KR20100117649A - 중온 아스팔트에 적용하기 위한 폴리포스페이트 개질제 - Google Patents

중온 아스팔트에 적용하기 위한 폴리포스페이트 개질제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질된 아스팔트 바인더 및 골재를 포함하는 '중온' 아스팔트 포장 조성물에 관한 것이고, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트에 수화 포스페이트 개질제를 첨가하는 것에 의하여 적어도 부분적으로 개질된다.

Description

중온 아스팔트에 적용하기 위한 폴리포스페이트 개질제 {POLYPHOSPHATE MODIFIER FOR WARM ASPHALT APPLICATIONS}
본 발명은 수화(hydrated) 포스페이트 개질제(modifier)를 포함하는 아스팔트 포장(paving) 조성물에 관한 것이고, 특히 수화 포스페이트 개질제의 포함에 관한 것인데, 수화 포스페이트 개질제가 특정 사양 및 특징을 획득하기 위한 아스팔트 콘크리트 혼합 및 형성 또는 압착에 전형적으로 필요한 온도를 감소시키는 경향이 있기 때문이다.
잘 알려진 것과 같이, 아스팔트는 포장 재료로서 통상적으로 사용된다. 일반적으로, 흔히 "아스팔트 시멘트" 또는 "아스팔트 바인더"로 지칭되는 아스팔트가 골재(aggregate)와 혼합되어 포장에 적합한 아스팔트 콘크리트를 형성한다. 따라서 아스팔트 콘크리트는 보통, 골재에 대한 아스팔트 바인더의 접착에 의하여, 연속 상(phase) 내에 포획된 골재를 포함하는 것으로 기술된다. 통상적인 아스팔트 콘크리트의 제조 및 포장 방법은 전형적으로 300℉(약 150℃) 이상의 온도에서 아스팔트 바인더와 골재를 혼합하는 것 및 약 265℉ 내지 320℉(약 130℃ 내지 160℃)의 온도에서 포장하는 것을 필요로 한다. 이러한 방법에 의하여 제조된 아스팔트 포장 조성물은 흔히 "고온 아스팔트 혼합물(hot mix asphalt)" 또는 본 명세서에서 사용되는 "HMA"로 지칭된다. 취급 측면에서, 고온 아스팔트 혼합물은 여러 정부 기관에 의하여 요구되는 기술적 사양 및 기계적 특성에 맞추어 도로를 포장할 수 있다. 그러나 불행하게도, 고온 아스팔트 혼합물의 생산 및 포장 동안 이용되는 고온이 일반적으로 환경, 경제 및 보건 우려를 포함하는 잠재적인 문제를 발생시킨다. 예를 들어, 전형적인 고온 혼합 온도까지 성분을 가열하는 것은 보통 화석 연료의 연소로부터 나오는 많은 양의 에너지를 필요로 하고, 이는 비용이 많이 들며, CO2 및 유독 가스를 포함하는 배기가스를 발생시키고, 불쾌한 냄새를 방출하는 경향이 있다.
아스팔트 포장 조성물은 또한 고온 아스팔트 혼합물에 사용되는 것 보다 낮은 온도에서 생산될 수 있고 (예를 들어 WO95/22661 참조), 흔히 "저온 아스팔트 혼합물(cold mix asphalt)"로 지칭된다. 이러한 유형의 아스팔트 콘크리트는 먼저 아스팔트 바인더를 액체 아스팔트가 물에 부유하는 에멀젼, 또는 폼(foam)으로서 준비하여 제조될 수 있다. 이후 아스팔트 바인더 에멀젼 또는 폼이 차갑고 습윤한 골재와 혼합된다 ("습윤하다"는 상대적인 용어이고, 고온 혼합 공정에서와 같이 수분을 건조키시기 위해 골재를 가열하지 않는다). 저온 아스팔트 혼합물은 통상적인 아스팔트를 생산하기 어려울 경우, 예를 들어, 멀리 떨어진 위치에서 또는 저온 주위 환경에서 사용하기에 바람직할 수 있다. 그러나 저온 아스팔트 혼합물 제조에 사용되는 방법으로 인하여, 저온 아스팔트 혼합물이 전형적으로 통상적인 고온 아스팔트 혼합물과 동일한 특징을 가지지 않는다. 저온 아스팔트 혼합물은 물 및 공기가 스며드는 경향이 있고, 이는 저온 아스팔트 혼합물을 고온 아스팔트 혼합물보다 노면 손실에 더욱 민감하게 만들 수 있다. 저온 아스팔트 혼합물은 또한 고온 아스팔트 혼합물보다 더 작은 응집력을 가지는 경향이 있고, 이는 더 작은 내부 안정성을 야기하는 경향이 있다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 저온 아스팔트 혼합물이 바인더와 골재의 불량한 혼합, 아스팔트 콘크리트에서 물의 존재, 및 아스팔트 콘크리트 포설(spreading) 및 다짐(compacting)의 어려움을 포함하는, 아스팔트 혼합물 제조에 이용되는 저온과 관련된 몇 가지 원인으로 인한 문제를 겪는 것으로 생각된다. 게다가, 저온 아스팔트 혼합물은 고온 아스팔트 혼합물보다 더 긴 경화 시간을 필요로 하는 경향이 있는데, 이는 보통 포장(pavement)이 냉각된 후 사용에 대비한다. 저온 이용의 이점에도 불구하고 저온 아스팔트 혼합물의 사용이 제한되어 왔는데, 저온 아스팔트 혼합물이 다져진 고온 아스팔트 혼합물과 실질적으로 동등한 기술적 사양 및 기계적 특성을 가지는 다져진 아스팔트 콘크리트 생산에 사용될 수 없기 때문이다.
이외에도, 아스팔트 콘크리트가 고온 아스팔트 혼합물 제조에 이용되는 온도보다 약간 낮은 약 250℉ 내지 약 275℉(약 121℃ 내지 약 135℃)의 저하된 온도에서 생산될 수 있다. 이러한 방법에 의하여 제조된 아스팔트 콘크리트는 흔히 "중온 아스팔트 혼합물(warm mix asphalt)" 또는 본 명세서에서 사용하는 "WMA"로 지칭된다. 중온 아스팔트 혼합물이 고온 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도를 이용하여 생산되므로, 고온 아스팔트 혼합물에 대한 더 적은 비용과 더 적은 충격의 대안이 될 잠재성을 가진다. 그러나 중온 아스팔트 혼합물이 압착될 경우 압착된 고온 아스팔트 혼합물과 유사한 물리적 특성을 가질 수 있도록, 중온 아스팔트 혼합물 제조가 일반적으로 고온 아스팔트 혼합물 제조에 사용되는 공정으로부터 일부 공정 변경(들)을 필요로 한다. 예를 들어, 저하된 온도로 인하여, 아스팔트 바인더가 더욱 점성인 경향이 있으며, 이는 아스팔트 바인더 혼합, 포설 및 다짐을 더욱 어렵게 만들 수 있다. 일반적으로 중온 아스팔트 혼합물에 관한 증가한 점성에 대항하기 위하여, 흔히 "중온 개질제 혼합물" 또는 "중온 첨가제 혼합물"로 지칭되는 비-고분자 첨가제가 아스팔트 혼합물 또는 아스팔트 혼합물을 생성하기 전의 아스팔트 바인더에 일반적으로 직접 첨가된다. 중온 아스팔트 혼합물 조성물은 고온 아스팔트 혼합물과 비교하여 전형적으로 어떠한 다른 배합 변화도 필요로 하지 않고, 유사한 탄성(resiliency)을 가지는 경향이 있다. 유리하게도, 다양한 아스팔트 바인더에 대하여 저온 혼합된 아스팔트에서 보통의 온도 및 골재 크기의 범위에 걸쳐 치밀화(densification)/다짐이 증가되는 경향이 있음이 관찰되었다.
중온 아스팔트 혼합물은 현장에서 시공을 위한 여러 장점을 제공할 수 있다. 중온 아스팔트 혼합물 제조 방법이 통상적인 고온 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도를 사용하기 때문에, 취급하기에 더 안전하다. 중온 아스팔트 혼합물에 대한 더 낮은 온도는 또한 플랜트에서 아스팔트를 거두어 아스팔트를 깔기까지 더 긴 시간을 허용할 수 있다. 따라서, 아스팔트의 운반 적재가 더 긴 거리에 걸쳐 결정적인 온도 손실 없이 가능할 수 있다. 저온의 주위 온도에서 포장시, 중온 아스팔트 혼합물은 고온 아스팔트 혼합물보다 더 쉽게 다져지는 경향이 있는데, 왜냐하면 중온 아스팔트 혼합물이 더 낮은 온도에서도 작업 가능하게 유지되고, 전형적으로 다짐을 위한 더 긴 시간 창을 제공하는 경향이 있기 때문이다. 그 결과, 중온 아스팔트 혼합물이 추운 기후에서 포장에 특히 적합하고, 포장 시기를 온화한 기후의 지역에서 가을 또는 겨울로 확장할 수 있다. 이러한 특징은 대규모 포장 프로젝트 또는 가을 기한을 가지는 프로젝트에서 유리할 수 있다. 뿐만 아니라, 중온 아스팔트 혼합물의 온도가 더 낮고 리프트(lift) 배치 사이의 혼합물 냉각에 더 짧은 시간이 필요하므로, 중온 아스팔트 혼합물이 아스팔트의 깊은 리프트로 이루어진 포장의 더 빠른 시공을 허용할 수 있다. 이는 특히 일반적으로 가능한 한 빨리 개방될 필요가 있는 포장 교차로에 유리하다. 중온 아스팔트 혼합물은 보통 약 0.75-인치 내지 약 3-인치 두께로 모든 리프트에 사용될 수 있다.
중온 혼합 기술은 또한 수퍼페이브(Superpave) 및 마샬(Marshall) 설계를 포함하는 시장에 공급된 통상적인 혼합물 설계, 그리고 생산 장비 및 포설(laydown) 장비와 병용 가능하다. 중온 첨가제 혼합물은 또한 광범한 골재 및 고분자-개질된 바인더 및 재활용된 아스팔트를 포함하는 바인더를 포함하는 바인더와 병용 가능하다. 뿐만 아니라, 강성인(stiff) 아스팔트가 바람직한 상황에서, 일반적으로 고분자 개질제가 첨가되는데 이는 원하는 다짐 정도 달성을 더욱 어렵게 만드는 경향이 있고, 고온 혼합물 대신 중온 혼합물을 사용하는 것은 원하는 다짐 수준 달성을 돕는다.
시공에서의 장점 이외에도 또한 중온 아스팔트 혼합물이, 통상적인 고온 아스팔트 혼합물에 대하여 이용되는 것 보다 낮은 온도의 이용과 관련된, 환경적, 경제적 및 건강적 이점을 제공할 수 있다. 저하된 온도 이용은 더 적은 에너지를 필요로 하므로, 더 적은 연료(일반적으로 화석 연료)를 소비한다. 이렇게, 중온 아스팔트 혼합물 생산은 더 적은 재생 불가능한 자원 사용 및 아스팔트 생산자를 위한 비용 억제의 잠재적인 이점을 가진다. 몇 가지의 중온 혼합 기술은 30 내지 55%의 연료 소비 감소를 주장한다. 또한, 배기가스 감소가 특히 인구가 조밀한 지역에서 점점 더 중요해지는 우려사항이 되었는데, 이는 지속적으로 정부 기준을 초과했다. 이러한 지역은 환경 보호국이 환경기준 미달성 지역(non-attainment area)으로 지정하기에 충분히 높은 오존 수준을 가진다. 이러한 지역에서, 배기가스가 매우 규제되어 아스팔트 생산이 특정 규제에 의하여 제약당할 수 있는데, 예를 들면, 아스팔트 혼합물을 밤에 제조한다. 중온 아스팔트 혼합물이 여러 상이한 생산 단계들에서 플랜트 배기가스를 30%까지 줄일 수 있는 잠재성을 가지기 때문에, 중온 아스팔트 혼합물 생산은 이전에는 불가능했던 지역과 시간에 생산자가 아스팔트 혼합물을 제조하게 할 허가를 받는 것을 더 쉽게 만들 수 있다. 중온 혼합 기술에 의하여 감소된 배기가스는 이산화탄소와 일산화탄소, 이산화황, 및 산화질소를 포함한다. 경제적으로, 감소된 배기가스는 생산자의 간접 비용의 30 내지 50%를 차지할 수 있는, 배기가스 억제로부터 기인하는 비용을 또한 감소시킬 수 있다. 배기가스 이외에도, 아스팔트 제조에 이용되는 고온으로 가열되는 통상적인 아스팔트가 또한 현장에서 시공 인부에 대한 건강상의 위험성을 내포하는 유해한 냄새 및 가스를 발생시킨다. 중온 아스팔트 혼합물 사용은 시공 인부가 이러한 직업적 위험에 노출되는 것을 줄이며, 저하된 온도에서의 더 안전한 취급을 가능하게 한다.
