KR20190026326A - 균열억제 자착 기능 다층구조 섬유보강매트와 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 이용한 도로 포장 방법 - Google Patents

Abstract

과제: 반사균열을 억제하고 소음을 저감하며, 도로의 내구성을 증강하며, 경제적이고 친환경적인 아스팔트 첨가재와 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 이용하여 도로포장방법 및 도로포장 보수방법을 제공하려는 것.
해결수단: 본 발명자들은 식물성 오일, 나프텐계 오일, 광물성 섬유, 합성고무 및 유기 가황촉진제를 혼합한 플랜트형 아스팔트 첨가재와 이형필름층과 점착력을 가진 CR 고무 개질아스팔트층과, 합성고무 개질아스팔트층과 섬유 보강재층과 규사층으로 이루어진 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 이용하여 반사균열이 억제되고 물성이 우수하며 시공이 간편한 도로포장방법 및 도로포장 보수방법을 발명하였다.

Description

균열억제 자착 기능 다층구조 섬유보강매트와 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 이용한 도로 포장 방법 {Paving method using fiber reinforced multi-layer mat with crack control and self-adhesive property and reflection crack resistant, low noise, highly durable asphalt mixture}

본 발명은 균열억제 자착 기능 다층구조 섬유보강매트와 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 이용한 도로 포장 방법에 관한 것이다.

국내 아스콘 포장의 설계연수는 20년으로 1회 유지보수를 포함하지만, 실제로는 2~3년마다 보수를 하고 있다. 교통량 및 중차량의 증가로 도로수명이 저하되고 있으며, 도로에 대한 사용자의 기대수준이 높아져 빈번한 재포장으로 인하여 경제적 비용부담이 큰 실정이다.

도로포장 유지보수공법은 절삭 덧씌우기, 비절삭 덧씌우기로 나눌 수 있고, 비절삭 덧씌우기 공법은 일반적인 덧씌우기와 박층 덧씌우기로 나뉜다.

아스팔트 덧씌우기 유지보수방법은 기존 노면의 변형에 의해 평탄성이 저하되며, 하부층의 균열이 있던 자리의 덧씌우기 층에서도 균열이 일어나는 반사균열이 발생한다는 문제점이 있다.

반사균열 억제공법 중 가장 간단한 방법은 콘크리트 포장 위의 아스팔트 덧씌우기 두께를 두껍게 하여 균열이 뚫고 가야할 두께를 증가시키는 것이다. 이 공법은 반사균열로 인한 파괴까지 걸리는 시간을 지연시킬 수 있으며, 포장의 강도가 증가함으로 인해 교통하중에 의한 줄눈부의 변형을 감소시키는 장점이 있다. 하지만, 포장이 두꺼워질수록 그에 따른 시공비용도 증가하는 단점이 있다 (아스팔트 포장연구회, 1999).

토목섬유 적용공법은 차수효과와 반사균열 억제효과에 의한 포장 수명의 연장을 도모하기 위해 1960년대 말부터 아스팔트 덧씌우기 포장에 사용되고 있다. 1975년 이래 미국의 여러 주에서는 연방도로국 (FHWA)과 함께 상이한 기후조건 하에서의 토목섬유 보강 아스팔트 덧씌우기 포장의 시공과 공용성에 관한 연구들이 수행되었는데, 대부분의 연구결과는 토목섬유 보강재가 노후포장 상부로의 반사균열을 상당히 감소시켜 아스팔트 덧씌우기 층의 두께를 줄일 수 있음을 보여주었다 (건설교통부, 2002b).

일반적으로 배수성 또는 SMA (Stone Mastic Asphalt) 혼합물은 골재 최대치수가 작을수록 소음감소 효과가 크다. 특히, SMA는 굵은 골재가 차지하는 비율이 높고, 굵은 골재의 맞물림에 의해 형성된 간극을 아스팔트 모르타르로 채운 갭(gap) 입도의 혼합물이다. 포장 표면이 공극을 가지기 때문에 배수성이나 소음저감 등의 기능은 다소 떨어지지만 내구성이 높다.

절삭 덧씌우기 방법은 기존 노면 파쇄 및 절삭으로 노면의 손상을 야기하기 때문에 덧씌우기 후 노면 내구성 저하의 원인이 될 수 있다. 또한, 파쇄, 절삭한 폐기물 발생 및 처리로 환경적인 문제와 처리비용이 증가하는 문제가 있다.

일반 비절삭 덧씌우기 방법은 도로 노면이 상승하여 차량 운행이 불편해지고 우수 처리가 어려워지는 등의 문제가 있어서 도로 구조상 덧씌우기가 가능한 지역이 한정적이다.

위와 같은 절삭 덧씌우기 및 일반 비절삭 덧씌우기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 박층으로 비절삭 덧씌우기를 하는 방법을 연구하게 되었다.

