KR20220036353A - 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법 - Google Patents
자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%, 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%, 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%, 보강제 1 ~ 20 중량%, 점착부여제 1 ~ 10 중량%로 조성된다.
따라서, 원자간 결합력이 큰 고분자와 비공유결합을 가지는 초분자형 고분자를 아스팔트와 혼합하여 복합적인 초분자 복합 네트워크 구조가 형성되게 함으로써, 고무아스팔트 내 미세균열 계면을 서로 달라붙게 하여 미세균열 성장을 억제하면서 방수재와 포장체에 자가치유 능력을 부여하고, 산화방지제와 아스팔트가 코팅 또는 함침된 포장 섬유층을 고무아스팔트 방수층 상부에 설치하고 그 상부에 자가수선형 아스팔트 혼합물을 포설함으로써 다층구조의 일체화를 유도하면서 반사균열 억제와 고무아스팔트 방수층의 분자단위 이상의 손실을 방지하고, 자외선을 차단하여 장시간 고무아스팔트 조성물의 물성유지와 균열 발생을 방지할 수 있게 하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 제공한다.
따라서, 원자간 결합력이 큰 고분자와 비공유결합을 가지는 초분자형 고분자를 아스팔트와 혼합하여 복합적인 초분자 복합 네트워크 구조가 형성되게 함으로써, 고무아스팔트 내 미세균열 계면을 서로 달라붙게 하여 미세균열 성장을 억제하면서 방수재와 포장체에 자가치유 능력을 부여하고, 산화방지제와 아스팔트가 코팅 또는 함침된 포장 섬유층을 고무아스팔트 방수층 상부에 설치하고 그 상부에 자가수선형 아스팔트 혼합물을 포설함으로써 다층구조의 일체화를 유도하면서 반사균열 억제와 고무아스팔트 방수층의 분자단위 이상의 손실을 방지하고, 자외선을 차단하여 장시간 고무아스팔트 조성물의 물성유지와 균열 발생을 방지할 수 있게 하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 제공한다.
Description
본 발명은 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 관한 것으로, 특히, 복합적인 고분자간 공유결합과 초분자 복합 네트워크의 비공유결합을 이용하여 자가 치유 능력을 가지게 하여 교통하중을 받는 교량 바닥판이나 슬라브 구조물에 설치되는 고무아스팔트 도막방수재와 아스팔트 콘크리트 포장체에 자가치유 능력을 부여하고, 산화 및 균열방지 포장섬유를 설치하여 오랜 수명을 보장하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 관한 것이다.
일반적으로, 아스팔트는 시간이 지남에 따라 자외선에 의한 분자절단과 산소와 아스팔트 탄화수소물 간의 산화반응에 의해 발생된 키톤, 카르복실산 등의 산화물에 의해 물성이 취화되어 균열이 발생하게 된다.
특히, 온도 변화 등의 환경하중과 차량 교통하중을 받는 아스팔트계열의 도로 포장체나 방수재는 더 빨리 물성이 저하되어 균열이 쉽게 발생할 수 있다.
현재로는 실란트 처리 등의 균열 보수 공법은 많이 있으나, 미세균열을 봉합하여 균열 발생을 방지할 기술은 존재하지 않는다.
지금까지 드러난 균열의 보수 목적으로 아스팔트 표면에 환경적 물성저하와 습기 침투로부터 아스팔트 표면을 보호하는 실란트를 처리하거나, 아니면 원래의 아스팔텐과 말텐의 비율을 회복하여 노화된 아스팔트의 물성을 원래의 아스팔트 물성으로 바꾸어주도록 만들어진 물성회복제(rejuvenator)를 주입하기도 한다.
그러나, 이러한 실란트 처리와 물성회복제 주입은 손상부위 물질 내에 분산이 곤란하여 아스팔트 포장체의 표면에서만 작동할 수 있고, 가격이 비싸며 안정성의 문제가 생길 수 있으며, 같은 부위의 반복적인 손상이 회복되기 힘들어 지속적이지 못하고 1회성에 그치는 단점을 갖고 있으며, 이들은 균열보수 목적이지 균열방지 목적은 아니다.
즉, 상기한 방법은 균열 보수 방법이지, 균열 방지나 예방 방법이 아니며, 지속적이지 못하며 별도의 추가 작업이 필요하다는 점에서, 작업에 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 복합적인 고분자간 공유결합과 초분자 복합 네트워크의 비공유결합을 이용하여 자가 치유 능력을 가지게 하여 교통하중을 받는 교량 바닥판이나 슬라브 구조물에 설치되는 고무아스팔트 도막방수재와 아스팔트 콘크리트 포장체에 자가치유 능력을 부여하고, 산화 및 균열방지 포장섬유를 설치함으로써 방수재 및 포장체의 오랜 수명을 보장하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적은, 스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%, 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%, 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%, 보강제 1 ~ 20 중량%, 점착부여제 1 ~ 10 중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트에 의해 달성된다.
그리고, 상기한 목적은, 스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%와 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%를 가열교반기에 투입하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제1혼합물을 생성하는 제1혼합물 생성단계와; 상기 제1혼합물이 생성되면, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%와 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%를 첨가한 후, 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제2혼합물을 생성하는 제2혼합물 생성단계와; 상기 제2혼합물이 생성되면, 보강제 1 ~ 10 중량%와 충전제 1 ~ 20 중량%, 점착부여제 1 ~ 10 중량%를 첨가하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트 방수재의 제조방법에 의해서도 달성된다.
