KR19990071664A

KR19990071664A - 아스팔트 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR19990071664A
Application number: KR1019980703940A
Authority: KR
Inventors: 헨리커스 엔젤베르터스 요안느 헨드릭스; 더크 아드리안 스토커
Original assignee: 체슈트라텐 알베르투스 빌헬무스 요하네스; 쉘 인터내셔널 리써치 마챠피즈 비 브이
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1999-09-27
Also published as: SK283646B6; PT863949E; AU697664B2; TR199800980T2; CZ164498A3; AR004786A1; HK1010557A1; AP9801244A0; RU2177970C2; ES2143250T3; ZA9610017B; GR3033491T3; ATE190344T1; WO1997020890A2; PL188718B1; MY114325A; AU1174797A; BR9611675A; SK72498A3; CO4560587A1

Abstract

본 발명은 단단한 바인더 성분을 140 ℃ 이하의 온도에서 연한 바인더 성분과 골재의 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 조밀한 등급의 아스팔트 조성물을 제공한다.

Description

아스팔트 조성물의 제조방법

본 발명은 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

역청이 골재와 혼합되어 도로에 사용하기 위한 아스팔트 조성물을 만드는 온도는 통상 140 내지 170 ℃ 범위이지만, 예를 들어 미국 특허 제 3,832,200호에서는 더 높은 온도를 적용해야 한다고 기술한다.

요즈음은 그러한 뜨거운 역청이 건강, 안전, 그리고 환경적인 문제를 일으킬 수 있다는 것이 잘 인식되어 있기 때문에, 이 분야의 기술에서는 낮은 온도에서 다룰 수 있는 아스팔트 조성물의 개발에 많은 노력을 기울여왔다.

이런 점에서, 뜨거운 역청과 물을 함유한 유화제 용액을 혼합하여 제조되는 역청 에멀젼의 응용이 언급될 수 있다. 이 역청 에멀젼은 보통 140 ℃보다 한참 낮은 온도에서 골재와 혼합되며, 이 방법으로 상기 위험이 훨씬 조절될 수 있다.

하지만 역청 에멀젼으로부터 만들어진 아스팔트 조성물은 에멀젼이 부서질때와 압밀시, 그리고 사용시에 물이 빠져나가도록 하기 위해서, 역청/골재 혼합물이 비교적 높은 공간 농도를 갖는 것을 필요로한다. 이러한 아스팔트 조성물은 물과 공기가 잘 투과한다는 단점이 있다. 결과로, 비교적 쉽게 도로 표면에서 굵은 골재를 잃게되는 소위 도로 표면의 침식이 일어난다. 더 나아가 내부의 응집력을 잃어서 결과적으로 재료의 붕괴, 내부 안정성의 결여, 종종 도로 표면의 가시적인 변형, 즉 바퀴자국의 형성에 이르게된다. 또한, 이런 아스팔트의 강도는 오직 서서히 증가될 수 있다.

놀랍게도, 경질 바인더 성분을 연질 바인더 성분과 골재의 혼합물에 비교적 낮은 온도에서 첨가하여, 침식과 크리프(creep) (바퀴흠집) 및 피로 성능에 대해 좋은 내성을 갖는 아스팔트 조성물을 제조할 수 있다는 것이 알려졌다.

따라서, 본 발명은 경질 바인더 성분을 연질 바인더 성분과 골재의 혼합물에 140 ℃보다 낮은 온도에서 첨가하는 것을 포함하는,조밀한 등급의 아스팔트조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 적절하게는 100 ℃보다 낮은 온도가 적용된다.

본 발명에 의하면, 유화된 그리고 유화되지 않은 연질 바인더 성분 모두, 바람직하게는 유화되지 않은 연질 성분이 사용될 수 있다. 유화된 연질 바인더 성분이 사용될 때, 이것은 소량의 물을 함유하게된다. 적절하게는 50 부피 % 이하, 바람직하게는 40 부피 % 이하이다. 에멀젼을 사용할 때, 에멀젼은 양이온성 에멀젼이던 음이온성 에멀젼이던 상관 없다.

경질 바인더 성분은 분말 형태로 혼합물에 첨가되는 것이 바람직하다. 그런 경우에, 경질 바인더 성분은 매우 적절하게는 50 ℃ 이하에서, 바람직하게는 주위 온도에서 첨가될 수 있다. 경질 바인더 성분이 에멀젼으로(혹은 서스펜션으로) 사용된다면, 에멀젼(혹은 서스펜션)은 물을 적절하게는 50 부피 % 이하, 바람직하게는 40 부피 % 이하로 함유한다. 그런 경우에, 경질 바인더 성분은 적절하게는 100 ℃ 이하의 온도에서, 바람직하게는 주위 온도 내지 80 ℃ 범위의 온도에서 혼합물에 첨가될 수 있다. 에멀젼을 사용할 때, 에멀젼은 양이온성 에멀젼이던 음이온성 에멀젼이던 상관 없다.

