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문제 정의
- 본 연구에서는 CR과 아스팔트바인더간의 공정조건에 따라 CR과 아스팔트의 혼합의 적정온도, 혼합시간의 변화 및 유연제의 첨가 등 공정조건의 변화에 따라 CR 개질아스팔트 혼합물의 온도 민감성을 예측할 수 있는 침입도지수와 저온인장접착강도와 강인성에 대해 고찰하였다.
제안 방법
- R-3가 아스팔트바인더에 미치는 영향을 확인하기 위해 AP-3의 연화점과 침입도 및 침입도 지수를 확인하였다. R-3의 첨가에 의한 아스팔트는 아스팔트 바인더에 비해 연화점은 감소하였으나, 침 입도지수가 증가한 결과를 Figure 4와 Table5에 보였다.
- 1994). 각 온도에서 침입도를 측정하여 측정온도 대 침입도의 반로그 좌표로부터 직선관계를 얻었다. 좌표에 나타난 직선의 기울기 A는 (1) 식으로부터 구하였다.
- 화강암 블록은 시험 전 표면의 불순물을 제거하기 위해 아세톤으로 세척 후 상온에서 2시간 건조하여 사용하였다. 두 개의 화강암블록 양쪽 끝에 12.5mm X 12.5mm X 25mm크기의 인조대리석 블록지지대를 설치한 후 빈 공간에 CR 개질 아스팔트를 채운 뒤 상온에서 24시간냉각하였다. 시험시편을 -2CTC에서 2시간 이상 정치 시킨 다음 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 교반속도를 600rpm으로 하여 혼합반응이 지속적으로 이루어진 상태에서 혼합온도, 반응시간 및 유연제의 첨가에 따른 침 입도와 연화점의 변화를 측정하였다. 반응온도가 180。。인 조건에서 반응시간이 1시간과 3시간에서 물리적 특성을 Table5와 Figure 2 및 Figure 3에 나타내었다.
- 본 연구에서는 폐타이어 고무분말(crumb rubber) 과아스팔트를 기본성분으로 하고 혼합반응시간, 혼합온도 및 유연제를 첨가한 공정조건에 따른 물성변화를 조사하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 피착제를 골재성분과 유사한 화강암 재질의 판재를 이용하여 저온에서 인장접착거동을 측정하였다. CR개질 아스팔트혼합물을 -20。°에서 측정한 접착 인장강도와 강인성을 Table 6와 Figure 6 및 Figure 7 에 나타내었다.
- 혼합반응조건은 600rpm의 교반속도로 180oC의 온도에서 최대반응시간을 각각 1시간과 3시간으로 하였다. 유연제에 따른 CR의 물리적 특성을 조사하기 위해 아스팔트 바인더에 대해 유연제를 2 wt % 첨가한 후 CR을 10wt%를 소량씩 나누어 첨가하여 혼합반응 시켰다. 혼합반응조건은 600rpm의 교반속도로 180 ℃ 및 210。。의 온도에서 최대반응시간을 각각 1시간과 3시간으로 하였다.
- 5mm/min로3회 이상 반복하여 측정하였다. 인장 접착력의 실험결과로부터 얻은 변형율과 인장접착강도 곡선을 적분하여 접착강인성을 구하였다.
- 침입도의 측정은 ASTM D5에 따라 7회 이상 반복하여 침입도 값을 측정하였으며, 최대 침입도 값과 최소 침입도 값을 제외한 5개의 침입도 측정치를 평균한 값을 침입도로 결정하였다.
- 입자크기가 작은 CRe 입자크기가 큰 CR에 비해 비표면적이 증가하여 아스팔트와의 계면에서 팽윤이 증가될 것으로 예측되었다. 평균 입자크기가 80mesh와 120mesh를 갖는 CR의 연화점과 침입도를 측정하였다. CR의 입자크기와 함량에 따른 침입도와 연화점을 Table4에 나타내었다.
- 혼합반응조건은 아스팔트가 완전 용융되었을 때 개질제인 CR을 아스팔트에 대해 5wt%, 10wt% 및 15wt%를 소량씩 나누어 첨가하여 혼합반응 시켰다. 혼합반응조건은 600rpm의 교반속도로 180oC의 온도에서 최대반응시간을 각각 1시간과 3시간으로 하였다. 유연제에 따른 CR의 물리적 특성을 조사하기 위해 아스팔트 바인더에 대해 유연제를 2 wt % 첨가한 후 CR을 10wt%를 소량씩 나누어 첨가하여 혼합반응 시켰다.
- 24시간 건조 하였다. 혼합반응조건은 아스팔트가 완전 용융되었을 때 개질제인 CR을 아스팔트에 대해 5wt%, 10wt% 및 15wt%를 소량씩 나누어 첨가하여 혼합반응 시켰다. 혼합반응조건은 600rpm의 교반속도로 180oC의 온도에서 최대반응시간을 각각 1시간과 3시간으로 하였다.
