과 다염기산으로 된 오일프리 알키드수지(폴리에스테르), 그리고 유변성 또는 오일프리알키드의 조성에 변성제를 사용한 것과 수지에 변성제 또는 변성수지 등을 반응시켜 얻어진 변성 알키드 수지의 세 종류로 나눌 수 있고, 또한, 각종 변성제 및 변성수지로서는 로진과 같은 천연수지, 페놀수지, 에폭시수지, 실리콘 중간체 및 수지, 비닐단량체, Polyisocyanate 등이 있다.
추가적으로, 염화고무, 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated polyethylene)이나 염소화 폴리프로필렌(Chlorinated polypropylene) 또는 복합수지 등에 알키드 수지(114a)를 혼합하여 사용하기도 한다.
이것은 내구성 및 내후성을 강화하고 유연성을 부여하여 내충격성을 보강할 수 있다.
여기서, 상기 혼합 적용 가능한 염소화 폴리에틸렌은 폴리에틸렌을 염소화하여 얻어지는 폴리머이며, 원료 폴리에틸렌의 밀도나 분자량 염소화 정도 등에 따라 성질은 상당히 광범위로 변화하는데 염화 함유율이 25~45%의 범위의 것을 사용할 수 있는데, 염소량 증가에 따라 강성이 증가하는 경향이 있다.
또한, 상기 보강제(114) 중에서 복합수지(114b)는 염소화 폴리프로필렌과 폴리염화비닐 공중합체가 0.6~1.4:0.8~1.5 비율로 혼합 조성하여 적용할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 알키드 수지(114a)를 단독으로 적용하는 것이 아니라 성능 향상을 위해 추가적으로 염화 고무, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 복합수지 등이 혼합 사용이 될 수 있고,
이에 따라, 상기 알키드 수지(114a)의 단일 종을 사용하는 기존 기술과는 차이가 있으며, 예를 들면, 상기 복합수지(114b)는 염소화 폴리프로필렌+폴리염화비닐 공중합체가 최적의 비율로 혼합된 신개념 수지를 적용하고 알키드 수지(114a)와의 결합을 통해 성능을 극대화할 수 있다.
상기 보강제(114) 중에서 불포화 폴리에스테르 수지(114c)는 액상수지로서, 특히, 습식 불포화폴리에스테르는 반응성 특징이 있기 때문에 성형재료로 사용할 수 있고, 내화학성 및 내크랙킹성이 뛰어나다.
구체적으로, 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)는 불포화 및 포화의 2염기산과 2가 알코올의 축합반응에 의해 얻어진 베이스 레진에 비닐모노머를 용해한 수지로서, 수지의 주고리에는 불포화기가 함유되어 이것과 비닐모노머가 공중합 반응을 일으켜 가교가 가능하다.
또한, 원료 선택에 따라 여러 종류의 성질을 가진 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 얻어질 수 있고, 예를 들면, 무수말레인산, 무수프탈산, 에틸렌글리콜과 프로필렌 글리콜을 원료로 하여 필요에 따라 조정하여 사용할 수 있고, 이에 따라, 재료의 내후성 및 용해성, 경도 등 보강에 효과가 있다.
수용성 폴리머(115)는 물에 용해되거나 물을 빨아들여 부풀어 오르는 고분자를 말하며, 고분자는 출처에 따라서 천연/인공/가공 고분자로 구분한다.
이는 식품, 섬유, 피혁, 피복재, 제지, 건강용품, 기름회수, 폐수처리, 생의학·의약 분야에 다양하게 사용된다.
극성용매인 물과 친화력을 나타내는 친수성기(radical)가 나타내는 이온의 종류에 따라 네 가지로 분류된다.
예를 들면, ① 비이온계(Acylamides, Alcohols)는 PAM, PNIPAA, PEG, PEO, PVA 등이 있으며, ② 양이온계(Ammonium Salts, Acrylates)는 PDADMAC, PDADEMAC, PDEAEMA, 등이 있다. 또한, ③ 음이온계(아크릴산류, 유기산류,아크릴 아미드류, 슬론산류)는 PAA, PMA, PFA, PVSA, 등이 있고, 또한, ④ 복이온계(단량체 또는 고분자 블럭 내에 양/음 동시보유)는 Polybetains, Polyampholytes, Template Polymers 등이 있다.
