抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物及利用该混合物的薄层铺装方法

摘要

本发明公开了抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物及利用该混合物的薄层铺装方法。本发明提供抑制反射龟裂、消减噪声、增强道路的耐久性、具备经济性且环保的沥青添加剂及包含该沥青添加剂的沥青混合物以及利用该沥青混合物的薄层铺装方法。本发明还提供对植物性油、环烷类油、矿物性纤维、合成橡胶及有机硫化促进剂进行混合而成的搅拌型沥青添加剂、包含上述沥青添加剂的低噪声沥青混合物以及利用该沥青混合物的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性薄层铺装工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物及利用该混合物的薄层铺装方法。

背景技术

韩国国内沥青混凝土铺装的设计年限为20年，包括一次维修，但实际每2～3年进行维修。因交通量以及重车增加，导致道路寿命降低，而且随着使用者对于道路的期待度提高，频繁进行重新铺装，导致经济压力大，这是不争的现实。

道路铺装维修工艺可分为切削填充、非切削填充，非切削填充工艺分为一般的填充和薄层填充。

沥青填充维修方法存在如下的问题：因现有路面的变形而导致平坦性降低，发生具有下部层的龟裂位置的填充层也发生龟裂的反射龟裂。

反射龟裂抑制工艺中最简单的方法是使混凝土铺装上的沥青填充厚度增加，来增加龟裂穿过的厚度。该工艺具有如下优点：可延迟因反射龟裂而导致破坏所需的时间，随着铺装的强度增加，可减少因交通荷重的砖缝部的变形。但是，存在随着铺装变得越厚，施工费用也随之增加(韩国沥青铺装研究会，1999)的缺点。

为了延长借助尺寸效果和反射龟裂抑制效果的铺装寿命，从20世纪60年代末开始在沥青填充铺装中使用了土木纤维适用工艺。自从1975年以来，美国的各州携手联邦公路局(FHWA)进行了在不同气候条件下的关于土木纤维增强沥青填充铺装的施工和公用性的研究，大部分研究结果显示，土木纤维增强材料可显著减少老旧铺装上部的反射龟裂，由此，可减少沥青填充层的厚度(韩国建设交通部，2002b)。

一般而言，骨材最大尺寸越小，排水性或沥青玛蹄脂碎石(Stone MasticAsphalt，SMA)混合物的噪声消减效果越大。尤其，沥青玛蹄脂碎石(SMA)是一种粗骨材所占的比例高，用沥青砂浆填充借助粗骨材的啮合形成的间隙的缝隙(gap)粒度的混合物。由于铺装表面具有孔隙，导致排水性或噪声消减等功能多少会降低，但耐久性高。

因现有路面破碎及切削，切削填充方法会引起路面损伤，填充后可能会导致路面耐久性降低。并且，存在产生破碎、切削的废弃物以及由处理带来的环境问题以及处理费用增加的问题。

一般的非切削填充方法存在因道路路面上升而导致车辆运行不便，难以处理雨水的问题，从道路结构上能进行填充的地区比较有限。

为了解决如上所述的切削填充以及一般非切削填充的问题，本发明人研究了通过薄层进行非切削填充的方法。

以往的薄层铺装工艺使用了树脂类浆丝或利用乳化沥青的浆丝。

树脂类浆丝是利用环氧、聚酯树脂、丙烯酸单体、聚氨酯及聚脲树脂等树脂类薄层铺装，因根据施工温度的硬化表达的差异、树脂与沥青铺装之间的材料力学差异，耐久性降低，而且作为高价材料，其经济性较低，难以普及化。并且，因需要使用溶剂，因此不环保，公用软水流经时，因防滑用骨材的损失而导致产生形成树脂层溜滑的道路问题。不仅如此，树脂类浆丝难以进行再施工，公用寿命结束之后，出现废弃物再利用问题。

利用乳化沥青的浆丝具有在常温及低温下因养生时间增加而导致需要进行交通管制的问题。并且，具有因乳化沥青自身的物理性质而导致耐久性不佳的问题。

发明内容

本发明要解决的问题：

为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的在于提供抑制反射龟裂、消减噪声、增强道路的耐久性、经济而环保的沥青添加剂及包含该沥青添加剂的沥青混合物以及利用该沥青混合物的薄层铺装方法。

本发明解决问题的方案：

为了解决上述问题，本发明通过持续研究，发明了混合植物性油、环烷类油、矿物性纤维、合成橡胶及有机硫化促进剂的新型沥青添加剂、包含该添加剂的低噪声沥青混合物以及利用该沥青混合物的薄层铺装方法。

