비투멘의 소개, 분류, 표준, 용도

역청 재료

아스팔트 재료는 극도로 복잡한 고분자 탄화수소와 비금속(산소, 황, 질소) 탄화수소 유도체로 구성된 검은색 또는 흑갈색 고체, 반고체 또는 액체 혼합물이며, 소수성 재료, 조밀한 구조를 가지고 있고, 물에 거의 완전히 불용성이며, 물을 흡수하지 않고, 우수한 방수성을 가지고 있어 토목 공학 분야에서 방수, 방습 및 누수 방지에 널리 사용됩니다. 아스팔트는 유기 시멘트 재료에 속하며, 모래, 돌 및 기타 광물 혼합물과 매우 우수한 접착력을 가지고 있어, 결과적으로 얻어지는 아스팔트 콘크리트는 현대 도로 프로젝트에서 가장 중요한 포장 재료입니다. 재료는 모래, 돌 및 기타 광물 혼합물과 매우 우수한 접착력을 가지고 있으며, 아스팔트 콘크리트로 만들어진 것이 현대 도로 프로젝트에서 가장 중요한 포장 재료입니다.

석유 아스팔트의 구성 및 구조

1. 원소 구성

석유 아스팔트는 다양한 탄화수소와 비금속(산소, 황, 질소) 유도체의 혼합물로 구성되며, 주요 원소 구성은 탄소(80% ~ 87%), 수소(10% ~ 15%)입니다. 나머지는 산소, 황, 질소 등 비탄화수소 원소(<3%)이며, 이 외에 미량의 금속 원소도 포함됩니다.

2. 구성 성분

일반적으로 아스팔트는 몇 가지 유사한 화학적 특성과 공학적 성능 간에 특정 연관성이 있는 화학적 조성 그룹으로 분리됩니다. 이러한 그룹을 "성분"이라고 합니다. 현재 중국의 규정에는 3성분 분석과 4성분 분석의 두 가지 방법이 있습니다.

석유 아스팔트의 3성분 분석은 석유 아스팔트를 오일, 수지, 아스팔텐의 세 가지 성분으로 분리합니다.

(1) 오일은 연한 노란색 투명 액체로, 아스팔트에 유동성을 부여합니다. 오일 함량은 아스팔트의 부드러움, 균열 저항성 및 시공 난이도에 직접적인 영향을 미칩니다. 중국 국내 아스팔트의 오일에는 종종 왁스가 포함되어 있으므로 분석 시 오일과 왁스를 분리해야 합니다. 왁스의 존재는 고온에서 아스팔트 재료를 부드럽게 만들어 흐름 현상을 유발하고, 저온에서는 아스팔트를 부서지기 쉽게 만들어 균열을 유발합니다. 왁스는 유해 성분이므로 아스팔트 성능을 향상시키기 위해 종종 탈왁스 방법이 사용됩니다.

(2) 수지는 적갈색 점성 반고체로, 온도 민감성이 높고 융점이 100℃ 미만이며, 중성 수지와 산성 수지를 포함합니다. 중성 수지는 아스팔트에 일정한 가소성, 유동성 및 접착력을 부여하며, 그 함량이 증가하면 아스팔트의 접착력과 신장률이 증가합니다. 산성 수지의 함량은 많지 않지만 활성이 커서 아스팔트와 다른 재료의 결합을 개선하고 아스팔트의 젖음성을 향상시키며 아스팔트를 유화시킬 수 있습니다.

(3) 아스팔텐은 짙은 갈색 고체 입자로, 가열해도 녹지 않으며, 아스팔트의 접착력, 점도 및 온도 안정성, 경도 및 연화점을 결정합니다. 아스팔텐 함량이 증가하면 아스팔트의 점도와 접착력이 증가하고, 경도와 온도 안정성이 향상됩니다.

석유 아스팔트 기술 표준

석유 아스팔트 기술 표준은 선택을 위해 아스팔트의 종류와 표준(등급)으로 나뉩니다. 현재 석유 아스팔트는 주로 도로용 석유 아스팔트, 건축용 석유 아스팔트 및 일반 석유 아스팔트의 세 가지 범주로 나뉩니다.

아스팔트 등급 분류는 아스팔트의 침입도, 연성, 연화점 및 기타 지표를 기준으로 합니다. 침입도는 아스팔트 등급을 나누는 주요 지표입니다. 동일한 종류의 석유 아스팔트의 경우, 등급이 높을수록 해당 점도는 작고(침입도 값이 클수록), 연성은 좋고(가소성이 클수록), 온도 민감성은 커집니다(연화점이 낮을수록).

석유 아스팔트의 선택

석유 아스팔트의 선택은 프로젝트의 성격(주택, 도로, 부식), 지역 기후 조건, 프로젝트 현장(지상, 지하) 및 기타 요소를 고려하여 결정해야 합니다. 고등급 아스팔트는 저등급 아스팔트보다 오일 함량이 많아 노화 방지 능력이 좋으므로, 요구 사항을 충족하는 전제 하에 가능한 한 고등급 석유 아스팔트를 선택하여 더 긴 수명을 보장해야 합니다.

