아스팔트 혼합물의 수분 손상 방지를 위한 아스팔트 첨가제의 합성과 분석에 관한 연구 A Study on Synthesis and Analysis of Asphalt Additives to Prevent Moisture Damage of Asphalt Mixtures원문보기
본 연구의 주요 목적은 순환골재(Reclaimed Asphalt Pavement; RAP) 를 100% 재사용하면서 기존의 포장 품질 기준을 만족할 수 있도록 재생 시키는데 있다. 이 목표를 달성하기 위해서는 도로 포장 기준에 부합하는 새로운 박리방지제를 개발하여 혼합할 필요가 있다. 이 첨가제는 건설폐 기물 문제를 완화하고 에너지 소비를 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구에서는 습기로 인한 골재 및 바인더의 ...
본 연구의 주요 목적은 순환골재(Reclaimed Asphalt Pavement; RAP) 를 100% 재사용하면서 기존의 포장 품질 기준을 만족할 수 있도록 재생 시키는데 있다. 이 목표를 달성하기 위해서는 도로 포장 기준에 부합하는 새로운 박리방지제를 개발하여 혼합할 필요가 있다. 이 첨가제는 건설폐 기물 문제를 완화하고 에너지 소비를 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구에서는 습기로 인한 골재 및 바인더의 박리 현상을 감소시킬 수 있는 새로운 박리방지제를 합성하였다. 새로운 박리방지제는 7종의 서로 다른 amine 시료와 soybean oil의 amide 반응을 통해 합성되었으며 FT-IR 및 1H-NMR 분석을 통해 합성이 완료됨을 확인하였다. 중온 아스팔트 포장 요건을 충족시키기 위해서는 중온화제 (warm-mix asphalt agents; WMA agents)가 필요하다. 일반형 중온화제는 아스팔트 경 도를 감소시키는 연화제로서 soybean oil과 박리방지제를 배합하여 생산된다. 소성 변형을 방지하고 유연성을 확보하기 위해 styrene-butadiene-styrene (SBS)를 일반형 중온화제에 첨가하여 개질형 중온화제를 제조하였다. SARA 분석은 노화 아스팔트 및 첨가제가 혼합된 아스팔트의 화학적 조 성 변화를 확인하기 위해 수행되었다. RAP의 resins 성분은 노화 후에 증 가하지만 saturates, aromatics, asphaltenes과 같은 다른 성분은 소폭 감소 한 것으로 나타났다. 첨가제의 SARA 조성은 주로 resins과 asphaltenes 영역에서 검출되지만 아스팔트의 resins과 asphaltenes 성분과는 전혀 다른 구조이며 Tensile Strength Ratio (TSR)와 Bitumens Bond Strength (BBS) 결과를 통해 첨가제가 노화된 아스팔트를 재생시킴을 확인하였다. 건조 환경에서의 강도와 수분 처리 후의 강도의 상대비가 클수록 수분 손상에 취약하다고 할 수 있다. 즉, 수분 민감성이 낮은 아스팔트 혼합물 의 수분저항성을 개선시키기 위해서는 접착강도 또는 인장강도의 상대 비 를 높일 수 있는 첨가제의 사용이 필요하다. TSR 및 BBS 시험은 일반형 중온화제와 개질형 중온화제가 혼합된 아스팔트의 수분 민감성이 대조군 (RAP 및 노화 아스팔트)에 비해 개선되었음을 입증하였다. 또한, 박리방 지제는 화학 구조 차이에 따라서 인장강도 및 접착강도의 회복에 경향성 이 있음을 확인하였다. BBS 시험에서는 접착강도와 상대비가 가장 개선 된 경우는 개질형 중온화제인 ethylenediamine-base WMA agent를 사용 할 때가 가장 효과적이었으며, 7종의 개질형 중온화제가 첨가되면 노화 아스팔트의 접착강도를 향상시킬 수 있음을 보여주었다. TSR 시험으로부 터 일반형 중온화제 (Tetraethylenepentamine-base WMA agent, Pentaethylenehexamine-base WMA agent)가 RAP 공시체의 수분저항성 을 향상시키는 것으로 나타났고, 개질형 중온화제의 TSR 결과를 통해 SBS는 간접인장강도의 개선에는 효과가 있지만 수분 민감성 개선에 효과 적이지 못했다. 따라서 박리방지제가 수분 민감성을 개선시킬 수 있는 최 적의 함량만큼 투여되고, TSR의 시공 기준치 범위 내에서 SBS를 첨가한 다면 수분 민감성 개선과 동시에 간접인장강도의 절대치도 함께 향상시킬 수 있을 것이다. 결론적으로 건조하고 습한 환경의 변화가 있는 모든 지역에서는 RAP 또는 노화된 아스팔트에 새롭게 개발된 박리방지제를 혼합하여 사용하는 것이 수분 손상으로 인한 박리를 방지하고 도로를 손상으로부터 강하게 만들며 포장 수명을 연장시키는데 효과적이라는 것을 확인하였다.
