WO2014129758A1 - 새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물과 그 제조방법 그리고 중온 개질 신규 및 재생 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물과 그 제조방법 - Google Patents

새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물과 그 제조방법 그리고 중온 개질 신규 및 재생 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물과 그 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • Roads are a social infrastructure network and represent a significant portion of the transport of people and traffic. More than 80% of domestic roads are made of asphalt pavement, and most of the loads of road vehicles are concentrated on the asphalt pavement. As a result, the asphalt pavement is shortened due to repeated loads and impacts of the vehicle driving, and easily damaged or experiences premature failure due to poor construction. Tens of billions of dollars are spent each year to maintain and manage these damages. If the life cycle of the asphalt pavement can be extended, it is obvious that a huge national budget for maintenance can be saved.
  • Asphalt paving is asphalt paving, assembling and filling material mixing at high temperature to produce ascon, and it is divided into base layer, middle layer and surface layer on the road's road and laid and compacted with compaction equipment to complete the construction.
  • asphalt binder Among the raw materials of the pavement, one of the important materials for determining the quality of the pavement is asphalt binder and aggregate.
  • the particle size and distribution of the aggregate is already well known, and if used as it is, it is not a big variable of pavement quality, but asphalt binder can significantly change pavement quality depending on improvement.
  • Asphalt binders are considerably poor when compared with polymer resins in terms of molecular weight and physical properties, so that the poor asphalt binder properties are improved by using polymer resins to extend the commonness and the service life of the pavement.
  • the polymer additive used for this purpose is called a modifier, and the asphalt to which the modifier is added is called a modified asphalt binder.
  • Asphalt concrete mixtures (ascon) are prepared by using a modifier or modified asphalt, including the high temperature heating method (160-170 °C) and the medium temperature heating method (120-140 °C), and the medium temperature heating method for reducing environmental pollution and saving energy. This is being preferred.
  • the asphalt pavement is sensitive to changes in temperature and the size of the vehicle load, which causes plastic deformation or fatigue cracking, which is a pavement problem with the season.
  • plastic deformation or fatigue cracking which is a pavement problem with the season.
  • cracks are generated due to increased brittleness due to material shrinkage at low temperatures, and viscosity is lowered at high temperatures to cause plastic deformation due to flow.
  • the number of vehicles gradually expands, and thus, the pavement problems are further accelerated due to the increase in traffic volume and overload vehicles, and the life span of the existing asphalt pavement is rapidly shortened. Therefore, modified asphalt pavement is used more frequently than general asphalt pavement.
  • a modifier is necessarily included as an important material for constructing the modified asphalt pavement, and the modifier is usually composed of an elastic material for suppressing winter cracking and a viscous material for minimizing plastic deformation in summer.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-034496 discloses Gilsonite as a viscosity modifier, styrene-butadiene rubber latex (SBR latex) as an elastic modifier, and Korean Patent 2003-004579, Gilsonite as a viscosity modifier, waste tire rubber powder as an elastic modifier,
  • SBR latex styrene-butadiene rubber latex
  • Patent 2003-004579 Gilsonite as a viscosity modifier
  • waste tire rubber powder as an elastic modifier
  • asphaltite powder and polyethylene powder are used as a viscosity enhancer
  • waste tire rubber powder is used as a composition as an elasticity enhancer, respectively.
  • Gilsonite high viscosity liquid
  • asphaltite solid powder
  • Gilsonite high viscosity liquid
  • asphaltite solid powder
  • gilsonite as a viscosity enhancer in 2002-034496 and 2003-004579 is not a desirable viscosity enhancer in terms of packaging properties
  • polyethylene as a viscosity enhancer to compensate for the above disadvantages.
  • this resin may increase the viscosity, but may exhibit a problem of lack of adhesive strength with the aggregate because there is no polar group in the molecule.
  • Korean Patent 10-2003-005537 describes epoxy resins and petroleum resins (tacky resins) as viscosity modifiers, styrene-butadiene-styrene (SBS) and rubber as elastic modifiers, and Korean Patent 10-2003-0069911 describes petroleum resins as viscous enhancers. Styrene-butadiene-styrene (SBS) and rubber are used in the composition as elastic modifiers, respectively.
  • epoxy resins and petroleum resins used as viscous reinforcing agents are not good compounds as viscous reinforcing agents because they have a disadvantage of being brittle and easily causing cracking.
  • epoxy resins are expensive and uneconomical.
  • Korean Patent 10-2005-0076461 uses waste vinyl as a single composition as a viscosity enhancer, and no elastic enhancer is included at all. Waste vinyl is not only a good but inexpensive viscous reinforcement agent, and the elastic reinforcement is omitted, which is likely to cause various cracks in the cold winter.
  • Korean Patent No. 10-2001-0037903 uses an aromatic petroleum resin (adhesion enhancer) as a viscosity enhancer, styrene-butadiene-styrene (SBS) and rubber as an elasticity enhancer, and other aromatic processed oils and antioxidants as compositions.
  • aromatic petroleum resin adheresion enhancer
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • rubber an elasticity enhancer
  • other aromatic processed oils and antioxidants as compositions.
  • the use of petroleum resin as a viscosity enhancer here is also very brittle and is not preferable.
  • HDPE high density polyethylene
  • waste tire powder is used as a composition.
  • HDPE is a general-purpose resin, it is a crystalline polymer, and crystals formed at low temperatures increase brittleness, which is likely to cause pavement cracks, and since there is no polar group, adhesion to aggregate is poor, and above all, compatibility with waste tire powder used together is poor. This is not a preferable modifier.
  • the polymer resin used as a viscosity enhancer in the conventional modifier composition is a general purpose resin (waste vinyl, HDPE, LDPE, EVA, etc.) having a moderate viscosity, which is almost not high viscosity, unless it is made high in viscosity using a large amount. Since the viscosity is not secured, there is a high possibility of generating plastic deformation. On the other hand, when using a large amount, there is a problem that the cost increases.
  • polymer resins capable of obtaining sufficient viscosity at high temperatures include high brittleness at low temperatures, but tend to exhibit brittleness at low temperatures, which may cause pavement cracks. It is necessary to reinforce by elastic material.
  • Korean Patent Publication No. 10-2012-0073529 uses maleic-polyethylene wax and process oil as a medium temperature additive, and SBS or SBR is used as a modifier.
  • SBS or SBR itself is a weakly viscous elastic material, which is less likely to cause cracking problems but is more likely to cause plastic deformation problems.
  • processed wax (Sasobibit wax) by Fisgher-Tropsh method is used as a medium temperature additive, amine or slaked lime as an anti-peeling agent, and EVA polymer and inorganic as an modifying agent. It is suggested to use the material.
  • EVA resin is weak in viscosity and hardly low-temperature elasticity.It is not suitable as a modifier.
  • Sabitose wax which is a medium-temperature additive, also has little elasticity, so it is prone to cracking at low temperatures, and is easy to cause plastic deformation due to low viscosity at high temperatures. .
  • Korean Patent No. 10-1166155 discloses polymerization of one or more of process oil, plasticizer, linseed oil, soybean oil and rice bran oil as a mesophilic additive, and polyol (or polyamine) and isocyanate under a catalyst (cobalt-based, lead-based, phosphorus-based) as a modifier.
  • a catalyst cobalt-based, lead-based, phosphorus-based
  • Korean Patent Registration 10-1023425 uses one or more of process oil, petroleum resin, and saxobit wax as medium temperature additives, and SBS or water dispersible acrylic emulsion as modifiers, but the overall viscosity of modified asphalt binder is still low, so it is easy for plastic deformation problems. It is expected to face.
  • one or more of rosin, polyethylene (PE), sayassille oil, and asphalt are used as a medium temperature additive, and as modifiers, EVA, (SBS, styrene isoprene styrene (SIS), low density polyethylene (LDPE), It claims to use at least one of high density polyethylene (HDPE) and PU chips and EPDM chips, which also use SBS, SIS, PU chips, and EPDM chips as elastic materials.
  • As viscous materials general resins with low viscosity such as EVA, LDPE, HDPE, etc. are used, which may cause plastic deformation problems. Be careful not to use a large amount in use.
  • the other relates to the use of mesophilic additives to impart mesophilic effects to the modified asphalt mixture.
  • mesophilic additives instead of simply claiming that one or more of the mesophilic additives should be used, there are some types of mesophilic additives, and the compositions for effective mesophilic It is important to solve the specific problem for something, and also the composition composition and manufacturing technology development of asphalt concrete mixture using the newly proposed modifier or mesophilic additive in the present invention also belong to the problem to be solved in this patent.
  • Recycling of waste ascon which is a waste, is an urgent task to be solved in order to contaminate soil and conserve resources.
  • the recycled packaging of waste ascon is frequently damaged by pavement due to common problems (cracks, plastic deformation, etc.), and as a result, packaging life is shortened.
  • the quality problem of such packaging is also a challenge.
  • the present invention provides a solution for solving the above-mentioned technical problems. That is, in consideration of environmental and economic issues, the medium temperature production (100-140 ° C) is performed instead of the heating production (150-180 ° C), and the medium temperature new (or regenerated) ascon as well as the medium-temperature modified new (or regenerated) ascon To improve the limited packaging quality problem and to provide a composition of new mesothelial high viscoelastic modifier and its manufacturing method which has excellent commonality against severe climate change in summer and winter. Furthermore, the proposed new mesophilic high viscoelastic modifier The present invention provides a technical characteristic of the composition of the medium-temperature reformed recycled (or new) asphalt concrete mixture and its preparation method.
  • Medium-temperature reforming regeneration (or new) asphalt concrete mixture using the new mesophilic high-viscoelastic modifier is 0.5-20 parts by weight of medium-temperature high-viscoelastic modifier, 10-80 parts by weight of asphalt binder, 850-987.5 parts of aggregate, filler 2-50 Composed of a composition by weight, a small amount of amine-based anti-peeling agent and a small amount of antioxidant, and put the composition into the mixer of the asphalt concrete plant, and heat-mixed to 80-180 °C medium temperature modified regeneration (or new) asphalt concrete There is a characteristic of preparing a mixture.
  • the above-mentioned medium temperature high viscoelastic modifier is 100% by weight or less of high viscoelastic modifier, 100% by weight or less of crack resistance mesophilic additive, and a small amount of reaction accelerators (benzoyl peroxide, maleic anhydride, acetaldehyde, platinum catalyst, etc.) and the sum thereof is 100.
  • the high viscoelastic modifier refers to a sum of 100% by weight of 10-90% by weight of high-viscosity polymer and 10-90% by weight of high-elastic polymer.
  • asphalt binders and modified asphalt binders have viscoelastic properties, but when the viscosity is large, the elasticity is small. On the contrary, when the elasticity is large, the viscoelasticity is high. It is not easy, and it is essential to combine the high viscosity polymer and the high elastic polymer together properly in order to obtain excellent modifier for both properties.