아울러, 상기한 목적은, 스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%와 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%를 가열교반기에 투입하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제1혼합물을 생성하는 제1혼합물 생성단계와; 상기 제1혼합물이 생성되면, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%와 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%를 첨가한 후, 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제2혼합물을 생성하는 제2혼합물 생성단계와; 상기 제2혼합물이 생성되면, 보강제 1 ~ 20 중량%와 점착부여제 1 ~ 10 중량%를 첨가하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 자가수선형 고무아스팔트 바인더를 제조하는 단계와; 상기 자가수선형 고무아스팔트 바인더가 생성되면, 고무아스팔트 바인더 5 ~ 20 중량%와 골재 80 ~ 95 중량%를 혼합하여 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트 혼합물의 제조방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 골재는 투수성 아스팔트의 경우 최대골재로 혼합되는 골재의 크기가 13mm ~ 20mm인 것을 사용하고, 불투수 방수성 아스팔트의 경우 최대 골재로 혼합되는 골재의 크기가 4.75mm ~ 10mm인 것이 바람직하다.
한편, 상기한 목적은, 구조물 바탕면(102)의 이물질을 제거하고, 표면 건조상태를 유지시키는 바탕면 정리단계(S1)와; 상기 바탕면 정리단계에 의한 바탕면(102)에 접착제를 도포하여 접착층(104)을 형성하는 접착층 형성단계(S2)와; 상기 접착층(104)의 상부에 상기 자가수선형 고무아스팔트, 상기 자가수선형 고무아스팔트 방수재 중 어느 하나를 0.5 ~ 3.0㎜ 포설하여 자가치유 도막방수층(106)을 형성하는 도막방수층 형성단계(S3)와; 상기 도막방수층(106) 상부에 산화방지제가 포함된 아스팔트가 부직포 또는 펠트에 함침되거나 코팅되어 형성된 1.0 ~ 3.0㎜ 두께의 시트형 방수포장섬유(202)를 포설하여 시트층(108)을 형성하는 시트층 형성단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 시트형 방수포장섬유(202)는 상부에 그리드(grid)의 크기가 5 ~ 20㎜인 매쉬망(204)이 설치되게 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 목적은, 구조물 바탕면(102)의 이물질을 제거하고, 표면 건조상태를 유지시키는 바탕면 정리단계(S11)와; 상기 바탕면 정리단계에 의한 바탕면(102)에 접착제를 도포하여 접착층(104)을 형성하는 접착층 형성단계(S22)와; 상기 접착층(104)의 상부에 상기 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 2 ~ 10㎝ 두께로 포설하여 아스팔트 콘크리트 포장층(110)을 설치하는 포장층 형성단계(S33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 의해서도 달성된다.
그리고, 상기한 목적은, 구조물 바탕면(102)의 이물질을 제거하고, 표면 건조상태를 유지시키는 바탕면 정리단계(S11)와; 상기 바탕면 정리단계에 의한 바탕면(102)에 접착제를 도포하여 접착층(104)을 형성하는 접착층 형성단계(S22)와; 상기 접착층(104)의 상부에 제1항의 자가수선형 고무아스팔트, 상기 자가수선형 고무아스팔트 방수재 중 어느 하나를 0.5 ~ 3.0㎜ 포설하여 자가치유 도막방수층(106)을 형성하는 도막방수층 형성단계(S23)와; 상기 도막방수층(106) 상부에 산화방지제가 포함된 아스팔트가 부직포 또는 펠트에 함침되거나 코팅되어 형성된 1.0 ~ 3.0㎜ 두께의 시트형 방수포장섬유(202)를 포설하여 시트층(108)을 형성하는 시트층 형성단계(S24)와; 상기 접착층(104)의 상부에 제3항의 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 2 ~ 10㎝ 두께로 포설하여 아스팔트 콘크리트 포장층(110)을 설치하는 포장층 형성단계(S33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수포장공법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 시트형 방수포장섬유(202)는 상부에 그리드(grid)의 크기가 5 ~ 20㎜인 매쉬망(204)을 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명은 공유결합이 이루어져 원자간 결합력이 큰 고분자와 비공유결합을 가지는 초분자형 고분자를 아스팔트와 혼합하여 복합적인 초분자 복합 네트워크 구조가 형성되게 함으로써, 고무아스팔트 콤파운드 내 미세균열 계면이 서로 달라붙게 하여 미세균열 성장을 억제하면서 자가치유 능력을 부여하고, 그 상부에 산화방지제와 아스팔트가 코팅 또는 함침된 시트형 방수포장섬유를 설치하여 하부에 위치한 고무아스팔트 콤파운드와의 일체화를 유도하면서 도막방수층 또는 포장층 형성시 각각의 개별 층간 접착력도 증가하게 함으로써, 층간 들뜸을 방지할 수 있으며, 고무아스팔트 콤파운드의 분자단위 이상의 손실을 방지하고, 자외선을 차단함으로써 장기간 고무아스팔트 콤파운드의 물성을 유지할 수 있고 균열을 방지할 수 있게 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 2는 본 발명 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법에 따른 시공단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 4는 본 발명 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 따른 시공단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수포장공법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 6은 본 발명에 따른 시트형 포장섬유의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법에 따른 시공단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 4는 본 발명 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에 따른 시공단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수포장공법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 6은 본 발명에 따른 시트형 포장섬유의 다른 실시예를 도시한 도면.