앞에서 언급한 것의 관점에서, 중온 아스팔트 혼합물의 용도를 늘리기 위하여 중온 아스팔트 혼합물을 개질하기 위한 많은 노력을 했다. 특히, 이러한 노력 중 많은 것들이 아스팔트 콘크리트 혼합물 또는 심지어 바인더 조성물 및 골재에 다양한 비-고분자 개질제 첨가제를 포함시켜 아스팔트의 점도를 감소시키는 것을 지향했다. 포장 아스팔트 개질의 두 가지 주요 유형은 아스팔트 포밍(foaming) 또는 아스팔트로의 왁스(탄화수소-기초 개질제) 첨가를 포함한다. 포밍 방법은 아스팔트에 수분을 첨가하고 수분을 증발시켜 아스팔트에 폼이 생성되도록 하는 원리에 기초하는데, 폼은 혼합물의 점도를 감소시키고 접착을 개선하는 경향이 있다. 한편 왁스는 윤활 효과로 인하여 혼합물의 흐름을 개선하는 것으로 생각된다.
포밍-유형 기술의 한 예에는 US 2005/0076810에 개시된 바와 같이, 중온 아스팔트 혼합물 개질제로서, 수화 실리케이트인 제올라이트를 사용하는 것이 포함된다. 제올라이트는 구조에 상호연결된 큰 빈 공간 및 채널을 가지는 프레임워크(framework) 실리케이트이며, 상기 공간 및 채널은 구조를 손상시키지 않고 물의 흡착과 방출을 용이하게 한다. 제올라이트에 의하여 내부에 포획된 물의 퍼센티지는 전형적으로 약 20질량%이고, 물은 일반적으로 185℉ 내지 360℉(약 185℃ 내지 182℃)의 온도 범위에서 방출된다. 상용화되어 구입 가능한 이러한 한 제올라이트 중온 개질제 혼합물은 Aspha-Min(R)(독일, Eurovia Services of Bottrop사)이다. 이는 수열 결정화된 소듐 알루미늄 실리케이트를 포함하는 제조된 합성 제올라이트이다. 전형적으로, 분말화 Aspha-Min(R)은 혼합물의 약 0.3질량%으로 바인더와 동시에 아스팔트 혼합물에 첨가된다. 아스팔트 혼합에 수반된 열은 제올라이트 구조물로부터 물을 빼내어 바인더의 부피 확장을 일으키고 아스팔트의 포밍을 야기하는데, 이는 제올라이트가 첨가되지 않을 경우보다 약 50℉(30℃) 더 높은 온도에서 달성되는 수준으로 작업성(workability) 및 골재 코팅을 증가시키는 경향이 있다.
포밍 유형 기술의 또 다른 예에는 미국특허 제6,846,354호에 기재된 것과 같은, 중온 아스팔트 혼합물 제조를 위한2-성분 바인더 시스템 사용이 포함된다. 이 기술은 영국, 런던 소재의 Shell International Petroleum사 및 노르웨이, 오슬로 소재의 Kolo-Veidekke사에 의하여 상표명 WAM-Foam(R)으로 상용화되어 이용 가능하다. 특히, 이러한 기술을 이용하여, 먼저 골재가 약 230℉ 내지 250℉(약 110℃ 내지 121℃)의 온도에서 연질(soft) 아스팔트 바인더와 혼합된 다음, 연질 바인더로 사전-코팅된 골재가 경질(hard) 바인더와 혼합되는데, 경질 바인더는 증발되는 물의 동시 주입에 의하여 포밍된다(foamed). 포밍된 경질 바인더는 연질 바인더와 조합하여 원하는 아스팔트 제품의 최종 조성 및 특성을 달성한다. 연질 바인더를 사용한 골재의 초기 코팅은 물이 골재에 닿고 들어가는 것을 방지하기에 결정적이다. 실제로, 습윤 골재가 골재에 대한 바인더의 접착에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 연질 바인더에 의한 골재의 코팅 향상을 위하여 접착 개선제가 흔히 첫 번째 혼합 단계에서 사용된다. WAM-Foam(R) 기술을 이용하여 제조된 중온 아스팔트 혼합물의 품질은 또한 연질 및 경질 바인더의 주의 깊은 선택에 의존한다.
아스팔트 개질 왁스의 예에는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch, FT) 공정을 이용하는 석탄 가스화로부터 생성된 미세 결정성의 장쇄 지방족 탄화수소인 Sasobit(R)(남아프리카 공화국, Sasol Wax사), 및 몬탄 왁스 성분에 기초한 저분자량의 에스테르화 왁스 및 더 큰 분자량의 탄화수소인 Asphaltan B(R)(독일, 암스도르프, Romonta GmbH사)가 포함된다. 전형적으로, 중온 아스팔트 혼합물에 대한 적용에서, 왁스 개질제는 혼합물의 약 2 내지 4중량%를 구성한다.
비록 통상적인 고온 아스팔트 혼합물과 유사한 기계적 특성을 가지는 아스팔트 콘크리트 또는 포장 조성물을 제조하기 위한, 앞에서 언급한 많은 온도 저하 방법들이 다양한 정도로 효과적이기는 하지만, 고온 아스팔트 혼합물과 유사한 기계적 특성(예를 들어, 다짐도(degree of compaction)와 접착(adhesion) 및 박리(stripping), 피로(fatigue)에 대한 저항성, 소성변형(rutting), 균열(cracking), 산화에 대한 저항성 등)에 더하여 포장 조성물을 바람직한 포장 재료로 만드는 다른 품질(예를 들어, 비용, 에너지 요구량, 환경에 대한 우려, 사용의 용이성 등)을 가지는 중온 아스팔트 혼합물 콘크리트 또는 포장 조성물에 대한 요구가 계속하여 존재한다.
발명의 요약
그러므로, 간략하게 본 발명은 아스팔트 바인더 및 골재를 포함하는 아스팔트 포장 조성물을 포함하는 신규한 포장 조성물에 관한 것이고, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 및 수화 포스페이트 개질제를 포함한다.
추가적으로, 본 발명은 아스팔트 바인더 및 골재를 포함하는 다져진 아스팔트 포장 조성물을 포함하는 아스팔트 포장에 관한 것이고, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 및 수화 포스페이트 개질제를 포함한다.
추가적으로, 본 발명은 아스팔트 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 개질된 아스팔트 바인더에 관한 것이다.
본 발명은 또한 특정 다짐도를 달성하기 위하여 아스팔트 조성물이 특정 압축력을 거치는 온도 범위를 저하시키는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 수화 포스페이트 개질제를 첨가하여 아스팔트 포장 조성물을 개질하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명은 아스팔트 포장 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 아스팔트 바인더, 골재, 및 수화 포스페이트 개질제를 혼합하여 아스팔트 포장 조성물을 생산하는 것을 포함한다.
추가적으로, 본 발명은 아스팔트 포장 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 아스팔트 바인더를 골재와 혼합하여 아스팔트-골재 혼합물을 형성하는 것 및, 수화 포스페이트 개질제를 아스팔트-골재 혼합물과 혼합하여 아스팔트 바인더를 개질하여 아스팔트 포장 조성물을 생산하는 것을 포함한다.
추가적으로, 본 발명은 아스팔트 포장 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 골재 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 개질된 골재를 아스팔트 바인더와 혼합하여 아스팔트 포장 조성물을 생산하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점, 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조물 및 조업이, 첨부 도면을 참조하여 아래에 더 자세히 기재된다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따라, 아스팔트 포장 조성물에 수화 포스페이트 개질제를 첨가하는 것이 아스팔트 콘크리트를 혼합하고 포장(다짐)하기 위하여 이용되는 온도를 저하시킴이 밝혀졌다. 유리하게도, 본 발명의 수화 포스페이트 개질제의 사용이, 일반적으로 이러한 온도 저하에 수반된 부정적인 영향을 최소화하면서, 혼합 및 다짐 온도를 일반적으로 중온 아스팔트 혼합물에 관련된 수준으로 낮추는 것이 관찰되었다. 따라서, 한 구체예에서, 본 발명은 아스팔트, 골재, 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 아스팔트 포장 조성물에 관한 것이다. 전형적으로, 본 발명의 아스팔트 포장 조성물은 아스팔트 바인더와 골재 혼합물을 혼합하여 형성될 수 있고, 상기 골재는 혼합 전에 수화 포스페이트 개질제로 처리된다. 그러나 골재와 아스팔트 바인더의 혼합이 시작된 후에 포장 조성물에 수화 포스페이트 개질제를 첨가하는 것이 가능하다 (예를 들어, 아스팔트 바인더가 주입된 직후에 수화 포스페이트 개질제를 드럼 믹서에 주입하여).
A. 아스팔트
아스팔트는 ASTM에 의하여 주요 성분이 자연에서 발생하거나 석유 가공에서 수득한 역청(bitumen)인 어두운 갈색 내지 검정색 시멘트질 물질로 정의된다. 아스팔트는 특징적으로 아스팔텐으로 지칭되는 매우 높은 분자량의 탄화수소를 포함한다. 이들은 이황화탄소, 및 방향족 및 염화 탄화수소에 본질적으로 용해성이다. 역청은 ASTM에 의하여 주로 고분자량 탄화수소로 이루어진 천연 또는 제조된 검정색 또는 어두운 색상의 시멘트질 물질의 부류로서 정의되는 일반적인 용어이며, 상기 고분자량 탄화수소 중 아스팔트, 타르, 피치 및 아스팔텐이 전형적이다. ASTM은 연경도(consistency) 또는 점도에 대한 침투 테스트를 이용하여 아스팔트 또는 역청질 물질을 고체, 반고체, 또는 액체로 더 분류한다. 이러한 분류에서, 고체 물질은 100 그램의 부하량(load)이 25℃에서 5 초 동안 도포될 경우 1 밀리미터 이하로 침투되는 것이고, 반고체는 50 그램의 부하량이 25℃에서 5 초 동안 도포될 경우 1 밀리미터 초과로 침투되는 것이다. 오늘날 상업적 실시에서 반고체 및 액체 아스팔트가 우세하다.
아스팔트는 흐름을 가능하게 하는 점성 특성 및 흐름에 저항하는 탄성 특성을 가진다. 상승된 온도에서, 점성 특성이 우세하고 아스팔트가 흐르거나 변형되는 경향이 있다. 낮은 온도에서, 탄성 특성이 우세하고 아스팔트가 흐름에 저항하는 경향이 있다. 모든 유형의 아스팔트, 즉 자연적으로 발생한 아스팔트와 합성으로 제조된 아스팔트 두 가지 모두 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 자연적으로 발생한 아스팔트는 천연 록 아스팔트, 레이크 아스팔트 등을 포함한다. 합성으로 제조된 아스팔트는 흔히 석유 정제 조업의 부산물이고, 공기 주입(air-blown) 아스팔트, 혼합(blended) 아스팔트, 열분해(cracked) 또는 잔사(residual) 아스팔트, 석유 아스팔트, 프로판 아스팔트, 직류(straight-run) 아스팔트, 열 아스팔트 등을 포함한다. 흔히 채굴 지역에 따라 지칭되는 아스팔트의 예에는, Wyoming Sour, Saudi Heavy, West Texas intermediate, California Valley, Venezuelan, 및 Canadian이 포함된다.
아스팔트 화학은 분자 수준 및 분자간 (마이크로구조) 수준에 대하여 기재될 수 있다. 분자 수준에서, 아스팔트는 수백 내지 수천의 분자량 범위인 복잡한 유기 분자의 혼합물이다. 비록 이러한 분자들이 아스팔트 거동 특징에 영향을 미치기는 하지만, 아스팔트의 거동은 분산된 극성 유체의 마이크로구조인 아스팔트의 마이크로구조에 의하여 주로 결정된다. 특히, 극성 분자(아스팔텐)의 연속적인 3-차원 회합(association)이 비극성 또는 비교적 낮은 극성의 분자(말텐)의 유체에 분산된다. 이러한 모든 분자들은 다양한 강도의 쌍극자 분자간 결합을 형성할 수 있다. 이러한 분자간 결합은 아스팔트의 염기성ㄴ 유기 탄화수소 성분을 함께 포획하는 결합보다 약하기 때문에, 먼저 파괴되고 아스팔트의 거동 특징을 제어할 것이다. 그러므로, 아스팔트의 물리적 특징은 이러한 분자간 결합의 형성, 파괴, 및 재형성 또는 분자 수퍼구조(superstructure)와 관련된 다른 특성의 직접적인 결과이다. 상기 결과는 극성 분자 네트워크의 효과를 통하여 탄성적으로 거동하고, 극성 분자 네트워크의 다양한 부분이 유체 비극성 분자에 분산된 분산물로 인하여 서로에 대하여 이동할 수 있기 때문에 점성적으로 거동하는 물질이다.
