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KR102041150B1 - 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더, 그 제조방법 및 배수성 아스팔트 포장 혼합물 - Google Patents

배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더, 그 제조방법 및 배수성 아스팔트 포장 혼합물 Download PDF

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KR102041150B1
KR102041150B1 KR1020180165692A KR20180165692A KR102041150B1 KR 102041150 B1 KR102041150 B1 KR 102041150B1 KR 1020180165692 A KR1020180165692 A KR 1020180165692A KR 20180165692 A KR20180165692 A KR 20180165692A KR 102041150 B1 KR102041150 B1 KR 102041150B1
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KR
South Korea
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asphalt
drainage
binder
asphalt binder
asphalt pavement
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Active
Application number
KR1020180165692A
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English (en)
Inventor
이현종
이영남
황성도
Original Assignee
태륭건설(주)
세종대학교산학협력단
한국건설기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 태륭건설(주), 세종대학교산학협력단, 한국건설기술연구원 filed Critical 태륭건설(주)
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Abstract

본 발명은 도로의 기능성 포장용으로 이용되는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 및 그 제조방법과 이를 사용한 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 관한 것으로, 접착력 및 저온 유연성을 강화하여 저온 및 온도 균열에 저항성을 높이고 고온에서의 변형에 대한 저항성을 향상시키는 고내구성 및 고성능 배수성 아스팔트 포장용 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조방법과 이를 사용한 배수성 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.
본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더 79~92 중량%, 폴리머 개질첨가제(고온성능) 5~10 중량%, 접착력 및 유연성 강화제 2~6 중량%, 접착보강제(Reinforcing agent) 1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더, 제조방법과 배수성 아스팔트 포장 혼합물이 제공된다.

Description

배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더, 그 제조방법 및 배수성 아스팔트 포장 혼합물 {Asphalt Binder for Drainage Asphalt Pavement Mixture, Manufacturing Method Thereof and Drainage Asphalt Pavement Mixture Thereof}
본 발명은 도로의 기능성 포장 공법으로 적용되는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용의 고점도 아스팔트 바인더, 그 제조 방법 및 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 관한 것이다.
배수성 아스팔트 포장은 아스팔트 혼합물에 약 20% 전/후의 작은 공극을 유지하게 만든 기능성 도로 공법으로서, 주로 표층용으로 사용되며 22% ~ 10%의 공극으로 인해 다양한 기능(빗물의 배수, 소음저감 등)을 가지는 다기능성의 도로 포장 기술로서 인식되어지고 있다. 배수성 아스팔트 포장은 아스팔트 바인더의 성능이 향상되면서 2010년 이후에 급격하게 사용량이 증가되었으며, 주로 소음 및 마찰력을 요하는 도로(고속도로, 도심지 등)에 적용되어 지고 있다. 배수성 아스팔트 포장은 공극을 인위적으로 10% 이상으로 유지하기 위하여 입도를 일반 밀입도와는 달리 개립도 즉, 70%이상의 굵은 골재(4.75mm 이상)를 이용함으로 여기에 사용되는 아스팔트 바인더의 성능에 따라 도로 포장의 공용성능이 좌우된다. 특히, 굵은골재와 굵은골재 사이의 부착력 및 저온에서의 온도 균열에 대한 저항성을 극대화시켜야 한다. 그러나 대부분의 배수성 아스팔트 포장에 사용되는 아스팔트 바인더는 PG 등급(Performance Grade)를 82-22로 규정하고 있어 고온 등급은 82℃, 저온등급을 -22℃로 규정하고 있다. 저온 등급의 경우, PG 등급의 저온 등급은 BBR(Bending Beam Rheometer) 시험을 통해 나오는 결과 값으로 실제 표기와는 다르다. 즉, PG 등급의 저온 등급 표기를 -22℃라고 하지만 실질적으로 BBR 시험은 -12℃에서 수행된다.
