JP2001262157A - ストレートアスファルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、わだち掘れ、疲労ひびわれ、低温
ひび割れを起こさない良好な供用可能温度を有するスト
レートアスファルトおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、複数の原油を混合してAPI度3
5.0以下とした原油混合物を減圧蒸留して得た残油を含
む、25℃における入度が45以上71以下かつ180℃におけ
る動粘度が90mm²/s以下となるように調整されたストレ
ートアスファルト、および前記残油を配合して前記の針
入度および動粘度に調整するストレートアスファルトの
製造方法である。また、原油混合物は、アラビアンヘビ
ー原油、イラニアンヘビー原油、クエート原油およびカ
フジ原油から選択される１種以上の原油を合計で20容量
％以上90容量％以下含むことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油精製において
製造されるストレートアスファルトおよびその製造方法
に関し、特には耐わだち掘れ、耐疲労ひび割れおよび耐
低温ひび割れなどの性能を改良し、道路舗装用、水利構
造物用および改質アスファルト原料用などに好適なスト
レートアスファルトおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ストレートアスファルト（以下、ストア
スともいう。）は、石油精製により製造され、道路舗装
用、水利構造物用および改質アスファルト原料用などと
して用いられている。従来、日本におけるアスファルト
の規格としてはJIS K 2207「石油アスファルト」に規定
する品質規格（以下、JIS規格という。）がある。JIS規
格ではストアスは25℃における針入度（以下、針入度
（25℃）という。）によって0〜300の範囲を10段階に分
類されており、このなかで代表的な針入度（25℃）60〜
80のストアスは道路舗装用としての需要のほぼ70％を占
めている。

【０００３】一方、米国において道路舗装用アスファル
トに関し、1984〜1993年に道路網の耐久性向上と維持管
理技術革新を目的としてSHRP（Strategic Highway Rese
archProgram）が実施され、その研究成果の一つとし
て、SUPERPAVE（Superior Performing Asphalt Pavemen
t）バインダ規格（以下、SHRP規格という。）が提案さ
れた。前述のJIS規格が、単に劣化試験前のアスファル
ト（以下、オリジナルアスファルトともいう。）の針入
度（25℃）、軟化点などの物性でアスファルトを分類す
る半経験的な規格であるのに対して、SHRP規格はオリジ
ナルな状態、施工直後の状態、さらに5〜10年間の長期
供用後の状態を考慮してアスファルトを評価する極めて
合理的な規格である。

【０００４】SHRP規格は、アスファルトを分類するため
にPG（Performance Grade）を定めており、アスファル
トを供用できる地域の舗装体の最高設計温度（以下、単
に「最高温度」という。）と最低設計温度（以下、単に
「最低温度」という。）を6℃刻みで表記するので、規
格と供用性の関係が明快である。例えば、PG64-22のス
トアスを用いた舗装体は、最高温度が64℃以下、最低温
度が-22℃以上の場所で供用可能であるが、最高温度が6
4℃を超える場所ではわだち掘れを、また、最低温度が-
22℃を下回る場所では疲労ひび割れ、低温ひび割れを起
こす可能性がある。

【０００５】ここで、最高温度は、オリジナルアスファ
ルトのダイナミックシェアレオメータ（Dynamic Shear
Rheometer。常温から高温にかけての動的粘弾性を測定
する装置である。以下、DSRという。）試験の値（G^*/si
nδ：弾性率の１種）がある値に達した時の測定温度
と、施工直後の状態を示す回転式薄膜加熱試験（Rollin
g Thin Film Oven Test。以下、RTFOTという。）後のア
スファルトのDSRの値（G ^*/sinδ）がある値に達した時
の測定温度のうち、どちらか低い方の測定温度である。
最高温度が高いストアスは耐わだち掘れに優れている。

【０００６】また、最低温度は、RTFOT後のアスファル
トをさらに加圧劣化容器（Pressurized Aging Vessel。
以下、PAVという。）にて加圧劣化させた後のアスファ
ルト（以下、RTFOT＋PAV後のアスファルトという。）の
DSRの値（G^*・sinδ）がある値に達した時の測定温度と
RTFOT＋PAV後のアスファルトのベンディングビームレオ
メータ（Bending Beam Rheometer。低温における静的粘
弾性を測定する装置である。以下、BBRという。）試験
のS値（クリープスティフネス値）およびｍ値（S値の時
間傾き）がある値に達した時の測定温度よって決定され
る。この加圧劣化（RTFOT＋PAV）後のアスファルトは、
5〜10年間の長期供用後の状態と相関性がある。

