JP2023079808A - アスファルト組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた耐久性及びたわみ性を有する舗装面が形成できるアスファルト組成物、アスファルト混合物及び道路舗装方法の提供。【解決手段】アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、アスファルト組成物、アスファルト混合物、及び道路舗装方法に関する。
自動車道や駐車場、貨物ヤード、歩道等の舗装には、敷設が比較的容易であり、舗装作業開始から交通開始までの時間が短くてすむことから、アスファルト混合物を用いるアスファルト舗装が行われている。このアスファルト舗装は、骨材をアスファルトで結合したアスファルト混合物によって路面が形成されているので、舗装道路は良好な硬度や耐久性を有している。
しかしながら、アスファルト舗装面は、長期使用によって劣化し、舗装の補修を行う必要が生じる。舗装の補修を行うことにより、維持費用が増大するとともに、自動車の交通に大きな影響を与える結果となっていた。
しかしながら、アスファルト舗装面は、長期使用によって劣化し、舗装の補修を行う必要が生じる。舗装の補修を行うことにより、維持費用が増大するとともに、自動車の交通に大きな影響を与える結果となっていた。
特許文献1には、スラリーシール施工時の温度や使用骨材の特性の影響を受けず、分解遅延剤を用いることなく充分な骨材混合時間を確保でき、施工に適切なスラリー流動性が得られるスローセット用アスファルト乳剤として、特定構造のアミドアミン又はその水溶性塩、特定範囲のHLBの非イオン界面活性剤、及び特定構造のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物を含有するスローセット用アスファルト乳剤が開示されている。
特許文献2には、施工後の舗装面の耐久性に優れるアスファルト組成物として、アスファルト、熱可塑性エラストマー及び特定量のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物を含むアルコール成分由来の構成単位と、カルボン酸成分由来の構成単位とを含み、特定の軟化点を有するポリエステルを特定量含有してなるアスファルト組成物が開示されている。
特許文献2には、施工後の舗装面の耐久性に優れるアスファルト組成物として、アスファルト、熱可塑性エラストマー及び特定量のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物を含むアルコール成分由来の構成単位と、カルボン酸成分由来の構成単位とを含み、特定の軟化点を有するポリエステルを特定量含有してなるアスファルト組成物が開示されている。
ポリエステル樹脂によりアスファルトを改質する場合、高分子量成分であるアスファルテンが会合・凝集構造をとるため、効率的にポリエステル樹脂の改質効果が得られず、本改質剤を使用して十分な耐久性を得ようとすると、たわみ性悪化の可能性がある課題があった。
本発明は、ポリエステル樹脂によるアスファルトの改質効果を最大限に発現させ、優れた耐久性及びたわみ性を有する舗装面が形成できるアスファルト組成物、アスファルト混合物、及び道路舗装方法に関する。
本発明は、ポリエステル樹脂によるアスファルトの改質効果を最大限に発現させ、優れた耐久性及びたわみ性を有する舗装面が形成できるアスファルト組成物、アスファルト混合物、及び道路舗装方法に関する。
本発明は、以下の〔1〕~〔3〕に関する。
〔1〕 アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト組成物。
〔2〕 アスファルト、骨材、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト混合物。
〔3〕 上記〔2〕に記載のアスファルト混合物を道路に施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する、道路舗装方法。
〔1〕 アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト組成物。
〔2〕 アスファルト、骨材、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト混合物。
〔3〕 上記〔2〕に記載のアスファルト混合物を道路に施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する、道路舗装方法。
本発明によれば、優れた耐久性及びたわみ性を有する舗装面が形成できるアスファルト組成物、アスファルト混合物、及び道路舗装方法を提供することができる。
[アスファルト組成物]
アスファルト組成物は、アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有する。
アスファルト組成物は、アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有する。
本発明者らは、主鎖が芳香環から構成されるポリマーをポリエステル樹脂と併用してアスファルト組成物に混合させることで、優れた耐久性及びたわみ性を有する舗装面が形成できるアスファルト組成物が得られることを見出した。
本発明の効果が得られる詳細な機構は不明であるが、一部は以下のように考えられる。
本発明の主鎖が芳香環から構成されるポリマーは、π―π相互作用によりアスファルテンを分散させることができ、それによりポリエステル樹脂との接触頻度を向上させた結果、相互作用を効率化し、高いアスファルトの改質効果を達成できると考えられる。
本発明の効果が得られる詳細な機構は不明であるが、一部は以下のように考えられる。