본 연구의 주요 목적은 순환골재(Reclaimed Asphalt Pavement; RAP) 를 100% 재사용하면서 기존의 포장 품질 기준을 만족할 수 있도록 재생 시키는데 있다. 이 목표를 달성하기 위해서는 도로 포장 기준에 부합하는 새로운 박리방지제를 개발하여 혼합할 필요가 있다. 이 첨가제는 건설폐 기물 문제를 완화하고 에너지 소비를 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구에서는 습기로 인한 골재 및 바인더의 박리 현상을 감소시킬 수 있는 새로운 박리방지제를 합성하였다. 새로운 박리방지제는 7종의 서로 다른 amine 시료와 soybean oil의 amide 반응을 통해 합성되었으며 FT-IR 및 1H-NMR 분석을 통해 합성이 완료됨을 확인하였다. 중온 아스팔트 포장 요건을 충족시키기 위해서는 중온화제 (warm-mix asphalt agents; WMA agents)가 필요하다. 일반형 중온화제는 아스팔트 경 도를 감소시키는 연화제로서 soybean oil과 박리방지제를 배합하여 생산된다. 소성 변형을 방지하고 유연성을 확보하기 위해 styrene-butadiene-styrene (SBS)를 일반형 중온화제에 첨가하여 개질형 중온화제를 제조하였다. SARA 분석은 노화 아스팔트 및 첨가제가 혼합된 아스팔트의 화학적 조 성 변화를 확인하기 위해 수행되었다. RAP의 resins 성분은 노화 후에 증 가하지만 saturates, aromatics, asphaltenes과 같은 다른 성분은 소폭 감소 한 것으로 나타났다. 첨가제의 SARA 조성은 주로 resins과 asphaltenes 영역에서 검출되지만 아스팔트의 resins과 asphaltenes 성분과는 전혀 다른 구조이며 Tensile Strength Ratio (TSR)와 Bitumens Bond Strength (BBS) 결과를 통해 첨가제가 노화된 아스팔트를 재생시킴을 확인하였다. 건조 환경에서의 강도와 수분 처리 후의 강도의 상대비가 클수록 수분 손상에 취약하다고 할 수 있다. 즉, 수분 민감성이 낮은 아스팔트 혼합물 의 수분저항성을 개선시키기 위해서는 접착강도 또는 인장강도의 상대 비 를 높일 수 있는 첨가제의 사용이 필요하다. TSR 및 BBS 시험은 일반형 중온화제와 개질형 중온화제가 혼합된 아스팔트의 수분 민감성이 대조군 (RAP 및 노화 아스팔트)에 비해 개선되었음을 입증하였다. 또한, 박리방 지제는 화학 구조 차이에 따라서 인장강도 및 접착강도의 회복에 경향성 이 있음을 확인하였다. BBS 시험에서는 접착강도와 상대비가 가장 개선 된 경우는 개질형 중온화제인 ethylenediamine-base WMA agent를 사용 할 때가 가장 효과적이었으며, 7종의 개질형 중온화제가 첨가되면 노화 아스팔트의 접착강도를 향상시킬 수 있음을 보여주었다. TSR 시험으로부 터 일반형 중온화제 (Tetraethylenepentamine-base WMA agent, Pentaethylenehexamine-base WMA agent)가 RAP 공시체의 수분저항성 을 향상시키는 것으로 나타났고, 개질형 중온화제의 TSR 결과를 통해 SBS는 간접인장강도의 개선에는 효과가 있지만 수분 민감성 개선에 효과 적이지 못했다. 따라서 박리방지제가 수분 민감성을 개선시킬 수 있는 최 적의 함량만큼 투여되고, TSR의 시공 기준치 범위 내에서 SBS를 첨가한 다면 수분 민감성 개선과 동시에 간접인장강도의 절대치도 함께 향상시킬 수 있을 것이다. 결론적으로 건조하고 습한 환경의 변화가 있는 모든 지역에서는 RAP 또는 노화된 아스팔트에 새롭게 개발된 박리방지제를 혼합하여 사용하는 것이 수분 손상으로 인한 박리를 방지하고 도로를 손상으로부터 강하게 만들며 포장 수명을 연장시키는데 효과적이라는 것을 확인하였다.
The main purpose of this investigation is to recycle 100% of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) to satisfy the quality standards of asphalt pavement. To reach this goal, it is necessary to develop some anti-stripping additives which allow the production of a new material that meets the...
