KR830002436B1 - 아스팔트와 골재로된 고강도 도로 포장조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

아스팔트와 골재로된 고강도 도로 포장조성물의 제조방법

본 발명은 가용성 유기망간화합물을 함유하는 거의 미(未)블로운아스팔트(unblown aspholt)씨맨트(유화시키지도 않고 키트백(cut-back)하지도 않는 것임)와 혼합한 골재로된 고강도 포장조성물에 관한 것인데 이 조성물을 종래의 방법을 사용하여 도로포장용으로 사용한다. 골재를 함유하는 아스팔트는 수년간 도로같은 것을 포장하는 조성물로 사용되어 왔다. 아스팔트중에서는 역청이 주성분으로 함유되어 있으며 아스팔트는 종래부터 고체로 얻어지고 있는 것인데 이것은 원유의 증류찌끼이다. 아스팔트를 도로포장용으로 할 때는 유체상태로 전환시킨다. 그 한가지 유체형태로는 아스팔트를 물에가하여 만든 현탁물(suspension) 또는 에멀젼(emulsion)이다. 골재를 함유는 아스팔트를 분산 및 압착시키면 물은 증발되고 아스팔트는 경화되어 연속상태의 물체로 된다. 도로건설에 사용되는 다른 형태의 아스팔트는 커트백아스팔트인데, 이것은 적당한 증류액을 사용하여 아스팔트베이스를 환류시켜 제조한 액체석유 제품이다. 커트백아스팔트를 깔고 휘발분을 증발시키므로서 도로를 만들고 있다. 위와같은 도로건설기술을 사용함에 따른 장점으로서는 고온을 사용할 필요가 없다는 점이다. 또 다른 방법으로는 아스팔트와 골재를 혼합하여 일정온도에서 유체상태의 아스팔트를 가하여 도로를 만드는 것이다. 이러한 형태의 아스팔트는 커트백아스팔트는 아니고 에멀젼상태의 것도 아닌 것으로서 아스팔트씨멘트라고 부르고 있다.

커트백아스팔트와 에멀젼아스팔트에서 나타나는 주요 문제점은 아스팔트 씨멘트에 비하여 골재에 대한 접착성이 작다는 것이다. 그 이유는 주로(가) 커트백아스팔트중의 유기용매 또는 기름이나(나) 골재표면이나 에멀젼중에 있는 수분이 골재와 아스팔트간의 접착을 방해하기 때문인 것이다. 이러한 접착성을 향상시키기 위한 한가지 방법은 미국특허 제2,342,861호에 상술된 바 있다. 이 특허에 의하면 특히 율레인산납 또는 나프텐산납 같은 것으로 만든 납비누를 커트백아스팔트나 아스팔트에멸젼에 첨가하여 골재와의 접착성을 크게 하고 있다. 여기에 나온 예에 있어서 오직 납만이 접착성을 증가시키는 금속비누라고 상술하고 있지만 Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Ba 및 Mg 같은 금속을 포함하는 유기산의 기타중금속비누도 사용할 수 있다고 제안하고 있다. 또한 이 특허는 소요의 유기산 존재하에 산화납을 가열하여 납비누를 제조하는 방법도 상술하고 있는데 이렇게 해서 만든 납비누를 소요의 아스팔트에 첨가한다.

나프텐산이나 리놀레산 같은 고분자량의 유기산으로 된 중금속염을 사용하여 블로운아스팔트, 즉 산화아스팔트 코오팅물의 균열을 방지하고 있는 것이다. 예를 들자면 미국특허 제2,282,703호에 의하면 코발트, 망간, 철, 납, 바나듐 또는 아연같은 중금속을 사용하여 이러한 목적으로 블로운 아스팔트에 분산시키고 있다.

중금속비누는 또한 "앨리게이터링(alligatoring)"으로 인한 아스팔트의 결함을 방지하기 위해 루우핑용 아스팔트에 분산제로 사용하고 있기도 하다. 미국특허 제2,928,753호에 의하면 올레산이나 나프텐산같은 고분자량의 모노카르복시산을 가한 구리, 코발트 또는 망간 같은 다가 금속염을 사용하고 있다. 최종적으로 나오는 생성물은 두께를 고르게 하기 위해 알루미늄판(Sheet)을 가열하므로서 두께가 0.025인치인 무골재 코오팅물인 것이다.