【０００７】DSR（G^*・sinδ）がある値に達したときの
測定温度と、BBR（S値およびm値）がある値に達したと
きの測定温度によって最低温度が決まるが、前述のよう
に最低温度が低い方が、耐疲労ひび割れ、耐低温ひび割
れに優れており、また、DSRから得られる温度は、耐疲
労ひび割れとの関連性が強く、BBRから得られる温度
は、耐低温ひび割れに関連している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】JIS規格で製造された
ストアスをSHRP規格で評価したところ、日本のストアス
はPG64-22、PG64-16、PG58-22、PG58-16に分布すること
が見出された。換言すれば、JIS規格では区別すること
ができないストアスも、DSRとBBRで評価すると実際には
最高温度に6℃の開きがあり、また最低温度にも6℃の優
劣があることが明らかとなった。

【０００９】しかし現在のところ、前述の供用可能温度
のばらつきが、どのような要因に起因しているのか明ら
かでない。本発明は、このような課題を解決するもので
あり、良好な供用可能温度を確保できるストアスの製造
方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、供用可能
温度に及ぼす原油性状とストアスの物理性状の影響を鋭
意研究した結果、特定の性状の原油を用い、かつ、得ら
れたストアスが特定の物理性状を有する場合にわだち掘
れ、疲労ひびわれ、低温ひび割れを起こさない指標であ
る良好な供用可能温度を確保することが可能であること
を見いだした。

【００１１】原油性状のうち硫黄分、流動点、動粘度な
どは、原油の産地を限定すればある程度供用可能温度と
の相関が認められる場合もあるが、産地が異なると傾向
がばらばらであるため、全体としてみれば供用可能温度
と何ら関係が認められなかった。これに対して、API度
は最高温度との関係は弱いが、最低温度と正の相関（AP
I度が小さいほど最低温度が低くなる。）を持つことが
判明した。すなわち、処理原油のAPI度は、原油の産地
に係わらず最低温度と相関が認められることを見いだし
た。

【００１２】一方、ストアスの物理性状については、軟
化点、伸度、トルエン可溶分、120℃における動粘度な
どは供用可能温度と相関が認められなかった。これに対
して、針入度（25℃）は供用可能温度と強い負の相関
（針入度（25℃）が小さいほど最高温度、最低温度が高
くなる。）があることを見いだした。また、180℃にお
ける動粘度（以下、動粘度（180℃）という。）は針入
度（25℃）より影響度は小さいものの供用可能温度と正
の相関（動粘度（180℃）が小さいほど最高温度、最低
温度が低くなる。）を持つことが分かった。

【００１３】そして上記の知見から、原油混合物のAPI
度、ストアスの針入度（25℃）および動粘度（180℃）
を特定することにより、ストアスの供用可能温度を改善
できるとの着想を持ち鋭意研究を行った。その結果、ま
ず最初に、API度を特定した原油混合物の減圧蒸留残油
を用い、できるだけストアスの最低温度を低くしたうえ
で、次に、最低温度の余裕代の範囲内で、ストアスの針
入度（25℃）を特定し最高温度を改善する方法を採用す
れば、広い供用可能温度を確保できることを見出した。
このとき、動粘度（180℃）は針入度（25℃）の効果を
相殺する働きがあることから、あらかじめ一定の範囲内
に抑えておく必要がある。

【００１４】すなわち、本発明は、原油を減圧蒸留して
得た残油を原料としてストレートアスファルトを製造す
る方法において、該原油が複数の産地の原油を混合して
API度35.0以下とした原油混合物であり、前記ストレー
トアスファルトの25℃における針入度が45以上71以下か
つ180℃における動粘度が90mm²/s以下となるように調整
することを特徴とするストレートアスファルトの製造方
法であり、さらに、この原油混合物が、アラビアンヘビ
ー原油、イラニアンヘビー原油、クエート原油およびカ
フジ原油から選択される１種以上の原油を合計で20容量
％以上90容量％以下含むことが好ましい。