  • the high-viscosity polymer of the present invention is not a general-purpose general-purpose polymer resin, but a polymer having a much higher viscosity than polyethylene terephthalate (PET), polyester (nylon), polypropylene (PP), and coprene (polypropylene (PP) and Copolymers of polyethylene (PE)), and those in which a thin film of aluminum is coated on the highly viscous polymer also belong to the highly viscous polymer.
  • high-viscosity polymers can be used alone as a modifier material, but when high-viscosity polymers with high viscosity and low viscosity asphalt binders are mixed at high temperatures (100-160 ° C), they may show a sharp difference in viscosity, causing material dispersion problems.
  • Mixing together general-purpose polymer resins corresponding to the median viscosity of these materials is preferred for the uniform dispersion of the modifiers due to smooth dispersion between the materials. Therefore, a mixture of at least one of the above-mentioned high-viscosity polymers and at least one of the general-purpose polymer resins is also defined as a high-viscosity polymer in the present invention, and the mixture includes those coated with an aluminum thin film.
  • the general purpose polymer resin herein refers to those including low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), high density polyethylene (HDPE), polyvinylacetate (PVA), ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer, polybutene.
  • LDPE low density polyethylene
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • PVA polyvinylacetate
  • EVA ethylene vinyl acetate copolymer
  • polybutene polybutene
  • the high-viscosity polymer is one of the high-viscosity polymer and one of the general-purpose polymer resins bonded to each other at the interface to form a lamination or at least one of those coated with an aluminum thin film on one side of the lamination.
  • the laminated material is a laminated film or laminated sheet prepared by making the above-mentioned high viscosity polymer and general-purpose polymer resin in the form of a film or sheet and then bonding the interfaces of the two films to each other.
  • the high viscosity polymers are widely used as packaging materials for making herbal medicine bags, snack bags or food bags.
  • the high viscoelastic modifier may not be sufficient as the high viscous polymer alone, and the high viscoelastic polymer should also be included together to make it a high viscoelastic modifier.
  • Highly elastic polymers for the purpose include styrene butadiene styrene (SBS), styrene butadiene rubber (SBR), SBR latex, styrene isoprene styrene (SIS), styrene ethylene butadiene styrene (SEBS), waste tire powder, waste rubber powder , Natural rubber powder, EPDM powder (EPDM Powder), liquid natural rubber, methyl methacrylate (MMA) resin, polyurethane (PU) powders, and those that include a feature.
  • SBS styrene butadiene styrene
  • SBR styrene butadiene rubber
  • SEBS styrene isoprene styrene
  • a crack resistant mesophilic additive is added to the high viscoelastic modifier to prepare a mesophilic high viscoelastic modifier.
  • the composition of the mesophilic high viscoelastic modifier is claimed to add up to 100% by weight of the high viscoelastic modifier, 100% by weight or less of the crack resistance mesophilic additive, and a small amount of the reaction accelerator to add up to 100% by weight.
  • 100% by weight of the viscoelastic modifier means the heating production of high viscoelastic modified ascon without crack resistance mesophilic additives
  • 100% by weight of the crack resistance mesophilic additive means the production of general mesophilic ascones without high viscoelastic modifiers.
  • the high viscoelastic modifier and the crack resistance mesophilic additive are used together and the sum is 100% by weight, it means the production of the medium temperature high viscoelastic modified ascon by the medium temperature high viscoelastic modifier.
  • the mesophilic additive is an additive that enables the production and construction at a relatively low temperature by lowering the viscosity of the asphalt binder that combines the aggregate and aggregate.
  • most patents claim to use one of the mesophilic additives or to use at least one or more of them.
  • the present invention claims for the first time the combination of at least two or more mesophilic additives in an arbitrary ratio to form a mesophilic additive.
  • the composition of the composition is based on the scientific results obtained by the present inventors after extensive research on the temperature reduction effect of the mesophilic additive.
  • the average temperature reduction effect is 1.2 grams in the case of single (I, A, B, and C), and the average temperature reduction effect is 3.7 ° C. in the case of 2.4 grams.
  • + A, I + B, and I + C) reduced the temperature from 1.2 grams to an average of 8.0 ° C (approximately 2.2-fold increase) and from 2.4 grams to an average of 10.3 ° C (approximately 1.45-fold increase), so that the same middle temperature additive weight Even when added to, it can be seen that the combination of two mesophilic additives results in a much more efficient temperature reduction than the use alone.
  • FIG. 2 The same result can be seen in FIG. 2.
  • the experiment was performed according to the same procedure as in FIG. 1, and the temperature reduction effect was calculated.
  • II, A, B, C and combinations thereof II + A, II + B and II + C were used.
  • the average temperature reduction effect is 4.1 ° C. in 1.2 grams of the case (II, A, B and C) alone, and the average temperature is 6.2 ° C. in 2.4 grams, the two medium temperature additives are combined.
  • the mesophilic additive of the present invention is a combination mesophilic additive in which two or more combinations of solid phase mesophilic additives, two or more combinations in liquid mesophilic additives and one or more of the liquid phases are combined with at least one of the solid phases.
  • the composition ratio of each combination is determined arbitrarily.
  • Solid phase mesophilic additives are 12-hydroxy stearic acid, Hydrogenated Castor Oil, Sasobit Wax, Petroleum resin, Coumarone, rosin, ethylene vinyl acetate wax. (EVA Wax), polyethylene wax (PE Wax), polyamide wax, Maleic-PE wax, and the like,
  • the above liquid medium temperature additive is liquid evosum (Evotherm), polyalkenamer (Polyalkaneamer, EVA emulsion, acrylic emulsion, SBR emulsion, aromatic process oil, aliphatic process oil, mixed process oil of aromatic and aliphatic, cutback asphalt) ), Heavy oil, bunker A oil, bunker B oil, bunker C oil, asphalt emulsion, industrial oil (car engine oil, lubricating oil, compressor oil, ship engine oil), vegetable oil (palm oil, palm oil, lean seed oil, soybean oil, Soybean oil, linseed oil, perilla oil, castor oil), animal oil (bovine oil, pork oil, fish oil), various surfactants, various plasticizers, and the like.
  • polyalkenamer Polyalkaneamer, EVA emulsion, acrylic emulsion, SBR emulsion, aromatic process oil, aliphatic process oil, mixed process oil of aromatic and aliphatic, cutback asphalt
  • Heavy oil bunk
  • the mesophilic additive is already well known, but it may be unfamiliar because the crack resistance mesophilic additive is first mentioned in the present invention.
  • the mesophilic additive is usually a wax type having a melting point at 80-120 °C, the wax rapidly decreases the viscosity above the melting point to perform the middle temperature role, but below the melting point becomes a solid with a low hardness to increase brittleness. This increase in brittleness provides local cracking occurrence in the packaging material, and is designed to increase crack resistance by adding an elastic material to the mesophilic additive for the purpose of preventing it. It is defined as
  • the crack resistance mesophilic additives are added to all kinds of mesophilic additives as well as waxy mesothelial additives to serve to reduce the cracking problems due to mesophilic additives at low temperatures.
  • the crack resistance mesophilic additive of the present invention refers to a mesophilic additive in which 20-100% by weight of the medium temperature additive and 80% by weight or less of the elastic material are added so that the sum thereof becomes 100% by weight.
  • the minimum weight of the mesophilic additive is 20% is the minimum weight% to secure the mesophilic effect, and the maximum is 100% by weight means only the mesophilic additive without the elastic material.
  • Figure 3 shows the viscoelastic properties of Sasobit Wax produced by the Fischer-Tropsch method, which is the most used in the world. After dissolving saxobit wax in the asphalt binder to produce a medium temperature asphalt binder specimen, the physical properties of the medium temperature asphalt binder (Srorage Modulus; G '), loss using dynamic elastic shear rheometer (DSR) Coefficients (Loss Modulus; G ′′) and Phase Angle ( ⁇ ) are measured.
  • Srorage Modulus G '
  • DSR dynamic elastic shear rheometer
  • the sin ⁇ value of the middle temperature asphalt in which only 2% of Sasobit wax is added is compared with the sin ⁇ value of the middle temperature asphalt in which 3% of the elastic material (R) is further added.
  • the latter shows a smaller sin ⁇ value (larger elasticity value) than the former, and the difference is greater at the lowest measurement temperature of 40 ° C, and both are close to 1.0, the viscous liquid at the highest measurement temperature of 80 ° C.
  • the binder added with only the elastic material (R) to the asphalt binder showed significantly increased elasticity compared to the asphalt binder alone, but the binder added with the CM wax mesophilic additive did not increase the elasticity only by the addition of the elastic material (R). It should be noted that this may be indicated.
  • the results of the above research on crack resistance mesophilic additives indicate that even if the same content is used, the use of combined mesophilic additives shows better mesophilic effects than single mesophilic additives.
  • the crack resistance effect can be obtained by relieving the brittleness, which is a disadvantage of the mesophilic additive, and the crack resistance effect is more effective when a combination mesophilic additive is used rather than alone.
  • the mesophilic additive in the present invention based on the above research results refers to a combination mesophilic additive to which an elastic material is added, and this has a characteristic called a crack resistance mesophilic additive.
  • the elastic material used for the production of the crack-resistant mesophilic additive of the present invention is the same as the above-mentioned high-elastic polymer, but there is only a difference that the amount is relatively small.
  • high elastic polymers are listed: styrene butadiene styrene (SBS), styrene butadiene rubber (SBR), SBR latex, styrene isoprene styrene (SIS), styrene ethylene butadiene styrene (SEBS), waste tire powder, waste rubber Powder, natural rubber powder, liquid natural rubber, EPDM powder (EPDM Powder), methyl methacrylate (MMA) resin, characterized in that at least one of those including polyurethane (PU) powder.
  • SBS styrene butadiene styrene
  • SBR styrene butadiene rubber
  • SEBS styrene isoprene styren
  • the shape of the mesophilic high viscoelastic modifier may be pellets, films, plates, sheets, bottles, wire coverings, short fibers, powders, viscous liquids, or mixtures thereof.
  • the composition of the composition may be new, reclaimed, waste, or It may be a mixed material, but waste materials are the most preferred in terms of environmental pollution prevention, waste recycling, and economics.
  • the above-mentioned medium temperature high viscoelastic modifier composition is added to a mixer of half-barrier (or knee-derer) and heated and melt mixed to make a uniform melt.
  • This melt is injected into the screw through the hopper of the extruder to make a more uniform melt and pass through the die of the extruder, which is then cooled and cut to form pellets.
  • Pellet is pulverized by a pulverizer (or powder) to produce a uniform fine particles or powder form. This manufacturing method is used to produce the most uniform quality mesophilic high viscoelastic modifier.