본 발명은 자가수선형 고무아스팔트 조성물 및 그 시공방법으로서, 이하에서는 자가수선형 고무아스팔트의 조성을 설명한 후, 자가수선형 고무아스팔트 방수재와 자가수선형 고무아스팔트 혼합물의 제조방법을 설명하며, 최종적으로 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법과 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 포장공법 및 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수포장공법에 대하여 설명하기로 한다.
<자가수선형 고무아스팔트 조성물>
상기한 자가수선형 고무아스팔트 조성물은, 스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%, 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%, 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%, 보강제 1 ~ 20 중량%, 점착부여제 1 ~ 10 중량%로 조성된다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 스트레이트 아스팔트는, 주요 구성요소로서 침입에 따라 그 종류가 AP-3와 AP-5로 구별되고, 스트레이트 아스팔트(Straight Asphalt)는 침입도가 80 ~ 100이며, 원유를 상압, 감압증류장치 등을 통하여 경질분을 제거했을 때 마지막으로 잔존하는 물질로 분해되지 않는 역청질이 많이 함유되어 있는데, 침입도가 약 40 이상 이상이 바람직하며, 상기 스트레이트 아스팔트는 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 60 ~ 80 중량%가 첨가된다.
그리고, 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 프로세스오일은 파라핀계 오일(Paraffinc Oil), 나프텐계 오일(Naphthenic Oil), 아로마틱계 오일(Aromatic Oil) 또는 콩, 옥수수 등과 같은 식물성 오일 중 한 종류 이상을 선택할 수 있으며, 조성물의 유동성, 분산성 및 아스팔트의 물성 강화제로 사용되고, 첨가 시 점도가 낮아 초기 점착력을 향상시키고, 피착물에 대한 침투성 향상에 도움이 된다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 프로세스오일을 10 중량% 미만 첨가 시 급격한 물성변화를 억제할 수 없을 뿐만 아니라 작업온도를 적절하게 조절하기 곤란하고, 또한, 인장성능이나 내열성능 향상을 확보하기 곤란하며, 30 중량% 이상 첨가 시 가소성을 상실하여 형태적 안정성을 유지할 수 없다.
그리고, 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 이오노머(Ionomer)는 올레핀계 카르복실화 이오노머인 에틸렌(ethylene)과 메틸아크린산(methylacrylic acid)의 공중합체로서 카르복실기 그룹에 Na, K, Mg, Zn 등 금속 이온에 의해 가교결합을 갖는 중합체의 총칭으로서, 이오노머는 다른 중합체나 금속호일에 접착력이 좋고 오일이나 기름에 접착력이 좋은 특징이 있다.
상기 이오노머에서 메틸아크릴산이나 메틸아크릴레이트염(methylacrylate)의 양은 약 4 ~ 15% 정도이며 메틸아크리레이트의 양이 적을수록 금속접착력, 강성도, 투과도는 작아지는 반면 접착강도는 커진다. 이오노머 수지의 특징은 이온가교된 분자가 가열되면 가교결합이 끊어져 열접착성이 나타나기 때문에 가공성이 좋아지며, 냉각되면 다시 이온 가교되어 견고해지기 때문에 기계적 성질이 뛰어나다. 그 밖에 내유성, 내한성이 뛰어나고, 강산, 강알칼리, 그리스 오일, 유기용제와 물에 대하는 저항이 뛰어나다.
자가치유 특성을 얻기 위해서는 끊어진 고분자 재료 내 결합 혹은 인력을 복구할 수 있는 외부 자극과 분자간 공유 결합, 또는 초분자적 인력의 요소가 있어야 하며, 본 발명에서는 이오노머(Ionomer) 등의 비공유결합을 이용한 초분자적 인력과 차량 등의 교통하중과 여름철 고온 등의 환경하중, 가역적 동적공유 결합을 갖는 열가소성 탄소성체를 이용한 방법이 채택되었다.
이는, 비공유결합을 가지는 초분자체 고분자는 그 초분자적 인력이 공유 결합력에 비해 결합 에너지가 작고, 그 특성 또한 고무와 비슷하여 기계적 강도가 약해 구조재료로서 사용이 어려운 단점이 있어 공유결합을 갖는 고분자를 혼합하여 단점을 보강하였다.
선형 올리고머 말단에 다중수소결합이 가능한 단분자가 도입된 선형 초분자체 및 비선형 올리고머 말단에 다중수소결합이 가능한 단분자가 구비된 비선형 초분자체를 혼합하여 초분자 가교체를 구성하면서 초분자 복합 네트워크가 형성된다.
본 발명에서는 스트레이트 아스팔트내 아스팔텐의 카르복실기와 금속이온을 갖는 이오노머를 혼합하여 치밀한 초분자 네트워크를 형성하고 열가소성 고분자의 공유결합을 혼합함으로써, 고무아스팔트의 망상구조를 더욱 치밀하게 해주며 분자간 또는 초분자간 인력에 의해 재료내에 발생된 균열 또는 긁힘 등의 외부손상 및 미세균열이 자가치유되게 한 것이다.
