KR20180090895A - 발포 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 재생 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 아스팔트 포장, 및 이를 이용한 아스팔트 포장 형성 방법 - Google Patents
발포 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 재생 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 아스팔트 포장, 및 이를 이용한 아스팔트 포장 형성 방법 Download PDFInfo
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Abstract
발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 이용한 재생 아스팔트 조성물, 아스팔트 포장 및 아스팔트 포장 형성 방법이 본 명세서에 제공된다. 예시적인 발포 아스팔트 조성물은 셀 매트릭스 형태이고, 베이스 아스팔트 성분 및 산화 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 예시적인 아스팔트 포장은 상기 발포 아스팔트 조성물 및 재생 아스팔트 성분을 포함하는 재생 아스팔트 층을 포함한다. 아스팔트 포장을 형성하는 예시적인 방법은 베이스 아스팔트 성분 및 산화 고밀도 폴리에틸렌을 결합하여 아스팔트 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 아스팔트 혼합물은 물과 압축 공기를 사용하여 발포되어 발포 아스팔트 조성물을 형성한다. 발포 아스팔트 조성물 및 재생 아스팔트 성분은 결합되어 재생 아스팔트 조성물을 형성한다. 재생 아스팔트 조성물로 재생 아스팔트 층이 형성된다.
Description
본 출원은 2015년 12월 31일자로 출원된 미국 가출원 제62/273,742호의 우선권을 주장하고, 2016년 12월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제15/370,683호의 우선권을 또한 주장한다.
기술분야는 일반적으로 발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 포함하는 재생 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 포함하는 아스팔트 포장, 및 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 아스팔트 포장을 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 기술분야는 우수한 항-변형 성능을 갖는 아스팔트 포장을 제공하는 발포 아스팔트 조성물 및 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 아스팔트 포장을 형성하는 방법에 관한 것이다.
아스팔트 조성물은 도로 건설 및 유지 보수용 포장 재료로서 일반적으로 사용된다. 일반적으로 "아스팔트 바인더(asphalt binder)" 또는 "아스팔트 시멘트(asphalt cement)"라고도 종종 칭하여지는 아스팔트는 골재와 혼합되어 아스팔트 포장에 사용되는 재료를 형성한다. 무리들(crews)을 포장하여 이 재료를 가공하고 사용하여 아스팔트 포장을 수득한다. 아스팔트 포장은 일반적으로 아스팔트가 골재에 부착됨으로써 아스팔트의 연속 상 내에 유지되는 골재 층을 포함한다.
도로 유지 또는 교체에 따라 형성된 아스팔트 포장은 종종 통상적인 고온 혼합 아스팔트(HMA) 층 아래에 배치된 베이스 층(base layer)으로서 재생 아스팔트 층을 포함한다. 콜드 인 플레이스(cold-in-place) 및 콜드 인 플랜트(cold-in-plant) 기술을 포함하는 콜드 리사이클링 기술은 재생 아스팔트 층을 형성하기 위해 일반적으로 사용되며, 재생 아스팔트 포장(RAP)은 활성 충진제(예, 시멘트, 석회 등) 및 프레쉬 골재와 같은 다른 임의의 성분들 중에 발포 아스팔트 조성물과 함께 분쇄되고 재구성된다. 발포 아스팔트 조성물은 약 10℃ 내지 약 50℃의 주위 공정 온도에서 RAP 및 다른 임의의 성분들의 일반적으로 균일한 혼합 및 바인딩을 가능하게 한다. 이하 "저온(low-temperature)" 또는 "냉(cold)" 공정으로 간주되는 이러한 비교적 낮은 온도에서의 공정은 에너지 소비 및 유해 물질 방출을 최소화할 수 있으며, 목표 물리적 성능을 달성하면서 프레쉬 골재 대신에 더 많은 RAP를 사용할 수 있게 한다.
현재, 재생 아스팔트 층을 형성하기 위해 사용되는 발포 아스팔트 조성물은 물과 아스팔트로 구성된다. 발포 아스팔트 조성물에 추가의 개질제, 예를 들어 엘라스토머 첨가제를 포함시킬 수 없다는 것이 일반적으로 받아 들여지고 있으며, 그 이유는 이러한 첨가제가 효과적인 발포를 억제하기 때문인 것으로 여겨진다. 그러나, 통상적인 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성된 재생 아스팔트 층은 일반적으로 불량한 영구 변형 저항성을 나타내어, 특히 시간이 지남에 따라 교통량이 많고 채널화된 교통량을 겪게 되는 아스팔트 포장에 울퉁불퉁한 형성(rut formation)을 가져온다. 재생 아스팔트 층에 기인한 러팅(rutting) 경향을 설명하기 위해, HMA 층 두께는 일반적으로, 산업 표준 JTG E20-2011 사양(Industry Standard JTG E20-2011 Specification)의 T0719-2011 및 고속도로 공학을 위한 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법(중국)(Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixture for Highway Engineering, China)에 따라 측정시, 적어도 5000 사이클/mm의 안티-러팅(anti-rutting) 성능을 달성하기 위해 전형적으로 8cm를 초과하는 HMA 층 두께를 갖는 안티-러팅 성능 목표를 충족시키도록 조정된다.
