KR20200005195A

KR20200005195A - 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물 및 이를 포함하는 상온 아스콘

Info

Publication number: KR20200005195A
Application number: KR1020180078604A
Authority: KR
Inventors: 신시종
Original assignee: 주식회사 다현산업
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-15
Also published as: KR102193904B1

Abstract

본 발명은 스트레이트 아스팔트 100 중량부; 메틸 에스테르계 식물성 오일 10 내지 40 중량부; 및 3 중량부 미만의 박리 방지제의 혼합물을 포함하는, 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 종래의 컷백 아스팔트와 비교하여 동등 이상의 물성을 나타낼뿐만 아니라, 환경 오염 및 탄소 발생을 현저히 저감시킬 수 있는 친환경적인 아스팔트를 제공한다.

Description

상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물 및 이를 포함하는 상온 아스콘{NON-HEATING TYPED ASPHALT COMPOSITION FOR NORMAL TEMPERATURE ASCON AND NORMAL TEMPERATURE ASCON COMPRISING THE SAME}

본 발명은 도로 포장 등에 사용되는 아스팔트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보관 안정성이 우수하고 친환경적이며 도로포장이 용이한 아스팔트 조성물에 관한 기술이다.

포장된 도로는 시공 후 빈번한 차량통행과 기후 및 환경의 변화로 인해 시간이 지남에 따라 노후 파손되어 가기 때문에 파손부위에 대한 부분적인 보수(소파보수 등)를 적정한 시기에 조치하여야 하며 그렇지 못할 경우 대규모의 보수가 실시되고 종국에 가서는 재포장을 하여야 하므로 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 이와 같이 포장된 도로는 유지관리를 어떻게 하느냐에 따라 그의 수명주기가 달라질 수 있으며, 결국 포장의 수명주기 동안 적절한 보수시기와 보수공법을 선정하는 것이 매우 중요하다.

최근, 국내도로 여건은 급격한 차량증가와 더불어 30톤 이상 되는 대형차량 및 과적 차량의 통행이 증가함에 따라 그 보수 시기가 점점 빨라져가고 있으며 보수부위 또한 다발적으로 발생하고 있는 실정이다.

종래의 도로보수 방법은 역청 혼합물을 KS F 2349 공법에 따라서 가열혼합 및 가열포설 하는 공정인데, 상기 혼합물은 쇄석 및 자갈, 잔골재 등을 170∼180 ℃ 고온으로 가열 및 건조한 다음 이 건조물에 140∼150 ℃로 가열한 스트레이트 아스팔트를 결합재로서 적정량 가하고 이들을 고온에서 혼합한 고온 아스콘으로 제조된다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 고온 아스콘은 아스팔트 특성상 온도가 내려가면 결합재의 점성이 급격히 증대하여 덩어리로 되므로, 이를 방지하기 위해서는 상기 역청 혼합물을 130∼140 ℃로 유지하면서 제한 시간 내에 포장해야만 하는 불편이 야기되었으며, 또한 장거리 수송이 어려울 뿐만 아니라 겨울철 공사시에는 재료분리가 일어날 우려가 있다. 특히 도로 파손이 소규모일 경우에는 대단위의 아스콘을 사용하기가 곤란하다는 문제가 있다. 상기 언급한 바와 같은 고온 아스콘(가열식 아스콘이라고도 한다)을 도로 보수용으로 사용할 때 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 상온 혼합 및 상온 포설이 가능한 상온 아스콘이 제안되었다.

종래의 상온 아스콘에 사용되는 결합재로서는 컷백아스팔트를 사용하고 있다. 그러나 컷백 아스팔트에 함유된 유해 VOC로 인해 대기오염 및 토양 오염이 빈번하게 발생되고 있는 실정이다. 한편, 상온 아스콘에 사용되는 유화아스팔트계열의 아스팔트는 품질이 낮고 수분 저항력이 좋지 않은 단점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 컷백 아스팔트의 장점을 유지하면서도, 환경 오염의 우려를 감소시킬 수 있는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물을 포함하는 상온 아스콘을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물은 스트레이트 아스팔트 100 중량부; 메틸 에스테르계 식물성 오일 10 내지 40 중량부; 및 3 중량부 이하의 박리 방지제로 이루어진 혼합물을 포함한다.