本発明の主鎖が芳香環から構成されるポリマーは、π―π相互作用によりアスファルテンを分散させることができ、それによりポリエステル樹脂との接触頻度を向上させた結果、相互作用を効率化し、高いアスファルトの改質効果を達成できると考えられる。
本明細書における各種用語の定義等を以下に示す。
「バインダ混合物」とは、アスファルトと熱可塑性エラストマーとを含む混合物を意味し、例えば、後述の熱可塑性エラストマー等で改質されたアスファルト(以下、「改質アスファルト」ともいう)を含む概念である。
ポリエステル樹脂中、「アルコール成分由来の構成単位」とは、アルコール成分のヒドロキシ基から水素原子を除いた構造を意味し、「カルボン酸成分由来の構成単位」とは、カルボン酸成分のカルボキシ基からヒドロキシ基を除いた構造を意味する。
「カルボン酸成分」とは、そのカルボン酸のみならず、反応中に分解して酸を生成する無水物、及びカルボン酸のアルキルエステル(例えば、アルキル基の炭素数1以上3以下)も含む概念である。カルボン酸成分がカルボン酸のアルキルエステルである場合、カルボン酸の炭素数には、エステルのアルコール残基であるアルキル基の炭素数を算入しない。
「バインダ混合物」とは、アスファルトと熱可塑性エラストマーとを含む混合物を意味し、例えば、後述の熱可塑性エラストマー等で改質されたアスファルト(以下、「改質アスファルト」ともいう)を含む概念である。
ポリエステル樹脂中、「アルコール成分由来の構成単位」とは、アルコール成分のヒドロキシ基から水素原子を除いた構造を意味し、「カルボン酸成分由来の構成単位」とは、カルボン酸成分のカルボキシ基からヒドロキシ基を除いた構造を意味する。
「カルボン酸成分」とは、そのカルボン酸のみならず、反応中に分解して酸を生成する無水物、及びカルボン酸のアルキルエステル(例えば、アルキル基の炭素数1以上3以下)も含む概念である。カルボン酸成分がカルボン酸のアルキルエステルである場合、カルボン酸の炭素数には、エステルのアルコール残基であるアルキル基の炭素数を算入しない。
<アスファルト>
アスファルトとしては、種々のアスファルトが使用できる。例えば舗装用石油アスファルトであるストレートアスファルトの他、改質アスファルトが挙げられる。改質アスファルトとしては、ブローンアスファルト;熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂等の高分子材料で改質したポリマー改質アスファルト等が挙げられる。ストレートアスファルトとは、原油を常圧蒸留装置、減圧蒸留装置等にかけて得られる残留瀝青物質のことである。また、ブローンアスファルトとは、ストレートアスファルトと重質油との混合物を加熱し、その後空気を吹き込んで酸化させることによって得られるアスファルトを意味する。アスファルトは、ストレートアスファルト及びポリマー改質アスファルトから選択されることが好ましく、アスファルト舗装の耐久性の観点からはポリマー改質アスファルトがより好ましく、汎用性の観点からはストレートアスファルトがより好ましい。ポリマー改質アスファルトとしては、熱可塑性エラストマーで改質されたアスファルトがより好ましい。
改質アスファルトは、好ましくはポリマー改質アスファルトであり、より好ましくは熱可塑性エラストマーで改質したポリマー改質アスファルトである。
アスファルトとしては、種々のアスファルトが使用できる。例えば舗装用石油アスファルトであるストレートアスファルトの他、改質アスファルトが挙げられる。改質アスファルトとしては、ブローンアスファルト;熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂等の高分子材料で改質したポリマー改質アスファルト等が挙げられる。ストレートアスファルトとは、原油を常圧蒸留装置、減圧蒸留装置等にかけて得られる残留瀝青物質のことである。また、ブローンアスファルトとは、ストレートアスファルトと重質油との混合物を加熱し、その後空気を吹き込んで酸化させることによって得られるアスファルトを意味する。アスファルトは、ストレートアスファルト及びポリマー改質アスファルトから選択されることが好ましく、アスファルト舗装の耐久性の観点からはポリマー改質アスファルトがより好ましく、汎用性の観点からはストレートアスファルトがより好ましい。ポリマー改質アスファルトとしては、熱可塑性エラストマーで改質されたアスファルトがより好ましい。
改質アスファルトは、好ましくはポリマー改質アスファルトであり、より好ましくは熱可塑性エラストマーで改質したポリマー改質アスファルトである。
(熱可塑性エラストマー)
熱可塑性エラストマーで改質したポリマー改質アスファルトにおける熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン/ブタジエンブロック共重合体(以下、「SB」ともいう)、スチレン/ブタジエン/スチレンブロック共重合体(以下、「SBS」ともいう)、スチレン/ブタジエンランダム共重合体(以下、「SBR」ともいう)、スチレン/イソプレンブロック共重合体(以下、「SI」ともいう)、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体(以下、「SIS」ともいう)、スチレン/イソプレンランダム共重合体(以下、「SIR」ともいう)、エチレン/酢酸ビニル共重合体、エチレン/アクリル酸エステル共重合体、スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン共重合体、スチレン/エチレン/プロピレン/スチレン共重合体、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、イソブチレン/イソプレン共重合体、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、上記以外の合成ゴム、及び天然ゴムから選択される少なくとも1種が挙げられる。