JP2012233074A

JP2012233074A - ポリマー改質アスファルト組成物

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Publication number: JP2012233074A
Application number: JP2011102308A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤; Masahiro Sano; 昌洋佐野; Keiji Aoki; 啓至青木
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP5687125B2

Abstract

【課題】粘度を低くすることなく、従来よりも低い温度において混合物の製造と施工を行うことが可能で、重交通用舗装として十分な強度を発現させることができるポリマー改質アスファルト組成物を提供する
【解決手段】ベースアスファルトと、スチレン含有量が３０〜５０重量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２，０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）：２〜８重量％と、石油樹脂：１〜１０重量％とを含有するが、このとき更に剥離防止剤：０．０５〜５．０重量％含有していてもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、従来よりも低い温度で骨材と混合ができ施工が可能なポリマー改質アスファルト組成物に関する。

従来より、アスファルトは道路舗装及び防水等の幅広い分野で使用されている。重交通道路の舗装には、一般的には補強剤としてスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）を使用したポリマー改質アスファルト（以下、ＰＭＢという。）が利用されている。このＰＭＢを骨材と混合する場合、ＰＭＢの粘度が高いと骨材と十分混合できず、ひいては、ＰＭＢと混合した骨材を舗装箇所において十分に締固めることができない。従って、ＰＭＢについては、骨材が十分に混合可能な粘度とするため、一般的にはＰＭＢを１７０〜１８０℃程度まで加熱して低粘度化する。そして、かかる温度下でＰＭＢと骨材を混合し、その混合物を道路に敷き均した後、１５０〜１６０℃程度で締め固める。

しかしながら、ＰＭＢを１７０〜１８０℃程度の高温までに加熱する必要があるため、加熱に使用する燃料等から排出される二酸化炭素（温室効果ガス）の量が多く、地球温暖化の観点から望ましい状態とは言えない。一般にこの温室効果ガスの排出量を低下させるためには、混合温度を従来より３０℃程度下げた温度で混合する必要があるが、かかる温度では却ってＰＭＢの粘度が高くなって混合処理が困難となる。従って、混合温度を約３０℃程度低くしても、問題無く施工できるＰＭＢが従来より望まれていた。

以上のような問題点を解決するために、従来、アスファルト組成物の粘度を下げて、アスファルト組成物と骨材との混合作業や、製造された混合物を道路に敷きならす上での、作業性を向上する方法として、例えば特許文献１乃至４に開示された技術が提案されている。

特許文献１の開示技術では、９０〜１６０℃という中温域で骨材と混合して製造することができるように、アスファルト組成物と、ポリウレタンポリイソシアネートプレポリマーと、石油系配合油及び／又は潤滑油とを主成分としたアスファルト組成物が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、バインダに潤滑油等を加えることにより粘度を下げることができる反面、アスファルト組成物が軟化し、強度が出なくなってしまうという問題がある。

また特許文献２及び特許文献３の各開示技術では、いずれもバインダの低粘度化手法としてワックスを使用する技術が開示されているが、かかる方法によれば、このワックスの軟化点以上の温度においては低粘度化させることができるものの、軟化点以下の温度域においては、著しく粘度が上昇してしまい、施工時の温度管理が非常に難しくなる。また、ワックス含有量が増加するため、アスファルト組成物中の熱可塑性エラストマーの相溶性が悪化し、貯蔵安定性が悪くなるという問題もある。

さらに特許文献４では、製造時の混合の際に水蒸気成分を発生させる成分を添加することによって、バインダ中に微細な気泡を発生させ、バインダ中の微細気泡によるベアリング効果によってより低い温度での製造・舗設が可能となる技術が開示されているが、製造時の添加剤の混入方法等、従来と比較して製造方法が煩雑化する問題点がある。