상기 천연 오일로서는 대두유(soybean oil), 지방산 유지(fatty acids, tallow), 지방산 팜핵유(fatty acids, palm kernel-oil), 오렌지 오일, 디레모닌 오일 등을 사용할 수 있으며, 적어도 2종 이상의 오일을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 박리방지제는 70중량% 이상의 다이머산을 포함할 수 있으며, 모노머산, 또는 트리머산을 더 포함할 수 있다. 상기 다이머산은 식물유 지방산의 이량체일 수 있다. 상기 식물유 지방산으로서는 올레익산(Oleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 스테아릭산(Stearic acid), 팔미틱산(Palmitic acid) 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘은 전술한 비가열 아스팔트 조성물, 골재; 및 채움재를 포함한다.

상기 비가열 아스팔트 조성물의 함량은 전체 아스콘 대비 3 내지 8 중량%인 것이 바람직하다.

한편, 상기 골재는 1 내지 40mm의 입도 분포를 가질 수 있으며, 상기 채움재로서는 회석분, 시멘트, 소석회, 플라이애쉬 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 비가열 아스팔트 조성물은 석유계 용제를 전면 천연 성분으로 대체함과 더불어, 메틸에스테르계 천연오일을 도입함으로써 기존의 컷백 아스팔트의 물성은 그대로 유지할 수 있다. 따라서 상기 아스팔트 조성물은 천연오일의 생분해성으로 인하여 대기오염, 토양 오염을 방지하고 나아가 탄소발생을 저감할 수 있는 친환경적인 아스팔트를 제공할 수 있다.

또한, 상기 비가열 아스팔트 조성물이 적용된 상온 아스콘은 우수한 작업성을 갖고 장기간 이송에 따른 품질 변동 우려가 없는 장점을 갖는다. 상기 상온 아스콘은 밀폐 포장될 경우 1년 이상 보관될 수 있고, 5톤 이상 더미 형태로 쌓아 놓아서 외부에 노출된 경우에도 표면막이 형성되어 한달 정도 보관될 수 있고, 만약에 더미 위에 덮개를 덮어놓을 경우에는 약 6개월까지도 안정적으로 보관 가능하다.

나아가, 본 발명에 따른 상온 아스콘을 도로 포장에 사용하면 시공 후 바로 교통을 개방할 수 있고, 종래 가열 아스콘을 대체할 정도의 품질을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 종래의 컷백 아스팔트에 비해서도 상대적으로 수분 저항성이 우수하여, 도로포장 시공 후 아스팔트와 골재가 분리되는 현상을 현저히 감소시킬 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명은 본 발명을 이해하기 위한 예시적인 기재들이며, 하기 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되지 않는다. 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되고 제한될 수 있다.

본 말명에 따른 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물은 1차적으로 각 성분을 혼합하여 제조된 후, 2차적으로 골재 등 다른 성분들과 혼합됨으로써 상온 아스콘으로 제조될 수 있다. 모든 성분을 동시에 혼합하지 않고, 아스팔트 조성물을 먼저 혼합하여 제조함으로써, 결합제인 아스팔트 자체의 균일성과 밀도를 증가시킬 수 있다.

상기 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물은 스트레이트 아스팔트 100 중량부에 대하여, 천연오일 10 내지 40 중량부를 혼합하고, 여기에 3중량부 이하의 박리 방지제를 혼합함으로써 제조될 수있다. 혼합 시 온도는 30 내지 40℃로 유지해 주는 것이 유리하다. 혼합기는 혼합물을 혼합기의 위쪽으로 펌핑하는 펌핑장치 및 혼합기의 중간 높이 이상에 배치되는 저속 교반기를 포함한다.

