JP2011032644A - 舗装構造および舗装方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基層11の上に積層されるポリウレタン13を有する弾性を備えた中間層12と、中間層12の上に積層され凹凸表面に形成される表面層14と、を備え、中間層12は、弾性粒子13aを備える弾性整泡材13cと気泡13dとがポリウレタン13中に分散してなり、ポリウレタン13と弾性整泡材13cと気泡13dの体積が下記の式I及び式II:ポリウレタン13体積=V1、弾性整泡材13c体積=V2、気泡13d体積=V3のとき、0.55<V1/(V2+V3)<2.50…式I、0.70<V2/V3<3.00…式II、を満たすことを特徴とする舗装構造10とその舗装方法である。
【選択図】図1
Description
この理由として、図19に示すように、ポリウレタン130に含まれる気泡130eが大きすぎて軽い場合などは、気泡130eが浮き上がり、気泡130eの分布が上方へ偏ってしまう。この状態では、気泡130eが多量に含まれる上方の層130fのみが、流動性が高くなってしまう。こうした樹脂を敷設する際に、勾配のある敷設箇所に流し込むと、図20に示すように固化するより前に上方の層130fのみが流れ落ちる。
このため、従来の舗装構造は勾配に対して施工する際には厚みを均一に敷設することが難しく、凹凸や傾斜面への施工が困難であるという問題があった。
0.55 < V1/(V2+V3) < 2.50 … I
0.70 < V2/V3 < 3.00 … II
競技時に競技者の着地の際に舗装構造の表層部において生じる衝撃減衰率が高度なものであっても、なおかつその垂直方向の歪変形量である垂直変位量が抑制される。さらに、中間層の結合力が均等に保たれる。硬度、衝撃減衰率、垂直変位量、比重といった物理的性質は、上記の式I、IIを満たしていれば温度や使用機械などの条件によって左右されにくい。表面が固形の弾性整泡材が添加されていることと、弾性整泡材と気泡が均一に分布していることで、セルフレベリング性が高い。中間層全体としては、中空の弾性整泡材と気泡によって比重が減少する。
[基本的構成]
まず、本発明の実施形態に共通する舗装構造10の基本的構成について、図1を参照して説明する。
弾性整泡材13cは、比重や施工時のポリウレタン13の粘度または粘性抵抗の大きさ、互いの表面の絡まりやすさ等によって、中間層12の上方に浮き上がらずに、上下方向および平面方向に略均一に分散している。
0.55 < V1/(V2+V3) < 2.50 … I
0.70 < V2/V3 < 3.00 … II
を満たすように混合されている。
V1/(V2+V3)=間隙比eは、0.55〜2.5の値である必要があるが、衝撃減衰率の規定値35〜50%と垂直変位量0.6〜2.0を充分に確保するには、間隙比eは0.57〜2.0の値であれば特に望ましい。
V2/V3=フィラー比e2は、0.7〜3.0の値である必要があるが、垂直変位量を最適な値とするには0.8〜2.8が望ましい。
弾性整泡材13cを液状のポリウレタン13に添加し、ポリウレタン13の体積=V1、弾性整泡材13cの体積=V2、気泡13dの体積=V3のとき、下記の式I及び式II:
0.55 < V1/(V2+V3) < 2.50 … I
0.70 < V2/V3 < 3.00 … II
を満たすように、気泡13dを生じさせて混練し、舗装材とする。
弾性整泡材13cは、ポリウレタン13中に均一に分散していることで、その弾性により、中間層12の衝撃減衰率を上げる。さらに、ポリウレタン13中で整泡すなわちかつ気泡13dの巻き込み、位置関係によって、気泡13dのポリウレタン13への含有状態を調整する。すなわち、殻を有する弾性整泡材13cがポリウレタン13に入り、ぶつかりあうことにより、殻をもたない気泡13dの粒径が調整され、粒径の調整された弾性整泡材13cと気泡13dがポリウレタン13内に分布する。その結果、舗装構造10の品質と物理特性が安定する。
また、弾性整泡材13cは、舗装材に対してポリウレタン以外の流動性が低い素材が含まれていることで、セルフレベリング性を高め、勾配に対して舗装した際にも厚みが均一な舗装構造10となっている。
[実施形態]
衝撃減衰率および垂直変位量は、IAAF規格に示される衝撃減衰率(Force Reduction)と垂直変位量(Vertical Deformation)であり、それぞれの正確な定義および測定方法は非特許文献2に示されている。
本実施形態では垂直変位量の値を、弾性整泡材13cの含有量によって調節することができ、競技者の疲労軽減のためには、垂直変位量は特に0.6〜2.0であることが望ましい。
VD=A×FR−3.8333 … III