  • the medium-temperature high viscoelastic modifier composition is directly put into the hopper of the regeneration extruder, heated and melt mixed in the screw, and then passed through a die to make pellets, cooled to room temperature, and then pulverized with a pulverizer (or powder) to uniform
  • a pulverizer or powder
  • the components of the mesophilic viscoelastic modifier composition are simply pulverized separately at room temperature with a grinder (or powder) to make fine particles or powder, and then mixed at room temperature with a mixer to produce mixed fine particles or mixed powder.
  • a grinder or powder
  • a mixer to produce mixed fine particles or mixed powder.
  • the present invention is 0.5-20 parts by weight of the medium-temperature high viscoelastic modifier prepared above, 10-100 parts by weight of asphalt binder, 850-987.5 parts by weight of aggregate, 2-50 parts by weight of filler, small amount of amine-based anti-peeling agent if necessary and It is characterized by the addition of a small amount of antioxidant to make up the composition of the medium temperature high viscoelastic modified asphalt concrete mixture.
  • the composition is introduced into the mixer of the asphalt concrete plant, and heat-mixed in the range of 80-180 °C is characterized by producing a medium-temperature high viscoelastic modified regeneration (or new) asphalt concrete mixture.
  • the use of the medium temperature high viscoelastic modifier in the above range of 0.5-20 parts by weight should be at least 0.5 parts by weight or more, the effect of the medium temperature high viscoelastic modifier appears, and at 20 parts by weight or more to prevent the production by increasing the viscosity of the asphalt too high In order to limit the use range to 0.5-20 parts by weight.
  • the use of the asphalt binder in the above 10 to 100 parts by weight of the minimum range of 10 parts by weight represents the minimum asphalt content for producing the base material using 100% recycled aggregate, the maximum 100 parts by weight is the maximum required for the manufacture of mastic Asphalt content, but the production of most mesophilic high viscoelastic modified asphalt concrete mixtures, except for these special cases, determines the addition content of asphalt within the range of 10-100 parts by weight.
  • all aggregates may be new aggregates, all aggregates may be circulating aggregates, and the aggregates may be a combination of new and recycled aggregates.
  • the aggregate is composed of aggregates such that 100% by weight or less of new aggregates and 100% or less by weight of recycled ascone aggregates are 100% by weight.
  • the composition of new medium temperature high viscoelastic modified ascon is 100% by weight of recycled aggregate, and 100% by weight of new aggregate and recycled aggregate.
  • the case represents a composition of regenerated mid-temperature high viscoelastic modified ascone.
  • the maximum particle size of aggregates can have aggregate particle size distributions ranging from 53 mm to as low as 0.001 mm, since the base and interlayer aggregate sizes range from 19 to 53 mm, with most of the surface, wear and mastic. This is to consider the characteristics of aggregate less than 19mm.
  • the aggregate distribution of the pavement surface has a compactness of less than 19mm, flow resistance, mastic particle size, low noise drainage particle size, bridge pavement particle size, SM particle size, airport runway particle size, superfab grain size, gap particle size, and arbitrary mixing designers. All particle sizes can be included.
  • the weight portion of the aggregate is 850-987.5 parts by weight in order to represent the weight range of only the aggregate, excluding other materials in consideration of when the total production ascon is 1000 parts by weight.
  • the binder on the surface of the pavement gradually flows into the empty space of the aggregate due to the loosening of the binder over time during the summer, and the voids are filled up. Infill is faster. As the loosening progresses, the aggregate covering thickness located on the upper part of the package becomes thinner and as a result, aggregate separation or detachment can easily occur.
  • a filler is added to the binder to further strengthen the viscosity to prevent the loosening phenomenon.
  • all asphalt pavements serve to prevent physical cracking along with stiffness, thereby simultaneously preventing plastic deformation and fatigue cracking.
  • the role of the composition of the low noise drainage packaging becomes more important, since in the low noise drainage packaging, the filler that helps to keep the void intact is the core material of the porous packaging.
  • the filler is a typical filler, such as lime powder, limestone powder and blast furnace slag powder, as well as cellulose fibers, glass fibers, polymers (PE, PP, Nylon, etc.) fibers, carbon black, fly ash, glass fibers, Clay powder, hard coal powder, slaked lime, quicklime, cement, steel powder, etc. are included.
  • These fillers are negligible at less than 2 parts by weight, which is the minimum weight, and at over 50 parts by weight, the viscosity of the binder is excessively increased, making production and construction difficult, as well as the hardness of the material itself. Yes, the use weight of the filler is limited to the range of 2-50.
  • the composition of the medium temperature high viscoelastic modified asphalt concrete mixture (medium temperature high viscoelastic modified asphalt concrete) proposed above is manufactured, and there are two methods for manufacturing the asphalt concrete. You can choose either.
  • a medium temperature high viscoelastic modifier made of fine particles or fine powder and 10-100 parts by weight of an asphalt binder are mixed and mixed in a liquid mixing tank, and then passed through a colloid mill. To prepare.
  • the binder is transported to an ascon factory and stored in a storage tank, and then, when the ascon is manufactured, it is sprayed onto the aggregate and the filling material introduced into the mixer, and mixed and coated at a medium temperature to prepare a medium temperature high viscoelastic modified ascon.
  • Pre-Mix Type Pre-Mix Type
  • a certain amount of mesophilic high viscoelastic modifier manufactured in the form of fine particles or powder is sealed in a plastic bag and transported to the Ascon factory, and the number of plastic bags suitable for the blending design content is added to the high temperature mixer together with the aggregate and the filling material.
  • Asphalt binder is sprayed separately and mixed at medium temperature to produce a medium temperature high viscoelastic modified ascon, which is called plant-mix type.
  • the pre-blending method is to dissolve the medium-temperature high viscoelastic modifier and the asphalt binder in advance to produce a uniform medium-temperature high-viscoelastic modified asphalt binder, and to use the factory mixture method to add the medium-temperature high viscoelastic modifier and the asphalt binder separately into the mixer.
  • both methods are the same in terms of preparing ascone using a mesophilic high modulus modifier, it is possible to prepare a mesophilic high viscoelastic modified ascon using either a premixing method or a factory blending method.
  • the mesophilic high viscoelastic modifier composed of the above composition is a mesophilic low noise drainage modified asphalt pavement using low noise drainage aggregate, and a surface layer and base layer mesophilic modified asphalt pavement using general density aggregate (WC-3, WC-4) or superfabric aggregate.
  • WC-3, WC-4 general density aggregate
  • SMA Sonic Matrix Asphalt
  • High-temperature high-viscosity modifiers made by mixing high-elastic polymers, high-viscosity polymers, and crack-resistant mesophilic additives at moderate ratios produce excellent modified ascons for the construction of all types of asphalt pavement at mid-temperature, reducing air pollution and reducing fuel costs.
  • moderate temperature effects such as reduction of oxidation aging of materials and shortening of traffic opening time, the viscoelastic properties of asphalt binders are greatly increased, resulting in the improvement of pavement properties and prolonged pavement life.
  • the above asphalt pavement is general modified asphalt pavement, low noise drainage modified asphalt pavement, modified asphalt pavement recycled waste asphalt, recycled asphalt pavement for cold districts, modified asphalt pavement, cross-section pavement reforming.
  • surface pavement, such as asphalt pavement and SMA modified asphalt pavement, are mentioned. As a result, it is possible to reduce the maintenance cost of the package by prolonging the package life while providing environmentally friendly medium temperature modified asphalt packaging.

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Abstract

본 발명은 아스팔트포장산업에서 아스콘생산 시에 발생하는 온실가스 및 유해가스 발생량을 줄이고, 순환골재를 재활용함으로서 환경오염방지와 부존자원의 낭비를 감소시키고, 포장의 공용물성 향상과 수명을 연장함으로서 유지보수비용을 절약하기 위한 목적으로, 아스팔트바인더에 첨가하는 새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물과 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 한 걸음 더 나아가 상기 중온 고점탄성개질제를 이용하여 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스팔트콘크리트 혼합물을 제조하기 위한 조성물을 제공하고, 이러한 조성물로 아스팔트콘크리트 혼합물을 제조하는 방법도 제공한다. 좀더 구체적으로는 중온 고점탄성개질제 0.5-20 중량부, 아스팔트바인더 10-100 중량부, 골재 850-987.5 중량부, 채움제 2-50 중량부, 소량의 아민계 박리방지제 및 소량의 산화방지제를 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에 투입하고, 80-180℃로 가열 혼합하여 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하는 특징이 있다.

Description

새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물과 그 제조방법 그리고 중온 개질 신규 및 재생 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물과 그 제조방법
도로는 사회기간망이며 인력과 물동량 수송의 상당부분을 차지한다. 국내 도로의 80% 이상이 아스팔트포장으로 이루어져 있고, 도로주행차량에 의한 하중의 대부분이 아스팔트포장 층에 집중해서 흡수된다. 이로 인해 아스팔트포장은 반복적인 차량주행의 하중과 충격으로 인해 포장생명이 단축되어 쉽게 파손되거나 시공불량으로 인해 조기파손을 경험하게 된다. 이러한 파손을 유지보수하고 관리하는 데 매년 수천억 원의 국가예산이 소요되고 있다. 만약 아스팔트 포장의 생명주기를 연장할 수 있다면 유지보수를 위한 막대한 국가예산을 절약할 수 있음은 자명한 일이다. 아스팔트포장이란 아스팔트바인더, 골재 및 채움재를 고온에서 혼합하여 아스콘을 제조하고 이를 도로의 노상에 기층, 중간층 및 표층으로 분리하여 포설하고 다짐장비로 다짐하여 시공을 완료하는 포장이다. 이러한 포장의 원재료 중 포장의 품질을 결정하는 중요한 재료 중의 하나가 아스팔트바인더와 골재이다. 그러나 골재의 입도와 분포도는 이미 잘 알려져 있어 그대로 사용하면 포장품질의 큰 변수가 아니나, 아스팔트 바인더는 개량 여부에 따라 포장품질을 크게 변화시킬 수 있다.
아스팔트바인더는 분자량과 물성에 있어서 고분자 수지와 비고할 때, 상당히 열악함으로 고분자 수지를 이용하여 열악한 아스팔트바인더 물성을 개량하여 포장의 공용물성과 포장수명을 연장한다. 이러한 목적에 사용하는 고분자첨가제를 개질제라 하며, 개질제가 첨가된 아스팔트를 개질 아스팔트바인더라 한다, 그러나 개질제의 종류에 따라 개질아스팔트의 물성에도 천차만별의 차이가 있다. 개질제나 개질아스팔트를 이용하여 아스팔트 콘크리트 혼합물 (아스콘)을 제조하는 방법은 고온 가열방법(160-170℃)과 중온 가열방법(120-140℃)이 있으며 환경오염감소와 에너지절약차원에서 중온 가열방법이 선호되고 있다. 또한 품질의 개질과 생산의 중온화에 있어서 신규아스콘 생산은 물론이고, 토양오염과 폐아스콘 재활용 측면에서 재생아스콘 생산도 최근에 상당히 증가하는 데, 본 발명은 상기 모든 기술을 포함하는 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스콘생산에 관한 기술분야에 속한다.
