[논문]아스팔트 혼합물의 내수분손상 향상에 대한 박리방지제의 효과

이은경; 최세영

아스팔트 혼합물의 내수분손상 향상에 대한 박리방지제의 효과
Effect of Antistripping Agent on the Enhancement of Resistance to Moisture Damage of Asphalt Mixture 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.10 no.4, 2009년, pp.182 - 190

초록
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본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 수분 손상을 감소시키기 위한 박리방지제 효과에 대하여 고찰하였다. 아스팔트 박리방지제는 tetraethylene pentamine (TEPA), Triethylenetetramine (TETA), 그리고 bis(hexamethylene)-triamine (BHMT) 각각과 포름알데히드의 축합반응에 의하여 합성하였다. 또한 스테아르산 또는 팔미트산과 금속 수산화물과의 반응을 통하여 금속계 박리방지제를 합성하였다. 박리방지제가 첨가된 아스팔트 혼합물의 기계적 특성은 마샬안정도, 수침잔류안정도 및 피막률에 대하여 분석하였다. 본 연구에서 합성된 박리방지제는 아스팔트 혼합물의 수분손상을 감소시켰다. 특히 BHMT계 및 C/S (Calcium stearate hydroxide) 박리방지제가 가장 높은 수침잔류 안정도 및 피막률을 보였다. 왜냐하면 각각 아민농도의 증가, 그리고 금속계면활성제의 효과적 역할로 인하여 BHMT 박리방지제와 C/S 박리방지제는 아스팔트와 골재 사이의 접착력을 향상시켜 주었기 때문이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, effect of antistrip additives to reduce moisture damage of asphalt mixture were studied. Asphalt antistripping agents were prepared by condensation of formaldehyde with tetraethylene pentamine (TEPA), triethylenetetramine (TETA) and bis(hexamethylene)-triamine (BHMT), respectively. And also the metal type antistripping agent was prepatred by neutralization of stearic acid or palmitic acid with metal hydroxide. Mechanical characteristics of the asphalt mixture added antistripping agent were evaluated with Marshall stability, submerging residuals and coating rate. It was found that antistripping agent prepared in this study reduced moisture damages of asphalt mixtures. In particular, asphalt mixtures added BHMT and C/S (Calcium stearate hydroxide) antistripping agent showed highest submerging and coating rate. Because BHMT and C/S type antistripping agent was to improve bonding between asphalt and aggregate owing to increase of amine concentration and role of metal surfactant.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 골재로 침입되어진 물과의 반응을 줄여주어 아스팔트와 골재간의 강한 결합을 유지시켜 아스팔트의 박리현상을 최소화 할 수 있는 박리방지제를 합성하고자 하였다. 이에 금속계 및 아민계박리방지제를 합성하여 FT-IR 을 사용하여 구조분석을그리고 합성되어진 박리방지제를 아스팔트에 첨가하여 마샬 안정도, 수침잔류 안정도 및 피막률에 대하여 고찰하였다.
본 연구에서 합성한 아민계 박리방지제 및 금속계 박리방지제 첨가에 따른 아스팔트 혼합물의 박리성을 확인하기 위해서 아스팔트 혼합물에 아민계 박리방지제 및금속계 박리방지제를 첨가한 것과 박리방지제를 첨가하지 않은 아스팔트 혼합물을 물에 담지함으로써 박리성을 확인하였다.

제안 방법

박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물을 물에 72 h 담지시켜 박리성을 측정하였다.
아민계 및 금속계 박리방지제의 구조를 분석하기 위하여 FT-IR Spectrometer (Bomem Co. Germany)를 사용하였다.
합성하고자 하였다. 이에 금속계 및 아민계박리방지제를 합성하여 FT-IR 을 사용하여 구조분석을그리고 합성되어진 박리방지제를 아스팔트에 첨가하여 마샬 안정도, 수침잔류 안정도 및 피막률에 대하여 고찰하였다.