下面将说明本发明通过何种结构来解决了现有技术的问题。

首先，针对在填充维修工艺中发生反射龟裂的问题，通过缝隙粒度及纤维增强来予以解决，并利用改善粘性及伸度的粘合剂来提高了耐龟裂性。

并且，针对切削填充维修工艺的问题，通过采用非切削填充予以解决，而针对一般非切削填充工艺的问题，则利用薄层铺装工艺来予以解决。

不仅如此，针对因现有铺装材料与维修铺装材料的材料力学差异而产生的问题，通过将维修铺装材料作为沥青类的方法来予以解决。

针对树脂类浆丝的抗滑性降低的问题，通过增加借助缝隙粒度的表面孔隙的方法来予以解决。

并且，针对适用树脂类浆丝时发生的废弃物处理问题，通过将添加剂形成为沥青类，可用作为再生沥青的方法来予以解决。

不仅如此，在本发明中，使添加了添加剂的沥青混合物起到中温沥青功能，可执行早期交通开放，使其维持改性沥青功能，由此提高了铺装的耐久性，发挥低噪声功能，解决了现有技术的问题。

本发明的沥青粘合剂应确保伸度、弹性及粘性的功能和薄层铺装所需的作业性。将热塑性弹性体作为主要成分的沥青改性剂，更具体地，熔体流动值为15g/10分钟以下的乙烯芳香族烃·共轭二烯嵌段共聚物100重量份，含有粘结性树脂0.1～100重量份、芳香族成分含量为20～60重量百分比，在40℃温度下的动态粘度为70～900mm²/s的加工油5～100重量份，相对于上述成分的合计100重量份，还包含0.1～40重量份橡胶的沥青改性剂(以下，在本发明中简称为“RMC”)作为合成橡胶类添加剂，属于高弹性材料。但要想适用于薄层，因其粘度高，导致作业性下降，尤其是沥青改性剂需要160℃以上的压实温度，从薄层特性上，无法维持压实温度。为了完善这种施工性，研究了加工油。加工油中的环烷类油具有优秀的与沥青改性剂及沥青的相容性，仅靠少量也能将作业性极大化。而且还确认，植物性油具有优秀的与环烷类油的相容性，尤其是借助流动性增加，可显著提高作业性，可降低大气污染物质的产生量，适合于本发明的混合物。

这种沥青改性剂与加工油之间的组合使薄层铺装的作业性极大化，并且增加伸度，使抗龟裂性极大化，因粘合剂的粘度减少，导致骨材皮膜的厚度减少，为了补充与混合物之间的抗脱离性，本发明研究了增强纤维的方法。纤维的直径及长度并无特别限制，当使用1～10微米的直径及长度约200～1000微米左右的纤维，更优选地，使用4～6微米的直径及约500微米长度的纤维时，与沥青的分散性达到了最高，为确保本发明混合物的适当的粘合剂粘度而决定了添加量。并且，对纤维实施了阳离子处理(cationic sizing)，在沥青内部，从化学层面，因界面活性增加而使分散性增大；从物理方面，因纤维的分散和网络形成而使沥青的拉力增加。而且在混合物内部也形成网络，使来自上部的压缩应力分散，减少塑性变形，并使来自下部的引张应力分散，使抗反射龟裂性极大化。

通过这种组合来开发出了借助沥青改性剂来强化弹性及弹性复原力，强化借助油的作业性、施工性及低温弹性，借助纤维构成网络以及具有抗反射龟裂性的粘合剂。但是，上述组合会使粘合剂软化，因此在强度上需要改善。本发明确认了在上述组合中将有机硫化促进剂作为强度改善剂来使用时有效果。硫磺添加于油、沥青、合成橡胶中包含的双键中，使上述原料构成化学性的网络，通过这种网络的形成，可以大幅改善沥青粘合剂的机械性质。

并且，为了以薄的厚度铺设、压实，包含本发明所述沥青添加剂的沥青混合物可使用5mm以下的骨材，以15～25mm铺设、压实。骨材应具有作为沥青混合物用骨材的物性，尤其要具有多孔用骨材的形状，即，应具有呈圆形而有棱角的形状，使得在施工后能够维持骨材之间的啮合功能。本发明的沥青混合物借助骨材啮合效果和粘合剂的粘性、弹性功能，使抗塑性变形能力极大化(表6)。并且，由于采用薄层施工，在现场混合物温度的急剧下降，使低温压实性能极大化(表7)。并且，借助粘合剂的粘性功能，使抗骨材脱离性极大化(表8)。混合物借助粘合剂的伸度、弹性及弹性复原力功能，具有优秀的耐龟裂性能，使抗反射龟裂性极大化(表9)。