대상 데이터
- 바인더로 사용된 아스팔트는 SK사의 침입도 등급이 80-100인 AP-3 스트레이트 아스팔트를 사용하였으며, 침입도와 연화점을 Table 1에 나타내었다. 아스팔트바인더의 개질제는 CR을 사용하였으며, 입자크기가 30 mesh 인 CR을 자원재생공사에서 구입하여 사용하고, 80 mesh 와120 mesh는 Rouse Polymeries사의 CR을 구입하여사용하였다.
- 따라 측정하였다. 시험시편은 콘크리이트 블록 대신에 화강암블록(13mm X 25mm X 50mm)을 제작하였다. 화강암 블록은 시험 전 표면의 불순물을 제거하기 위해 아세톤으로 세척 후 상온에서 2시간 건조하여 사용하였다.
- 아스팔트바인더의 개질제는 CR을 사용하였으며, 입자크기가 30 mesh 인 CR을 자원재생공사에서 구입하여 사용하고, 80 mesh 와120 mesh는 Rouse Polymeries사의 CR을 구입하여사용하였다. 국내에서 얻어지는 CRe 대형 타이어의 연마공정에 의하여 얻어지며, 고무성분에서 천연고무가 주성분으로 구성되었다.
- 시험시편은 콘크리이트 블록 대신에 화강암블록(13mm X 25mm X 50mm)을 제작하였다. 화강암 블록은 시험 전 표면의 불순물을 제거하기 위해 아세톤으로 세척 후 상온에서 2시간 건조하여 사용하였다. 두 개의 화강암블록 양쪽 끝에 12.
이론/모형
- CR 개질아스팔트의 온도 민감성을 평가하기 위해 침입도 지수 (penetration index, PI)를 Pfeiffer 가 제안한 실험식으로부터 계산하였다(Morrisonet al. 1994). 각 온도에서 침입도를 측정하여 측정온도 대 침입도의 반로그 좌표로부터 직선관계를 얻었다.
- 연화점의 측정은 ASTM D36에 따라 3회 이상 반복하여 연화점을 측정하였다.
- 저온에서 개질 아스팔트의 인장접착력은 ASTM D5329에 따라 측정하였다. 시험시편은 콘크리이트 블록 대신에 화강암블록(13mm X 25mm X 50mm)을 제작하였다.
성능/효과
- 1. CR의 평균입자크기가 30mesh, 80mesh 및 120 mesh에서 침입도는 CR의 입자크기가 감소할수록 침입도가 감소하였다. CR의 비표면적 이 증가함에 따라 CR 의 팽윤이 증가하여 CR과 아스팔트바인더간의 상용성이 향상됨을 알 수 있었다.
- 2. 유연제에 의해 개질된 아스팔트혼합물은 아스팔트바인더에 비해 온도 민감성이 작음을 알 수 있었다. 유연제를 첨가한 CR개질 아스팔트는 혼합시간이 증가함에 따라 저온인장접착 특성이 증가하였다.
- 3. CR 개질 아스팔트는 혼합반응온도가 180oC에서반응시간의 변화에 따른, 침입도, 연화점, 저온 인장 접착 강도 및 강인성이 일정하였다. CR 개질 아스팔트에 유연제를 첨가한 아스팔트혼합물은, 반응온도가 210oC가 180oC에 비해 저온인장접착강도와 강인성이 크게 증가하였다.
- 혼합반응온도가 21 (TC는 180℃보다 인장접착강도는 62%와 강인성이 230% 증가하였다. CR과 아스팔트바인더간 팽윤이 증가할수록 연성이 증가하여 인장접착강도와 강인성이 증가함을 확인할 수 있다. 이러한 결과들로부터저온에서 온도 민감성을 향상시킨 CR 개질 아스팔트는 혼합반응 시간보다는 혼합반응온도와 유연제가 더 효과적인 인자임을 알 수 있다.
- CR의 평균입자크기가 30mesh, 80mesh 및 120 mesh에서 침입도는 CR의 입자크기가 감소할수록 침입도가 감소하였다. CR의 비표면적 이 증가함에 따라 CR 의 팽윤이 증가하여 CR과 아스팔트바인더간의 상용성이 향상됨을 알 수 있었다.
- CR의 함량이 10wt%으로 개질한 아스팔트혼합물의 반응온도가 18CTC의 결과에서는 반응시간 변화에 따라 침입도와 연화점의 변화가 거의 없음을 나타냈다. CR의 함량이 10wt%로 개질한 아스팔트혼합물에 파라핀계 오일을 2wt% 첨가한 경우, 연화점은 일정한 반면, 침입도는 감소함을 보였다.