따라서, 발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 이용한 최대화된 안티-러팅 성능을 갖는 재생 아스팔트 조성물, 아스팔트 포장, 및 아스팔트 포장 형성 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 바람직한 특징들 및 특성들은 첨부 도면들 및 이러한 배경과 관련하여 취해진 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 이용한 재생 아스팔트 조성물, 아스팔트 포장 및 아스팔트 포장 형성 방법이 본 명세서에 제공된다. 일 구현으로, 발포 아스팔트 조성물은 베이스 아스팔트 성분 및 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 발포 아스팔트 조성물은 셀 매트릭스 형태이다.
다른 구현으로, 아스팔트 포장은 재생 아스팔트 층을 포함한다. 재생 아스팔트 층은 발포 아스팔트 조성물 및 재생 아스팔트 성분을 포함한다. 발포 아스팔트 조성물은 베이스(base) 아스팔트 성분 및 산화 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
다른 구현으로, 아스팔트 포장을 형성하는 방법은 베이스 아스팔트 성분과 산화 고밀도 폴리에틸렌을 결합하여 아스팔트 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 아스팔트 혼합물, 물 및 압축 공기가 발포되어 발포 아스팔트 조성물을 형성한다. 발포 아스팔트 조성물과 재생 아스팔트 성분은 결합되어 재생 아스팔트 조성물을 형성한다. 재생 아스팔트 층은 재생 아스팔트 조성물로 형성된다.
다양한 구현들은 이하의 도면과 관련하여 이후에 설명될 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타내며, 여기서:
도 1은 일 구현에 따른 발포 아스팔트 조성물을 형성하는 아스팔트 발포 장치 및 공정의 개략도이며;
도 2는 일 구현에 따른 아스팔트 포장의 개략적인 횡-단면도이며; 그리고
도 3은 일 구현예에 따른 콜드 인 플레이스 기술을 사용하는 아스팔트 포장을 형성하는 재포장 장치 및 공정의 개략도이다.
도 1은 일 구현에 따른 발포 아스팔트 조성물을 형성하는 아스팔트 발포 장치 및 공정의 개략도이며;
도 2는 일 구현에 따른 아스팔트 포장의 개략적인 횡-단면도이며; 그리고
도 3은 일 구현예에 따른 콜드 인 플레이스 기술을 사용하는 아스팔트 포장을 형성하는 재포장 장치 및 공정의 개략도이다.
하기의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 포함하는 아스팔트 포장재, 및 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 아스팔트 포장을 형성하는 방법을 한정하려는 것은 아니다. 또한, 상술한 배경기술 또는 하기의 상세한 설명에 제시된 어느 이론으로 한정하려는 것은 아니다.