(1) 도로용 석유 아스팔트 도로용 석유 아스팔트는 중교통용 석유 아스팔트, 경교통용 석유 아스팔트, 유화 석유 아스팔트, 액상 석유 아스팔트 및 개질 아스팔트로 나뉩니다. 도로 프로젝트의 아스팔트 재료 선택 시 교통량 및 기후 특성을 고려해야 합니다. 남부의 고온 지역에서는 여름철 아스팔트 도로의 안정성을 충분히 확보하고, 바퀴자국 등이 생기지 않도록 고점도 석유 아스팔트를 선택해야 합니다. 반면 북부의 한랭 지역에서는 저온에서도 아스팔트 도로가 일정한 변형 능력을 유지하여 균열을 방지할 수 있도록 저점도 석유 아스팔트를 선택해야 합니다.

(2) 건축용 석유 아스팔트 건축용 석유 아스팔트는 침입도가 작고(점성이 높고), 연화점이 높지만(내열성이 좋지만), 신장성이 적습니다(가소성이 적습니다). 주로 유성지, 리놀륨, 방수 코팅제 및 아스팔트 매립 조인트 제조 등에 사용됩니다. 대부분 건축물 옥상 공사, 지하 방수 공사, 트렌치 방수, 방청 공사 및 파이프라인 방청 공사에 사용됩니다. 아스팔트로 만든 필름이 두꺼워지면 온도 민감성이 증가합니다. 동시에 검은색 아스팔트 표면은 좋은 열 흡수체이며, 일반적으로 동일한 면적의 아스팔트 지붕 표면 온도는 다른 재료보다 높습니다. 아스팔트 지붕은 국지 최고 기온보다 25℃ ~ 30℃ 더 높은 표면 온도에 도달할 수 있습니다. 여름철 흐름을 방지하기 위해 일반 지붕용 아스팔트 재료의 연화점은 해당 지역의 최고 지붕 온도보다 20℃ ~ 25℃ 높아야 합니다. 10호 또는 30호 석유 아스팔트를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 우한, 창사의 아스팔트 지붕 온도는 약 68℃이므로, 아스팔트의 연화점은 약 90℃로 선택해야 합니다. 낮으면 여름에 흐르기 쉽습니다. 그러나 너무 높아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 겨울 저온에서 단단하고 부서지기 쉬워 심지어 균열이 발생할 수 있습니다. 온도의 영향을 받기 어렵거나 온도가 낮은 지역(예: 지하 방수 증기 장벽 등)은 60호 또는 100호 아스팔트와 같은 더 높은 등급의 아스팔트를 선택할 수 있습니다. 따라서 석유 아스팔트의 선택은 지역, 프로젝트 환경 및 요구 사항에 따라 달라집니다.

(3) 일반 석유 아스팔트 일반 석유 아스팔트의 왁스 함량은 최대 20%에서 30%입니다. 아스팔트 온도가 연화점에 도달하면 흐름 현상이 쉽게 발생합니다. 파라핀이 침투한 아스팔트는 아스팔트 접착층의 내열성과 접착력을 감소시킵니다. 따라서 일반적으로 프로젝트에서 일반 석유 아스팔트를 사용하는 것은 부적절합니다.

석탄 아스팔트

석탄 아스팔트는 석탄 증류(석탄 타르)를 통해 얻어진 재처리된 제품입니다. 프로젝트 요구 사항에 따른 용도에 따라 점도에 따라 연탄 아스팔트(액체, 반고체)와 경탄 아스팔트(고체)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

석탄 아스팔트는 방향족 탄화수소와 그 산소, 황, 탄소 유도체의 혼합물로 구성되며, 주요 원소는 C, H, O, S, N입니다. 석탄 아스팔트의 원소 구성은 석유 아스팔트보다 "탄화수소 비율"이 훨씬 크다는 특징이 있습니다. 석탄 아스팔트의 화학 성분 분석 방법은 석유 아스팔트와 유사하며, 오일, 연수지, 경수지, 유리 탄소 C1, 유리 탄소 C2의 5가지 성분으로 분리될 수 있습니다. 이 중 오일에는 나프탈렌, 안트라센, 페놀과 같은 유해 물질이 포함되어 있으므로 그 함량이 제한되어야 합니다.