一般に舗装構造において、衝撃減衰率FRを調整しようとすると垂直変位量VDの値は大きく変化しやすい。上記の式IIIおよびA≦0.1267の値は、衝撃減衰率FRを35〜50%としつつ垂直変位VDが0.6〜2.5という条件から、垂直変位量VDの変化が少なくなる(VDとFRの関係をプロットしたとき、傾きが小さい)条件を導き出したものである。
さらに、本願の実施例より、A≦1.0であるとさらに衝撃減衰率と垂直変位量の値の関係を調整しやすく、安定した舗装構造の物性が得られるので望ましい。
舗装構造10の厚みを15.0mm以下、望ましくは13.5mm以下とすることで、従来陸上競技場の弾性舗装体で標準的に用いられる平均厚さ13.0mmとし、施工性の容易性やコスト低減、塗布積層厚の均一施工性、乾燥硬化時間の早さなどの面から有利な舗装体を得ることができる。
さらに、舗装構造10の厚みを12.0mm以下、さらに望ましくは10.0mm以下とすることができ、上記A≦1.0とする特定範囲を選択することにより上記VDとFRの関係を維持することができる。この場合、広範囲やさらに低コストで敷設する必要がある場合でも、競技者に対する安全性と疲労の軽減を確保できる。
まず、弾性整泡材13cを製造する。中空粒子13gの製造方法について述べると、液状の低沸点炭化水素を熱可塑性高分子殻(シェル)で包み込んだものを一般に80〜190℃に加熱すると、高分子の殻が軟化し、中の液状炭化水素が気体に変化し、その圧力でカプセルが膨張し、体積で50〜100倍になる。膨張工程が終了し、熱が冷めると殻が再硬化し、高分子の殻に内部に空洞を持つ、中空粒子13gとなる。
膨張工程の終了後、中空粒子13gの温度が常温程度まで低下した際に、微粒子13bを散布させると、殻の高分子が冷めて収縮する際に、微粒子13bの一部が該外殻に埋め込まれ、強力な付着力を備える。このように製造することで、中空粒子13gへの微粒子13bへの付着量を調整することができ、脱落しにくく付着させた弾性整泡材13cとすることができる。
本発明の弾性整泡材13cは、上記以外にも様々な形態を使用することができる。各種の弾性整泡材についての例を図4に示す。
弾性整泡材Sは、樹脂製の中空粒子13gなどをそのまま未処理で弾性粒子13aとして使用するものである。
弾性整泡材SPは、前記実施形態の例のように、樹脂製の中空粒子13gである弾性粒子13aに、表面に微粒子13bを有する表面処理を施しているものである。
図4に示したように、弾性整泡材SPWは、微粒子13bを設ける処理と湿化させる処理を併用したものである。表面に微粒子13bを有する弾性整泡材SPに対して、上記の弾性舗装材SWと同じ手段で表面を湿化させる処理を行うことが望ましい。
弾性整泡材SSPは弾性製法材SSに微粒子13bを有する表面処理を施したもの、弾性整泡材SSWは弾性製法材SSを湿化させたもの、弾性整泡材SSPWは弾性整泡材SSに微粒子13bを有する表面処理と湿化とを併用したものである。
また、これらの各種の表面処理を行った弾性整泡材を、それぞれ複数種類組み合わせたものを用いることも可能である。
表1に示す各実施例、試験例に対して、下記にて舗装材を配合した。ポリウレタンは、ポリウレタン主剤(三井化学ポリウレタン株式会社製、ハイプレンP−306)、ポリウレタン硬化剤(三井化学ポリウレタン株式会社製、TSR−82M)を各100部ずつ混合した。ここに、以下の添加物(1)〜(6)を表1(実施例)、表3(比較例)に示す配合量に従って配合した。
(2)EMC120α(弾性整泡材SP):熱膨張性表面処理マイクロカプセル(日本フィライト株式会社)アクリロニトリルとビニリデンクロライドを主とする各種コポリマーからなる熱可塑性樹脂の外殻を、内包するイソブタンのガスを加熱させることによって膨張させ、中空粒子(中空の占める割合99.94%、比重0.03)を形成する際に、熱で軟化している外殻に炭酸カルシウムの微粒子が埋め込まれてなるもの。微粒子は粒径3〜20μmで平均粒径7μm、比重2.7、中空粒子に対して75重量%。弾性整泡材全体として、平均粒径120μm、比重0.091〜0.110。
(3)MK添加剤(整泡剤):従来のメカニカルフロス工法のための整泡剤。(三井化学ポリウレタン株式会社製)
(4)EMC120AW(弾性整泡材SPW):熱膨張性マイクロカプセル(日本フィライト株式会社)、(2)に対して、DINPで湿化させたもの。微粒子は粒径3〜20μmで平均粒径7μm、比重2.7。中空粒子:微粒子:DINPの重量比は、20:70:10重量%。弾性整泡材全体として、平均粒径120μm、比重0.135〜0.141。
(5)F−80DE(弾性整泡材SS):複数の中空粒子を熱溶着させたものを含むもの。膨張性マイクロスフィアー(松本油脂製薬株式会社)、AN系コポリマー製、粒径90〜110μm、平均粒径100μm、平均比重0.028。