구체적으로, 수용성 폴리머(115)의 비이온성 작용기를 친수성이 높은 순서로 열거하면 -OH > -CONH2 > COC > COO와 같다.
앞서 설명된 종류 중에서 Polyethylene oxide(PEO)는 산이나 염기를 촉매로 사용하고, Ethyleneoxide(EO)를 개환 중합하면 PEO를 제조할 수 있는데, 예를 들면, 분자량이 700일 때 점성액체, 1,000~2,000 사이일 때 Soft wax, 3,000~20,000 사이일 때는 Hard wax 상태, 100,000 이상일 때는 가소성 수지가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 분자량 600~1000의 범위를 활용하고, 이것의 사용을 통해 아스팔트와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점의 효과를 기대할 수 있다.
또한, 수용성 폴리머(115)의 양이온성 작용기는 주로 아민계통인데 1차, 2차, 3차 아민은 pH가 낮을 때 수소와 결합하여 양전하를 띠지만 pH가 8~10이상 되면 비이온화하고 4차 아민은 pH와 관계없이 항상 양전하를 띠게 된다.
이를 적용시에는 접착성능을 개선하고 내알칼리성을 가짐으로 현장의 접착력 강화가 요구시 적용 할 수 있다.
또한, 수용성 폴리머(115)의 음이온성 작용기에 주로 카르복실기가 이용되는데 중화시키지 않은 상태에서는 카르복시기 상호간의 수소결합에 의해서 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에 Na+, K+, NH4+ 등으로 중화하여 용해도를 높여준다. 이때, 고분자에 인산기나 황산기를 도입할 수 있다.
안정제(116)는 아스팔트 에멀젼의 저장 안정성 및 기계적 안정성을 향상시키기 위하여 안정제(Stabilizer)를 사용하며 분산계의 안정성은 입자간에 상호 결합이 발생할 때 어떠한 입자간-내부작용이 발생하는지 여부에 크게 의존한다. 여기서, 입자간 내부작용은, 동일한 전하를 갖는 물질 사이에 발생하는 정전기 힘인 정전기적 반발력과 또한 물체간의 친화력으로 구분된다. 이에 따라, 상기 안정제(116)는 전분, 젤라틴, 알긴산소다 MC, HEC, PVA 등 물속에서 친수-졸을 형성할 수 있는 것들을 사용하는 것이 바람직하다.
증점제(117)는 액체의 점성을 증가시키는 물질이며 첨가하여 에멀젼의 점도를 증대시킴으로써 유화제와 같이 분산 입자의 안정화에 기여한다.
더불어 저장 중 침강 방지, 재분산성의 향상, 흐름 방지 및 도막 두께의 증대 등에 효과가 있으며, 식용 증점제는 소스나 수프 등 음식을 걸쭉하게 만드는 데 쓰인다.
그 외에 증점제는 페인트, 잉크, 폭발물, 화장품 등에도 쓰인다. 종류에는 무기계, 셀룰로오스(Cellulose) 유도체계, 단백질계, 알긴산계, 폴리비닐계, 폴리아크릴산계, 폴리에텔계, 무수말레인산 공중합체계 등을 적용할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 반응형 수경성 시멘트의 물리적 특성을 비교하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)로서 사용되는 시멘트는 C3S 30~70%, C2S 15~40, C3A 4~15, C4AF 5~20, CaSO4 0.1~10%의 범위로 배합하여 사용할 수 있고, 또는 CaO·Al2O3와 CaO-Al2O3계의 유리질로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
이러한 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)는 아스팔트와의 발현속도 및 강도를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)로서 수경성 폴리머 초속경 시멘트를 사용하였으며, 그 물리적 특성은 다음과 같다. 도 10에 도시된 바와 같이, 폴리머 및 알루미나가 혼합된 아스팔트계 혼합용 특수 시멘트로서 폴리머 및 알루미나 등이 수분과 반응하여 초결 약 4분, 종결 약 6분의 경화시간을 가지며 최종 블리딩률은 0.5% 이하, 팽창률은 4.0% 이하, 염화물 함유량 0.3% 이하이다.