여기서, 초분자체를 이용한 자가치유 네트워크는 선형 초분자체와 비선형 초분자체가 혼합된 형태로 제조되며, 선형 초분자체는 사슬 운동성이 높으나 가교점이 적고, 비선형 초분자체는 사슬 운동성이 낮기 때문에 높은 사슬 운동성과 많은 가교점을 동시에 가지기 위해서는 선형 및 비선형 초분자체를 적절히 혼합하는 것이 중요하므로, 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 이오노머(Ionomer)는 1 ~ 10 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 이오노머는 가루나 알갱이 형태의 올레핀계 카르복실 이오노머로 에틸렌과 (메타)아크릴산이 공중합된 고분자로 카르복시 음이온이 나트륨(Na) 또는 아연(Zn)의 중성화 양이온의 정전기적 인력으로 인하여 초분자형 네트워크 고분자 사슬 사이에서 가역적 가교 역할을 한다.
또한, 올레핀계 카르복실 이오노머는 약 75 ~ 80%의 수소결합과 15 ~ 20%의 이온결합으로 이루어지며, 아스팔트내의 말텐과 비공유결합인 수소결합을 형성하고 금속화합물과는 이온결합을 형성한다.
본 발명에 사용된 에틸렌기반 이오노머는 에틸렌계열의 수지와 물성도 비슷하고 혼합이 용이한 특징이 있으나, 본 발명에서는 극성을 가진 EVA를 혼합함으로써 아스팔트와의 상용성도 증진시켰으며, 이오노머의 카르복시 음이온과 EVA의 쌍극간 결합력도 유도함으로써 복합적인 자가치유 능력을 증대시켰다.
비공유 결합과 공유 결합을 근간으로 초분자 형태의 복합 네트워크 구조를 형성시키게 되면 외부 충격에 의한 초기 파단시 분자인식 및 재배치를 통해 분자 및 원자간 상호작용력이 재형성되어 치유가 가능하게 되고, 손상된 부분을 서로 맞닿게만 하여도 손상된 부분이 수차례 복원 가능하다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 스티렌계 열가소성 고분자는 SBS(Styrene Butadiene Styrene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), SEBS(Styrene Ethylene Butadiene Styrene), SIS(Styrene Isoprene Styrene)과 상기 스티렌계 고분자와 중합된 폴리머 중 하나 또는 그 이상이 선택된 것으로서, 고무아스팔트 혼합물의 고탄성률을 향상 시켜 외부(반복적인 무거운 충격) 압력시 충격을 흡수하여 고무아스팔트의 내구성을 향상 시키고, 고온에서의 소성저항성과 저온에서의 균열 저항성을 증가시킨다.
상기 SBS(Styrene Butadiene Styrene)는 아스팔트와 네크워크를 형성하여 계면 접착력을 향상시켜 고탄성, 내열성, 인장강도 및 소성변형 저항성을 증가시키고, 고온에서의 흘러내림이나 변형과 동절기 저온 환경에서의 크랙 및 파손 발생을 개선할 수 있다.
상기 스티렌계 열가소성 고분자의 고탄성 공중합체의 부타디엔 사슬블록이 열과 전단력에 의해 석유 아스팔트의 방향족 화합물등의 말텐과 반응하여 부피가 약 20% 팽윤되어 물리적 가교점이 증가하고 네크워크 구조의 밀도가 높아진다.
상기 스티렌계 고분자와 중합된 폴리머의 한 예로써, EPP 폴리머(가칭)는 SEBS와 PP의 중합으로 얻어지며, TPE(Thermo plastic elastomer) 일종으로 부드러우면서, 인장강도 강하여 외부의 압력시 파손을 억제시키고, 극성을 보유하여 아스팔트와 상용성이 있고, 내후성이 우수하여 제품의 내구성을 뛰어나게 한다.
상기 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 스티렌계 열가소성 고분자를 1 중량% 미만 첨가시 고탄성률이 저하되고, 충격 흡수율이 저하되며, 내구성이 저하되고, 20 중량% 초과 첨가 시 200℃ 이상의 고온에서 혼합이 가능하기 때문에 에너지 소비와 아스팔트가 쉽게 산화되기 때문에 경제성 및 품질관리가 곤란하다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 올레핀계 열가소성 고분자는 TPE(Thermo plastic elastomer)로서 부드러우면서, 인장강도 강하여 외부의 압력시 파손 억제를 향상 시키는데, 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 올레핀계 열가소성 고분자를 1 중량% 미만 첨가 시 인장강도, 압력에 대한 파손억제 효과가 미미하며, 10 중량% 초과 시 스트레이트 아스팔트와의 상용성이 현저히 떨어진다.
여기서, 상기 스트레이트 아스팔트와 올레핀계 열가소성 고분자 혼합 시 올레핀계 열가소성 고분자는 스트레이트 아스팔트와의 상용성이 다소 떨어지기 대문에 아스팔트와의 친화력을 높여줄 수 있는 상용화제가 필요하며, 이때, 이오노머가 스트레이트 아스팔트와 먼저 혼합되면, 스트레이트 아스팔트의 네트워크 구조에 이온결합을 갖는 초분자형 복합 네트워크가 형성되고, 동시에 올레핀계 열가소성 고분자와의 상용성도 증진시키게 된다.