미국특허 제1,328,310호에서는 아스팔트포장에 대해 상술하고 있는데 이것은 물리적인 성질을 향상시키기 위해 아스팔트에 황산구리를 첨가하고 있다. 알루미늄, 크롬, 망간, 철, 인듐, 칼륨의 황산염 또는 셀렌산염과 나트륨, 칼륨, 루비듐, 암모늄, 은, 금, 백금 또는 탈륨의 황산염이나 셀렌화물등을 포함한 기타화합물도 상술되어있는데 이들 화합물은 비교적 아스팔트에 불용성이다.

미국특허 제1,505,880호에는 동광제(Slag)를 골재와 혼합하여 아스팔트에 첨가하므로서 포장용조성물의 강인성을 향상시키고 있고 영국특허 제533,977호에는 무기골재에 대한 아스팔트의 접착성을 개선할 목적으로 유기산의 납 또는 철 겹염(double salt)을 사용하고 있는데 알루미늄, 크롬, 구리 및 수은 같은 2가 및 다가 금속도 마찬가지로 사용할 수 있다고 한다.

본 발명에 의하면 아스팔트 씨멘트중에 어떤 유기-망간화합물을 용해시킨 후 골재와 혼합하여 특성이 광범위하게 개선된 포장을 할 수 있도록 한 것이다. 량으로 따지자면 아스팔트씨멘트를 0.01-0.5wt.%정도로 작게 사용하면 망간은 포장이 된 도로에서 압축강도, 굴힘강도 및 피로강도를 크게 개선하게 된다. 아스팔트를 용융점 또는 연화점이상의 온도로 가열하여 유동체로 만든 후 유기-망간화합물을 첨가한다. 망간을 함유하여 아스팔트 씨멘트를 위의 상태 그대로 하여 골재와 직접혼합하여 도로건설에 사용한다. 개질아스팔트씨멘트를 그대로 저장하였다가 그다지 증량시키지 않고서도 도로작업에 사용할 수 있다.

본 발명의 목적으로서는

(가) 도로등의 작업에 사용할 수 있는 특이한 강도와 피로강도를 가진 개질아스팔트씨멘트와 골재로된 포장용 조성물을 만들고,

(나) 포장용으로서 그대로 사용하기 적합한 점성을 가지지만 포장후 경화가 되면 특이한 강도를 가진 아스팔트씨멘트로 되는 개질아스팔트를 만들며,

(다) 우수한 마아샬(Marshall)안 정성을 가진 아스팔트씨멘트와 골재로된 포장용조성물을 만들고,

(라) 자체밀펴성이 있는 가요성 포장을 형성함과 동시에 일정한 높은 온도에서 대부분의 강도를 나타내는 포장용 조성물을 만들며,

(마) 물리적인성질이 향상된 포장을 만들기 위한 연질아스팔트씨멘트를 개질시키는 방법을 제시하며,

(바) 질이 나쁜 골재로 사용할 수 있는 포장용 조성물을 만드는데 있다. 따라서 본 발명은 개질아스팔트와 골재를 혼합하여 물리적인 성질이 크게 개선된 포장용조성물 제조에 관한 것이다. 유기-망간화합물의 형태로 된 강도개선제를 아스팔트씨멘트 중 용해시켜 가열하여 유체상태로 만들어 아스팔트씨멘트를 개질시킨다.

망간은 원자가 상태가 각기 다른(예 : +2,+3 또는 그이상)것을 사용할 수 있다. 유기-코발트 화합물 또는 유기-구리화합물 또기 끼타 금속이온과 망간과의 혼합물도 사용할 수 있다.

본 발명에서 나오는 "아스팔트씨멘트"란 것은 거의 미블로운상태, 즉 미산화된 고체 또는 실온에 가열할 경우 점차 액화되는 반고체 물질을 말한다. 이것의 주성분은 역청인데 이것은 정유공정에서 나오는 찌끼이다. 이 아스팔트씨멘트에는 에멀젼과 커트백 아스팔트도 포한된다. 따라서 여기에는 에멀젼중의 물상(水相)도 없고 이질적인 석유용매가 없고 아스팔트씨멘트를 커트백아스팔트로 전환시키기 위해 보통 첨가되는 기름같은 것도 없다. 일반적인 이 아스팔트씨멘트의 특징은 침입도도 25℃에서 400이하이고 대표적인 침입도가 40-300사이인 것이다(ASTM 규격 D-5에 의함). 60℃에서의 점도는 약 65포이즈 이상이다.