겨울철 국내 도로 포장체의 온도는 평균적으로 -10℃ 전/후로 나타나며, 교량 등에서는 일반 포장체보다 더 낮은 온도를 나타내기도 한다. 이렇듯 PG 등급에서 표기되고 있는 -22℃를 만족하더라도 실제 실험은 -12℃에서 수행되기 때문에 실제 도로 포장에서 만족할 만한 성능을 발휘하기 어려운 것으로 나타나고 있다. 이는 겨울에서 봄으로 넘어가는 해빙기에 배수성 포장의 파손이 가속화되는 것과 다르지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 배수성 아스팔트 포장의 사용되는 아스팔트 바인더의 저온 유연성을 강화시키고 굵은골재 사이에서의 부착성능을 향상시켜 기존 배수성 아스팔트 포장에 사용되는 아스팔트 바인더에 비해 높은 내구성을 확보하면서 다공성 유지를 통해 기능성을 향상시키고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.
KR 10-2011-0049718 (2011년05월12일) JP 특개평10-31708 (1998년12월02일) JP 특개평05-222705 (1993년08월31일) JP 특개2003-160906 (2003년06월06일)
본 발명은 도로의 기능성 포장 공법으로 적용되는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용의 고점도 아스팔트 바인더, 그 제조 방법 및 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 관한 것이다.
본 발명은 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더;, 폴리머 개질첨가제;, 접착 및 유연성 강화제;, 접착보강제;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더이며, 앞에서 제시한, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보강제의 구성으로 이루어진 발명에 있어서, 상기 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더 79 ~ 92 중량%;, 상기 폴리머 개질첨가제 5~10 중량%;, 상기 접착 및 유연성 강화제 2 ~ 6 중량%;, 상기 접착보강제(Reinforcing agent) 1 ~ 5 중량%;를 포함한다..
본 발명은 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더이며, 앞에서 제시한, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보강제의 구성으로 이루어진 발명에 있어서, 상기 폴리머 개질첨가제는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)를 포함한다.
본 발명은 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더이며, 앞에서 제시한, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보강제의 구성으로 이루어진 발명에 있어서, 접착 및 유연성 강화제는 액상 형태의 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene, PIB)를 포함한다.
본 발명은 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더이며, 앞에서 제시한, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보강제의 구성으로 이루어진 발명에 있어서, 접착보강제는 C9계 석유수지(aromatic hydrocarbon resin, AHR)를 포함한다.
본 발명은 앞에서 제시한 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법에 대한 것으로, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더를 가열 용융시키고, 교반기로 자체 교반시키는 바인더 교반 단계;, 교반되고 있는 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더에 폴리머 개질첨가제와 접착 및 유연성 강화제를 서서히 첨가하면서 교반시켜 제1 조성물을 형성하는 제1 조성물 교반 단계;, 제1 조성물에 접착보조제를 첨가하고 교반시켜 배수성 아스팔트 바인더를 형성하는 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 앞에서 제시한 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더;, 골재를 더 포함하되;, 골재는 4.75mm 이상의 굵은골재, 4.75mm 이하의 잔골재, 모래, 필러를 포함하고;, 합성입도 다음 표를 만족한다.
체크기 (mm)
본 발명