아스팔트 바인더는 포장 조성물 또는 고온 혼합된 아스팔트에서 어떻게 구성성분으로서 작용하는지를 나타내는 물리적 특성에 의하여 가장 일반적으로 규명된다. 관련 물리적 특성의 예에는 내구성 및 유변물성(rheology)이 포함되고, 이러한 특정의 여러 상이한 양태 평가를 위한 몇몇 테스트에는 다음이 포함된다: 박막 오븐 테스트 (AASHTO 179 및 ASTM D 1754), 회전(rolling) 박막 오븐 테스트 (AASHTO T 240 및 ASTM D 2872), 압력 노화 용기 테스트 (AASHTO PP1), 침투 테스트 (AASHTO T 49 및 ASTM D 4), 연화점 테스트 (AASHTO T 53 및 ASTM D 36), 60℃에서 절대점도 테스트 (AASHTO T 202 및 ASTM D 2171), 135℃에서 동점도 테스트 (AASHTO T 201 및 ASTM D 2170), 연성 테스트 (AASHTO T 51 및 ASTM D113), 회전 점도계 테스트 (AASHTO TP 48 및 ASTM D 4402), 동적 전단 레오미터(rheometer) (AASHTO TP 5), 벤딩 빔(bending beam) 레오미터 (AASHTO TP1), 및 직접 인장 테스트 (AASHTO TP 3).
광대한 물리적 특성의 목록을 언급하기보다는, 당업자는 일반적으로 침투 등급 체계, 점도 등급 체계, 및 수퍼페이브 공용성(performance) 등급 체계와 같은 하나 이상의 등급 체계에 의하여 아스팔트 바인더를 분류한다. 침투 등급은 AASHTO M 20 및 ASTM D 946에 따라 결정된 침투 단위의 범위로서 나열된다. 40-50 등급이 가장 경질인 등급이며, 60-70, 85-100, 및 120-150 등급이 미국에서 일반적으로 사용되고, 200-300 등급이 가장 연질인 등급이며 북부 캐나다와 같은 추운 기후에서 일반적으로 사용된다. 점도 등급화는 AASHTO M 226 및 ASTM D 3381에 따라 공급된 그대로의 아스팔트 바인더(AC 등급화) 또는 노화된 잔여 샘플(AR 등급화)에 대하여 수행된다. 미국에서, 고온 혼합된 아스팔트에 대한 전형적인 등급은 AC-10, AC-20, AC-30, AR-4000, 및 AR 8000이다. 더 최근에 개발된 수퍼페이브 공용성 등급(PG)은 일반적으로, 고온 혼합된 아스팔트 포장에서 사용하기 위한 아스팔트 바인더를 더욱 정확하고 완전하게 규명하는 것으로 간주된다. 수퍼페이브 공용성 등급화는 아스팔트 바인더의 특성이 아스팔트 바인더가 사용되는 조건에 관련될 것이라는 발상에 기초한다.
그러므로, 수퍼페이브 시스템은 관련 기후 조건에 따른 온도에서 AASHTO PP6에 따라 수행되는 몇 가지의 테스트를 이용한다. 수퍼페이브 공용성 등급화는 두 숫자를 사용하여 기록되는데 - 첫 번째는 평균 7일 최대 포장 온도(℃)이고 두 번째는 앞으로 겪게 될 최소 포장 설계 온도(℃)이다. 따라서, PG 58-22는 평균 7일 최대 포장 온도가 58℃이고 예상 최소 포장 온도가 -22℃인 사용을 위한 것으로 의도된다. 미국에서 일반적으로 사용되는 아스팔트 바인더는 약 50℃ 내지 약 80℃의 범위 내에 있는 평균 7일 최대 포장 온도 및 약 -10℃ 내지 약 -40℃의 범위 내에 있는 예상 최소 포장 온도를 가진다. 대개 고온 및 저온 사양에서 90℃ 이상 상이한 PG 바인더가 일종의 개질의 결과임에 유의해야 하며, 상기 개질에는 고온 열 변형("크리프(creep)" 또는 "소성변형"), 저온 균열, 또는 두 가지 모두에 대한 저항성과 같은 특정한 특징을 개선하기 위한, 고분자 및/또는 폴리인산의 첨가가 포함될 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 포장 조성물은 어느 특정한 아스팔트 바인더 또는 바인더의 조합으로 한정되지 않는다. 비록 임의의 아스팔트 바인더가 사용될 수 있기는 하지만, 포장 조성물이 특정 적용분야에 적합한 물리적 특성을 가지는 아스팔트 바인더 또는 바인더의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 아스팔트 바인더 또는 바인더의 조합의 선택은 당업자에게 공지이다. 본 발명의 포장 조성물 제조에 적합할 수 있는, 상용화되어 구입 가능한 아스팔트 바인더의 예에는 CONOCO AC-30, DIAMOND SHAMROCK AC-30, SHELL AR-4000, AMOCO 64-22, CITGO AC-30, CITGO PG 67-22, VALERO PG 64-22, 및 HUSKY 85/100이 포함된다.
B. 수화 포스페이트 개질제
수화 포스페이트 개질제가 중온 개질제 혼합물(즉, 특히 적절한 혼합, 접착, 다짐 등을 달성하기에 필요한 온도를 감소시키기 위하여, 예를 들어, 아스팔트 바인더, 골재, 및/또는 혼합된 아스팔트 콘크리트에 첨가되는 화합물)로서 사용될 수 있다. 수화 포스페이트 개질제는 비교적 안정한 수화물을 형성하는 임의의 포스페이트이다. 더욱 구체적으로는, 비교적 안정한 수화 포스페이트 개질제에 있어서, 수화의 물이 방출된다면, 비교적 낮은 온도(예를 들어, 약 50℃ 아래)에서 비교적 낮은 속도로 방출될 것이지만, 적당히 상승된 온도(예를 들어, 약 50℃ 위의 온도)에서 비교적 빠르게 수화의 물이 방출될 것이다. 비교적 빠른 수증기 방출이 아스팔트 바인더 포밍의 원인인 것으로 생각되는데, 포밍은 점도를 낮추고 저하된 온도에서 적절한 가공(예를 들어, 혼합, 수송, 다짐, 등)을 허용하는 경향이 있다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 포밍된 아스팔트의 박막이 바인더와 골재의 계면에서 형성되기 때문에, 이러한 개질된 아스팔트 콘크리트가 고온 아스팔트 혼합물과 일반적으로 관련된 온도 아래에서 통상적인 수단을 이용하여 적절하게 다져질 수 있는 것으로 또한 생각된다. 뿐만 아니라, 인-함유 화합물의 잔류 인이 아스팔트 바인더의 성분과 상호작용하여 탄성 계수 및 고온 등급과 같은 특정 특성을 향상시킬 수 있다.
그 중에서도 특히, 본 발명의 수화 포스페이트 개질제는 바람직하게는 아스팔트 바인더, 및/또는 아스팔트 혼합물에 쉽게 분산되어 물이 바인더의 부피 전체에 걸쳐 비교적 균일하게 방출된다. 바람직한 것으로 간주되는 수화 포스페이트 개질제의 또 다른 특성은 이들의 인 함량인데, 인이 아스팔트 바인더를 개질하는 능력이 있기 때문이다. 적절한 수화 포스페이트 개질제의 예에는 디마그네슘 포스페이트 트리하이드레이트, 디소듐 포스페이트 디하이드레이트, 트리소듐 포스페이트 결정, 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트, 테트라소듐 파이로포스페이트 도데카하이드레이트, 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트, 및 이들의 조합이 포함되지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 소듐, 칼슘, 및 마그네슘 이외의 양이온(예를 들어, 포타슘)을 포함하는 수화 포스페이트 개질제 역시 효과적일 것으로 기대된다.
선택되는 수화 포스페이트 개질제 또는 수화 포스페이트 개질제의 조합에 관계없이, 포장 조성물에 첨가되는 수화 포스페이트 개질제의 양은 충분한 양인데, 다시 말해서 바람직하게는 형성된 포장의 공용성에 부정적인 영향을 미치지 않고 가공 온도를 원하는 수준으로 감소시키는 양이다. 그러나, 특정 상황에서, 더 낮은 온도 가공 이점(예를 들어, 혼합, 취급 및 다짐)과 바꾸어 하나 이상의 공용성 특징을 희생하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 적어도 특정 적용분야를 위한 최소 공용성 특징을 유지하면서 가공 온도의 최대 감소를 달성하는 양의 수화 포스페이트 개질제를 첨가하는 것이 바람직하다. 비록 이러한 최적량이 포장 조성물 제조에 사용되는 골재의 유형, 아스팔트의 유형(즉, 아스팔트의 화학적 조성), 아스팔트 및 골재의 수분 함량, 고분자 첨가제의 포함 등을 포함하는 몇 가지의 인자에 의존하기는 하지만, 일상적인 경험적 테스트를 통하여 쉽게 결정될 수 있다. 그러나 일반적으로, 수화에 수반된 물이 아스팔트 바인더의 약 0.01 중량%가 되도록 수화 포스페이트 개질제를 포함하여, 더 낮은 가공 온도가 관찰될 수 있는 것으로 생각된다. 농도 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서, 현재까지의 실험 결과는, 수화 포스페이트 개질제의 농도가 수화에 수반된 물이 약 6.0%를 초과하게 할 경우, 원하는 아스팔트 포장 특성이 일반적으로 허용 가능한 수준 아래로 떨어지는 경향이 있음을 나타낸다. 현재까지의 실험 결과는, 수화 포스페이트 개질제의 농도가 수화에 수반된 물이 아스팔트 바인더의 약 0.05% 이상 및 약 2.0중량% 이하가 되도록 하는 농도일 경우, 원하는 온도 감소 정도 및 아스팔트의 물리적 특성이 일반적으로 실현됨을 나타낸다.
앞에서 언급한 것의 관점으로, 본 발명의 한 구체예에서, 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트(Na5P3O10·6H2O)이고, 이는 또한 STPP 헥사하이드레이트로 지칭된다. STPP 헥사하이드레이트 사용시, STPP 헥사하이드레이트는 바람직하게는 아스팔트 포장 조성물의 약 0.2% 이상 및 1.0중량% 이하로 포함되도록 첨가된다. 실제로, 실험 결과는 특히 효과적인 STPP 헥사하이드레이트의 농도가 아스팔트 포장 조성물의 약 0.4중량%임을 나타낸다.
유리하게도, 수화 포스페이트 개질제가 고분자 개질제, 박리 방지제, 및 화학적 개질제(예를 들어, 폴리인산)를 포함하는 다른 아스팔트 첨가제와 병용 가능한 것으로 생각된다. 이러한 다른 첨가제는 바인더를 골재와 혼합하기 전, 혼합하는 동안, 및/또는 혼합한 후에 존재할 수 있다.
C. 폴리인산
수화 포스페이트 개질제 이외에도, 본 발명의 포장 조성물은 폴리인산을 포함할 수 있다. 폴리인산은 일반적인 화학식 Hn+2(PnO3n+1)을 가지는, 일련의 인의 산소산이다. 더욱 구체적으로, 폴리인산은 P2O5-H2O 시스템에서 발생하고, 약 74 퍼센트보다 큰 P2O5 함량을 가진다. 폴리인산은 오르토- (n=1), 파이로- (n=2), 트리- (n=3), 테트라 (n=4), 및 더 긴 사슬 고분자 화학종의 복합 혼합물이고, 이들의 비율은 산의 P2O5　함량의 직접적인 함수이다. 비록 폴리인산이 P2O5　함량 측면에서 언급될 수 있기는 하지만, 폴리인산은 일반적으로 당량 H3PO4(인산) 농도 또는 퍼센티지 측면에서 언급된다. 바람직하게는, 본 발명의 아스팔트 포장 조성물의 제조에서 사용된 폴리인산이 약 100% 이상의 H3PO4　당량 농도(equivalent concentration)를 가진다. 더욱 바람직하게는, 폴리인산이 약 105% 이상의 H3PO4　당량 농도를 가진다. 더욱 바람직하게는, 폴리인산이 약 110% 이상의 H3PO4　당량 농도를 가진다. 더욱더 바람직하게는, 폴리인산이 약 115% 이상의 H3PO4　당량 농도를 가진다. 적절한 폴리인산의 예에는 105%의 H3PO4　당량 함량(약 76.05%의 P2O5　함량), 115%의 H3PO4　당량 함량(약 83.29%의 P2O5　함량), 또는 116.4%의 H3PO4　당량 함량(약 84.31%의 P2O5　함량)을 가지는 산이 포함되며, 이들은 상용화되어 ICL-Performance Products LP사로부터 구입 가능하다.