종래 박층포장공법에는 수지계 슬러리실 또는 유화 아스팔트를 이용한 슬러리실을 사용하였다. 수지계 슬러리실은 에폭시, 폴리에스테르 수지, 아크릴 모노머, 폴리우레탄 및 폴리우레아 수지 등을 이용한 수지계 박층포장으로서, 시공온도에 따른 경화 발현의 차이, 수지와 아스팔트 포장과의 재료역학적인 차이로 인하여 내구성이 저하되고 고가의 재료로서 경제성이 떨어져 보편화하기 어렵다. 또한, 용제를 사용해야 하므로 친환경적이지 않으며, 공용연수가 지나면서 미끄럼방지용 골재의 손실로 수지층의 미끄러운 도로가 형성되는 문제가 발생한다. 이뿐만 아니라, 수지계 슬러리실은 재시공이 곤란하고, 공용수명이 끝난 후 폐기물 재활용 문제가 발생한다. 또한, 유화 아스팔트를 이용한 슬러리실은 상온 및 저온에서 양생시간 증가로 교통을 통제해야 하는 문제점이 있다. 더구나 유화아스팔트 자체의 물리적 성질로 인해 내구성이 부족하다는 단점이 있다.

국내 아스콘 포장은 공용 연수가 증가하면서 균열, 변형, 반사균열 등의 1차 손상이 하부의 손상으로 이어져 포트홀 등의 2차 손상으로 진행되어 도로수명이 저하되고 있으며, 도로에 대한 사용자의 기대수준이 높아져 빈번한 재포장으로 경제적 비용부담이 큰 실정이다.

이러한 손상의 요인은 1차 손상에 의하여 균열부로 수분이 침투하게 되고, 수분이 침투한 균열부 상부로 차량이 지속적으로 통행하면서 펌핑이 일어나고 이때 하부층의 골재 미분이 유실되어 하부층 지지력이 약화되어 2차 파손으로 진행되는 것으로 분석된다.

이러한 도로 손상을 방지하기 위하여 균열방지 부직포, 섬유 그리드, 카보팔트 섬유보강재, 광물성 섬유직포, 아스팔트 적층방수재, 도막 방수, 시트방수 등을 이용한 공법을 적용하고 있다.

그러나, 도로 손상 방지를 위한 종래 다양한 공법 등은 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 첫째, 그리드형 섬유보강재를 바탕면에 잘 부착시키기 위한 택코팅이 필요하며, 시공장비에 의해서 섬유보강재의 밀림이 발생하여 시공 후 성능저하의 원인이 된다. 둘째, 섬유보강재의 상부 및/또는 하부 부착을 위해 아스팔트 코팅 또는 아스팔트 함침을 수행하는데, 코팅 또는 함침된 아스팔트의 물성으로 인하여 고온 또는 저온 저장성 및 취급성이 저하된다. 셋째, 시공시 장비에 의한 밀림 등의 문제를 해결하기 위하여 섬유보강재 위 및/또는 아래에 수지필름을 부착하는 방법은 필름의 물성 부족으로 기능을 상실하는 경우가 발생한다. 넷째, 섬유 보강재 부착을 위하여 가열(열공법) 및 압착롤러가 필요하다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 반사균열을 억제하고 소음을 저감하며, 도로의 내구성을 증강하며, 경제적이고 친환경적인 아스팔트 첨가재와 시공의 편리성을 극대화하며, 균열방지 및 방수기능을 개선한 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 함께 이용한 도로 포장방법을 제공하려는 것을 목표로 한다.

또한, 본 발명은 반사균열을 억제하고 소음을 저감하며, 도로의 내구성을 증강하며, 경제적이고 친환경적인 아스팔트 첨가재와 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 함께 이용하여 노후 콘크리트 보수, 콘크리트 도로 보수, 아스팔트 보수, 교면 포장용, 아스콘 도로 보수에 이용 가능한 도로 보수방법을 제공하려는 것이다.

본 발명자들은 지속적인 연구를 통해 식물성 오일, 나프텐계 오일, 광물성 섬유, 합성고무 및 유기 가황촉진제를 혼합한 플랜트형 아스팔트 첨가재, 이 첨가재를 포함하는 저소음 아스팔트 혼합물 및 이 아스팔트 혼합물을 이용한 박층 포장공법을 발명하고 특허 제1627553호를 획득한 바 있다.

본 발명에서는 상기 선행 특허 제1627553호를 이용하여 좀 더 시공이 간편하고 균열저항성 등이 우수한 도로 보수를 위한 포장방법을 제공한다.

특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물 구성요소 중에서 아스팔트 바인더는 신도, 탄성 및 점착성의 기능과 박층포장을 위한 작업성을 확보해야 한다. 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재, 좀 더 구체적으로는 멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재 (이하 본 발명에서 "RMC"라 약칭함)는 합성고무계 첨가재로 고탄성 재료이다. 그러나 박층에 적용하기에는 점도가 높기 때문에 작업성이 저하되며, 특히 RMC는 다짐 온도가 160℃ 이상 요구되어 박층 특성상 다짐 온도를 유지하기가 어렵다. 이러한 시공성을 보완하기 위하여 프로세스 오일 중 나프텐계 오일이 RMC 및 아스팔트와의 상용성이 우수하며, 소량으로도 작업성을 극대화할 수 있다. 이에 더하여, 식물성 오일은 나프텐계 오일과 상용성이 우수하며, 특히 유동성 증가로 작업성을 현저히 향상시키며, 대기오염 물질의 발생량을 줄일 수 있다.