본 발명에 있어서 Mn이온을 아스팔트중에 용해시키므로서 최종 제품에 강도가 개질된 효과를 나타내게 한 것이 중요하다. 분산을 적정하게 하자면 Mn촉매를 아스팔트의 상당부분에 대해 가용성인유기-망간 화합물의 형태로 하는 것이다. 유기화합물로서는 미치환 된 것이거나 치환된 것으로 할 수 있다(예·유화의 경우 특히 슬폰산염이 되고, 인의 경우는 특히 인산염으로 됨). 유기-망간화합물용으로 적당한 음이온은 카르복시산, 알코올, 페놀 및 케톤의로부터 유도체를 사용한다. 특히 망간(아세틸아세톤)3을 사용하면 양호한 결과를 얻게 된다. 적합한 음이온에 속하는 것으로는 사슬중에 탄소원자수가 30정도인 카르복시산과 아세트산염, 리놀레산염, 옥토산염, 나트텐산염, 올레산염, 데칸산염 및 아세트산염에서 유도된 음이온은 아스팔트씨멘트 중에서 가장 용해성이 좋으므로 가장 효과적인 것이다. 키타 카르복시산(예 : 3차의 것)도 사용된다. 이러한 유기-망간화합물을 유기용매로 된 휘발성의 희석용액에 있는 아스팔트에 첨가하여 분산과 혼합을 개선시키는 것이 좋다. 대표적인 희석의 경우를 보면 전체 첨가제에 대해 금속이온을 5-12wt.%를 가한 것이다. 이러한 용매의 함량은 아스팔트씨멘트의 5wt.%이하이고 대표적인 것이 2%이하이며 보통 커트백아스팔트중의 용매의 함량이하로 한다. 이떠한 겨우에 있어서도 휘발성용매는 혼합온도에서 기화되므로 접착에 부작용을 주지 않는다.

비교적 소량의 유기-망간화합물을 첨가하여 개질아스팔트의 특성을 상당히 개선한다. 따라서 아스팔트에 대해 망간이온을 0.01wt.%정도로하면 포장용조성물의 압측하중강도가 개선된다. 적정한 성질을 얻자면 최소한 망간이온을 0.05-0.5wt.% 사용한다.

Mn이온의 량을 예컨대 1%로 하면 약간 개선될 뿐이다. 경제적 면에서 적정 범위는 아스팔트에 대한 전체 Mn을 0.05-0.20wt.%로 한다.

유기-망간화합물을 본 발명에 의한 아스팔트씨멘트에 가열용해시켜 금속유기망간화합물이 철저하게 분산될 수 있게 유체로 만든다. 이 방법을 "가열혼합법"이라 부르기도 한다. 액체상태의 금속촉매가 좋다.

대부분의 종래 아스팔트씨멘트에 있어서는 아스팔트씨멘트 유동화온도가 최소한 100℃로서 어떤것은 110-120℃ 또는 그 이상 150℃로 되는데 이것은 아스팔트의 종류에 따라 각각 다르다. 이 온도에서 아스팔트 조성물의 점도는 분산물을 잘 형성하며 손으로 혼합해도 용해가 잘될 정도로 감소된다. 가열혼합법을 도로공사현장과 거리가 먼 곳에서도 사용할 수 있다. 그 이유는 유기금속화합물은 그대로 원상태로 있을 때는 아스팔트를 경화시키지 않기 때문이다. 따라서 개질아스팔트씨멘트를 오래동안 그대로 저장했다가 필요에 따라 사용할 수 있다. 종래의 방법에 있어서 개질아스팔트씨멘트를 제조당시부터 정상적인 저장기간동안이나 도로현장까지 운송하는 도중 및 골재와 혼합하여 최종 포장을 할 때까지 유체상태로 유지하고 있다. 원거리 가열혼합법에 대신하여 도로공사현장에서 아스팔트씨멘트에 유기-망간화합물을 첨가한 후 포장을 할 수 있다.