폴리인산은 물-기초가 아니며 물-기초 인산보다 덜 부식성이고, 이는 물-기초 인산보다 유익하다. 예를 들어, 전형적인 블렌딩 조건에서 인산과 고온 아스팔트를 혼합하는 것은 포밍과 스플래터링(splattering)을 야기하는 경향이 있는 반면, 폴리인산은 포밍과 스플래터링이 적거나 없으면서 쉽게 혼입된다.
바람직하게는, 포장 조성물에 첨가되는 폴리인산의 양은 효과적인 양인데, 다시 말해서, 폴리인산을 포함하지 않는 동일한 포장 조성물과 비교하여 아스팔트 바인더와 골재 사이의 접착을 증가시키는 양이다. 더욱 바람직하게는, 폴리인산이 최대의 박리 방지 이점을 달성하는 양으로 포장 조성물에 첨가된다. 비록 이러한 최적량이 포장 조성물 제조에 사용되는 골재의 유형, 아스팔트의 유형(즉, 아스팔트의 화학적 조성), 아스팔트 및 골재의 수분 함량, 고분자 첨가제의 포함 등을 포함하는 여러 인자에 의존하기는 하지만, 일상적인 경험적 테스트를 통하여 쉽게 결정될 수 있다. 그러나 일반적으로, 아스팔트 바인더에 약 0.05중량%의 폴리인산을 포함하여 박리 방지 개선이 관찰될 수 있는 것으로 생각된다. 바람직하게는, 아스팔트에 첨가된 폴리인산의 농도가 아스팔트 바인더의 약 0.1중량% 이상이다. 더욱 바람직하게는, 아스팔트에 첨가된 폴리인산의 농도가 아스팔트 바인더의 약 0.2중량% 이상이다.
또한 접착이 폴리인산의 상한 농도 초과에 의하여 불리한 영향을 받을 수 있음이 발견되었다. 비록 이러한 상한 농도 수준이 특정 아스팔트에 따라 변하기는 하지만, 아스팔트에 첨가되는 폴리인산의 농도가 아스팔트 바인더의 약 2중량% 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 아스팔트에 첨가되는 폴리인산의 농도가 아스팔트 바인더의 약 1.5중량% 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 폴리인산의 최대 농도가 아스팔트 바인더의 약 1.2중량%이다. 더욱더 바람직하게는, 폴리인산의 최대 농도가 아스팔트 바인더의 약 1중량%이다. 더욱더 바람직하게는, 아스팔트에 첨가되는 폴리인산의 최대 농도가 아스팔트 바인더의 약 0.7중량%이다.
앞에서 언급한 것의 관점에서, 본 발명의 한 구체예에서, 폴리인산은 아스팔트 바인더의 약 0.05 내지 약 2.0중량% 범위 내인 농도이다. 바람직하게는, 폴리인산은 아스팔트 바인더의 약 0.1 내지 약 1.2중량% 범위 내인 농도이다. 더욱 바람직하게는, 폴리인산은 아스팔트 바인더의 약 0.1 내지 약 0.7중량% 범위 내인 농도이다.
D. 알칼리성 박리 방지 첨가제
이외에도, 본 발명의 포장 조성물은 알칼리성 박리 방지 첨가제를 포함할 수 있다. 일반적으로 알칼리성 박리 방지 첨가제는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 포함하는 수화 석회(hydrated lime)일 것으로 생각된다. 상용의 수화 석회는 물에 대한 화학적 친화성을 충족시키기 위하여 생석회(산화칼슘, CaO)를 충분한 물로 처리하여, 산화물을 수산화물로 전환하여 건조 분말로 수득된다.
바람직하게는, 포장 조성물에 첨가되는 석회의 양은 효과적인 양인데, 다시 말해서, 석회를 포함하지 않는 동일한 포장 조성물과 비교하여 아스팔트 바인더와 골재 사이의 접착을 증가시키는 양이다. 더욱 바람직하게는, 석회가 최대의 박리 방지 이점을 달성하는 양으로 포장 조성물에 첨가된다. 비록 이러한 최적량이 포장 조성물 제조에 사용되는 골재의 유형, 아스팔트의 유형(즉, 아스팔트의 화학적 조성), 아스팔트 및 골재의 수분 함량, 고분자 첨가제의 포함 등을 포함하는 여러 인자에 의존하기는 하지만, 일상적인 경험적 테스트를 통하여 쉽게 결정될 수 있다. 일반적으로, 박리 방지 개선은 포장 조성물에 약 0.5중량%의 골재의 양으로 포함하여 관찰될 수 있는 것으로 생각된다. 바람직하게는, 포장 조성물에 첨가되는 석회의 농도는 골재의 약 1중량% 이상이다. 뿐만 아니라, 포장 조성물에 첨가되는 석회의 농도가 다른 특성에 유해할 정도로 많지 않은 것이 바람직하다. 전형적으로, 석회의 농도가 골재의 약 2.0중량% 이하이다. 바람직하게는, 석회의 농도가 골재의 약 1.5중량% 이하이다. 이와 같이, 본 발명의 한 구체예에서, 포장 조성물이 골재의 약 0.5 내지 약 2.0중량%인 농도의 석회를 포함한다. 바람직하게는, 포장 조성물이 골재의 약 1 내지 약 1.5중량%인 농도의 석회를 포함한다.
석회가 고온 아스팔트 혼합물에 첨가될 경우, 석회는 골재와 반응하여 역청과 석재 사이의 결합을 강화시킨다. 골재를 처리함과 동시에, 석회가 아스팔트 바인더와 반응하는 것으로 생각된다. 특히, 석회가 매우 극성인 분자와 반응하는 것으로 생각되는데, 상기 극성 분자는 석회와 반응하지 않으면 혼합물에서 반응하여 박리를 촉진하는 수용성 비누를 형성할 수 있다. 이러한 분자가 석회와 반응할 경우, 이들은 더 이상 물을 끌어당기지 않는 불용성 염을 형성한다 (예를 들어, Petersen, J. C, H. Plancher, and P.M. Harnsberger, "Lime Treatment of Asphalt to Reduce Age Hardening and Improve Flow Properties," Proceedings, AAPT, Vol. 56, 1987 참조). 추가로, 혼합물 전체에 걸친 작은 수화 석회 입자의 분산은 혼합물을 더욱 강하고(stiffer) 더욱 질기게(tougher) 만들고, 아스팔트 바인더와 골재 사이의 결합이, 심지어 물이 존재하지 않을 경우에도, 기계적으로 파괴될 가능성을 감소시킨다.
본 발명의 포장 조성물 제조에 사용되는 수화 석회는 임의의 적절한 방법에 따라 골재, 아스팔트, 또는 두 가지 모두에 첨가될 수 있다. 수화 석회를 아스팔트에 첨가하기 위한 몇 가지의 증명된 효과적인 방법이 존재한다. 이러한 방법의 예에는 수화 석회를 드럼 믹서에 주입, 석회를 퍼그 밀(pug mill)에 첨가, 건조 수화 석회를 마리네이션(marination)하며 습윤 골재에 첨가, 슬러리 석회를 마리네이션 하거나 하지 않으며 골재에 첨가하는 것이 포함된다 (예를 들어, "How to Add Hydrated Lime to Asphalt," An Overview of Current Methods, National Lime Association, http://www.lime.org/publications.html 참조). 전형적으로, 수화 석회를 첨가하는 방법이 주 정부 교통부에 의하여 명시된다. 이러한 주 정부가 제시한 시방서 및 절차는 전형적으로 지역 재료 및 시공 회사 및 장비의 역량에 맞추어진다. 그러나 수화 석회를 골재에 첨가하는 것이 일반적으로 바람직하다.
E. 표면-활성 박리 방지 첨가제
이외에도, 본 발명의 포장 조성물이 표면-활성 박리 방지 첨가제를 포함할 수 있다. 대부분의 표면-활성 박리 방지 첨가제는 아민-유형 첨가제이다. 본 발명의 포장 조성물에 포함될 수 있는 표면-활성 박리 방지 첨가제의 유형이 아민-유형으로 한정되지 않고, GRIPPER X2(Kao, Corp사로부터 구입 가능) 및 INNOVALT W(Innophos, Inc.사로부터 구입 가능)와 같은 포스페이트 에스테르를 포함하는, 골재와 아스팔트 바인더 사이의 접착을 증가시키는 것으로 당업자에게 알려진 상용화되어 구입 가능한 다른 표면-활성 물질 또한 포함함에 유념하는 것이 중요하다.
전형적으로, 아민-유형 박리 방지 첨가제는 예를 들어 일차 아민, 디아민, 트리아민, 테트라민, 폴리아민, 아미도 아민, 또는 에톡시화 디아민 등을 포함한다. 바람직하게는, 표면-활성 박리 방지 첨가제는 아스팔트 전체에 걸쳐 더욱 쉽게 혼합되는 액체이다. 상용화되어 구입 가능한 대표적인 액체 아민 박리 방지 첨가제에는 상용화되어 Rohm and Haas사로부터 구입 가능한 PAVEBOND 및 MORLIFE 박리 방지제(anti-strip) 및 Arr-Maz Custom Chemicals, Inc사로부터 구입 가능한 AD-HERE 박리 방지제가 포함된다.
본 발명의 포장 조성물에서 표면-활성 박리 방지 첨가제의 농도는, 포함될 경우에, 바람직하게는 특정 적용분야 및 아스팔트의 유형, 골재의 유형 등과 같은 관련 변수에 대하여 적절한 것으로 간주되는 농도(들)와 일치한다. 전형적으로, 표면-활성 박리 방지 첨가제의 농도는 아스팔트 바인더의 약 0.5 내지 약 1.0중량%이다.
그러나, 또 다른 구체예에서 본 발명의 포장 조성물이 바람직하게는 액체 박리 방지 첨가제, 일반적으로, 특히 아민-유형 박리 방지제로써 개질되지 않는다. 달리 말하면, 이 구체예에서, 아스팔트 바인더에는 바람직하게는 액체 아민 박리 방지 첨가제가 실질적으로 없다. 특히, 이러한 첨가제의 농도는, 선호가 증가하는 순으로, 아스팔트 바인더의 약 0.5, 0.2, 0.1, 0.05, 또는 0.01중량% 미만, 또는 심지어 0%이다.
F. 고분자 아스팔트 개질제
본 발명의 포장 조성물은 또한 고분자 개질제를 포함할 수 있다. 전형적인 고분자 아스팔트 개질제에는 스타이렌-부타디엔-스타이렌 공중합체(SBS), 스타이렌-부타디엔 공중합체(SB), 및 탄성 삼원공중합체가 포함된다. 상용화되어 구입 가능한 삼원공중합체에는 DuPont사로부터 구입 가능한 ELVALOY가 포함되는데, 이는 에틸렌-글리시딜-아크릴레이트 고분자이다 (즉, 에폭시 유사 반응 특성을 제공하기 위한 글리시딜 작용기로써 변형된 에틸렌 백본을 포함하고 유연성 및 탄성 특성을 제공하기 위한 아크릴레이트 작용기를 포함한다). 추가적인 적절한 고분자 개질제에는 에틸렌-비닐-아세테이트(EVA) 고분자, 에틸렌-메타크릴레이트(EMA) 고분자, 스타이렌-이소프렌 공중합체(SIS), 에폭시 수지, 천연 고무, 및 폴리부타디엔 및 폴리이소프렌과 같은 폴리디올레핀이 포함될 수 있다.
본 발명의 포장 조성물에서 고분자 개질제의 농도는, 포함될 경우에, 바람직하게는 특정 적용분야 및 아스팔트의 유형, 골재의 유형 등과 같은 관련 변수에 대하여 적절한 것으로 간주되는 농도(들)와 일치한다. 전형적으로, 고분자 개질제의 농도는 아스팔트 바인더의 약 2 내지 약 10중량%이다. 더욱 전형적으로, 고분자의 농도는 아스팔트 바인더의 약 2 내지 약 6중량%이고, 상용화되어 구입 가능한 ELVALOY 개질제와 같은 삼원공중합체는 전형적으로 아스팔트 바인더의 약 2중량% 및 때로 아스팔트 바인더의 약 1중량% 정도로 적은 양을 포함한다.