하한
 상한 중앙입도

12.5
 100 100 100

9.5
 95 100 97.5

4.75
 30 50 40

2.36
 5 15 10

0.6
 3.8 11.0 7.4

0.3
 3.2 9.0 6.1

0.15
 2.6 7.0 4.8

0.075
 2 5 3.5
본 발명에 따른 아스팔트 바인더는 배수성 아스팔트 포장에서 요구되는 저온에서의 유연성을 발휘하여 저온 균열 및 온도 균열 저항성을 향상시킬 수 있으며, 저항할 수 있는 온도 영역을 기존 배수성 아스팔트 포장용 아스팔트 바인더에 비해 약 -6℃ 이상 영역을 확장할 수 있다.
또한, 골재사이의 접착력을 강화하여 굵은골재의 탈리 및 장마철, 해빙기에 발생할 수 있는 포트홀과 같은 수분으로 인한 파손을 예방할 수 있으며, 고온에서의 변형에 대한 저항성을 강화시켜 소성변형과 같은 포장 파손을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 배수성 아스팔트로 이루어진 포장도로 단면형상
도 2는 본 발명의 배수성 아스팔트 제조순서.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사항을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보강제를 포함한다.
(실시예 1-2) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더 79 ~ 92 중량%, 폴리머 개질첨가제(고온성능) 5~10 중량%, 접착 및 유연성 강화제 2 ~ 6 중량%, 접착보강제(Reinforcing agent) 1 ~ 5 중량%를 포함한다.
(실시예 1-3) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 아스팔트 바인더는 침입도 등급 60~80을 가지는 것으로 79 ~ 92 중량%, 바람직하게는 87 ~ 89 중량%, 더 바람직하게는 87.5 ~ 88.5 중량%로 포함된다.
침입도 등급 80~100을 가지는 아스팔트 바인더를 사용하게 되면 PG의 저온 등급을 더 낮출 수는 있지만 고온에서의 성능이 감소되어 고온 등급이 낮아질수 있으며, 고온 등급을 향상시키기 위해 더 많은 폴리머 개질첨가제가 포함될 수 있어, 경제성이 낮아지게 된다. 하지만, 침입도 등급 80-100의 사용을 배제하는 것은 아니며, 경우에 따라 적용할 수 있다.
(실시예 1-4) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 폴리머 개질첨가제는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)을 포함한다. SBS는 분자량이 100,000g/mol 수준의, Styrene 함량은 30% 내외가 되도록 하였다. 분자구조는 용융속도를 줄이기 위해 방사형이 아닌 선형타입(Linear type)으로 선정하였으며, 개발 조성물의 고온 등급의 성능을 향상시키는 목적으로 선정하였다. 폴리머 개질첨가제는 5~10 중량%, 바람직하게는 6 ~ 8 중량%, 더 바람직하게는 6 ~ 7 중량%를 포함하였다. 5 중량% 미만인 경우에는 PG 등급에서 고온 82℃를 만족시키기 어려우며, 8 중량% 이상인 경우에는 지나친 점도 상승으로 인해 사용의 용이성이 떨어지고 재료 분리가 발생될 가능성이 높다.
Figure 112018128149255-pat00001
또한, 고온 성능 향상을 위한 폴리머 개질첨가제는 SBS에 SBR(Styrene-Butadiene Rubber), Poly Butadiene, EPR(Ethylene, Propylene Rubber), Isobutylene-Isoprene Rubber, Butylene Rubber, 폐타이어 Reclaimed Rubber 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하여 제조될 수 있다. 이는 바인더의 고온 성능, 제조 경비 등을 고려하여 결정할 수 있는 것이다.
(실시예 1-5) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 골재와의 접착 및 유연성 강화제는 액상 형태의 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene, PIB)을 포함한다. PIB는 분자량이 500~1300Mn인 고점도, 화학식은 다음과 같다.
Figure 112018128149255-pat00002
폴리이소부틸렌은 유리전이 온도가 -60℃인 액상으로써, 저온에서의 아스팔트 바인더의 파괴, 즉 취성 특성(Brittle)을 억제해주는 역할을 하며, 접착력(tack)을 부여하는 재료로서 사용하였다. PIB는 2 ~ 6 중량%, 바람직하게는 2~3 중량%, 더 바람직하게는 2~2.5 중량%를 포함하였으며, 2 중량% 미만인 경우에는 저온에서의 취성 특성을 억제해주지 못하고 4 중량% 이상일 때에는 모재(아스팔트)의 고온 성능에 영향을 미쳐 82℃를 만족시키기 못할 가능성이 높다.
상기 폴리머 개질첨가제와 접착 및 유연성 강화제의 첨가량은 단순 개별적 첨가비에 의미가 있는 것이 아니며, 하기 실험 결과에 보인 것과 같이 이 두 조성 성분 조성비에 따른 시너지 효과가 있다는 것이 중요하다.
(실시예 1-6) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 접착보강제(Adhesion Reinforcing agent)로는 C9계 석유수지(aromatic hydrocarbon resin, AHR)를 포함한다.