개질아스팔트의 특징은 종래의 아스팔트에 비해 도로건설에 필요한 일정온도에서 유체상태의 점도를 유지한다는 점이다. 그러나 다음에 나오는 바와 같이 종래의 아스팔트씨멘트에서 나타나는 것보다 훨씬 우수한 강도를 자진 포장도로를 만들 수 있다.

종래에는 유체상태로 가열혼합시킨 개질아스팔트와 예열된 건조 골재를 혼합하여 균일히 코오팅된 골재가 포장용 조성물중에 균질상태로 혼합되게 하는데 이것은 아스팔트혼합공장에서 대표적인 경우이다.

골재를 모든 유리수분이 거의 없을 정도로 충분한 시간과 온도에서 가열한 후 혼합하는 것이 좋다. 혼합도중 골재와 아스팔트씨멘트의 온도는 100-160℃이다. 조성물을 실온으로 냉각시켜 유동성을 상실하기 전에 도로바닥에 분산시켜 다진다. 그런후 아스팔트를 경화시킨다. 경화가되면 개질아스팔트 결합제의 메트릭스에 의해 도로와 골재가 결합되는 것이다.

적당한 경화온도는 실온, 즉 22℃이다. 경화온도가 적당히 높으면(예 : 50℃)공정은 가속된다. 그러나 너무 온도가 높으면, 즉 230℃가 되면 본 발명의 공정에서는 적합하지 않다.

본 발명의 존재는 도로건설업에서 사용하고 있는 종류의 것이다. 모래와 같은 미립자로부터 쇄석(碎石), 자갈 또는 광제같은 비교적 조립자까지 있다.

골재를 주성분으로 하여 부성분이 아스팔트와 혼합한다. 공재대 개질 아스팔트씨멘트와의 비율은 도로포장용의 경우가 대표적인 것이다. 따라서 본 발명에서는 골재를 최소한 약 85wt.% 사용하며 총포장조성물에 대해 약 90-96wt.% 정도로 하는 것이 일반적이다.

본 발명의 배경에서 나온 바와 같이 중금속과 아스팔트를 혼합하여 여러가지 목적에 사용한다. 그 예로서 블로운 아스팔트의 균열을 방지하고 루우핑재료의 앨리게이터링을 방지하는데 사용되고 있다. 또한 골재와 커트백아스팔트로 된 도로공사용 조성물, 즉 에멀젼을 사용하여 골재의 아스팔트에 대한 불량한 접착성을 개선하는데 이러한 금속비누를 사용하고 있다. 종래의 방법에 의하면 다가 중금속이온의 원자기를 이 목적에 사용하고 있다.

그 예로서 미국특허 제2,342,861호에서는 골재에 대한 아스팔트의 접착성을 개선하기 위해 납비누를 사용하여 실험을 하고 있다. 이 방법에 의하면 철, 알루미늄, 망간, 아연, 코발트, 닉켈, 주석, 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 마그네슘 같은 기타금속도 이러한 동일 목적으로 사용할 수 있다고 주장하고 있다. 포장용조성물을 형성하기 위한 아스팔트씨멘트를 사용하는 가열혼합법에 대해서 이러한 중금속의 역할을 언급한 바는 없다.

이와같은 배경에서 아스팔트씨멘트에 망간을 첨가하면 개질아스팔트씨멘트를 사용한 골재로된 포장용조성물에 있어서 강도, 온도 적합성 및 기타특성이 크게 개선됨이 확인되었다.

또한 망간단독으로나 구리 또는 코발트와 더불어 사용하면 이러한 목적의 아머지 중금속보다 훨씬 우수하다는 점도 있는데 망간을 사용하면 특이한 성질이 나타나고 확보하기도 쉽다는 점이 있다.

망간에 코발트를 첨가하여 사용하면 망간이나 코발트만을 사용할 때보다 포장층의 강도가 상승적으로 증가하게 된다. 코발트의 농도를 아스팔트에 대하여 0.0001wt.%정도로 작게 사용하면 그 효과가 좋아지며 망간대 아스팔트씨멘트의 비율을 적용할 경우 0.001-0.2wt%로 하면 특이한 효과가 나타난다.