并且，本发明的混合物使抗反射龟裂性极大化(表10)，且通过确保缝隙粒度的表面孔隙，使抗滑性、噪声消减性极大化(表11)。

下表1示出本发明的沥青添加剂的组成成分和组成比。

表1

成分组成比(重量百分比)沥青改性剂5～15环烷类油50～80植物性油5～20矿物性纤维5～20有机硫化促进剂0.1～0.5

关于构成本发明的沥青添加剂的组成成分，在下文中进行说明。

沥青改性剂RMC：

针对熔体流动值为15g/10分钟以下的乙烯芳香族烃·共轭二烯嵌段共聚物100重量份，含有粘性赋予树脂0.1～100重量份、芳香族成分含量为20～60重量百分比，在40℃温度下的动态粘度为70～900mm²/s为特征的加工油5～100重量份，针对上述成分的合计量100重量份，还包含0.1～40重量份的橡胶，沥青改性剂“RMC”强化公用中的耐久性，通过赋予粘合剂的引张应力及复原力来增大抗龟裂性。在沥青改性剂“RMC”为小于5重量百分比时弹性不足，难以通过赋予耐久性、粘合剂的引张应力以及复原力来增大抗龟裂性，若超过15重量百分比，则粘度上升，导致作业性急剧下降。

环烷类油：

在本发明中使用的环烷类油含有40～50％(w/w)的环烷环，由高分子量构成，增大与沥青改性剂的混合性以及分散性。在该油中，极性化合物以6％以内存在，相比于石蜡类油，粘度指数低，溶解力高，由此增大沥青改性剂乳化力，在沥青混合物中使本发明所述添加剂的分散性极大化。在小于50重量百分比的情况下，难以增大与沥青改性剂的混合性以及分散性；若超过80重量百分比，则因粘度过度下降而难以维持物理强度。

植物性油：

在本发明中，可选择油酸、亚油酸、亚麻油酸、大豆油、废食用油、油菜油、葵花油、棕榈油、玉米油等多样的植物性油中的一种以上来使用，通过使用植物性油，可显著降低尤其在混合物生产过程中的大气污染物质(挥发性有机化合物，VOC)的产生量。40℃动态粘度为300℃St以下的植物性油则通过增加混合物的流动性来显著改善作业性，并使因薄层铺装的温度降低而引起的作业性变动最小化。换句话说，使植物性油中的沥青混合物出现中温化效果。在本发明中使用的植物性油含有6～10％的亚麻酸，借助亚麻酸中的甲酯使流动性增加。该油使粘合剂的伸度增大，在沥青混合物中提高抗龟裂性，发挥防止自身龟裂及反射龟裂的性能。在添加剂中含量为小于5重量百分比的情况下，增加混合物的流动性的效果甚微，若超过20重量百分比，因粘度过度降低而导致难以维持物理强度。

矿物性纤维：

在本发明中使用的矿物性纤维为利用玄武岩、闪绿岩或矿渣制造的强化纤维。纤细而均匀的纤维形成连续的微细孔隙，发挥隔音功能，吸收在本发明的添加剂中使用的植物性油和环烷类油，在制造沥青混合物时，增大分散性。纤维存在于在混合物内部以约500微米左右的长度分散并相啮合的骨材之间。由于对存在于骨材之间的纤维实施了阳离子处理(cationic sizing)，因此与沥青的粘结力提高，并与粘合剂相混合，在骨材形成皮膜，增大剥离及抗龟裂性。由于矿物性纤维中的纤细而均匀的纤维形成连续的微细孔隙，因此使噪声通过纤维时，具有使声压能转换为摩擦能来吸音的效果。该矿物性纤维的直径及长度并无特别限制，优选地，使用4～6微米的直径及长度约500微米的无机物纤维来使沥青的粘度增加最小化，发挥最佳的混合性和分散性。韩国国内的铁原等地的玄武岩埋藏量非常充足，因此优选使用玄武岩纤维。在小于5重量百分比的情况下，分散于混合物，难以形成网络，因此无法增大抗剥离性及抗龟裂性，若超过20重量百分比，则因粘度增加而导致作业性急剧下降。

