JP2013523917A - 反射性アルファルト組成物 - Google Patents

Abstract

本発明のアスファルト組成物は、骨材、前記骨材をコーティングするバインダを含む。種々の実施態様では、前記バインダは透明ビチューメン、バイオビチューメン又は低温適用のためのポリマー変性ビチューメンを含み得る。前記バインダはグレア制御添加物を含み得る。前記反射性粒子は金属又は金属酸化物であり得る。

Description

本発明は、舗装表面建設に関する。

従来技術

道路又はその他の舗装表面を建造する従来の方法は、バインダとして熱ビチューメンを、骨材と共に混合してアスファルトを作り、前記アスファルトを舗装位置へ運び、前記アスファルトが熱いうちに前記舗装位置へアスファルトを敷く、というものである。アスファルトで表面を舗装する最近の進展には、前記アスファルトをずっと低温で適用し得るように接着剤を含むポリマー変性アスファルトの使用が含まれる。これらのポリマー変性低温適用アスファルトにより、アスファルト混合プラントと舗装位置との間の距離をずっと長くすることが可能となり、このことは多くの遠隔地において好ましいことである。その他の進展は、色を変更するために二酸化チタンなどの色素をビチューメンへ混合すること、有機材料から作られるビチューメン（バイオビチューメン）の進展及び透明ビチューメンの製造が含まれる。従来のビチューメンは黒であるが、黒色色素は透明ビチューメンを製造するために製造プロセスの際に除去され得る。

表面舗装において、特に北半球においては、舗装表面下の地面への熱伝導を防止することが有利であり得る。この理由で、太陽入射光を反射するコーティングが開発されていきた。これらのコーティングは、望ましくないサブサーフェス熱伝導を防止するために有用であることが見出されているが、前記コーティングは接着性に乏しく容易に効果を失うというものである。種々の反射性アスファルト組成物が知られており、例えば最近の米国特許出願公開第２００８／０１６８９２６号、及びさらに特に米国特許第３２９１０１１号に開示されている。

米国特許出願公開第２００８／０１６８９２６号明細書 米国特許第３２９１０１１号明細書

従って、本発明は、埋め込まれた反射性粒子を用いた反射特性を与えるアスファルト組成物を提供するものである。

１つの実施態様では、前記アスファルト組成物は、骨材と、前骨材をコーティングするバインダを含み、前記バインダが、少なくとも部分的に可視光及び赤外線放射に透過性であり、及び前記バインダ内に埋め込まれかつ前記バインダでコーティングされる反射性粒子を含む。前記反射性粒子は、破砕表面を持つアルミニウム又はアルミニウム酸化物などの、反射性金属又は金属酸化物であり得る。前記バインダは、透明ビチューメン、バイオビチューメン又は低温適用のためのポリマー変性ビチューメンの１又はそれ以上を含み得る。前記バインダは、粒子変性剤又は二酸化チタンなどのグレア制御添加物を含み得る。前記反射性粒子は、例えば立方破砕表面などの破砕表面を持つアルミニウム酸化物又は鉄酸化物であり得る。反射性粒子として用いられるアルミニウム酸化物の場合には、非常に少量の反射性粒子を使用でき、例えば全アスファルト組成物の重量の２．４％未満、又はさらに０．０２又は０．０１％程度でさえあり得る。前記バインダは、前記アスファルト組成物に入射する放射が、前記バインダの厚さを通過し、アスファルト内に埋め込まれた反射性粒子で反射されるように、可視光及び赤外線スペクトルにおいて少なくとも一部分、例えば１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％ 又はそれ以上十分透明であるか半透明であり得る。前記組成物のこれらの側面及びその他の側面は、特許請求の範囲に定められており、これらは参照されて本明細書に援用される。

図１は、アスファルト組成物の断面を示す。

以下、実施態様が図面を参照しつつ記載される。図中類似の符号は類似する要素を示し、かつ例示として図は基盤上のバインダ中の骨材及び反射粒子の分散を示す。

アスファルト組成物の１つの実施態様は、骨材、前記骨材をコーティングするバインダを含み、前記バインダは可視光及び赤外線に対して少なくとも部分的に透過性であり、及び前記バインダに埋め込まれ、かつ前記バインダでコーティングされた反射性金属又は金属酸化物を含み、前記金属又は金属酸化物は破砕表面を持つ。