본 발명에 의한 금속이온을 사용하므로서 얻게되는 장점은 비교적 연질의 아스팔트씨멘트(예 : 침입도가 350-400)로 만든 도로의 강도를 상승시켜 줄 수 있다는 것이다. 앞서나온 개질아스팔트와 골재로 된 경화조성물의 굽힘강도와 피로 저항성의 극히 증가한다는 사실을 다음과 같은 이론에 따라 설명할 수 있다. 아스팔트씨멘트 중에는 자동산화가 쉽사리 되는 여러가지 많은 화합물(예 : 테트랄린이나 테트랄린 같은 구조를 한 것)이 함유되어 있다.

실험에 입각하여 알 수 있는 것은 망간은 테트랄린(104디케톤 테트랄린)의 디케톤을 생성한 후 안정성이 있으며 내화학성이 있는 금속과의 착물제를 형성하고, 이들 착물은 아스팔트 분자를 결속하여 아스팔트-골재조성물의 강도를 금속이 없이 제조한 것에 비해 크게 증가시킨다고 볼 수 있다.

본 발명에 의한 개질아스팔트는 그대로 있을 때는 경화나 고화되지 않는다. 또한 미개질아스팔트에 비해서 용융점이상의 일정온도에서 점도를 가진다. 따라서 망간이온은 골재와 혼합후 아스팔트의 경화를 일으키는 기능을 가질 뿐이다. 이것은 개질아스팔트를 비교적 엷은 필름으로 만들고 골재와 혼합된 상태에 있도록 할 수 있다고 볼 수 있다. 따라서 아스팔트는 골재표면에 5-10마이크론의 엷은 도막을 형성하게 된다.최대 필름의 두께가 알려진 것은 아니더라도 필름은 150마이크론 이상의 두께를 하고 있는 것으로 볼 수 있다. 아스팔트가 엷은 필름 형태로 있어야 된 조건이란 필름을 통과하여 착물이 진행할 수 있는데도 어떤량의 산소가 필요하다는 것으로 해석할 수 있다.

개질아스팔트대 골재조성물의 공극율(void ratio)이 크지게 되면 경화속도가 증가된다. 이것은 아스팔트에 어떤 산소 투과량이 착물을 형성하는데 소요된다는 이론과 일치하는 것이다.

따라서 모래골재조성물에 있어서 공극율이 20%이면 일주일 이내에 상당히 경화가 진행된다. 전형적인 도로에서의 공극율은 5-10%인데 이것은 본 발명에서도 충분히 나타낼 수 있다.

본 발명의 다른 특성을 보자면 본 발명에 의한 특수한 실시예를 보면 알 수 있게 된다. 여기서 알아두어야 할 것은 표에 나타난 데이터는 일예를 나타낸 것일뿐이고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것인 아니다.

[실시예 1]

각종전이금속을 아스팔트씨멘트에 대한 첨가제로 사용하여 비교실험을 실시했다. 각 경우에 있어서 AA-SHTO A-3등급에 속하는 모래[사구(砂口)]를 개질 역청아스팔트씨멘트(Asphalt Institute에서 지정한 AR-800)와 혼합하는데 개질아스팔트 4중량부와 모래 100중량부의 비율로 혼합했다. 각 경우의 개질아스팔트에는 금속이 아스팔트에 대해 0.2wt.%의 비율로 함유된 유기금속화합물(나프텐산또는 옥토산의비누)를 함유하고 있는 것이었다.

액체상태의 비누를 유체아스팔트와 일정온도(약 110-120℃)에서 혼합하여 아스팔트를 충분히 용융시켰다. 이 혼합물을 손으로 천천히 교반하여 금속이 아스팔트에 골고루 분산되어 용해되게 하였다.

아스팔트와 모래를 154°-158℃의 소형코어(Core)에 넣고 성형한 후 코어를 50℃에서 7일간 경화시켰다. 이 코어를 22℃ 및 50℃에서 압축강도 시험에 사용했다. 동일코어를 동일건조하에서 2주후에 재시험했다. 2차시험에 사용된 코어는 직경이 다소 컸기 때문에 결과는 약 0.97정도 크게 나왔으므로 보정을 해주었다. 시험결과는 다음표에 있는 바와 같다.