발포 아스팔트 조성물, 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하는 재생 아스팔트 조성물, 아스팔트 포장 및 아스팔트 포장 형성 방법이 본 명세서에 제공되며, 이는 최대화된 안티-러팅 성능을 제공한다. 특히, 발포 아스팔트 조성물은 베이스 아스팔트 성분에 부가적으로 산화 고밀도 폴리에틸렌(OxHDPE)을 포함하며, 상기 OxHDPE는 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성된 재생 아스팔트 층 및 재생 아스팔트 포장(RAP)에 최대화된 안티-러팅 성능을 제공한다. 본 명세서에 언급된 발포 아스팔트 조성물은 셀 매트릭스 형태이며, 압축 공기, 물 및 발포체 노즐을 사용하여 베이스 아스팔트 성분 및 OxHDPE의 아스팔트 혼합물을 발포시킴으로써 형성될 수 있다. 본 명세서에서 언급된, RAP는 수리, 교체 또는 제거되는 기존 구조물(예를 들어, 기존 도로, 주차장 등)로부터 얻어진 분쇄된 아스팔트 포장이다. 재생 아스팔트 층을 덮는 고온 혼합 아스팔트(HMA) 층을 포함하는 아스팔트 포장에 사용되는 경우, 본 명세서에 기술된 재생 아스팔트 층의 최대화된 안티-러팅 성능은 아스팔트 포장을 위한 목표 안티-러팅 성능을 충족시키는데 통상적으로 필요했던 것보다 더 얇은 HMA 층으로 목표 안티-러팅 성능이 달성될 수 있게 한다. 또한, 구현으로, 산화 고밀도 폴리에틸렌과 상이하고, 산화 저밀도 폴리에틸렌(OxLDPE), 산화되지 않은 폴리에틸렌 호모폴리머 또는 이들의 조합으로부터 선택된 추가의 폴리에틸렌이 또한 OxHDPE에 부가적으로 발포 아스팔트 조성물에 포함된다. 추가의 폴리에틸렌은 예기치 않게 최대화된 간접 인장 강도를 갖는 재생 아스팔트 층을 제공하고, 160℃에서 발포 아스팔트 조성물의 점도를 최소화하여 RAP의 표면 코팅을 향상시켜, 이에 따라 통상적인 재생 아스팔트 층과 비교하여 재생 아스팔트 층을 더욱 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 발포 아스팔트 조성물은 베이스 아스팔트 성분 및 OxHDPE를 포함한다. 본 명세서에서 언급된 베이스 아스팔트 성분은 폴리머가 없는 순수한(neat) 아스팔트이다. 순수한 아스팔트는 종종 석유 정제 또는 정제 작업 후의 부산물이며, 공기 취입 아스팔트, 혼합 아스팔트, 갈라진 또는 잔류 아스팔트, 석유 아스팔트, 프로판 아스팔트, 스트레이트-런 아스팔트, 열 아스팔트 등을 포함한다. 구현으로, 베이스 아스팔트 성분은 발포 아스팔트 조성물 중에 발포 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 건조 기준으로 약 92 내지 98중량%와 같이 약 88 내지 약 98중량%의 양으로 존재한다.
OxHDPE는 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성되는 재생 아스팔트 층에 최대화된 안티-러팅 성능을 제공하기 위해 상기 발포 아스팔트 조성물에 제공된다. 구현으로, 본 명세서에 언급된 OxHDPE는 약 0.97 내지 약 1.01g/cm3의 밀도를 갖는 산화 폴리에틸렌이다. 구현으로, OxHDPE는 약 1000 내지 약 10,000 달톤과 같은 약 1000 내지 약 30,000 달톤의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다. 또한, 구현으로, OxHDPE는 예를 들어, 약 5 내지 약 50(예를 들어, 약 5 내지 약 50mg KOH/g의 산가), 바람직하게는 약 15 내지 약 40(예를 들어, 약 15 내지 약 40mg KOH/g의 산가)의 산값(acid number)으로 표시되는 바와 같은 카르복시기 함량과 같은 산화도를 가질 수 있다. 산값은 통상적인 기술에 따라 페놀프탈레인을 지표로 하여 시각적 "핑크(pink)" 종점까지 0.1N 알콜성 수산화칼륨(KOH) 용액으로 OxHDPE의 용액을 적정하여 측정할 수 있다. 구현으로, OxHDPE는 ASTM D4402에 따라 측정되는 바와 같이 150℃에서 약 100 내지 약 20000cP의 점도를 갖는다. 적합한 OxHDPE의 예로는 이에 한정하는 것은 아니나, 뉴저지 주 모리스 타운에 본사가 있는, Honeywell International Inc.에 의해 제조되는, Honeywell Titan® 7456, Honeywell Titan® 7686, Honeywell Titan® 7376, Honeywell Titan® 7608, Honeywell Titan® 7709, and Honeywell Titan® 7410 산화 고밀도 폴리에틸렌 호모폴리머가 포함된다.
구현으로, 상기 발포 아스팔트 조성물은 산화 고밀도 폴리에틸렌과 상이한 추가의 폴리에틸렌을 더 포함한다. 추가의 폴리에틸렌은 발포 아스팔트 조성물을 포함하는 재생 아스팔트 층의 안티-러팅 이외의 물리적 특성을 조절하기 위해 발포 아스팔트 조성물에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 발포 아스팔트 조성물에 OxHDPE를 포함시킴으로써, 상기 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성된 재생 아스팔트 층의 간접 인장 강도(ITS)는 종래의 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성된 재생 아스팔트 층에 비해 감소된다. 그러나, 추가의 폴리에틸렌을 포함시킴으로써, 종래의 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 형성된 재생 아스팔트 층과 적어도 동등한 ITS 성능이 달성될 수 있으며, 종종 증가된 ITS 성능이 관찰되는 것을 예기치 않게 발견하였다. ITS는 균열 및 현장 포장 수분 손상 가능성과 관련이 있는 것으로 여겨진다.