改質アスファルトにおける熱可塑性エラストマーとしては、好ましくは、スチレン/ブタジエンブロック共重合体、スチレン/ブタジエン/スチレンブロック共重合体、スチレン/ブタジエンランダム共重合体、スチレン/イソプレンブロック共重合体、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体、スチレン/イソプレンランダム共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体、及びエチレン/アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも1種である。
これらの中でも、熱可塑性エラストマーとしては、アスファルト舗装の耐わだち掘れ性の観点から、好ましくはSB、SBS、SBR、SI、SIS、SIR、及びエチレン/アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも1種、より好ましくはSB、SBS、SBR、SI、SIS、及びSIRから選択される少なくとも1種、更に好ましくはSBR及びSBSから選択される少なくとも1種である。
ポリマー改質アスファルト中の熱可塑性エラストマーの含有量は、アスファルト舗装の耐わだち掘れ性及び表面美観の観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
熱可塑性エラストマーで改質したポリマー改質アスファルトにおける熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン/ブタジエンブロック共重合体(以下、「SB」ともいう)、スチレン/ブタジエン/スチレンブロック共重合体(以下、「SBS」ともいう)、スチレン/ブタジエンランダム共重合体(以下、「SBR」ともいう)、スチレン/イソプレンブロック共重合体(以下、「SI」ともいう)、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体(以下、「SIS」ともいう)、スチレン/イソプレンランダム共重合体(以下、「SIR」ともいう)、エチレン/酢酸ビニル共重合体、エチレン/アクリル酸エステル共重合体、スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン共重合体、スチレン/エチレン/プロピレン/スチレン共重合体、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、イソブチレン/イソプレン共重合体、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、上記以外の合成ゴム、及び天然ゴムから選択される少なくとも1種が挙げられる。改質アスファルトにおける熱可塑性エラストマーとしては、好ましくは、スチレン/ブタジエンブロック共重合体、スチレン/ブタジエン/スチレンブロック共重合体、スチレン/ブタジエンランダム共重合体、スチレン/イソプレンブロック共重合体、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体、スチレン/イソプレンランダム共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体、及びエチレン/アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも1種である。
これらの中でも、熱可塑性エラストマーとしては、アスファルト舗装の耐わだち掘れ性の観点から、好ましくはSB、SBS、SBR、SI、SIS、SIR、及びエチレン/アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも1種、より好ましくはSB、SBS、SBR、SI、SIS、及びSIRから選択される少なくとも1種、更に好ましくはSBR及びSBSから選択される少なくとも1種である。
ポリマー改質アスファルト中の熱可塑性エラストマーの含有量は、アスファルト舗装の耐わだち掘れ性及び表面美観の観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
<ポリエステル樹脂>
本発明のアスファルト組成物が含有するポリエステル樹脂は、アルコール成分由来の構成単位と、カルボン酸成分由来の構成単位とを含む、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物である。
ポリエステル樹脂としては、非晶質ポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂が挙げられ、好ましくは非晶質ポリエステル樹脂である。
以下、アルコール成分、カルボン酸成分及びポリエステル樹脂の物性等について説明する。
本発明のアスファルト組成物が含有するポリエステル樹脂は、アルコール成分由来の構成単位と、カルボン酸成分由来の構成単位とを含む、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物である。
ポリエステル樹脂としては、非晶質ポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂が挙げられ、好ましくは非晶質ポリエステル樹脂である。
以下、アルコール成分、カルボン酸成分及びポリエステル樹脂の物性等について説明する。
(アルコール成分)