상기 식물성 오일로서는 메틸 에스테르계 식물성 오일을 사용한다. 이러한 천연오일로서는 대두유(soybean oil), 지방산 유지(fatty acids, tallow), 지방산 팜핵유(fatty acids, palm kernel-oil), 오렌지 오일, 디레모닌 오일 등이 사용될 수 있으며, 이들 오일은 단독으로 사용되기보다는 대략 3종 이상의 오일을 혼합하여 사용하는 것이 물성 측면에서 유리하다. 아울러, 상온 아스콘이 적용되는 시공 형태에 따라 상기 오일 성분의 조합은 적절히 변경될 수 있다.

한편, 상기 식물성 오일 중 오렌지 오일 또는 디레모닌 오일을 사용할 경우, 박리방지제의 사용을 최소화하거나 배제할 수 있다. 이는 오렌지 오일 및 디레모닌 오일의 경우 박리방지제 역할을 동시에 수행할 수 있기 때문이다.

상기 오일성분들은 아스팔트의 점도를 적절히 저하시켜 유동성을 향상시킴과 더불어, 혼합물의 균일한 분산성을 극대화할 수 있다. 한편, 상기 천연오일은 모두 생분해성으로서 아스콘 시공 후 잔여 오일들에 의한 오염이 발생되지 않는다.

상기 아스팔트 조성물의 제조시 스트레이트 아스팔트 및 오일 성분에 박리방지제가 첨가되어 혼합된다. 상기 박리방지제는 적어도 70중량% 이상의 다이머산을 포함한다.

상기 박리방지제는 아스팔트의 골재 면이 젖어 있을 때 부착을 좋게 함과 동시에 한번 부착한 아스팔트가 외력이나 비 등의 작용에 의해 벗겨지는 것을 방지하는 성분으로서 아스콘의 저항력을 증대시키는 역할을 한다. 아스콘에서 통상적으로 사용되는 액상 박리방지제로는 결합제에 혼합하여 사용하는 4급 아민이 있고, 골재에 첨가하여 사용하는 석회석분, 소석회, 포틀랜트 시멘트와 같은 분말 박리방지제 등이 있으나, 외력이나 비 등에 의한 아스콘의 벗겨짐을 방지하는데에 한계가 있다. 본 발명에서는 이를 개선하기 위해 상온 아스콘의 일 성분인 박리방지제의 주성분으로 다이머산(Dimer acid)을 사용한다.

다이머산(CAS 등록번호 : 61788-89-4)은 불포화 지방산을 중합반응에 의해 이량화하여 제조한 다이카르복실산(Dicarboxylic acid) 또는 지방산의 이량체(Dimerized fatty acid)로서, 표면 코팅성, 접착성, 내열성, 내방식성, 내구성, 내약품성, 및 요변성이 우수한 재료이다.

본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 박리방지제는 다이머산을 70 중량% 이상, 바람직하게는 75 중량% 이상 포함할 수 있고, 부수적인 성분으로 모노머산(Monomer acid), 또는 트리머산(Trimer acid)을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 박리방지제는 경우에 따라서는 다이머산만으로 이루어질 수도 있다. 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 박리방지제로 사용할 수 있는 상업적인 제품으로는 DIMER ACID NC-80(중국의 NEXTCHEM Coporation에 의해 공급되며, 다이머산 75~85 중량%, 모노머산 1~3 중량%, 트리머산 15~22 중량%를 포함), CA2023 DIMER ACID(미국의 CHEMICAL ASSOCIATES에 의해 공급되며 다이머산으로 C36 DIBASIC ACID 87 중량%, 트리머산으로 분자량이 약 845인 TRIBASIC ACID 10 중량%, 모노머산으로 C18 MONOBASIC ACID 3 중량%를 포함), PM200 다이머산(한국의 지앤오코퍼레이션에 의해 공급되며 다이머산 75~85 중량%, 트리머산 10~20 중량%, 모노머산 최대 3 중량%를 포함), UNIDYME 18(미국의 ARIZONA CHEMICAL COMPANY에 의해 공급되며 다이머산으로 C18 불포와 지방산의 이량체 100중량%로 이루어짐), VDIMER 3690 DIMER ACID(미국의 Vantage Oleochemicals에 의해 공급되며 다이머산으로 C18 불포와 지방산의 이량체 100중량%로 이루어짐), Empol 1062 Dimer Acid(미국 BASF COPORATION에 의해 공급되며 다이머산으로 C18 불포와 지방산의 이량체 100중량%로 이루어짐) 등이 있다.

