KR20230149360A - 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법 - Google Patents
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Abstract
아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 유화 아스팔트에 있어서, 유화 아스팔트의 상 안정성 및 부착성, 경화 촉진성을 향상시키기 위해 이온성 무기화합물, 폴리머, 무기재료 반응흡착제 및 광물질계 보강재를 혼합하여 보강한 급속경화형 유화 아스팔트를 형성할 수 있으며, 또한, 유화 아스팔트의 양생시간을 단축시킴으로써 도심지의 아스팔트포장의 작업시간을 단축시키고 접착성을 향상시킬 수 있고, 또한, 아스팔트포장의 불육 상태와 상관없이 일정한 경화 상태로 강도를 유지할 수 있는, 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법이 제공된다.
Description
본 발명은 유화 아스팔트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용될 수 있도록 급속경화형(Rapid Setting Type) 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt)를 형성하는, 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법에 관한 것이다.
통상적으로, 아스팔트는 원유를 정제시킨 석유 아스팔트(Petroleum Asphalt)로서, 도로포장 재료로 많이 사용되고 있다.
그러나 교통량과 중차량의 증가, 환경조건의 변화, 재료의 질적 저하, 수분에 의한 영향 등으로 접착력과 내구성이 저하된 콘크리트 및 아스팔트가 점차 늘어남으로써, 도로포장이 설계수명을 다하지 못하고 파손되는 경우가 지속적으로 발생하고 있다.
이에 대응하여, 최근 아스팔트의 프라이머(Primer) 과정에 대한 필요성이 증대되고 있는데, 이러한 프라이머 과정은 서로 다른 물성이 다른 착물과 피착물의 접착을 도와주는 전처리 과정으로서, 본드의 역할로 접착시키는 개념이 아니라 착물과 피착물의 표면을 친화력이 있는 재질로 바탕을 조정하여 접착을 용이하게 하는 역할을 한다.
이러한 아스팔트 프라이머는 콘크리트, 시멘트 모르타르, 철재와 같은 아스팔트계 재료 표면에 도포하여 하층에 피막을 형성하고, 시공층과 접착력을 강화시키는 역할을 하며, 특히, 아스팔트와 휘발성이 큰 용제를 혼합하여 제조한 컷백 아스팔트(Cutback Asphalt)가 주로 사용되고 있다.
또한, 이러한 아스팔트 프라이머는 적절한 점도와 뛰어난 침투성을 갖도록 제조해야 하며, 이와 같이 제조된 아스팔트 프라이머의 경우, 콘크리트와 석조 건축물 등의 표면에 도포하여 침투한 후 빠르게 도막을 형성함으로써 모체에 방습성 및 방수성을 갖게 한다.
그러나 프라이머제로 사용되는 컷백 아스팔트의 경우, 나프타 또는 등유와 같은 석유 용제를 아스팔트에 첨가하여 제조한 유동성이 있는 아스팔트이기 때문에, 휘발성 용매에 의한 환경오염 문제와 인화성과 폭발성의 위험이 존재한다.
게다가, 최근 세계적으로 환경보호에 대한 관심이 깊어지면서 지구 온난화 현상의 주범인 이산화탄소의 발생을 억제시키려는 노력이 가속화되고 있으며, 특히, 여러 국가에서 이산화탄소의 발생이 없고 환경친화적인 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt)의 연구와 사용이 증가하고 있다.
구체적으로, 유화 아스팔트는 상온에서 직류 아스팔트(Straight Asphalt)를 가열하지 않고 수중에서 계면활성 작용을 하는 유화제(Emulsifier) 및 안정제(Stabilizer) 등을 첨가하여 미립자 형태의 아스팔트 입자를 물에 분산(Dispersion)시켜 만든 역청재료(Bituminous material)이다.
일반적인 유화 아스팔트의 제조 방법으로서, 하나의 분자 내에 친수성 부분과 소수성 부분이 공존하는 양친매성(Amphipathic) 구조를 지닌 계면활성제(Surfactant)의 계면 화학적 성질을 이용한 계면 화학적 방법, 및 호모믹서(Homo Mixer), 콜로이드 밀(Colloid Mill) 등의 기계력에 의하여 물리적으로 유화하는 기계적 방법이 있으며, 또한, 이러한 두 가지 방법을 병용하는 경우도 있다.
구체적으로, 유화 아스팔트의 제조 방법 중에서, 기계적 방법은 연속 제조가 가능하고, 대량 생산이 용이하다는 장점이 있지만, 1㎛ 이하의 미세한 입자를 갖는 에멀젼(Emulsion)을 제조하는 경우 계면 화학적 방법이 더 유용한 것으로 알려져 있다.
또한, 에멀젼 제조시 유화제를 연속상(Continuous Phase)에 첨가하는지 또는 분산상(Disperse Phase)에 첨가하는지에 따라 에멀젼의 물성이 달라지는 것으로 알려져 있다.
예를 들면, 에멀젼 제조를 위한 계면 화학적 방법으로서, 반전유화법(Inversion Emulsification Method), D상 유화법, 전상온도 유화법, 겔 유화법, 비수 유화법, 액정 유화법 등이 있다.
이때, 에멀젼을 제조함에 있어서 에멀젼의 안정성을 향상시키기 위해 가능한 입자가 균일하고 미세한 에멀젼을 제조해야 한다.
따라서, 유화 아스팔트의 제조 방법 중에서 계면 화학적 방법이 전술한 기계적 방법에 비해서 보다 안정한 상을 제조하기 위해서 더욱 효과적이다.
이때, 계면 화학적 성질을 이용한 방법에 사용되는 계면활성제로서, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제가 있으며, 이때, 두 가지 계면활성제를 병용하여 사용하는 경우가 보다 안정한 상거동을 보이는 것으로 보고되었다.
한편, 아스팔트 혼합물을 포장하기 전에 살포하는 택코팅 유화아스팔트의 종류에는 경화속도에 따라 일반 택코팅 유화 아스팔트(완속경화형)와 택코팅용 급경성 유화 아스팔트(중속경화형) 및 이액형 유화 아스팔트(급속경화형)로 구분된다.
따라서, 일반 택코팅 유화 아스팔트의 경우, 아스팔트 혼합물을 도로에 포장하기 위해서 도로에 물과 아스팔트 및 유화제의 비율이 1:1:0.004인 유화 아스팔트를 살포하고, 24시간 동안 양생시켜 어느 정도 경화된 후에 아스팔트 혼합물을 포장함으로써 도로와 아스팔트 혼합물의 사이에 접착력을 갖도록 하고 있다.
그러나 일반 택코팅 유화 아스팔트의 경우, 유화 아스팔트를 도로 위에 살포한 후 경화가 매우 느린 속도로 진행되어 포장도로의 심층부까지 충분히 경화되기 까지 장시간 동안 양생시킨 후 아스팔트 혼합물을 포장하여야 하기 때문에 작업시간이 상당히 오래 걸려 교통의 혼잡을 초래하게 되는 문제점이 있었다.
만일 양생시간을 단축하여 아스팔트 혼합물을 포장할 경우, 유화 아스팔트를 도포한 후 경화 중에 차량이 통행하면 유화 아스팔트가 벗겨지거나 떨어져 나가 도로와 아스팔트 혼합물과의 접착력이 저하되는 문제점이 있고,
아스팔트포장도로 표면에서 내측으로 2cm 내외의 부위는 태양광선 등 외부의 높은 온도와 공기중의 산소의 영향을 받아 과도한 경화가 일어나는가 하면, 포장도로의 깊이에 따라 경화의 정도가 다르므로 강도 차이가 심하게 되어 일정한 기간이 지나면 도로에 균열이 발생하여 파손되는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 유화 아스팔트의 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-408700호에는 "급경성 유화 아스팔트 조성물과 그 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
먼저, 종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트 조성물은, 물, 유화제 및 아스팔트를 포함하는 유화 아스팔트 조성물에 있어서,
97~99.8중량%의 물, 0.1~1.0중량%의 산, 0.1~2.0중량%의 유화제가 함유되어있는 혼합물 20~60중량%에 90~99중량%의 아스팔트와 아스팔트 대비 1~10중량%의 활성제가 함유되어있는 혼합물 40~80중량%가 함유되어 이루어진다.