【００１５】また、本発明は、API度35.0以下の原油混
合物から製造された減圧蒸留残油を含み、25℃における
針入度が45以上71以下かつ180℃における動粘度が90mm²
/s以下のストレートアスファルトである。本発明では、
減圧蒸留残油の製造に関して2種類以上の原油を混合す
ることで、所定のAPI度に設定している。これは単一の
原油を用いるのでは原油選択の自由度が少ないため工業
的見地からみて実用上の価値が低下するためである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明によるストアスは、API度3
5.0以下の原油混合物から製造された減圧蒸留残油を含
み、針入度（25℃）が45以上71以下かつ動粘度（180
℃）が90mm²/s以下であり、好ましくはAPI度が34.0以
下、針入度（25℃）が47以上70以下かつ動粘度（180
℃）が85mm²/s以下であり、特には、API度が33.0以下、
針入度（25℃）が50以上70以下かつ動粘度（180℃）が8
0mm²/s以下であることが好ましい。

【００１７】ここで、本発明によるストアスの製造に用
いる原油混合物のAPI度は、 JIS K2249「原油及び石油
製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」に規
定する振動式密度試験方法で密度（15℃）を測定し、こ
れをJIS K 2249の附属書2「原油及び石油製品の密度（1
5℃）、API度及び比重60/60°Ｆの相互換算方法」にて
換算して求めることができる。API度は、異なるAPI度の
各種の原油を適宜混合して調整することができる。API
度は、35.0以下、好ましくは34.0以下、より好ましくは
33.0以下あり、小さいほど良好である。すなわち、API
度がこれらの値を超える場合は、原油混合物がパラフィ
ニックになって最低温度が上昇し、明らかに疲労ひび割
れや低温ひび割れを生じ易くなる。なお、API度は、25
以上がより好ましい。

【００１８】針入度（25℃）は、JIS K 2207に規定する
針入度試験方法で求めることができる。針入度（25℃）
は、45以上71以下、好ましくは47以上70以下、より好ま
しくは50以上70以下である。針入度（25℃）がこれらの
値より小さい場合は、最高温度は上昇するものの最低温
度も顕著に上昇し悪化するので好ましくなく、一方上述
の値を超える場合は、最高温度の改善効果が十分でなく
わだち掘れを生じる可能性が残る。

【００１９】動粘度（180℃）は、JIS K 2207に規定す
る高温動粘度試験方法（毛管法）にて求めることが好ま
しい。動粘度（180℃）は、セイボルトフロール秒試験
方法にてセイボルトフロール秒を測定し、これに係数を
乗じて推定する方法もあるが、この方法は精度が悪いの
で好ましくない。動粘度（180℃）は、90mm²/s以下、好
ましくは85mm²/s以下、より好ましくは80mm²/s以下であ
る。動粘度（180℃）がこれらの値より大きい場合は、
前述の針入度（25℃）の効果を阻害するので好ましくな
い。なお、動粘度（180℃）は、60mm²/s以上が好まし
い。

【００２０】本発明のストアスの製造方法において、最
初に、複数の原油を混合して原油混合物のAPI度を上記
の範囲内に調整し、できるだけストアスの最低温度を低
くする。次いで、原油混合物を常圧蒸留装置に張り込み
LPG、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油などを留出させた
後の常圧蒸留残油を、さらに減圧蒸留装置で減圧蒸留し
減圧軽油などを留出させ、同時に塔底部に流出する塔底
油、すなわち減圧蒸留残油を得る。

【００２１】減圧蒸留残油の性状としては、針入度（25
℃）は30〜110、特には40〜100、動粘度（180℃）は30
〜120mm²/s、特には40〜100mm²/sのものを好ましく用い
ることができる。減圧蒸留残油の針入度（25℃）や動粘
度（180℃）が本発明のストアスの性状の範囲内であれ
ばそのまま製品化することができる。また、この性状を
外れている場合でも、針入度（25℃）や動粘度（180
℃）が異なる減圧蒸留残油を調合し、あるいはその他の
アスファルト基材、例えば、プロパン脱れきアスファル
トなどの溶剤脱れきアスファルト、減圧カットバック油
などを配合することによって、ストアス性状を目的とす
る範囲内に調整して、本発明のストアスを製造すること
もできる。一般に、溶剤脱れきアスファルトは針入度
（25℃）が極めて小さく、動粘度（180℃）が大きい特
徴を有し、また、減圧カットバック油は動粘度（180
℃）が非常に小さいので、これらのアスファルト基材を
減圧蒸留残油に配合すればストアスの針入度（25℃）と
動粘度（180℃）を特定する範囲に調整することが可能
となる。この場合、所定の原油混合物の減圧蒸留残油を
ストアス全量基準で50質量％以上、特には60質量％以上
配合して製造することが好ましい。