그러나, 또 다른 구체예에서, 본 발명의 포장 조성물은 바람직하게는 고분자로써 개질되지 않는다. 달리 말해서, 이 구체예에서 아스팔트 바인더에는 바람직하게는 고분자 개질제가 실질적으로 없다. 특히, 이러한 첨가제의 농도는, 선호가 증가하는 순으로, 아스팔트 바인더의 약 1.0, 0.5, 0.2, 0.1, 0.05, 또는 0.01 중량% 미만, 또는 심지어 0%이다.
앞에서 언급한 구체예에 비추어, 또한 포장 조성물에는 액체 박리 방지제 및 고분자 개질제가 실질적으로 없을 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 구체예에서, 본 발명의 포장 조성물이 본 명세서에 제시된 값에 따라 바람직한 농도의 아스팔트 바인더, 수화 포스페이트 개질제, 및 골재로 필수적으로 구성될 수 있다.
G. 아스팔트 바인더의 제조
아스팔트 바인더의 제조는 교반으로 직접 혼합 또는 관내 혼합(in-line mixing)과 같은 당해 분야에 공지인 임의의 방법에 의하여 성취될 수 있다. 상기 방법에 관계 없이, 아스팔트 바인더 제조는 일반적으로 아스팔트 바인더, 수화 포스페이트 개질제, 및 다른 첨가제의 온도 증가에 의하여 촉진된다. 수화 개질제는 상기 물질을 위하여 제조된 변형된 섬유 공급기 또는 뉴메틱(pneumatic) 공급기를 사용하는 것을 포함하는 임의의 공지 수단에 의하여 바인더로 주입될 수 있다. 비록 수화 포스페이트 개질제가 아스팔트 바인더에 직접 전체적으로 또는 부분적으로 첨가될 수 있기는 하지만, 현재는 수화 포스페이트 개질제의 전부를 골재에 첨가하는 것이 더 좋은 것으로 생각된다.
혼합을 촉진하기 위하여, 온도가 적어도 아스팔트의 연화점까지 증가된다. 바인더가 통상적인 고온 아스팔트 혼합물 생산에 사용될 경우, 혼합물의 온도는 약 160 내지 약 200℃까지 증가된다. 그러나 수화 포스페이트 개질제 사용시, 혼합물의 온도는 바람직하게는 약 120 내지 약 150℃까지 증가된다. 일반적으로, 아스팔트가 효과적인 혼합 목적에 충분한 온도로 가열될 때까지, 첨가제가 아스팔트에 첨가되지 않는다. 이와 같이, 수화 포스페이트 개질제 및 임의의 다른 성분은, 아스팔트 전체에 걸쳐 수화 포스페이트 개질제 및 다른 선택적 성분을 분산시키기에 적절한 교반으로써 아스팔트의 고온 공급물에 도입된다.
아스팔트, (존재할 경우) 수화 포스페이트 개질제, 및 고분자 개질제와 같은 첨가제를 포함하는 아스팔트 바인더는 전형적으로 고온 혼합 플랜트 관내에서 성분들을 블렌딩(blending)하여 제조된다 (흔히 포스트-블렌딩으로 지칭됨). 그러나 수화 포스페이트 개질제 및 고분자 개질제가 아스팔트 바인더 공급기에 의하여 아스팔트와 블렌딩될 수 있다 (즉, 고온 아스팔트 혼합 플랜트에 수송되기 전, 이는 흔히 프리-블렌딩으로 지칭됨). 중온 개질제 혼합물(예를 들어, 수화 포스페이트 개질제)은 일반적으로 프리-블렌딩되지 않는다. 그러나 이러한 선호가 수화 포스페이트 개질제가 아스팔트 바인더(고분자 개질제를 포함하지 않거나 포함함)와 프리-블렌딩될 수 없음을 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다. 어떤 아스팔트 및 첨가제의 조합은 혼합 케틀(kettle)을 사용하여 비교적 쉽게 혼합될 수 있는 반면, 다른 것은 고전단 분쇄(high shear milling) 또는 다른 특별한 혼합 조업을 필요로 한다. 중온 개질제 혼합물과 아스팔트를 혼합하는 방법은 당업자에게 공지이고, 이러한 임의의 방법이 아스팔트 본 발명의 포장 조성물 제조에 사용될 수 있다.
H. 골재
"골재"는 아스팔트 바인더와 함께 사용되어 아스팔트 포장 조성물과 같은 복합 재료를 형성하는, 모래, 자갈, 및 쇄석(crushed stone)과 같은 광물성 재료에 대한 포괄적 용어이다. 골재는 부피로 일반적으로 아스팔트 포장 조성물의 약 90부피% 이상을 차지한다. 예를 들어, 아스팔트 포장 조성물이 약 92 내지 약 96부피%의 골재를 포함하는 것이 흔하지 않다.
골재는 천연 골재, 제조된 골재, 또는 두 가지의 조합을 포함할 수 있다. 천연 골재는 전형적으로 개착(open excavation)(즉, 채석(quarry))으로부터 채취한 암석이고, 이는 기계적 파쇄에 의하여 사용 가능한 크기로 작아진다. 천연 골재는 세 가지의 넓은 지질학적 분류: 화성, 퇴적, 및 변성으로부터 유래한 암석에서 기인한다. 화성암은 주로 지각 아래의 용융된 물질의 냉각에 의하여 형성되는 결정이다. 퇴적암은 바다 또는 호수의 바닥에 침적된 불용성 물질이 열과 압력에 의하여 암석으로 변하여 형성된다. 퇴적암은 외관이 층상이고 주된 광물에 따라 더욱 분류된다. 예를 들면, 퇴적암은 일반적으로 석회질(석회암, 백악(chalk) 등), 규토질(규암, 사암 등) 또는 점토질(셰일 등)로 분류된다. 변성암은 광물 구조가 원래 암석으로부터 변하기에 충분한 열, 압력, 또는 두 가지 모두를 거친 화성암 또는 퇴적암이다. 제조된 골재는 전형적으로 야금 처리(예를 들어, 강, 주석 및 구리 생산)에서 나온 슬래그와 같은 다른 제조공정의 부산물이다. 제조된 골재는 또한 낮은 밀도와 같이 천연 암석에서 발견되지 않는 특정 물리적 특징을 가지도록 생산된 특수 재료를 포함한다. 골재의 광물 조성은 주로 골재의 물리적, 화학적 특징 및 포장 재료로서 어떻게 작용하는가를 결정한다. 특히, 골재의 조성은 박리를 겪는 포장 조성물의 민감성 또는 성향에 상당히 영향을 미친다. 실제로, 골재의 물리화학적 표면 특성이 아스팔트 바인더의 특성보다 고온 혼합된 아스팔트의 박리에 더 큰 역할을 할 수 있다. 비록 물에 의한 골재 입자의 표면으로부터의 아스팔트 바인더 배제와 관련된 복잡한 현상이 아직 완전히 이해되지는 않았지만, 골재의 화학적 조성 또는 광물 함량이 중요한 인자임이 알려져 있다. 예를 들면, 물 또는 아스팔트에 대한 골재의 친화성이 박리에 대하여 역할을 한다. 일부 골재는 아스팔트보다는 물에 대하여 친화성을 가지고 (친수성), 이는 박리에 민감하게 만드는 경향이 있다. 이러한 골재는 산성인 경향이 있고, 예에는 규암, 사암, 및 화강암이 포함된다. 반면에, 물보다는 아스팔트에 대하여 친화성을 가지는 (소수성) 골재는 박리에 덜 민감한 경향이 있다. 이러한 골재는 염기성인 경향이 있고, 예에는 대리석, 석회석, 현무암, 및 백운석이 포함된다. 본 발명의 포장 조성물은 임의의 적절한 유형의 포장 골재를 포함할 수 있다. 그러나 아래의 실시예에 의하여 명시되는 바와 같이, 리토니아(Lithonia) 화강암과 같이 박리에 민감한 것으로 알려진 골재 사용시 접착 개선이 특히 분명하다.
따라서, 골재가 포장 조성물의 다짐을 개선하기 위하여 선택될 수 있다. 그러나 일반적으로 골재의 선택이 단지 다짐 성향에만 기초하지 않는다. 경도(hardness), 인성(toughness), 박리 저항성, 마모 저항성, 피로 저항성, 비용, 가용성(availability) 등과 같은 다른 인자가 일반적으로 고려되며, 다짐보다 더 중요할 수 있다.
골재는 또한 골재 입자의 혼합물 크기 또는 최대 크기에 기초하여 선택된다. 혼합물 크기의 예에는 4.75 ㎜, 9.5 ㎜, 12.5 ㎜, 19.0 ㎜, 25.0 ㎜, 및 37.5 ㎜가 포함된다. 혼합물 크기 이외에도, 입도(gradation)(즉, 상이한 크기의 입자의 상대적인 양, 이는 전형적으로 체 분석으로 결정됨)가 선택 인자인 경향이 있다. 전형적인 입도의 예에는 다음이 포함된다: 밀입도(dense) 또는 입도분포 양호(well-graded), 이는 미국에서 가장 널리 이용됨; 갭입도(gap graded), 이는 포장 조성물의 배치 동안 분리되기 쉬운 경향이 있음; 개립도(open graded), 이는 큰 입자 사이에 작은 입자가 충분하지 않으므로 더 큰 공극 퍼센티지를 야기할 수 있음; 및 모든 입자가 실질적으로 동일한 크기인 균일입도(uniformly graded).
적절한 골재 유형의 선택 및 특정한 적용분야를 위한 골재의 특성(예를 들어, 혼합물 크기, 입도, 수분 함량 등)은 포장 위치, 교통 유형, 온도 등과 같은 여러 인자에 기초하며, 당업자에게 공지이고 이해된다. 수퍼페이브 사양에 따른 입도의, 본 발명에 따른 수화 포스페이트 개질제 및 골재를 포함하는 중온 아스팔트 혼합물 생산시, 현재까지의 실험 결과가 9.5 ㎜ 초과의 수퍼페이브 입도를 가지는 골재가 바람직함을 나타낸다 (예를 들어, 12.5 ㎜ 수퍼페이브 입도).
앞에서 언급한 바와 같이, 아스팔트 포장 혼합물 형성시 수화 포스페이트 개질제를 아스팔트 바인더에 직접 첨가하기보다는 골재에 첨가하는 것이 바람직한 것으로 생각된다. 수화 포스페이트 개질제는 임의의 적절한 방법에 따라 골재에 첨가될 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 골재는 일반적으로 아스팔트에 첨가되기 전에 가열하여 수분을 제거하고, 수화 포스페이트 개질제가 수분 제거 가열 조업의 전, 조업 동안 또는 조업 후, 또는 이들의 조합으로 골재에 첨가될 수 있다. 그러나, 본 발명의 한 구체예에서, 수화 포스페이트 개질제가 아스팔트와 혼합되기 전에 가열 조업 동안 골재에 첨가된다. 수화 포스페이트 개질제 및 골재를 포함하는 혼합물은 본 명세서에서 "개질된 골재"로 지칭될 것이다. 알칼리성 박리 방지 첨가제가 존재할 경우, 이를 수화 포스페이트 개질제 전에 또는 동시에 가열하면서, 알칼리성 박리 방지 첨가제를 골재에 첨가하는 것이 또한 바람직하다. 대안의 구체예에서, 가열된 골재가 아스팔트 바인더와 혼합되어 아스팔트-골재 혼합물을 형성한 다음, 수화 포스페이트 개질제가 아스팔트-골재 혼합물에 첨가된다.
I. 아스팔트 포장 조성물 제조 방법
다짐, 소성변형(rutting), 피로(fatigue)와 같은 특성; 및 박리 방지(anti-stripping), 강성(stiffness), 마모 저항성, 산화와 노화, 및 균열과 같은 다른 특성에 대한 향상 또는 손실의 정도가, 아스팔트(들)의 유형(들), 골재(들)의 유형(들); 온도, 시간, 개질제의 유형(들)과 농도(들)을 포함하는 아스팔트 개질 파라미터와 같은 많은 변수에 크게 의존함을 당업자가 일반적으로 이해하기 때문에, 다른 허용 가능한 특성 중에서, 가장 높은 다짐도 및 소성변형에 대한 저항성을 가지는 아스팔트 콘크리트를 생산하기 위한 최적 재료, 농도, 가공 조건, 또는 이들의 조합의 실험적 결정이 바람직하다.