일반적으로 아스팔트포장은 온도변화와 차량하중의 크기에 따라 그 공용물성이 민감하게 변화함으로, 계절에 따라 포장의 문제점인 소성변형이나 피로균열을 발생시키곤 한다. 즉, 아스팔트는 차량하중을 받게 되면 저온에서는 재료수축에 의한 취성의 증가로 균열을 발생시키게 되며, 고온에서는 점도가 낮아져 유동에 의한 소성변형(Rutting)을 일으키게 된다. 더구나 경제활동이 전반적으로 향상됨으로써 차량대수가 점차 확대되고 이에 따른 교통량과 과적차량의 증가로 인하여 상기 포장문제들이 더욱 가속화함으로써 기존 아스팔트포장의 수명이 급격히 단축되고 있다. 따라서 중요도로에는 일반아스팔트포장보다는 개질아스팔트포장이 흔히 사용되고 있다. 개질아스팔트포장을 건설하기 위한 중요재료로서 개질제가 반드시 포함되며, 개질제는 통상 겨울철 균열발생을 억제하기 위한 탄성재료와, 여름철 소성변형발생을 최소화하기 위한 점성재료로 그 조성물이 구성된다.
상기 고분자 개질제에 대한 종래기술을 살펴보기로 하자. 한국 공개특허 2002-034496에는 점성 강화제로서 길소나이트를, 탄성 강화제로서 스티렌-부타디엔 고무 라텍스(SBR 라텍스)를, 한국특허 2003-004579에는 점성 강화제로서 길소나이트를, 탄성 강화제로서 폐타이어 고무분말을, 10-0669079에는 점성 강화제로서 아스팔타이트 분말과 폴리에틸렌 분말을, 탄성 강화제로서 폐타이어 고무분말을 각각 조성물로 사용하고 있다. 길소나이트 (고점도의 액체)와 아스팔타이트 (고체분말)는 유사한 성분으로 미국 유타주 동북부지방에서 자연적으로 생산되는 유기화합물로서 비교적 분자량이 크고 딱딱한 아스팔텐을 주성분으로 하고 있어서 단단하고 취성이 강한 특성을 가진다. 이러한 재료를 사용하면 포장균열을 쉽게 발생시킬 수 있는 단점이 있다. 따라서 2002-034496과 2003-004579에서 점성 강화제로서 길소나이트를 사용하는 것은 포장공용 물성 측면에서 바람직한 점성 강화제라 할 수 없으며, 10-2007-0669079에서는 상기 단점을 보완하기 위한 점성강화제로서 폴리에틸렌이라는 일반 범용수지를 더욱 사용하고 있으나 이 수지는 첨가함량을 높이면 점도를 증진시킬 수는 있으나 분자 내에 극성기가 없어서 골재와의 접착력이 부족한 문제점을 나타낼 수 있다.
한국특허 10-2003-005537에는 점성 강화제로서 에폭시수지와 석유수지(점착성수지)를, 탄성 강화제로서 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS)과 고무를, 한국특허 10-2003-0069911에는 점성강화제로서 석유수지를, 탄성 강화제로서 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS)과 고무를 각각 조성물로 사용하고 있다. 여기서도 점성 강화제로서 사용하는 에폭시수지나 석유수지는 취성이 강하여 쉽게 균열을 발생시킬 수 있는 단점이 있기 때문에 점성 강화제로서 좋은 화합물이라 할 수 없다. 게다다 에폭시수지는 고가라서 비경제적이다.
한국특허 10-2005-0076461에는 점성 강화제로서 폐비닐을 단독 조성물로 사용하고 있으며, 탄성 강화제는 아예 포함되어 있지 않다. 폐비닐은 저렴하긴 하나 좋은 점성 강화제가 아닐뿐더러 탄성 강화제가 생략되어 있어서 추운 겨울에 각종 균열을 일으킬 소지가 크다.
한국특허 10-2001-0037903에는 점성 강화제로서 방향족계 석유수지(접착 증진제)를, 탄성 강화제로서 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS)과 고무를, 그 외 방향족계 가공오일 및 산화방지제를 조성물로 사용하고 있으나, 여기서도 점성 강화제로서 석유수지를 사용하는 것은 취성이 강해서 바람직하지 않다.
한국특허 10-2006-0122508에는 점성 강화제로서 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을, 탄성 강화제로서 폐타이어분말을 조성물로서 사용하고 있다. HDPE는 범용수지로서 결정성 고분자라 저온에서 형성된 결정이 취성을 증가시켜 포장 균열을 일으키기 쉽고, 극성그룹이 없다보니 골재와의 접착력도 나쁘고, 무엇보다도 함께 사용된 폐타이어분말과의 상용성이 좋지 않아, 바람직한 개질제라 할 수 없다.
결론적으로 종래의 개질제 조성물 중 점성 강화제로 사용되는 고분자 수지는 거의 대부분이 고점도가 아닌 보통점도를 가진 범용수지 (폐비닐, HDPE, LDPE, EVA,등)로서 다량을 사용하여 고점도로 만들지 않는 한 충분한 점도가 확보되지 않아 소성변형을 발생시킬 소지가 크다. 한편, 다량을 사용하면 비용이 높아지는 문제가 있다. 또한 고온에서 충분한 점도를 얻을 수 있는 고분자 수지(길소나이트, 아스팔타이트, 석유수지, 에폭시수지, 등)들은 비록 고온물성이 우수하긴 하지만, 저온에서는 강한 취성을 나타내어 포장균열을 일으키기 쉬운 문제점을 포함하고 있어 탄성재료에 의한 보강이 필요하다.
최근 들어 기후 온난화문제를 해결하기 위한 도로포장문제에서 가열 개질아스팔트포장보다는 중온 개질아스팔트포장에 대해 관심이 커지고 있으며, 여러 특허가 출원되고 있다. 한국특허공개 10-2012-0073529에는 중온첨가제로서 말레익-폴리에틸렌 왁스와 공정오일을 사용하고 개질제로서는 SBS 혹은 SBR을 사용하고 있다. 그러나 SBS 혹은 SBR 자체는 점성이 약한 탄성재료로서 균열발생문제는 적으나 소성변형문제를 일으킬 확률이 높다.
한국특허등록 10-0823352에는 중온첨가제로서 피셔트롭쉬 (Fisgher- Tropsh)법에 의한 가공왁스(새소비트왁스)를 사용하며, 박리방지제로서 아민 혹은 소석회, 그리고 개질제로서 이브에이(EVA) 고분자와 무기재료를 사용할 것을 제안하고 있다. EVA수지는 점성이 약하고 저온탄성은 거의 없는 수지로서 개질제로서 적합하지 않을뿐더러 중온첨가제인 새소비트왁스 역시 탄성이 거의 없어 저온에서 균열발생소지가 크며, 고온에서 낮은 점도로 인해 소성변형을 일으키기가 쉽다.
또한 한국특허 10-1166155에는 중온첨가제로서 공정오일, 가소제, 린시드오일, 대두유 및 미강유 중에서 하나 이상을, 개질제로서는 폴리올(또는 폴리아민)과 이소시아네이트를 촉매(코발트계, 납계, 인계) 하에서 중합한 것(폴리우레탄(PU))을 주장하는 데, 중합정도나 물성에 대한 정보가 전혀 없는 문제가 있다.
한국특허등록 10-1023425에는 중온첨가제로서 공정오일, 석유수지, 새소비트왁스 중의 하나 이상을, 개질제로서는 SBS나 수분산성아크릴 에멀젼을 사용하고 있으나 여전히 개질아스팔트바인더의 전체 점도가 낮아서 소성변형문제에 쉽게 직면할 것으로 예상된다. 한국특허등록 10-1023425에는 중온첨가제로서 송진, 폴리에틸렌(PE), 방카시유, 아스팔트 중 하나 이상을 사용하며, 개질제로서는 EVA와 (SBS, 스티렌이소프렌스티렌(SIS), 로우덴시티폴리에틸렌(LDPE), 하이덴시티폴리에틸렌 (HDPE)중 하나 이상과 PU칩과 이피디엠(EPDM)칩을 사용하는 것을 주장하고 있다. 이 특허 역시 탄성재료로 SBS, SIS, PU칩, EPDM칩을 사용하고 있어 균열저항성은 양호하나 점성재료로서는 EVA, LDPE, HDPE 등과 같이 비교적 점성이 낮은 범용수지를 사용하고 있어 소성변형문제를 일으킬 수 있다. HDPE는 범용수지라도 점도가 비교적 높긴하나 극성이 전혀 없어 골재와의 접착력문제가 발생할 수 있음으로 사용상 다량을 사용하지 않도록 주의를 요한다.
이상의 특허문헌조사를 살펴보면, 대부분의 특허가 다수의 중온첨가제를 언급하고 그 중 하나 이상을 사용할 것을 제안하고 있으며, 대부분의 개질제는 탄성이 좋으면 점성이 낮고, 점성이 높으면 탄성이 낮은 특징을 나타내고 있다.
종래의 개질제에 사용된 대부분의 점성 강화용 고분자 수지는 그 자체가 범용수지로서 점성이 충분히 강하지 못하기 때문에 원하는 포장 점도가 확보되지 않아 소성변형 문제에서 자유로울 수 없었다. 따라서 범용수지 중 딱딱하고 취성이 강한 수지를 사용하여 점성을 강화시키려 하는데, 취성이 강하면 겨울철에 쉽게 포장균열을 일으키는 문제에 직면한다. 또한 많은 개질제는 저온에서의 균열을 억제하기 위해 탄성재료를 사용하고 있어 바람직하기는 한 데, 상대적으로 점성재료는 아예 없거나 있다 하더라도 점성이 약한 고분자를 사용하는 경우가 대부분이다. 이 경우는 여름철 포장온도가 고온이 되면 점성이 약해져 쉽게 소성변형을 유발하게 된다. 그러면 개질제의 점성 강화제로서 어떠한 고분자 수지를 탄성재료와 함께 사용하는 것이 여름철의 소성변형 방지와 겨울철의 균열 강화에 도움이 될까 하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 당면 과제이다.
또 하나는 개질아스팔트혼합물에 중온효과를 부여하기 위한 중온첨가제 사용에 관한 것인 데, 단순히 중온첨가제 중의 하나 이상을 사용해야 한다는 주장 대신에 중온첨가제는 어떤 종류가 있으며, 효과적인 중온첨가제가 되기 위한 조성물은 무엇인가에 대한 구체적 과제해결이 중요하다, 또한 본 발명에서 새로 제안된 개질제나 중온첨가제를 사용하여 아스팔트 콘크리트 혼합물의 조성물 구성과 제조기술개발 또한 본 특허에서 해결해야 할 과제에 속한다.