前記骨材は、アスファルト舗装工業で使用される任意の適切な骨材を含み、通常は主に石英又はシリコートからなる小石又は岩断片を含む。

前記バインダは、種々の部分的に透明なビチューメンを含み、例えば１又はそれ以上の透明ビチューメン、バイオビチューメン及び低温適用ポリマー変性ビチューメンを含む。透明ビチューメンは、いくつかの供給元から入手できるが、例えばＶｅｎｔｒａｃｏ Ｃｈｅｍｉｅ Ｂ．Ｖ．（オランダ）又はＳｕｎｃｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ（カナダ、カルガリ）が挙げられる。透明ビチューメンは、合成品又はオイルサンドなどの天然フィードストックからのものであり得る。透明ビチューメンの一例は、Ｍｅｘｐｈａｌｔｅ（ＴＭ）透明ビチューメンであり、Ｓｈｅｌｌ（ハーグ、オランダ）から入手可能である。通常のアスファルトバインダの厚さでの透明ビチューメンは少なくとも部分的に透明である。前記ビチューメンバインダはまた、種々の形のバイオビチューメン、例えば、リグニン、セルロース、糖蜜、砂糖、天然樹木樹脂、ゴム、野菜油、野菜油製造廃棄物、ポテト、麦及びコメデンプン、及び使用済みモーターオイルの洗浄で排出された蒸留残物などの非石油低分子材料などであり得る。バイオビチューメンの一例は、Ｅｃｏｐａｖｅ（オーストラリア）から入手可能なビチューメンＧＥＯ３２０である。前記ビチューメンは、低温適用のためのポリマー変性ビチューメンであり得る。これは合成、天然又は生物由来の任意の形のビチューメンであり、低温、例えば９０℃より低い温度で適用し得るように接着性ポリマーを含む。

前記使用されるバインダの望ましい性質は、特に赤外線領域での高い放射率であり、それにより前記アスファルト組成物は熱を吸収しなくなる。透明ビチューメンとして知られる材料などの部分的に透明なビチューメンが適切な放射率を与える、ということが見出された。

前記バインダはまた、白色及びその他の色について二酸化チタンなどのグレア制御添加物を含み得る。鉄酸化物は緑、青、赤、オレンジ又は黄色を、二酸化チタンは白色を、二酸化クロムは緑色を、及び酸化コバルトは青色を作るために使用され得る。前記グレア制御添加物は、グレアを低減することと前記反射粒子からの反射を可能とすることとの望ましいバランスを与えるために十分な量で添加される。前記バインダは、可視光及び赤外線スペクトルで前記アスファルト組成物に放射入射し、少なくとも部分的、例えば１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はそれ以上の部分が、前記バインダの厚さを透過し、アスファルト内に埋め込まれた反射性粒子で反射され前記反射された通路で前記バインダから出ることができるように透明又は半透明である。緑色は高いアルベドを持つことから、アスファルトのための緑色は特に適切である。

前記反射性粒子は、破砕表面を持つ金属又は金属酸化物を含む。前記反射性粒子は、種々のサイズを持ち、１つの実施態様では０．２ｍｍ未満の最大寸法を持つ。前記反射粒子は、１つの実施態様では均一なサイズを持ち得るが、他の実施態様ではある範囲のサイズを持ち得る。好ましくは、前記反射粒子はバインダを吸収しない。前記反射粒子がバインダを吸収しない場合には、得られるアスファルト組成物はより丈夫となり、他の実施態様では前記反射粒子は金属酸化物を含み、及び結晶性であり得る。前記反射性粒子は、前記液体バインダの２％、４％、６％、８％又は１０％などの１〜２０重量％の範囲の量で存在し得る。従って、前記反射粒子は、全アスファルト組成物の重量の２．４％ほどの少量で存在し得る。又はさらに０．０２重量％又は０．０１重量％で存在し得る。前記粒子変性剤がまた、破砕表面を持つ場合、全反射性粒子組成物は、全アスファルト組成物の重量に対して、４重量％であり得るが、しかし０．４重量％又は０．２重量％又は０．１重量％又は０．０１重量％でもあり得る。