본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 박리방지제의 주성분으로 사용되는 다이머산은 그 유래 및 형태가 크게 제한되지 않으나, 식물유 지방산의 이량체인 것이 바람직하고, 이때 다이머산의 제조 원료인 식물유 지방산은 올레익산(Oleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 스테아릭산(Stearic acid) 및 팔미틱산(Palmitic acid)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 대한민국 등록특허 공보 제10-0356436호에는 식물유 지방산으로부터 다이머산을 제조하는 방법의 일 예가 예시되어 있으며, 구체적으로 식물유 지방산에 계면활성제로서 알킬벤젠설포나이트, 소디움라우릭설포나이트, 또는 폴리글리콜에테르를 원료지방산 100 중량부에 대하여 0.5∼5 중량부 첨가하고, 전리제로서 황산나트륨 또는 염화나트륨을 원료지방산 100 중량부에 대하여 0.5∼5 중량부 첨가하고, 0∼10℃ 까지 냉각한 후 초원심분리기로 분리하여 원료를 얻고, 이 원료에 대하여 주촉매로서 백토를 사용하고, 조촉매로서 AlCl₃ , SnCl₂ , LiCO₃ , CaCO₃ , MgO, 과산화 벤질 또는 카본 중 2종 이상을 주촉매 100 중량부에 대하여 1∼5 중량부 사용하여 중합하는 것을 특징으로 한다. 이때, 식물유 지방산은 채종, 미강, 옥배, 대두 또는 올리브 유래의 지방산인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분으로 사용되는 박리방지제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.04~0.2 중량%인 것이 바람직하고, 0.04~1.5 중량%인 것이 더 바람직하며, 0.05~1.0 중량%인 것이 가장 바람직하다.

전술한 바와 같이 제조된 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물은, 골재 및 채움재와 혼합됨으로써, 상온 아스콘으로 제조된다. 이하에서는 골재 및 채움재에 대해서 자세하게 설명하도록 한다.

골재

본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 골재는 아스콘에 사용되는 통상적인 골재라면 그 종류와 형태가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 아스콘용 골재는 입도 범위에 따라 굵은골재(보통 자갈이 이에 해당됨)와 잔골재(보통 자연 모래나 암석, 자갈 등을 깨어 얻어진 부순모래, 또는 이들의 혼합물이 이에 해당됨) 등이 있고, 형성원인에 따라 천연골재(강모래, 강자갈, 바다모래, 바다자갈, 육지모래, 육지자갈, 산모래, 산자갈 등), 인공골재(부순모래, 부순자갈), 산업부산물 골재(고로슬래그, 연슬래그, 동슬래그 등), 재생골재(콘크리트 폐기물을 분쇄한 부순모래, 부순자갈 등) 등이 있고, 밀도에 다라 보통골재(절건밀도가 2.5~2.7 g/㎤ 정도의 것으로서 강모래, 강자갈, 부순모래, 부순자갈 등), 경량골재(절건밀도가 2.0 g/㎤ 이하의 것으로서 천연의 화산재, 경석, 인공 질석, 펄라이트 등), 중량골재(절건밀도가 2.8 g/㎤ 이상의 것으로서, 중정석, 철광석 등에서 얻은 골재) 등이 있다.

본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분으로 사용되는 골재는 천연 또는 인공의 쇄석, 자갈, 모래, 석분, 제강 분진, 바텀애쉬 또는 슬래그에서 선택될 수 있으며, 상온 혼합 및 상온 포설의 용이성과 아스콘의 내구성을 고려할 때 석회석 골재인 것이 바람직하다. 석회석 골재는 석회암(탄산칼슘을 주성분으로 하는 퇴적암)을 부순 골재로서, 아스콘의 유동성을 좋게 하고 강도를 증진시킨다.