접착보강제는 연화점 115~125℃, 분자량 2,000g/mol 수준, 펠렛 형상을 가지며, PIB의 접착 성능을 극대화하는데 사용되었다. 특히 PIB가 끈적이는 접착 특성을 가지더라도 PIB는 비극성 물질로 사용되어야 하는 대부분의 피착제 즉, 골재, 시멘트 등은 극성재료이기 때문에 PIB의 끈적이는 특성이 접착 특성으로 극대화하기 위해서는 극성의 저분자 물질인 AHR을 사용하였다. AHR은 저분자로서 아스팔트 바인더와 잘 혼합되면서 PIB의 끈적임을 접착 특성으로 발현하도록 도와주는 보조 재료로서 사용되었습니다. AHR은 1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1.5~3 중량%, 더 바람직하게는 2 ~ 3 중량%를 포함하였다. 1 중량% 미만이 첨가될 경우에는 끈적임을 접착력으로 변화시키기 어렵고, 3% 이상을 첨가했을 때에는 아스팔트가 양생된 후에 딱딱하게 굳어지기 때문에 저온에서의 성능을 저하할 수 있다.
(실시예 1-7) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1 실시예에 있어서, 석회 분말을 추가적으로 포함할 수 있다. 석회 분말은 아스팔트 혼합물의 박리저항성을 향상시켜 배수성 아스팔트와 같은 수분의 접촉이 많은 포장용 혼합물에 적합하다. 일반적으로 아스팔트 바인더와 골재 등으로 이루어진 혼합물 제조시 석회 분말을 포함하게 되는데, 본 발명에서는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조시 추가하여, 그 성능을 향상시켰다.
(실시예 1-8) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에 대한 것으로, 실시예 1-1 실시예에 있어서, 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더에는 C45~C100인 Fischer-Tropsch(FT) 공법으로 제조된 FT 왁스를 더 첨가할 수 있다. FT 왁스는 파라핀계왁스보다 탄소사슬이 길어 아스팔트의 취성, 점성거동을 향상시켜 배수성 아스팔트 포장 혼합물의 생산온도와 다짐온도를 낮추는 효과가 있다.
(실시예 2-1) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로, 실시예 1-1 내지 실시예 1-8 중 어느 한 실시예에 따른 배수성 아스팔트 포장용 혼합물의 아스팔트 바인더를 제조하기 위한 방법에 있어서, 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더를 가열 용융시키고, 교반기로 자체 교반시키는 바인더 교반 단계; 교반되고 있는 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더에 폴리머 개질첨가제와 접착 및 유연성 강화제를 서서히 첨가하면서 교반시켜 제1 조성물을 형성하는 제1 조성물 교반 단계; 제1 조성물에 접착보조제를 첨가하고 교반시켜 배수성 아스팔트 바인더를 형성하는 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계를 포함한다.
(실시예 2-2) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로, 실시예 2-1에 있어서, 바인더 교반 단계, 제1 조성물 교반 단계, 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계는 180℃ 이하의 온도에서 이루어진다. 이는 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보조제가 첨가되더라도, 180℃ 이하에서도 충분한 교반이 이루어지며, 그 이상일 경우, 탄소 가스 배출이 증가하며, 많은 열을 가하여 에너지 효율이 좋지 않다.
(실시예 2-3) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로, 실시예 2-1에 있어서, 제1 조성물 교반단계는 1시간에서 1시간 30분 동안 교반한다. 이는 폴리머 개질첨가제와 접착 및 유연성 강화제가 아스팔트 바인더와 완전히 용융 혼합되도록 하기 위한 것이다. 또한 이 때의 교반속도는 4,000rpm이 바람직하다.
이에 대해 구체적으로 언급하면, 통상적으로 아스팔트 혼합물 제조시, 바인더와 각종 첨가제, 골재 등을 동시에 주입하여 혼합하게 되는데, 이 경우 일반적인 아스팔트 바인더(본원발명의 경우 침입도 60~80 아스팔트 바인더)와 첨가제의 혼합이 제대로 이루어지지 않는 경우가 발생하기 때문이다. 하기에 언급할 배수성 아스팔트 혼합물에 적용되는 바인더도 동일하게 제조하여 혼합물을 제조하게 된다.
(실시예 2-4) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로, 실시예 2-1에 있어서, 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계는 접착보조제를 첨가하고 15분에서 30분 동안 교반한다. 이 또한 접착보조제가 균질하게 분산되도록 하기 위한 것이고, 교반하는 동안 접착 및 유연성 강화제와 화학적 결합을 하여 접착력을 강화시키게 된다.
(실시예 2-5) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로, 실시예 2-1에 있어서, 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계에서 석회 석분과 FT 왁스를 첨가할 수 있다.
(1) 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 제조
<표 2>는 상기 실시예 2-1 내지 2-5 중 어느 한 항에 따라 배수성 아스팔트 바인더를 제조한 것으로, 실시예①과 실시예②는 본 발명에서 제시한 각 조성성분의 조성비에 맞춰 제조하였다. 반면, 비교예①은 침입도 등급 60~80 아스팔트바인더는 본 발명에서 제시한 것보다 적게, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착 및 유연성 강화제의 함량은 상대적으로 높게 설정하여 제조하였으며, 비교예②는 침입도 등급 60~80 아스팔트바인더는 본 발명에서 제시한 것보다 적게, 폴리머 개질첨가제, 접착 및 유연성 강화제, 접착보조제의 함량은 상대적으로 높게 설정하여 제조하였다.