이와 같은 RMC와 프로세스 오일과의 조합은 박층 포장의 작업성을 극대화하였고, 또한 신도를 증가시켜 균열저항성을 극대화하였으나, 바인더의 점도 감소로 인하여 골재 피막 두께가 감소하기 때문에, 혼합물의 탈리저항성을 보완하기 위하여 본 발명자들은 섬유를 보강하였다. 섬유의 직경 및 길이는 특별한 제한은 없으나, 1~10 미크론의 직경 및 길이 약 200~1000 미크론 내외의 섬유, 더욱 바람직하게는 4~6 미크론의 직경 및 약 500 미크론 길이의 섬유를 사용할 때 아스팔트와의 분산성이 극대화되었고, 혼합물의 적절한 바인더 점도를 확보하기 위하여 첨가량을 결정하였다. 또한, 섬유는 양이온 처리 (cationic sizing)가 되어 있어서, 아스팔트 내부에서 화학적으로는 계면활성 증가로 분산성이 증대되며, 물리적으로는 섬유의 분산과 네트워크 형성으로 아스팔트의 인장력을 증가시킨다. 혼합물 내부에서도 네트워크를 형성하여 상부로부터의 압축응력을 분산시켜서 소성변형을 감소시키며, 하부로부터 올라오는 인장응력을 분산시켜서 반사균열 저항성을 극대화한다.

이러한 조합으로 RMC에 의한 탄성 및 탄성회복력 강화, 오일에 의한 작업성, 시공성 및 저온탄성 강화, 섬유에 의한 네트워크 구성 및 반사균열에 대한 저항성을 갖는 바인더를 개발하였으며, 바인더가 연화되기 때문에 강도 면에서 개선이 필요하여 상기 조합에 유기 가황촉진제를 강도개선제로 사용하였다. 황은 오일, 아스팔트, 합성고무에 포함된 이중결합에 첨가되어 상기 원료들이 화학적인 네트워크를 구성할 수 있도록 하며, 이러한 네트워크 형성으로 아스팔트 바인더의 기계적 성질을 획기적으로 개선할 수 있다.

또한, 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물은 얇은 두께로 포설, 다짐하기 위해서 5mm 이하의 골재를 사용함으로써 15~25mm로 포설, 다짐할 수 있다. 골재로는 아스팔트 혼합물용 골재로서의 물성을 갖고, 특히 포러스용 골재 즉 둥글고 모가 많이 난 형상을 가져 시공 후 골재 간의 맞물림 기능을 유지할 수 있어야 한다. 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물은 골재 맞물림 효과와 바인더의 점착성, 탄성 기능으로 소성변형 저항을 극대화하였다 (표 6). 또한, 박층 시공으로 현장에서 혼합물 온도가 급히 식기 때문에 저온 다짐성능을 극대화하였고 (표 7), 바인더의 점착성 기능으로 골재 탈리에 대한 저항성을 극대화하였고 (표 8), 바인더의 신도, 탄성 및 탄성회복력 기능으로 내균열 성능이 우수하며 반사균열 저항성을 극대화하였다 (표 9). 또한, 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물은 반사균열 저항성을 극대화하였고 (표 10), 갭 입도의 표면공극 확보로 미끄럼저항성, 소음 저감을 극대화하였다 (표 11).

아래 표 1은 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물을 구성하는 아스팔트 첨가재의 구성성분과 조성비를 나타낸 것이다.

성분	조성비(중량%)
아스팔트 개질재 RMC	5~15
나프텐계 오일	50~80
식물성 오일	5~20
광물성 섬유	5~20
유기 가황촉진제	0.1~0.5

상기 아스팔트 첨가재를 구성하는 각 구성성분에 대해 아래와 같다.

아스팔트 개질재 RMC

멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성부여 수지 0.1∼100중량부, 방향족성분 함유량이 20∼60중량%이고, 40℃에서의 동점도가 70∼900㎟/s인 것을 특징으로 하는 프로세스유 5∼100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계량 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는, 아스팔트 개질재 "RMC"는 공용 중 내구성을 강화하고, 바인더의 인장응력 및 회복력을 부여하여 균열저항성을 증대시킨다. 아스팔트 개질재 "RMC"가 5중량% 미만일 때는 탄성이 부족하여 내구성, 바인더의 인장응력 및 회복력을 부여하여 균열저항성을 증대시키기가 어렵고, 15중량%를 초과하면 점도가 상승하여 작업성이 급격히 떨어진다.