본 발명에 사용된 상기한 스티렌계와 올레핀계 열가소성 고분자는 가역성 공유결합을 갖고 있어 강도가 우수한 고무아스팔트를 얻을 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 블록공중합체의 경질 고분자인 스티렌 사슬블록에 의해 기계적 물성을 높였으며, 아스팔트와 혼합시 팽창된 연질 고분자인 부타디엔 또는 이소프렌 사슬블록에 이오노머가 고르게 혼합될 수 있도록 전단교반함으로써, 이오노머의 비공유 결합(이온결합)과 블록공중합체의 공유 결합을 갖는 복합 네트워크 구조가 형성하도록 유도하였다.
높은 인장강도를 위해 부타디엔 100% 대비 스티렌 함유량이 25% ~ 50%인 스타이렌부타디엔 고무를 이용하는 것이 바람직하며, 스티렌 함유량이 클수록 온도 균열 저항성이 증가하나 너무 크면 유리 전이 온도가 높게 되어 혼합이 곤란하고 부타디엔 함유량이 너무 많으면 노화되기 쉬우며 소성변형 저항성이 낮아진다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 보강제는 길소나이트 등의 천연 아스팔트나 블로운 아스팔트, 폴리우레탄, 에폭시 등을 사용하며, 스트레이트 아스팔트를 단독 사용할 시 고온에서 흘러내리고, 외부의 작은 충격에도 파손되고, 각 혼합물과의 결합력 저하로 쉽게 분리되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에서는, 보강제로서, 길소나이트, TLA 등의 천연아스팔트, 또는 석유 또는 석탄계 피치, 블로운 아스팔트 중 1 또는 2 이상을 첨가함으로써 아스팔텐 함유량을 높여 고강성의 아스팔트를 얻을 수 있다. 상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 보강제 1 ~ 20 중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 중 점착부여제는 아크릴수지, 페놀수지, 터펜수지, 천연수지, 석유화학수지, PVB수지, 폴리부텐 중 1 또는 2 이상을 첨가하며, 각 폴리머간의 결합력, 점착력, 내열성 등이 향상되며, 천연수지에 석유화학 수지를 반응시킨 고분자량인 로진에스테르를 첨가할 수도 있고, 후기 점착력, 내열성, 결합력을 극대화하기 위해 터펜 페놀수지를 첨가할 수도 있다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물 전체 100 중량%에 대하여 점착부여제 1 중량% 미만 첨가 시 혼합 원료간의 결합 성능 향상 효과 및 점착성 개선 효과가 미미하며, 10 중량% 초과첨가 시 점도가 과도하게 상승하여 겨울철 아스팔트 혼합물 생산 및 포설 시 뭉침현상이 발생하고, 상대적으로 저단가 원료보다 고단가인 점착부여제의 함유량 증가로 제품의 가격을 상승시키며, 또한 저온에서 딱딱해지는 현상과 유동성이 저하되는 현상을 피할 수 없어 점착기능이 오히려 저하된다.
상기한 바와 같은 조성으로 이루어진 본 발명 자가수선형 고무아스팔트의 방수재의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%와 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%를 가열교반기에 투입하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제1혼합물을 생성하는 제1혼합물 생성단계를 실시한다.
즉, 본 발명에서는 스트레이트 아스팔트(AP3, AP5 등)에 Ethylene Methylacrylic Acid(EMAA) 또는 Ethylene Acrylic Acid(EAA)의 이오노머를 먼저 140 ~ 190℃ 온도에서 2 ~ 3시간 정도 가열 혼합하는 것은, 아스팔트 및 고분자와의 상용성이 좋은 이오노머를 먼저 고무아스팔트와 혼합함으로써 고무아스팔트의 네트워크 구조에 이온결합을 갖는 초분자형 복합 네트워크를 형성하고 자가치유 성능 뿐만 아니라 동시에 올레핀계 열가소성 고분자와의 상용성도 증진시킨다.
즉, 블록공중합체의 경질 고분자인 스티렌 사슬블록에 의해 기계적 물성을 높였으며, 아스팔트와 혼합시 팽창된 연질 고분자인 부타디엔 또는 이소프렌 사슬블록에 이오노머가 고르게 혼합될 수 있도록 전단교반함으로써 이오노머의 비공유 결합(이온결합)과 블록공중합체의 공유 결합을 갖는 복합 네트워크 구조가 형성하도록 유도하는 것이다.
그리고, 상기 제1혼합물이 생성되면, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%와 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%를 첨가한 후, 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제2혼합물을 생성하는 제2혼합물 생성단계를 실시한다.
상기한 스티렌계 열가소성 고분자나 올레핀계 열가소성 고분자는 가역성 공유결합을 가지고 있어서 강도가 우수한 고무아스팔트를 얻을 수 있게 한다.
여기서, 높은 인장강도를 위해 부타디엔 100% 대비 스티렌 함유량이 25%~50%인 스타이렌부타디엔 고무를 이용하는 것이 바람직하며, 스티렌 함유량이 클수록 온도 균열 저항성이 증가하나 너무 크면 유리 전이 온도가 높게 되어 혼합이 곤란하고 부타디엔 함유량이 너무 많으면 노화되기 쉬우며 소성변형 저항성이 낮아진다.