【００２２】ここで、本発明に使用する減圧蒸留残油を
得るための前記常圧蒸留装置および減圧蒸留装置は、プ
ロセス、運転条件などを特に限定するものではなく、公
知の任意の装置を適宜組み合わせて使用することができ
る。減圧蒸留装置は、留出油の使用目的により大きく分
けると、潤滑油原料用と接触分解／間接脱硫原料油用の
２種類の方式があるが、フラッシュ温度などの蒸留条件
を調整すれば同様の減圧蒸留残油が得られるので、どち
らの方式でも使用可能である。

【００２３】本発明によるストアスは、上述以外の性状
については特に規定するものではないが、道路舗装用と
して、軟化点は42.0〜55.0℃、伸度は10cm以上、引火点
は260℃以上、密度（15℃）は1.000g/cm³以上であるこ
とが望ましい。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例および比較例に基づい
て、より具体的に説明するが、本発明はこれらによって
何ら限定されるものではない。

【００２５】以下の実施例および比較例において、原油
混合物のAPI度、ストアスの密度（15℃）、引火点、針
入度（25℃）、軟化点、伸度（15℃）、動粘度（180
℃）、DSRおよびBBRは、次に示す方法により求めた。原
油混合物のAPI度は、JIS K 2249に規定する振動式密度
試験方法で求めた密度（15℃）をJIS K 2249の附属書2
にてAPI度に換算して求めた。オリジナルストアスの密
度（15℃）はJIS K 2207の密度試験方法（ハバード比重
瓶法）により、引火点はJIS K 2265「原油及び石油製品
ー引火点試験方法」のクリーブランド開放式引火点試験
方法により、針入度（25℃）はJIS K 2207の針入度試験
方法により、軟化点はJIS K 2207の軟化点試験方法（環
球法）により、伸度（15℃）はJIS K 2207の伸度試験方
法により、また動粘度（180℃）はJIS K 2207の高温動
粘度試験方法（毛管法）によりそれぞれ求めた。

【００２６】DSRは、アスファルトなどの常温から高温
にかけての動的粘弾性を示すものであり、オリジナルス
トアス、RTFOT後のストアスおよびRTFOT＋PAV後のスト
アスについて、「舗装試験法便覧別冊（暫定試験方
法）」（平成8年10月（社）日本道路協会編、以下、便
覧という。）の第91〜98頁に記載される「ダイナミック
シェアレオメーターを用いた舗装用バインダのレオロジ
ー性状の測定方法」により、載荷周波数を10rad/sとし
て、求めた。DSR値の一つであるG^*/sinδは、耐わだち
掘れと相関するが、ここではオリジナルストアス、 RTF
OT後のストアスについて、G^*/sinδがそれぞれ1.0kPa以
上、2.2kPa以上となるときの温度を測定した。これらの
測定温度の低い方がストアスの最高温度である。最高温
度は64.0℃以上を合格とした。

【００２７】また、もう一つのDSR値であるG^*・sinδ
は、耐疲労ひび割れと相関するが、ここではRTFOT＋PAV
後のストアスについてこの値が5.0MPa以下となる温度を
測定した。測定温度が25.0℃以下を合格とした。

【００２８】BBRは、アスファルトなどの低温における
曲げクリープスティフネスを示すものであり、便覧の第
80〜87頁に記載される「ベンディングビームレオメータ
ーを用いた舗装用バインダの曲げクリープスティフネス
の測定方法」により求めた。BBRのS値、m値は耐低温ひ
び割れと相関し、S値が小さく（発生応力が小さい）、m
値が大きい（応力緩和能が大きい）ものほど優れてい
る。ここでは、RTFOT＋PAV後のストアスについて、試験
時間を60s（秒）として、S値が300MPa以下、m値が0.30
以上となる温度を測定した。これらの測定温度から10℃
引いた値がストアスの最低温度となる。測定温度-12.0
℃（最低温度-22.0℃）以下を合格とした。

【００２９】なお、上述において、RTFOTは、ASTM D 28
72（Standard Test Method for Effect of Heat and Ai
r on a Moving Film of Asphalt ( Rolling Thin-Film
OvenTest )）により、PAVは、便覧の第76〜80頁に記載
される「加圧劣化容器を用いた舗装用バインダの促進劣
化試験方法」によって求めた。