이때, 산으로는 염산이나 초산, 유화제로는 아민, 활성제로는 타르오일이나 스테아린산을 사용할 수 있다.
여기서, 산을 첨가함으로써 혼합이 순조롭게 이루어지게 되고, 급경성 유화 아스팔트 조성물의 산가를 높여서 반응을 촉진하기 위하여 아스팔트 대비 1~10중량%의 활성제를 첨가함으로써 원료아스팔트의 물성을 개선할 수 있고, 이에 따라, 포설시 양생시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트의 제조 방법은, 물, 유화제 및 아스팔트를 포함하는 유화 아스팔트 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
a) 제1 혼합기(10) 내에 투입한 97~99.8중량%의 물에 0.1~1.0중량%의 산과 0.1~2.0중량%의 유화제를 순서에 관계없이 투입하여 20~70℃의 온도에서 10~120분간 교반시키는 단계;
b) 제2 혼합기(20) 내에서 90~99중량%의 아스팔트를 순환시킨 상태에서 활성제를 상기 아스팔트 중량에 대해서 1~10중량%를 투입하여 130~160℃의 온도에서 10~120분간 교반시키는 단계; 및
c) 제1 혼합기(10)의 혼합물 20~60중량% 및 제2 혼합기(20)의 혼합물 40~80중량%를 각각 파이프라인을 따라 제3 혼합기(30)로 유입시켜 제3 혼합기(30)에서 70~100℃의 온도로 0~60분간 혼합하여서 제조하는 것을 특징으로 한다.
종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트 조성물과 그 제조방법에 따르면, 급경성 유화 아스팔트 조성물은 교통조건 및 기후 등 다양한 요인에 의하여 발생하는 포장층의 영구변형을 방지하고, 포장체에 가해지는 반복하중에 의해 발생하는 균열 방지, 겨울철의 온도 저하로 인해 포장체의 상부로부터 발생하는 균열 방지, 포장 하부의 균열 방지 및 고온에서 탄성 유지 및 탄성회복력이 크고, 겨울철에 유연성 유지 및 신축성을 강화할 수 있다.
또한, 접착성이 양호하고 경화속도가 빨라서 작업시간을 단축할 수 있으며, 조기에 교통개방이 될 수 있으며, 교통개방시에 골재 비산을 억제하게 되며, 시공직후 강우에 대해 큰 저항성을 갖는다.
하지만, 종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트 조성물의 경우, 물에 산과 유화제를 순서에 관계없이 제1 혼합기에 투입하여 교반하고, 아스팔트에 활성제를 제2 혼합기에 투입하여 교반한 후, 각각의 혼합물을 제3 혼합기에서 혼합함으로써, 아스팔트에 단지 산, 유화제 및 활성제만을 첨가하기 때문에, 급경성 유화 아스팔트 조성물의 급속경화 조절이 제한적이고, 강도가 떨어지기 때문에 보강이 필요한 실정이다.
한편, 전술한 유화 아스팔트와 관련된 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1247782호에는 "부착방지용 유화 아스팔트 및 그의 조성물"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 종래의 기술에 따른 부착방지용 유화 아스팔트는,
물 100중량부, 아스팔트 70~120중량부, 계면활성제 10~60중량부, 부착방지제 5~40중량부가 혼합되어 이루어지며,
상기 아스팔트는 공용성등급(PG등급) 46-22, 52-22, 58-22, 64-22, 70-22, 76-22, 82-22 중 어느 하나인 개질 아스팔트이며,
상기 부착방지제는,
a) 콜로이달 실리카, 오르가노폴리실록산 중 어느 하나 또는 둘의 혼합물;
b) 실리카(silica), 규산염 광물, 제올라이트, 탄산칼슘, 산화티탄, 산화알류미늄, 산화아연, 산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2 이상 혼합된 혼합물이 중량부 20:80~80:20으로 혼합된 혼합물;
c) 등유, 중유, 경유 중 어느 하나 또는 2 이상 혼합된 혼합물; 및
d) 실리카(silica), 규산염 광물, 제올라이트, 탄산칼슘, 산화티탄, 산화알류미늄, 산화아연, 산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2 이상 혼합된 혼합물이 중량부 20:80~80:20으로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 한다.
종래의 기술에 따른 부착방지용 유화 아스팔트에 따르면, 규소계 화합물, 석유류, 무기화합물 등의 부착방지제를 사용하여 포장체 포장 중 시공기계 또는 아스콘 운반용 차량의 타이어나 인부들의 신발, 기타 작업도구에 부착을 방지하며,
또한, 타이어나 인부들의 신발, 기타 작업도구에 유화 아스팔트가 부착되는 것을 방지하여 작업성을 향상시키고, 아스팔트콘크리트 포장체의 내구성 및 시공성을 향상시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 부착방지용 유화 아스팔트의 경우, 유화 아스팔트에 부작방지제를 혼합하여 시공기계 또는 아스콘 운반용 차량의 타이어에 부착을 방지하기 위한 것이다.
한편, 전술한 유화 아스팔트와 관련된 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1811582호에는 "동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제 및 그의 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제의 제조 방법은,
a) 식물성 지방에 점도 조절제를 분산시켜 혼합물을 생성하는 단계(S11);
b) 물에 유화제와 방부제를 용해시켜 유화수를 제조하는 단계(S12);
c) 유화수에 상기 혼합물을 투입 및 혼합하여, 식물성 지방이 유화수에 유화됨과 동시에 식물성 지방에 분산되어 있는 점도 조절제가 물에 용해되어 유화액을 생성하는 단계(S13);
d) 유화액에 어는점 조절제를 혼합하는 단계(S14); 및
e) pH 조절제를 혼합하여 점도를 조절하는 단계(S15)를 포함하여 이루어진다.
이때, 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제는,
산가(Acid Value)가 0.043이고 비중이 0.918인 식물성 지방에 대하여, 630중량부의 물; 2중량부의 유화제; 2.5중량부의 pH 조절제; pH에 따라 점도를 변화시키는 2중량부의 점도 조절제; 1 중량부의 방부제; 및 물의 어는점을 내릴 수 있는 260중량부의 어는점 조절제로 구성된다.
여기서, 식물성 지방은 정제된 대두유를 사용하고, 유화제는 계면활성제인 이소프로필아민-도데실벤젠술포네이트(Isopropylamine-Dodecylbenzenesulfonate)을 사용하며, pH 조절제는 트리에탄올아민(Triethanolamine)을 사용한다. 또한, 점도 조절제는 아크릴산(Acrylic Acid)과 폴리알케닐 폴리에테르(Polyalkenyl Polyether)가 가교결합(Cross-linked Bond)된 수용성 코폴리머(Water-Soluble Copolymer)를 사용하며,
방부제는 안식향산나트륨(Sodium Benzoate)을 사용하고, 어는점 조절제는 프로필렌글리콜(Propylene Glycol) 또는 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol) 중 어느 하나와 에틸알코올(Ethyl Alcohol)을 1:1 내지 1:2 사이 범위의 비율로 혼합한 것을 사용할 수 있다.
종래의 기술에 따른 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제에 따르면, 우수한 부착방지 성능을 보유함과 동시에 기온이 낮은 동절기에도 얼지 않아 주변 환경에 구애받지 않고 사용할 수 있고,
또한, 접촉하는 고무의 노화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 저독성의 친환경적 소재를 이용하여 환경오염을 줄이고 작업환경을 개선할 수 있다.
한편, 전술한 유화 아스팔트와 관련된 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1994155호에는 "상온아스콘 전용 유화 아스팔트"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트 제공공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트는, 물속에서 아스팔트가 상분리 현상을 일으키지 않고 분산 상태를 유지하며 가열하지 않고 상온에서 사용하는 상온아스콘 전용 유화 아스팔트에 있어서,
상기 유화 아스팔트는 스트레이트 아스팔트에 성능 향상을 위한 개질제가 포함된 60~62중량%의 개질 아스팔트; 및 물속에서 아스팔트가 상분리 현상을 일으키지 않고 분산 상태를 유지하도록 물에 계면활성제가 포함된 38~40중량%의 유화수로 조성되며,
이때, 상기 유화 아스팔트는 체 잔류분(1.18mm 기준) 질량이 0.1% 이하이고, 시멘트 혼합성이 2.0 이하이며, 증발 잔류분 질량이 62% 이상이다.