[표 1]

"밀폐"란 뜻은 조성물을 용기내에서 경화시켜 거의 대부분의 산소와의 접촉을 차단시킨 것을 말한다. 일부 밀폐시킨 시료와 전부를 노출시킨 시료의 압축강도를 비교해 보면 경화 도중 코어에 공급되는 산소가 일부 제한된다고 하더라도 그다지 큰 영향은 없다는 점을 알 수 있다.

표 1에서 분명히 알 수 있는 점은 망간이 모든 시험에서 훨씬 적합한 금속유기화합물이라는 점이다. 그러나 구리와 코발트도 나머지 시험금속에 비해서 구조강도의 증가를 크게 나타내었다는 점도 알 수 있다.

[실시예 2]

옥토산 망간을 전체아스팔트에 대해 0.2%를 사용한 것외에는 실시예 1에 나온 기본 포장용조성물에 따라 일련의 시험을 하였다. 동일량의 아스팔트와 모래골재를 사용했다. 위의 시험에 대한 결과는 표 2에 있는 바와 같다. 모든 시료를 50℃에서 대기중에 1주일동안 노출시켜 경화시켰다. 보다 낮은 실온 1예 : 22℃에서도 경화시간을 길게하였을 때 마찬가지 결과를 얻었다.

[표 2]

*이 량은 미반응 모래-아스팔트 비임에 대해서는 측정불가 50℃시험온도에서의 완전강도가 나타나도록 하는데 보다 긴 시간이 소요되었지만 22℃의 시험온도에서의 완전강도가 4주 후에 나타났다.

결함의 양상은 플라스틱특성같이 되어 나타났다. 결함이 있는 시편은 비교적 짧은시간(예 : 1-2일) 내에서 수회 재시험하여 거의 동일한 강도를 얻을 수 있었다. 이것은 소성유동과 칙소트로픽 성거동(thixotro-pic behavior)이 혼합된 것으로서 최고점가까이서 강도가 유지되며 경화작용이 있음을 나타내는 것이다.

마아샬 시험결과를 보면 1개월경과후의 감소율에서 안정성은 증가되고 있다. 정적피로 시험은 길이가 25a_n이고 단면적이 2cm 43cm인 비임을 성형하여 실시했다. 이 비임을 22℃에서 1개월정도 경과시킨후 22cm의 간격에서 3점하중을 가하여 정적피로를 시험했다. 하중속도는 1분당 0.05인치로 했고 온도는 22℃로 했다. 그 결과는 위의 표에 있는 바와 같다. 미개질 아스팔트-모래로 된 비임의 극한 굽힘스트레인은 시험도중 계속하여 변형되었으므로 특성이 불가하였다. 개질아스팔트 비임의 극한 강도는 극한 하중에 가까운 탄성스트레인을 파괴시의 소성스트레인에 더하여 줌으로써 근사값을 구했다. 앞에나온 형식의 비임을 22cm거리의 중점에 대한 반복하중을 주게되어 있는 동적피로 시험기로 시험했다. 철판을 고챠로 비임밑에 놓고 이들을 뒤로 붙여 하중을 제거했다. 하중속도를 1분당 3회 반복했으며 온도는 22℃로 했다. 피로시험을 함에 있어서 미개질아스팔트로 된 비임을 비교적 작은 하중을 수직과 수평으로 받을 때 변형이 되었으므로 여하한 유효한 결과를 얻을 수 없었다.

피로시험결과를 대수-대수 그라프에 그려서 Nf=K(1/e)^C(여기서 Nf는 결함이 발생할 때까지 가한 반복한 하중수이고 e는 굽힘스트레인이며 K와 C는 회규상수임(의 식을 얻었다. K와 C는 각각 1,82×10¹²및 3.29이었고 여기서 e는 마이크로단위로 나타내어지는 것이다. 모래-아스팔트로된 비임의 동적탄성계수는 850,000pSi로서 이 값에서 개질아스팔트-모래제품은 아스팔트콘크리트의 피로수명을 증가시켜 주었다.