이러한 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 경우, 상기 아스팔트 에멀젼(110)과 시멘트의 상온 경화를 촉진하기 위해 아스팔트 에멀젼(110)에 적용된 불포화 폴리에스테르 수지(114c)의 비닐 모노머와 저점도로 3~20포아즈의 스틸렌을 반응하여 경화시킬 수 있으며, 이것에 가교제의 첨가 비율에 따라 상온에서 경화를 조정할 수도 있다.
예를 들면, 상기 가교제로는 0.05~10% 범위에서 적용할 수 있으며, 유기과산화물, 과산화벤조일(dibenzoyl peroxide), 황 등이 있다.
더불어 불포화 폴리에스테르는 상온에서 경화물을 얻을 수 있는 것이 특징이며, 유리섬유 또는 섬유보강재 등과 조합시 강도 높은 경화형 상온아스팔트의 시멘트 페이스트를 확보할 수도 있다.
일반적으로 아스팔트는 압축에 강하고 인장에 약한 것으로 알려져 있으며, 여기서 사용되는 보강제(114)는 높은 인장성능을 가지는 섬유를 혼합함에 따라 혼합물의 인장성능을 개선시킬 수 있다.
이론적으로 응력은 섬유에 전이되며, 상대적으로 약한 아스팔트 혼합물에 전이되는 응력은 감소하게 된다.
따라서 응력전달 성능을 높이기 위해서는 섬유와 아스팔트 결합재 간의 부착이 양호하게 구성되어야 하며, 추가적으로 섬유는 응력집중을 방지하기 위하여 균일하게 혼합물 내에 포설되어야 한다.
본 발명의 실시예에서 적용 가능한 섬유 혼입 보강제로서, 재활용 용지 및 일반적으로 목재가 가장 많이 사용되는 높은 흡습성의 셀룰로오스계, 슬래그 또는 슬래그 혼합물, 암석, 흑연(basalt), 수활석(brucite), 금속, 탄소 등과 같은 무기질계, 나일론, 폴리파라필렌, 에테르프탈, 아라미드계 등 합성고분자 섬유, 재생섬유 등이 적용됨으로써 강도보강 및 미세균열에 대한 저항성을 높일 수 있다.
예를 들면, 합성고분자 섬유 중에서 아라미드계는 방향족 고리 사이에 아미드(Amid) 결합(-NHCO-)이 파라(para)형으로 적어도 80% 이상 결합한 분자구조를 가진 섬유로서, PPD(p-PhenyleneDiamine), TPC(Tere-Phthaloyl Chloride) 등이 적용된 파라계 아라미드와 MPD (m-Phenylene-Diamine), IPC(Iso-Phthaloyl Chloride) 등이 적용된 메타계 아라미드를 사용할 수 있다.
아라미드계 섬유의 밀도는 1.2~1.7g/cc, 파단신도는 2.3~40%, 인장강도는 3.0~28g/d, 탄성률은 100~1200g/d을 가진다. 이것은 높은 인장강도와 탄성률, 내열성과 화학약품에 강한 특징으로 상황에 따라 조정한 후에 적용할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 경화를 촉진하기 위한 추가적인 방안으로서, 아스팔트 에멀젼(110)와 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)와 혼합시, 상기 아스팔트 에멀젼(110) 내에 포함되어 있는 보강제(114) 중에서 불포화 폴리에스테르의 비닐 모노머와 반응시키기 위해 스틸렌을 반응시켜 경화하고 유기과산화물로 경화 상태를 조정할 수 있다.
또한, 전술한 불포화 폴리에스테르와 상온 상에서 보강제 결합으로 강도 증진 및 미세균열에 대한 저항성 극대화를 기대할 수 있다
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단일재료의 결합 또는 단순한 물리적 결합으로 인한 성능 향상을 기대하기보다는 유기질계 재료와 무기질계 재료의 복합반응 결합을 극대화하여 상온형 아스팔트 시멘트 페이스트의 물리적 특성을 강화할 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에서 아스팔트 시멘트 페이스트의 품질기준을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트는 전술한 재료를 바탕으로 배합을 조정할 수 있으며, 주로 도로포장재료, 아스팔트 및 콘크리트 2차 제품, 방수재 및 충진재, 보수재료로 사용될 수 있다.