여기서, 유화수는, 100중량부의 물에 대하여, 0.2~1.5중량부의 계면활성제 0.2~0.35 중량부의 염산; 0.2~0.6중량부의 염화칼슘; 및 0.7~1.3중량부의 아크릴폴리머를 포함하여 조성되며, 이때, 유화 아스팔트의 전하는 아스팔트 혼합물에서 사용되는 골재의 전하에 따라 변경할 수 있다.
또한, 개질 아스팔트는, 100중량부의 스트레이트 아스팔트에 대하여, 스타이렌 부타디엔 스타이렌 베이스의 서모플라스틱 엘레스토머(Styrene Butadiene Styrene Based Thermoplastic Elastomer), 스타이렌 부타디엔 러버(Styrene Butadiene Rubber), 아크릴 폴리머 및 라텍스 중 하나가 선택되며, 스트레이트 아스팔트를 개질시키는 10~25중량부의 개질제; 아스팔트를 자외선으로부터 보호하여 안정성을 제공하기 위한 0.1~2.0중량부의 안정제; 및 분자들의 가교(Cross-linking)를 촉진하고 활성화하여 개질제의 노화와 산화를 방지하고 강성을 증대시키는 0.1~3.0중량부의 가교제를 포함하여 조성된다.
또한, 계면활성제는 아스팔트 혼합물에서 사용되는 골재가 음이온을 띌 때 사용하는 양이온 계면활성제, 골재가 양이온을 띨 때 사용하는 음이온 계면활성제 및 골재가 중성을 띨 때 사용하는 비이온 계면활성제로 구성되며,
양이온 계면활성제는 알킬트리메틸암모늄염, 알킬피리디늄염, 염화디스테아릴디메틸암모늄디알킬디메틸암모늄염, 4급암모늄염, 알킬디메틸벤질암모늄염, 알킬이소퀴놀리늄염, 디알킬모르포늄염 및 알킬아민염으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 사용되고,
상기 음이온 계면활성제는 톨유(tall oil) 로진(rosin) 및 리그닌(lignin)의 지방산, 카르본산염, 황산에스테르염, 술폰산염, 인산에스테르염 및 디옥틸소듐설포썩시네이트 중 선택되는 하나가 사용되며, 비이온 계면활성제는 에틸렌 옥사이드계, 디에탄올아민계, 소르비톨계 및 글리세린계 중 선택되는 하나가 사용된다.
또한, 개질 아스팔트는 점착성 및 광택 감소 효과를 위해 석유수지(Hydrocarbon Resin), 로진(Rosin) 및 로진 에스터(Rosin Ester) 중 선택된 하나를 3~10중량부 추가로 포함되어 조성된다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트의 제조 방법은,
a) 개질 아스팔트 제조 단계;
b) 유화수 제조 단계;
c) 개질 아스팔트와 유화수 계량 단계; d) 개질 아스팔트와 유화수 분산 혼합 단계; 및
e) 유화 아스팔트 완성 단계를 포함하며,
이때, c) 단계는 60~62중량%의 개질 아스팔트와 38~40중량%의 유화수를 계량하여 유화분산 혼합기로 보내고,
상기 d) 단계는 유화분산혼합기에서 60~62중량%의 개질 아스팔트와 38~40중량%의 유화수를 아스팔트 입자 및 폴리머가 균일하게 분산되어 혼합되게 분산 혼합하며,
상기 e) 단계는 유화분산 혼합기에서 일정 시간동안 분산 혼합하여 제품을 완성시켜 저장탱크로 이송하여 저장한다.
종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트에 따르면, 유화 아스팔트를 개질화하여 기존보다 고형분을 2~5% 높이면서도 부착성능을 50% 이상 향상시키고, 재료분리 현상은 기존 수준을 유지할 수 있어 폐아스콘을 사용하는 순환상온용 유화 아스팔트로 적합하고,
이러한 유화 아스팔트를 사용한 상온아스팔트 혼합물은 마샬 안정도(40℃ 기준) 6,000N 이상, 흐름값(1/100cm) 10~40, 공극률(%) 9~14, 간접인장강도(25℃) 0.4Mpa 이상, 간접인장강도비 0.7 이상을 가질 수 있다.
한편, 전술한 유화 아스팔트와 관련된 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1630380호에는 "상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
종래의 기술에 따른 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물은,
골재 60~93중량%; 채움재 1~6중량%; 양이온계 유화 아스팔트 3.0~10중량%; 및 에멀젼계 첨가제 0.1~10중량%를 포함하고, 양이온계 유화 아스팔트가 아스팔트 40~65중량부, 유화제 0.1~3.0중량부, 염화칼슘 0.1~2.0중량부, 염산 0.01~1.0중량부, 물 45~60중량부, 및 아크릴 폴리머와 폴리비닐아세테이트(PVAc)의 혼합물 0.1~3.0중량부를 포함하며,
상기 에멀젼계 첨가제가 카본블랙, 아크릴 폴리머, 폴리비닐아세테이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물로서, 상온시공을 통해 이산화탄소 및 유해가스의 발생을 억제하고, 연료비용 절감을 통해 경제성을 향상시키며, 포장도로의 공용수명을 향상시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물에 따르면, 유화아스팔트를 사용함에 따라 상온시공이 가능하여 이산화탄소 및 유해가스 발생을 억제하고, 연료비용을 절감할 수 있고,
또한, 유화아스팔트 및 첨가제에 폴리비닐아세테이트, 카본블랙과 같은 첨가물을 혼합함으로써 아스팔트 콘크리트 혼합물의 접착력, 내구성 등의 물성을 향상시킬 수 있으며,
나아가, 이러한 아스팔트 혼합물의 포장이 완료된 후, 이와 유사한 성분으로 이루어진 마감재를 도포하여 분진 발생 등을 억제함으로써 도로환경을 보호할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 일반 완속형 유화 아스팔트는 유화 아스팔트를 살포한 후 경화가 매우 느린 속도로 진행되어 심층부까지 충분히 경화되기 어렵고, 이로 인해 장시간 동안 양생시킨 후에 후속 공정을 진행시켜야 하며,
이에 따라, 작업시간이 상당히 오래 소요되고, 교통혼잡을 초래할 수 있기 때문에 도심지 공사에 사용하기가 어렵다는 문제점이 있다.