폐기물인 폐아스콘의 재활용은 토양오염문제와 부존자원의 절약차원에서 시급히 해결해야 할 당면과제이다. 현재의 폐아스콘 재활용포장은 공용성문제(균열, 소성변형, 등)로 인해 포장조기파손이 자주 발생하며 그 결과 포장수명이 짧아지는 문제가 있다. 이러한 재생포장의 품질문제도 해결해야 할 과제이다.
본 발명은 상기에서 언급한 기술적 과제들을 해결하기 위한 방안을 제공한다. 즉, 환경과 경제적 문제를 고려하여 가열생산(150-180℃)이 아니라 중온생산(100-140℃)을 하고, 중온 일반 신규(혹은 재생)아스콘은 물론이고 중온 개질 신규(혹은 재생)아스콘의 제한된 포장품질문제를 개선시키며, 여름철과 겨울철의 혹독한 기후변화에도 우수한 공용물성을 보유하는 새로운 중온 고점탄성개질제의 조성물과 그 제조방법을 제공하기 위함이며, 한걸음 더 나아가 제안된 새로운 중온 고점탄성 개질제를 이용한 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물과 그 제조방법에 관한 기술적 특성을 제시하는 데 있다.
상기의 새로운 중온 고점탄성 개질제를 이용한 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스팔트콘크리트 혼합물은 중온 고점탄성 개질제 0.5-20 중량부, 아스팔트바인더 10-80 중량부, 골재 850-987.5 중량부, 채움제 2-50 중량부, 소량의 아민계 박리방지제 및 소량의 산화방지제로 된 조성물로 구성되며, 상기 조성물을 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에 투입하고, 80-180℃로 가열 혼합하여 중온 개질 재생(혹은 신규) 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하는 특징이 있다.
상기에서 중온 고점탄성 개질제는 고점탄성 개질제 100 중량% 이하와 균열저항 중온첨가제 100 중량% 이하와 소량의 반응촉진제(벤조일 퍼 옥사이드, 무수말레인산, 아세트알데히드, 백금촉매, 등)를 합하여 그 합이 100 중량%가 되게 구성이 되는 데, 여기에서 고점탄성 개질제란 고점성고분자 10-90 중량%와 고탄성고분자 10-90 중량%를 합하여 그 합이 100 중량%인 것을 가리킨다. 일반적으로 아스팔트바인더나 개질아스팔트바인더는 점탄성 성질을 가지고 있긴 하나 점성이 크면 탄성이 작고, 반대로 탄성이 크면 점성이 적은 경우가 거의 대부분을 차지하기 때문에, 점성과 탄성이 함께 우수한 고점탄성 개질제를 찾기가 쉽지 않으며, 두 성질 모두 뛰어난 개질제를 확보하기 위해서는 고점성고분자와 고탄성고분자를 함께 적절하게 결합시키는 것이 필수적이다.
상기에서 본 발명의 고점성고분자란, 일반 범용 고분자 수지가 아니라 점성이 훨씬 높은 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리에스테르(나일론)와 폴리프로필렌(PP),코프렌(폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)의 공중합체)을 포함하며, 상기 고점성고분자에 알루미늄 박막이 피복된 것들도 고점성고분자에 속한다. 이들 고점성고분자들은 단독으로 개질제 재료로 사용할 수도 있으나, 고온에서(100-160℃) 고점도인 고점성고분자와 저 점도인 아스팔트바인더가 혼합되면 현격한 점도차이를 보여 재료분산 문제를 일으킬 수 있음으로 이들 재료의 중간 점도에 해당하는 범용 고분자 수지를 함께 혼합하는 것이 재료 간의 원활한 분산을 일으켜 개질제의 균일물성 형성에 바람직하다. 따라서 상기 고점성고분자들 중의 하나 이상에 범용 고분자 수지 중의 하나 이상을 혼합한 혼합물도 본 발명에서는 고점성고분자라 정의하며, 상기 혼합물에는 알루미늄 박막이 피복된 것들도 포함된다. 여기서 범용 고분자 수지란 저밀도폴리에틸렌 (LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도폴리에틸렌 (HDPE), 폴리비닐아세테이트(PVA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체, 폴리뷰텐을 포함하는 것들을 말한다.
또한 상기 고점성고분자들 중의 하나와 상기 범용 고분자 수지들 중의 하나를 경계면에서 서로 결합시켜 합지를 이룬 것이거나 합지의 한 면에 알루미늄 박막이 피복된 것들 중 하나 이상인 것도 고점성고분자에 포함된다. 여기서 합지란 위에 언급한 고점성고분자와 범용 고분자 수지를 필름이나 시트형태로 만든 후 두 필름의 경계면을 서로 접착시켜 제조한 합지 필름이나 합지 시트인 것을 말한다.
상기 고점성고분자들은 시중에서 한약봉지, 과자봉지 혹은 음식물봉지, 등을 만들기 위한 포장재료로 널리 사용되고 있다.
고점탄성 개질제는 상기 고점성고분자 만으로 충분하지 않고 고탄성고분자도 함께 포함되어야 비로소 고점탄성 개질제라 할 수 있다. 상기 목적을 위한 고탄성고분자에는 스티렌뷰타디엔스티렌(SBS), 스티렌뷰타디엔고무(SBR), SBR라텍스, 스티렌이스프렌스티렌(SIS), 스티렌에틸렌뷰타디엔스티렌(SEBS), 폐타이어분말, 폐고무분말, 천연고무분말, 이피디엠분말(EPDM Powder), 액상의 천연고무, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 폴리우레탄(PU) 분말을 포함하는 것들로 이루어지는 특징이 있다.
한랭지방에서는 포장재료의 수축이 커져서 균열발생 가능성이 높아짐으로 이를 방지하기 위해 포장의 탄성성질이 중요해지고, 열대지방에서는 고온으로 인해 포장점도의 저하가 커져서 포장자체가 유동변형을 일으키기 쉬워짐으로 이를 방지하기 위해 점성성질이 더욱 중요해진다. 이러한 기후조건에 대비하기 위하여, 고점탄성개질제의 구성요소인 고점성고분자와 고탄성고분자의 지역에 따른 사용범위에 충분한 변화를 줄 수 있어야 하고, 이러한 이유로 고점성고분자 10-90 중량%와 고탄성고분자 10-90 중량%를 합하여 그 합이 100 중량%가 되도록 사용범위를 충분히 부여한다.
고점탄성개질제를 사용한 가열 개질아스콘 생산에는 고온가열에 따른 유해가스발생, 연료비 낭비 및 산화노화의 가속화와 같은 문제가 발생함으로 가열보다는 중온에서 생산하여 상기 문제점들을 완화시킬 필요가 있다. 이를 위해서 고점탄성 개질제에 균열저항 중온첨가제를 첨가하여 중온 고점탄성 개질제를 제조한다. 상기에서 중온 고점탄성 개질제의 조성물은 고점탄성 개질제 100 중량% 이하와 균열저항 중온첨가제 100 중량% 이하와 소량의 반응촉진제를 합하여 그 합이 100 중량%가 되게 구성한다고 주장하고 있는 데, 상기에서 고점탄성 개질제 100 중량%는 균열저항 중온첨가제가 없는 고점탄성 개질아스콘의 가열생산을 의미하며, 균열저항 중온첨가제 100 중량%는 고점탄성 개질제가 없는 일반 중온아스콘생산을 의미한다. 고점탄성 개질제와 균열저항 중온첨가제를 함께 사용하되 그 합이 100 중량%인 경우에는 중온 고점탄성 개질제에 의한 중온 고점탄성 개질아스콘의 생산을 의미한다.
이제 균열저항 중온첨가제에 대한 조성물특징을 알아보자. 일반적으로 중온첨가제란 골재와 골재를 결합시키는 아스팔트바인더의 점도를 낮추어서 비교적 낮은 온도에서도 생산과 시공이 가능하도록 하는 첨가제이다. 관련 특허문헌을 조사해보면, 대부분의 특허는 중온첨가제 중의 하나를 사용하거나, 적어도 하나 이상을 사용할 것을 주장하고 있다. 그러나 본 발명에서는 적어도 둘 이상의 중온첨가제를 임의의 비율로 조합하여 중온첨가제를 구성하는 것에 대해서 처음으로 그 권리를 주장한다. 이러한 조성물 구성은 본 발명자가 중온첨가제의 온도감소효과에 대한 광범위한 연구를 수행한 결과 얻어진 과학적인 결과에 근거를 두고 있다.
아래 도 1에는 일정한 양의 중온첨가제를 고온의 아스팔트바인더에 균일하게 용융시켜 물성측정시편을 만들고, 이 시편을 각 측정온도에서 브룩필드 회전점도계를 사용하여 점도를 측정하였다. 각 측정온도에 따라 측정된 점도를 분석하여 아스팔트바인더의 점도와 비교함으로서 각 중온첨가제에 의한 온도감소를 산정하였으며 이를 도 1에 보여주고 있다. 즉, I, A, B 및 C 단독 중온첨가제 1.2그램과 2.4그램을 아스팔트에 용해시켜 100그램이 되게 하여 만든 경우의 온도저감 산정결과와, 두 중온첨가제를 조합한 I+A, I+B 및 I+C를 각각 1.2(0.6+0.6)그램과 2.4(1.2+1.2)그램을 아스팔트에 용해시켜 100그램이 되게 한 경우의 온도저감 산정결과를 함께 보여주고 있다.
도 1에서 알 수 있듯이 단독인 경우(I, A, B 및 C )의 1.2그램에서 평균 온도감소효과가 3.7℃이고 2.4그램에서는 평균 7.1℃인 점에 비하여, 두 중온첨가제를 조합한 경우(I+A, I+B 및 I+C)는 1.2그램에서 평균 8.0℃(약 2.2배 증가), 2.4그램에서는 평균 10.3℃(약 1.45배 증가)의 온도감소가 이루어짐으로, 동일한 중온첨가제 중량을 아스팔트에 첨가하더라도 두 중온첨가제를 조합한 것이 단독으로 사용하는 것보다 훨씬 효율적인 온도감소를 가져옴을 알 수 있다.
동일한 결과를 도 2에서도 볼 수 있다. 도 2에서도 도 1과 동일한 절차에 따라 실험을 수행하고, 온도저감효과를 산정하였다. 중온첨가제로는 II, A, B, C와 그 조합인 II+A, II+B 및 II+C를 사용하였다. 도 2에서 관찰할 수 있듯이 단독인 경우(II, A, B 및 C )의 1.2그램에서 평균 온도감소효과가 4.1℃이고, 2.4그램에서는 평균 6.2℃인 점에 비해, 두 중온첨가제를 조합한 경우(II+A, II+B 및 II+C)는 1.2그램에서 평균 7.0℃(약 1.7배 증가), 2.4그램에서는 평균 8.2℃(약 1.3배 증가)로 온도감소가 커진다. 따라서 도 2에서도 도 1과 동일한 결론을 얻게 되는 데, 즉, 같은 중량의 중온첨가제를 사용하더라도 두 중온첨가제의 조합이 단독보다 훨씬 효율적인 온도감소를 이룬다는 점이다. 따라서 본 발명에서는 기존의 중온첨가제를 단독으로 사용하지 않고 반드시 두 중온첨가제 이상의 조합으로 사용할 것을 주장한다.