前記反射性粒子は、アスファルト組成物に、製造の任意の適切な段階で添加され得る。例えば、バインダが添加される前に骨材と共に混合され得る。又は骨材と混合される前にバインダへ添加され得る。又は前記混合されたバインダと骨材へ添加され得る。前記グレア制御添加物は、アスファルト混合プラント又は現場のいずれかで、色素のバインダへの添加のための従来の方法でバインダへ添加され得る。高温適用ビチューメンについては、前記反射性粒子は骨材に添加され、前記バインダが骨材と混合される前に、前記グレア制御添加物は前記バインダへ添加され得る。製造の際に、前記バインダの存在量は、前記反射性粒子及び骨材をコーティングしてこれら材料を共に結合させ、前記反射性粒子がバインダに埋め込まれかつコーティングされていることを保証するために十分であるべきである。

低温適用アスファルトについては、高温混合アスファルトプラントがまた、前記表面化材料の製造に使用され得る。前記骨材は最初、加熱して乾燥され、その後、例えば８０℃〜９０℃に冷却される。その後骨材は前記熱混合プラント内に火炎なしで導入して戻されるか、又はパグミル（ｐｕｇｍｉｌｌ）などの他の適切な混合容器内に導入され、その後前記反射性粒子、バインダ、及びグレア制御材と混合される。前記骨材及び反射性粒子がその後バインダ及びグレア制御材と混合される。

得られるアスファルト組成物のバインダの比率は、全固体に対する従来の量であり得る。前記量は、前記骨材をコーティングし、骨材を共に結合するように選択される。バインダと骨材又はバインダと全固体（骨材及び反射性粒子を含む）の比率の１つの実施態様は、アスファルト組成物が、トラックの通行が対象とされる高速道路での使用のために適切な丈夫さを持つような量である。例としては、低温適用アスファルトについて全アスファルト組成物のバインダは重量％で３〜５％であり、全アスファルト組成物のバインダは重量％で５〜８％である。前記反射性粒子の量は、好ましくは望ましい反射の程度を与えるために十分であるが、前記反射性粒子が骨材とバインダについて過度に競合的とならないような量である。バインダの量は好ましくは、前記骨材と反射性粒子とを共にコーティングするために十分な量である。従って、前記バインダは、全固体について従来の重量パーセントで存在し得る。この場合、前記固体は骨材及び反射性粒子の両方を含む。全固体に対するバインダの重量パーセントは、例えば１％から１２％である。

例示的応用が図１に示される。基盤１０は従来通りに準備された舗装表面のためのサブ表面である。アスファルト組成物１２は骨材１４、反射性アルミニウム酸化物粒子１６及びチタン酸化物粒子１６及びバインダ１８を含む。前記アスファルト組成物１２は、道路、駐車場、滑走路、歩道又は任意の他の舗装表面であり得る。

埋め込まれた反射性粒子を含むアスファルト組成物は、材料破壊を低減させるＵＶ保護を与え（道路表面がより長寿命を持つ）、かつ前記表面の改善されたアルベドにより、増加するグリーンハウスガスの効果を緩和する。永久凍土上に設けられる場合には、前記アスファルト組成物は、永久凍土が融解することを緩和する。