有机硫化促进剂：

由于显示胶体弹性的所有高分子的分子间相互作用较弱，在制造橡胶产品时，为了防止分子间的滑动，提高物性，用硫化剂形成架桥。有机硫化促进剂是一种促进硫化剂的硫化力来缩短硫化时间的药品，通过硫化来改善橡胶的物理性质。在有机硫化促进剂中添加橡胶原料的2～3％(w/w)来增进弹性及复原力。硫化量越多，强度越高，易于粉碎。在本发明中，促进在沥青、油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等的有机分子链的双键添加硫磺，使单一分子之间相耦合或各个原料之间相连接，来改善弹性及恢复力等的物理性质。若小于0.1重量百分比，则难以形成交联，导致无法改善物理性质；若超过5重量百分比，则过度形成交联，导致变硬、缺乏弹性。

本发明涉及如下的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青添加剂包含：沥青改性剂，将热塑性弹性体作为主要成分；环烷类加工油；植物性油；矿物性纤维；以及有机硫化促进剂。

进一步，本发明涉及如下的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青添加剂，包含：沥青改性剂5～15重量百分比，将热塑性弹性体作为主要成分；环烷类加工油50～80重量百分比；植物性油5～20重量百分比；矿物性纤维5～20重量百分比；以及有机硫化促进剂0.1～0.5重量百分比。

并且，本发明涉及如下的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青添加剂，相对于熔体流动值为15g/10分钟以下的乙烯芳香族烃·共轭二烯嵌段共聚物100重量份，将上述热塑性弹性体作为主要成分的沥青改性剂含有粘结性树脂0.1～100重量份、芳香族成分含量为20～60重量百分比，在40℃温度下的动态粘度为70～900mm²/s的加工油5～100重量份；相对于上述成分的合计100重量份，还包含0.1～40重量份的橡胶。

进一步，本发明所述反射龟裂抑制型低噪声高耐久性沥青添加剂中，上述环烷类油含有40～50重量百分比的环烷环。

本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青添加剂中，上述植物性油含有亚麻酸6～10％。

本发明所述的反射龟裂抑制型低噪声高耐久性沥青添加剂中，对上述矿物性纤维进行阳离子处理。

本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青添加剂中，上述有机硫化促进剂为选自醛氨类、醛胺类、胍类、硫脲类、噻唑类、秋兰姆类、二硫代氨基甲酸酯类、黄原酸盐类、磺胺类的一种以上。

本发明涉及如下的反射龟裂抑制型低噪声高耐久性沥青粘合剂，其含有上述沥青添加剂2～6重量百分比，以及沥青94～98重量百分比。

进一步，所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青粘合剂中，所述沥青选自直馏沥青、添加沥青改性剂的改性沥青及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青中的一种，所述改性沥青通过向直馏沥青添加沥青改性剂而成，在所述沥青改性剂中，相对于熔体流动值为15g/10分钟以下的乙烯芳香族烃·共轭二烯嵌段共聚物100重量份，沥青改性剂含有粘结性树脂0.1～100重量份、芳香族成分含量为20～60重量百分比，在40℃温度下的动态粘度为70～900mm²/s的加工油5～100重量份，相对于上述成分的合计100重量份，还包含0.1～40重量份的橡胶。

本发明涉及如下的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物，包含：上述沥青粘合剂5～8重量百分比；骨材77～92重量百分比；以及填充材料3～15重量百分比。

进一步，本发明所述的反射龟裂抑制型低噪声高耐久性沥青混合物中，上述骨材100％通过13mm筛，90～100％通过5mm筛，35～50％通过2.5mm筛，15～25％通过0.3mm筛，8～13％通过0.08mm筛。

本发明所述的反射龟裂抑制型低噪声高耐久性沥青混合物中，上述骨材为具有圆形且有棱角的形状的多孔用骨材。

本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性有色沥青混合物中，相对于上述沥青混合物100重量份，添加无机颜料1～10重量份。

本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物中，上述骨材中的10～100重量百分比为再生骨材。

再，本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物中，上述骨材的骨材最大尺寸为5mm。

本发明所述的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性沥青混合物中，在上述骨材中添加粗骨材，骨材最大尺寸为13～8mm。

不仅如此，本发明涉及如下的抑制反射龟裂型低噪声高耐久性道路铺装维修方法，以15～25mm对上述沥青混合物进行薄层填充铺装。

本发明的有益效果：

对于包含本发明的添加剂的沥青混合物进行物性试验结果显示，相比于比较例，耐流动性、抗龟裂性、低温压实性能、抗滑性、抗磨损性等均为优秀，低噪声功能也优秀。

因此认为，包含本发明的添加剂的沥青混合物可抑制反射龟裂，消减噪声，有用于薄层铺装。

具体实施方式

下面例举具体实施例，对本发明进行更为详细的说明。但是，本发明的范围并不限定于实施例的记载内容，对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，这是显而易见的。