나프텐계 오일

본 발명에 사용하는 나프텐계 오일은 40~50%(w/w)의 나프텐환을 함유하고 고분자량으로 구성되어 있어, RMC와의 섞임성 및 분산성을 증대시킨다. 이 오일은 극성화합물이 6% 이내로 존재하며, 파라핀계 오일에 비하여 점도지수가 낮고, 용해력이 높아 RMC 유화력을 증대시키고 아스팔트 혼합물 내에서 본 첨가재의 분산성을 극대화한다. 50중량% 미만일 때는 RMC와의 섞임성 및 분산성을 증대시키기가 어렵고, 80중량%를 초과하면 과도한 점도 저하로 물리적 강도를 유지하기 어렵다.

식물성 오일

본 발명에는 올레산, 리놀산, 리노신산, 대두유, 폐식용유, 유채유, 해바라기유, 팜유, 옥수수유 등과 같은 다양한 식물성 오일 중 1종 이상을 선택하여 이용할 수 있고, 식물성 오일을 이용함으로써 특히 혼합물 생산과정에서의 대기오염물질 (휘발성 유기화합물, VOC) 발생량을 현저히 줄일 수 있다. 40℃ 동점도가 300℃St 이하인 식물성 오일은 혼합물의 유동성을 증가시켜 작업성을 현저히 개선하며, 박층포장으로 인한 온도저하에 따른 작업성 변동을 최소화한다. 다시 말하여, 식물성 오일은 아스팔트 혼합물이 중온화 효과가 나타나도록 한다. 본 발명에 사용하는 식물성 오일은 리놀렌산을 6~10% 함유하며, 리놀렌산 중의 메틸 에스테르에 의하여 유동성이 증가한다. 이 오일은 바인더의 신도를 증대시켜 아스팔트 혼합물에서 균열저항성을 높이며, 자체균열 및 반사균열을 방지하는 성능을 발휘한다. 첨가재 중 함량이 5중량% 미만인 경우 혼합물의 유동성을 증가시키는 효과가 미비하고, 20중량%를 초과하면 과도한 점도 저하로 물리적 강도를 유지하기 어렵다.

광물성 섬유

본 발명에 사용하는 광물성 섬유는 현무암, 섬록암, 또는 슬래그에서 만든 강화 섬유이다. 가늘고 균일한 섬유가 연속된 미세 공극을 형성하여 방음 기능을 하고, 본 발명의 첨가재에 사용하는 식물성 오일과 나프텐계 오일을 흡수하여 아스팔트 혼합물 제조시 분산성을 증대시킨다. 섬유는 혼합물 내에서 약 500 미크론 정도의 길이로 분산되어 맞물려 있는 골재 사이에 존재한다. 골재 사이에 존재하는 섬유는 양이온 처리 (cationic sizing)가 되어 있어서, 아스팔트와의 접착력이 좋아지며, 바인더와 혼합되어 골재에 피막을 형성하여 박리 및 균열저항성을 증대시킨다. 광물성 섬유는 가늘고 균일한 섬유가 연속된 미세 공극을 형성하여 소음이 섬유를 통과할 때 음압 에너지가 마찰 에너지로 변화되어 음을 흡수하는 효과가 있다. 이 광물성 섬유는 직경 및 길이에 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 4-6 미크론의 직경 및 길이 약 500 미크론의 무기물 섬유로 아스팔트의 점도증가를 최소화하며, 최적의 혼합성과 분산성을 발휘한다. 국내 철원 등지에 현무암 매장량이 충분하므로, 바잘트 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 5중량% 미만일 때 혼합물에 분산되어 네트워크 형성이 부족하여 박리 및 균열저항성을 증대시키기 어렵고, 20중량%를 초과하면 점도 증가로 작업성이 급격히 떨어진다.

유기 가황촉진제

고무상 탄성을 나타내는 고분자는 모두 분자 간 상호작용이 약하므로 고무제품을 만드는 데는 반드시 분자 간의 미끄러짐을 막고 물성을 향상시키기 위하여 가황제로 가교(架橋)를 형성한다. 유기 가황촉진제는 가황제의 가황력을 촉진시켜 가황시간을 단축하는 약품이고, 가황함으로써 고무의 물리적 성질을 개선한다. 유기 가황촉진제는 고무원료의 2~3%(w/w)를 첨가하여 탄성 및 회복력을 증진시킨다. 가황량이 많을수록 강도가 상승하고 부서지기 쉽다. 본 발명에서는 아스팔트, 오일, SBS 등의 유기분자 사슬의 이중결합에 황 첨가를 촉진함으로써 단일분자 간을 결합시키거나 각 원료들 간을 연결하여, 탄성 및 회복력 등의 물리적 성질을 개선한다. 0.1중량% 미만일 때 가교(架橋) 형성이 부족하여 물리적 성질을 개선하기 어렵고, 0.5중량%를 초과하면 가교(架橋) 형성이 과도하여 딱딱해져서 탄성이 부족해진다.

특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물은

열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재 5~15중량%;

나프텐계 프로세스 오일 50~80중량%;

식물성 오일 5~20중량%;

광물성 섬유 5~20중량%; 및

유기 가황촉진제 0.1~0.5중량%를 포함하는 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 첨가재를 포함한다.