特に低温適用アスファルトの使用のための１つの実施態様では、前記バインダは、アスファルト組成物の重量の合計１〜１２％を含み得る。全バインダ材料の０．４と１．５重量％の間の量は、プレミックス段階で使用されたアスファルトセメントであり、前記骨材及びアスファルトセメントは約３００Ｆ（華氏）で熱混合段階で結合される。前記骨材は、３／８インチの洗浄岩又は他の適切な骨材のサイズやタイプであり得る。第２の段階で、前記冷却結合された骨材と最初のバインダは前記プラントを火炎なしで通過し、残るバインダ液（バインダと接着性ポリマー性バインドとのブレンドである）と混合される。使用される液体バインダに依存して、例えば全液体バインダの重量で２０〜３０％の量のディーゼルなどの希釈剤が液体バインダへ添加され得る。接着性ポリマー性添加物は、最終のブレンドバインダの重量の３〜１０％まで添加され得る。グレア制御添加物（例えばチタン酸化物）及び反射性粒子（例えば反射性アルミニウム酸化物又はその他の反射性金属酸化物）は、それぞれ、全アスファルト組成物の０．０１から２．４重量％の量で添加されるか、又は望ましい反射性及び色のために適した量で添加され得る。

前記反射性酸化物粒子が反射性粒子として使用される実施態様では、前記粒子は１００グリットのアルミニウム酸化物を含み得る。アルミニウム酸化物などの前記反射性粒子は、反射機能を与える破砕表面を持つ。前記反射性粒子は、立方構造を持ち得る。前記反射性粒子は、それぞれ０．０５から０．２ｍｍの長さを持ち得る。又はいくつかの実施態様では、前記反射性粒子の寸法は２ｍｍまでの長さであり得る。

１つの実施態様では、液体バインダは、前記液体成分の重量の２〜２０重量％の量、例えば２％、４％、８％及び１２重量％で存在する二酸化チタンなどの粒子変性剤を含む得る。前記液体成分は、前記説明した任意のバインダを含み、及び１つの実施態様では、６７重量％のＭｅｘｐｈａｌｔｅ（ＴＭ）透明ビチューメンバインダ、３０重量％のディーゼル及び３重量％の接着性ポリマーを含み得る。反射性粒子は、前記液体バインダの液体成分の１〜２０重量％含むように添加され得る。この及び他の実施態様では、アルミニウム酸化物グリットが前記反射性粒子として使用され得る。例えば６重量部の液体バインダ（二酸化チタン及び反射性粒子を含む）、９４重量部の骨材を持ち、ここで反射性粒子は、即ち１００グリットのアルミニウム酸化物立方粒子であり、前記バインダ（骨材を含まない）の液体成分の重量で約２％、４％、８％及び１２％及び２０％までで存在し、及び変性剤又はグレア制御添加物としての二酸化チタンが前記液体バインダの液体成分の重量で約２％、４％、８％及び１２％及び２０％までで存在するアスファルト組成物は、適切なアルベド及び放射率を与えることが見出された。反射性アルミニウム酸化物粒子、液体バインダとしての透明ビチューメン及び色及びＵＶを保護のためのＴｉＯ_２を持つ、ここで開示されたタイプの緑色及び青色アスファルト組成物は、反射性、透明性及び色についての適切な組み合わせを持つことが見出された。

他の実施態様では、前記バインダを砂利道に適用し、その後前記反射性材料を前記バインダ内に巻き込ませることができる。さらに砂利又は骨材を、前記バインダの適用の前、と共に又は適用後、及び前記反射性材料の適用の前、と共に又は適用後に前記道に添加することができる。前記バインダは、グレア制御添加物を含み、さらにここで開示された透明ビチューメンを含むバインダのいずれかであり得る。一例として、チタン酸化物を持つ透明ビチューメンを砂利道に適用し、その後、骨材及び前記油引きした道の上に低温で回転されたアルミニウム片などの反射材料が適用され得る。

