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문제 정의
- 본 연구는 ASTM D 4124에 명시된 규정에 의거하여 폐아스팔트와 신제아스팔트의 각 성분 함량을 분석하여 아스팔트 노화 시 변화하는 화학적 성상을 고찰하였다. 그리고 폐아스팔트의 변화된 성상을 복원시킬 수 있는 물질을 선정하여 화학적인 시험을 통하여 재생첨가제를 제조하였다.
- 따라서 폐아스콘의 호율적인 재활용을 위해서는 폐아스팔트의 화학적인 성상 분석 연구가 필수적으로 선행되어야 하고, 또한 고온혼합용 재생첨가제의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 배경을 바탕으로 폐아스콘으로부터 추출한 폐아스팔트의 주요 성분들에 대한 화학적 특성을 분석하여 폐아스팔트의 기능을 복원시킬 수 있는 재생첨가제를 제조하였으며, 본 연구에서 제조한 재생첨가제를 폐아스팔 트에 첨가하였을 때 폐아스팔트의 물성 변화를 고 찰하였다.
제안 방법
- 즉 본 연구의 재생첨가제 제조에 사용한 아로마틱기 유와 아스팔트에서 분리한 나프텐-아로마틱 유분의 화학적 구조가 거의 유사함을 알 수 있었다. 4.4 재생첨가제 제조 본연구에서는 폐아스팔트의 성상 복원을 위한 재생첨가제의 제조는 표2와 같은 조성으로 아스 팔트（AP-3인 경우）, 파라핀 기유, 아로마틱 기유, 나프텐기유를 섞어 80℃에서 1시간 동안 교반을 하여 제조하였다. 제조에 사용된 파라핀기유, 아 로마틱기유, 나프텐기 유의 물리 • 화학적 성질은 표 3에 나타내었다.
- 5 재생된 폐아스팔트의 성분 분석 표4는 본 연구에서 제조한 재생첨가제를 폐아스대하여 실시하여 그림 6~9와 표5와 같이 나타내었다. 각 실험은 기준이 되는 AP-3와 폐아스콘으로부터 추출하여 얻어낸 폐아스팔트와 그 폐아스팔트에 재생첨가제를 무게비로 10%, 20% 첨가하여 물성을 비교 검토하였다.
- 본 연구는 ASTM D 4124에 명시된 규정에 의거하여 폐아스팔트와 신제아스팔트의 각 성분 함량을 분석하여 아스팔트 노화 시 변화하는 화학적 성상을 고찰하였다. 그리고 폐아스팔트의 변화된 성상을 복원시킬 수 있는 물질을 선정하여 화학적인 시험을 통하여 재생첨가제를 제조하였다. 제조된 재생첨가제를 폐아 스팔트에 10%, 20% 첨가하여 폐아스팔트의 복원 정도를 침입도（25℃）, 신도연화점, 점 도（60℃）의 네 가지 시험을 수행하여 폐아스팔트의 물성 변화 특성을 고찰하였다.
- 따라서 본 연구에서는 아스팔트 혼 합물의 생산에 사용되는 아스팔트가 원유로부터 추출된 물질임에 착안하여 아스팔트가 추출되는 바로 전 단계에서 얻어져 기유로 사용되는 나프텐기유와 아로마틱기유를 재생첨가제의 제조에 사용할 원료로 선정하였다. 물론 이들 물질에는 비슷한 성질의 물질들이 많이 혼재되어 있어 각각의 물질들로 분리해내기가 거의 불가능하므로 화학적으로 구조를 분석하기보다는 구성하고 있는 원소의 비율에 초점을 맞춰 분석을 하였다. 그림 3은 국내 정유회사에서 생산되고 값이 비교적 저렴한 나프텐기유와 아로마틱기유, 그리고 아스 팔트로부터 분리한 나프텐-아로마틱유분과 극성 아로마틱 유분의 성 분원소를 비교한 그래 프이다.
- 즉 재생첨가제의 제조는 증가된 아스팔텐의 함량을 줄여줄 수 있도록 해야 되는데, 이때 가장 중요한 성분이 방향족 성분으로 재생첨가제는 이 방향족 성분에 의해 그 기능이 좌우된다. 본 연구에서는 ASTM D 4124 규정에 의한 성분 분석을 통하여 아스팔트의 노화시아스팔텐의 함량이 증가하고, 방향족 성분의 함량이 감소함을 알 수 있었고, 이와 같이 증가한 아스팔텐의 함량을 감소시키기 위해 아스팔트의 아로마틱 유분과 화학적으로 비슷한 아로마틱 기유를 사용하여 재생첨가제를 제조하였다. 그리고 제조된 재생첨가제를 노화가 진 행된 폐아스팔트에 무게비로 20% 첨가했을 때, 신제아스팔트(AP-3)와 유사한 정도로 성상이 복원됨을 확인할 수 있었다.