더불어, 양생시간을 단축하여 아스팔트포장의 후속 공정을 진행할 경우, 유화 아스팔트를 도포한 이후 경화 중에 차량이 통행하게 되면 유화 아스팔트가 벗겨지거나 떨어져 나감으로써 아스팔트 혼합물과의 접착력이 저하될 수 있고,
또한, 아스팔트포장 표면의 불육 상태에 따라 유화 아스팔트의 경화 상태에 차이가 발생함으로써 상부 아스팔트 콘크리트 포장의 균열 등 파손이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 이에 따라, 보다 개선된 성능을 갖는 급속경화형 유화 아스팔트가 필요한 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 아스팔트포장의 택코팅 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 유화 아스팔트에 있어서, 유화 아스팔트의 상 안정성 및 부착성, 경화 촉진성을 향상시키기 위해 이온성 무기화합물, 폴리머, 무기재료 반응흡착제 및 광물질계 보강재를 혼합하여 보강한 급속경화형 유화 아스팔트를 형성할 수 있는, 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 유화 아스팔트의 양생시간을 단축시킴으로써 도심지의 아스팔트포장의 작업시간을 단축시키고 접착성을 향상시킬 수 있는, 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 아스팔트포장의 불육 상태와 상관없이 일정한 경화 상태로 강도를 유지할 수 있는, 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물은, 상기 유화 아스팔트는, 10~63중량%의 아스팔트, 0.5~9중량%의 계면활성제, 0.01~4중량%의 저장안정제, 30~41중량%의 물, 0.4~2중량%의 산, 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물, 3~10중량%의 폴리머, 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제 및 3~15중량%의 광물질계 보강재의 조성으로 이루어지고, 상기 계면활성제는 양이온, 음이온 및 비이온계 계면활성제를 혼합 사용하는 혼합 계면활성제이며; 상기 산은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 혼합되고; 상기 유화 아스팔트는 상기 계면활성제를 기름상의 아스팔트에 용해시킨 후, 서서히 물을 가하면서 교반하여 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전유화법으로 제조되어, 아스팔트포장의 택코팅 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 저장안정제는 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 유지하여 유화 아스팔트의 저장 안정성을 높이기 위해 혼합되며, 카르복실산, 아민, 술폰산염, 암모니아, 황산염, 아마이드, 인산염 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 이온성 무기화합물은 조해성이 있어 공기중 수분과 쉽게 반응하여 수화물을 형성함으로써 유화 아스팔트의 동결 방지를 위해 혼합되며, 상기 이온성 무기화합물은 염화마그네슘, 산화나트륨, 황산염, 탄산염 및 할로겐화물 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 폴리머는 유화 아스팔트의 경화 이후 강성 보강을 위해 혼합되며, 상기 폴리머는 스티렌 부타디엔고무, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 폴리아크릴에스터 에멀젼 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 무기재료 반응흡착제는 시멘트, 토양, 골재 또는 석회석분의 무기계 재료와의 유화 아스팔트의 흡착 성능을 보강하며, 상기 무기재료 반응흡착제는 유기산계 성분의 글루콘산나트륨 및 트리에탄올아민, 멜라민계 성분의 멜라민, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계 성분의 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르 및 폴리카본산계 성분의 폴리카르본산공중합체 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 광물질계 보강재는 결정구조 내에 탄산이온을 포함하는 탄산염광물로서 유화 아스팔트의 강성을 보강하며, 상기 탄산염광물은 탄산칼슘 성분의 방해석과 아라고나이트, 및 탄산칼슘 마그네슘 성분의 돌로마이트중에서 선택될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물을 이용한 아스팔트포장 시공방법은, a) 계면활성제를 기름상의 아스팔트에 용해시킨 후, 서서히 물을 가하면서 교반하여 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전유화법으로 유화 아스팔트를 제조하는 단계; b) 상기 반전유화법으로 제조된 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 산을 혼합하여 급속경화형 유화 아스팔트를 형성하는 단계; c) 급속경화형 유화 아스팔트의 상 안정성, 부착성 및 경화 촉진성을 향상시키도록 이온성 무기화합물, 폴리머, 무기재료 반응흡착제 및 광물질계 보강재를 혼합하여 보강하는 단계; d) 아스팔트포장의 택코팅 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로서 상온아스팔트용 급속경화형 유화 아스팔트를 포설하는 단계; 및 e) 포설된 급속경화형 유화 아스팔트에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장 시공을 완료하는 단계를 포함하되, 상기 c) 단계의 급속경화형 유화 아스팔트는, 10~63중량%의 아스팔트, 0.5~9중량%의 계면활성제, 0.01~4중량%의 저장안정제, 30~41중량%의 물, 0.4~2중량%의 산, 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물, 3~10중량%의 폴리머, 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제 및 3~15중량%의 광물질계 보강재의 조성으로 이루어지며, 상기 산은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 혼합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 a) 단계에서 양이온, 음이온 및 비이온계 계면활성제를 혼합 사용하는 혼합 계면활성제를 일정 비율로 첨가하여 일정한 속도로 교반하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 아스팔트포장의 택코팅 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 유화 아스팔트에 있어서, 유화 아스팔트의 상 안정성 및 부착성, 경화 촉진성을 향상시키기 위해 이온성 무기화합물, 폴리머, 무기재료 반응흡착제 및 광물질계 보강재를 혼합하여 보강한 급속경화형 유화 아스팔트를 형성할 수 있고, 이에 따라, 유화 아스팔트의 예방적 유지관리가 가능해진다.
본 발명에 따르면, 유화 아스팔트의 양생시간을 단축시킴으로써 도심지의 아스팔트포장의 작업시간을 단축시키고 접착성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 아스팔트포장의 불육 상태와 상관없이 일정한 경화 상태로 강도를 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 급경성 유화 아스팔트의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트 제공공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 기존의 사후 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트이 적용되는 예방적 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 급속경화형 유화 아스팔트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물의 조성비와 배합예를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 아스팔트 입자의 안정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 상온형 급속경화형 유화 아스팔트 재료의 시험결과를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 동결 방지형 아스팔트 혼합물 부착 방지제의 제조 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 상온아스콘 전용 유화 아스팔트 제공공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 기존의 사후 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트이 적용되는 예방적 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 급속경화형 유화 아스팔트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물의 조성비와 배합예를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 아스팔트 입자의 안정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 상온형 급속경화형 유화 아스팔트 재료의 시험결과를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[급속경화형 유화 아스팔트 조성물]
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트는 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating)을 위해 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트는, 생산공정시 소량의 활성촉진제를 첨가하여 아스팔트 물성을 개선함으로서 빠른 경화속도로 인해 신속한 아스팔트 콘크리트 포장 공사를 요하는 택코팅 재료로 사용 가능하며, 또한, 노후 아스팔트 콘크리트 포장의 표면처리용으로 적용할 수 있다.
여기서, 택코팅(Tack Coating)은 주로 구 포장층 또는 아스팔트 안정처리 기층과 그 위에 포설하는 아스팔트 혼합물층과의 부착을 좋게 하기 위하여, 구 포장면 또는 아스팔트 안정처리 기층에 역청재를 살포하는 것을 말한다.
예를 들면, 택코팅 재료의 양생시간은 일반 중속경화형은 24시간 이상 소요되고, 급속경화형은 60분 이내에 경화될 수 있다.
더불어, 택코팅 재료는 콘크리트 포장체와 아스팔트포장체 간의 접착력 강화를 위해 적용할 수 있다.
이에 따라, 적절한 택코트의 시공은 포장층 간의 접착력을 확보하여 포트홀 파손의 원인이 되는 수분의 유입을 억제할 수 있고
또한, 두 층의 포장체를 교통 및 환경하중에 단일 거동 구조물(Single System)로 반응할 수 있도록 결합시킴으로써 내구성을 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용할 수 있다.
구체적으로, 아스팔트포장은 교통하중, 지연조건 또는 혼합물의 노화 등에 의해 경시적으로 공용성능이 저하되어 원활하고, 안전한 교통에 지장을 주게 된다.
이를 방지하기 위해서는 포장관리를 시스템화하여 항상 노면상태를 파악하고 경제성 등을 고려한 적절한 보수를 적절한 시기에 실시할 필요가 있다.
이때, 도로의 성능을 유지하고, 도로의 제 기능을 유지하기 위해서는 도로를 어느 일정한 수준으로 유지하는 것이 필요하다.
이를 위해 균열, 소성변형, 박리 등의 문제 등으로 대부분 소파보수(패칭) 또는 균열보수 등의 사후 유지관리 기법이 시행되고 있다.
그러나 이러한 사후 유지관리 기법은 시간 및 예산이 많이 소요되고 그 방법이 다양화되어 있지 않기 때문에 간편하면서도 저비용의 유지보수 방법들이 필요한 실정이다.
도 4는 기존의 사후 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 예방적 유지관리 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유화 아스팔트를 이용한 예방적 유지보수는 비가열 재료를 이용한 보수 재료로서,
일정한 주기 동안 코팅처리 보수를 시행하여 아스팔트포장의 서비스 수명을 5년에서 10년 정도를 연장시킬 수 있으며, 유지보수비 또한 적절한 시기의 보수비는 노후된 상태에서의 보수비보다 도로의 물류비 및 혼잡비용을 계산하지 않더라고 1/4~1/5 정도라고 보고 있다.