일반적으로, 적절한 아스팔트 포장 조성물은 당해 분야에 공지인 임의의 방법에 따라, 아스팔트 바인더, 골재, 및 수화 포스페이트 개질제(아스팔트 바인더에 직접 첨가됨, 골재가 아스팔트 바인더와 혼합되기 전에 골재에 첨가됨, 아스팔트 바인더와 골재의 혼합과 동시에 첨가됨, 또는 이들의 조합)에 추가하여 임의의 다른 첨가제를 상승된 온도(예를 들어, 약 240℉(120℃) 초과, 그러나 약 190℉(88℃) 정도로 낮은 온도가 효과적임)에서 골재 코팅에 충분한 시간(예를 들어, 약 1 내지 약 4 시간) 동안 혼합하여 제조될 수 있다. 함께 혼합되기 전에, 아스팔트 바인더가 바람직하게는 약 240℉(120℃) 이상의 온도로 가열되고 (그러나 약 220℉(105℃) 정도로 낮은 온도가 효과적임), 개질된 골재가 바람직하게는 유사한 온도로 가열된다. 바인더 가열의 목적 중 하나는 바인더를 노화시켜 소성변형에 덜 민감하게 만드는 것이다. 이때문에, 아스팔트 바인더를 약 240℉(120℃) 이상의 온도로 가열하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나 약 240℉(120℃) 아래의 온도가 바람직할 경우, 포장된 아스팔트 혼합물의 소성변형 잠재성을 감소시키기 위하여 더욱 강성인(stiffer) 바인더 등급이 전체적으로 또는 부분적으로 사용될 수 있다. 비록 아스팔트 혼합물 및 이의 성분이 고온 아스팔트 혼합물(예를 들어, 약 300℉(150℃) 초과)과 일반적으로 관련된 온도로 가열될 수 있기는 하지만, 바람직하게는 단지 중온 아스팔트 혼합물과 전형적으로 관련된 온도(예를 들어, 약 300℉(150℃) 이하) 정도로 높게 가열된다. 아스팔트 혼합물 및 이의 성분은 전형적으로 약 190℉ 내지 약 280℉(약 88℃ 내지 약 140℃)의 범위 내의 온도로 가열될 것으로 기대된다. 약 240℉(120℃) 아래의 혼합 온도가 바람직할 경우, 포장된 아스팔트 혼합물의 소성변형에 대한 잠재성을 감소시키기 위하여 더욱 강성인 바인더 등급이 중온 아스팔트 혼합물에 사용될 수 있다. 더 낮은 혼합 온도는 고온 혼합 온도가 그러하듯이 바인더를 노화시키지 않고, 더 적은 바인더 노화는 혼합물을 소성변형에 대하여 민감하게 만들 수 있다.
통상적인 혼합 방법에는 배치(batch) 제조, 병류(parallel-flow) 드럼 혼합, 및 향류(counter-flow) 드럼 혼합이 포함된다. 비록 여러 상이한 방법이 골재를 아스팔트 바인더와 조합하기 위하여 사용될 수 있기는 하지만, 생성된 포장 조성물은 본질적으로 동일하다 - 골재를 코팅하고 포장 조성물을 충분히 결합시키기에 충분한 양의 골재와 바인더. 수화 포스페이트 개질제의 첨가가 존재할 경우, 이는 생산 공정에 대한 변형을 거의 필요로 하지 않는다. 수화 포스페이트 개질제는 변형된 섬유 공급기 또는 뉴메틱 공급기와 같은 임의의 적절한 장치 또는 방법을 이용하여 첨가될 수 있다. 전형적으로, 아스팔트 바인더의 양은 아스팔트 포장 조성물의 약 3중량% 이상이고 나머지는 골재를 포함한다. 뿐만 아니라, 포장 조성물은 일반적으로 약 8중량% 초과의 아스팔트 바인더를 포함하지 않는데, 왜냐 하면, 특히 비용이 상당히 더 많이 들며 일반적으로 변형되기 더 쉽게 되기 때문이다. 이러한 관점에서, 포장 조성물에서 아스팔트 바인더의 농도는 바람직하게는 약 3 내지 약 8중량%이다. 더욱 바람직하게는, 아스팔트 바인더의 농도는 약 4.5 내지 약 6.5중량%이다. 수화 포스페이트 개질제의 첨가가 용적의 계산에 영향을 미치지 않을 것으로 기대된다. 달리 말해서, 바인더 및 골재의 최적 함량이 수화 포스페이트 개질제가 존재하는가에 대한 고려 없이 결정될 수 있는 것으로 생각된다. 뿐만 아니라, 수화 포스페이트 개질제 사용이 수화 포스페이트 개질제의 부재를 제외하고는 동일한 혼합물과 비교하여 광범한 온도 및 골재 크기 범위에 걸쳐 다짐/치밀화를 증가시킬 수 있는 것으로 생각된다.
J. 아스팔트 포장 조성물의 용도
비록 수화 포스페이트 개질제의 첨가가 저하된 온도에서 아스팔트 제조 및 포장 작업성 향상에 사용될 수 있기는 하지만, 포장 조성물이 어떻게 도포되는지에 관한 다른 인자들이 포장의 기술적 사양 및 기계적 특성에서 중요한 역할을 함에 유념하는 것이 중요하다. 예를 들어, 포장의 두께("리프트 두께") 및 흔히 공극 퍼센티지로서 측정되는 다짐도가 물에 대한 포장의 투과성(permeability)에 영향을 미침이 당업자에게 공지이다. 일반적으로, 리프트 두께가 골재 혼합물 크기의 세 배 내지 약 네 배가 되어야 하는 것으로 생각된다. 예를 들어, 9.5 ㎜ 혼합물 크기를 포함하는 포장 조성물에 대한 바람직한 리프트 크기는 약 38 ㎜(약 1.5 인치)이다. 중온 아스팔트 혼합물은 시장에 공급된 임의의 혼합물 설계의 모든 리프트에 대하여 사용될 수 있다. 적절한 혼합물 선택 및 리프트 두께는 포장 조성물의 다짐을 보조하여 투과성을 감소시킨다. 바람직하게는, 포장 조성물의 다짐은 약 7.5% 미만인 공극 퍼센티지이다. 전형적으로, 다짐은 약 4-5% 정도로 낮은 공극 퍼센티지가 달성되도록 될 수 있다. 당해 분야에 공지인 임의의 다짐 방법이 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 아스팔트 혼합물을 다지기 위하여 사용될 수 있다. 현장에서 바람직한 다짐 방법은 롤러에 의한 것이다. 다짐은 일반적으로 특정 밀도에 도달할 때까지 유지된다. 표준 마샬 다짐 기술(ASTM 2435)이 또한 특히 실험실 테스트에 대하여 사용될 수 있다.
명세서의 일부에 포함되고 명세서를 형성하는 첨부 도면이 본 발명의 구체예를 설명하고, 상세한 설명과 함께 발명의 원리를 설명한다. 도면에서:
도 1은 본 명세서에 기재된 테스트에서 사용되는 골재의 스크린 체 분석을 나타낸다.
도 2-5는 여러 상이한 중온 첨가제 혼합물을 포함하는 아스팔트 혼합물 및 포함하지 않는 아스팔트 혼합물 및 마샬 다짐 테스트에서 명시된 골재 입도 이용으로 달성된 다짐도를 나타낸다. 특히, 도 2-5는 평균 다짐 온도를 다져진 공기 공극 함량의 함수로서 도시할 경우 통계적 곡선을 보여준다.
도 6은 아스팔트 포장 분석기 테스트(AASHTO TP63A)에서 중온 아스팔트 혼합물의 소성변형 양을 나타낸다. 특히, 도 6은 소성변형의 양(㎜)을 loading 사이클의 함수로 보여준다.
도 7은 아스팔트 포장 분석기 테스트(AASHTO TP63A)에서 중온 아스팔트 혼합물의 소성변형 양을 나타낸다. 특히, 도 7은 다양한 중온 아스팔트 혼합물 개질제 대 개질되지 않은 아스팔트의 평균 소성변형 깊이의 비교이다.
도 8은 탄성빔(Flexural Beam) 피로 테스트(AASHTO T321)에서 중온 아스팔트 혼합물의 피로 양을 나타낸다.
도 9는 진동 다짐 테스트를 거칠 경우, 여러 상이한 중온 첨가제 혼합물을 가지는 아스팔트 혼합물에 대하어 달성된 다짐도를 나타낸다.
다음의 실시예는 아스팔트, 골재, 폴리인산, 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 아스팔트 포장 조성물, 및 이러한 조성물의 생산 및 포장 방법을 설명한다. 실시예는 특정 방법을 설명하고 본 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다. 본 개시에 비추어, 당업자는 개시된 특정 구체예에서 여러 변형이 가해질 수 있고, 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 같거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 이해해야 한다.
실시예 1 - 열중량(Thermogravimetric) 분석(TGA)을 사용한 물 함량의 평가
열중량 분석(TGA)은 샘플의 물 함량을 결정하기 위한 간단한 열 분석 기술이다. TGA는 조절된 대기에서, 알려진 양의 물질의 중량 변화를 온도의 함수로서 측정하는 것으로 이루어진다. TGA를 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트(STPP 헥사하이드레이트; Na5P3O10·6H2O), 트리소듐 포스페이트 결정(Na3PO4·12H2O·¼NaOH), 및 제올라이트(Aspha-Min ZC3; Na2O·AI2O3·2SiO2·4.5H2O), 공지의 중온 아스팔트 혼합물 개질제 첨가제의 샘플에 대하여 수행했다. 샘플을 질소 퍼지(purge)하에 분당 5℃로 25℃로부터 350℃로 가열했다. 표 1이 TGA의 결과를 보여준다.
퍼센트 중량 손실 (25-350℃)
샘플 평균
소듐 알루미늄 실리케이트
(제올라이트 Aspha-Min ZC3)		 18.4%
소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트
(STPP-593 Granular Tech Grade)		 18.2%
트리소듐 포스페이트 결정 50.5%
앞의 데이터는 STPP 헥사하이드레이트 및 제올라이트가 재료의 질량 퍼센티지와 유사한 물 함량을 가짐을 나타낸다. 뿐만 아니라, 열중량 분석의 그래프를 STPP 헥사하이드레이트 및 제올라이트로부터 물이 방출되는 속도에 대하여 분석했다. 전체적으로, 두 가지가 상당히 유사한 속도로 물을 방출하지만, 제올라이트가 STPP 헥사하이드레이트보다 더 일정한 속도로 물을 방출하는 경향이 있다. 더욱 구체적으로, 제올라이트 방출 프로파일은 두 가지의 일반적인 영역을 포함한다: (1) 약 50℃ 내지 약 150℃에서 비교적 일정하고 빠른 속도 및 (2) 이후 약 150℃ 내지 약 350℃에서 물 손실 속도가 감소하지만 비교적 일정. 반면에, STPP 헥사하이드레이트 물은 네 가지의 일반적인 영역을 가지는 프로파일을 나타낸다: (1) 약 75℃ 내지 약 100℃에서 제올라이트보다 다소 큰 물 손실 속도, 그러나 비교적 일정함; (2) 약 100℃ 내지 140℃에서 여전히 더 큰 속도; (3) 약 140℃에서 상당히 감소되고 약 220℃까지 비교적 일정하게 유지되는 속도; 및 (4) 이후 약 220℃ 내지 330℃에서 점진적으로 감소하는 속도. 트리소듐 포스페이트 결정은 30℃ 내지 112℃에서 약 48%의 중량 손실을 나타냈다. 중온 아스팔트 혼합물 개질제 첨가제로부터의 초기의 빠른 물 방출이 바인더 포밍을 일으키는 것으로 생각된다. 150℃ 위에서 중온 아스팔트 혼합물 개질제 첨가제로부터의 느린 물 방출이 미시적 포밍 효과를 유발하는 것으로 생각된다. 따라서, STPP 헥사하이드레이트의 방출되는 물의 양 및 방출 프로파일은 STPP 헥사하이드레이트를 중온 아스팔트 개질제 첨가제로서 유용하게 만든다.
실시예 2 - 개질제 첨가제를 포함하는 아스팔트의 다짐 특성
생산 온도 저하 및 개질제 첨가제의 첨가가 아스팔트 포장 조성물을 다지는 능력에 얼마가 관련되지를 결정하기 위하여, 마샬 다짐 장치를 사용하여 여러 상이한 중온 첨가제 혼합물의 첨가가 작업성 및 다짐에 미치는 영향을 평가했다. 대부분의 주 정부가 기관 시공 프로젝트에 대한 밀도 또는 공기 공극 수준을 명시하므로 다짐도를 아는 것이 중요하고, 밀도는 보통 시공 포장 계약에서 지불된 사양이다.