- 재생첨가제를 제조하기 위해서는 아스팔트 노화시 변화되는 구성성분들의 고찰이 매우 중요하고, 이러한 고찰을 하기 위해서는 먼저 이들을 성분별로 분리하여 화학적 특성을 파악해야 한다. 본 연구에서는 신제아스팔트 및 폐아스팔트의 분리에 ASTM D 4124의 규정을 이용하였으며, 보통 아스팔트를 구성하고 있는 화합물을 정확히 분리하는 것은 거의 불가능하므로, 그 구성 성분을 몇 개의 그룹으로 나누어 각 그룹의 특징을 조사하여 아스팔트의 화학적 성질을 파악하였다. ASTM에서는 아스팔트를 크게 아스팔텐（Asphaltenes）, 포화탄화수소유분（Saturates Fraction）, 나 프텐아로마틱유분（Naphthene Aromatics Fraction） 및 극성아로마틱유분（Polar Aromatics Fraction）의 네 부분으로 나눈다.
- 이러한 결과는 결국 아스팔트의 노화가 진행되면 아스팔 트의 성분과 전혀 다른 성분의 물질이 새로 생성 되는 것보다는 노화의 대부분이 나프텐-아로마틱 유분 및 극성 아로마틱유분으로부터 아스팔텐으로 변한다. 예를 들면 ABCD의 네 가지 성분 중 B, C성분이 줄고 A성분이 증가하므로 이를 원래 성 분으로 재생하기 위해서는 B와 C성분을 적당히 보충해서 원래의 ABCD와 유사한 성분비로 복원하는데 본 연구의 초점을 맞추었다. 그러므로 폐 아스팔트의 재생은 나프텐-아로마틱유분 및 극성 아로마틱유분의 보충이 관건이다.
- 그리고 폐아스팔트의 변화된 성상을 복원시킬 수 있는 물질을 선정하여 화학적인 시험을 통하여 재생첨가제를 제조하였다. 제조된 재생첨가제를 폐아 스팔트에 10%, 20% 첨가하여 폐아스팔트의 복원 정도를 침입도（25℃）, 신도연화점, 점 도（60℃）의 네 가지 시험을 수행하여 폐아스팔트의 물성 변화 특성을 고찰하였다. 그림 1은 본 연구에서 수행된 전체 시험의 흐름도를 나타낸 것이며 각각의 구체적인 시험방법은 다음과 같다.
대상 데이터
- . Type F-20, 80— 200 mesh）를 사용하였다.
- 국내 정유회사에서 생산된 AP-3와 두 종류의 폐아스팔트를 아스팔텐, 포화 탄화수소유분, 나프텐-아로마틱유분. 극성아로마틱 유분의 네 가지 성분으로 분리하여 성분비를 구한 결과를 그림 2에 나타내었다.
- 즉 재생첨가제 를 제조하기 위해서는 아스팔트에 포함된 나프텐 -아로마틱유분 및 극성아로마틱유분과 유사한 화 학적 조성을 갖는 값싼 물질을 찾아내는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 아스팔트 혼 합물의 생산에 사용되는 아스팔트가 원유로부터 추출된 물질임에 착안하여 아스팔트가 추출되는 바로 전 단계에서 얻어져 기유로 사용되는 나프텐기유와 아로마틱기유를 재생첨가제의 제조에 사용할 원료로 선정하였다. 물론 이들 물질에는 비슷한 성질의 물질들이 많이 혼재되어 있어 각각의 물질들로 분리해내기가 거의 불가능하므로 화학적으로 구조를 분석하기보다는 구성하고 있는 원소의 비율에 초점을 맞춰 분석을 하였다.
- 본 연구에서는 부산광역시에 소재한 도로에서 공용기간이 약 10년 정도 경과한 2곳에서 회수한 폐아스콘으로부터 폐아스팔트（AP-3 사용）를 추출하여 시험에 사용하였고. 신제아스팔트는 침입도 85~100의 AP-3를 사용하였다.