(6)FN−105DE(弾性整泡材SW):中空粒子の表面をPPGで湿化させたもの。膨張性マイクロスフィアー(松本油脂製薬株式会社)。AN系コポリマー製、平均粒径130μm、比重0.024の中空粒子を、分子量2000、OHV=54〜58、中空粒子に対して25重量%のPPGによって湿化。弾性整泡材全体として、比重0.088〜0.1244、平均比重0.103。
この液状の混錬物を、13mm厚となるよう敷設して施工した。
比較例は、間隙比eについては範囲外のものがあり、フィラー比e2はいずれも範囲外となり、両方が範囲外のものはない。比較例のデータは、衝撃減衰率、垂直変位量が規定外のものが見られた。
したがって、本発明の舗装構造は、添加剤である、微粒子を有する中空粒子の添加量によって衝撃減衰率を調整でき、しかも垂直変位量は一定値に保つことができることが示された。
なお、比較例7〜14の(3)MK添加剤のみを添加したものが、弾性整泡材を加えずに整泡のみを行う添加剤を加える、従来工法のメカニカルフロス工法である。この比較例7〜14では、ポリウレタン100g中の空気が40ccを越えると軒並み垂直変位量の増加も著しくなった。それに対して(3)以外、弾性整泡材を添加剤として用いたもの、特に(2)の空気と殻を持った中空粒子に微粒子を組み合わせたものでは、100ccを越えても垂直変位量の増減はほとんど見受けられず、この弾性整泡材が特に好適に施工できることが示された。
上記の実施例2、実施例6、比較例11の舗装材(中間層)のサンプルを、上中下で3等分になるよう断面を裁断した裁断サンプルを作成し、それぞれ実施例23、実施例24、比較例21とした。これらの3等分したうち中間の裁断サンプルの、上面の断面を「上側」、下面の断面を「下側」とし、それぞれの断面に確認できる粒状物、空気の粒径を調査し、粒度分布を作成した。
粒径の調査は、断面を200倍に拡大できるマイクロスコープで撮影し、1.6×1.6の四角2個分の大きさをA4サイズに拡大し、それぞれの粒径をデジタルノギスによって測定し、実際の寸法を求めた。
表5に粒度分布の表、図6に縦軸に頻度(個)、横軸に粒径(mm)とした粒径分布図を示す。
しかしながら殻をもった粒状物を混合することにより粒径分布の範囲が狭く集約されて粒揃いとなり、上面、下面での均一性がうまれ、全断面において均一な比重が保たれるようになる。
なお、図7から図16に示される正方形のサイズは1.6×1.6mm(約2.5平方mm)の拡大図である。
比較例23からは、混合された材料の粘度が上昇しすぎ、結果、密に舗設することができず、大きな空気を巻込み、舗装材のバランスを崩す結果となった。
比較例24からは、弾性整泡材を添加せずに気泡だけでは、気泡の粒径を調整することができず、結果上面、下面でのバランスが悪くなり、さらには、粘度も上昇し作業効率が悪くなった。
粒径分布についての結果は表7に示す。
比較例1〜3と実施例1〜4において、サンプル100g中の間隙比eとフィラー比e2のそれぞれを、垂直変位量と比較した結果を表8に示す。また、間隙比eと垂直変位量の関係を図17、フィラー比e2と垂直変位量の関係を図18に示す。
本発明の舗装構造について、中間層と基層11の接着性についての試験を行った。
下地として透水性アスファルトを施工し、SBR系エマルジョンとセメントを配合した下地処理を施しポリウレタンの下地とした。下地養生後、下記配合にてポリウレタン弾性層を施工した。
2液反応硬化型ポリウレタン樹脂(三井化学ポリウレタン株式会社製)を下記配合にて13mm厚となるよう施工した。なお、ポリウレタンの撹拌時間は3分とした。
(配合処方)
ポリウレタン主剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 ハイプレンP-306)とポリウレタン硬化剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 TSR-82M)をそれぞれ1:1で混合し、ポリウレタンに対し、熱膨張性表面処理マイクロカプセル(日本フィライト株式会社EMC120α)を50.04vol%配合した。
ポリウレタン養生後の舗装構造を実施例28とし、JIS K 6854-1:1999(接着剤−はく離接着強さ試験方法−第1部:90度はく離)に準じ、接着試験を行った。
2液反応硬化型ポリウレタン樹脂(三井化学ポリウレタン株式会社製)を下記配合にて13mm厚となるよう施工した。なお、ポリウレタンの撹拌時間は3分30秒とした。
・ポリウレタン主剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 ハイプレンP-306):100部
・ポリウレタン硬化剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 TSR-82M):100部
・整泡剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 MK添加剤):2部