추가의 폴리에틸렌은 비산화 폴리에틸렌 호모폴리머, 산화 저밀도 폴리에틸렌(OxLDPE), 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 구현으로, 추가의 폴리에틸렌은 OxLDPE이고, 약 0.84 내지 약 0.95g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 구현으로, OxLDPE는 예를 들어, 약 1000 내지 약 5000 달톤과 같은 약 1000 내지 약 10000 달톤의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다. 또한, 구현으로, OxLDPE는 예를 들어, 약 5 내지 약 30(예를 들어, 약 5 내지 약 30mg KOH/g의 산가), 바람직하게는 약 10 내지 약 20(예를 들어, 약 10 내지 약 20mg KOH/g의 산가)의 산값으로 나타낸 바와 같은 카르복시기 함량과 같은 산화도를 가질 수 있다. 산값은 통상적인 기술에 따라 페놀프탈레인을 지표로 하여 시각적 "핑크(pink)" 종점까지 0.1N 알콜성 수산화칼륨(KOH) 용액으로 OxHDPE의 용액을 적정하여 측정할 수 있다. 다른 구현으로, 추가의 폴리에틸렌은 비산화된 폴리에틸렌 호모폴리머이고, ASTM D4402에 따라 측정시 140℃에서 약 0.87 내지 약 0.98g/㎤의 밀도 및 약 10 내지 약 7000cP의 점도를 가질 수 있다. 적절한 부가적인 폴리에틸렌의 특정 예는 Honeywell Titan® 7183, Honeywell Titan® 7595 및 Honeywell Titan® 7984 산화 저밀도 폴리에틸렌 및 Honeywell Titan® 7287, Honeywell Titan® 7205 및 Honeywell Titan® 7467 비산화 폴리에틸렌 호모폴리머를 포함한다.
구현으로, 발포 아스팔트 조성물에 존재하는 모든 폴리머 종의 결합된 양(즉, 모든 OxHDPE 및 추가의 폴리에틸렌의 총량)은 발포 아스팔트 조성물의 총량을 기준으로 건조 기준으로 약 2 내지 8중량%와 같은 약 2 내지 약 10.5중량%이다. 구현으로, 발포 아스팔트 조성물 중의 OxHDPE 대 추가 폴리에틸렌의 중량비는 약 1:2 내지 2:1 또는 약 1:3 내지 약 1:1과 같이 약 1:3 내지 약 2:1이다.
일 구현으로, 그리고 도 1을 참조하면, 발포 노즐(12)을 포함하는 종래의 아스팔트 발포 장치(10)를 사용하여 발포 아스팔트 조성물(14)은 베이스 아스팔트 성분, OxHDPE 및 선택적으로 추가의 폴리에틸렌을 포함하는 아스팔트 조성물(16)을 발포 노즐(12)에 도입시킴으로써 제조된다. 나타낸 구현에서, OxHDPE 및 선택적인 추가의 폴리에틸렌은 베이스 아스팔트 성분(16)과 편입되어 아스팔트 혼합물(16)을 형성한다. 아스팔트 혼합물(16)은 물(18) 및 압축 공기(20)를 사용하여 발포되어 셀룰로오스 매트릭스 형태로 발포 아스팔트 조성물(14)을 형성한다. 구현으로, 아스팔트 조성물(16)은 약 150℃ 내지 약 170℃의 온도로 가열되고, 아스팔트 조성물(16)이 물(18) 및 압축 공기(20)와 혼합되는 혼합 구역으로, 예를 들어, 약 0.3MPa의 압력으로 가압 하에 펌핑된다. 구현으로, 물(18)은 아스팔트 혼합물(16)과, 아스팔트 혼합물(16)에 존재하는 물 및 모든 성분들의 결합된 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 약 2 내지 약 4중량%와 같은 약 2 내지 약 5중량%의 양으로 아스팔트 혼합물(16)과 혼합된다. 구현으로, 발포 중에 아스팔트 혼합물(16)의 온도(즉, 발포 노즐로부터 출구에서의 온도)는 약 155 내지 165℃와 같은 약 140 내지 약 180℃이다.