대상 데이터

40% Formaldehyde는 Fisher scientific사의 것을 사용하였고, Daejung chemical사의 Stearic acid 98%를 Palmitic acid 95%를 사용하였다. Zinc hydroxide는 Junsei 사의 것을 Calcium hydoxide는 Shinyo pure chemical 사의 것을 사용하였으며, Aluminium hydroxide는 Daejung chemical 사의 것을 사용하였다.
Junsei chemical사의 TETA (triethylenetetramine)을 사용하였으며, Kanto chemical 사의 TEPA (tetraethylenepentamine) 그리고 Sigma 사의 BHMT (Bis(hexamethylene)-triamine) 를 사용하였다. 40% Formaldehyde는 Fisher scientific사의 것을 사용하였고, Daejung chemical사의 Stearic acid 98%를 Palmitic acid 95%를 사용하였다.
40% Formaldehyde는 Fisher scientific사의 것을 사용하였고, Daejung chemical사의 Stearic acid 98%를 Palmitic acid 95%를 사용하였다. Zinc hydroxide는 Junsei 사의 것을 Calcium hydoxide는 Shinyo pure chemical 사의 것을 사용하였으며, Aluminium hydroxide는 Daejung chemical 사의 것을 사용하였다.

이론/모형

박리방지제를 첨가하여 제조한 아스팔트 혼합물을 KS F 2355 및 KS F 2360 규격에 의하여 다음 식 (2) 을 이용하여 피막률을 측정하였다.
박리방지제를 첨가하여 제조한 아스팔트 혼합물을 KS F 2369 규격에 의하여 마샬 안정도, 흐름도, 공극률을 측정하였고, 수침잔류안정도는 다음 식 (1)을 이용하여 측정하였다.