이러한 아스팔트 시멘트 페이스트는 유동성이 증가된 아스팔트 에멀젼에 의한 재료의 방수성 및 내수성, 내한성능이 증대되고 시멘트의 특성에 의해 강도가 보강되어 방수 및 강성을 요하는 부분에 적용할 수 있다.
더불어 아스팔트 시멘트 페이스트는 상온에서의 유동성이 유리하여 미지의 하부공간을 보다 밀실하게 메워주기 때문에 공극 발생으로 인한 균열유발의 위험성을 줄일 수 있다.
또한, 굳은 상태의 콘크리트의 경화된 상태의 열팽창계수는 1.64 x 10-6으로 열에 의한 변형이 크게 나타나는 특징이 있다. 여기에 열팽창계수 1.2 x 10-4의 아스팔트와 혼합시 아스팔트의 점성력으로 인한 인성이 증가하여 수축 및 열로 인한 변형을 완화하게 됨으로 콘크리트와 같이 균열 유도를 위한 줄눈부 설치 및 조인트 설치가 필요 없다.는 장점이 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트의 경우, 아스팔트 시멘트 페이스트의 온도는 상온범위인 5~35℃, J-로드는 유동성 확보가 가능한 80~120초로 정하며, 압축강도는 1시간에 0.3MPa 이상, 4시간에 0.7MPa 이상, 재령 1일에 2MPa 이상, 7일에 4MPa 이상, 28일에 6MPa 이상을 만족해야 한다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트 페이스트의 배합비를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물이 적용되는 아스팔트 시멘트의 경우, 아스팔트와 시멘트의 성능을 평가하고자 두 재료의 비율을 달리하여 모래가 혼합된 아스팔트 시멘트 페이스트를 제조하였고. 도 12에 도시된 바와 같이 배합을 설정하였다.
동일한 중량의 모래(130)를 적용하고, 무기질 및 섬유 혼합용 상온형 아스팔트 에멀젼(110)과 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 A/C 비율은 1.0, 1.2 및 1.5로 구분하여 배합을 설계한다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 유동성 시험결과를 나타내는 도면이다.
전술한 도 12에 도시된 배합비로 제조된 아스팔트 시멘트 페이스트의 유동성 측정을 위해 유하 시험장치를 사용하여 KS F 2432의 주입 모르타르의 컨시스턴시 시험을 실시하였다.
이러한 유동성 시험은 윗면이 안지름 70㎜, 아랫면의 안지름 10㎜, 높이 420㎜이고, 여기에 안지름 10㎜, 길이 30㎜의 유출관이 붙은 황동제 시험기구의 깔때기 받침대에 연직으로 받치고 물로 축인다.
시료의 페이스트를 깔때기 안에 부어 유출관으로 소량의 모르타르를 유출시킨 후, 유출구를 막고, 페이스트를 깔때기의 윗면까지 채운 다음 손을 떼어 페이스트의 유출 시간을 측정한다.
시험결과에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 아스팔트 에멀젼과 급결성 첨가제 혼입 시멘트(A/C) 비인 1.0, 1.2, 1.5에서는 대략적으로 40~120sec 범위의 수치를 보였고, 제2 실시예와 제3 실시예는 모두 40~120sec 이상을 나타내었다.
특히, 제1 내지 제3 실시예 모두에서 A/C=1.0이 A/C=1.2, A/C=1.5 보다 약 20% 이상의 값이 작게 나타남으로써 작업성에서 불리함을 보였고, A/C 비율인 1.0과 1.5에서 약 40sec의 수치적 차이를 보임으로써 A/C=1.5가 현장에서의 재료 타설시 균일하고 밀실한 페이스트 사용이 유리하며, 유동성 및 충진성을 요하는 현장에서 적합하게 사용할 수 있다.
더불어, 배합 조정시 재료분리 없이 Self-leveling 시공도 가능함으로써 시공속도 개선 및 아스팔트 특징 부가로 인한 수축균열에 대한 저항성능이 우수할 수 있다.