구현으로, 아스팔트 혼합물(16)은 추가의 폴리에틸렌을 포함하고, 아스팔트 혼합물(16)은 60℃의 온도에서 적어도 약 30,000Paㆍs의 점도를 갖고, 160℃의 온도에서 약 150cP 미만의 점도를 가지며, 여기서 점도는 ASTM D4402에 따라 측정된다. 추가의 폴리에틸렌의 존재는 추가의 폴리에틸렌을 배제하고 OxHDPE만이 존재하는 구현과 비교하여 160℃에서 아스팔트 혼합물(16)의 점도를 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 160℃의 온도는 발포 중에 베이스 아스팔트 성분(16)의 전형적인 온도이며, 어느 특정 이론에 구속되지 않고, 그 온도에서 아스팔트 혼합물(16)의 감소된 점도는, 재생 아스팔트 층(24)의 형성 중에 보다 효과적인 발포 및 보다 우수한 RAP의 코팅을 초래하여 최대화된 ITS 성능을 이끄는 것으로 여겨진다. 또한, OxHDPE는 약 60℃의 온도에서 아스팔트 혼합물(16)의 점도를 최대화하며, 어느 특정 이론에 구속되지 않고, 60℃에서 아스팔트 혼합물(16)의 최대 점도가 최대 안티-러팅 성능이 되도록 하는 것으로 여겨진다. 따라서, OxHDPE와 추가 폴리에틸렌 모두의 존재는 재생 아스팔트 층의 안티-러팅 및 ITS 성능을 최대화시키며, 결국 재생 아스팔트 층을 포함하는 아스팔트 포장(22)의 안티-러팅 및 ITS 성능을 최대화시키는 것으로 여겨진다.
구현으로, 그리고 계속해서 도 1과 함께 도 2를 참조하면, 발포 아스팔트 조성물(14)은 재생 아스팔트 조성물에 사용되며, 이는 결국 재생 아스팔트 층(24) 및 상기 재생 아스팔트 층(24) 위에 배치된 고온 혼합 아스팔트(HMA) 층(26)을 포함하는 아스팔트 포장(22)에 사용된다. 구현으로, 재생 아스팔트 조성물 및 재생 아스팔트 층(24)은 발포 아스팔트 조성물(14) 및 RAP와 같은 재생 아스팔트 성분을 포함한다. 이에 한정하는 것은 아니나, 활성 충진제 및 프레쉬 골재와 같은 추가의 성분이 재생 아스팔트 조성물에 또한 포함될 수 있다. 적합한 활성 충진제는 이에 한정하는 것은 아니나, 시멘트, 석회 등을 포함한다. "골재(aggregate)"는 예를 들어, 아스팔트 포장 재료를 형성하기 위해 아스팔트 바인더와 결합되는 모래, 자갈 또는 분쇄된 돌과 같은 광물성 물질에 대한 총칭이다. 골재는 천연 골재, 제조된 골재 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 천연 골재는 전형적으로 기계적 분쇄에 의해 사용가능한 크기로 감소되는 개방 굴착(예, 채석장)으로부터 추출된 암석이다. 제조된 골재는 전형적으로 야금 처리(예, 강철, 주석 및 구리 생산)에서 발생하는 슬래그와 같은 다른 제조 공정의 부산물이다. 제조된 골재는 또한 예를 들어, 저밀도와 같은 천연 암석에서 발견되지 않는 특정 물리적 특성을 갖도록 생산된 특수 재료를 포함한다.
구현으로, 재생 아스팔트 층(24)은 발포 아스팔트 조성물을, 재생 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 2 내지 4중량%와 같은 약 2 내지 약 5중량%의 양으로 포함하는 재생 아스팔트 조성물로부터 형성된다. 재생용 아스팔트 성분은 재생 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 70 내지 약 98중량%와 같이 약 50 내지 약 98중량%의 양으로 재생 아스팔트 조성물에 존재할 수 있다. 임의의 추가 성분이, 재생 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0 내지 약 30중량%와 같은 약 0 내지 약 50중량%의 양으로 재생 아스팔트 조성물에 존재할 수 있다.
HMA 층(26)은 통상적인 아스팔트 혼합물을 포함하고, 통상적인 기술에 따라 형성된다. 예를 들어, 통상적인 HMA는 93-96% 골재 및 4%-7% 아스팔트 또는 상기한 아스팔트 혼합물(16)을 가질 수 있다. 혼합 온도는 약 140 내지 약 190℃일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 발포 아스팔트 조성물은 최대화된 안티-러팅 성능을 갖는 재생 아스팔트 층(24)을 제공하고, 구현으로, 또한 최대화된 ITS 성능을 제공한다. 예를 들어, 구현으로, 재생 아스팔트 층(24)은 60℃의 온도에서 적어도 5000 사이클/mm의 안티-러팅 성능을 갖는다. 안티-러팅 성능은 폭 5cm의 휠이 달린 휠 트래킹 머신을 사용하여 산업 표준 JTG E20-2011 사양(Industry Standard JTG E20-2011 Specification)의 T0719-2011 및 고속도로 공학을 위한 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법(중국)(Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixture for Highway Engineering, China)에 따라 측정될 수 있다. 길이 30cm 및 두께 5cm인 재생 아스팔트 층(24) 표본에 0.7MPa의 압력을 가한다. 휠 트래킹 머신의 휠은 분당 42회 통과의 속도로 움직인다. 시험은 1시간 동안 수행되고, 러팅은 소정의 주기 간격으로 관찰된다. 안티-러팅 성능은 마지막 15분에 1mm 깊이의 러팅을 생성하기에 필요한 평균 사이클 수로 측정된다. 구현으로, 재생 아스팔트 층(24)은 ASTM D6931-12에 따라 측정했을 때 적어도 0.45 MPa의 ITS를 갖는다.