결과적으로, 올레핀계 열가소성 고분자가 아스팔트와의 상용성이 떨어지기 때문에 아스팔트와의 친화력을 높여주기 위해서는 스트레이트 아스팔트와 이오노머가 먼저 가열 전단교반되어야만 올레핀계 열가소성 고분자가 혼합되는 제2혼합물이 완성될 수 있다는 것이다.
상기 제2혼합물이 생성되면, 보강제 1 ~ 10 중량%와 충전제 1 ~ 20 중량%, 점착부여제 1 ~ 10 중량%를 첨가하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하면, 자가수선형 고무아스팔트 방수재가 제조된다.
상기 충전제로서, 탈크나 탄산칼슘, 소석회, 블랙카본 등의 무기질과 셀룰로이스 또는 폴리에스테르 섬유, 클레이, 톱밥, 왁스 중 1 또는 2 이상을 첨가함으로써 결합력 증대 및 가격 인하 효과와 극성부여로 점착력을 향상시킬 수 있으며, 가소제를 흡수함으로써 혼합물이 부드러워져 내한성이 향상되고 고온에서 흘러내림을 방지할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 조성으로 이루어진 본 발명 자가수선형 고무아스팔트 혼합물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
상기한 자가수선형 고무아스팔트 방수재의 제1혼합물 생성단계와, 제2혼합물 생성단계는 동일하게 실시하고, 상기 제2혼합물이 생성되면, 보강제 1 ~ 20 중량%와 점착부여제 1 ~ 10 중량%를 첨가하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하면 자가수선형 고무아스팔트 바인더를 제조하는 단계를 실시하고, 상기 고무아스팔트 바인더가 생성되면 가열된 골재를 계량하여 고무아스팔트 바인더 5 ~ 20 중량%와 골재 80 ~ 95 중량%를 혼합함으로써 아스팔트 콘크리트 포장용 자가수선형 고무아스팔트 혼합물이 제조된다.
여기서, 상기 아스팔트 콘크리트 포장용 자가수선형 고무아스팔트 혼합물에 첨가되는 상기 골재는 투수성 아스팔트의 경우 최대골재로 혼합되는 골재의 크기가 13mm ~ 20mm인 것을 사용하고, 불투수 방수성 아스팔트의 경우 최대 골재로 혼합되는 골재의 크기가 4.75mm ~ 10mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 바와 같이 자가수선형 고무아스팔트 방수재와 자가수선형 고무아스팔트 혼합물이 제조되면, 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법과 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 포장공법을 실시할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법을 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
진공흡입 장치가 포함된 샷블라스팅이나 워터젯 등을 이용하여 바탕면(102)의 녹이나 레이턴스 등의 이물질을 제거하고, 고주파 수분계로 측정한 함수비 값이 10% 이하가 되도록 표면 건조상태를 유지시키는 바탕면 정리단계(S1)를 실시한다.
그리고, 상기 바탕면 정리단계(S1)에 의한 구조물 바탕면(102)에 흡수방지식 방수재 또는 아스팔트계 또는 수지계 접착제를 롤러 및 살포기로 0.2 ~ 0.5L/㎡ 이상 도포하여 접착층(104)을 형성하는 접착층 형성단계(S2)를 실시한다.
또한, 상기 접착층(104)의 상부에는 상기한 자가수선형 고무아스팔트 또는 자가수선형 고무아스팔트 방수재를 밀대나 도포장비를 이용하여 0.5 ~ 3.0㎜ 포설하여 자가치유 도막방수층(106)을 형성하는 도막방수층 형성단계(S3)를 실시한다.
자가수선형 고무아스팔트의 자가치유 핵심 중 하나인 이오노머와 아스팔트의 수소결합은 자외선에 의해 쉽게 산화될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 카본블랙 등을 이용하여 산화방지 기능을 시트형 방수포장섬유(202)에 부가함으로써 산화 및 균열발생을 방지한다.
즉, 상기 도막방수층 상부에 50g/㎡ 이상의 부직포 또는 펠트에 산화방지제가 포함된 고무아스팔트 또는 블로운아스팔트가 함침 또는 코팅되어 1.0 ~ 3.0㎜ 두께의 시트형 방수포장섬유(202)를 인력 또는 시트포설 장치를 이용하여 맞댐 이음 또는 50mm 이상 겹침 포설하고 시트간 이음부는 도막방수재로 씰링함으로써 시트층(108)을 설치하는 시트층 형성단계(S4)를 실시한다.
여기서, 상기 도막방수층(106)와 시트층(108)의 합성 두께는 2.0 ~ 4.0mm가 되도록 설치하는 것이 바람직하다.
산화 및 균열방지를 위한 시트형 방수포장섬유(202)는, 유리섬유, 폴리에스테르 섬유, 탄소섬유 등 내열성이 우수한 섬유로 이루어진 50g/㎡ 이상의 부직포 또는 펠트에 산화방지제가 포함된 고무아스팔트 또는 블로운아스팔트가 함침 또는 코팅되면서 1.0 ~ 3.0mm 두께의 시트 형태로 도 2와 같이 고무아스팔트 콤파운드(도막방수층) 상부에 설치된다.
상기 산화방지제는 카본블랙 또는 이산화티타늄인 자외선 차단제와 HALS 또는 페놀계 1차 산화방지제를 혼합사용할 수 있으며, 카본블랙과 HALS를 사용하는 것이 바람직하다.
