KR20140060038A - 아스팔트 표면 보수제, 이의 제조방법 및 아스팔트 균열 보수방법 - Google Patents

아스팔트 표면 보수제, 이의 제조방법 및 아스팔트 균열 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 표면 보호재, 이의 제조방법 및 아스팔트 균열 보수방법에 관한 것으로, 개질 아스팔트 48~60 중량%, 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머 18~25 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%로 이루어지는 아스팔트 표면 보호재 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 아스팔트 균열 보수방법을 제공함으로써, 아스팔트 덧씌우기나 재포장을 하지 않아도 아스팔트 포장체의 내구성을 증진하고 수명주기를 증가시켜서 유지관리 비용 절약 및 포장체의 안정성 및 주행성 등을 개선할 수 있도록 한 것이다.

Description

아스팔트 표면 보호재, 이의 제조방법 및 아스팔트 균열 보수방법{A Asphalt sealant composition, preparing method for thereof and repairing method of road}
본 발명은 아스팔트 표면 보호재, 이의 제조방법 및 아스팔트 균열 보수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개질 아스팔트에 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머(poymer)와 말텐 오일(maltenes oil)을 특정 배합 비율로 첨가하여 제조한 아스팔트 표면 보호재를 이용하여 아스팔트 균열을 보수하는 방법에 관한 것이다.
아스팔트는 암갈색 혹은 검정의 결합성이 있는 고형 또는 반고형의 물질로써, 그 주성분은 천연 혹은 원유의 증류에 의하여 얻은 역청(Bitumen)을 말한다.
일반적으로 아스팔트는 외부 온도 변화에 취약한데, 저온에서는 취성을 나타내어 균열을 발생시키며, 고온에서는 점도가 낮아져 유동에 의한 소성변형이 나타나는 문제점이 발생하고, 차량 등록 대수가 점차 확대되면서 교통량의 증가 및 화물차의 적체 중량 등의 이유로 도로 등에 반복하중에 의한 이러한 이유로 골재 등과 아스팔트를 혼합하여 도로나 활주로 등에 포장한 이후에는 계절에 따른 온도변화와 차량 등에 의한 반복하중에 의해, 기존 아스팔트 포장 도로의 경우에는 심한 변형이나 균열이 나타나는 현상이 발생하여 포장의 수명이 급격히 단축되고 있는 실정이다.
그러므로, 아스팔트 포장관리 기관에서는 아스팔트 포장체가 파손이 되면 일부 절삭하고 아스팔트에 덧씌우기를 실시하여 포장수명을 1~2년 늘리는 경우가 많다.
하지만, 1~2년 주기로 아스팔트 덧씌우기를 하게 되면 유지관리비가 증가되어 보수비용의 증가를 초래하게 된다. 또한, 반복적인 덧씌우기 작업은 포장체 하부의 품질 감소율은 계속해서 증가하여 보통 5년에 전체 포장체를 재포장하는 경우가 많은 실정이다.
그리고, 이러한 유지보수비용, 에너지 소비, 사회-환경 영향, 운전자 또는 보행자의 안전, 시설물 관리 책임 등에 대한 문제 때문에 아스팔트 포장체의 유지관리에 매우 중요하게 다루어지고 있다.
이의 문제를 해결하기 위해, 파손된 아스팔트 포장 도로를 보수하기 위한 실란트가 개발되고 있다.
이 중, 대한민국 특허등록 제10-0388810호는 각종 포장도로, 건축물, 교량 및 구조물의 신설 및 보수에 사용할 수 있는 아스팔트 40 내지 70 중량부, 폐타이어 고무분말 0.5 내지 40 중량부, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 2 내지 15 중량부 및 페놀 수지 0.02 내지 10 중량부를 포함하는 아스팔트 실란트 조성물이 공지되어 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0641021호는 아스팔트 80 ~ 94 중량%에 아크릴수지 3 ~ 7 중량%, 2-메틸프로펜 2 ~ 9 중량%, 전기석 1 ~ 8중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 접착력과 방수성이 우수하여 균열 보수에 이용되는 아스팔트 조성물을 공개하고 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0714162호는 아스팔트 85 ~ 92중량%와 아크릴수지 4 ~ 5 중량%, 2-메틸프로펜 3 ~ 7 중량%, 굳기가 7.33이고 비중이 3.15인 전기석 1 ~ 3 중량%의 혼합으로 조성된 혼합물을 이용하여 아스콘 포장도로의 균열을 보수하는 방법 및 장치가 개시되어 있다.