한편, 비카침 시험은 시멘트 페이스트의 응결측정 방법으로 가장 많이 사용되고, 이러한 실험방법은 1800년대 라임모르타르의 응결을 연구한 Louis Vicat에 의해 제안되었으며, 모르타르에 일정 간격을 이격한 침에 하중을 가하여 관입되는 깊이를 통해 경화 상태를 측정하는 방법이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 제조된 공시체의 응결시간 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 표준주도로 반죽된 시험체를 1㎜의 침으로 30초간 25㎜의 침입도를 얻을 때까지의 시간을 응결시간으로 하며, 제1 내지 제3 실시예를 비교 분석하였다. 그 결과로서, 제1 실시예가 가장 빠른 응결시간을 나타냈다. 이것은 아스팔트 시멘트 페이스트의 제조시 양생시간을 단축 및 단기 강도 향상에 기여할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 시멘트 아스팔트 페이스트의 압축강도 및 휨 강도는 KS F 2476 시험 방법에 따라 시험하였다. 40㎜ x 40㎜ x 160㎜의 치수를 갖는 몰드에 시멘트 아스팔트 페이스트를 채워 공시체를 제작한 후, 28일에서 휨강도 및 압축강도를 각각 측정하였다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물로 형성된 공시체의 압축강도 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제3 실시예 모두 A/C별 휨강도 및 압축강도의 차이를 보이고 있으며, 압축강도의 경우 제1 실시예는 A/C비 1.0과 1.2, 1.5에 따라 각각 평균적으로 8.2MPa, 6.1MPa, 4.4MPa로 3가지 배합예 중에서 A/C=1.5가 가장 낮은 값을 보였고, 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예는 대부분 6MPa를 상회하는 결과를 도출하였다. 따라서 압축강도를 통해 일반적 배합인 제1 실시예보다는 특화된 배합 기술이 적용된 본 발명의 제2 실시예와 제3 실시예가 적합하다는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 균열보수는 아스팔트와 물을 주재료로 하고 있기 때문에 환경오염 물질의 배출이 없으며, 기존의 가열아스팔트처럼 가열할 필요가 없기 때문에 에너지 절감 효과를 가질 수 있다. 또한, 현장에서 가열시 발생되는 고열에 의한 사고의 위험요소도 없으며, 도로의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라, 연료를 덜 사용하기 때문에 잠재적으로 유지보수비를 절감할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 연성인 아스팔트재료와 취성의 콘크리트재료의 중간 개념인 유무기 복합 반강성 아스팔트 시멘트를 형성함으로써 건설재료의 방수성, 부착성, 강성, 균열 저항성, 소성변형 저항성 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 또한, 콘크리트로 구성된 바닥과의 재료적 이질성으로 인한 부착력 저하 및 균열 확장에 대해 아스팔트의 높은 인성력으로 콘크리트의 부착력을 향상시킬 수 있고 하부 균열의 전달을 억제할 수 있으며, 또한, 유체 형식으로 유동성이 우수하고 아스팔트로 인한 방수성능이 콘크리트보다 우수하며, 연성파괴의 형태로 인한 인장강도가 우수하다.
[보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법]
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법은, 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법으로서,
먼저, 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 혼합된 보강제(114)를 형성한다(S110).
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상기 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 상온 경화를 촉진시킬 수 있도록 불포화 폴리에스테르 수지(114c)를 혼입하여 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)의 비닐 모노머와 스틸렌을 반응시켜 경화를 촉진시키고, 경화 상태를 조정할 수 있다.
또한, 상기 보강제(114)에 섬유 보강제를 추가로 혼입할 수도 있다. 즉, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상온 상에서 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)와 결합하여 보수재료의 강도를 증진시키고, 미세 균열에 대한 저항성을 극대화하도록 섬유 보강제가 추가로 혼입될 수 있다.
다음으로, 상기 보강제(114)를 수용성 폴리머(115)에 혼입한다(S120).
여기서, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 수용성 폴리머(115)는 합성 고분자 형태로서 비이온 수용성 고분자, 음이온 수용성 고분자 및 양이온 수용성 고분자 중에서 선택되며, 상기 아스팔트(111)와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점을 위해 혼입될 수 있다.
