KR20000061151A - 개질 아스팔트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 포장 등에 사용되는 아스팔트에 관한 것으로서, 특히 아스팔트 성분에 강성 물성을 증가시켜 주는 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)과, 부드럽고 고무 탄성적인 성질을 갖는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)을 혼합시킨 것을 특징으로 함으로서, 여름철에는 소성 변형을 방지하고, 겨울철에는 균열을 예방할 수 있는 개질 아스팔트에 관한 것이다.

Description

개질 아스팔트{Natural hydrocarbon resin-styrene-butadiene-styrene asphalt }

본 발명은 도로 포장 등에 사용되는 아스팔트에 관한 것으로서, 특히 아스팔트에 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)수지재를 혼합하여 여름철에는 소성 변형을 방지하고, 겨울철에는 균열을 예방할 수 있는 개질 아스팔트에 관한 것이다.

통상적으로 도로의 포장은 주로 아스팔트 포장을 하거나 콘크리트 포장을 하게 되는 데, 대부분의 도로는 아스팔트 포장도로로 되어 있다.

여기서, 아스팔트 포장 도로에 사용되는 아스팔트는 유기물질이 수백 만년 동안 다양한 온도와 압력 조건을 받아 자연적으로 생성된 원류로부터 생산된다. 이렇게 생산된 아스팔트는 전체 중량의 약 90-95%가 탄화수소로 구성되어 있으며, 그 외 부분은 헤테로 원자(heteroatoms)와 금속성 이온으로 구성되어 있다.

그리고 질소, 산소, 황과 같은 헤테로 원자는 아스팔트 분자구조에서 종종탄소로 치환되는데, 이와 같이 분자 사이에서 발생하는 활발한 화학작용이 아스팔트의 독특한 화학적, 물리적 특성의 원인이 되는 것이다.

상기와 같은 아스팔트는 천연 아스팔트와 석유 아스팔트로 분류할 수 있으나, 천연 아스팔트는 소량이 제한적으로 사용되기 ??문에 일반적으로 사용되는 아스팔트는 석유 아스팔트를 말한다.

이와 같은 아스팔트를 이용하여 도로를 포장하는 경우, 아스팔트 혼합물의 내유동성을 증가시키고자 사용골재의 최대입경을 키우고 적절한 점도를 가진 아스팔트를 사용하면 내유동성은 증가하지만 한국과 같이 4계절이 뚜렷한 경우엔 동절기의 균열발생 가능성이 높아진다.

통상 가장 많이 사용되는 AP-3(침입도 85-100)아스팔트와 AP-5(침입도 60-70)아스팔트의 경우, 아스팔트 자체만으로는 혼합물의 내유동성을 줄이기 힘든 실정이다.

여기서, 국내 스트레이트 아스팔트의 노화 단계에 따른 연화점은 평균적으로 아스팔트 등급에 따라 약3℃의 차이를 나타내며 증가하였고, 또한 각 등급별 노화에 따른 연화점의 증가율은 1차 노화단계에서의 노화이전 보다 평균 약 3℃정도 증가하였으며, 2차 노화단계에서는 1차 노화 단계보다 평균 약 10℃ 정도 증가하는 것으로 나타났다.

즉, 노화에 따른 연화점의 증가율은 1차 노화단계에서의 증가율보다 2차 노화단계에서의 증가율이 더 크게 나타나 소성변형과 관련된 포장 공용성 측면에서 볼 때, 시공 초기에 아스팔트 포장은 소성 변형에 가장 취약한 상태인 것을 알 수 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 아스팔트 성분에 강성 물성을 증가시켜 주는 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)을 혼합한 개질 아스팔트가 개발되었다.

상기 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)는 소위 '길소나이트(Gilsonite)'라고 불리는 것으로서, 아스팔트 및 콘크리트 혼합물의 내구성, 내유동성 및 내마모성 증진을 위한 도로포장용 아스팔트 및 콘크리트 혼합물의 보강재로 오일이나 수지등 아스팔트 고유성분을 화학적으로 변화시키지 않고 아스팔텐(Asphaltene)의 함량을 증가시킴으로써 아스팔트 시멘트의 재료 특성을 개선시키며 이러한 원리로 아스팔트 혼합물의 안정성을 증대시키고, 질소의 고농축으로 골재와 아스팔트 사이에 강한 부착력을 부여하며, 물에 강한 저항성을 갖게 한다.

이와 같은 NHR은 분자량이 큰 아스팔텐(Asphaltene)이 대략 70% 정도 포함되어 있으며 나머지는 주로 말텐(Maltene)으로, 기름과 수지 성분이고, 3%의 질소와 이온화한 질소기가 20%이상 함유되어 있다.

상기한 NHR이 포함된 개질 아스팔트는 박막가열 이전의 침입도가 전체적으로 26-43사이의 분포를 보여 아스팔트 중 가장 단단한 아스팔트의 침입도 45-50 등급보다 더 경화된 아스팔트의 거동을 갖는다.