이러한 연구를 위하여, 여러 상이한 수퍼페이브 골재를 사용했는데, 이들이 가장 미국에서 가장 널리 사용되는 골재 혼합물이기 때문이다. 골재 원료는 화강암/편마암 골재였으며, 이는 또한 통상적이고, 뉴저지에서 수행되는 모든 통상적인 아스팔트 시공의 약 50%에서 사용된다. 도 1은 앞에서 언급한 골재의 스크린 체 분석을 보여주는 그래프이다. 본 명세서에서 설명한 것과 같이, 여러 상이한 골재가 가장 미립질인 것으로부터 가장 조립질인 것까지 다음과 같다: 9.5 ㎜-수퍼페이브-미립도 혼합물(Fine Grade mix), 12.5 ㎜-수퍼페이브-미립도 혼합물, 제1 (phase 1) 12.5 ㎜-수퍼페이브-조립도 혼합물(Coarse Grade mix), 및 제2 (phase 2) 12.5 ㎜- 수퍼페이브-조립도 혼합물. 샘플 제조에 사용되는 아스팔트 바인더는 PG64-22(뉴저지, 폴스보로, CITGO Asphalt)였다. 샘플을 첨가제를 포함하지 않고, Sasobit, Aspha-Min, 또는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트를 포함하는 아스팔트 혼합물로 제조했다. Sasobit(Sasol Wax)를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 3%의 퍼센티지로 첨가했다. Aspha-Min(Eurovia)을 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 0.3%의 퍼센티지로 첨가했다. 소듐 폴리포스페이트 하이드레이트(ICL Performance Products LP)를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 0.4%의 퍼센티지로 첨가했다. Sasobit, 제올라이트, 및 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트를 제조업자의 권장사항에 따라 첨가하고 혼합했다. 특히, 고온 혼합 시설에서 전형적인 도포 영역을 모의하기 위하여, 첨가제 Aspha-Min 및 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트를 아스팔트 바인더의 첨가 직전에 골재에 첨가했다 (RAP 칼라(collar) 시스템을 통하여 또는 특수하게 제작된 공급기 시스템을 이용하여 뉴메틱 공급 - 섬유의 첨가와 유사).
평균 밀도 및 공기 공극 값을 제공하기 위하여, 마샬 다짐기를 각 혼합물당 3 샘플로 4-인치 지름 샘플을 다지기 위하여 사용했다 (도 2-5). 마샬 다짐기는 75 회(blow)의 수준으로 사용되었는데, 이는 큰 교통량 조건을 위한 고온 아스팔트 혼합물의 설계에 일반적으로 사용된다. 마샬 다짐기 사용의 장점은 다른 다짐 절차보다 더 적은 양의 재료를 필요로 한다는 것이다. 또한 마샬 다짐기가 HMA 혼합물 설계를 위한 다짐 수단으로서 표준화되어 수용되고, 다수의 HMA 실험실에서 발견될 가능성이 높을 수 있다.
문헌에서 발견되는 다른 연구와의 직접 비교를 제공하기 위하여, 넷의 목표 테스트 온도를 선택했다; 300, 265, 230, 및 195℉(각각 ~150℃, ~130℃, ~110℃, ~90℃). 혼합물 온도는 여러 상이한 혼합물의 온도/다짐 특성 평가의 정확한 수단을 제공하기 위하여 혼합 동안, 혼합 직후, 다짐 직전, 및 다짐 직후 측정되고 기록되었다. 샘플 다짐에 이용한 실제 온도는 203℉, 232℉, 261℉, 296℉(각각 -95℃, -111℃, -127℃, -147℃)였다.
샘플이 다짐 후에 냉각되면, 이 결과의 공기 공극 함량이 측정되고 기록된다. (AASHTO Ti 66) "포화된 표면-건조 시험편을 사용하는 다져진 역청질 혼합물의 겉보기 비중"을 이용하여 각 시험편의 겉보기 밀도를 측정했다. 또한 각 샘플의 압축된 공기 공극을 계산하기 위하여, 각 혼합물의 느슨한 혼합물(loose mix)을 AASHTO T209 "역청질 혼합물의 비중"을 이용하여 각각의 최대 비중에 대하여 테스트했다.
도 2-5에 나타나는 결과는 여러 상이한 다짐 온도의 마샬 다짐 테스트에서, 여러 상이한 중온 첨가제 혼합물 및 여러 상이한 골재를 사용하여 아스팔트 혼합물에 의하여 달성된 다짐도를 나타낸다. 비교를 위한 "절사평균(trimmed mean)"을 결정하기 위하여 혼합물 및 온도 조합당 총 6 샘플을 사용했다. 앞에서 언급한 결과는 평가된 각 중온 첨가제 혼합물이 혼합물 작업성 증가를 제공하여, 중온 첨가제 혼합물을 포함하지 않는 대조군 혼합물과 비교할 경우, 여러 상이한 온도에서 공기 공극 상수를 감소시킴을 나타낸다. 대부분의 포장에 대하여 6%의 공기 공극 수준이 전형적이다. 통계적 곡선은 원하는 다짐이 달성되는 다짐 온도를 규명하도록 한다. 도 5를 참조하면, 예를 들어, 6% 압축된 공기 공극을 달성하기 위하여, (i) 중온 첨가제 혼합물 없이, (ii) Sasobit를 포함하여, (iii) 제올라이트를 포함하여, 및 (iv) STPP 헥사하이드레이트를 포함하여 제조된 아스팔트 혼합물이 각각 약 142℃, 123℃, 127℃ 및 131℃ 이상의 다짐 온도를 필요로 했다. 앞에서 언급한 데이터는 중온 첨가제 혼합물을 포함하지 않는 대조군 혼합물이 6% 공기 공극 달성을 위하여 287℉의 다짐 온도를 필요로 함을 나타낸다. 아스팔트 조성물에 각 개질제 첨가제를 첨가하는 것은 6% 공기 공극을 달성하기 위하여 더 낮은 온도가 필요하도록 했다. Sasobit 또는 제올라이트의 첨가는 다짐 온도를 각각 253℉ 및 260℉로 낮추었다. 따라서, 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트의 첨가가 대조군 혼합물과 비교하여 작업성을 증가시켰다.
추가적으로, 도 2-5에 나타난 결과는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트을 포함하는 첨가제의 공용성이, 적어도 부분적으로는, 골재의 입도 및 다짐 동안 혼합물의 온도에 의존함을 보여준다. 일반적으로, 첨가제 사용시, 다짐은 골재의 조립성(coarseness)에 따라 증가하는 경향이 있었다. 뿐만 아니라, 다짐도가 온도에 따라 증가하는 경향이 있었다.
실시예 3 - 개질제 첨가제를 포함하는 아스팔트에서의 영구 변형 평가
마샬 다짐기 사용의 단점은 최소 공용성 테스트가 시험편에서 수행될 수 있다는 것이다. 비록 마샬 안정성 및 흐름이 전형적으로 수행되기는 하지만, 이러한 파라미터는 고온 영구 변형, 즉 "소성변형", 및 저온 균열, 즉 "피로"에 불충분한 상관관계를 가지는 것으로 밝혀졌다. 아스팔트 포장 분석기 테스트, 즉 AASHTO TP63A, "아스팔트 포장 분석기(APA)를 사용한, 아스팔트 포장 혼합물의 소성변형 민감성 결정을 위한 테스트의 표준 방법"은 아스팔트 포장 분석기(APA)인 2세대 휠 장착 테스터(loaded wheel tester)를 사용하여 아스팔트-골재 혼합물의 소성변형 민감성을 테스트하기 위한 절차이다. 테스트에서, APA 장치는 움직이는 휠 로드(load)로써 다져진 HMA 샘플 위에 놓인 가압된 호스(hose)를 로딩(loading)하여, 현장의 소성변형 현상을 모의한다. 상기 장치는 다양한 환경 조건에서 소성변형 및 피로에 있어서, 다져진 브릭(brick) 또는 필(pill) 샘플을 테스트하는 능력을 가지고, 컴퓨터 및 데이터 획득 시스템에 연결될 수 있어 사용자가 각 로드 사이클에 대한 아스팔트의 소성변형을 측정할 수 있다. 상기 장치 사용의 주요 이점은 혼합물 선택을 위한 비교 도구로서이다 (즉, APA 테스트에 기초하여 가장 적게 소성변형되는 혼합물을 선택). 아스팔트 포장 분석기 테스트의 결과는 소성변형에 대한 장기간 민감성을 예측하고, 수화 포스페이트 개질제의 효과 및 아스팔트 포장 조성물에 대한 방법을 평가하기 위하여 이용되었다.
이러한 연구를 위하여 사용된 아스팔트 혼합물 유형은, 미국에서 사용되는 통상적인 표층(surface course) 혼합물인 12.5 ㎜ 수퍼페이브 혼합물이었다. 아스팔트 혼합물에 대하여 사용된 골재 원료는 화강암/편마암 원료였으며, 이것 또한 통상적으로 사용된다. 샘플 제조에 사용된 아스팔트 바인더는 PG64-22(뉴저지, 폴스보로, CITGO Asphalt)였다. 아스팔트 혼합물 샘플을 (i) 첨가제 없이, (ii) Sasobit 첨가제, (iii) Aspha-Min 첨가제, 및 (iv) 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트 첨가제로써 제조했다. Sasobit(Sasol Wax)를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 3%의 퍼센티지로 첨가했다. Aspha-Min(Eurovia)을 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 0.3%의 퍼센티지로 첨가했다. 소듐 폴리포스페이트 하이드레이트(ICL)를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 총 중량의 0.4%의 퍼센티지로 첨가했다. Sasobit, 제올라이트, 및 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트를 제조업자의 권장사항에 기초하여 12.5 ㎜ 수퍼페이브 혼합물에 첨가하고 혼합했다. 특히, 고온 혼합 시설에서 전형적인 도포 영역을 모의하기 위하여, 첨가제 Aspha-Min 및 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트를 아스팔트 바인더의 첨가 직전에 골재에 첨가했다 (RAP 칼라 시스템을 통하여 또는 특수하게 제작된 공급기 시스템을 이용하여 뉴메틱 공급 - 섬유의 첨가와 유사).
현장에서 발생하는 교통량을 (소규모로) 모의하기 위하여, 움직이는 휠 로드가 초당 약 한 사이클의 속도로 아스팔트 샘플의 위에 놓인 ¾ 인치의 가압된 호스에 가해지는 아스팔트 포장 분석기(APA)를 사용하여, 소성변형 평가를 수행했다. 모든 테스트 시험편을 6% 공기 공극(±0.2% 압축된 공기 공극)으로 다졌다. 다짐에 앞서, 테스트 시험편이6% 공기 공극이 발생하는 다짐 온도를 대표하는 오븐 온도에서 단기간 오븐 노화되었다. 이러한 조건은 건설업자가 현장 실습 동안, 그러나 각 중온 첨가제 혼합물에 의하여 허용된 온도에서, 달성하기 위하여 노력하는 목표 공기 공극 수준을 다시 모의할 것이다. APA 테스트를 64℃의 테스트 온도에서 진행했다. 샘플은 테스트 전에 최소 4 시간 동안 이러한 온도에서 컨디셔닝되었다(conditioned). 현장에서 발생하는 교통량을 (소규모로) 모의하기 위하여, 움직이는 휠 로드가 초당 약 한 사이클의 속도로 아스팔트 샘플의 위에 놓인 ¾ 인치의 가압된 호스에 가해지는 아스팔트 포장 분석기(APA)를 사용하여, 소성변형 평가를 수행했다. 100 lbs의 휠 로드 및 100 psi의 호스 압력을 포함하는 전형적인 로딩 구성을 사용했다. 컨디셔닝되자, 샘플이 25 사이클 시팅(seating) 로드를 거쳤다. 25 사이클이 완료되자, 초기 소성변형 깊이를 측정했다. 이후 20,000 로딩 사이클이 완료될 때까지 테스트를 계속했다. 초기 및 최종 소성변형 깊이 측정값의 차이를 APA 소성변형 깊이로서 계산했다.
도 3 및 4는 APA 테스트의 결과를 나타낸다. 도 6은 로딩 사이클의 함수로서 소성변형의 양(㎜)을 나타낸다. 도 7은 다양한 중온 아스팔트 혼합물 개질제 대 개질되지 않은 아스팔트의 평균 소성변형 깊이의 비교이다. 도 6의 오차 막대(error bar)는 한 표준편차를 나타낸다. 결과는 평균적으로 Sasobit 샘플이 가장 작은 소성변형 깊이를 달성한 반면, 제올라이트 샘플이 가장 큰 APA 소성변형 깊이를 축적했음을 나타낸다. 소듐 트리폴리포스페이트가 대조군 혼합물보다 약간 크지만 제올라이트 혼합물보다는 여전히 작은 소성변형 깊이를 가지는 것으로 밝혀졌다.