特開２００１−０７２８６２号公報特表２００２−５３８２３１号公報特開２００２−３０２９０５号公報特開２００１−０６４０６５号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ＰＭＢの粘度を低くすることなく、従来よりも低い温度において骨材と混合することによるアスファルト混合物の製造と施工を行なうことができ、重交通用舗装として十分な強度を発現させることができるポリマー改質アスファルト組成物を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明者らは、鋭意検討の結果、特定のスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）と石油樹脂をベースアスファルトに添加したＰＭＢを使用することにより、従来の１７０〜１８０℃よりも３０℃低い温度で骨材と混合し、締固めることが可能であることを見出した。

請求項１記載のポリマー改質アスファルト組成物は、ベースアスファルトと、スチレン含有量が３０〜５０質量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２，０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）：２〜８質量％と、石油樹脂：１〜１０質量％とを含有することを特徴とする。

請求項２記載のポリマー改質アスファルト組成物は、剥離防止剤：０．０５〜５．０質量％含有することを特徴とする。

本発明のポリマー改質アスファルトは、重交通舗装に求められる強度、すなわち、耐轍掘れ性（ＤＳ値）を保ちながら、かつ、従来の１７０〜１８０℃で骨材と混合する重交通用ポリマー改質アスファルトと比較して３０℃以上低い温度条件でも製造・舗設が容易となり、さらに、相溶性に優れた貯蔵安定性の高いポリマー改質アスファルト組成物を提供することが可能となった。

本発明を適用したポリマー改質アスファルト組成物は、ベースアスファルトと、スチレン含有量が３０〜５０質量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体と、石油樹脂とを含有するものであり、必要に応じて剥離防止剤が添加される。

上記スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体は、アスファルト組成物全体に対して２〜８質量％含有し、石油樹脂は１〜１０質量％含有し、剥離防止剤は０．０５〜５．０質量％含有している。

以下、本発明を実施するための形態として、ポリマー改質アスファルト組成物について、詳細に説明する。

スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）
スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）は、ベースアスファルトへの補強材として添加される熱可塑性エラストマーである。ＳＢＳは、スチレン含有量が３０〜５０質量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲にある。ここでいうスチレン含有量とは、ＳＢＳ中に含まれているスチレンの質量％である。また２５％トルエン溶液粘度とは溶媒にトルエンを使用し、所定の試料を溶液の２５質量％溶かしたものを、２５℃にてブルックフィールド（ＢＬ）型粘度計により測定する値である。ＳＢＳの添加量は２〜８質量％であり、好ましくは４〜７質量％である。ＳＢＳの添加量が２質量％未満の場合は、アスファルトの強度を発現することができなくＤＳ値が小さくなる。またＳＢＳの添加量が８質量％超では、貯蔵安定性が悪くなると共に、ジャイレトリーの旋回回数が大きくなる。

スチレン含有量が３０〜５０質量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるＳＢＳを使用することによって、貯蔵安定性、ジャイレトリー旋回回数及びＤＳ値の目標値を満足することができる。スチレン含有量が３０質量％未満と、２５％トルエン溶液粘度が１５０ｍＰａ・ｓ未満の場合には、アスファルトの強度が発現せず、その結果ＤＳ値は小さくなる。

石油樹脂
Ｃ５系石油樹脂等の脂肪族系石油樹脂(以下、Ｃ５系石油樹脂という)、Ｃ９系石油樹脂等の芳香族系石油樹脂(以下、Ｃ９系石油樹脂という)、ジシクロペンタジエン系石油樹脂等の脂環族系石油樹脂(以下、ＤＣＰＤという)、Ｃ５/Ｃ９共重合系石油樹脂などの石油樹脂(以下、Ｃ５/Ｃ９系石油樹脂という)、並びにこれら石油樹脂を水添して得られる水添石油樹脂が使用できる。これら石油樹脂の添加によって、アスファルト混合物の施工温度でのアスファルトの粘弾性特性は、より粘性体となりジャイレトリーによる締め固めが改善される。石油樹脂の添加量は１〜１０質量％であり、好ましくは２〜６質量％である。この石油樹脂の添加量が１％未満の場合は、アスファルト混合物の施工温度におけるアスファルトの粘弾性特性を改善することができず、１０質量％を超える場合は、所定量のＳＢＳを添加することができなくなり、その結果ＤＳ値が低下する。