연질 바인더 성분은 또한 비교적 낮은 온도에서 즉, 120 ℃ 보다 낮은 온도에서 적절하게 골재에 첨가될 수 있다.

적절하게는,연질 바인더 성분은 골재에 70 ℃ 이상, 바람직하게는 80 내지 115 ℃, 보다 바람직하게는 85 내지 110 ℃ 범위의 온도에서 첨가된다.

본 발명의 문맥에서, 경질 바인더 성분은 200 dmm 이하(25 ℃에서 ASTM D 5로 측정)의 관통력(PEN)을 가지는 바인더 성분으로 정의된다. 경질 바인더 성분은 적절하게는 100 dmm 이하, 바람직하게는 50 dmm 이하, 보다 바람직하게는 10 dmm이하의 관통력을 가지며, 100 ℃ 이하, 바람직하게는 80 ℃이하(ASTM D 36으로 측정)의 연화점을 갖는다.

본 발명의 문맥에서 연질 바인더 성분은 200 dmm 이상의 관통력을 갖는 바인더 성분으로 정의된다.

적절하게는, 연질 바인더 성분은 적어도 500 dmm, 바람직하게는 적어도 700 dmm, 보다 바람직하게는 적어도 800 dmm(25 ℃에서 ASTM D 5로 측정)의 관통력을 갖는다. 하지만, 당 업자들은 일반적으로 바인더 성분을 관통력 수치로가 아닌 점도(100 ℃에서 ASTM D 2171로 측정)로 특성지운다. 연질 바인더 성분의 점도는 300 mPa.s 이하, 바람직하게는 200 mPa.s 이하(100 ℃에서 ASTM D 2171로 측정)인 것이 바람직하다.

경질 바인더 성분과 연질 바인더 성분 모두 역청 성분인 것이 바람직하다. 그렇지만, 본 발명의 또다른 적절한 양태에 있어서, 경질 바인더 성분은 예를 들어 쿠마론-인덴수지와 같은 수지이고, 연질 바인더 성분은 낮은 점도 성분(융제)이다. 이들 수지는 본원에 참고로 인용된 EP-B-0330281호에 기술된 임의의 개질된 수지일 수 있다.

바인더 성분은 추가로 필름 형성 개선제(예를 들어 부틸디옥시톨), 비이온성 유화제(예를 들어 노닐페놀에톡실레이트), 혹은 접착 개선제(예를 들어 알킬아미도아민과 같은 아민), 바람직하게는 알킬아미도아민을 함유할 수 있다. 이러한 추가 화합물은 연질 바인더 성분에 첨가되는 것이 바람직하며, 총 바인더 함량을 기준으로, 5 중량 % 이하, 바람직하게는 0.25 내지 1.0 중량 % 범위의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 또한 이들 추가 화합물들의 혼합물이 적절하게 사용될 수 있다. 이런 방법으로, 보다 개선된, 침식에 대한 내성이 수립된다.

역청성분은 자연산 혹은 미네랄 오일에서 얻은 역청일 수 있다. 또한 크래킹 과정에서 얻은 원유 피치와 석탄 타르가 역청 재료의 혼합물과 함께 사용될 수 있다. 적절한 역청의 예로는 증류 혹은 "스트레이트 런(straight run)" 역청, 침전 역청(예 : 프로판 역청), 부풀린 역청(예 : 촉매로 부풀린 역청), 그리고 이들의 혼합물이 있다. 다른 적절한 역청 조성물로는 하나 이상의 이들 역청과 원유 추출물과 같은 증량제(플럭스), 예를 들어 방향족 추출물, 증류물 또는 잔류물과의 혼합물, 혹은 오일과의 혼합물을 포함한다.

경질 바인더 성분과 연질 바인더 성분은 당 업계에서 공지된 임의의 중합체 개질제, 예를 들어 열가소성 고무를, 적절하게는 1에서는 10 중량 % 범위의 양으로 포함할 수 있다. 사용되는 경질 바인더 성분과 연질 바인더 성분의 양은 넓은 범위에서 변할 수 있고, 아스팔트 조성물의 원하는 바인더 관통력 등급에 크게 의존한다. 단단한 바인더 성분은 예를들어 총 바인더를 기준으로 10에서 90 중량 %의 양으로 적절하게 존재할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 아스팔트 조성물은 특히 도로에의 응용에 적당하다. 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 조성물은 거친 기초 재료 혹은 거친 재료를 덮는 공사에 적절하게 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 조성물중의 바인더는 적절히는 10에서 300 dmm, 바람직하게는 50 에서 150 dmm(25 ℃에서 ASTM D 5로 측정) 사이의 관통력을 갖는다.