또한, 상기 개질 아스팔트는 고온 영역에서 NHR(길소나이트)의 사용에 따라 강성 물성이 증가하여 아스팔트 포장의 소성 변형에 효과적으로 저항할 수 있는 긍정적인 개질 효과라고 평가될 수 있으나, 저온 영역에서의 아스팔트 강도의 증가는 동절기에 포장재의 강성을 더욱 증가시켜 포장재의 균열을 발생시킬 수 있는 문제점이 발생되었다,.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아스팔트 성분에 소량의 NHR(길소나이트)과 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)수지재를 혼합하여 구성함으로서 아스팔트 도로의 수명을 연장하여 보다 쾌적하고 안전한 도로를 유지할 수 있는 개질 아스팔트를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 개질 아스팔트는, 아스팔트 성분에 강성 물성을 증가시켜 주는 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)과, 부드럽고 고무탄성적인 성질을 갖는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)을 혼합시킨 것을 특징으로 하고,

상기 개질 아스팔트는 상기 NHR이 15%이하이고, 상기 SBS가 10%이하로 혼합된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 개질 아스팔트(Natural Hydrocarbon Resin-Butadiene- Styrene Asphalt)는 고온영역에서 강성 물성의 증가로 아스팔트 포장의 소성변형에 강한 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)과 부드럽고 고무탄성적인 성질을 갖는 SBS( Styrene-Butadiene-Styrene )수지를 서로 혼합한 혼합물에 아스팔트를 섞어 생성시키게 된다.

여기서, 상기 아스팔트 성분은 주로 탄화수소로 이루어지고, 여기에 헤테로 원자와 금속성 이온으로 포함되며, 통상적으로 사용되는 석유 아스팔트이다.

그리고, 상기 NHR은 전술한 바와 같이 아스팔텐(Asphaltene)이 대략 70%정도 포함되어 있으며, 나머지는 주로 말텐(Maltene)으로, 기름과 수지 성분이고, 3%의 질소와 이온화한 질소기가 20%이상 함유되어 있다.

특히, 상기 SBS는 엘라스토머(Elastomer) 계열로 유연성과 회복 탄성을 증가시켜주는 수지재로 이루어진다.

여기서, 상기한 NHR과 SBS의 혼합율은 상기 아스팔트 성분에 상기 NHR이 15%이하, SBS가 10%이하로 혼합되는 것이 바람직하다.

이와 같은 혼합된 개질 아스팔트는 NHR에 의해 고온에서 강한 강성을 갖고 SBS에 의해 저온에서는 균열에 견딜 수 있는 성질을 갖게 되므로, 4계절의 온도 변화가 뚜렷한 도로 상황에서도 내구성이 충분히 유지되어 도로의 평탄 성능을 우수하게 확보할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 개질 아스팔트의 작용을 설명하면 다음과 같다.

대형 차량의 증가와 교통지체현상 등은 아스팔트 포장의 변형 유발을 촉진하여 차량의 안전운행에 영향을 줄뿐만 아니라 유지보수 주기를 감소시키고 있다. 또한, 차량 통행 빈도의 증가는 포장구조체의 피로의 누적 등을 유발하여 균열 발전을 촉진시킨다.

하지만, 본 발명의 개질 아스팔트는 아스팔트 성분에 NHR이 일정량 이하로 함유되어 있기 때문에 NHR의 혼합에 따른 강성 물성의 증가로 여름철 고온에서도 충분한 강성을 유지하는 가운데 소성 변형은 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 개질 아스팔트는 아스팔트 성분에 SBS이 소량이 함유되어 있기 때문에 고무와 같은 부드러운 성질이 유지되어 겨울철 저온에서도 유연성을 유지하는 가운데 균열 등을 예방할 수 있게 된다.

그리고, NHR과 SBS의 함유로 인하여 아스팔트에 포함되는 골재와의 접착력이 향상되어 아스팔트 포장도로의 박리 현상이 감소되고, 맞물림 효과를 증대시킬 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 이루어지고 작용되는 본 발명의 개질 아스팔트는 고온상황에서는 강도가 강해지고, 저온 상황에서는 균열에 견딜 수 있게 되어 도로 포장에 적용될 경우, 내구 성능이 향상되고, 하중에 대한 대응력이 향상되어 결국 포장 도로의 수명을 연장시킴으로써 아스팔트 포장 및 유지 보수등에 소요되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 아스팔트 성분에 강성 물성을 증가시켜 주는 NHR(Natural Hydrocarbon Resin)과, 부드럽고 고무탄성적인 성질을 갖는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)을 혼합시킨 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 개질 아스팔트는 상기 NHR이 15%이하이고, 상기 SBS가 10%이하로 혼합된 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.