ベースアスファルト
ベースアスファルトは、原油を減圧蒸留した残油として得られるストレートアスファルト、原油の減圧蒸留残油をプロパン等により脱れきして得られたプロパン脱れきアスファルト、或いは原油の減圧蒸留残油をプロパン等により脱れきして得られた溶剤脱れき油を溶剤抽出して得られたエキストラクト等で構成される。このエキストラクトの代わりに、アロマ系オイルで構成するようにしてもよい。このアロマ系オイルは、ＪＩＳＫ６２００に規定されているものであり、芳香族炭化水素を、少なくとも３５質量％含む炭化水素系プロセスオイルである。

アスファルトは、上述した減圧蒸留法、ブローイング（空気吹き込み法）、調合法（ブレンド法）の何れかの方法により製造される。即ち、このアスファルトは、プロパン脱れきアスファルト、ストレートアスファルト、エキストラクトのうち何れか１種以上が含まれるものである。

プロパン脱れきアスファルトは、減圧蒸留残油に対して、プロパン、又はプロパンとブタンの混合物を溶剤として使用し、脱れき処理して得られた、いわゆる溶剤脱れきアスファルトである。またこのプロパン脱れきアスファルト以外には、例えばストレートアスファルトや、ブローンアスファルト等のいかなるアスファルトを使用するようにしてもよい。

このプロパン脱れきアスファルトは、例えばＪＩＳＫ２２０７の下で２５℃における針入度が８（１／１０ｍｍ）、軟化点が６６．５℃、１５℃における密度が１０２８ｋｇ／ｍ³であるのものを使用するようにしてもよい。

また、ストレートアスファルトとしては、例えば、２５℃における針入度が６５（１／１０ｍｍ）、軟化点が４８．５℃、１５℃における密度が１０３４ｋｇ／ｍ³であるのものを使用するようにしてもよい。

エキストラクトは、原油の減圧蒸留残油をプロパン等により脱れきして得られた溶剤脱れき油を更に極性溶剤を用いて溶剤抽出することにより、重質潤滑油を精製油として得る際の抽出油である。エキストラクトは、１００℃における動粘度が６１．２ｍｍ²／ｓ、４０℃における動粘度が３９７０ｍｍ²／ｓ、１５℃における密度が９７６．４ｋｇ／ｍ³であるのものを使用するようにしてもよい。ちなみに、このエキストラクトの含有量は、本発明アスファルト組成物全体の重量に対して、１０質量％以下含まれていることが望ましい。その理由として、このエキストラクトの含有量が１０質量％を超えてしまうと、得られる本発明アスファルト組成物の強度を、アスファルトとしての適用を考える上で十分な程度まで向上させることができないためである。

剥離防止剤
本発明では、石英粗面岩などの接着性の悪い骨材を使用した場合に、アスファルト組成物と骨材の剥離を防止するために、剥離防止剤を添加することが好ましい。

剥離防止剤としては、アミン類、アミド類、第４アンモニム塩、高級アルコール類、有機リン化合物、トール油、トール油誘導体、カルボキシル基を有する炭素数２０の多環式ジテルペン等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。

剥離防止剤の添加量は０．０５〜５．０質量％であり、好ましくは０．１〜３．０質量％である。０．０５％よりも少ない添加量では、添加の効果が発揮しない。剥離防止剤の添加量が５．０質量％を超える量としても、その効果は変わらずコスト高を招くことになる。

上述した構成からなる本発明では、以下の実施例において詳述するように、１４０℃程度の温度域において、混合物の製造と施工を当該温度域で行うことができ、温室効果ガスの排出量をも抑えることができる。また、これに加えて、重交通用舗装として十分な強度を発現させることができる