상술한 바와 같이, 재생 아스팔트 층(24)의 최대화된 안티-러팅 및 선택적으로 최대화된 ITS 성능이 주어지면, 아스팔트 포장의 원하는 안티-러팅 성능 및 선택적으로 원하는 ITS 성능을 달성하면서 더 얇은 HMA 층이 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 보다 구체적으로, 구현으로, HMA 층(26)은 4 내지 8cm 미만의 두께(28)를 가지며, 재생 아스팔트 층(24)은 약 10 내지 약 18cm의 두께(30)를 갖고, 재생 아스팔트 층(24)은 상술한 바와 같은 시험 절차에 따라 측정시 적어도 5000 사이클/mm의 안티-러팅 성능을 갖는다. 또 다른 구현으로, 추가의 폴리에틸렌이 또한 존재하고 재생 아스팔트 층(24)은 ASTM D6931-12에 따라 측정시 적어도 0.45MPa의 ITS를 갖는다.
구현으로, 그리고 계속해서 도 1 및 2와 함께 도 3을 참조하면, 아스팔트 포장(22)은 통상적인 재포장 장치(36)를 사용하여 도 1에 나타낸 바와 같이 그리고 발포 아스팔트 조성물(14)을 제조하는 예시적인 방법과 관련하여 상술한 바와 같이, 베이스 아스팔트 성분과 산화 고밀도 폴리에틸렌을 결합하여 아스팔트 혼합물(16)을 형성하고, 물(18) 및 압축 공기(20)를 사용하여 상기 아스팔트 혼합물(16)을 발포하여 발포 아스팔트 조성물(14)을 형성함으로써 형성된다. 도 3을 참조하면, 발포 아스팔트 조성물(14) 및 재생 아스팔트 성분(32)은 결합되어 재생 아스팔트 조성물(34)을 형성한다. 재생 아스팔트 층(24)은 재생 아스팔트 조성물(34)로 형성된다. 구현으로, 아스팔트 혼합물(16)을 형성하기 위해 결합시키는 단계, 발포 단계, 재생 아스팔트 조성물(34)을 형성하기 위해 결합시키는 단계, 및 재생 아스팔트 층(24)을 형성하는 단계는 약 10℃ 내지 약 50℃의 주위 온도에서 수행되지만, 개별 성분 및 조성물의 내부 온도는 50℃ 보다 현저히 높을 수 있다. 구현으로, 그리고 도 3에 나타내지 않았지만, HMA 층(26)은 통상의 기술을 통해 재생 아스팔트 층(24) 위에 형성된다.
실시예 A
발포 아스팔트 조성물(FAC)은 베이스 아스팔트 성분을 약 160℃의 온도로 가열한 다음(표 AI에서 Comp. FAC A의 목적을 위해), 이어서 OxHDPE를 첨가하여 아스팔트 혼합물을 형성시킴으로써(표 AI의 FAC A의 목적을 위해) 제조된다. 각각의 베이스 아스팔트 성분 및 아스팔트 혼합물이 발포 아스팔트 기계에 제공된 다음, 물과 압축 공기를 사용하여 발포시켜 FAC를 형성하였다. 표 AI는 FAC에 포함된 성분들의 목록을 제공하며, FAC 총 중량을 기준으로 모든 양을 중량%로 표시한다.
표 AI
베이스 아스팔트 성분은 25℃에서 60 내지 80(0.1mm)의 침투를 갖는 현지 중국 베이스 아스팔트, ZH70#이다.
OxHDPE 1은 0.99g/cm3의 밀도를 갖는 Honeywell Titan® 7686이다.
물을 포함하여 표 AI에 열거된 각각의 FAC의 성분을 포함하는 아스팔트 혼합물(AM)의 점도를 표 AII에 나타내었으며, ASTM D4402에 따라 60℃ 및 160℃에서 측정되었다.