・発泡骨材(EVA):20部
ポリウレタン養生後の舗装構造を比較例25とし、JIS K 6854-1:1999(接着剤−はく離接着強さ試験方法−第1部:90度はく離)に準じ、接着試験を行った。
表9に実施例28、表10に比較例25の接着試験結果を示す。
12 中間層
12a 弾性層
12b 上塗り耐久層
12h 粒
13、130、130f ポリウレタン
13a 弾性粒子
13b 微粒子
13c 弾性整泡材
13d、130e 気泡
13f 湿化表面
13g 中空粒子
14 表面層
B 地盤
S、SP、SW、SPW、SS、SSW、SSP、SSPW 弾性整泡材
Claims (16)
- 基層上に積層されポリウレタンを含む弾性を備えた中間層と、該中間層上に積層され凹凸表面に形成される表面層とを備え、
前記中間層は、ポリウレタン中に弾性粒子を備えた弾性整泡材と気泡とが分散され、
ポリウレタンの体積V1と弾性整泡材の体積V2と気泡の体積V3とが、下記の式I及び式IIを満たすことを特徴とする舗装構造。
0.55 < V1/(V2+V3) < 2.50 … I
0.70 < V2/V3 < 3.00 … II
- 前記弾性整泡材は、前記弾性粒子が中空粒子であることを特徴とする請求項1に記載の舗装構造。
- 前記弾性舗装材は、前記中空粒子の粒径が50〜300μm、中空部分の占める体積の比率は95〜99.98%、比重が0.01〜0.10であることを特徴とする請求項1または2記載の舗装構造。
- 前記弾性整泡材は、前記弾性粒子の表面に該弾性粒子よりも比重の大きい微粒子を備えてなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の舗装構造。
- 前記弾性整泡材は、前記微粒子の粒径が3〜20μm、比重が0.3〜4.0であることを特徴とする請求項4に記載の舗装構造。
- 前記弾性整泡材は、表面が湿化したものを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の舗装構造。
- 前記弾性整泡材は、複数が溶着したものを含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の舗装構造。
- 前記弾性整泡材は、比重が0.01〜0.30、前記ポリウレタンに対する重量比が0.8〜13.0重量%であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の舗装構造。
- 垂直変位量が0.6〜2.5mmであることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の舗装構造。
- 衝撃減衰率FRと垂直変位量VDの関係を示す下記の式IIIにおいて、A≦0.1267であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の舗装構造。
VD=A×FR−3.8333 … III
- 中間層が基層との間に弾性素材を含有する複合弾性層を備えていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の舗装構造。
- 液状のポリウレタンに弾性粒子を備えた弾性整泡材を添加し、
ポリウレタンの体積V1と弾性整泡材の体積V2と気泡の体積V3とが下記の式I及び式IIを満たすように気泡を生じさせつつ混練して舗装材とし、
基層上に前記舗装材を積層して中間層とし、該中間層上に凹凸表面を有する表面層を積層して舗装構造とすることを特徴とする舗装方法。
0.55 < V1/(V2+V3) < 2.50 … I
0.70 < V2/V3 < 3.00 … II
- 前記弾性整泡材の製造時に、粒径50〜300μmで比重が0.05〜0.30の中空粒子である弾性粒子の表面に、粒径3〜20μmで比重が0.3〜4.0の微粒子を重量比が65〜85重量%となるよう設け、
前記弾性整泡材を液状のポリウレタンに0.5〜10.0重量%添加することを特徴とする請求項12の舗装方法。 - 前記弾性整泡材の製造時に、熱可塑性樹脂で成形された前記中空粒子を加熱して膨張させ、前記中空粒子の表面に前記微粒子を付着させ、前記中空粒子の温度を低下させて前記微粒子を前記表面に埋め込ませることを特徴とする請求項12または13に記載の舗装方法。
- 前記弾性整泡材を湿化させて前記ポリウレタンに添加することを特徴とする請求項12から14のいずれかに記載の舗装方法。
- 前記弾性整泡材は複数を溶着させて前記ポリウレタンに添加することを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の舗装方法。
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