다음으로, 상기 보강제(114)가 혼입된 수용성 폴리머(115)를 아스팔트(111), 물(112), 계면활성제(113), 안정제(116) 및 증점제(117)와 혼합하여 아스팔트 에멀젼(110)을 형성한다(S130).
다음으로, 상기 아스팔트 에멀젼(110)을 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120) 및 모래(130)와 배합하여 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)를 형성한다(S140).
다음으로, 상온아스팔트용 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)를 포설한다(S150).
다음으로, 상기 포설된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장을 시공한다(S160).
여기서, 상기 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)는, 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120); 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼(110); 및 부순골재로서, 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 164~194중량부의 모래(130)를 포함한다.
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상기 아스팔트 에멀젼(110)은 15~62중량%의 아스팔트(111), 30~42중량%의 물(112), 1~10중량%의 계면활성제(113), 1.5~4.5중량%의 알키드 수지(114a), 2~5중량%의 복합수지(114b), 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지(114c), 1~15중량%의 수용성 폴리머(115), 0.4~3중량%의 안정제(116) 및 0.1~0.5중량%의 증점제(117)로 이루어지며, 상기 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 보강제(114) 역할을 한다.
이때, 상기 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)는 상기 알키드 수지(114a)와의 결합을 통한 보수재료의 성능을 극대화시킬 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 급속 경화형 상온아스팔트가 수용성으로 인해 자갈도상 내 일부 수분이 존재해도 부착력이 우수하고, 수경성 폴리머 혼입 시멘트가 강도를 증진시키고 내구성을 향상시킴으로써, 자갈도상의 아스팔트 고결화 및 개량을 가능하게 하고, 이에 따라, 분니 및 자갈비산을 방지할 수 있어 도상의 구조적 및 환경적 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 4시간 이내의 단기 양생을 통해 건설공사의 공사기간 또는 교통개방시간을 단축시킬 수 있고, 낮은 점도로 인한 유동성을 확보함으로써 자갈도상 내 공극 침투 및 균열 보수가 가능하다.
또한, 4시간 이내의 단기 양생을 통해 건설공사의 공사기간 또는 교통개방시간을 단축시킬 수 있고, 낮은 점도로 인한 유동성을 확보함으로써 자갈도상 내 공극 침투 및 균열 보수가 가능하다.
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전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트
110: 아스팔트 에멀젼
120: 수경성 폴리머 혼입 시멘트 130: 모래
111: 아스팔트 112: 물
113: 계면활성제 114: 보강제
115: 수용성 폴리머 116: 안정제
117: 증점제 114a: 알키드 수지
114b: 복합수지 114c: 불포화 폴리에스테르 수지
110: 아스팔트 에멀젼
120: 수경성 폴리머 혼입 시멘트 130: 모래
111: 아스팔트 112: 물
113: 계면활성제 114: 보강제
115: 수용성 폴리머 116: 안정제
117: 증점제 114a: 알키드 수지
114b: 복합수지 114c: 불포화 폴리에스테르 수지
Claims (10)
- 아스팔트포장 등의 시공을 위해서 상온아스팔트와 시멘트가 결합된 아스팔트 시멘트 페이스트를 형성하기 위한 아스팔트 시멘트 조성물에 있어서,
100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120);
상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼(110); 및
부순골재로서, 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 164~194중량부의 모래(130)를 포함하되,
상기 아스팔트 에멀젼(110)은 15~62중량%의 아스팔트(111), 30~42중량%의 물(112), 1~10중량%의 계면활성제(113), 1.5~4.5중량%의 알키드 수지(114a), 2~5중량%의 복합수지(114b), 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지(114c), 1~15중량%의 수용성 폴리머(115), 0.4~3중량%의 안정제(116) 및 0.1~0.5중량%의 증점제(117)로 이루어지며;