또한, 상기 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하는 아스팔트 개질재는 멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 나프텐계 오일은 40~50중량%의 나프텐환을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 식물성 오일은 리놀렌산을 6~10% 함유함을 특징으로 한다.

또한, 상기 광물성 섬유는 양이온 처리가 되어 있는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 가황촉진제는 알데히드 암모니아계,알데히드 아민계, 구아니딘계, 티오우레아계, 티아졸계, 티우람계, 디티오 카보메이트계, 크산테이트계, 설펜아민드계 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 한다.

또한, 특허 제1627553호 발명은 상기 아스팔트가 스트레이트 아스팔트, 스트레이트 아스팔트에 멜트플로우 값이 15g/10분 미만인 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃에서의 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재를 첨가하는 개질아스팔트, SBS 개질아스팔트 중 선택된 1종임을 특징으로 한다.

또한, 특허 제1627553호 발명은 상기 아스팔트 바인더 5~8중량%; 골재 77~92중량%; 및 채움재 3~15중량%;를 포함하는 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.

또한, 상기 골재는 13㎜ 체를 100% 통과하고, 5㎜ 체를 90~100% 통과하고, 2.5㎜ 체를 35~50% 통과하고, 0.3㎜ 체를 15~25% 통과하고, 0.08㎜ 체를 8~13% 통과하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 골재는 둥글고 모가 난 형상의 포러스용 골재임을 특징으로 한다.

또한, 상기 아스팔트 혼합물 100중량부에 대하여 무기안료 1~10중량부를 가할 수 있다.

또한, 상기 골재는 10~100중량%이 재생골재이며, 상기 골재의 최대치수는 5㎜인 것을 특징으로 하며, 상기 골재에는 굵은골재를 추가하여 골재 최대치수가 13~8㎜인 것을 특징으로 한다.

이뿐만 아니라, 상기 아스팔트 혼합물은 15~25㎜로 박층 덧씌우기 포장하여 반사균열 억제형 저소음 고내구성 도로포장 보수방법에 사용한다.

상기 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물을 이용한 반사균열 억제형 저소음 고내구성 도로포장 보수방법에는 먼저 도로 손상면의 상층에 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물을 박층 포장하는 방법이 있으나, 본 발명에서는 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 도로 손상면에 부착한 후 특허 제1627553호의 아스팔트 혼합물로 박층 포장한다.

상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는

이형필름층;

상기 이형필름층 상에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, CR 고무(Chloroprene Rubber) 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 CR 고무 개질아스팔트층;

상기 CR 고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, SBS(styrene-butadiene-styrene) 또는 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 중 1종 이상 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 합성고무 개질아스팔트층;

상기 합성고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 유리섬유를 합성고무 개질아스팔트에 함침하여 생성되는 섬유 보강재층; 및

상기 섬유 보강재층 위에 형성되는 규사층;을 포함한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 규사층이 규사 85~90중량%와 바잘트 섬유 10~15중량%로 이루어진 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 규사층의 규사 중 0중량% 초과 90중량% 이하를 재생골재로 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 이형필름층이 실리콘, 우레탄 또는 불소화합물 중 1종 이상을 두께 50~150㎛로 PE 또는 PET 원지에 코팅하여 제조함을 특징으로 한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 CR 고무 개질아스팔트층이 0.5~1.0mm의 두께로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 합성고무 개질아스팔트층을 2.0~3.0mm의 두께로 시트형으로 제조함을 특징으로 한다.

또한, 상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 상기 섬유 보강재층을 매쉬형 또는 격자형으로 형성함을 특징으로 한다.

이뿐만 아니라, 본 발명은

시공면 바닥층을 정리하는 단계;

상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트에서 이형필름층을 벗겨내면서 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트의 CR 고무 개질아스팔트층을 시공면 바닥층에 접착하는 단계;

접착된 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 위에 표층 포장재로서 특허 제1627553호 발명의 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계;를 포함하는, 반사균열을 방지하고 바닥층으로의 수분 침투를 방지하는 도로포장방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은

손상된 도로면을 정리하는 단계;

상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트에서 이형필름층을 벗겨내면서 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트의 CR 고무 개질아스팔트층을 손상된 도로면에 접착하는 단계;

접착된 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 위에 표층 포장재로서 특허 제1627553호 발명의 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계;를 포함하는 반사균열을 방지하고 바닥층으로의 수분 침투를 방지하는 도로포장 보수방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계는 15~25㎜ 두께로 수행함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 첨가재를 포함하는 아스팔트 혼합물에 대해 물성을 시험한 결과, 내유동성, 균열저항성, 저온 다짐성능, 미끄럼저항성, 마모저항성 등이 모두 비교예에 비하여 우수한 것으로 나타났고, 저소음 기능도 우수한 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명의 첨가재를 포함하는 아스팔트 혼합물은 반사균열을 억제하고 소음을 줄이는 박층포장에 유용할 것으로 사료된다.