특히, 국내 연구보고된 자료에 따르면 국내는 전반적으로 교통량이 증대되어 왔고, 전국 교통혼잡비용이 약 20조원이 되며, 고속도로, 국도, 지방도 등 지역간 도로의 교통혼잡 비용이 8조이고, 이중 고속도로만도 2조가 넘게 해당된다고 보고된 바 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트는 아스팔트 콘크리트 포장의 표면 코팅이 가능한 기술로서, 균열 보수가 가능하고 노후 아스팔트포장의 표면 처리가 필요한 곳에 적용하여 노후 아스팔트포장의 공용수명을 증진시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 급속경화형 유화 아스팔트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물의 조성비와 배합예를 예시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 급속경화형 유화 아스팔트(100)는,
아스팔트(110), 계면활성제(120), 저장안정제(130), 물(140), 산(Acid: 150), 이온성 무기화합물(160), 폴리머(170), 무기재료 반응흡착제(180) 및 광물질계 보강재(190)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물은,
도 7에 도시된 바와 같이, 10~63중량%의 아스팔트, 0.5~9중량%의 계면활성제, 0.01~4중량%의 저장안정제, 30~41중량%의 물, 0.4~2중량%의 산(Acid), 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물, 3~10중량%의 폴리머, 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제 및 3~15중량%의 광물질계 보강재의 조성으로 이루어진다.
먼저, 아스팔트(110)의 내적 구조에 관한 형상은 내부에 존재하는 분자 화학종의 화학적 구성에 크게 의존한다.
이러한 아스팔트는 주로 탄화수소물이 주종을 이루고 있으며, 여기에 소량의 황(S), 질소(N) 및 산소(O)를 함유한 관능기들이 포함되어 있으며,
극히 소량의 철(Fe), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 칼슘(Ca) 및 규소(Si) 등의 금속 또는 비금속 원소들이 카르복실산염, 산화물, 금속착염 또는 포피린(Prophyrine) 구조의 착염 형태로 존재하고 있다.
이러한 아스팔트의 화학적 조성은 크게 아스팔텐과 말텐이라 부르는 화학군으로 분류하고, 이중에 말텐을 포화-탄화수소, 방향족-탄화수소 및 석유계 수지로 세분한다. 또한, 이러한 아스팔트의 종류는 천연아스팔트, 석유아스팔트 및 타르 및 피치 등이 있고, 특히, 석유아스팔트인 직류아스팔트와 브로운아스팔트, 개질아스팔트 등도 포함한다.
다음으로, 계면활성제(120)는 양이온, 음이온 및 비이온계의 혼합 계면활성제일 수 있다. 이러한 계면활성제의 계면활성을 높이기 위해서는 계면활성제의 소수성을 증가시켜야 하는데, 이를 위해서는 일반적으로 계면활성제 소수성기의 알킬 탄소사슬(alkyl carbon chain) 길이를 증가시켜야 한다.
예를 들면, 알킬 탄소사슬이 길어지면 임계마이셀농도(Critical Micelle Concentration: CMC)가 낮아지면서 계면활성이 상승하지만, 반면에 물에 대한 용해성이 낮아지고 크래프트(Krafft) 온도가 높아지며, 이에 따라, 경수에서 쉽게 불용성 침전을 형성하는 문제점이 발생하게 된다.
예를 들면, 알킬 탄소사슬이 길이를 증가시킬 경우, 음이온 계면활성제인 도데실황산나트륨(sodium dodecyl sulfate)의 크래프트 온도는 38℃, 경화성을 갖는 음이온 계면활성제인 테트라데실황산나트륨(sodium tetradecyl sulfate)의 크래프트 온도는 48℃, 황산나트륨(sodium hexadecyl sulfate)의 크래프트 온도는 57℃로 급격하게 상승하고, 이에 따라 상온에서의 물에 대한 용해성이 급격히 하강하기 때문에 중화제로서의 응용성이 상당히 제한될 수 있다.
이러한 계면활성제의 알킬 탄소사슬이 증가되는 경우에 발생하는 용해성 하강 문제는 계면활성제 분자에 새로운 친수기인 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)를 추가하여 해결할 수 있다.
예를 들면, 황산나트륨(sodium hexadecyl sulfate) 분자에 에틸렌옥사이드 1몰을 부가하면 크래프트 온도는 57℃에서 36℃로, 2몰을 부가하면 24℃로 하강할 수 있다.
하지만 에틸렌옥사이드가 부가되면 계면활성제의 친수성이 급격하게 증가하면서 소수성기의 알킬 탄소사슬이 증가하는 효과를 상쇄시시키고, 전체적으로 계면활성제의 계면활성은 증가하지 않는다는 문제점이 있다.
또한, 에틸렌옥사이드의 부가에 따른 계면활성제의 분자량 상승 때문에 중량 기준의 계면활성 효과는 오히려 감소될 수 있다.
즉, 계면활성제는 일반적으로 하나의 분자구조를 가진 화합물이 아니고, 야자유 또는 석유로부터 유래한 탄소사슬의 길이가 여러 가지로 분포되어 있는 동족체(homolog) 혼합화합물 형태로 사용된다.
그리고 이러한 계면활성제로서 갖추어야 할 용해성, 경수안정성, 경제성 등의 요구 사항들은 한 가지 구조의 계면활성제만으로는 모두 충족시킬 수 없기 때문에 두 가지 이상의 계면활성제들을 혼합하여 사용하는 경우가 유리할 수 있다.
서로 다른 구조의 계면활성제들을 적절하게 혼합하여 사용하였을 때, 각각의 계면활성제가 가지고 있는 결점을 상호 보완하는 효과를 나타내는 경우가 일반적이지만, 경우에 따라 계면활성 등의 특성이 급격하게 변하는 상승작용 현상이 나타날 수도 있다.
이러한 상승작용 현상은 구조가 다른 계면활성제들간의 상호작용의 특성 및 강도에 따라 혼합 시스템의 최종 물리화학적 특성이 증가하는 양의 상승작용(positive synergism)이 나타나거나 또는 오히려 감소하는 음의 상승작용(negative synergism; antagonism)이 나타난다.
이와 같이 혼합 계면활성제 시스템에서 구조가 다른 계면활성제들 사이의 상호작용에서 가장 큰 영향을 미치는 것은 계면활성제의 친수기들 사이의 상호작용이다. 즉, 동일한 이온성을 띠는 계면활성제들 사이의 또는 이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제들 사이의 상호작용보다는 이온성이 서로 반대인 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제 사이의 상호작용이 매우 크기 때문에 상승작용 현상이 매우 뚜렷하게 나타날 수 있다.
예를 들면, 계면활성제 분자에 정전기적 상호작용과 상관없는 비이온성 친수성기를 추가하는 것이다.
예를 들면, 음이온 계면활성제인 황산도데실나트륨(sodium dodecyl sulfate)의 소수성기에 에틸렌옥사이드를 부가함으로써 친수성이 강화된 에톡실화 도데실황산나트륨(ethoxylated sodium dodecyl sulfate)을 일반 양이온 계면활성제와 혼합하는 것이다.
또한, 양이온 계면활성제인 도데실 4차 염화암모늄(dodecyl quaternary ammonium chloride)의 소수성기에 에틸렌옥사이드를 부가하거나 또는 4급 암모늄 친수성기에 에틸렌옥사이드를 부가하여 만들어진 폴리에톡실화 도데실 4차 염화암모늄(polyethoxylated dodecyl quaternary ammonium chloride)을 일반 음이온 계면활성제와 혼합하는 것이다.
이러한 계면활성제의 소수성기 또는 친수성기에 에틸렌옥사이드를 도입하는 방법은 혼합 계면활성제의 상용성(compatibility) 때문에 에틸렌옥사이드의 부가 몰수가 적어도 2 이상이어야 하고,
이 경우 폴리에톡시화된 계면활성제와 일반 계면활성제의 당량 몰 복합체(equimolar complex)는 불용성 침전을 형성하지는 않지만, 폴리에톡시화된 계면활성제의 친수성이 지나치게 크기 때문에 계면활성의 상승효과가 크지 않을 수 있다.
추가적으로, 4급 암모늄염 양이온 계면활성제의 친수성 그룹에 에틸렌옥사이드 대신에 폴리프로필렌옥사이드(propylene oxide) 또는 하이드로에틸(hydroxyethyl)을 부가할 수도 있으며, 이 경우 음이온 계면활성제를 과량으로 사용하여야 한다.