상기에서 주장하는 바와 같이 본 발명의 중온첨가제란 고상의 중온첨가제 중에서 둘 이상의 조합과, 액상의 중온첨가제 중에서 둘 이상의 조합과, 고상 중의 하나 이상에 액상 중의 하나 이상을 조합한 조합 중온첨가제 인 것을 특징으로 하며, 각 조합의 조성비율은 임의로 정한다.
상기에서 고상 중온첨가제란 12-하이드록시 스테아린산(12-Hydroxy Stearic acid), 하이드로전에이티드 캐스터 오일(Hydrogenated Castor Oil), 새소비트왁스(Sasobit Wax), 석유수지, 쿠마론, 송진, 에틸렌비닐아세테이트왁스(EVA Wax), 폴리에틸렌 왁스(PE Wax), 폴리아미드 왁스, Maleic-PE 왁스, 등을 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기에서 액상 중온첨가제란 액상 에보썸(Evotherm), 폴리알케나이머 (Polyalkaneamer, EVA에멀젼, 아크릴에멀젼, SBR에멀젼, 방향족공정오일, 지방족 공정오일, 방향족과 지방족의 혼합공정오일, 컷백아스팔트(Cutback Asphalt), 중질오일, 벙커A유, 벙커B유, 벙커C유, 아스팔트에멀젼, 산업용 오일(자동차 엔진오일, 윤활유, 콤프레샤오일, 선박엔진오일), 식물성기름(팜유, 야자유, 린시드오일, 대두유, 콩기름, 아마인유, 들깨기름, 피마자유), 동물성기름(소기름, 돼지기름, 생선기름), 각종 계면활성제, 각종 가소제, 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
중온첨가제는 이미 널리 알려져 있으나 균열저항 중온첨가제란 본 발명에서 처음으로 언급하고 있음으로 생소할 수 있다. 중온첨가제는 통상 80-120℃에서 융점을 가지는 왁스타입이 많으며, 왁스는 융점이상에서는 급격히 점도가 감소하여 중온역할을 수행하지만, 융점 이하에서는 경도가 낮은 고체가 되어 취성을 증가시킨다. 이러한 취성의 증가는 포장재료에 국부적으로 균열발생소지를 제공하게 됨으로, 이를 방지할 목적으로 중온첨가제에 탄성재료를 첨가하여 균열저항을 증진시키도록 고안되는 데, 이렇게 만든 중온첨가제를 균열저항 중온첨가제라 정의한다. 상기 균열저항 중온첨가제는 왁스타입의 중온첨가제 뿐만 아니라 모든 종류의 중온첨가제에 첨가되어 저온에서의 중온첨가제로 인한 균열문제를 감소시키는 기능을 담당한다.
본 발명의 균열저항 중온첨가제란, 중온첨가제 20-100 중량%와 탄성재료 80 중량% 이하를 합하여 그 합이 100중량%가 되게 한 중온첨가제를 말한다. 중온첨가제의 최소중량이 20%인 것은 중온효과를 확보하기 위한 최소 중량%이며, 최대가 100 중량%인 것은 탄성재료 없이 중온첨가제만 있는 경우를 의미한다.
이처럼 중온첨가제에 탄성재료를 첨가하여 균열저항 중온첨가제를 제조하는 방법은 본 발명에서 처음으로 제안한다. 도 3에는 세계에서 가장 많이 사용되는 피셔-트롭시 방법에 의해 제조된 새소비트왁스(Sasobit Wax)의 점탄성성질을 보여준다. 새소비트왁스를 아스팔트바인더에 용해시켜 중온아스팔트바인더 시편을 만든 후, 동탄성 전단 레오미터(DSR; Dynamic Shear Rheometer)를 사용하여 중온아스팔트바인더의 물성, 즉 저장계수(Srorage Modulus; G'), 손실계수(Loss Modulus; G") 및 위상각(Phase Angle, δ)을 측정한다. 상기 측정된 물성을 이용하여 동탄성 전단계수(Dynamic Shear Modulus, G*=(G'2+G"2)1/2)와 세 점탄성 변수(Viscoelastic Variables; sinδ(=G“/G*), cosδ(=G‘/G*) 및 tanδ(G"/G'))를 산출한다. 상기 세 변수는 어느 것이나 동일한 점탄성 싱질을 표현하고 있으나, 통상 sinδ를 가장 많이 사용한다. sinδ=1이면 완전 점성액체를, sinδ=0 이면 완전 탄성액체를 의미하지만, 현실적으로 중온아스팔트를 포함하는 대부분의 점탄성유체의 sinδ 값은 0.3-1.0사이의 값을 가지며, sinδ 값이 1에 근접할수록 탄성은 거의 사라지고 점성이 대부분이고, 1보다 작아질수록 탄성이 점점 증가하면서 점성은 서서히 작아진다. 참고로 모든 점탄성 액체는 온도가 높아질수록 점성액체인 sinδ=1에 가까워지고, 온도가 낮아질수록 탄성이 점점 커져서 sind<1의 경향을 보인다.
도 3에서는 새소비트(Sasobit)왁스만 2% 첨가한 중온아스팔트의 sinδ 값과 탄성재료(R) 3%를 더욱 추가한 중온아스팔트의 sinδ 값을 서로 비교하고 있다. 후자는 전자에 비해 전체적으로 작은 sinδ 값(큰 탄성성질 값)을 보이며, 최저측정온도인 40℃에서는 그 차이가 더욱 커지고, 최고측정온도인 80℃에서는 둘 다 점성액체인 1.0에 근접하고 있다. 즉, 낮은 온도일수록(40℃) 탄성이 증가하여 후자와 전자 간의 sinδ 값에 상당한 차이를 보이고, 높은 온도일수록(80℃) 모두 sinδ=1.0인 점성액체에 가까워진다. 즉, 저온에서 재료수축이 커져 아스팔트포장 균열이 쉽게 발생하는 점을 고려할 때, 온도가 낮아질수록 sinδ 값이 더욱 작아진다(탄성성질이 증가한다)는 사실은 포장균열저항이 더욱 커짐을 의미한다. 도 3에서 가장 낮은 측정온도가 40℃이지만 더욱 낮은 온도에서 sinδ 값을 측정한다면 전자와 후자와의 차이는 더욱 커질 것이다. 이러한 결과는 중온첨가제에 탄성재료를 추가하여 균열저항 중온첨가제를 제조한다면 저온에서 포장의 균열저항성이 더욱 커져서 중온첨가제로 인한 국부적 포장균열을 예방할 수 있음을 상기시킨다.
도 4에는 아스팔트바인더, 아스팔트에 탄성재료(R) 3%를 추가한 바인더, 아스팔트에 탄성재료 3%와 CM중온첨가제 0.8%를 추가한 바인더, 그리고 아스팔트에 탄성재료 3%와 CM 중온첨가제 2%를 추가한 바인더에 대해 각각 온도를 변화시키며 측정한 sinδ 값을 보여주고 있다. 도 3의 결과와 유사하게, 측정온도가 낮을수록 각 바인더의 sinδ 값에 뚜렷한 차이를 보이고, 온도가 높아질수록 모두 1.0에 근접하는 경향을 보이고 있다. 아스팔트바인더에 단순히 탄성재료(R)만 첨가한 바인더는 아스팔트바인더 단독에 비해 월등히 증가한 탄성을 보이고 있으나, CM왁스 중온첨가제를 함께 첨가한 바인더는 탄성재료(R)의 첨가에 의해서만 비로소 탄성의 증가를 나타낼 수 있음을 주목할 필요가 있다.
도 5에는 아스팔트바인더, 아스팔트에 탄성재료(R) 3%만 추가한 바인더, 그리고 아스팔트에 탄성재료 3%와 조합 중온첨가제 0.8%(CM중온첨가제 0.6%와 HCO 중온첨가제 0.2%의 조합)를 추가한 바인더에 대해 온도별로 측정한 sinδ 값을 보여주고 있다. 도 5에서도 도 3이나 도 4와 유사한 경향의 sinδ 값을 보이고 있긴 하나, 도 4와 비교할 때 도 5에서 얻을 수 있는 의미 있는 결과는 동일함량의 중온첨가제를 사용하더라도, 단독 중온첨가제(0.8% CM 중온첨가제)보다 조합 중온첨가제(0.6% CM과 0.2% HCO 중온첨가제의 조합)를 사용하는 것이 탄성재료(R) 3%를 첨가했을 때 저온 탄성 효과가 더욱 우수하게 나타난다는 사실이다.
이상의 균열저항 중온첨가제에 대한 연구결과를 종합해보면, 동일함량을 사용하더라도 단독 중온첨가제보다는 조합중온첨가제를 사용하는 것이 더욱 우수한 중온효과를 나타낸다는 사실이며, 또 다른 하나는 중온첨가제에 탄성재료를 첨가하면 중온첨가제의 단점인 취성을 완화시켜 균열저항효과를 얻을 수 있으며, 이러한 균열저항효과는 단독보다는 조합 중온첨가제를 사용할 경우가 보다 효과적으로 나타난다. 상기 연구결과를 토대로 본 발명에서의 중온첨가제란 탄성재료가 첨가된 조합중온첨가제를 말하며, 이를 균열저항 중온첨가제라 부르는 특징을 갖는다.
본 발명의 균열저항 중온첨가제 제조에 사용하는 탄성재료로는 앞서 열거한 고탄성고분자와 동일하지만 사용량이 비교적 소량이라는 차이가 있을 뿐이다. 다시 한번 고탄성고분자를 열거하면, 스티렌뷰타디엔스티렌 (SBS), 스티렌뷰타디엔고무(SBR), SBR 라텍스, 스티렌이스프렌스티렌(SIS), 스티렌에틸렌뷰타디엔스티렌(SEBS), 폐타이어분말, 폐고무분말, 천연고무 분말, 액상천연고무, 이피디엠분말(EPDM Powder), 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 폴리우레탄 (PU)분말을 포함하는 것들 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
이제 상기에서 제안된 중온 고점탄성 개질제 조성물을 사용하여 중온 고점탄성 개질제의 제조방법에 대해 알아보기로 하자. 중온 고점탄성 개질제의 형상은 펠렛, 필름, 판, 시트, 병, 전선피복재, 단섬유, 분말, 점성액체 혹은 이들의 혼합물일 수 있으며, 조성물의 재료상태는 신재, 재생재, 폐재, 혹은 이들의 혼합재일 수 있으나 환경오염방지와 폐기물 재활용 및 경제적 차원에서 폐재료가 가장 선호된다. 제조방법은 세 가지가 있으며 이 중 하나를 선택할 수 있다. 세 제조방법을 소개하면 다음과 같다.