석탄 아스팔트와 석유 아스팔트의 기술적 특성 차이는 다음과 같습니다. 낮은 온도 안정성; 광물 골재와의 우수한 접착력; 열악한 기후 안정성, 빠른 노화; 우수한 내식성으로 목재 및 기타 표면의 부식 방지 처리에도 사용할 수 있습니다. 석탄 아스팔트의 주요 기술 지표는 점도, 증류 시험, 수분 함량, 톨루엔 불용성 함량, 나프탈렌 함량, 페놀 함량 등입니다. 이 중 석탄 아스팔트의 점도는 석탄 아스팔트의 품질을 평가하는 가장 중요한 지표이며, 석탄 아스팔트 등급을 나누는 기준이기도 합니다. 그 시험 방법은 석유 아스팔트와 유사합니다.

석탄 아스팔트의 주요 기술적 특성은 석유 아스팔트보다 좋지 않아 건설 프로젝트에서는 덜 사용됩니다. 그러나 내식성이 우수하여 지하 방수층 또는 부식 방지 재료로 적합합니다.

개질 아스팔트

현대 토목 공학은 더 나은 성능을 가진 아스팔트뿐만 아니라 더 긴 수명을 요구하지만, 환경에 의해 아스팔트 재료는 쉽게 노화됩니다. 다양한 기술적 조치를 통해 전통적인 아스팔트 재료에 다른 재료를 추가하여 아스팔트의 성능을 더욱 향상시키는 것을 개질 아스팔트라고 합니다. 개질의 목적은 아스팔트 재료의 유변학적 특성을 개선하고, 아스팔트의 내구성을 연장하며, 아스팔트와 골재의 접착력을 향상시키는 것입니다. 응용 및 방수 프로젝트 아스팔트에서 가장 중요한 개질 목적은 주로 처음 두 가지입니다.

아스팔트의 유변학적 특성을 개선하는 방법

아스팔트의 유변학적 특성을 개선하는 방법은 여러 가지가 있으며, 개질 효과가 더 좋은 유형의 개질제는 다음과 같습니다.

(1) 수지 개질제

아스팔트 개질 수지로 사용되는 것은 주로 열가소성 수지로, 일반적으로 사용되는 것은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 무정형 폴리프로필렌(APP), 페놀 수지, 천연 로진 등입니다. 이들은 아스팔트의 점도를 높이고 고온 안정성을 개선하며, 아스팔트의 강인성을 증가시킬 수 있습니다. 그러나 저온 성능 개선은 뚜렷하지 않습니다.

(2) 고무 개질제

고무는 아스팔트의 중요한 개질제로, 아스팔트와 아스팔트는 우수한 혼합성을 가지며, 고무처럼 아스팔트에 많은 이점을 부여할 수 있습니다. 예를 들어, 고온 변형이 작고, 저온 유연성이 좋습니다. 일반적으로 사용되는 고무 개질 아스팔트에는 클로로프렌 고무 개질 아스팔트, 부틸 고무 개질 아스팔트, 재생 고무 개질 아스팔트, 스티렌-부타디엔 고무 개질 아스팔트 등이 있습니다. 이 중에서 스티렌-부타디엔 고무 개질 아스팔트의 성능은 매우 우수하여 아스팔트의 탄성, 신장성, 고온 안정성 및 저온 유연성, 피로 및 노화 저항성 등의 특성을 크게 향상시킬 수 있으며, 주로 방수 롤 루핑 또는 방수 코팅제 생산에 사용됩니다.

(3) 고무 및 수지 혼합 개질제

고무와 수지를 동시에 사용하여 석유 아스팔트의 특성을 개선하면 아스팔트가 고무와 수지의 특성을 모두 가질 수 있으며, 비용도 절감됩니다. 준비 시, 원재료의 종류, 비율, 생산 공정이 다르면 코일, 시트, 밀봉재 등 다양한 성능의 제품을 얻을 수 있습니다.

(4) 미세 충전재 개질제

아스팔트의 접착 특성과 내열성을 개선하고, 아스팔트의 온도 민감성을 줄이기 위해 일반적으로 일정량의 광물 미세 충전재를 첨가합니다. 일반적으로 사용되는 것은 비산재, 화산재, 셰일 분말, 활석 분말, 석회 분말, 운모 분말, 규조토 등입니다.

(5) 섬유 개질제

아스팔트에 다양한 섬유 물질을 혼합하면 아스팔트의 고온 안정성이 크게 향상되고, 동시에 저온 인장 강도가 증가합니다. 일반적으로 사용되는 섬유 물질은 다양한 합성 섬유(예: 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스터 섬유) 및 광물 석면 섬유입니다.

아스팔트의 내구성을 연장하는 방법

현재 아스팔트의 내구성을 개선하는 방법은 주로 항산화제 등 더 비싼 화학 첨가제를 혼합하는 것입니다. 그러나 항산화제를 사용하는 경우, 그 기술의 효과에 대한 테스트를 통해 확인해야 합니다. 현재 아스팔트의 내구성을 개선하는 가장 효과적인 첨가제는 특수 카본 블랙이며, 카본 블랙 전처리 첨가제는 "카본 블랙 개질 아스팔트"를 만들 수 있습니다.