 실시예① 실시예② 비교예① 비교예②

침입도 등급 60-80 아스팔트
 87중량% 89중량% 75중량% 94중량%

폴리머 개질첨가제
 8중량% 6중량% 12중량% 4중량%

접착 및 유연성 강화제
 3.5중량% 3중량% 7중량% 1.5중량%

접착력 보조제
 1.5중량% 2중량% 6중량% 0.5중량%
(2) 본 발명에 따른 실시예와 비교예에 대한 물성 평가 방법
위와 같은 과정을 통해 제조된 배수성 아스팔트 포장용 아스팔트 바인더 조성물의 실시예와 비교예에 대하여 RV(Rotational Viscometer), DSR(Dynamic Shear Rheometer), BBR(Bending Beam Rheometer), RTFO(Rolling Thin Film Oven) 및 PAV(Pressure Aging Vessel)를 통한 공용성 등급(PG, Performance Grade)을 측정하였다. 공용성 등급은 PG XX-xx로 표기되는데, 앞의 XX는 고온 등급, 뒤의 -xx는 저온 등급을 나타낸다.
회전점도시험은 펌핑 및 혼합시, 아스팔트가 유동성을 가지는지 알아보는 시험이다. 대부분의 아스팔트는 고온에서는 뉴톤 유체와 같은 거동을 보이며 전체적으로 점성의 반응을 나타낸다. 따라서 점성측정으로 아스팔트 바인더의 워커빌리티를 나타내게 된다. 공용성(PG) 등급에서는 135℃에서 3Pa·s(3,000cP)을 기준값으로 한다. 다시 말해, 135℃에서 3Pa·s(3,000cP)를 초과하게 되면, 아스팔트 바인더의 워커빌리티(유동성)이 좋지 않다고 할 수 있다. 그러나 회전점도시험에 의한 측정값은 공용성(PG) 등급을 직접적으로 결정하지는 않는다.
아스팔트 바인더의 공용성 등급은 고온 등급과 저온 등급으로 분류되며 동적전단시험(DSR)을 통하여 고온 등급을 결정하고 처짐보유동기(BBR)를 통하여 저온 등급을 결정한다. 일반적으로 고온 등급이 올라갈수록 저온 등급은 감소되고 저온 등급이 낮아질수록 고온 등급이 감소된다
동전전단시험기(DSR)은 노화되지 않은 아스팔트 바인더(Virgin 또는 Original)와 단기노화(RTFO)된 아스팔트 바인더를 이용하여 고온 등급을 결정한다. 여기서 단기노화는 회전박막가열시험(Rolling Thin Film Oven, RTFO)을 통해 아스팔트 바인더를 노화시키며, 이는 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 단계의 아스팔트 노화를 모사한다. 측정되는 G*, sinδ로 고온 등급을 위해서는 G*/sinδ를 이용하게 된다. 이러한 공용성(PG) 등급 시스템은 다른 등급 시스템과 달리 고정된 기준값을 설정하고, 시험 온도를 달리하여 기준값의 도달 여부에 따라 등급을 결정하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 제조된 바인더의 고온에 따른 변화를 측정하기 위해 여러 온도에서 기준값 도달 여부를 확인하였다. 기준값은 노화되지 않은 아스팔트 바인더의 경우(1.00kPa)와 회전박막가열시험으로 단기노화된 바인더의 경우(2.20kPa) 각각 다르게 설정되어 있다. 즉, 특정 온도에서 G*/sinδ의 값이 노화되지 않은 경우 1.00kPa, 단기노화된 경우 2.20kPa이 되면, 그 온도가 고온 등급의 온도가 되는 것이다.
처짐보유동기(Bending Beam Rheometer) 시험은 단기노화와 장기노화를 거친 시료에 대하여 수행하는데, 여기서, 장기노화는 압력노화시험(Pressure Aging Vessel, PAV)을 통해 시료를 제작하며, 반드시 단기노화시험을 거친 시료를 장기노화시키게 된다. 장기노화는 공용년수가 5 내지 10 년 정도 경과된 아스팔트 포장의 노화를 모사한다. 또한, 처짐보유동기(Bending Beam Rheometer) 시험은 저온영역에서의 온도균열저항성을 측정하는 시험이다.
아스팔트 바인더에 대한 종래의 시험법들은 섭씨 25도와 섭씨 60도 등 제한적인 범위에서의 물리적 특성에 대하여 측정하였다. 그러나 실제 공용중인 아스팔트 포장은 고온과 중간온도는 물론이고 빙점 이하의 낮은 온도 조건의 영향도 받고 있으며, 이때의 아스팔트 바인더는 매우 단단하여 탄성체와 유사한 거동을 하게 된다. 처짐보유동기는 이러한 저온조건 하에서의 아스팔트 바인더 특성을 평가하기 위하여 빔 이론을 기초로 개발된 것으로서, 아스팔트 바인더의 물리적 경화에 대한 참고자료의 제공이 주된 목적이다. 시편의 제작은 단기노화를 수행한 시료를 다시 장기노화시킨 시료로 시편을 제작하게 된다.
실제 시험에서는 포장이 경험하게 될 가장 낮은 온도조건 하에서 빔의 형태로 제작된 아스팔트 시료에 크리프(Creep) 하중(일정하중)을 240초 동안 가하여 처짐을 측정하고 크리프 하중에 대한 저항능력인 크리프 강성(Stiffness, St)과 강성의 변화율(m-value)을 계산한다. 고온 등급을 결정하는 DSR과 마찬가지로, 크리프 강성과 m-value의 기준값은 설정되어 있으며, 특정 온도에서 기준값 만족시 그 온도가 저온 등급이 된다. 본 발명에 따른 아스팔트 바인더 조성물의 실시예에 대하여, 상기한 시험방법을 적용하여 시험을 수행하였다.
(3) 본 발명에 따른 실시예에 대한 시험결과
<표 3>은 실시예①, 실시예②, 비교예① 및 비교예②에 대한 시험 결과를 나타낸 것이다.