アルコール成分としては、脂肪族ジオール、脂環式ジオール、芳香族ジオール、3価以上の多価アルコール等が挙げられる。これらのアルコール成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
アルコール成分としては、脂肪族ジオール、脂環式ジオール、芳香族ジオール、3価以上の多価アルコール等が挙げられる。これらのアルコール成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
脂肪族ジオールとしては、好ましくは主鎖の炭素数2以上12以下の直鎖又は分岐の脂肪族ジオールであり、より好ましくは主鎖の炭素数2以上8以下の直鎖又は分岐の脂肪族ジオールである。
また、脂肪族ジオールは好ましくは飽和脂肪族ジオールである。
脂肪族ジオールの具体例としては、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-ブテンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオールが挙げられる。
また、脂肪族ジオールは好ましくは飽和脂肪族ジオールである。
脂肪族ジオールの具体例としては、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-ブテンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオールが挙げられる。
脂環式ジオールとしては、例えば、水素添加ビスフェノールA(2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン)、水素添加ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールが挙げられる。
芳香族ジオールとしては、例えば、ビスフェノールA(2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン)、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物が挙げられる。ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物としては、下記式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物が挙げられる。
〔式中、OR1及びR1Oはアルキレンオキシドであり、R1は炭素数2又は3のアルキレン基、x及びyはアルキレンオキシドの平均付加モル数を示す正の数を示し、xとyの和は好ましくは1以上、より好ましくは1.5以上であり、そして、好ましくは16以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは4以下である。〕
式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物としては、例えば、ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物が挙げられる。これらのビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
3価以上の多価アルコールとしては、好ましくは3価アルコールである。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトールが挙げられる。
アルコール成分は、物性調整の観点から、1価の脂肪族アルコールを更に含有することができる。1価の脂肪族アルコールとしては、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール等が挙げられる。これらの1価の脂肪族アルコールは、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(カルボン酸成分)
カルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3価以上6価以下の多価カルボン酸が挙げられる。これらのカルボン酸成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
カルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3価以上6価以下の多価カルボン酸が挙げられる。これらのカルボン酸成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
脂肪族ジカルボン酸としては、主鎖の炭素数が、好ましくは4以上であり、そして、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、より好ましくは6以下の脂肪族ジカルボン酸、例えば、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、炭素数1以上20以下のアルキル基若しくは炭素数2以上20以下のアルケニル基で置換されたコハク酸、又は、これらの無水物、これらのアルキルエステル(例えば、アルキル基の炭素数1以上3以下)が挙げられる。置換されたコハク酸としては、例えば、ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニルコハク酸が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、又は、これらの無水物、これらのアルキルエステル(例えば、アルキル基の炭素数1以上3以下)が挙げられる。以上の芳香族ジカルボン酸の中でも、骨材飛散の抑制及び耐水性の観点から、イソフタル酸及びテレフタル酸が好ましく、テレフタル酸がより好ましい。