이에, 본 발명자도 아스팔트 도로의 유지보수 및 에너지 절약, 사호-환경 양향 문제, 운전자 또는 보행자의 안전을 위하여, 아스팔트 도로 파손 시 기존 아스팔트로 덧씌우기를 하는 것이 아니라 아스팔트 균열 부위를 보수할 수 있으면서 아스팔트 표면을 보호하여 수명을 연장할 수 있는 신규한 아스팔트 표면 보호재를 개발하고자 하였다.
이에, 본 발명의 목적은 개질 아스팔트에 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머(poymer)와 말텐 오일(maltenes oil)을 특정 배합 비율로 첨가하여 아스팔트 포장 도로의 균열에 충전하거나 충전하고 표면에 포설하여 경화시켜서 보수함으로써, 아스팔트 덧씌우기나 재포장을 하지 않아도 아스팔트 포장체의 내구성을 증진하고 수명주기를 증가시켜서 유지관리 비용 절약 및 포장체의 안정성 및 주행성 등을 개선할 수 있는 아스팔트 표면 보호재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 아스팔트 표면 보호재의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 아스팔트 표면 보호재를 이용한 아스팔트 균열 보수방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개질 아스팔트 48~60 중량%, 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머 18~25 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%로 이루어지는 아스팔트 표면 보호재 조성물을 제공한다.
또한, 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 폴리머를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 나노 폴리머 18~25 중량%에 아스팔트 48~60 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%를 혼합하고 200~210℃에서 가열하여 용융시켜서 아스팔트 표면 보호재를 제조하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 보호재 제조방법을 제공한다.
또한, 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 아스팔트 표면 보호재는 용융 상태에서 아스팔트 포장 도로 표면의 균열 부위를 충전하거나 충전하고 표면에 포설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 균열 보수 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.
또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 개질 아스팔트에 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머(poymer)와 말텐 오일(maltenes oil)을 특정 배합 비율로 첨가하여 아스팔트 포장 도로의 균열에 충전하거나 충전하고 표면에 포설하여 경화시켜서 보수함으로써, 아스팔트 덧씌우기나 재포장을 하지 않아도 아스팔트 포장체의 내구성을 증진하고 수명주기를 증가시켜서 유지관리 비용 절약 및 포장체의 안정성 및 주행성 등을 개선할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에서 개질(Modified) 아스팔트는 특정용도의 도로포장에 사용하기 위하여 아스팔트 시멘트에 합성수지나 고무 계통의 열가소성 탄소중합체인 SBS (Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer), 폴리프로필렌(polypropylene), 폐타이어 등의 고분자를 첨가하고 분자결합을 유도하여 고분자 아스팔트 사이의 안정적이고 강력한 결합을 유지시킴으로써, 소성변형 및 균열을 방지하면서 저장안정성을 개선한 아스팔트를 말한다. 이때, 본 발명에서는 아스팔트 표면 보호재로서 기존 아스팔트 포장체와 유사한 성분으로 일체화시킬 수 있는 베이스 역할을 한다.
본 발명에서 나노 폴리머는 기존 개질 아스팔트에 혼합된 폴리머와 함께 시너지 효과를 제공하여 균열된 아스팔트의 산화를 지연시키고 아스팔트 내 골재와 골재 사이의 접착력을 강화시켜서 포장 생애주기를 연장시키고 아스팔트 표면에 포설하여 경화 시 표면의 미세한 균열을 봉합하고 표면으로부터 골재 탈리 방지 역할을 한다.
이때, 본 발명에서 사용하는 나노 폴리머는 폴리프로필렌, 피셔트롭시 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는데, 저분자 또는 고분자 폴리머를 사용하지 않아 마모는 최소화하면서 아스팔트 침투 및 부착성은 개선한 것이다.
본 발명에서 폴리프로필렌(polypropylene)은 중량 평균분자량이 5,000∼600,000인 것을 사용하는 것이 바람직한데 열가소성 고분자로서 탄성을 높여주고 저온 균열에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 한다.
본 발명에서 클로로프렌 고무(chloroprene)는 중량 평균분자량이 5,000∼600,000인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 신장율, 강도보강, 접착성, 내열성 및 내후성을 개선하는 역할을 한다.
본 발명에서 피셔트롭시 왁스는 피셔-트롭시 합성법에 의해 생성된 왁스 또는 시판되고 있는 왁스를 사용하는데, 융점이 70℃ 내지 120℃인 중량 평균 분자량이 500~30,000인 것을, 보다 바람직하게는 600~1,300인 것을 사용하는 것이 바람직하고 본 발명에서 강도를 보강하고 이형 효과를 제공한다.
본 발명에서 나노 폴리머는 상술한 세 성분의 조합으로 구성됨으로써, 균열된 아스팔트에 표면 보호재로서 강도보강과 골재탈락방지 및 소성변형저항성에 대해 시너지 효과를 나타나게 해 준다.