아래에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예의 기재에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

아래 표 2는 상기 본 발명의 아스팔트 첨가재를 이용한 아스팔트 바인더의 조성비를 나타낸다. 본 발명의 첨가재를 가하지 않은 것을 비교예로 사용하였다.

	조성비 (중량%)	실시예 1	비교예 1
본 발명의 첨가재	2~6	3.5	-
개질 아스팔트	94~98	96.5	100

본 발명의 아스팔트 바인더에서 첨가재가 2중량% 미만인 경우에는 본 첨가제의 기능을 충분히 발휘하기 어렵고, 6중량% 범위를 초과한 경우 과도한 유동성으로 바인더의 물리적 성질이 저하된다.

아래 표 3은 상기 표 2의 실시예 1과 비교예 1에 대한 침입도, 신도, 연화점, 저온 휨에너지 시험 결과이다.

바인더 시험	-	실시예 1	개질 아스팔트 (비교예 1)	-
시험항목	단위	시험결과	시험결과	시험방법
침입도	1/10mm	58	40	KS M 2252
15℃ 신도	cm	100 이상	68	KS M 2254
연화점	℃	62	55	KS M 2250
휨에너지 (-10℃)	kPa	1700	1400	KS M 2491
휨에너지 (-20℃)	kPa	800	480	KS M 2491

상기 표 3의 연화점 시험 결과로부터 본 발명의 아스팔트 바인더가 고온특성 즉, 내유동성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 신도 및 저온 휨에너지 시험 결과를 보면, 본 발명의 아스팔트 바인더가 저온특성 즉, 균열 저항성이 우수함을 알 수 있다.

아래 표 4는 본 발명의 아스팔트 첨가재를 함유하는 아스팔트 혼합물 ("Ro-Facing") 조성비를 나타낸다.

	조성비 (중량%)	실시예 2	비교예 2
아스팔트 바인더	5.0~8.0	5.9 (실시예 1)	5.4 (비교예 1)
골재	80~92	88.1	90.6
채움재	3~15	6.0	4.0

아스팔트 바인더가 5중량% 미만일 경우 바인더 피막 부족 및 피복 부족으로 내구성이 저하될 가능성이 있으며, 8중량% 범위를 초과한 경우는 과도한 바인더로 표면에 블리 등 발생 또는 혼합물의 물리적 성능이 저하될 가능성이 있다.

아래 표 5의 실시예 2 및 비교예 2의 아스팔트 혼합물 합성 입도는 국토해양부 2011.11 통합지침의 WC-2를 적용하였다.

표준체(mm)	13.0	5.0	2.5	0.3	0.08
입도범위(%)	100	90~100	35~50	15~25	8~13
중앙입도(%)	100.0	95.0	42.5	20.0	10.5

아래 표 6은 실시예 2와 비교예 2의 아스팔트 혼합물의 물성을 시험한 결과이다.

아스팔트 혼합물 시험	-	실시예 2	비교예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험결과	시험방법
마샬안정도	N	14,800	10,200	KS F 2337
간접인장강도	MPa	1.22	1.03	KS F 2382
동적안정도	회/mm	5,140	3,530	KS F 2374
휨강도 (25℃)	MPa	3.45	2.88	KS F 2395
휨강도 (-10℃)	MPa	11.3	7.22	KS F 2395

상기 표 6을 살펴보면, 마샬안정도, 간접인장강도 및 동적안정도 시험결과, 본 발명의 아스팔트 혼합물의 개질아스팔트 성능 즉, 내유동성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 상온 및 저온 휨강도 시험결과, 본 발명의 아스팔트 혼합물의 균열저항성이 우수함을 알 수 있다.

아래 표 7에서는 본 발명 실시예 2의 아스팔트 혼합물의 온도에 따른 다짐율을 나타내었다.

아스팔트 혼합물 시험	-	실시예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험방법
160℃ 다짐율	%	100	KS F 2337
130℃ 다짐율	%	99.7	KS F 2353
100℃ 다짐율	%	98.1	KS F 2364

아래 표 8에서는 본 발명 실시예 2의 아스팔트 혼합물의 온도에 따른 칸타브로 손실률을 나타내었다.

혼합물 시험	-	실시예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험방법
칸타브로 손실률(20℃)	%	0.9	KS F 2492
칸타브로 손실률(-20℃)	%	8.7	KS F 2492

아래 표 9에서는 본 발명 실시예 2의 아스팔트 혼합물에 대한 피로시험 결과를 나타내었다.

아스팔트 혼합물 시험	-	실시예 2	비교예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험결과	시험방법
피로시험(0℃, 500㎛)	회	20,000	15,000	KS F 2378
피로시험(10℃, 500㎛)	회	45,000	30,000	KS F 2378
피로시험(20℃, 500㎛)	회	90,000	65,000	KS F 2378

피로시험 결과, 본 발명의 아스팔트 혼합물은 여러 온도범위에서 비교예보다 우수함을 알 수 있다.