첫째, 상기의 중온 고점탄성 개질제 조성물을 반바리(혹은 니-더)의 혼합기에 투입하고 가열 용융 혼합시켜 균일한 용융물을 만든다. 이 용융물을 압출기의 호퍼를 통해 스크류에 주입시켜서 더욱 균일한 용융액체를 만들고 압출기의 다이스를 통과시킨 후에 냉각하고 컷팅하여 펠렛을 만든다. 펠렛을 분쇄기(혹은 분체기)로 분쇄하여 균일한 미세입자나 분말형태로 제조하는 방법이 있다. 이 제조방법은 가장 균일한 품질의 중온 고점탄성 개질제를 제조하는 데 사용된다.
둘째, 상기 중온 고점탄성 개질제 조성물을 직접 재생압출기의 호퍼에 투입하고, 스크류내부에서 가열 용융 혼합시킨 후 다이스를 통과시켜 펠렛을 만들고, 상온으로 냉각한 후 분쇄기(혹은 분체기)로 분쇄하여 균일한 미세입자나 분말형태로 제조하는 방법이 있다. 이 방법은 장비구입이나 생산측면에서 무난한 편이다.
셋째, 상기 중온 점탄성개질제 조성물의 구성요소를 각기 따로 상온에서 분쇄기(혹은 분체기)로 단순 분쇄하여 미세입자나 분말로 만든 후에 함께 혼합기로 상온혼합하여 혼합미세입자나 혼합분말을 제조하는 방법이다. 가장 간편하고 저렴한 방법이지만, 조성물의 각 구성요소가 외견상 부분적으로 불균일하게 보이는 취약점이 있으나, 중온 고점탄성 개질아스콘 제조에 사용하기 위한 중온 고점탄성개질제로서는 전혀 문제가 없다.
본 발명은 상기에서 제조된 중온 고점탄성개질제 0.5-20 중량부, 아스팔트바인더 10-100 중량부, 골재 850-987.5 중량부, 채움제 2-50 중량부, 필요 시에 소량의 아민계 박리방지제 및 소량의 산화방지제를 추가하여 중온 고점탄성 개질아스팔트 콘크리트 혼합물의 조성물을 구성하는 특징이 있다. 또한 상기 조성물을 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에 투입하고, 80-180℃의 범위에서 가열 혼합하여 중온 고점탄성개질 재생(혹은 신규) 아스팔트콘크리트 혼합물을 제조하는 특징이 있다.
상기에서 중온 고점탄성 개질제의 사용범위가 0.5-20 중량부인 것은 적어도 0.5중량부 이상이 되어야 중온 고점탄성 개질제의 영향이 나타나고, 20 중량부 이상에서는 아스팔트의 점도를 너무 높여서 생산을 어렵게 만듦으로 이를 방지하기 위해 0.5-20 중량부로 사용범위를 제한한다.
상기에서 아스팔트바인더의 사용 중량부가 10-100인 것은 최저범위인 10 중량부는 100% 재생골재를 사용하여 기층재료를 제조하기 위한 최소한의 아스팔트함량을 나타내며, 최대 100 중량부는 매스틱 제조에 요구되는 최대 아스팔트함량을 의미하지만, 이들 특수한 경우를 제외한 대부분의 중온 고점탄성 개질아스팔트 콘크리트 혼합물의 제조에는 10-100 중량부 범위 내에서 아스팔트의 첨가함량이 결정된다.
상기에서 골재는 모두 신규골재일 수도 있고, 모두 순환골재일 수도 있으며, 신규와 순환골재를 합한 혼합골재일 수도 있다. 특히 폐아스콘의 재활용이 환경적 경제적 측면에서 강력히 요구되는 현실적 상황을 고려할 때, 순환골재를 활용한 재생포장의 필요성은 날로 증대되고 있다. 상기 신규 및 순환골재의 수요를 함께 감안하여, 골재의 구성은 신규골재 100 중량% 이하와 폐아스콘 순환골재 100 중량% 이하를 합하여 전체가 100 중량%가 되게끔 골재를 구성한다. 신규골재만 100 중량%인 경우는 신규 중온 고점탄성 개질아스콘의 조성물을, 순환골재 100 중량%인 것은 100% 재생 중온 고점탄성 개질아스콘의 조성물을, 그리고 신규골재와 순환골재가 합하여 100 중량%인 경우는 재생 중온 고점탄성 개질아스콘의 조성물을 대변한다. 골재의 최대입자크기는 53mm에서 최저 0.001mm 사이의 골재입도분포도를 가질 수 있는 데, 그 이유는 기층이나 중간층 골재입도는 상당부분이 19-53mm범위에 있으며, 표층, 마모층 및 매스틱에서는 대부분 19mm 이하의 골재가 차지하는 특성을 함께 고려하기 위함이다. 예를 들어 포장표층의 골재분포도에는 19mm 이하의 밀입도, 내유동입도, 매스틱입도, 저소음배수성입도, 교면포장입도, 에스엠에이입도, 공항활주로입도, 수퍼페이브입도, 갭입도 및 배합설계자의 임의 입도가 모두 포함될 수 있다. 상기에서 골재가 차지하는 중량부가 850-987.5 중량부인 점은 생산아스콘 전체가 1000중량부일 때를 고려하여, 타 재료들이 제외된 골재만의 중량부 범위를 나타내기 위함이다.
일반 및 개질아스팔트바인더는 여름철 더울 때에 시간의 경과에 따른 바인더의 이완현상에 의해 포장표면의 바인더가 골재의 빈 공간으로 서서히 흘러내려 공극을 메우게 되는 데, 바인더의 점도가 약할수록 이완되어 공극을 메우는 속도가 더욱 빨라진다. 이렇게 이완이 진행되면 포장 윗부분에 위치한 골재 피복두께는 점점 얇아지고 그 결과 골재분리나 이탈이 쉽게 발생할 수 있다. 이러한 바인더의 이완현상을 경감시키기 위해 바인더에 채움제를 첨가하여 점도를 더욱 강화시켜 이완현상을 막는다. 상기 채움제는 적당량이 사용될 때 모든 아스팔트포장에 강성과 더불어 물리적인 균열방지 역할을 하게 되어 소성변형과 피로균열을 동시에 예방하는 역할을 한다. 특히 저소음 배수성 포장의 조성물을 구성할 때 그 역할은 더욱 중요해지는 데, 저소음 배수성포장에서는 공극을 원래대로 유지하는 데 도움이 되는 채움제가 다공성포장의 핵심재료이기 때문이다.
상기에서 채움재는 전형적인 채움재인 석분, 석회석분말 및 고로 슬래그 분말은 물론이고, 충진제에 속하는 셀루로즈섬유, 유리섬유, 고분자(PE, PP, Nylon, 등)섬유, 카본블랙, 플라이애쉬, 유리섬유, 점토분말, 경탄분말, 소석회, 생석회, 시멘트, 제강분말 등을 함께 포함하고 있다. 이들 채움재는 최소중량부인 2 중량부 이하에서는 그 영향력이 무시되며, 최대중량부인 50 이상에서는 바인더의 점도를 과도하게 높여 생산과 시공을 어렵게 만들 뿐만 아니라 재료자체의 경도도 과다해져서 균열을 가속화시킬 수 있음으로 채움재의 사용중량부를 2-50 범위로 제한하고 있다.
중온 고점탄성 개질아스팔트포장을 건설하기 위해서는 상기에서 제안된 중온 고점탄성 개질아스팔트 콘크리트 혼합물(중온 고점탄성 개질아스콘)의 조성물을 사용하여, 해당 아스콘을 제조하게 되는 데, 제조방법에는 두 가지가 있으며 이 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
첫째는 미세입자나 미세분말로 제조된 중온 고점탄성 개질제 0.5-20 중량부와 아스팔트바인더 10-100 중량부를 액체혼합탱크에 투입하고 혼합한 후에 콜로이드 밀을 통과시켜 균일액체인 중온 고점탄성 개질아스팔트 바인더를 제조한다. 상기 바인더를 아스콘공장에 운반하여 저장탱크에 저장하였다가 아스콘 제조 시에, 혼합기 내부에 투입된 골재와 채움재에 분사하고, 중온에서 혼합 피복시켜 중온 고점탄성 개질아스콘을 제조하는 방법으로 이를 사전배합방식(Pre-Mix Type)이라 한다.
둘째는, 미세입자나 분말 상태로 제조된 중온 고점탄성개질제의 일정량을 비닐백에 봉하여 아스콘공장에 운반하고, 배합설계 함량에 맞는 개수의 비닐백을 골재와 채움재와 함께 고온 혼합기에 투입한 후에 아스팔트바인더를 따로 분사하고 중온에서 혼합하여 중온 고점탄성개질아스콘을 제조하는 방식이 있으며 이를 공장혼합방식 (Plant-Mix Type)이라 한다.
사전배합방식은 중온 고점탄성 개질제와 아스팔트바인더를 사전에 미리 용해시켜 균일한 중온 고점탄성 개질아스팔트바인더를 제조하여 사용한다는 것이고, 공장배합방식은 중온 고점탄성 개질제와 아스팔트바인더를 각기 따로 혼합기 내부에 투입하고 혼합기 내부에서 골재와 함께 혼합한다는 차이가 있다. 그러나 상기 두 방법 모두 중온 고첨탄성 개질제를 사용하여 아스콘을 제조한다는 점에서는 동일함으로 사전배합방식이나 공장배합방식 중 어느 방식을 사용하여도 중온 고점탄성 개질아스콘의 제조가 가능하다.
상기 조성물로 구성된 중온 고 점탄성개질제는, 저소음 배수성골재를 사용한 중온 저소음 배수성 개질아스팔트포장에, 일반 밀입도 골재(WC-3, WC-4) 혹은 수퍼페이브골재를 사용한 표층 및 기층의 중온 개질 아스팔트포장에, 폐아스과 신규아스콘 재료를 함께 사용한 중온 개질 재생 아스팔트포장에, 교면포장골재를 사용한 중온 교면 개질아스팔트포장에, 에스엠에이(SMA) 골재를 사용한 중온 SMA(Stone Matrix Asphalt) 개질아스팔트포장에, 공항활주로 골재를 사용한 공항활주로 중온 개질아스팔트포장에 첨가되어 각 포장의 기능성 형상, 공용물성 향상 및 포장수명을 연장시키는 핵심적인 역할을 담당하게 된다.