하지만, 본 발명의 나노 폴리머에서 폴리프로필렌 함량이 지나치게 높을 경우에는 다른 폴리머와의 반응성이 낮아져서 세 성분의 시너지 효과가 감소할 수 있고, 클로로프렌 고무 함량이 과도하게 높은 경우에는 폴리머 간 가교가 잘 이루어지지 않아 점착력이 감소할 수 있으며, 피셔트롭시 왁스 함량이 지나치게 높은 경우에는 아스팔트 침입도가 감소하고 연화점이 과도하게 상승하는 등의 문제가 발생할 수 있어서 목적에 따라서 세 성분의 혼합 비율을 조절할 수 있다. 다만, 상술한 문제의 발생을 억제하기 위하여, 가급적이면 나노 폴리머 100 중량% 기준으로 각 성분은 적어도 20 중량% 이상을 사용하면서 각 성분이 60 중량%를 이하가 되도록 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 다양한 용도로 사용할 수 있도록 각각 동량을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명의 목적에 부합될 수 있다면 상술한 사용 범위로 폴리머의 사용이 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 말텐 오일은 아스팔트에서 아스팔텐(asphaltene)과 분리한 말텐(maltenes)을 N-펜탄(normal pentane) 등의 저비점 포화탄화수소에 용해시킨 후 알루미나 겔(alumina gel) 또는 실리카 겔(silica gel)에 통과시켜서 레진과 분리하여 수득한 오일 성분을 말한다. 이때, 말텐 오일은 점도와 연화점을 낮춰서 작업성을 원활하게 하면서 균열된 아스팔트 부분의 침입도를 증가시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재는 개질 아스팔트 48~60 중량%, 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머 18~25 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%로 이루어진다.
본 발명에서 개질 아스팔트는 전체 100 중량% 기준으로 48 중량% 미만을 사용하면 기존 아스팔트 포장체와 일체화되는 것이 저하되고 60 중량%를 초과하여 사용하면 다른 필수 성분인 나노 폴리머와 말텐 오일을 충분하게 사용하지 못해서 상술한 사용범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 나노 폴리머와 말텐 오일도 각각 전체 100 중량% 기준으로 각각 18 중량% 및 22 중량% 미만을 사용하면 상술한 효과가 미미하고 25 중량% 및 27 중량%를 초과하여 사용하면 다른 필수 성분을 충분하게 사용하지 못하면서 상술한 문제점이 발생할 수 있어서, 상술한 사용범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재는 아스팔트 도로의 보수 공사에 최적으로 사용할 수 있다. 즉, 아스팔트의 미세한 균열에도 침투가 용이하고 고무라텍스 성분에 의해서 접착력이 증대되고 방수성능이 증대되어 아스팔트 운영 중에 우수가 포장층으로 침투하지 못해 아스팔트 내구성을 증가시킨다.
본 발명에서 바람직한 아스팔트 표면 보호재 제조공정은 다음과 같다.
[제 1 공정] 나노 폴리머 제조 공정
폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 폴리머를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조한다.
[제 2 공정] 아스팔트 표면 보호재 제조 공정
(b) 상기 나노 폴리머 18~25 중량%에 아스팔트 48~60 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%를 혼합하고 200~210℃에서 가열하여 용융시켜서 아스팔트 표면 보호재를 제조한다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 시공방법은 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재는 상술한 제조 공정을 따르되, 현장에서 용융하여 사용할 수 있도록 교반기가 부착되고 가열기가 설치된 탱크가 이동수단에 장착되고 탱크 내에서 노면으로 아스팔트 표면 보호재가 균일하게 토출되도록 탱크와 일정한 압력을 유지하는 컴프레셔와 연결된 노즐로 구성된 장비를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 아스팔트 포장 도로의 균열 부분은 이물질이 없도록 시공 전에 수세하고 건조하는 단계를 수행한다.
이때, 아스팔트 포장체에서 크기가 1 mm 이상의 균열에는 커터를 이용하여 균열 부위를 커팅한 다음 본 발명에 따라 제조된 용융상태의 아스팔트 보호재를 충전하여 건조시키고, 2차 피로 균열 및 거북 등 균열처럼 크기가 1 mm 이하의 미세한 균열에는 균열 부위에 충전한 후 다시 포설하고 건조시켜, 아스팔트 포장 도로를 보수한다.
나아가, 본 발명에 따른 아스팔트 보호재는 아스팔트 표면에 0.6 ℓ/㎡~1.2 ℓ/㎡ 정도로 포설할 경우 대기 온도가 15℃ 전후인 경우에는 3 시간 정도에서 경화(settening up)되기 때문에, 시공 후 4 시간 정도면 도로 통행이 가능할 정도로 표면 마찰력을 제공한다.