두 혼합물의 유도된 파라미터를 비교하기 위하여, 스튜던트의 t-테스트 분석(동일하거나 동일하지 않은 편차를 가정하는 두 샘플)을 이용하여 통계적 분석을 수행했다. t-테스트 이용에 앞서, 편차가 동일한지 동일하지 않은지를 결정하기 위하여 F-테스트를 이용했다. F-테스트의 결과가 적절한 t-테스트의 조건(동일하거나 동일하지 않은 편차)을 선택하기 위하여 이용되었다. 분석은 통상적인 테스트 결과 및 파라미터 중에서 소성변형 깊이가 통계적으로 동일한지 통계적으로 동일하지 않은지를 결정하기 위하여 이용되었다. 분석을 위하여 95% 신뢰도 간격을 선택했다. 통계적 비교의 결과는 95% 신뢰도 수준에서, 테스트된 모든 아스팔트 혼합물에 대한 소성변형 양은 통계적으로 동등했음을 나타냈다.
실시예 4 - 개질제 첨가제를 포함하는 아스팔트에서 피로 저항성의 평가
탄성빔 피로 테스트를 50 ㎜ 두께×63 ㎜ 너비×380 ㎜ 길이의 치수의 다져진 아스팔트 샘플의 피로 수명 및 피로 에너지를 결정하기 위하여 사용했다. 시스템은 "반복 휨 굽힘을 거친 다져진 고온 아스팔트 혼합물(HMA)의 피로 수명을 결정하기 위한 표준 테스트 방법"이라는 명칭의 AASHTO 설계 T321에 따라 공지인 테스트를 수행하도록 설계된다. 그러나, 시스템은 또한 응력 및 변형률 모두 제어된 모드를 위한 광범한 로딩 유형(하버사인(haversine) 및 사인형(sinusoidal))을 제공하도록 설계된다. 장치는 또한 넓은 범위의 가능한 온도 적용(-10℃ 내지 60℃)을 제공하도록 환경 챔버에 수용된다.
현재까지, 중온 아스팔트 혼합물의 휨 피로 저항성에 관한 문헌이 존재하지 않는다. 그러나, 피로 저항성을 제어하는 전형적인 특징에 기초하여, 중온 아스팔트 혼합물이 더 긴 피로 수명을 가지는 경향이 있을 것인데, 왜냐하면 재료가 더 낮은 온도에서 생산(혼합되고 다져짐)될 수 있어, 아스팔트 바인더를 조급하게 노화하고 강화(stiffening)하지 않기 때문이다.
아스팔트 혼합물 전체 피로 특징을 결정하기 위하여, 광범한 가해진 변형률 또는 응력에 걸쳐 다수의 샘플을 테스트했다. 샘플에 있어서, 아스팔트 혼합물은 상기한 것과 동일했다. 명시된 샘플 크기를 다지도록 변형된 실험실의 진동 다짐기로 샘플을 다졌다. 다져지면, 샘플을 약 65 ㎜ (W)×50 ㎜ (H)×380 ㎜ (L)의 치수로 절단한다. 비교의 목적으로, 최소 두 가지 상이한 크기의 인장 응력(300 및 700 마이크로-변형률)을 사용했다. 또한, 통계적 이유로, 응력 수준당 최소 두 가지의 샘플을 테스트했다. 결과가 표 2 및 도 8에 제시된다.
샘플 유형 인장 강도
(변형률) 		피로 수명
(사이클) 		초기 모듈러스
(MPa) 		공기 공극
(%)
PG64-22
대조군		 300 553,191 9,000 6.13
761,701 7,894 6.32
657,446 8,447 6.23
700 6,571 8,983 6.02
17,531 8,096 5.12
19,207 6,952 6.48
14,436 8,010 5.87
중온 혼합물
첨가제
ICL		 300 519,576 8,966 6.04
728,424 9,584 5.78
624,000 9,275 5.91
700 3,637 9,243 6.16
8,939 8,124 6.09
6,288 8,684 6.13
중온 혼합물
첨가제
제올라이트		 300 502,773 7,606 6.11
479,621 7,206 6.05
491,197 7,406 6.08
700 26,063 7,303 6.06
14,975 5,764 6.17
20,519 6,534 6.12
중온 혼합물
첨가제
Sasobit		 300 542,666 7,271 6.50
514,969 7,714 6.43
528,818 7,492 6.47
700 18,709 6,342 6.60
4,851 7,383 5.20
11,780 6,862 5.90
테스트 결과는 더 낮은 인장 변형률(tensile strain)에서, 대조군 혼합물(중온 첨가제 혼합물이 없음) 및 ICL 첨가제(소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트)가 Sasobit 및 제올라이트 첨가된 혼합물보다 더 긴 피로 수명을 가졌음을 나타낸다. 더 높은 인장 변형률 수준에서, 제올라이트 첨가된 혼합물이 가장 긴 피로 수명을 가졌고, ICL 첨가된 혼합물이 가장 짧은 피로 수명을 가졌다. 중요한 점은 300 인장 변형률 수준이 700 인장 변형률 수준보다 훨씬 더 실질적인 측정값이고, 따라서 700 수준에서 ICL 첨가된 혼합물에 대한 피로 수명 감소가 사소한 것으로 생각된다.
실시예 5 - 개질제 첨가제를 포함하는 아스팔트의 추가적인 다짐 특성
첨가제를 포함하는 중온 혼합물 및 포함하지 않는 중온 혼합물의 치밀화를 더욱 평가하기 위하여 시험편을 다졌다. PG67-22 바인더 및 12.5 ㎜ 화강암 수퍼페이브 설계를 이용하여 혼합물을 제조했다. 진동 다짐기를 사용하여 지름이150 ㎜인 실린더형 시험편을 다졌다. 다짐 압력은 120 psi였다. 수화 포스페이트 첨가제를 포함하지 않는 중온 혼합물이 300℉(149℃)에서 30 초 후에 원하는 7±1% 공기 공극을 달성했다. 동일한 다짐 조건이 또한 혼합물의 0.3 중량%의 소듐 트리폴리포스페이트 하이드레이트 및 혼합물의 0.11 중량%의 트리소듐 포스페이트 결정(ICL Performance Products LP)을 포함하는 혼합물에 대하여 사용되었다. 수화 포스페이트 첨가제를 포함하는 이러한 혼합물 모두에 대하여, 도 9에 나타나는 바와 같이 원하는 다짐이 190℉(88℃) 정도로 낮은 온도에서 달성되었다.
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상기 기재가 예시적이며 제한적이 아님을 의도함이 이해되어야 한다. 상기 기재를 읽으면 많은 구체예가 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상기 기재만을 참조하여 결정되어서는 안되고, 청구항 및 이러한 청구항이 권리를 가지는 균등물의 완전한 범위를 참조하여 결정되어야 한다.
본 발명의 요소 또는 이의 구체예 도입시, 관사 "하나"("a", "an"), "그"("the") 및 "상기"("said")는 하나 이상의 요소가 존재함을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는"("comprising", "including") 및 "가지는"("having")은 포괄적이고, 나열된 요소 이외에 추가적인 요소가 존재할 수 있음을 의미할 의도이다. 뿐만 아니라, 명시된 성분으로 "본질적으로 구성되는" 또는 "구성되는" 구체예가 또한 상기 성분의 반응 생성물을 포함을 이해해야 한다.
말단의 수치 범위 언급은 그 범위에 포함된 모든 숫자를 포함한다. 예를 들어, 1 내지 5인 것으로 기재되는 범위는 1, 1.6, 2, 2.8, 3, 3.2, 4, 4.75, 및 5를 포함한다.

Claims (25)

  1. 아스팔트 바인더 및 골재를 포함하는 아스팔트 포장 조성물, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 및 수화 포스페이트 개질제를 포함함.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 포장 조성물의 약 3% 내지 약 8중량%인 농도이고, 상기 골재는 아스팔트 포장 조성물의 약 90부피% 초과인 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 골재는 9.5 ㎜ 이상의 수퍼페이브(Superpave) 입도를 가짐을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제의 농도는 수화의 물이 아스팔트 바인더의 약 0.01% 이상 및 약 6.0중량% 이하인 농도가 되도록 하는 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제의 농도는 수화의 물이 아스팔트 바인더의 약 0.05% 이상 및 약 2.0중량% 이하인 농도가 되도록 하는 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트, 디마그네슘 포스페이트 트리하이드레이트, 디소듐 포스페이트 디하이드레이트, 트리소듐 포스페이트 결정, 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트, 테트라소듐 파이로포스페이트 도데카하이드레이트, 및 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트 또는 트리소듐 포스페이트 결정임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트는 아스팔트 포장 조성물의 약 0.20% 이상 및 약 1.00중량% 이하의 농도이고, 상기 트리소듐 포스페이트 결정은 아스팔트 포장 조성물의 약 0.020% 이상 및 약 1.00중량% 이하의 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트의 농도는 아스팔트 포장 조성물의 약 0.40중량%이고, 상기 트리소듐 포스페이트 결정의 농도는 아스팔트 포장 조성물의 약 0.11중량%임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물.
  10. 아스팔트 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 개질된 아스팔트 바인더.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 수화의 물이 아스팔트 바인더의 적어도 약 0.01 % 및 약 6.0중량% 이하인 농도가 되도록 하는 농도임을 특징으로 하는 개질된 아스팔트 바인더.
  12. 제10항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트, 디마그네슘 포스페이트 트리하이드레이트, 디소듐 포스페이트 디하이드레이트, 트리소듐 포스페이트 결정, 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트, 테트라소듐 파이로포스페이트 도데카하이드레이트, 및 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨을 특징으로 하는 개질된 아스팔트 바인더.
  13. 제10항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트 또는 트리소듐 포스페이트 결정임을 특징으로 하는 개질된 아스팔트 바인더.
  14. 제13항에 있어서, 상기 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트는 아스팔트 바인더의 약 0.25% 이상 및 약 2.0중량% 이하의 농도이고, 상기 트리소듐 포스페이트 결정은 아스팔트 바인더의 약 0.25% 이상 및 약 1.50중량% 이하의 농도임을 특징으로 하는 개질된 아스팔트 바인더.
  15. 아스팔트 포장 조성물이 특정 다짐도를 달성하기 위하여 특정 압축력을 거치고, 수화 포스페이트 개질제를 첨가하여 아스팔트 포장 조성물을 개질하는 것을 포함하는, 온도 범위 감소 방법.
  16. 아스팔트 포장 조성물을 생산하기 위하여 아스팔트 바인더, 골재, 및 수화 포스페이트 개질제를 혼합하는 단계를 포함하는, 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 골재와 혼합되어 골재 및 수화 포스페이트 개질제를 포함하는 개질된 골재를 형성하고, 상기 아스팔트 바인더는 상기 개질된 골재와 혼합되어 아스팔트 포장 조성물을 생산함을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 골재와 혼합되어 아스팔트-골재 혼합물을 형성하고, 상기 수화 포스페이트 개질제는 상기 아스팔트-골재 혼합물과 혼합되어 아스팔트 포장 조성물을 생산함을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 골재와 혼합되기 전에 약 190℉(약 88℃) 이상 및 약 300℉(약 150℃) 이하인 온도로 가열되고, 상기 골재는 상기 아스팔트 바인더와 혼합되기 직전에 약 240℉(약 115℃) 이상의 온도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 골재와 혼합되기 전에 약 220℉(약 104℃) 이상 및 약 280℉(약 138℃) 이하인 온도로 가열되고, 상기 골재는 상기 아스팔트 바인더와 혼합되기 직전에 약 240℉(약 115℃) 이상의 온도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 아스팔트 포장 조성물의 약 3% 내지 약 8중량%인 농도이고, 상기 골재는 아스팔트 포장 조성물의 약 90부피% 초과인 농도이며, 상기 수화 포스페이트 개질제는 수화의 물이 아스팔트 바인더의 약 0.01 % 이상 및 약 6.0중량% 이하인 농도가 되도록 하는 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트, 디마그네슘 포스페이트 트리하이드레이트, 디소듐 포스페이트 디하이드레이트, 트리소듐 포스페이트 결정, 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트, 테트라소듐 파이로포스페이트 도데카하이드레이트, 및 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 수화 포스페이트 개질제는 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트 또는 트리소듐 포스페이트 결정임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 소듐 트리폴리포스페이트 헥사하이드레이트는 아스팔트 포장 조성물의 약 0.20% 이상 및 약 1.00중량% 이하의 농도이고, 상기 트리소듐 포스페이트 결정은 아스팔트 포장 조성물의 약 0.02% 이상 및 약 1.00중량% 이하의 농도임을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 골재는 9.5 ㎜ 이상의 수퍼페이브 입도를 가짐을 특징으로 하는 아스팔트 포장 조성물 제조 방법.
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