アルベド及び放射率試験
全ての試験サンプルは、９４重量部の骨材と６重量部のバインダブレンド（透明バインダ（Ｍｅｘｐｈａｌｔｅ（ＴＭ））と、ルチル型二酸化チタン及びライトグレーアルミニウム酸化物１００グリットからなる混合物を用いて行った。二酸化チタン（ＴＤ）及びアルミニウム酸化物の量は、前記バインダの液体成分の重量に対して、１から２０重量％（０．０６から１．２重量部）の二酸化チタン、及び１から２０重量％（０．０６から１．２重量部）のアルミニウム酸化物へ変動させた。０．４８重量部のＴＤと０．１２重量部のアルミニウム酸化物では、アルベドが０．４０であり、０．２４重量部のＴＤと０．１２重量部のアルミニウム酸化物では、アルベドが．０．３９であった。最大のアルベドレベル（デジタルカメラとソフトウェアを用いたアルベドフィールド試験を用いて０．４０）が、０．４８重量部の二酸化チタンと０．１２重量部のアルミニウム酸化物で達成された。二酸化チタン又はアルミニウム酸化物のそれぞれのより多い量では、アルベドの増加はなかった。０．４０アルベドは、コンクリート（アルベドは約０．３５）に十分比較可能である。

前記アルベド試験は、「Ｓｎｏｗ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｌｂｅｄｏ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ」（Ｉｎｔ．Ｊ．Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ、２０ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４、ｖｏｌ．２５、ｎｏ．２４、ｐａｇｅｓ５７０５−５７２９）に従い、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈから入手可能な光分析ソフトウェアＩｍａｇｅＪを用いて行った。

放射率εの試験において、黒色アスファルトについてはε＝０．９４であり、ルチル型二酸化チタン、ライトグレーアルミニウム酸化物１００グリット及び緑酸化物色（それぞれ０．４８重量部の二酸化チタン及び０．１２重量部のアルミニウム酸化物、０．１２重量部の緑酸化物）と共に６重量部のバインダブレンド（透明バインダＭｅｘｐｈａｌｔｅ（ＴＭ））を含む９４重量部骨材については、試験結果はε＝０．８９であることを示す。前記放射率は、Ｆｌｕｋｅ ＴＩ−５５ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｅｒを用いて測定された。放射率試験のために、背景温度が反射媒体としてスズ箔を用いて測定された。前記試験表面の平均温度が背景温度Ｔａｍｂとして使用された。水「ホットバス」が、アスファルトに置かれたセラミックプレートを加熱するために使用された。アスファルトは約８３℃に加熱された。測定される全ての物又は材料は、Ｔａｍｂの上の最低３３℃の温度である必要がある。測定として使用されるために選択されたアスファルトの面積は、前記放射率比較片に非常に近接したより小さい片であった。放射率が０．９５であることが知られている黒色電気テープが放射率比較として使用された。

従って、バインダ、二酸化チタン及びアルミニウム酸化物の組み合わせによるアルベドの著しい増加は放射率を犠牲にしていなかった。比較により、新たな黒色アスファルトは放射率で標準０．９０であるが、アルベドではほんの０．０５であった（記録し得る最も小さいレベルであり、しばしば地球上での最小アルベドの例として使用される）。

これは黒色アスファルトに、太陽光反射率ＳＲＩに０を与える。（９４重量部）骨材、６重量部バインダブレンド、０．４８重量部二酸化チタン、及び０．１２重量部アルミニウム酸化物の組み合わせで得られた前記０．４０アルベルド材料は、０．８９放射率を持ち、４５のＳＲＩを与える。

ここで使用されたＳＲＩは、ＡＳＴＭＥ１９８０に記載の式を用いて計算され、１から１００（熱特性と組み合わされた屋根の尺度）の尺度である。標準黒色（反射率０．０５、放射率０．９０）が０であり、標準白色（反射率０．８０、放射率０．９０）が１００であるように定義される。しかし、いくらかの熱い屋根は負の値を持ち得る。また、いくらかの白色熱可塑性材料及び白色屋根コーティングは１０４から１００の高い値を持つ。

二酸化チタンは、アスファルトの色及びＵＶ保護を含むアスファルト用添加物として知られた望ましい特徴のために選択される。反射性粒子は、アスファルト及び二酸化チタンのための反射率、放射率、ＵＶ保護を与えるため、及び二酸化チタン粒子を分解して凝集させないように選択される。本発明が見出した１つの利点は、比較的少量の、アルミニウム又はアルミニウム酸化物粒子などの金属又は金属酸化物反射性粒子をアスファルトへ添加するだけで反射率の改善が得られる、ということである。しかし、よりよい結果が、アルミニウム又はアルミニウム酸化物粒子と組み合わせて二酸化チタンを用いることで得られると、考えられる。類似の性質であることから、亜鉛酸化物又はニオブ酸化物もまた、グレア制御剤として二酸化チタンに代わり得る。しかしこれらは両方共高価であり、亜鉛酸化物はアスファルトへの適用のためには二酸化チタンほど好ましい特性を持たない。