유리기 포촉제(Radical Scavenger)인 1차 산화방지제는 산화작용으로 생성된 불안정한 유리기(라디칼)을 안정한 형태로 만들어주며, 폐타이어 열분해 공법의 부산물인 카본블랙은 UV광을 차단하여 광분해방지에 효과적이고 아스팔트와 혼합시 아스팔트의 소성변형에 대한 저항성이 개선되는 특징이 있다.
본 발명에서는 덩어리 형태의 카본블랙을 0.075mm 이하의 분말로 밀링처리된 것을 사용할 수 있으며, 이에 따라, 고온에서 용융 혼합되는 고무아스팔트의 산화도 방지할 수 있는 효과도 가진다.
블랙카본 또는 HALS를 고무아스팔트나 블로운아스팔트에 가열용융 전단교반 혼합한 후 내열성이 우수한 섬유로 이루어진 중심기재에 코팅하거나 중심기재를 상기의 용융혼합된 아스팔트용액에 함침시켜 제조한다.
특히, 상기 시트형 방수포장섬유(202)는 통상적으로 많이 사용되는 50g/㎡ 이상의 부직포 또는 직포와 그리드 형태의 섬유를 혼합사용할 수 있으며, 내구성이 많이 요구되는 경우 부직포나 직포의 상부에 그리드(grid)의 크기가 5 ~ 20㎜인 매쉬망(204)이 설치되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 시트형 방수포장섬유(202)는 상부에 그리드(grid)의 크기가 5 ~ 20㎜인 매쉬망(204)이 설치되게 하는 것이 바람직하다.
상기 매쉬망(204)에 의하여 외부 충격으로 인한 시트형 방수포장섬유(202)의 파손이 방지될 수 있다.
상기 시트형 방수포장섬유(202)는 그 하부에 위치한 자가치유 콤파운드층(도막방수층)의 인장강도를 보강하면서 분자단위 이상의 손실을 막아줄 뿐만 아니라, 강도보강 및 응력흡수를 통해 미세균열의 성장을 억체할 수 있으며 바닥판으로부터 발생되는 반사균열의 발생을 억제하는 역할을 한다.
또한, 상기 시트형 방수포장섬유(202)에 자외선 차단기능을 부가함으로써 상기 콤파운드층의 인장강도 증진과 분자단위 이상의 손실(블리딩)을 방지함과 동시에 자외선을 차단함으로써 균열 방지의 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 도 3과 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법은 자가수선형 고무아스팔트를 이용한 방수공법의 바탕면 정리단계(S1), 접착층 형성단계(S2)와 동일하게 바탕면 정리단계(S11), 접착층 형성단계(S22)를 실시하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기한 바와 같이 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법은, 접착층 형성단계(S22)를 실시한 후, 접착층(104)의 상부에 상기한 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 2 ~ 10㎝ 두께로 포설하여 아스팔트 콘크리트 포장층(110)을 설치하는 포장층 형성단계(S33)를 실시하여 완료된다.
여기서, 상기한 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에서는 포장층(110)의 하부에 방수층을 형성하지 않은 상태에서 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 포설하였으나, 포장층(110) 하부에 방수층을 형성하여 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법을 실시할 수 있다.
상기한 포장층(110)의 하부에 방수층을 형성하기 위해서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기한 접착층 형성단계(S22) 실시 후, 상기 접착층(104)의 상부에 자가수선형 고무아스팔트, 자가수선형 고무아스팔트 방수재 중 어느 하나를 0.5 ~ 3.0㎜ 포설하여 자가치유 도막방수층(106)을 형성하는 도막방수층 형성단계(S23)를 실시하고, 상기 도막방수층(106) 상부에 산화방지제가 포함된 아스팔트가 부직포 또는 펠트에 함침되거나 코팅되어 형성된 1.0 ~ 3.0㎜ 두께의 시트형 방수포장섬유(202)를 포설하여 시트층(108)을 형성하는 시트층 형성단계(S24)를 실시한 후 시트층(108)의 상부에 택 상기한 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 2 ~ 10㎝ 두께로 포설하여 아스팔트 콘크리트 포장층(110)을 설치하는 포장층 형성단계(S33)를 실시할 수 있다.
따라서, 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법에서 도막방수층까지 형성되게 하여 방수공법과 포장공법을 동시에 실현할 수도 있게 된다.
여기서, 상기 시트형 방수포장섬유(202)는 상부에는 도 6에 도시된 바와 같이 그리드(grid)의 크기가 5 ~ 20㎜인 매쉬망(204)을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 매쉬망(204)에 의하여 아스팔트 콘크리트 포장시공 시 상부 아스팔트 콘크리트 골재의 다짐에 의한 시트형 방수포장섬유(202)의 파손을 방지할 수 있으며 포장공사 중장비의 궤도 또는 바퀴에 포장섬유가 접착되어 말아 올려지는 손상을 방지할 수 있다.
하부에 위치한 직포 또는 부직포 형태의 시트형 방수포장섬유(202)는 그 하부에 위치한 자가치유 콤파운드층(도막방수층)의 인장강도를 보강하면서 분자단위 이상의 손실을 막아줄 뿐만 아니라, 강도보강 및 응력흡수를 통해 미세균열의 성장을 억체할 수 있으며 바닥판으로부터 발생되는 반사균열의 발생을 억제하는 역할을 한다.