성능/효과

(c)제시된 바와 같이 아스팔트와 골재사이 결합에서 친수기인 골재부분은 아민계 박리방지제의 친수성부분과 소수기인 아스팔트는 아민 박리방지제의 소수성을 갖는 부분과 결합하게 된다. 아민들은 자신의 반대 극성을 갖는 골재의 모든 부분에 결합을 하게 되고, (e) 에서 보는 바와 같이 아민의 증가로 인해서 친수성을 갖는 부분이 증가하게 되고, (1)에서와 같이 아민과 물과의 강한 수소결합을 하게 된다.
Figure 4(a)는 Stearic acid와 Al(OH)3를 반응 시켜 합성한 금속계 박리방지제 FT-IR 그래프를 나타낸 것이다. 1, 014 cm-1 부근에서 C-O 결합을 확인할 수 있었고, 2, 915 cm-1에서 C-H 및 O-H의 결합을 확인할 수 있었다. Figure 4(b)은 Stearic acid와 Ca(OH)2를 반응 시켜 합성한 금속계 박리방지제의 IR 그래프로써, 1, 112 cm-1에서 1, 300 cm-1 ~1,000 cm-1 사이에서 확인할 수 있는 C-O의 존재를 알 수 있었고, 2, 915 cm-1 에서 C-H 결합 및 알데히드의 존재를 확인할 수 있었다.
또한 CH₂OH (methylolic groups) 도 남아있음을 확인할 수 있었다. 그러므로 FT-IR 분석을 통해 아민, C-H의 결합 및 아미노기의 존재를 확인할 수 있었으며, Figure 1에서 제시된 바와 같이 아민계 박리방지제가 합성이 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
마샬 안정도값은 수입 시판되고 있는 박리방지제 (pC/AA) 보다 모두 우수한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 금속계 박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물 모두 pC/AA 보다 수침잔류안정도 및 피막률이 높음을 알수 있다. 이는 금속계 박리방지제의 유기부분(-CH₃(CH)2-) 그리고 무기금속부분 (COO-M) 은 각각 유기 및 무기 분자인 아스팔트와 골재 사이에 다리 역할을 할 수 있게끔 해준다[12].
현재 수입 시판되고 있는 박리방지제 (C/AA) 가 첨가된 아스팔트 혼합물과 비교했을 때, 본 실험에서 합성한 아민계 박리방지제를 넣은 아스팔트 혼합물의 마샬 안정도는 우수하였고, 흐름값 및 공극률은 유사한 값을 보였다. 또한 수침잔류 안정도는 본 연구에서 합성한 아민계 박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물이 높은 수침잔류안정도 값을 보였다. 아민계 박리빙지제들의 극성 작용기들은 골재 표면에 강하게 흡착하고 긴 사슬 알킬 그룹들은 소수성인 아스팔트에 흡착 [16] 하여 골재와 아스팔트 사이의 결합력이 증대되어 박리현상을 감소 시켜 높은 수침잔류안정도 값이 나타난 것으로 사료된다.
특히, BHMT를 반응시켜 합성한 박리방지제가 가장 높은 수침잔류안정도 값을 나타내었다. 또한 수침잔류안정도의 값과 같이 BHMT 를 첨가한 아스팔트 혼합물의 피막률이 95%로 가장 높은 값을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 앞서서 FT-IR 결과에서 BHMT를 반응 시켜 합성한 박리방지제의 3, 000-3, 500 cm-1 아민의 농도가 가장 높은 값을 나타냄을 볼 수 있었다.
아민계 박리방지제를 첨가한 경우와 마찬가지로 마샬 안정도, 흐름값 및 공극률이 높은 값을 보이는 것을 확인할 수 있다. 마샬 안정도값은 수입 시판되고 있는 박리방지제 (pC/AA) 보다 모두 우수한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 금속계 박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물 모두 pC/AA 보다 수침잔류안정도 및 피막률이 높음을 알수 있다.
아민계 박리방지제를 첨가한 경우와 마찬가지로 마샬 안정도, 흐름값 및 공극률이 높은 값을 보이는 것을 확인할 수 있다. 마샬 안정도값은 수입 시판되고 있는 박리방지제 (pC/AA) 보다 모두 우수한 값을 보임을 알 수 있다.
아스팔트 혼합물에서 발생하는 박리현상을 감소시키기 위해 아민계 및 금속계 박리방지제를 합성하여 FT- IR 구조분석, 마샬 안정도, 박리성, 수침투안정도 및 피막률을 고찰한 결과, 아민계 및 금속계 박리방지제는 아스팔트와 골재사이에서의 결합 및 접착성을 증대 시켜 박리현상을 감소시켰다. 아민계 박리방지제의 경우, 아민의 농도 증가로 인해, 골재와 아스팔트 사이에서의 강한 인력으로 수분에 의한 민감성을 감소시켜 주었으며, 금속계 박리방지제의 경우 아스팔트와 골재사이의 계면에서 금속과 아스팔트 사이의 강한 결합 즉, 효율적인 계면활성제의 역할로 골재에서 아스팔트가 박리되는 현상을 방지시켜 주어 높은 수침잔류안정도 및 피막률 값을 나타내었다.
아민계 박리빙지제들의 극성 작용기들은 골재 표면에 강하게 흡착하고 긴 사슬 알킬 그룹들은 소수성인 아스팔트에 흡착 [16] 하여 골재와 아스팔트 사이의 결합력이 증대되어 박리현상을 감소 시켜 높은 수침잔류안정도 값이 나타난 것으로 사료된다. 특히, BHMT를 반응시켜 합성한 박리방지제가 가장 높은 수침잔류안정도 값을 나타내었다. 또한 수침잔류안정도의 값과 같이 BHMT 를 첨가한 아스팔트 혼합물의 피막률이 95%로 가장 높은 값을 보이고 있음을 알 수 있다.
이는 금속계 박리방지제의 탄화수소 부분은 아스팔트와 금속부분은 골재와 결합하여 다리 역할을 해줌으로써 아스팔트와 골재간의 강한 접착능력 [12] 을 부여하여 아스팔트와 골재의 혼합시 계면에서의 결합력을 증가시킴으로써 박리현상에 대한 아스팔트의 저항을 증가시켜준것으로 해석된다. 특히, C/S 박리방지제가 첨가된 아스팔트 혼합물의 박리저항성이 가장 우수하였다. 이는 C/S 박리방지제가 골재와 반대의 전기적 전하 [14, 15] 를 주어 아스팔트와 골재간의 접착성을 증대시켜 주어 수분민감성을 감소시켜 아스팔트가 골재에서 박리되는 현상이 발생하지 않는 것으로 해석된다.
나타내었다. 현재 수입 시판되고 있는 박리방지제 (C/AA) 가 첨가된 아스팔트 혼합물과 비교했을 때, 본 실험에서 합성한 아민계 박리방지제를 넣은 아스팔트 혼합물의 마샬 안정도는 우수하였고, 흐름값 및 공극률은 유사한 값을 보였다. 또한 수침잔류 안정도는 본 연구에서 합성한 아민계 박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물이 높은 수침잔류안정도 값을 보였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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