실시예①
실시예②
비교예①
비교예②
회전점도(cP)
3,000cP이하 @ 135℃		 2,800 2,500 3,500 2,200
노화되지 않은 아스팔트 바인더(Original Asphalt Binder)
DSR
G*/sinδ
(1.00kPa이상)		 76℃ 1.61 1.35 1.58 0.87
82℃ 1.53 1.20 1.26 0.74
88℃ 1.36 1.14 1.05 0.52
단기노화된 아스팔트 바인더(RTFO Asphalt Binder)
DSR
G*/sinδ
(2.20kPa이상)		 76℃ 2.72 2.41 2.46 1.24
82℃ 2.54 2.36 2.20 1.05
88℃ 2.36 2.21 1.91 0.98



BBR
(℃)		 St
(300 MPa 이하)		 -30
 -30
 -12
 -18
m-value
(0.3 이상

공용성 (PG) 등급
 PG 88-30 PG 88-30 PG 82-12 PG XX-18
1) 회전점도시험(RV)
회전점도시험은 각각의 바인더에 대해 135℃에서 실시하였고, 실시예①, 실시예②, 비교예②의 경우, 기준값에 만족하는 것으로 나타났으나, 비교예②는 유동성이 너무 크며, 또한 비교예①의 경우 폴리머 개질첨가제의 함량이 높아짐에 따라 점도가 크게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 실시예①과 실시예②의 경우, 조성비의 임계적 의의가 있다고 할 수 있다.
2) 동적전단시험(DSR)
동적전단시험은 76℃, 82℃, 88℃에서 실시되었으며, 시험 최고 온도인 88℃에서의 G*/sinδ 값을 살펴볼 때, 노화되지 않은 아스팔트 바인더의 경우, 실시예①는 1.36kPa, 실시예②는 1.14kPa의 값을 나타냈으며, 단기노화된 아스팔트 바인더의 경우, 실시예①은 2.36kPa, 실시예②는 2.21kPa를 나타냈다. 이는 실시예①과 실시예② 모두 공용성 등급 중 고온 등급 88을 만족한다는 것을 의미한다.
반면, 비교예①의 경우, 고온 성능을 위한 폴리머 개질첨가제를 실시예①, 실시예②보다 더 많은 함량을 첨가했음에도 불과하고, 고온 등급 82 정도(단기노화 88℃에서 기준값 미달)를 나타냈다. 이는 폴리머 개질첨가제의 높은 함량이 무조건적인 고온 성능을 향상시키는 것이 아니라, 다른 첨가제(즉, 접착 및 유연성 강화제와 접착보조제)와의 상호 보완을 통해 고온 성능이 함께 향상되는 것이기 때문이라 판단된다.
비교예②는 예상했던 것과 같이 폴리머 개질첨가제의 낮은 함량으로 고온 성능이 낮게 측정되었으며, 시험 온도 내에서는 적절한 고온 등급을 확인할 수 없었다(따라서, <표 3>에서 고온 등급 XX로 표기).
3) 처짐보유동시험(BBR)
처짐보유동시험은 Stiffness와 m-value의 결과를 얻을 수 있으며, 공용성 등급의 저온 등급을 결정할 수 있다. 실시예①과 실시예②는 -30℃에서 기준값을 만족했으며, 비교예①과 비교예②는 각각 -12℃와 -18℃에서 그 기준값을 만족했다.
4) 바인더 시험 결과 소결
RV(Rotational Viscometer), DSR(Dynamic Shear Rheometer), BBR(Bending Beam Rheometer), RTFO(Rolling Thin Film Oven) 및 PAV(Pressure Aging Vessel)를 통한 공용성 등급(PG, Performance Grade) 측정 결과, 각각의 공용성 등급은 실시예①, 실시예②는 PG 88-30, 비교예①은 PG 82-18, 비교예②는 PG XX-12로 나타났으며, 비교예①은 아스팔트 바인더의 워커빌리티를 나타내는 유동성을 만족하지 못 하였다.
실시예①, 실시예②에서 보인 것과 같이 본 발명의 조성성분과 조성비는 넓은 온도 범위, 즉 상대적으로 높은 고온 성능과 낮은 저온 성능을 보인다고 할 수 있으며, 이에 따라 아스팔트 바인더의 고온에서의 러팅과 같은 고온 변형 저항성과 저온 균열 및 온도 균열과 같은 저온 유연성이 향상되었다고 할 수 있다.
(실시예 3-1) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 1-1 내지 실시예 1-7 중 어느 한 항의 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더를 이용한 배수성 아스팔트 포장용 혼합물에 있어서, 골재를 더 포함하되, 골재는 4.75mm 이상의 굵은 골재, 4.75mm 이하의 잔골재, 모래, 필러을 포함하고, 합성입도 다음 <표 4>를 만족하도록 한다.
체크기 (mm)
본 발명