표 AII
재생 아스팔트 조성물은 표 A1에 나타낸 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 제조되었고, 재생 아스팔트 층은 재생 아스팔트 조성물로부터 형성되었다. 재생 아스팔트 조성물을 제조하기 위해, 아스팔트 혼합물(AM)을 발포 아스팔트 기계로 펌핑하였다. 발포 아스팔트 조성물이 형성되었으며, 이를 하기 표 AIII에 기재된 바와 같은 추가 성분들과 혼합하였으며, 여기서 모든 양은 그 결과물인 재생 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 중량%로 하였다.
표 AIII
활성 프레쉬 충진제는 시멘트이다.
거친 프레쉬 골재(Coarse fresh aggregate)는 10mm-30mm의 보통 크기(normal size)를 갖는 골재이다.
미세한 프레쉬 골재(Fine fresh aggregate)는 0mm-5mm의 보통 크기를 갖는 골재이다.
재생 아스팔트 조성물로부터 형성된 재생 아스팔트 층의 물리적 특성을 표 AIV에 나타낸 바와 같이 시험하였다. 안티-러팅 성능은 폭 5 센티미터의 휠을 구비한 휠 트래킹 머신(Wheel Tracking Machine)을 사용하는 통상의 테스트에 따라 측정될 수 있다. 길이 30cm 및 두께 5cm를 갖는 재생 아스팔트 층(24) 표본에 0.7MPa의 압력을 가한다. 휠 트래킹 머신의 휠은 분당 42회 통과하는 속도로 움직인다. 시험은 1시간 동안 수행되고, 러팅은 미리 결정된 사이클의 간격으로 관찰된다. 안티-러팅 성능은 1mm 깊이의 러팅을 생성하는 데 필요한 사이클의 수로 측정된다. ITS는 ASTM D6931-12에 따라 측정되었다. ITS 비율(ITSR)은 젖은 ITS 대 건조 ITS의 비율로 측정되었으며, ITS는 ASTM D6931-12에 따라 측정되었다. 젖은 ITS는 표본을 25℃의 워터 배스에 24시간 동안 담그어 측정하였다.
표 AIV
실시예 B
본 실시예에서, OxHDPE, 그리고 OxHDPE 및 사용된 일부 추가 폴리머들의 조합에 대한 대체물을 이용한 것을 제외하고, 실시예 A에서 상술한 바와 동일한 방식으로 FAC를 제조하였다. 표 BI는 FAC에 포함된 성분들의 목록을 제공하며, 여기서 모든 양은 FAC 총 중량을 기준으로 중량%로 표시된다.
표 BI
OxFT는 산화 프리쉬-트롭쉬(Frisch-Tropsch) 왁스이다.
OxHDPE 2는 0.98g/㎤의 밀도를 갖는 Honeywell Titan®7456이다.
OxLDPE는 0.93g/㎤의 밀도를 갖는 Honeywell Titan®7183 산화 LDPE이다.
Homo. PE는 0.91g/㎤의 밀도를 갖는 Honeywell Titan®7287 비산화 호모폴리머 폴리에틸렌이다.
물을 포함하여 표 AI에 열거된 각각의 FAC의 성분들을 포함하는 아스팔트 혼합물(AM)의 점도를 표 BII에 나타내었고, ASTM D4402에 따라 60℃ 및 160℃에서 측정되었다.
표 BII
재생 아스팔트 조성물을 표 BI에 나타낸 발포 아스팔트 조성물을 사용하여 제조하고, 재생 아스팔트 층을 실시예 A에서 상기한 바와 동일한 방식으로 재생 아스팔트 조성물로부터 형성하였다. 재생 아스팔트 조성물을 형성하기 위해, 발포 아스팔트 조성물을 형성하고, 하기 표 BIII에 나타낸 바와 같은 추가 성분들과 혼합하였으며, 여기서 모든 양은 그 결과물인 재생 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 중량%로 표시된다.
표 BIII
재생 아스팔트 조성물로부터 형성된 재생 아스팔트 층의 물리적 특성을 하기 표 BIV에 나타낸 바와 같이 시험하였다. 안티-러팅 성능, ITS 및 ITSR은 실시예 A와 관련하여 상술한 바와 같이 측정하였다.
표 BIV
적어도 하나의 예시적인 구현이 상기 상세한 설명에 제시되었지만, 다수의 변형이 존재한다는 것을 이해해야 한다. 예시적인 구현 또는 예시적인 구현들은 단지 예일 뿐이며, 어떤 방식으로든 범위, 적용성 또는 형태를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 상기 상세한 설명은 예시적인 구현을 수행하기 위한 편리한 로드맵을 당업자에게 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 기재된 범위를 벗어나지 않고 예시적인 구현에 기술된 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 가해질 수 있음을 이해해야 한다.