表2列出利用上述本发明的沥青添加剂的沥青粘合剂的组成比。将未添加本发明的添加剂的作为比较例来使用。

表2

组成比(重量百分比)实施例1比较例1本发明的添加剂2～63.5-改性沥青94～9896.5100

在本发明的沥青粘合剂中，在添加剂为小于2重量百分比的情况下，难以充分发挥本添加剂的功能；在超过6重量百分比范围的情况下，因过度的流动性而导致粘合剂的物理性质降低。

表3为上述表2的实施例1和比较例1的渗透度、伸度、软化点、低温弯曲试验结果。

表3

粘合剂试验-实施例1比较例1-试验项目单位试验结果试验结果试验方法渗透度1/10mm5840KS M 225215℃伸度cm100以上68KS M 2254软化点℃6255KS M 2250弯曲能量(-10℃)kPa17001400KS M 2491弯曲能量(-20℃)kPa800480KS M 2491

从上述表3的软化点试验结果可知，本发明的沥青粘合剂具有优秀的高温特性，即，耐流动性。并且，从伸度及低温弯曲试验结果来看，本发明的沥青粘合剂具有优秀的低温特性，即，抗龟裂性。

下表4示出含有本发明所述沥青添加剂的沥青混合物(“Ro-Facing”)的组成比。

表4

在沥青粘合剂为小于5重量百分比的情况下，存在因粘合剂皮膜不足以及包覆不足而导致耐久性降低的可能性；在超过8重量百分比范围的情况下，存在因过度的粘合剂而导致在表面产生漂白等或混合物的物理性能降低的可能性。

下表5的实施例2以及比较例2的沥青混合物合成粒度适用了国土海洋部2011年11月综合指南的WC-2。

表5

标准体(mm)13.05.02.50.30.08粒度范围(％)10090～10035～5015～258～13中央粒度(％)100.095.042.520.010.5

下表6为实施例2和比较例2的沥青混合物的物性试验结果。

表6

沥青混合物试验-实施例2比较例2-试验项目单位试验结果试验结果试验方法马歇尔稳定度N14,80010,200KS F 2337间接抗拉强度MPa1.221.03KS F 2382动态稳定度次/mm5,1403,530KS F 2374弯曲强度(25℃)MPa3.452.88KS F 2395弯曲强度(-10℃)MPa11.37.22KS F 2395

从上述表6的马歇尔稳定度、间接抗拉强度及动态稳定度试验结果可知，本发明的沥青混合物具有优秀的改性沥青性能，即，耐流动性。并且，从常温及低温弯曲试验结果可知，本发明的沥青混合物具有优秀的抗龟裂性。

下表7示出了根据本发明实施例2的沥青混合物的温度的压实率。

表7

沥青混合物试验-实施例2-试验项目单位试验结果试验方法160℃压实率％100KS F 2337130℃压实率％99.7KS F 2353100℃压实率％98.1KS F 2364

下表8示出了根据本发明实施例2的沥青混合物的温度的飞散损失率。

表8

混合物试验-实施例2-试验项目单位试验结果试验方法飞散损失率(20℃)％0.9KS F 2492飞散损失率(-20℃)％8.7KS F 2492

下表9示出了关于本发明实施例2的沥青混合物的疲劳试验结果。

表9

沥青混合物试验-实施例2比较例2-试验项目单位试验结果试验结果试验方法疲劳试验(0℃，500μm)次20,00015,000KS F 2378疲劳试验(10℃，500μm)次45,00030,000KS F 2378疲劳试验(20℃，500μm)次90,00065,000KS F 2378

从表9所示的疲劳试验结果可知，本发明的沥青混合物在多个温度范围内，优于比较例。

表10

沥青混合物试验-实施例2比较例2-试验项目单位试验结果试验结果试验方法龟裂达到5mm的次数次3,0242,016KS F 2374

如表10所示，从龟裂达到5mm时的负荷轮往复次数测定结果可知，本发明的实施例比比较例优秀约1.5倍。

表11

铺装路面试验-实施例2比较例2-试验项目单位试验结果试验结果试验方法抗滑性(BPN)-6253KS F 2375噪声测定dB89.796.8噪声测定仪实测

如表11所示，从抗滑性试验结果可知，相比于平地40BPN、缓坡45BPN、陡坡50BPN以上的基准值，本发明的实施例2具有优秀的抗滑性。并且，从噪声测定试验结果可知，相比于一般道路的噪声测定值96.8dB，本发明实施例2的试验结果减少7.1dB，具有优秀的噪声消减功能。