상기 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 보강제(114) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 수용성 폴리머(115)는 합성 고분자 형태로서 비이온 수용성 고분자, 음이온 수용성 고분자 및 양이온 수용성 고분자 중에서 선택되며, 상기 아스팔트(111)와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점을 위해 혼입되는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114) 중에서 상기 복합수지(114b)는 염화고무, 염소화 폴리에틸렌 또는 염소화 폴리프로필렌를 포함하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상기 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 상온 경화를 촉진시킬 수 있도록 불포화 폴리에스테르 수지(114c)를 혼입하여 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)의 비닐 모노머와 스틸렌을 반응시켜 경화를 촉진시키고, 경화 상태를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상온 상에서 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)와 결합하여 보수재료의 강도를 증진시키고, 미세 균열에 대한 저항성을 극대화하도록 섬유 보강제가 추가로 혼입되는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 섬유 보강제는 강섬유, 나일론섬유, EVA 섬유, 유리섬유 및 탄소섬유 중 적어도 하나 이상을 포함하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물. - 아스팔트 시멘트를 이용한 아스팔트포장 시공방법에 있어서,
a) 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 혼합된 보강제(114)를 형성하는 단계;
b) 상기 보강제(114)를 수용성 폴리머(115)에 혼입하는 단계;
c) 상기 보강제가 혼입된 수용성 폴리머를 아스팔트(111), 물(112), 계면활성제(113), 안정제(116) 및 증점제(117)와 혼합하여 아스팔트 에멀젼(110)을 형성하는 단계;
d) 상기 아스팔트 에멀젼(110)을 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120) 및 모래(130)와 배합하여 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)를 형성하는 단계;
e) 상온아스팔트용 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트(100)를 포설하는 단계; 및
f) 상기 포설된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장을 시공하는 단계를 포함하되,
상기 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트는, 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120); 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 84~116중량부의 아스팔트 에멀젼(110); 및 부순골재로서, 상기 100중량부의 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)를 기준으로 164~194중량부의 모래(130)를 포함하고,
상기 아스팔트 에멀젼(110)은 15~62중량%의 아스팔트(111), 30~42중량%의 물(112), 1~10중량%의 계면활성제(113), 1.5~4.5중량%의 알키드 수지(114a), 2~5중량%의 복합수지(114b), 2~5중량%의 불포화 폴리에스테르 수지(114c), 1~15중량%의 수용성 폴리머(115), 0.4~3중량%의 안정제(116) 및 0.1~0.5중량%의 증점제(117)로 이루어지며;
상기 알키드 수지(114a), 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)가 보강제(114) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물을 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 복합수지(114b) 및 불포화 폴리에스테르 수지(114c)는 상기 알키드 수지(114a)와의 결합을 통한 보수재료의 성능을 극대화시키는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물을 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 수용성 폴리머(115)는 합성 고분자 형태로서 비이온 수용성 고분자, 음이온 수용성 고분자 및 양이온 수용성 고분자 중에서 선택되며, 상기 아스팔트(111)와의 분산 및 안정화, 응집 및 증점을 위해 혼입되는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물을 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상기 수경성 폴리머 혼입 시멘트(120)의 상온 경화를 촉진시킬 수 있도록 불포화 폴리에스테르 수지(114c)를 혼입하여 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)의 비닐 모노머와 스틸렌을 반응시켜 경화를 촉진시키고, 경화 상태를 조정할 수 있으며, 상기 아스팔트 에멀젼(110)의 보강제(114)는 상온 상에서 상기 불포화 폴리에스테르 수지(114c)와 결합하여 보수재료의 강도를 증진시키고, 미세 균열에 대한 저항성을 극대화하도록 섬유 보강제가 추가로 혼입되는 것을 특징으로 하는 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물을 이용한 아스팔트포장 시공방법.
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| KR1020220035937A KR102683052B1 (ko) | 2022-03-23 | 보강제가 혼입된 수용성 폴리머계 아스팔트 시멘트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101712923B1 (ko) * | 2016-10-07 | 2017-03-08 | 주식회사 지케이기술연구소 | 매스틱 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 |
| KR101954174B1 (ko) * | 2018-02-06 | 2019-05-23 | 한국석유공업 주식회사 | 무기질계 개질재를 혼합한 상온 아스팔트 조성물 및 이를 구비한 아스팔트 시멘트 모르타르 |
Patent Citations (2)
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