- 본 연구에서는 부산광역시에 소재한 도로에서 공용기간이 약 10년 정도 경과한 2곳에서 회수한 폐아스콘으로부터 폐아스팔트（AP-3 사용）를 추출하여 시험에 사용하였고. 신제아스팔트는 침입도 85~100의 AP-3를 사용하였다. 그리고, 폐아스팔트 분리 및 추출에 사용한 시약은 Trichloroethylene （국제화고 한국）, n-Heptane （Duk- san, 한국）, Toluene （Duksan, 한국）, Me- thanol （Duksan, 한국） 등이고 거름종이는 Whatman No.
- 4 재생첨가제 제조 본연구에서는 폐아스팔트의 성상 복원을 위한 재생첨가제의 제조는 표2와 같은 조성으로 아스 팔트（AP-3인 경우）, 파라핀 기유, 아로마틱 기유, 나프텐기유를 섞어 80℃에서 1시간 동안 교반을 하여 제조하였다. 제조에 사용된 파라핀기유, 아 로마틱기유, 나프텐기 유의 물리 • 화학적 성질은 표 3에 나타내었다. 4.
이론/모형
- 이는 재생첨가제의 방향족유분 함량을 70% 이상으로 요구하는 것과 같다. 본 연구에서 제조한 재생첨가제는 ASTM D 4552- 92의 규정을 기준으로 하였다.
성능/효과
- 9%의 성분비를 나타냈다. 그리고 극성 아로마틱유분과 아로마틱 기유를 비 교했을 때 무게 비로 탄소가 각각 85.4% 82.9%로 가장 많 았고, 그 다음으로 수소, 황, 질소 순으로 각각 9.9% 8.9%, 5.7% 7.8%, 2.0% 2.0%의 성분비를 나타냈다. 이러한 실험결과로부터 본 연구에서 사용한 나프텐기유 및 아로마틱기유가 재생첨가제 의 제조에 가장 중요한 역할을 하는 나프텐-아로 마틱유분 및 극성아로마틱유분의 화학적 조성과 아주 유사함을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 ASTM D 4124 규정에 의한 성분 분석을 통하여 아스팔트의 노화시아스팔텐의 함량이 증가하고, 방향족 성분의 함량이 감소함을 알 수 있었고, 이와 같이 증가한 아스팔텐의 함량을 감소시키기 위해 아스팔트의 아로마틱 유분과 화학적으로 비슷한 아로마틱 기유를 사용하여 재생첨가제를 제조하였다. 그리고 제조된 재생첨가제를 노화가 진 행된 폐아스팔트에 무게비로 20% 첨가했을 때, 신제아스팔트(AP-3)와 유사한 정도로 성상이 복원됨을 확인할 수 있었다.
- 그림 6은 재생첨가제를 폐아스팔트에 첨가했을 때 침입도의 변화를 고찰하였다. 이 그림에서 알 수 있듯이 침입도가 17인 폐아스팔트에 제조한 재생첨가제를 10% 첨가하였을 때 침입도가 43, 20% 첨가하였을 때는 침입도가 80으로 20%를 첨가하였을 때는 침입도가 AP-3에 근접하여 성상이 복원이 된 것을 알 수 있었다. 그림 7과 그림 8은 각의 각 25℃ 와 15℃ 에서 실시한 신도시험 결과를 비교한 것이다.
- 0%의 성분비를 나타냈다. 이러한 실험결과로부터 본 연구에서 사용한 나프텐기유 및 아로마틱기유가 재생첨가제 의 제조에 가장 중요한 역할을 하는 나프텐-아로 마틱유분 및 극성아로마틱유분의 화학적 조성과 아주 유사함을 알 수 있었다.
- 그림 4와 그림5는 나타나는 peak의 크기는 차이가 나지만 위치는 거의 일치하고 있다. 즉 본 연구의 재생첨가제 제조에 사용한 아로마틱기 유와 아스팔트에서 분리한 나프텐-아로마틱 유분의 화학적 구조가 거의 유사함을 알 수 있었다. 4.
- 표 5는 점도시험 결과를 나타낸 것으로 점도가 34,900cSt인 폐아스팔트에 재생첨가제를 10%, 20% 첨가하였을 때 점도 가 각각 3,008cSt, 1,251 cSt로 회복되었고 20% 첨가하였을 때 AP-3의 점도에 근접하게 회복되는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 한정된 지역에서 채취한 폐아스콘(AP-3 사용)으로부터 추출한 폐아스팔트를 이용한 실험결과 이므로 다양한 지역에서 채취한 시료에 대한 검증과 혼합물에 대한 검증이 추가되어야할 것으로 사료된다.
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