하한
 상한 중앙입도
12.5
 100 100 100
9.5
 95 100 97.5
4.75
 30 50 40
2.36
 5 15 10
0.6
 3.8 11.0 7.4
0.3
 3.2 9.0 6.1
0.15
 2.6 7.0 4.8
0.075
 2 5 3.5
본 발명이 제시한 골재 입도는 기존에 적용되었던 배수성 아스팔트 혼합물의 골재 입도와 상이한 것으로, 기존 입도에 비해 배수성 아스팔트 포장의 기능성, 즉 배수 기능, 소음 저감 기능을 충분히 확보하면서, 골재의 탈리 등을 방지하고, 또한 공극 막힘을 감소시켜 유지 보수가 용이하게 하는 장점이 T다.
(실시예 3-2) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 굵은골재와 잔골재는 천연상태에서 염기성을 나타내는 골재를 사용한다. 천연상태에서 염기성을 나타내는 골재는 아스팔트 바인더와의 친화력이 우수하여, 접착력을 향상시킨다. 배수성 아스팔트 혼합물의 경우, 물과의 접촉 면적이 상대적으로 넓기 때문에 골재와 아스팔트 바인더와의 접착력이 중요하기 때문이다.
(실시예 3-3) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 굵은골재와 잔골재는 현무암, 휘록암, 석회암 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 적용할 수 있다. 현무암과 휘록암은 경도와 인성, 박리 저항성, 표면 조직 등이 우수하며, 석회암은 경도와 인성은 보통 수준이나, 박리 저항성과 표면 조직이 우수하고, 아스팔트와의 부착력이 좋다.
(실시예 3-4) 본 발명은 배수성 포장용 아스팔트 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 굵은골재의 LA 마모시험 최대 마모율 35%이하로 하며, 굵은골재 중 9.5mm 이상인 골재에 대해서는 길이 대 두께비가 5:1이 넘는 입자가 15%이하로 하고, 굵은골재 중 2.36mm 이상의 골재에 대해서 95% 이상이 1면 이상의 파쇄면을 갖는다.
LA 마모시험은 골재에 소요되는 인성과 마모성 지표를 위해 사용하며, 배수성 아스팔트 혼합물과 같이 공극이 큰 혼합물에서 골재의 마모 저항성은 중요하며, 길이 대 두께 비를 나타내는 아스팔트 혼합물의 다짐을 방해하여 혼합물의 강도 발현을 저해하기 때문에 이에 대한 규정은 중요하다. 또한 파쇄면은 혼합물의 안정적 인터락킹(interlocking)을 유도하여 소성변형에 대한 저항성을 향상시킨다.
(실시예 3-5) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 잔골재는 모래당량시험에 의한 모래당량값이 35%이상이 되도록 하고, 모래는 부순모래와 천연모래를 함께 적용하되, 천연모래를 15 중량% 이하로 적용한다.
모래당량시험은 잔골재에 포함된 고운 소성입자 및 더스트의 상대비율을 결정하는 것으로, 청결한 모래일수록 높은 모래당량값을 갖게 된다. 배수성 아스팔트 혼합물의 경우, 큰 공극으로 물과의 접촉 면적이 커짐에 따라 모래에 불순물이 있을 경우, 골재에서 아스팔트 바인더가 벗겨지는 박리 현상이 발생할 가능성이 크다. 따라서 모래당량값을 제한하는 것이 중요하다. 또한 천연모래는 일반적으로 부순모래보다 둥근 형상을 갖기 때문에 이에 대한 제한도 필요하다.
(실시예 3-6) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 필러는 통상적으로 적용되는 부순 골재 분말에 석회 분말을 포함하고, 실리카, 알루미나, 수산화 알루미늄, 탄산칼슘, 알루미늄, 티탄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 석회 분말은 아스팔트 혼합물의 박리저항성을 향상시켜 배수성 아스팔트와 같은 수분의 접촉이 많은 포장용 혼합물에 적합하며, 다른 종류의 필러는 접착 및 유연성 강화제와 접착보강제와 함께 배수성 아스팔트 포장 바인더와 골재의 접착력을 향상시킬 수 있다.
(실시예 3-7) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 배수성 아스팔트 포장 혼합물에는 단섬유를 더 포함하되, 셀룰로오스 섬유, 카본 섬유, 강화 플라스틱 섬유, 유리 섬유, 스테인레스 섬유 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 포함할 수 있다.
셀룰로오스 섬유는 혼합물 내의 아스팔트 바인더량을 증가시켜 혼합물의 내구성을 증진시키면서, PIB와 함께 저온에 대한 취성을 약하게하여 저온 균열 및 온도 균열 저항성을 향상시킨다. 카본 섬유는 골재와 아스팔트 바인더의 접착력을 향상시킬 수 있고, 강화 플라스틱 섬유는 배수성 아스팔트 포장의 미끄럼 저항성을 향상시켜 젖은 상태에서도 차량 등의 미끄럼을 방지할 수 있다. 또한 유리 섬유와 스테인레스 섬유는 보강재의 기능을 하게 된다.
(실시예 3-8) 본 발명은 배수성 아스팔트 포장 혼합물에 대한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 배수성 아스팔트 포장 혼합물에는 C45~C100인 Fischer-Tropsch(FT) 공법으로 제조된 FT 왁스를 더 첨가할 수 있다. FT 왁스는 파라핀계왁스보다 탄소사슬이 길어 아스팔트의 취성, 점성거동을 향상시켜 배수성 아스팔트 포장 혼합물의 생산온도와 다짐온도를 낮추는 효과가 있다.
본 발명의 설명에 있어서, 다양한 실시예를 기재하기에 복잡한 경우가 있어 구체적으로 실시예을 구분하여 기재하였으나, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재된 실시예는 서로 혼용이 가능한 것은 통상의 기술자라면 자명한 사항에 불과하므로, 본 발명은 구분된 실시예에 국한하지 않고 다양한 실시예의 결합에 의한 발명도 본 발명에 포함된다.
또한 상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해 되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등범위로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 노상
200 : 보조기층
300 : 기층
400 : 표층