以下に、本発明で使用した試験方法、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の例において単に％のみ記載されている場合は、質量％を示すものとする。

表１の実施例１〜９、並びに比較例１〜９に示す配合比率からなる、ストレートアスファルト、プロパン脱れきアスファルト、エキストラクト、ＳＢＳ、石油樹脂、剥離防止剤等を混合した試料を準備した。

ＳＢＳについては、ＳＢＳ１〜ＳＢＳ５を試料として準備している。ここでいうＳＢＳ１は、スチレン含有量３１質量％でトルエン２５％溶融粘度４０００mPa・sであり、ＳＢＳ２は、スチレン含有量３０質量％でトルエン２５％溶融粘度１７００mPa・sであり、ＳＢＳ３は、スチレン含有量４０質量％でトルエン２５％溶融粘度６５０mPa・sであり、ＳＢＳ４は、スチレン含有量４５質量％でトルエン２５％溶融粘度１７０mPa・sであり、ＳＢＳ５は、スチレン含有量５２質量％でトルエン２５％溶融粘度８２０mPa・sである。このうち、上述した本発明において規定したスチレン含有量並びにトルエン２５％溶融粘度を満たすのはＳＢＳ２〜４であり、ＳＢＳ１、ＳＢＳ５はともに比較用の試料である。

石油樹脂は、Ｃ９系石油樹脂１及びＣ９系石油樹脂２及びＣ５/Ｃ９系石油樹脂３を試料として準備している。このＣ９系石油樹脂１は、軟化点が１３５℃であり、分子量が１０００であり、Ｃ９系石油樹脂２は、軟化点が９８℃であり、分子量が７００であり、Ｃ５/Ｃ９系石油樹脂３は、軟化点が９７℃であり、分子量が１０００である。ちなみに、このＣ９系石油樹脂１は東ソー株式会社製の「ペトコール１４０」を、Ｃ９系石油樹脂２は、東ソー株式会社製の「ペトコールＬＶ」を、Ｃ５/Ｃ９系石油樹脂３は、東ソー株式会社製の「ペトロタック１００」を使用している。

剥離防止剤１は、酸価１５６(mgKOH/g：JIS K 0070)、軟化点７７．０℃（JIS K 2207）の不均化ロジンであり、剥離防止剤２は、酸化１９１．５(mgKOH/g：JIS K 0070)、ケン価化１９９(mgKOH/g：JIS K 0070)のトール油脂肪酸である。

比較例１は、通常の混合温度１７０℃及び締め固め温度１５０℃での市販品評価試験である。なお、この市販品は日本改質アスファルト協会規格のポリマー改質アスファルトII型に合格している製品である。

比較例２〜４は、ＳＢＳ１の添加量を変化させるとともに、比較例２においては石油樹脂を添加せず、比較例３〜４においてはＣ９系石油樹脂１を４％添加している。

比較例５〜６と実施例１はＳＢＳ２を使用し、ＳＢＳ２の添加量を変化させるとともに、比較例５〜６においては石油樹脂を添加せず、実施例１においてはＣ９系石油樹脂１を４％添加している。

実施例２は、ＳＢＳ３を使用して石油樹脂を４％としている。

比較例７と実施例３〜９は、ＳＢＳ４を使用し、ＳＢＳ４の添加量を変化させるとともに、石油樹脂の種類と添加量を変化させている。特に、実施例７〜９では他の実施例や比較例とは異なる種類のＣ５系石油樹脂２又はＣ５/Ｃ９系石油樹脂３を使用している。

比較例８、９は、ＳＢＳ５を使用し、ＳＢＳ５及びＣ９系石油樹脂１の添加量を変化させている。

いずれの比較例１〜９及び実施例１〜９の針入度は、４０〜５０になるようストレートアスファルト、プロパン脱れきアスファルト及びエキストラクトで調製している。また、いずれの比較例１〜９及び実施例１〜９においても、剥離防止剤１又は剥離防止剤２を表中に示す含有量で添加している。