[실시예 3]

아스팔트에다 망간을 0.05%, 0.1% 및 0.2%가하여 혼합물을 만들었다. 아스팔트콘크리트로된 표준 마아샬코어를 역철 4%함량에서 성형했다. 각각의 망간함량을 가진 각 코어의 절반을 50℃오븐속에 집어 넣고 벤취위에 나머지 반을 내어놓았다. 7일간 경화시킨 후 마아샬 안정도를 시험했다.

결과는 표 3에 있는 바와 같다.

[표 3]

이 데이터를 그라프로 표시해보면 망간의 단위량에 대한 안정도에 미치는 최대효과는 0.08-0.12%이라는 점을 알 수 있다. 망간함량이 이 이상이되면 안정도는 커지나 망간 단위당 안정도는 적어진다.

[실시예 4]

소량의 코발트를 망간과 함께 아스팔트에 첨가하여 만든 코어에 대한 강도증가를 알아보기 위해 일련의 시험을 실시했다. 더우기 망간, 코발트, 구리 및 철을 첨가하였을 때 나타나는 상대적인 강도를 비교했다.

유기금속화합물로 사용한 것은 다음과 같은 것들이다.

나프텐산 망간(망간 6%),

나프텐산 코발트(코발트 6%),

나프텐산 구리(구리 8%),

나프텐산 철(철 6%),

역청(Dutch 80/100 penetration)을 100℃로 가열하고 위의 금속화합물을 첨가한 후 역청속에 철저히 분산용해시켰다. 실시예 1의 방법을 사용하여 하바드식 소형코어를 4%역청함유량에서 성형했다.

모든코어를 45℃에서 시험실시일까지 경화시켰다. 각 코어를 45℃의 압축강도에 대해 시험하는 이때 최소한 1시간 정도에서 45℃로 유지시킨 후 최소한 1.5사간동안 실온까지 냉각시키고 이 온도에서 재시험했다.

그 결과는 표 4에 나온 바와 같다.

위의 표에서 분명히 알 수 있는 것은 코발트함량이 작으면 45℃의 온도에서 조성물의 강도가 상당히 증가된다는 점이다. 이것은 아스팔트가 일정 온도에서 가장 취약하다는 것을 나타내는 중요한 시험이다. 28일에 가서는 망간 0.2%와 코발트 0.001%를 함유한 조성물은 망간만을 사용했을 때의 6.28에 비하여 8.04

[표 4]

*14일에서가 아니고 15일에서 시험한 것 임.

의 강도를 나타내었다. 이것은 전체 금속이온농도중 불과 0.5%를 증가시켜주었는데도 강도가 30%가까이 증가된 것이다.

또한 위의 표에서 알 수 있는 다른 특징으로서는 45℃의 시험온도에 있어서 28일에서의 나머지 금속이온에 비해 망간이 훨씬 우수한 결과를 나타낸다는 점이다.

[실시예 5]

황산 망간 같은 무기질의 불용성형태에 비하여 가용성 금속의 유기화합물중에서 망간을 사용할 경우의 중요성을 검토하고자 다른 비교시험을 실시했다. 이러한 목적으로 나프텐산 망간을 황산망간과 비교했다. (나프텐산염 및 황산염형태의) 망간을 앞의실시예들과 같이 하여 아스팔트(AR-4000 아스팔트, Chevron)에 가하여 혼합한 후 개질아스팔트와 이라크산 모래로 된 것을 5.2%사용하여 코어를 성형했다. 코어를 45℃에서 8일간 경화시킨 후 22℃ 및 45℃에서의 일축압축 시험을 실시했는데 그 결과는 표 5에 있는 바와 같다.

[표 5]

위이 트에서 분명히 알 수 있는 것은 45℃에서 나프텐산 망간으로 처리한 아스팔트를 사용한 코어는 황산 망간으로 처리한 것 보다 강도가 6배 이상 강했고 미처리된 아스팔트로 된 코어보다 14배나 강도가 큰 것이었다. 위의 표에서는 아스팔트에 가용성상태의 망간을 첨가함에 따른 중요성을 나타내는 것이다.