【００３０】実施例および比較例の原油混合物は中東系
の原油を複数混合したものを用いた。それらのAPI度お
よび構成比を表1上部に、「原油混合物のAPI度および構
成比」として示す。次いでそれぞれ混合物を260〜350℃
に加熱し常圧蒸留装置に張り込んだ後、LPG〜軽油を留
出させて得られる常圧蒸留残油を、さらに加熱炉で370
〜420℃程度に加熱し減圧度2〜12kPaの減圧蒸留装置に
張り込んで、減圧軽油などを留出させたときに塔底から
流出する減圧蒸留残油を得た。実施例２、３および比較
例１〜３のストアスについては、減圧蒸留残油をそのま
まストアスとして使用した。また、実施例1のストアス
は、表３に示す減圧蒸留残油70質量部と、この減圧蒸留
残油を原料100容量部当たり5〜12容量部のプロパン単体
にて脱れきして得られたプロパン脱れきアスファルト30
質量部とを混合して調製した。

【００３１】ストアスの基材構成比、上記の試験方法に
よるオリジナルストアスの性状、オリジナルストアス、
RTFOT後のストアスさらにRTFOT＋PAV後のストアスの評
価結果、および判定を表１、２に示す。なお、判定は、
PG64-22の最高温度（64℃以上）および最低温度（-22℃
以下）を満足するものを○（良好）、満たさないものを
×（不良）とし、PG64-22の規定値を余裕を持って満足
するものを◎（優良）とした。また、実施例１のストア
ス基材である、減圧蒸留残油とプロパン脱れきアスファ
ルトの性状を表３に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】表１および２から、原油混合物のAPI度が2
8〜33であり、ストアスの針入度（25℃）が60〜70であ
り、かつ、動粘度（180℃）が70〜80mm²/sである実施例
のストレートアスファルトはいずれも、最高温度64℃以
上かつ最低温度-22℃（測定温度-12℃）以下という優れ
た供用可能温度を確保できることが分かる。また、アラ
ビアンヘビー原油、イラニアンヘビー原油、クエート原
油およびカフジ原油の合計量が、35〜90容量である場合
に前記の優れた特性のストアスを比較的容易に製造でき
ることが明白である。一方、原油混合物のAPI度が本発
明で規定する範囲を外れる比較例１および２のアスファ
ルトは、耐低温ひび割れ性を示すBBRの値が高く、ま
た、ストアスの針入度（25℃）が外れる比較例３のアス
ファルトは、耐わだち掘れ性を示すDSRの値が低く、何
れの比較例もPG64-22を満足しない。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、複数の原油を混合してAPI度
を35.0以下とした原油混合物を原料として減圧蒸留して
得た減圧蒸留残油を含み、ストレートアスファルトの針
入度（25℃）が45以上71以下かつ動粘度（180℃）が90m
m²/s以下となるように調整したストレートアスファルト
の製造方法およびかかる方法で製造されたストレートア
スファルトであるから、ストレートアスファルトの実用
可能な範囲を示すSHRP規格に規定する高い最高温度と低
い最低温度を有する、耐わだち掘れ、性耐疲労ひび割
れ、耐低温ひび割れなどの特性に優れたストレートアス
ファルトを安定に製造することが可能となる。また、こ
のような方法で製造された本発明のストレートアスファ
ルトは前記の特性を有するので、道路舗装用、水利構造
物用などのアスファルトとして好適に用いることができ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原油を減圧蒸留して得た残油を原料とし
   てストレートアスファルトを製造する方法において、該
   原油が複数の産地の原油を混合してAPI度35.0以下とし
   た原油混合物であり、前記ストレートアスファルトの25
   ℃における針入度が45以上71以下かつ180℃における動
   粘度が90mm²/s以下となるように調整することを特徴と
   するストレートアスファルトの製造方法。
2. 【請求項２】 原油混合物が、アラビアンヘビー原油、
   イラニアンヘビー原油、クエート原油およびカフジ原油
   から選択される１種以上の原油を合計で20容量％以上90
   容量％以下含む請求項１に記載のストレートアスファル
   トの製造方法。
3. 【請求項３】 API度35.0以下の原油混合物から製造さ
   れた減圧蒸留残油を含み、25℃における針入度が45以上
   71以下かつ180℃における動粘度が90mm²/s以下であるこ
   とを特徴とするストレートアスファルト。