역청 조성물은 또한 예를 들어 카본블랙, 실리카 및 탄산칼슘과 같은 충진재, 안정제, 항산화제, 안료 및 용매와 같은, 역청 조성물에 유용한 기타성분을 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 아스팔트 조성물은 당 업계에서 공지된 양의 골재를 포함한다.

본 발명의 문맥에서 조밀한 등급의 아스팔트 조성물은 10 % 이하, 바람직하게는 3에서 10 %의 공간 함량을 갖는 아스팔트 조성물로 정의된다.

적절한 골재로는 조밀한 등급의 아스팔트 조성물에 통상적으로 사용되는 것들을 들 수 있다.

본 발명을 이제 하기의 예로 일층 상세하게 설명한다.

실시예 1

아스팔트 조성물을 하기하는 본 발명에 따라 제조하였다. 100 ℃에서 50 mPa.s(ASTM D 2171로 측정)의 점도를 갖는 낮은 점도의 바인더 성분(Bright Stock Furfural Extract (BFE)) 1.04 kg을 100 ℃의 온도와 약 35 rpm으로 작동하는허렐(Hurell)분쇄기 내의 41.17 kg의 골재에 첨가하였다. 골재는 7.1 중량 %의 충진재(<63 ㎛), 36.8 중량 %의 모래(63 ㎛ - 2 mm), 15.3 중량 %의 돌 (2-6 mm), 20.4 중량 %의 돌 (4-8 mm) 및 20.4 중량 %의 돌 (8-11 mm)로 이루어졌다. 이어서 얻어진 혼합물에 1.56 kg의 경질 바인더 성분을 주위 온도에서 분말의 형태로 첨가하였다. 경질 바인더 성분은 예를들어 2 dmm 까지의 관통력(25 ℃에서 ASTM D 5로 측정)을 가지며 96 ℃의 연화점(ASTM D 36으로 측정)을 갖는다. 95 ℃의 연화점(ASTM D 36으로 측정)을 갖는 부풀린 프로판 역청을 분자체 크기가 1mm인 큐라티(Culatti)분쇄기에서 분쇄하여 분말을 제조하였다. 분쇄기를 냉각하고 생성되는 역청 입자들이 들러붙는 것을 막기 위해, 정기적으로 고체의 카본디옥사이드를 경질 역청 덩어리에 첨가하였다. 얻어진 조밀한 등급의 아스팔트 조성물을 널빤지 압축기 주형에 쏟아붓고 분포시켜 균질하게 펼쳐진 성긴 혼합물을 형성시켰다. 그후 아스팔트 조성물을 100 ℃에서 압축시켰다. 압축 후에, 얻어진 아스팔트 판을 주위 온도까지 냉각하고 주형에서 꺼낸다. 아스팔트 판을 자르고 베어 실험 견본으로 만든다.

실시예 2

0.96 kg의 낮은 점도의 바인더 성분과 43.96 kg의 골재의 혼합물에 2.78 kg의 경질 바인더 성분의 에멀젼을 첨가한 것을 제외하면, 상기한 실시예 1과 유사한 방식으로 본 발명에 따라 아스팔트 조성물을 제조하였다. 170 ℃에서 3000 rpm, 10 atm의 압력으로 작동하는 프리마(Fryma) 분쇄기에서 1.64 kg의 뜨거운(180 ℃) 경질 바인더 성분(진공 발화 전환 잔여물)을 1.14 kg의 따뜻한(80 ℃) 물/에멀젼 용액에 첨가하여 에멀젼을 제조하였다. 물/에멀젼 용액은 3.5 중량 %의 상업적으로 얻을 수 있는 보레스퍼스(Borresperse) 유화제와 0.25 중량 %의 구아르 검을 함유하며 pH 는 12.5였다. 상기 용액을 수산화나트륨 용액으로 알칼리화시켰다. 경질 바인더 성분은 3 dmm(25 ℃에서 ASTM D 5로 측정)의 관통력과 90.5 ℃의 연화점(ASTM D 36으로 측정)을 갖는다. 수득한 최종 역청 에멀젼은 pH가 8.6이고, 100 ℃에서 87 mPa.s의 점도(ASTM D 2171로 측정)을 가지며, 41 중량 %의 물을 함유한다.