次に、上述した構成からなる各試料の調製方法について説明をする。

ストレートアスファルト、プロパン脱れきアスファルト、エキストラクト、石油樹脂、剥離防止剤を、表１の実施例１〜９、比較例１〜９のそれぞれの配合比率となるようにホモミキサーで混合して１９５℃程度に維持した後、ＳＢＳを添加した。撹拌は、ホモミキサーの回転数を３５００回転/分として３時間行った。その際の製造量は１．８ｋｇとした。次に、調製したアスファルトと骨材を１４０℃で混合し、所定の供試体を作製し、試験に供した。

次に本発明に使用した試験法について説明する。

針入度（２５℃）は、ＪＩＳＫ２２０７「石油アスファルト−針入度試験方法」で測定した。この値は４０（０.１ｍｍ）以上が好ましい。

軟化点は、ＪＩＳＫ２２０７「石油アスファルト−軟化点試験方法」で測定した。この値は５６.０（℃）以上が好ましい。

粘度（１４０℃）は、ＪＰＩ−５Ｓ−５４−９９「アスファルト−回転粘度計による粘度試験方法」の条件の下、測定温度１４０℃、使用スピンドルＳＣ４−２１、スピンドル回転数２０回転／分で測定した。

貯蔵安定性試験（１４０℃）は、内径が５．２ｃｍ、高さが１３ｃｍのアルミニウム製円筒缶に、深さ１２ｃｍの位置まで本発明アスファルト組成物（約２５０ｇ）を注入して密封し、１４０℃で７２時間加熱した。その後、アルミニウム製円筒缶に注入されているアスファルト組成物の上部４ｃｍ、下部４ｃｍにおける軟化点を測定することにより確認できる。軟化点の測定は、ＪＩＳＫ２２０７に示す方法に基づいて行う。この上部の軟化点と下部の軟化点の差の差分絶対値を介して安定性の判断を行う。この軟化点差としての差分絶対値が３．０℃以下のときに貯蔵安定性が良好であるものとした。

ＤＳ値（動的安定度）は、（社）日本道路協会「舗装調査・試験法便覧」に規定されているホイールトラッキング試験方法に準拠して行った。日本の道路は、夏場には６０℃程度の温度になることが実験的に確認されている。この状態で、その上を車が通過すると、流動変形して轍掘れ等が発生する。ホイールトラッキング試験は、この轍掘れの発生の程度を実験的に確認するために考案された試験であり、舗装材における耐流動性の指標である動的安定度を評価するために実施される試験である。具体的には、６０℃に保持された恒温槽の中で、アスファルト混合物（試験体）上に所定の荷重をかけたタイヤを１時間往復走行させ、その変形量を測定した。

ＤＳ値（回/ｍｍ）は、試験開始後４５分から６０分までの１５分間の変形量（ｍｍ）と、試験開始後４５分から６０分までの１５分間のタイヤ走行回数（回）を用いて以下の数式（Ａ）を用いて求める。

ＤＳ値（回/ｍｍ）＝（４５分〜６０分までの間のタイヤ走行回数（回））／（４５分〜６０分までの間の変形量（ｍｍ））・・・・・・・・・（Ａ）

このＤＳ値が高いほど、アスファルトの強度が高く、轍掘れに強い舗装材料を提供できることを意味している。前記の舗装調査・試験法便覧にはＤＳ値が６０００回/ｍｍ以上となった場合は、ＤＳ値が６０００回/ｍｍ以上と報告することになっているが、本発明では実際に得られたＤＳ値を用いた。望ましいＤＳ値は５０００回/ｍｍ以上とした。

ジャイレトリー試験は、（社）日本道路協会「舗装調査・試験法便覧」に記載されている「ジャイレトリー試験機によるアスファルトの締固め試験法」に準拠して行った。ジャイレトリーの試験条件は、旋回角度１．２５°、締め固め圧力６００kPa、モールド直径１０ｃｍ、旋回回転速度３０rpmである。表中のジャイレトリー旋回回数は、アスファルト混合物が基準密度となるまでの回転数を示す。この旋回回数が少ないほどアスファルト混合物の締め固めが容易であることを示す。