The main purpose of this investigation is to recycle 100% of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) to satisfy the quality standards of asphalt pavement. To reach this goal, it is necessary to develop some anti-stripping additives which allow the production of a new material that meets the standards of road pavement. It is expected that this technology will greatly alleviate the construction waste issue and save energy. In this study, we have synthesized some new anti-stripping agents that successfully avoided the peeling of aggregate and binder due to the moisture damage. The new additives have been generated through the amide reaction by mixing different amine samples [e.g., diamines (Ethylenediamine, 1,6-Hexanediamine, and 1,12-Dodecanediamine), polyamines (Diethylenetriamine, Triethylenetetramine, Tetraethylenepentamine, and Pentaethylenehexamine)] with soybean oil. The new amide products have been confirmed by using FT-IR and 1H-NMR. To satisfy the middle temperature pavement requirement, some warm-mix asphalt agents (WMA agents) are needed. These later were produced by compounding the amide products with soybean oil as a softening agent which will reduce the asphalt hardness. To insure good plasticity and flexibility, the styrene-butadiene-styrene (SBS) was added to the warm-mix asphalt agents, creating thereby modified warm-mix asphalt agents. SARA analysis was carried out to assess the change in chemical composition during aging and mixing of asphalt with different additives. It was noticed that the resin fraction in RAP was increased after aging, however the other components such as saturates, aromatics, and asphaltenes slightly diminished. The Tensile Strength Ratio (TSR) and Bitumen Bond Strength (BBS) results confirmed that aging did not take place due to the additives effect. Also, TSR and BBS tests demonstrated that the moisture sensitivity of anti-stripping agents-modified binders has been improved compared to that of controls (e.g., RAP and aged asphalt). Furthermore, the tendency of recovery of tensile strength due to the difference in chemical structure of anti-stripping agents was confirmed. Interestingly, it was noted from TSR test that the anti-stripping agents (e.g., Tetraethylenepentamine-base WMA agent, Pentaethylenehexamine-base WMA agent) improved the strength of RAP specimens. Meanwhile, the BBS revealed that the incorporation of all additives enhanced the strength of aged bitumens. In conclusion, it is recommended to use the new synthesized anti-stripping agents with RAP or aged asphalt in environment where there is a significant change between wet and dry conditions. This will strength the road pavement and extend its service life.
The main purpose of this investigation is to recycle 100% of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) to satisfy the quality standards of asphalt pavement. To reach this goal, it is necessary to develop some anti-stripping additives which allow the production of a new material that meets the standards of road pavement. It is expected that this technology will greatly alleviate the construction waste issue and save energy. In this study, we have synthesized some new anti-stripping agents that successfully avoided the peeling of aggregate and binder due to the moisture damage. The new additives have been generated through the amide reaction by mixing different amine samples [e.g., diamines (Ethylenediamine, 1,6-Hexanediamine, and 1,12-Dodecanediamine), polyamines (Diethylenetriamine, Triethylenetetramine, Tetraethylenepentamine, and Pentaethylenehexamine)] with soybean oil. The new amide products have been confirmed by using FT-IR and 1H-NMR. To satisfy the middle temperature pavement requirement, some warm-mix asphalt agents (WMA agents) are needed. These later were produced by compounding the amide products with soybean oil as a softening agent which will reduce the asphalt hardness. To insure good plasticity and flexibility, the styrene-butadiene-styrene (SBS) was added to the warm-mix asphalt agents, creating thereby modified warm-mix asphalt agents. SARA analysis was carried out to assess the change in chemical composition during aging and mixing of asphalt with different additives. It was noticed that the resin fraction in RAP was increased after aging, however the other components such as saturates, aromatics, and asphaltenes slightly diminished. The Tensile Strength Ratio (TSR) and Bitumen Bond Strength (BBS) results confirmed that aging did not take place due to the additives effect. Also, TSR and BBS tests demonstrated that the moisture sensitivity of anti-stripping agents-modified binders has been improved compared to that of controls (e.g., RAP and aged asphalt). Furthermore, the tendency of recovery of tensile strength due to the difference in chemical structure of anti-stripping agents was confirmed. Interestingly, it was noted from TSR test that the anti-stripping agents (e.g., Tetraethylenepentamine-base WMA agent, Pentaethylenehexamine-base WMA agent) improved the strength of RAP specimens. Meanwhile, the BBS revealed that the incorporation of all additives enhanced the strength of aged bitumens. In conclusion, it is recommended to use the new synthesized anti-stripping agents with RAP or aged asphalt in environment where there is a significant change between wet and dry conditions. This will strength the road pavement and extend its service life.
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