二酸化チタンは、アスファルト組成物の共通の成分であり、微粒子又は粉末として従来の形で開示された組成物中で好ましく使用される。アルミニウムが反射性粒子として使用される１つの実施態様では、前記アルミニウムは、微粒子の形か、又は１ｃｍより短い長さで、厚みよりも大きい幅を持ち、前記厚みも幅も１ｍｍの程度である薄片の形を持ち得る。かかる片は、金属缶などのアルミニウム製品のプロセス廃棄物から得られ得る。

ここで記載された実施態様に基づき、特許請求の範囲から離れることなく種々の変更例がなされ得る。特許請求の範囲で、用語「含む」は内包的意味であり、存在する他の要素を除外するものではない。「ひとつの」は、それが指す要素が複数であることを除外するものではない。ここで記載された個々の特徴のそれぞれは、１又はそれ以上の実施態様で使用され得るものであり、ここで記載されているというだけの理由で、特許請求の範囲で定められるように全ての実施態様に本質的であるとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. アスファルト組成物であり、前記組成物が：
   骨材、前記骨材をコーティングするバインダを含み、前記バインダが少なくとも一部分可視光及び赤外線放射に対して透明であり；
   前記バインダ中の二酸化チタン；及び
   前記バインダに埋め込まれかつコーティングされた反射性粒子を含み、前記反射性粒子が破砕表面を持つアルミニウム又はアルミニウム酸化物である、アスファルト組成物。
2. 請求項１に記載のアスファルト組成物であり、前記バインダが透明ビチューメンを含む、アスファルト組成物。
3. 請求項１に記載のアスファルト組成物であり、前記バインダがバイオビチューメンを含む、アスファルト組成物。
4. 請求項１に記載のアスファルト組成物であり、前記バインダが低温適用のポリマー変性ビチューメンを含む、アスファルト組成物。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアスファルト組成物であり、前記反射性粒子がアルミニウム酸化物粒子であり、前記バインダの液体成分の重量に対し、１％から２０％含まれる、アスファルト組成物。
6. 請求項５に記載のアスファルト組成物であり、前記アルミニウム酸化物粒子がそれぞれ０．２ｍｍ未満の寸法を持つ、アスファルト組成物。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアスファルト組成物であり、前記反射性粒子が、前記アスファルト組成物の重量に対し、０．０１％から２．４％の量で存在する、アスファルト組成物。
8. アスファルト組成物であり、前記アスファルト組成物が：
   骨材、前記骨材をコーティングするバインダを含み、前記バインダが少なくとも一部分、可視光及び赤外線放射に対して透明であり；及び
   前記バインダに埋め込まれ、かつコーティングされた反射性金属又は金属酸化物を含み、前記金属又は金属酸化物が破砕表面を持ち、前記反射性金属又は金属酸化物粒子が、前記アスファルト組成物の重量に対して０．０１％から２．４％の量で存在する、アスファルト組成物。
9. 請求項８に記載のアスファルト組成物であり、前記バインダ中にグレア制御添加物を含むアスファルト組成物。
10. 請求項９に記載のアスファルト組成物であり、前記グレア制御添加物が二酸化チタンを含む、アスファルト組成物。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のアスファルト組成物であり、前記バインダが透明ビチューメン、バイオビチューメン又は低温適用のためにポリマー変性ビチューメンを含む、アスファルト組成物。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のアスファルト組成物であり、前記反射性粒子が反射性金属又は金属酸化物粒子を、前記バインダの液体成分の重量に対して１％から２０％の量で存在する、アスファルト組成物。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のアスファルト組成物であり、前記アスファルト組成物が前記緑色色素を含む、アスファルト組成物。

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