아스팔트 혼합물 시험	-	실시예 2	비교예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험결과	시험방법
균열 5mm 진행까지 횟수	회	3,024	2,016	KS F 2374

균열이 5mm까지 진행되었을 때의 하중륜 왕복회수를 측정한 결과, 표 10과 같이 본 발명의 실시예가 비교예보다 약 1.5배 우수함을 알 수 있다.

포장노면 시험	-	실시예 2	비교예 2	-
시험항목	단위	시험결과	시험결과	시험방법
미끄럼저항성(BPN)	-	62	53	KS F 2375
소음측정	dB	89.7	96.8	소음측정기 실측

상기 표 11과 같이 미끄럼저항성 시험 결과, 본 발명의 실시예 2는 평지 40BPN, 완경사 45BPN, 급경사 50BPN 이상의 기준치에 비하여 미끄럼저항성이 우수함을 알 수 있다. 그리고, 소음측정 시험 결과, 일반 도로의 소음 측정치 96.8dB에 비하여 본 발명 실시예 2의 시험 결과는 7.1dB 감소하여 소음저감 기능이 우수함을 알 수 있다.

아래는 본 발명의 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 제조 실시예와 이 매트를 이용한 도로 포장에 대한 시험예이다.

CR 고무 개질아스팔트층 제조

스트레이트 아스팔트와 CR 고무를 가열 및 교반하여 혼합하였다. 이 혼합물을 압출기와 와인더를 사용하여 원하는 두께로 성형하여 시트형으로 제조할 수 있다. 상기 혼합 공정을 좀 더 빠르게 수행하기 위하여, CR 고무 개질아스팔트 조성물 총 중량부 기준 3중량부 이내의 프로세스 오일을 첨가할 수 있다.

합성고무 개질아스팔트층 제조

스트레이트 아스팔트와 SBS 및/또는 EPDM 합성고무를 가열 및 교반하여 혼합하였다. 이 혼합물을 압출기와 와인더를 사용하여 원하는 두께로 성형하여 시트형으로 제조할 수 있다. 상기 혼합 공정을 좀 더 빠르게 수행하기 위하여 합성고무 개질아스팔트 조성물 총 중량부 기준 3중량부 이내의 프로세스 오일을 첨가할 수 있다.

섬유 보강재층 제조

유리섬유를 합성고무 개질아스팔트에 함침하여 섬유 보강재를 제조한다. 섬유 보강재층은 다수의 홀이 형성되도록 하며, 바람직하게는 격자형으로 형성한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서 유리섬유로는 한성화이바의 R-25A 제품을 사용하였으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.

규사층 제조

입경 0.25~0.6mm의 6호 규사 85~90중량%와 광물섬유로서 길이 3mm 이하, 두께 10~20㎛의 바잘트 섬유(근영실업 KV-16) 10~15중량%를 혼합한다.

본 발명의 균열억제 및 자착 기능 을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 제조

이형필름, CR 고무 개질아스팔트, 합성고무 개질아스팔트, 섬유 보강재층을 순서대로 적층되도록 하고, 섬유 보강재층의 위쪽에는 규사층을 형성하여 본 발명의 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 제조하였다.

시험예

아래에서는 본 발명의 실시예 3에 의한 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트를 바닥층과 표층 아스팔트 혼합물 사이에 냉공법으로 설치하고, 이 구조에 대하여 정하중재하 휨시험, 동하중재하 휨피로시험, 동하중재하 반사균열 모사시험을 수행하였다. 바닥층과 표층의 아스팔트 혼합물은 국토해양부 2011.11 통합지침의 WC-2를 적용하였다. 또한, 바닥층과 표층의 아스팔트 혼합물 사이에 택코팅(일반포장)한 것을 비교예 3으로, 바닥층과 표층의 아스팔트 혼합물 사이에 택코팅을 하고 그 위에 섬유보강매쉬를 열공법으로 설치한 것을 비교예 4로, 바닥층과 표층의 아스팔트 혼합물 사이에 택코팅(고무혼입유제)을 하고, 그 위에 섬유보강매쉬를 설치한 후 PP 필름을 열공법으로 설치한 것을 비교예 5로 하여 이 구조들에 대해서도 정하중재하 휨시험, 동하중재하 휨피로시험, 동하중재하 반사균열 모사시험을 수행하였다. 결과는 각각 표 12 내지 표 14에 나타내었다.

시험 결과	실시예 3	비교예 3	비교예 4	비교예 5
시험항목	시험결과	시험결과	시험결과	시험결과
휨강도(MPa)	8.4	5.1	6.7	6.8

KS F 2395의 아스팔트 혼합물의 휨 시험방법에 따라 정하중재하 휨시험 결과, 실시예의 균열저항성이 우수함을 알 수 있다.

시험 결과	실시예 3	비교예 3	비교예 4	비교예 5
시험항목	시험결과	시험결과	시험결과	시험결과
균열방생까지 (cycles)	19,000	700	7,000	9,000

KS F 2378의 아스팔트 포장 혼합물의 반복 휨 피로 시험 방법에 따라 동하중재하 휨피로 시험결과, 실시예의 균열저항성이 우수함을 알 수 있다.