[실시예 6]

망간화합물을 역청에 첨가하여 망간이 0.2% 함유하게 만들었다. 이것을 110℃에서 교반했다. 아세톤산 아세틸 벤조산염 및 톨루산염의 경우에 있어서 이들 고체는 쉼게 용해하지 않았다. 이들은 아시 120℃와 135℃로 가열교반한 후 모래와 혼합했다. 현미경 검사를 핸 본 결과 역청중에 여러가지양으로 입상물질이 있었다.

모래와 아스팔트를 혼합하여 소형코어에 넣고 135-140℃에서 성형한 후 45℃에서 경화시켰다. 두개의 코어를 7일후의 압축강도 시험에 사용했다. 나머지 4개는 14일후의 강도시험에 사용했다.

[표 6]

모래중량에 대해 역철 5.2%

[표 7]

모래중량에 대해 역청 4.8%

아세톤산 아세틸(Mn⁺⁺⁺)과 아세트산염(Mn⁺⁺)은 강도증가 효과가 탁월하였다. 이들 시험에서 될 수 있는 결론으로서는 망간이 여러원자가의 형식(최소한 +2와+3)으로 되며 역청중에 가용성으로 되고 용해되거나(또는 이온화됨) 될 수 있는데 효과적이다.

[실시예 7]

이 골재는 1/2-1/4"의 것이 1023g, 1/4-#16의 것이 825g 및 #16분말상태의 것이 1452g의 골재로서 각각 3조의 코어를 만들었음. 이것에 다 골재 3300g, 역철 180g(처리 또는 미처리 된 것)을 첨가하고 코어를 한꺼번에 혼합하고 140℃에서 성형한 것임.

^**테네코(Tenneco)라는 상품명으로 테네코사에서 공급되고 있는 것으로서 소량의 기타 산성라디칼(예 : C₉, C₁₀)을 함유한 것임.

나프텐산망간을 0.025%망간 처리된 역청에 사용했으며 옥토산망간은 0.05% 및 0.075%망간 처리된 역청에 사용했다. 0.108% 금속처리된 역청을 옥토산망간(Mn 9%)과 나프텐산코발트(Co6%)의 혼합물로 처리했다. 이 물질은 Mn이 0.098%이었고 Co가 0.0097%의 것이다. 모든 코어를 45℃에서 경화시키고 마아샬 안정도 시험에 사용했다.

[표 8]

[실시예 8]

역청을 중량을 달고 110℃ 이하의 소형용기중에 넣는다. 망간 화합물을 첨가하여 표 9에 나타난 바와같이 역청중의 망간함량이 되게 만들었다. 혼합물을 재가열하고 교반하여 분산이 골고루 되게 했다.

시료를 140-144'C로 가열하고 중량을 달아 예열된 모래속에 첨가하여 표 9에 나타난 바와같이 역청중의 함량이 되게 만들었다. 140-144℃에서 짧은 소형의 하바드식 코어를 성형하고 45℃에서 경화시켰다. 경화시간은 표 7에 있는 바에 따랐다. 코어를 압축시험하였고 이들중 반을 45℃에서 나머지를 22℃에서 시험했다.

네오-데칸산망간을 함유하는 코어를 50℃에서 경화시켰다.

[표 9]

위의 데이터는 모두가 짧은 소형의 모래-아스팔트로된 코오(이라크산모래사용)에서 나타난 결과임.

쉐이바(Shayba)모래의 데이터는 다음과 같다

망간의 각기 다른 산성염 전부는고온에서 강도가 특히 개선됨을 알 수 있다. 그 효과의 차이는 각기 다른 염에 있어서 상대적인 용해도에 기인하는 것이라고 생각된다.

Claims (1)

1. 골재와 골재위에 피복되는 아스팔트를 포함하는 포장조성물에 있어서, 상기 아스팔트는 테트라린류의 화합물 및 아스팔트분자를 포함하고, 망간, 코발트, 구리 또는그 혼합물의 유기화합물을 함유하며, 망간, 코발트, 구리농도는 아스팔트 기준으로 0.01 내지 0.50중량퍼센트이고, 상기 유기화합물은 테트라린류 구조와 착화합물을 형성하고, 이 착화합물은 아스팔트분자와 결합하여 포장 조성물의 강도를 현저하게 증가시키는 것을 특징으로 하는 포장조성물.