또한, 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분으로 사용되는 골재의 입도 범위는 아스콘이 사용되는 용도(차도 포장 또는 포수, 보도 포장 또는 보수, 터널 포장 또는 보수, 표층용, 중간층용, 기층용 등)에 따라 0.05~50㎜의 범위에서 선택될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분으로 사용되는 골재의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 80~95 중량%인 것이 바람직하고, 85~95 중량%인 것이 더 바람직하며, 88~94 중량%인 것이 가장 바람직하다.

채움재

본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 채움재는 아스콘에 사용되는 통상적인 채움재라면 그 종류와 형태가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 석회석분, 시멘트, 소석회, 플라이애쉬, 회수더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트, 각종 소각회 및 기타 광물성 물질의 분말 등이 있다. 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 사온 아스콘의 일 성분인 채움재는 석회석분, 시멘트, 소석회, 및 플라이애쉬로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 사용의 간편성과 소정의 강도를 보장하는 측면에서 시멘트인 것이 더 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 상온 아스콘의 일 성분인 채움재로 사용될 수 있는 시멘트로는 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이애쉬 시멘트(Fly ash cement) 등이 있으며, 이 중에서 플라이애쉬 시멘트인 것이 가장 바람직하다. 플라이애쉬 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 플라이애쉬를 혼합한 것으로서, 플라이애쉬의 양에 따라 A종(5~10%), B 종(10~20%), C 종(20~30%)이 있고, 본 발명에서는 아스콘의 용도에 따라 자유롭게 선택적으로 사용이 가능하다. 한편, 플라이애쉬는 미분탄(微粉炭)을 연소하는 보일러의 연도(煙道) 가스로부터 집진기로 채취한 석탄재를 말하는데, 구상(球狀)인 입자 크기는 시멘트와 같은 정도며 알루미나와 실리카가 주성분이고 콘크리트의 혼화재로 사용된다. 시멘트에 플라이애쉬를 약 20~30% 혼합하여 사용하면 가공성(加工性:workability)이 개선되고 경화열이 완화됨과 더불어 장기적인 강도 및 수밀성(水密性)이 향상되어 경제적이기도 하다.

또한, 본 발명에 따른 상온 아스콘의 일 성분으로 사용되는 채움재의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 2.5~9 중량%인 것이 바람직하고, 2.5~7.5 중량%인 것이 더 바람직하며, 3.0~6.0 중량%인 것이 가장 바람직하다.

기타 성분

본 발명에 따른 상온 아스콘은 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재 외에 고무(SBR, SBS 등), 플라스틱(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸비닐아세테이트, EPDM 등), 섬유(폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스터 섬유 등), 산화방지제(칼슘염), 4급 아민, 실리콘 등과 같은 개질제 또는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

Claims

스트레이트 아스팔트 100 중량부;
메틸 에스테르계 식물성 오일 10 내지 40 중량부; 및
3 중량부 이하의 박리 방지제로 이루어진 혼합물을 포함하는,
상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제1항에 있어서,
상기 천연 오일은 대두유(soybean oil), 지방산 유지(fatty acids, tallow), 지방산 팜핵유(fatty acids, palm kernel-oil), 오렌지 오일, 디레모닌 오일로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제1항에 있어서,
상기 박리방지제는 70중량% 이상의 다이머산을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제 3항에 있어서,
상기 박리방지제는 모노머산, 또는 트리머산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제 3항에 있어서,
상기 다이머산은 식물유 지방산의 이량체인 것을 특징으로 하는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제 5항에 있어서,
상기 식물유 지방산은 올레익산(Oleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 스테아릭산(Stearic acid) 및 팔미틱산(Palmitic acid)으로 이루어진 군에으로부터 선택된 적어도 일종의 지방산을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물.
제 1항의 상온 아스콘용 비가열 아스팔트 조성물;
골재; 및
채움재를 포함하는 상온 아스콘.
제7항에 있어서,
상기 비가열 아스팔트 조성물의 함량은 3 내지 8 중량%인 것을 특징으로 하는 상온 아스콘.
제7항에 있어서,
상기 골재는 1 내지 40mm의 입도 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘.
제7항에 있어서,
상기 채움재는 회석분, 시멘트, 소석회 및 플라이애쉬로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 아스콘.