고탄성고분자와 고점성고분자와 균열저항 중온첨가제를 적정비율로 혼합하여 제조한 중온 고점탄성 개질제는 모든 종류의 아스팔트 포장을 건설하기 위한 우수한 개질아스콘을 중온에서 생산하게 하여, 공기오염 감소, 연료비 사용경감, 재료의 산화노화 저감, 교통개방시간 단축과 같은 중온효과는 물론이고, 아스팔트바인더의 점탄성 성질을 크게 증가시켜 포장공용물성향상과 더불어 포장수명을 연장시키는 효과를 얻는다.
상기의 아스팔트포장이란 고속도로, 시가지도로, 산업도로, 국도, 공항활주로에 사용되는 일반 개질아스팔트포장, 저소음 배수성 개질아스팔트포장, 폐아스콘을 재활용한 개질 재생 아스팔트포장, 한랭지용 개질아스팔트포장, 교면포장용 개질아스팔트포장, SMA 개질아스팔트포장 등의 표층, 중간층, 기층포장을 포함해서 말한다. 그 결과 환경 친화적인 중온 개질아스팔트포장을 제공함과 동시에 포장수명을 연장함으로서 포장의 유지보수비용을 절감하는 효과도 부수적으로 얻는다.
도 1: 단독과 조합 중온첨가제의 온도감소효과 비교-I
도 2: 단독과 조합 중온첨가제의 온도감소효과 비교-II
도 3: 새소비트왁스에 탄성재료(R)를 첨가했을 때의 탄성효과.
도 4: 단독 중온첨가제(CM)에 첨가된 탄성재료(R)의 탄성효과.
도 5: 조합 중온첨가제(CM+HCO)에 첨가된 탄성재료(R)의 탄성효과.
각기 다른 중온 고점탄성 개질제를 아스팔트바인더와 180℃에서 2시간 동안 균일하게 혼합하여 표 1의 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2, 3과 같은 조성물로 중온 개질아스팔트바인더를 제조하였다. 제조된 각 중온 개질 아스팔트바인더의 물성시험을 위해 25℃에서 침입도시험을 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 수록되어 있다 중온 고점탄성 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물의 물성시험을 위해 19mm 최대입도를 가진 WC-3 밀입도 골재(폐아스콘 30%와 신규골재 70%의 혼합골재) 955kg, 아스팔트바인더 35kg, 채움제 4kg을 각 중온 고점탄성 개질제 6kg과 함께 140℃에서 혼합하여 중온 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물을 만든 후 마샬몰드에 넣고 양면 75회 다짐을 실시하여 혼합물시편을 제작하였다. 그 후 시편을 하루 동안 상온에서 경화시킨 후에 혼합물 물성규정에 명시된 바와 같이 마샬안정도 시험을 수행하였다. 시험결과는 하기 표 1과 같다.
표 1의 바인더 침입도시험과 혼합물 마샬시험 결과가 보여주듯이 본 발명에서 개발된 중온 고점탄성 개질아스팔트바인더와 중온 고점탄성 개질아스팔트혼합물의 물성이 비교 예의 일반아스팔트 혼합물(160℃에서 제조)이나 타 개질 아스팔트 혼합물(170℃에서 제조)과 비교하여 훨씬 우수한 것으로 판명된다.

Claims (4)

  1. 본 발명에서 중온 고점탄성 개질제는 고점탄성 개질제 100 중량% 이하와 균열저항 중온첨가제 100 중량% 이하와 소량의 반응촉진제(벤조일 퍼옥사이드, 무수말레인산, 아세트알데히드, 백금촉매)를 합하여 그 합이 100 중량%가 되게 구성되는 데,
    상기에서 고점탄성 개질제란 고점성고분자 10-90 중량%와 고탄성고분자 10-90 중량%를 합하여 그 합이 100 중량%인 것을 말하며,
    상기에서 고점성 고분자란 점성이 높은 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리에스테르(나일론)와 폴리프로필렌(PP)과 코프렌(PP와 PE의 공중합체)과 이들 고분자에 알루미늄 박막이 피복된 것들 중에서 선택된 하나 이상과,
    상기 고점성 고분자들 중의 하나에 범용 고분자 수지들(저밀도폴리에틸렌 (LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리비닐아세테이트(PVA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체, 폴리뷰텐) 중의 하나가 서로 합지를 이룬 것들과 상기 합지의 한 면에 알루미늄 박막이 피복된 것들 중에서 선택된 하나 이상과,
    상기 고점성 고분자들 중의 하나 이상과 상기 범용 고분자 수지들 중의 하나 이상이 혼합물을 이룬 것들과 상기 혼합물 중의 일부가 알루미늄 박막으로 피복된 것들 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하며,
    상기에서 고탄성고분자란 탄성성질이 큰 고분자인 스티렌뷰타디엔스티렌(SBS), 스티렌뷰타디엔고무(SBR), SBR 라텍스, 스티렌 이스프렌스티렌(SIS), 스티렌에틸렌뷰타디엔스티렌(SEBS), 폐타이어분말, 폐고무분말, 천연고무분말, 이피디엠분말(EPDM Powder), 액상의 천연고무, 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 폴리우레탄(PU) 분말을 포함하는 것들 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물.
  2. 청구항 1에서 균열저항 중온첨가제란, 중온첨가제 20-100 중량%와 탄성재료 80 중량% 이하를 합하여 100 중량%가 되게 제조한 것인 데,
    상기에서 중온첨가제란 고상의 중온첨가제 중에서 둘 이상의 조합과, 액상의 중온첨가제 중에서 둘 이상의 조합과, 고상 중의 하나 이상에 액상 중의 하나 이상을 조합한 중온첨가제 인 것을 특징으로 하며, 각 조합의 조성비율은 임의이며,
    상기에서 고상의 중온첨가제란 12-하이드록시 스테아린산(12-Hydroxy Stearic acid), 하이드로전에이티드 캐스터 오일(Hydrogenated Castor Oil), 새소비트왁스(Sasobit Wax), 석유수지, 쿠마론, 송진, 에틸렌비닐아세테이트왁스(EVA Wax), 폴리에틸렌 왁스(PE Wax), 폴리아미드 왁스, Maleic-PE 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기에서 액상 중온첨가제란 액상 에보썸(Evotherm), 폴리알케나이머 (Polyalkaneamer, EVA에멀젼, 아크릴에멀젼, 방향족공정오일, 지방족 공정오일, 방향족과 지방족의 혼합공정오일, 컷백아스팔트(Cutback Asphalt), 중질오일, 벙커A유, 벙커B유, 벙커C유, 아스팔트 에멀젼, 산업용 오일(자동차 엔진오일, 윤활유, 콤프레샤오일, 선박엔진오일), 식물성기름(팜유, 야자유, 린시드오일, 대두유, 콩기름, 아마인유, 들깨기름, 피마자유), 동물성기름(소기름, 돼지기름, 생선기름), 각종 계면활성제, 각종 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기에서 균열저항을 위한 탄성재료란 스티렌뷰타디엔스티렌(SBS), 스티렌뷰타디엔고무(SBR), SBR라텍스, 스티렌이스프렌스티렌(SIS), 스티렌에틸렌뷰타디엔스티렌(SEBS), 폐타이어 분말, 폐고무분말, 천연고무분말, 액상천연고무, 천연고무분말, 이피디엠분말(EPDM Powder), 메틸메타크릴레이트(MMA)수지, 폴리우레탄(PU) 분말을 포함하는 것들 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    새로운 중온 고점탄성 개질제의 조성물.
  3. 청구항 1항과 청구항 2항에서 주장하는 중온 고점탄성개질제 조성물 형상은 펠렛, 필름, 판, 시트, 병, 전선피복재, 단섬유, 분말, 점성액체 혹은 이들의 혼합물이며, 조성물의 재료상태는 신재, 재생재, 폐재, 혹은 이들의 혼합재가 될 수 있으나 환경오염방지와 폐기물 재활용차원에서 폐재가 선호되며, 상기의 형상과 재료상태를 가진 중온 고점탄성 개질제 조성물을
    반바리(혹은 니-더)의 혼합기에 투입하고 가열 용융 혼합한 후 압출기를 통과시켜 펠렛을 만들고 상온으로 냉각한 후 분쇄기로 분쇄하여 균일한 미세입자나 분말형태로 제조하는 방법,
    상기 조성물을 압출기의 호퍼에 투입하고, 가열 용융 혼합시켜 펠렛을 만들고 상온으로 냉각한 후 분쇄기로 분쇄하여 균일한 미세입자나 분말형태로 제조하는 방법,
    상기 조성물의 구성요소를 각기 따로 상온에서 분쇄기로 단순 분쇄하여 미세입자나 분말로 만든 후 조성비율에 따라 상온에서 함께 혼합하여 혼합미세입자나 혼합분말로 제조하는 방법들 중에서 하나인 것을 특징으로 하는
    새로운 중온 고점탄성 개질제의 제조방법.
  4. 청구항 1항과 청구항 2항에 명시된 조성물을 사용하여 청구항 3항에 기술된 제조방법에 의해 제조된 중온 고점탄성 개질제 0.5-20 중량부, 아스팔트바인더 10-100 중량부, 골재 850-987.5 중량부, 채움제 2-50 중량부, 소량의 아민계 박리방지제 및 소량의 산화방지제로 중온 개질 신규 및 재생 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물로 구성하고 상기 조성물을 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에 투입하고, 80-180℃로 가열 혼합 하여 중온 개질 신규 및 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제조하는 데,
    상기에서 골재는 신규골재 100 중량% 이하와 폐아스콘 순환골재 100 중량% 이하를 합하여 100 중량%를 구성하고, 최대입자크기는 53mm에서 최저 0.001mm 사이의 골재입도분포도(포장표층, 중간층, 기층의 밀입도, 내유동입도, 매스틱입도, 저소음배수성입도, 교면포장입도, 에스엠에이입도, 공항활주로입도, 수퍼페이브입도, 갭입도, 임의의 입도)를 가지며,
    상기에서 채움재는 석분, 석회석분말 및 고로 슬래그 분말, 셀루로즈섬유, 유리섬유, 고분자(PE, PP, Nylon, 등)섬유, 카본블랙, 플라이애쉬, 유리섬유, 점토분말, 경탄분말, 소석회, 생석회, 시멘트, 제강분말을 포함하는 것들 중 하나 이상인 것을 특징으로 하며,
    상기 혼합물의 조성물 중에서 중온 고점탄성 개질제와 아스팔트바인더를 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에 먼저 투입된 가열골재와 채움제에 각기 따로 첨가하고, 함께 가열 혼합하여 제조하는 방법과,
    상기 혼합물 조성물에서 아스팔트바인더와 중온 고점탄성 개질제를 사전에 가열 혼합하여 중온 고점탄성 개질아스팔트바인더를 제조한 후에 아스콘 플랜트의 혼합기 내부에서 먼저 투입된 가열골재와 채움제에 분사하고, 함께 혼합하여 제조하는 방법 중에서 하나로 선정되는 특징을 가진
    중온 개질 신규 및 재생 아스팔트콘크리트 혼합물의 조성물과 그 제조방법.
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