실시예 3

100 ℃에서 250 mPa.s의 점도의 낮은 점도(ASTM D 2171로 측정)의 바인더(Statfjord 짧은 잔여물) 1.33 kg을 100 ℃에서 13.3 g의 WETFIX(알킬아미도아민; 제조원 베롤 노벨)와 미리 섞은 후, 44.22 kg의 골재와 혼합한 것을 제외하면, 상기한 실시예 2와 유사한 방식으로 본 발명에 따라 아스팔트 조성물을 제조하였다. 이어서, 2.21 kg의 경질 역청 성분의 에멀젼을 첨가하였다. 3000 rpm으로 작동하는 프리마 분쇄기에서, 1.18 kg의 뜨거운 경질 바인더 성분을 1.03 kg의 따뜻한 물/에멀젼 용액에 첨가하여 에멀젼을 제조한다. 물/에멀젼 용액은 1.5 중량 %의 상업적으로 얻을수 있는 유화제 빈솔 R(Vinsol R), 0.2 중량 %의 구아르 검을 함유하며, pH는 12.6이었다. 최종적으로 얻어진 역청 에멀젼은 pH가 12.4이고, 100 ℃에서 27 mPa.s(ASTM D 2171로 측정)의 점도를 가지며, 46.7 중량 %의 물을 함유하였다.

테스트 실험

실시예 1,2, 그리고 3에서 제조된 조밀한 등급의 아스팔트 조성물에 대한 크리프, 침식, 그리고 피로성능을,당업자들에게 공지된 동적 크리프 테스트, 캘리포니안 침식 테스트, 그리고 3-지점 구부림 피로 테스트로 각각 측정하였다. 원통모양의 테스트 표본(직경 101.6 mm, 높이 60 mm)를 잘라 크리프와 침식에 대한 내성 테스트를 수행하였고, 직사각형의 테스트 표본(높이 40 mm, 폭 30 mm, 길이 230 mm)을 석판으로부터 톱질하여 피로 테스트를 수행하였다. 원통모양의 표본에 대해, 동적 크리프 테스트로 40 ℃에서 크리프 성능을 테스트하고, 캘리포니안 침식 테스트로 4 ℃와 40 ℃에서 침식을 테스트하였다. 직사각형 표본에 대해, 3-지점 구부림 테스트로, 10 ℃에서 일정한 압박하에 로딩 주파수 40 Hz로 피로 강도를 테스트하였다. 아스팔트 조성물의 성능 검사 데이터를 표 1에 나타내었다.

본 발명에 따르면, 낮은 온도에서 흥미있는 아스팔트 조성물을 편리하게 제조할 수 있다는 것이 이 데이타들로부터 명확해 질 것이다.

	동적 변형 테스트(40 ℃)	캘리포니안 침식 테스트	3-지점 구부리기빔 피로 테스트(10 ℃)
	축 변형[ ]	변형비[㎛/m/ld]	4 ℃,[g]	40 ℃,[g]	σ6,[MPa]	δ6,[μm/m]	Smix,[GPa]
실시예 1	2.57 ± 0.48	4.76 ± 0.11	20.9 ± 0.6	27.9 ± 0.2	123	1.56	12.8 ± 0.1
실시예 2	2.89 ± 1.21	6.89 ± 3.24	35.4 ± 1.1	48.4 ± 2.3	109	1.19	10.1 ± 1.4
실시예 3	2.33 ± 0.34	3.76 ± 0.23	24.2 ± 0.3	27.4 ± 0.3	138	1.39	9.9 ± 0.2
80/100참조예바인더 기재고온 혼합물	2.86 ± 0.10	4.40 ± 0.35	22.7 ± 0.4	19.8 ± 0.7	123	1.56	13.8 ± 0.7
σ⁶= 10⁶약화 사이클에 허용되는 응력ε⁶= 10⁶약화 사이클에 허용되는 변형Smix = 혼합물의 강성

Claims

경질 바인더 성분을 140 ℃ 이하에서 연질 바인더 성분과 골재의 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 조밀한 등급의 아스팔트 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 경질 바인더 성분이 100 dmm이하의 관통력을 가지는 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 연질 바인더 성분이 500 dmm 이상의 관통력을 가지는 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 경질 바인더성분이 혼합물에 100 ℃이하의 온도에서 첨가되는 제조 방법.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 연질 바인더 성분이 유화되지 않은 연질 바인더 성분인 제조 방법.
제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 경질 바인더 성분이 분말 형태로 혼합물에 첨가되는 제조 방법.
제 6항에 있어서, 경질 바인더 성분이 50 ℃ 이하에서 혼합물에 첨가되는 제조 방법.
제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 연질 바인더 성분이 120 ℃ 이하의 온도에서 골재에 첨가되는 제조 방법.
제 8항에 있어서, 온도가 80 에서 115 ℃의 범위인 제조 방법.
제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 경질 바인더 성분과 연질 바인더 성분이 역청 성분인 제조 방법.
도로에의 응용에 대한, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 의한 방법에 따라 제조된 아스팔트 조성물의 용도.