또한, 본 발명의 아스팔트 보호재는 포설 후 4일정도가 지나면 포장체 내 최소 6.0 mm 까지 침투하여 아스팔트 밀골재와 골재의 접착력을 증대하여 생애주기를 2년 정도 연장시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재는 아스팔트의 미세한 균열에도 침투가 용이하고 고무라텍스 성분에 의해서 접착력과 방수 성능이 증대되어 아스팔트 운영 중에 우수가 포장층으로 침투하지 못해 아스팔트 내구성을 증가시킬 수가 있음을 확인하고 이를 아스팔트 포장 도로의 보수 공사에 적용함으로써, 아스팔트 덧씌우기나 재포장을 하지 않아도 아스팔트 포장체의 내구성을 증진하고 수명주기를 증가시켜서 유지관리 비용 절약 및 포장체의 안정성 및 주행성 등을 개선할 수 있도록 한 것이다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예로써 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것임은 아니다.
[ 실시예 ]
[ 실시예 1]
폴리프로필렌 33.3 중량%, 피셔트롭스 왁스 33.3 중량% 및 클로로프렌 고무 33.4 중량%를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조한 후, 상기 나노 폴리머 20 중량%에 아스팔트 55 중량% 및 말텐 오일 25 중량%를 혼합하고 200℃에서 가열하여 용융시켜서, 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재를 수득하였다.
[ 실시예 2]
폴리프로필렌 20 중량%, 피셔트롭스 왁스 40 중량% 및 클로로프렌 고무 40 중량%를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조한 후, 상기 나노 폴리머 25 중량%에 아스팔트 48 중량% 및 말텐 오일 27 중량%를 혼합하고 210℃에서 가열하여 용융시켜서, 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재를 수득하였다.
[ 실시예 3]
폴리프로필렌 30 중량%, 피셔트롭스 왁스 40 중량% 및 클로로프렌 고무 30 중량%를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조한 후, 상기 나노 폴리머 18 중량%에 아스팔트 60 중량% 및 말텐 오일 22 중량%를 혼합하고 200℃에서 가열하여 용융시켜서, 본 발명에 따른 아스팔트 표면 보호재를 수득하였다.
[ 실험예 ]
본 실험은 JIS K 2208 및 2207의 시험방법에 따라 본 발명에 따른 실시예를 실험하여 아스팔트 표면 보호재로서의 특성을 확인하고자 하였으며, 이의 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 규격 일반제품 실시예 1 실시예 2 실시예 3 측정방법
점도(앵글러도 25℃) 2~15 6.5 2.1 3.1 2.8 JIS K 2208
증발잔류분질량(%) 50이상 51 62 65 61 JIS K 2208
침입도(25℃,1/10㎜) 10~50 31 45 40 43 JIS K 2207
신도(7℃,㎝) 50이상 72 93 97 91 JIS K 2207
연화점(℃) 60이상 78 89 91 84 JIS K 2207
톨루엔가용분(%) 96이상 97 99 101 98 JIS K 2207
상술한 결과, 본 발명의 아스팔트 표면 보호재는 점도가 낮아서 아스팔트 속으로 침투가 용이하고 증발 잔류분 질량이 50% 이상이어서 자동차 타이어에 의한 마노가 적고, 연화점이 적절하게 높아서 여름철에 쉽게 분해(Breaking)되지 않을 것으로 판단된다.

Claims (6)

  1. 개질 아스팔트 48~60 중량%, 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 나노 폴리머 18~25 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%로 이루어지는 아스팔트 표면 보호재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 폴리머는 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무를 동량 혼합하고, 120℃에서 가열하여 수득한 폴리머인 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 보호재 조성물.
  3. (a) 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무로 이루어지는 폴리머를 혼합하고, 120℃에서 가열하여 나노 폴리머를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 나노 폴리머 18~25 중량%에 아스팔트 48~60 중량% 및 말텐 오일 22~27 중량%를 혼합하고 200~210℃에서 가열하여 용융시켜서 아스팔트 표면 보호재를 제조하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 보호재 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 폴리프로필렌, 피셔트롭스 왁스 및 클로로프렌 고무를 동량 혼합하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 보호재 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 아스팔트 표면 보호재는 용융 상태에서 아스팔트 포장 도로 표면의 균열 부위를 충전하거나 충전하고 표면에 포설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 균열 보수 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    아스팔트 포장 도로 표면의 균열 크기가 1.0 mm 이상인 경우에는 균열 부위를 충전하고, 1.0 mm 이하인 경우에는 균열 부위를 충전하고 표면에 포설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 아스팔트 표면 균열 보수 방법.
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