- 이는 저온에서 개질 아스팔트혼합물과 석재 사이의 접착강도가 개질 아스팔트의 인장강도 보다 약하기 때문에 일어나는 현상이다. CR의 함량이 증가함에 따라 인장접착강도와 강인성이 증가하였으나, CR의 함량을 10wt%로 고정하여 혼합반응시간이 1시간과 3시간에서의 인장접착강도와 강인성은 유사한 결과를 보였다. 이는 침입도 지수 및 침입도의 결과와 일치하는 결과를 보이고 있다.
- CR개질 아스팔트혼합물을 -20。°에서 측정한 접착 인장강도와 강인성을 Table 6와 Figure 6 및 Figure 7 에 나타내었다. 모든 CR개질 아스팔트 혼합물들은 석재의 표면에서 떨어지는 접착파괴(adhesive failure) 현상을 보였다. 이는 저온에서 개질 아스팔트혼합물과 석재 사이의 접착강도가 개질 아스팔트의 인장강도 보다 약하기 때문에 일어나는 현상이다.
- 오일이 침투하여 아스팔트의 수지성분인 maltents안에 분자간 확산이 일어남을 알 수 있다. 이 결과로부터 오일의 첨가에 의해 저온에서 고무탄성영 역이 증가하여 아스팔트바인더 의연 성이 증가될 것으로 예측된다. 이러한 분자간 확산에 의해 CR의 팽윤이 증가하고 아스팔트바인더와 CR 간의 계면에서 상용성(miscibility)이 증가하여 CR 개질 아스팔트의 저장안정성이 증가한 것으로 판단된다.
- CR과 아스팔트바인더간 팽윤이 증가할수록 연성이 증가하여 인장접착강도와 강인성이 증가함을 확인할 수 있다. 이러한 결과들로부터저온에서 온도 민감성을 향상시킨 CR 개질 아스팔트는 혼합반응 시간보다는 혼합반응온도와 유연제가 더 효과적인 인자임을 알 수 있다. 침입도 지수와 저온인장접착특성이 부분적으로 서로 일치하지 않았으나 일반적으로 침입도지수가 큰 값을 갖는 CR 개질 아스팔트일수록 저온 인장 접착 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
- 값을 보였다. 이러한 결과로부터 평균 입자크기가 80mesh인 CRe 30mesh에 비해 온도 민감성이 향상되었음을 알 수 있다. 또한 CR의 함량이 15wt% 이상에서는 CR의 입자크기가 감소할수록 점도가 상승하여 혼합반응이 어려웠다.
- 냉온 분쇄법을 이용한 CRe 상온 분쇄법에 비하여 미세한 CR입자를 얻을 수 있으며 상온에서 분쇄과정에서 발생하는 마찰열을 방지 할 수 있어 물성 저하를 억제 할 수 있다. 입자크기가 작은 CRe 입자크기가 큰 CR에 비해 비표면적이 증가하여 아스팔트와의 계면에서 팽윤이 증가될 것으로 예측되었다. 평균 입자크기가 80mesh와 120mesh를 갖는 CR의 연화점과 침입도를 측정하였다.
- 입자평균크기가 30mesh인 CR에 비해 침입도가 감소한 값을 보였다. 이러한 결과로부터 평균 입자크기가 80mesh인 CRe 30mesh에 비해 온도 민감성이 향상되었음을 알 수 있다.
- 이러한 결과들로부터저온에서 온도 민감성을 향상시킨 CR 개질 아스팔트는 혼합반응 시간보다는 혼합반응온도와 유연제가 더 효과적인 인자임을 알 수 있다. 침입도 지수와 저온인장접착특성이 부분적으로 서로 일치하지 않았으나 일반적으로 침입도지수가 큰 값을 갖는 CR 개질 아스팔트일수록 저온 인장 접착 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
- 이는 저온에서 유연제에 의한 소성변형이 증가하여변형율이 증가한 것으로 생각된다. 혼합반응온도가 21 (TC는 180℃보다 인장접착강도는 62%와 강인성이 230% 증가하였다. CR과 아스팔트바인더간 팽윤이 증가할수록 연성이 증가하여 인장접착강도와 강인성이 증가함을 확인할 수 있다.
- CR 개질 아스팔트에 유연제를 첨가한 아스팔트혼합물은, 반응온도가 210oC가 180oC에 비해 저온인장접착강도와 강인성이 크게 증가하였다. 혼합시간과 반응온도의 변화에 의한 공정조건에서 반응시간보다 반응온도가 증가함에 따라CR 개질아스팔트의 저온특성이 향상되었다.
후속연구
- 2005). 따라서 저온 영역에서 아스팔트바인더의 연성(flexibility)이 도로의 수명연장에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. Miknis (1998)등은 CR의 팽윤에 미치는 변수들을 평가하기 위해, 단독CR과 아스팔트바인더와 CR을 혼합하여 각각 가열온도를 175。。에서 시간의 변화에 따라, 팽윤의 변화를 측정하였으며, 반응시간이 증가함에 따라 아스팔트바인더에서 CR의 팽윤이 증가함을 나타냈다.
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