시험 결과	실시예 3	비교예 3	비교예 4	비교예 5
시험항목	시험결과	시험결과	시험결과	시험결과
균열방생까지 (cycles)	12,000 (균열 없음)	1,000 (파손)	6,000 (일부균열)	6,000 (일부균열)

KS F 2374의 역청 포장 혼합물의 휠 트래킹 시험 방법을 이용한 모사시험에 따라 동하중재하 반사균열 모사 시험결과, 실시예 3의 반사균열저항성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 시공면 바닥층을 정리하는 단계;
   균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트에서 이형필름층을 벗겨내면서 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트의 CR 고무 개질아스팔트층을 시공면 바닥층에 접착하는 단계;
   접착된 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 위에 표층 포장재로서 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계;를 포함하되,
   상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 이형필름층; 상기 이형필름층 상에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, CR 고무(Chloroprene Rubber) 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 CR 고무 개질아스팔트층; 상기 CR 고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, SBS(styrene-butadiene-styrene) 또는 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 중 1종 이상 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 합성고무 개질아스팔트층; 상기 합성고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 유리섬유를 합성고무 개질아스팔트에 함침하여 생성되는 섬유 보강재층; 및 상기 섬유 보강재층 위에 형성되는 규사층;으로 이루어지며, 바닥층과 표층 포장재 사이에 열을 가하지 않고 시공하는 것을 특징으로 하며,
   상기 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물은
   아스팔트 바인더 5~8중량%; 골재 77~92중량%; 및 채움재 3~15중량%;를 포함하되, 상기 아스팔트 바인더는 멜트플로우 값이 15g/10분 미만 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃ 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재 5~15중량%;
   나프텐계 프로세스 오일 50~80중량%;
   식물성 오일 5~20중량%;
   광물성 섬유 5~20중량%;
   유기 가황촉진제 0.1~0.5중량%;로 구성되는 분사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 첨가재 2~6중량%; 및
   스트레이트 아스팔트, 스트레이트 아스팔트에 멜트플로우 값이 15g/10분 미만 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃ 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재를 첨가하는 개질아스팔트, SBS 개질아스팔트 중 선택된 1종의 아스팔트 94~98중량%;를 함유하는 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 바인더임을 특징으로 하는, 반사균열을 방지하고 바닥층으로의 수분 침투를 방지하는 도로포장방법.
   
2. 손상된 도로면을 정리하는 단계;
   균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트에서 이형필름층을 벗겨내면서 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트의 CR 고무 개질아스팔트층을 상기 손상된 도로면에 접착하는 단계;
   접착된 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트 위에 표층 포장재로서 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계;를 포함하되,
   상기 균열억제 및 자착 기능을 갖는 다층구조의 섬유보강매트는 이형필름층; 상기 이형필름층 상에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, CR 고무(Chloroprene Rubber) 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 CR 고무 개질아스팔트층; 상기 CR 고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 스트레이트 아스팔트 92~96중량%, SBS(styrene-butadiene-styrene) 또는 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 중 1종 이상 4~8중량%를 혼합, 교반하여 얻은 합성고무 개질아스팔트층; 상기 합성고무 개질아스팔트층 위에 형성되며, 유리섬유를 합성고무 개질아스팔트에 함침하여 생성되는 섬유 보강재층; 및 상기 섬유 보강재층 위에 형성되는 규사층;으로 이루어지며, 바닥층과 표층 포장재 사이에 열을 가하지 않고 시공하는 것을 특징으로 하며,
   상기 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물은
   아스팔트 바인더 5~8중량%; 골재 77~92중량%; 및 채움재 3~15중량%;를 포함하되, 상기 아스팔트 바인더는 멜트플로우 값이 15g/10분 미만 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃ 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재 5~15중량%;
   나프텐계 프로세스 오일 50~80중량%;
   식물성 오일 5~20중량%;
   광물성 섬유 5~20중량%;
   유기 가황촉진제 0.1~0.5중량%;로 구성되는 분사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 첨가재 2~6중량%; 및
   스트레이트 아스팔트, 스트레이트 아스팔트에 멜트플로우 값이 15g/10분 미만 비닐 방향족 탄화수소·공역 디엔 블록공중합체 100중량부에 대하여 점착성 부여 수지 0.1~100중량부, 방향족 성분 함유량이 20~60중량%이고, 40℃ 동점도가 70~900㎟/s인 프로세스 오일 5~100중량부를 함유하고, 상기 성분들의 합계 100중량부에 대하여 0.1~40중량부의 고무를 더 포함하는 아스팔트 개질재를 첨가하는 개질아스팔트, SBS 개질아스팔트 중 선택된 1종의 아스팔트 94~98중량%;를 함유하는 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 바인더임을 특징으로 하는, 반사균열을 방지하고 바닥층으로의 수분 침투를 방지하는 도로포장 보수방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 반사균열 억제형 저소음 고내구성 아스팔트 혼합물을 시공하는 단계는 15~25㎜ 두께로 수행함을 특징으로 하는 도로포장 보수방법.