또한, 계면활성제의 친수성을 상승시키는 또 다른 방법으로 4급 암모늄염 양이온 계면활성제를 기본구조로 하여 음이온 계면활성제와의 정전기적 상호작용 후에도 친수성을 유지하도록 4급 암모늄의 head group에 결합된 한 개의 메틸(methyl)기를 글리세릴 형(glyceryl type)의 폴리하이드록실 그룹(polyhydroxyl group)로 대체한 새로운 양이온 계면활성제를 합성하여 이를 음이온 계면활성제와 혼합할 수도 있다.
다음으로, 저장안정제(Storage Stabilizer: 130)는 아스팔트의 저장 안정성을 높이기 위한 것으로, 아스팔트가 가장 안정된 저장상태를 얻기 위해서는 전색제(Vehicle) 속에서 각각의 아스팔트들의 입자 하나하나가 서로 뭉치지 않도록 독립적으로 유지시키는 것이다.
특히, Dupont의 Dulog와 Schmidt의 이론에 의하면 유성 시스템에서 가장 안정된 분산은 입자 사이를, 도 8에 도시된 바와 같이, 200Å이상 간격을 두어야 한다고 하였다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 나타내는 도면이다.
따라서 이러한 간격이 유지되지 않으면 응집현상(Flocculation), 분리현상(Flooding), 부유현상(Floating) 등의 문제가 생길 수 있다.
이러한 간격을 유지하기 위해서는 아스팔트 입자의 존재 형태가 매우 중요하다. 아스팔트 입자 주위에 일정하게 부풀려져 있으며 아스팔트 입자 표면에 강한 닻(Anchoring group)으로 고정되어 있는 고분자 사슬(Polymeric chain)이 안료간의 간격을 유지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물에서, 아스팔트 입자의 안정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 9의 a)는 안정한 상태를 나타내고, 도 9의 b)는 불안정한 상태를 각각 나타낸다.
도 9의 a)에 도시된 바와 같이, 유지된 간격 안정성을 부여하기 위해서는 아스팔트 입자 표면에 강한 친유기(Lipophilic group)를 확산 피복시키는 물질이 요구된다.
이러한 형태를 유지하기 위해서는 사용하는 전색제(Vehicle)와 고분자 분산제(High molecular weight polymeric dispersant)간에 습윤성과 상용성이 우수해야 한다.
이때, 아스팔트 입자간 간격을 유지시키려면 분자량이 약 10,000~30,000의 물질을 활용하는 것이 유리할 수 있다.
이에 따라, 카르복실산(Carboxyl, COOH), 아민(Amine, NH2), 술폰산염(Sulfonate, SO3H), 암모니아(Amonia, NH4), 황산염(Sulfate), 아마이드(Amide, CONH2), 인산염(Phosphate, OPO3H2), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol, (OCH2-CH2)n) 등을 적용할 수 있으며, 예를 들면, 수계 분산제인 나프탈렌술폰산나트륨-포르말린 축합물, 알킬나프탈렌술폰산나트륨 또는 그의 포르말린축합물, 페놀술폰산나트륨과 나프톨술폰산나트륨의 포르말린축합물, 알킬 디페닐 에테르 디술폰산 나트륨, 리그닌술폰산 나트륨, 비이온계 계면활성제 폴리옥시에틸렌 알킬(알릴)에테르, 폴리아크릴산나트륨, 올레핀-말레인산나트륨 공중합체, 축합인산염 등과 같이 중합하여 적용할 수도 있다.
예를 들면, 페놀술폰산나트륨과 나프톨술폰산나트륨의 포르말린축합물은 나프탈렌술폰산(Naphthalene sulphon) 소다 2개가 하나의 메틸(Methyl)기에 결합된 소위 2핵체가 주성분으로 되고 1핵체 및 3 이상의 다핵체가 혼합된 것으로 분산제로서 적용할 수 있으며, 사용량은 0.1~5g/ℓ정도의 범위에서 사용될 수 있다.
이는 우수한 상온 분산력을 갖지만, 고온 사용시의 분산력은 중간 정도가 된다.
다음으로, 물(140)은 본 발명의 실시에에 따른 급속경화형 유화 아스팔트에 사용되는 주요 재료로서 유제 성상에 큰 영향을 미친다. 따라서, 상기 물(140)은 이물질, 불순물이 있으면 안되며, 특히 칼슘이온(Ca+) 및 마그네슘이온(Mg2+)이 없는 정제수인 것이 바람직하다.
다음으로, 산(Acid: 150)은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절한다.
구체적으로, 이러한 산(Acid)의 공통적 성질이 나타나는 이유는 수소이온 때문이다.
산(Acid)은 유화 아스팔트에서 사용되는 물에 녹았을 때 pH가 7보다 낮아지고, 화학적으로 물에 녹으면 이온화하여 수소이온인 H+을 내놓게 된다. 이를 이온성 무기화합물과 조합하면 산-카보네이트 반응으로서, 이러한 반응은 항상 산과 카보네이트의 원자가 원래 결합에서 분리되어 새로운 분자결합을 형성하며 새로운 결합이 형성되면 산과 탄산염은 더 이상 존재하지 않으며, 이온성 염, 물 및 이산화탄소로 아래와 같이 수학식 1과 같이 변형될 수 있다.
[수학식 1]
CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)
이러한 반응결합을 통해 최종적으로 아스팔트 콘크리트 포장 표면 도포시 얇은 피막과 자외선의 작용으로 수분 증발에 의한 경화 촉진이 가능하고, 추가적으로 혼합되어 있는 이온성 염에 의해 수분 흡수 및 증발이 촉진되어 경화속도가 향상될 수 있다.
이러한 산(Acid)으로서, 예를 들면, 강산인 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 브로민화 수소산(HBr), 과염소산(HClO4), 아이오딘화 수소산(HI), p-톨루엔설폰산(CH3C6H4SO3H), 메타설폰산(CH3SO3H) 등과 약산인 아세트산(CH3COOH), 탄산(H2CO3) 등 많은 종류들이 사용될 수 있다.
다음으로, 이온성 무기화합물(160)은 유화 아스팔트의 동결 방지를 위해 혼합되며, 상기 이온성 무기화합물은 조해성이 있어 공기중 수분과 쉽게 반응하여 수화물을 형성하고 무수물 상태에서 밀도는 약 2.15g/㎤이며, 용해도는 74.5g/100㎖ 정도이다.
이러한 이온성 무기화합물은 물 이외에도 아세트산이나 메탄올, 에탄올 등에도 용융될 수 있다.
구체적으로, 유화 아스팔트는 물을 포함하고 있기 때문에 겨울철 낮은 온도에서 동결하기 쉽고 동결한다는 것은 물 분자의 운동이 줄어들어 주변의 분자들과 일정한 배열을 가지는 결정을 만드는 과정을 겪게 된다.
만약 움직임이 줄어든 물 분자 주위에 물 분자가 아닌 다른 분자나 이온들이 존재하게 되면 결정이 만들기 어려워지고, 또한, 이러한 현상에 의해 순수한 물 대비 이온성 무기화합물이 용융되어 있는 수용액은 더 낮은 동결온도를 가질 수 있다. 이때, 어는점 강하 현상의 정도는 용액의 총괄성으로 설명할 수 있는데, 여기서 총괄성이란 용액의 물리적 특성 변화는 불순물의 종류가 아니라 불순물의 개수에 의존하는 특성을 뜻한다.
예를 들면, 이온성 물질인 염화칼슘은 물에 녹아 2가의 칼슘(Ca) 양이온 하나와 1가의 염소(Cl) 음이온 2개, 총 3개의 이온을 만들어 내기 때문에 이온성 물질이 아닌 설탕보다 3배, 2개의 이온으로 구성된 소금(NaCl)보다 약 1.5배의 어는점 강하 효과가 있다.