또한, 상기 시트형 방수포장섬유(202)에 자외선 차단기능을 부가함으로써 상기 콤파운드층의 인장강도 증진과 분자단위 이상의 손실(블리딩)을 방지함과 동시에 자외선을 차단함으로써 균열 방지의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 시트형 방수포장섬유(202)는 아스팔트 콘크리트 포장층(110) 시공 온도에 의해 시트형 방수포장섬유(202)에 함침되에 있는 아스팔트가 연화되어 상부의 포장층(110)과 일체화될 수 있기 때문에 별도의 택코팅 공정을 생략할 수 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 상기 자가수선형 고무아스팔트트 혼합물의 골재는 투수성 아스팔트의 경우 최대골재로 혼합되는 골재의 크기가 13mm ~ 20mm인 것을 사용하고, 불투수 방수성 아스팔트의 경우 최대 골재로 혼합되는 골재의 크기가 4.75mm ~ 10mm인 것을 사용하며, 이때 방수층은 생략하는 것이 바람직하다.
보다 자세히 설명하면, 아스팔트 포장체 혼합물에 있어서, 혼합골제의 체통과 100 중량% 기준으로 19mm체 통과율은 90 ~ 100 중량%, 13mm체 통과율은 40 ~ 100 중량%, 9.5mm체 통과율은 15 ~ 60 중량%, 4.75mm체 통과율은 5 ~ 30 중량%, 2.36mm체 통과율은 2 ~ 15 중량%, 0.075mm체 통과율은 1 ~ 5중량%인 것이 바람직하며, SMA 등 일반 아스팔트 혼합물은 4 ~ 5%의 공극율을 갖도록 골재의 혼합비율을 결정하나, 저소음 배수성 혼합물은 12 ~ 30%의 공극율을 갖도록 혼합골재를 혼합비율을 결정하고 방수성 혼합물은 5% 미만의 공극율을 갖도록 혼합비율을 결정한다.
본 발명에 따른 자가수선형 고무아스팔트 조성물은 분자 내 또는 분자 간 비공유결합을 기반하여, 여러 개의 초분자들이 분자인식과 자기조립을 통해 모이고 조직화되어 거대 분자인 초분자간의 인력으로 다른 고분자에 초분자 형태의 네트워크 구조를 형성시킴으로써, 분자 간 상호작용력이 재형성되어 초분자 네트워크형 자가치유 고분자라고 하며, 고무아스팔트 조성물 자체의 자가치유 능력 뿐만 아니라 섬유나 골재 등의 이질 재료와의 결합력도 우수해지고, 여름철 고온 또는 차량 등의 환경 및 교통 하중 자극에 의해서도 고무아스팔트 조성물내 고분자들의 공유결합이 가역적 재결합되어 수차례 재료의 손상 없이도 자가치유가 가능한 장점을 가진다.
102 : 바탕면
104 : 접착층
106 : 도막방수층 108 : 시트층
110 : 콘크리트 포장층
202 : 포장섬유 204 : 매쉬망
106 : 도막방수층 108 : 시트층
110 : 콘크리트 포장층
202 : 포장섬유 204 : 매쉬망
Claims (1)
- 구조물 바탕면(102)의 이물질을 제거하고, 표면 건조상태를 유지시키는 바탕면 정리단계(S11)와;
상기 바탕면 정리단계에 의한 바탕면(102)에 접착제를 도포하여 접착층(104)을 형성하는 접착층 형성단계(S22)와;
상기 접착층(104)의 상부에 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 2 ~ 10㎝ 두께로 포설하여 아스팔트 콘크리트 포장층(110)을 설치하는 포장층 형성단계(S33)를 포함하되,
상기 자가수선형 고무아스팔트 혼합물은,
스트레이트 아스팔트 60 ~ 80 중량%와 프로세스오일 10 ~ 30 중량%, 이오노머(Ionomer) 1 ~ 10 중량%를 가열교반기에 투입하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제1혼합물을 생성하는 제1혼합물 생성단계와;
상기 제1혼합물이 생성되면, 스티렌계 열가소성 고분자 1 ~ 20 중량%와 올레핀계 열가소성 고분자 1 ~ 10 중량%를 첨가한 후, 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 제2혼합물을 생성하는 제2혼합물 생성단계와;
상기 제2혼합물이 생성되면, 보강제 1 ~ 20 중량%와 점착부여제 1 ~ 10 중량%를 첨가하여 140 ~ 190℃ 온도로 2 ~ 3 시간 가열혼합하여 자가수선형 고무아스팔트 바인더를 제조하는 단계와;
상기 자가수선형 고무아스팔트 바인더가 생성되면, 고무아스팔트 바인더 5 ~ 20 중량%와 골재 80 ~ 95 중량%를 혼합하여 자가수선형 고무아스팔트 혼합물을 제조하되,
상기 골재는 투수성 아스팔트의 경우 최대골재로 혼합되는 골재의 크기가 13mm ~ 20mm인 것을 사용하고, 불투수 방수성 아스팔트의 경우 최대 골재로 혼합되는 골재의 크기가 4.75mm ~ 10mm인 것을 특징으로 하는 자가수선형 고무아스팔트 조성물을 이용한 포장공법.
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