Claims (10)
- 베이스 아스팔트 성분; 및
산화 고밀도 폴리에틸렌
을 포함하는 발포 아스팔트 조성물로서,
상기 발포 아스팔트 조성물은 셀 매트릭스(cellular matrix) 형태인, 발포 아스팔트 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 산화 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.97 내지 약 1.01g/㎤의 밀도를 갖는, 발포 아스팔트 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 산화 고밀도 폴리에틸렌과 상이하며, 그리고 비산화 폴리에틸렌 호모폴리머, 바람직하게는 약 0.87 내지 약 0.98g/㎤의 밀도를 갖는 비산화 폴리에틸렌 호모폴리머; 산화 저밀도 폴리에틸렌, 바람직하게는 약 0.84 내지 약 0.95g/㎤의 밀도를 갖는 산화 저밀도 폴리에틸렌; 또는 이의 조합으로부터 선택되는, 추가의 폴리에틸렌을 추가로 포함하는, 발포 아스팔트 조성물.
- 제3항에 있어서,
상기 발포 아스팔트 조성물에 존재하는 모든 폴리머 종의 결합된 양은 건조 기준으로 상기 발포 아스팔트 조성물의 총 중량에 기초하여 약 2 내지 약 10.5중량%이며, 그리고 상기 산화 고밀도 폴리에틸렌 및 상기 추가의 폴리에틸렌은 상기 발포 아스팔트 조성물에 약 1:2 내지 약 2:1의 중량비로 존재하는, 발포 아스팔트 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 베이스 아스팔트 성분, 상기 산화 고밀도 폴리에틸렌, 선택적으로 상기 산화 고밀도 폴리에틸렌과 상이한 추가의 폴리에틸렌 및 물을 폼 노즐에 도입하는 단계; 및
상기 베이스 아스팔트 성분, 상기 산화 고밀도 폴리에틸렌의 혼합물을 물과 압축 공기를 사용하여 발포시켜 셀 매트릭스 형태로 발포 아스팔트 조성물을 형성하는 단계
에 의해 제조되는, 발포 아스팔트 조성물.
- 제5항에 있어서,
상기 혼합물은 상기 추가의 폴리에틸렌을 포함하며, 여기서 상기 혼합물은 60℃의 온도에서 적어도 약 30,000Pa·s의 점도를 가지며, 160℃의 온도에서 약 150cP 미만의 점도를 가지며, 여기서 점도는 ASTM D4402에 따라 측정되고, 그리고 여기서 물은 상기 혼합물에 존재하는 모든 성분의 총 중량을 기초로 하여 약 2 내지 약 5중량%의 양으로 상기 혼합물에 존재하는, 발포 아스팔트 조성물.
- 제1항의 발포 아스팔트 조성물; 및
재생 아스팔트 성분
을 포함하는 재생 아스팔트 조성물.
- 베이스 아스팔트 성분; 및
산화 고밀도 폴리에틸렌
을 포함하는 발포 아스팔트 조성물; 및
재생 아스팔트 성분
을 포함하는 재생 아스팔트 층; 및
선택적으로, 상기 재생 아스팔트 층 위에 배치된 고온 혼합 아스팔트 층
을 포함하는, 아스팔트 포장.
- 제8항에 있어서,
상기 고온 혼합 아스팔트 층이 존재하고, 두께가 4 내지 8cm 미만이고, 상기 재생 아스팔트 층이 약 10 내지 약 18cm의 두께를 가지며, 그리고 상기 재생 아스팔트 층은, 산업 표준 JTG E20-2011 사양(Industry Standard JTG E20-2011 Specification)의 T0719-2011 및 고속도로 공학을 위한 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법(중국)(Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixture for Highway Engineering, China)에 따라, 60℃에서 적어도 5000 사이클/mm의 안티-러팅 성능을 갖는, 아스팔트 포장.
- 베이스 아스팔트 성분 및 산화 고밀도 폴리에틸렌을 결합하여 아스팔트 혼합물을 형성하는 단계;
상기 아스팔트 혼합물을 물 및 압축 공기를 사용하여 발포시켜 발포 아스팔트 조성물을 형성하는 단계;
상기 발포 아스팔트 조성물과 재생 아스팔트 성분을 결합하여 재생 아스팔트 조성물을 형성하는 단계; 및
상기 재생 아스팔트 조성물로 재생 아스팔트 층을 형성하는 단계
를 포함하는, 아스팔트 포장 형성 방법.
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