따라서 이온성 무기화합물은 양이온과 음이온계에 의해 결합되는 이온결합을 이루게 되며, 예를 들면, 이러한 이온결합은 염에 의해 결합되고 마그네슘 양이온 (Mg2+) 및 염화물 음이온(Cl-)으로 구성되는 염화마그네슘(MgCl)이 있고, 이외에도 산화나트륨, 황산염, 탄산염, 할로겐화물 등이 있다.
다음으로, 폴리머(170)는 유화 아스팔트의 경화 이후 강성 보강을 위해 추가적으로 혼합될 수 있으며,
이때, 혼합 가능한 폴리머는 스티렌 부타디엔고무(Styrene Butadien Rubber: SBR), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Aetate: EVA) 에멀젼 및 폴리아크릴에스터(Poly Acrylic Ester) 에멀젼 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리아크릴에스터 에멀젼 합성을 위해 단량체로 2hydroxy ethyl methacrylate(2-HEMA), Methyl methacrylate(MMA), n-butyl acrylate(n-BA), Acryli acid(AAc)를 사용할 수 있고, 개시제 사용시 경화를 촉진할 수 있다.
이때 사용 가능한 개시제로는 황산암모늄(Ammonium persulfate), N,N'아조비시소부티로니트릴(N,N'azobisisobutyronitrile: AIBN) 등이 있다.
한편, 무기재료 반응 흡착제(180)는 유화 아스팔트와 무기계 재료와의 흡착 성능을 보강하기 위한 것으로, 구체적으로, 유화 아스팔트는 시멘트, 토양, 골재, 석회석분 등과 같이 무기계 재료와의 흡착 성능이 중요할 수 있고, 이에 대한 보강이 요구될 수 있다.
이를 위해 적용 가능한 무기재료 반응 흡착제(180)는 유기산계 성분의 글루콘산나트륨(Sodium Gluconate)과 트리에탄올아민(Triethanol Amine), 멜라민계 성분의 멜라민(Melamine), 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계 성분의 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(Polyoxyethylene Nonylphenly Ether) 및 폴리카본산계 성분의 폴리카르본산공중합체(Poly Carboxylic Copolymer) 등이 적용될 수 있다.
예를 들면, 폴리카본산계는 아크릴산과 메틸/에틸 아크릴레이트, 무수말레인산 등의 공중합체를 주성분으로 하는 흡착제로 무기계 재료가 첨가되면 아크릴산에 있는 카르복실기가 음이온성을 띄며 분산 역할을 하여 무기계 재료 입자 등이 흡착되어 분산성을 나타낸다.
또한, 알킬 아크릴레이트에 있는 에스테르기(-COOR), 또는 무수말레인산의 환상 카보닐기는 강알칼리(대략 pH=12)성을 나타내는 무기계 재료에서 서서히 분해되어 카르복실기를 지닌 흡착분산제를 지속적으로 방출하여 유동성 및 경화를 촉진시킬 수 있다. 추가적으로, 아크릴산과 메틸 아크릴레이트를 단량체로 사용하여 무기계 재료의 혼합성이 유리한 서방성 고분자를 합성할 수도 있다.
다음으로, 광물질계 보강재(190)는 유화 아스팔트의 강성을 보강하기 위한 것으로, 이러한 광물질계는 대부분 양이온을 띄고 있으며, 대표적으로 규산염광물, 산화광물, 수산화광물, 황산염광물, 탄산염광물, 인산염광물, 할로겐광물, 황화광물 등이 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트의 경우, 탄산염광물(Carbonate mineral)인 것이 바람직하다.
이러한 탄산염광물은 말 그대로 결정구조 내에 탄산이온(CO3 2-)을 포함하는 광물이며, 자연적으로 흔한 탄산염광물로는 탄산칼슘(CaCO3) 성분의 방해석과 아라고나이트, 그리고 탄산칼슘 마그네슘(CaMg(CO3)2) 성분의 돌로마이트가 있다. 예를 들면, 2가 양이온들을 갖는 탄산염 물질 중 칼슘이온(Ca2+)은 한 개의 양이온이 6개의 서로 다른 탄산이온(CO3 2-)에 속해 있는 6개의 산소이온에 의해서 배위되기 때문에 능면체정계(Calcite형, 방해석)를 이룰 수 있게 되고, 유화 아스팔트의 강성을 효과적으로 보강할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트 조성물이 적용되는 상온형 급속경화형 유화 아스팔트 재료의 시험결과를 예시하는 도면이다.
전술한 도 7에 도시된 바와 같은 제1 내지 제3 실시예로 각각 배합된 급속경화형 유화 아스팔트에 대한 시험결과는 도 10에 도시된 바와 같다.
즉, 제1 내지 제3 실시예에 따른 상온형 급속경화형 유화 아스팔트 재료의 시험결과에 따르면,
제1 실시예의 지속건조 시간은 50분, 제2 실시예의 지속건조 시간은 62분 및 제3 실시예의 지속건조 시간은 72분으로 할 경우,
제1 실시예의 저장안정도는 0.3%, 제2 실시예의 저장안정도는 0.2% 및 제3 실시예의 저장안정도는 0.3%를 나타내었고,
또한, 제1 내지 제3 실시예의 부착도는 2/3 이상을 나타내었으며, 또한, 제1 실시예의 증발잔류분 질량은 53%, 제2 실시예의 증발잔류분 질량은 52% 및 제3 실시예의 증발잔류분 질량은 51%를 나타내었다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트의 제조 방법으로서, 상기 계면활성제(120)를 기름상인 아스팔트(110) 상에 용해시킨 후 서서히 물(140)을 첨가하면서 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전 유화법을 이용하고,
이때, 음이온, 양이온 또는 비이온계의 혼합 계면활성제를 일정 비율로 첨가하여 일정한 속도로 교반한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트는, 상 안정성 및 부착성, 경화 촉진성을 향상시키기 위해 이온성 무기화합물(160), 폴리머(170), 무기재료 반응흡착제(180) 및 광물질계 보강재(190)를 혼합하여 보강한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트에 따르면, 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 유화 아스팔트에 있어서, 유화 아스팔트의 상 안정성 및 부착성, 경화 촉진성을 향상시키기 위해 이온성 무기화합물, 폴리머, 무기재료 반응흡착제 및 광물질계 보강재를 혼합하여 보강한 급속경화형 유화 아스팔트를 형성할 수 있다.
[급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법은,
먼저, 계면활성제(120)를 기름상의 아스팔트(110)에 용해시킨 후, 서서히 물(140)을 가하면서 교반하여 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전유화법(Inversion Emulsification Method)으로 유화 아스팔트를 제조한다(S110).
이때, 양이온, 음이온 및 비이온계 계면활성제를 혼합 사용하는 혼합 계면활성제(120)를 일정 비율로 첨가하여 일정한 속도로 교반한다.
다음으로, 상기 반전유화법으로 제조된 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 산(Acid: 150)을 혼합하여 급속경화형 유화 아스팔트를 형성한다(S120).
이때, 상기 산(Acid: 150)은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 혼합된다.
다음으로, 급속경화형 유화 아스팔트의 상 안정성, 부착성 및 경화 촉진성을 향상시키도록 이온성 무기화합물(160), 폴리머(170), 무기재료 반응흡착제(180) 및 광물질계 보강재(190)를 혼합하여 보강한다(S130).
여기서, 상기 급속경화형 유화 아스팔트(100)는, 10~63중량%의 아스팔트(110), 0.5~9중량%의 계면활성제(120), 0.01~4중량%의 저장안정제(130), 30~41중량%의 물(140), 0.4~2중량%의 산(Acid: 150), 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물(160), 3~10중량%의 폴리머(170), 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제(180) 및 3~15중량%의 광물질계 보강재(190)의 조성으로 이루어진다.
이때, 상기 저장안정제(130)는 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 유지하여 유화 아스팔트의 저장 안정성을 높이기 위해 혼합되며, 상기 이온성 무기화합물(160)은 조해성이 있어 공기중 수분과 쉽게 반응하여 수화물을 형성함으로써 유화 아스팔트의 동결 방지를 위해 혼합된다.