以下、本発明を適用したポリマー改質アスファルト組成物において、効果を検証するため、改質材としての各種ＳＢＳと各種石油樹脂を使用した実施例と比較例について、詳細に説明をする。

比較例１は市販品を通常の１７０℃で混合し、１５０℃で締め固めた。その結果、ジャイレトリー旋回回数は８０となり、ＤＳ値は目標値をクリアした。実際の施工では、この市販品と同程度の物性が求められる。このため、以下の実施例１〜９、比較例２〜９においては、混合温度を１４０℃とし、締固め温度を１２０℃と、この比較例１よりも３０℃程度低減させているが、そのときのジャイレトリー旋回回数の合格基準は８０以下としている。

比較例２においては、ジャイレトリー旋回回数が１００より大きくなり、通常よりも低い温度での施工ができないことを示している。比較例３では石油樹脂を添加することによってジャイレトリーの旋回回数は低減することを示すが、市販品の８０以下には至っていない。比較例４で、ＳＢＳ１を５％として改善を試みた結果、ジャイレトリー旋回回数は改善されるが、ＤＳ値の低下が確認される。これらの結果から、２５％トルエン溶液粘度が２０００ｍＰａ・ｓを超えるＳＢＳ１を使用した場合には、貯蔵安定性は目標値を達成することができるものの、ＤＳ値やジャイレトリーにおいては目標値を達成することができないことが示されている。

比較例５と６並びに、実施例１は、本発明おいて規定した物性の範囲内にあるＳＢＳ２を使用した配合である。比較例５、６は、共にジャイレトリーが目標値を達成することができず、特に比較例６においては、貯蔵安定性についても目標値を達成することができなかった。これに対して、Ｃ９系石油樹脂１を添加した実施例１の配合においては、ジャイレトリ旋回回数、並びに強度面の双方において目標値をクリアしている。これにより、トルエン２５％溶液粘度を２０００ｍＰａ・ｓ以下とすることによりＳＢＳの分子量を小さくすると共に、石油樹脂を添加することによって目標値はクリアできることが示されている。

実施例２は、ＳＢＳ３を使用して石油樹脂を添加した配合であり、１４０℃粘度の粘度を低減することなく、ジャイレトリー旋回数とＤＳ値の目標値をクリアしている。

比較例７並びに実施例３〜９はＳＢＳ４を使用した配合であるが、石油樹脂を添加しない比較例７はジャイレトリーの目標値をクリアしない。これに対して実施例３〜９においては、石油樹脂の添加量を２〜６質量％の範囲内において変化させているが、何れもジャイレトリー旋回数とＤＳ値の目標値をクリアしている。

比較例８、９は、スチレン含有量が５０％を超えているＳＢＳ５を使用した配合であるが、ここではＣ９系石油樹脂１を添加しても目標値をクリアすることができない。特に、貯蔵安定性が悪く、ジャイレトリーの旋回回数も大きいことからアスファルト中におけるＳＢＳの分散に問題が生じているものと思われる。また、一般的に、ＳＢＳの分子量が小さくなるに従ってＤＳ値は低減する傾向が認められることから、ＳＢＳ５の場合は、トルエン２５％溶液粘度を著しく低減してもＤＳ値がクリアできないことは容易に推測される。

Claims

ベースアスファルトと、
スチレン含有量が３０〜５０質量％の範囲にあり、かつ、２５％トルエン溶液粘度が１５０〜２，０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるスチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）：２〜８質量％と、石油樹脂：１〜１０質量％とを含有すること
を特徴とするポリマー改質アスファルト組成物。
剥離防止剤：０．０５〜５．０質量％含有することを特徴とする請求項１記載のポリマー改質アスファルト組成物。