Claims (7)

  1. 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더;, 폴리머 개질첨가제;, 접착 및 유연성 강화제;, 접착보강제;를 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 포함하는 배수성 아스팔트 포장용 혼합물 아스팔트 바인더 제조방법에 대한 것으로,
    침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더를 가열 용융시키고, 교반기로 자체 교반 시키는 바인더 교반 단계;,
    교반되고 있는 침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더에 폴리머 개질첨가제와 접착 및 유연성 강화제를 서서히 첨가하면서 교반시켜 제1 조성물을 형성하는 제1조성물 교반 단계;,
    제1 조성물에 접착보조제를 첨가하고 교반시켜 배수성 아스팔트 바인더를 형성하는 배수성 아스팔트 바인더 교반 단계;를 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    침입도 등급 60~80 아스팔트 바인더 79 ~ 92 중량%;,
    폴리머 개질첨가제 5~10 중량%;,
    접착 및 유연성 강화제 2 ~ 6 중량%;,
    접착보강제(Reinforcing agent) 1 ~ 5 중량%;를 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    폴리머 개질첨가제는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)를 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    접착 및 유연성 강화제는 액상 형태의 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene, PIB)을 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    접착보강제는 C9계 석유수지(aromatic hydrocarbon resin, AHR)를 포함하는 배수성 아스팔트 포장 혼합물용 아스팔트 바인더를 제조하는 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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