또한, 상기 폴리머(170)는 유화 아스팔트의 경화 이후 강성 보강을 위해 혼합되고, 상기 무기재료 반응흡착제(180)는 시멘트, 토양, 골재 또는 석회석분의 무기계 재료와의 유화 아스팔트의 흡착 성능을 보강하며, 상기 광물질계 보강재(190)는 결정구조 내에 탄산이온(CO3 2-)을 포함하는 탄산염광물(Carbonate mineral)로서 유화 아스팔트의 강성을 보강할 수 있다.
다음으로, 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로서 상온아스팔트용 급속경화형 유화 아스팔트(100)를 포설한다(S140).
다음으로, 포설된 급속경화형 유화 아스팔트(100)에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장 시공을 완료한다(S150).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 유화 아스팔트의 양생시간을 단축시킴으로써 도심지의 아스팔트포장의 작업시간을 단축시키고 접착성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 아스팔트포장의 불육 상태와 상관없이 일정한 경화 상태로 강도를 유지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 급속경화형(급경성) 유화 아스팔트
110: 아스팔트 120: 계면활성제
130: 저장안정제 140: 물
150: 산(Acid) 160: 이온성 무기화합물
170: 폴리머 180: 무기재료 반응흡착제
190: 광물질계 보강재
110: 아스팔트 120: 계면활성제
130: 저장안정제 140: 물
150: 산(Acid) 160: 이온성 무기화합물
170: 폴리머 180: 무기재료 반응흡착제
190: 광물질계 보강재
Claims (10)
- 급속경화형 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt) 조성물에 있어서,
상기 유화 아스팔트(100)는, 10~63중량%의 아스팔트(110), 0.5~9중량%의 계면활성제(120), 0.01~4중량%의 저장안정제(130), 30~41중량%의 물(140), 0.4~2중량%의 산(Acid: 150), 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물(160), 3~10중량%의 폴리머(170), 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제(180) 및 3~15중량%의 광물질계 보강재(190)의 조성으로 이루어지고,
상기 계면활성제(120)는 양이온, 음이온 및 비이온계 계면활성제를 혼합 사용하는 혼합 계면활성제이며;
상기 산(Acid: 150)은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 혼합되고;
상기 유화 아스팔트는 상기 계면활성제(120)를 기름상의 아스팔트(110)에 용해시킨 후, 서서히 물(140)을 가하면서 교반하여 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전유화법(Inversion Emulsification Method)으로 제조되어, 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로 사용되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 저장안정제(130)는 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 유지하여 유화 아스팔트의 저장 안정성을 높이기 위해 혼합되며, 카르복실산(Carboxyl, COOH), 아민(Amine, NH2), 술폰산염(Sulfonate, SO3H), 암모니아(Amonia, NH4), 황산염(Sulfate), 아마이드(Amide, CONH2), 인산염(Phosphate, OPO3H2) 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol, (OCH2-CH2)n) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 이온성 무기화합물(160)은 조해성이 있어 공기중 수분과 쉽게 반응하여 수화물을 형성함으로써 유화 아스팔트의 동결 방지를 위해 혼합되며, 상기 이온성 무기화합물은 염화마그네슘(MgCl), 산화나트륨, 황산염, 탄산염 및 할로겐화물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머(170)는 유화 아스팔트의 경화 이후 강성 보강을 위해 혼합되며, 상기 폴리머(170)는 스티렌 부타디엔고무(Styrene Butadien Rubber: SBR), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Aetate: EVA) 에멀젼 및 폴리아크릴에스터(Poly Acrylic Ester) 에멀젼 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 무기재료 반응흡착제(180)는 시멘트, 토양, 골재 또는 석회석분의 무기계 재료와의 유화 아스팔트의 흡착 성능을 보강하며, 상기 무기재료 반응흡착제(180)는 유기산계 성분의 글루콘산나트륨(Sodium Gluconate) 및 트리에탄올아민(Triethanol Amine), 멜라민계 성분의 멜라민(Melamine), 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계 성분의 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(Polyoxyethylene Nonylphenly Ether) 및 폴리카본산계 성분의 폴리카르본산공중합체(Poly Carboxylic Copolymer) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 광물질계 보강재(190)는 결정구조 내에 탄산이온(CO3 2-)을 포함하는 탄산염광물(Carbonate mineral)로서 유화 아스팔트의 강성을 보강하며, 상기 탄산염광물은 탄산칼슘(CaCO3) 성분의 방해석과 아라고나이트, 및 탄산칼슘 마그네슘(CaMg(CO3)2) 성분의 돌로마이트중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트 조성물. - 급속경화형 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt)를 이용한 아스팔트포장 시공방법에 있어서,
a) 계면활성제(120)를 기름상의 아스팔트(110)에 용해시킨 후, 서서히 물(140)을 가하면서 교반하여 연속상을 기름에서 물로 역전시키는 반전유화법(Inversion Emulsification Method)으로 유화 아스팔트를 제조하는 단계;
b) 상기 반전유화법으로 제조된 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 산(Acid: 150)을 혼합하여 급속경화형 유화 아스팔트를 형성하는 단계;
c) 급속경화형 유화 아스팔트의 상 안정성, 부착성 및 경화 촉진성을 향상시키도록 이온성 무기화합물(160), 폴리머(170), 무기재료 반응흡착제(180) 및 광물질계 보강재(190)를 혼합하여 보강하는 단계;
d) 아스팔트포장의 택코팅(Tack Coating) 또는 노후 아스팔트포장의 표면 코팅제로서 상온아스팔트용 급속경화형 유화 아스팔트(100)를 포설하는 단계; 및
e) 포설된 급속경화형 유화 아스팔트(100)에 대한 다짐을 실시하여 아스팔트포장 시공을 완료하는 단계를 포함하되,
상기 c) 단계의 급속경화형 유화 아스팔트(100)는, 10~63중량%의 아스팔트(110), 0.5~9중량%의 계면활성제(120), 0.01~4중량%의 저장안정제(130), 30~41중량%의 물(140), 0.4~2중량%의 산(Acid: 150), 0.01~5중량%의 이온성 무기화합물(160), 3~10중량%의 폴리머(170), 0.08~4중량%의 무기재료 반응흡착제(180) 및 3~15중량%의 광물질계 보강재(190)의 조성으로 이루어지며,
상기 산(Acid: 150)은 수분을 흡수하고 증발을 촉진하여 유화 아스팔트의 급속경화를 조절하도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 a) 단계에서 양이온, 음이온 및 비이온계 계면활성제를 혼합 사용하는 혼합 계면활성제(120)를 일정 비율로 첨가하여 일정한 속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 저장안정제(130)는 안정된 분산을 이루는 아스팔트 입자 사이의 간격을 유지하여 유화 아스팔트의 저장 안정성을 높이기 위해 혼합되며, 상기 이온성 무기화합물(160)은 조해성이 있어 공기중 수분과 쉽게 반응하여 수화물을 형성함으로써 유화 아스팔트의 동결 방지를 위해 혼합되는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법. - 제7항에 있어서,
상기 폴리머(170)는 유화 아스팔트의 경화 이후 강성 보강을 위해 혼합되고, 상기 무기재료 반응흡착제(180)는 시멘트, 토양, 골재 또는 석회석분의 무기계 재료와의 유화 아스팔트의 흡착 성능을 보강하며, 상기 광물질계 보강재(190)는 결정구조 내에 탄산이온(CO3 2-)을 포함하는 탄산염광물(Carbonate mineral)로서 유화 아스팔트의 강성을 보강하는 것을 특징으로 하는 급속경화형 유화 아스팔트를 이용한 아스팔트포장 시공방법.
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| KR1020220047948A KR20230149360A (ko) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 급속경화형 유화 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트포장 시공방법 |
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Citations (5)
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| KR100408700B1 (ko) | 2000-10-06 | 2003-12-06 | 인성산업 주식회사 | 급경성 유화아스팔트 조성물과 그 제조방법 |
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| KR101630380B1 (ko) | 2015-12-14 | 2016-06-15 | 주식회사 신선 | 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 도로포장방법 |
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-
2022
- 2022-04-19 KR KR1020220047948A patent/KR20230149360A/ko not_active Application Discontinuation
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