3価以上6価以下の多価カルボン酸は、好ましくは3価カルボン酸である。3価以上6価以下の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸、又はこれらの酸無水物等が挙げられる。
カルボン酸成分は、物性調整の観点から、1価の脂肪族カルボン酸を更に含有することができる。1価の脂肪族カルボン酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、それらの酸のアルキル(炭素数1以上3以下)エステル等の炭素数12以上20以下の1価の脂肪族カルボン酸等が挙げられる。これらの1価の脂肪族カルボン酸は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(ポリエチレンテレフタレート由来の構成単位)
ポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール由来の構成単位及びテレフタル酸由来の構成単位を含むことができる。ポリエチレンテレフタレートは、エチレングリコール由来及びテレフタル酸由来の構成単位の他にブタンジオールやイソフタル酸等の成分を少量含有してもよい。ポリエチレンテレフタレートは、回収されたポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール及びテレフタル酸からなる構成単位を含む場合、「アルコール成分由来の構成単位」はポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール由来の構成単位を含み、「カルボン酸成分由来の構成単位」はポリエチレンテレフタレート由来のテレフタル酸由来の構成単位を含む。
ポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール由来の構成単位及びテレフタル酸由来の構成単位を含むことができる。ポリエチレンテレフタレートは、エチレングリコール由来及びテレフタル酸由来の構成単位の他にブタンジオールやイソフタル酸等の成分を少量含有してもよい。ポリエチレンテレフタレートは、回収されたポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール及びテレフタル酸からなる構成単位を含む場合、「アルコール成分由来の構成単位」はポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコール由来の構成単位を含み、「カルボン酸成分由来の構成単位」はポリエチレンテレフタレート由来のテレフタル酸由来の構成単位を含む。
(ポリエステル樹脂の好ましい態様)
ポリエステル樹脂の好ましい態様において、アスファルト中のアスファルテンとの相溶性を担保する観点から、カルボン差酸成分100モル%中のテレフタル酸の含有量が、好ましくは20モル%以上、より好ましくは40モル%以上、更に好ましくは60モル%以上であり、そして好ましくは100モル%以下である。
また、ポリエステル樹脂の好ましい態様において、アスファルト中のアスファルテンと相互作用して耐久性を更に向上させる観点から、アルコール成分100モル%中のビスフェノールA誘導体の含有量が、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは30モル%以上であり、そして好ましくは100モル%以下である。
ポリエステル樹脂の好ましい態様において、アスファルト中のアスファルテンとの相溶性を担保する観点から、カルボン差酸成分100モル%中のテレフタル酸の含有量が、好ましくは20モル%以上、より好ましくは40モル%以上、更に好ましくは60モル%以上であり、そして好ましくは100モル%以下である。
また、ポリエステル樹脂の好ましい態様において、アスファルト中のアスファルテンと相互作用して耐久性を更に向上させる観点から、アルコール成分100モル%中のビスフェノールA誘導体の含有量が、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは30モル%以上であり、そして好ましくは100モル%以下である。
ビスフェノールA誘導体は、例えば、下記式(i)又は式(ii)で表される構造を含むアルコール成分である。
式(i)におけるフェニレン基及び式(ii)におけるシクロへキシレン基は、ハロゲン原子、炭素数1~3のアルキル基等の置換基を有してもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。炭素数1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基が挙げられる。
ビスフェノールA誘導体としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物が挙げられる。中でも、好ましくはビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物及び水素添加ビスフェノールAである。
(ポリエステル樹脂の物性)
ポリエステル樹脂の軟化点は、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは90℃以上、より好ましくは95℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、そして、好ましくは140℃以下、より好ましくは130℃以下、更に好ましくは120℃以下である。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwは、同様の観点から、好ましくは5000以上、より好ましくは7000以上、更に好ましくは8000以上であり、そして、好ましくは70000以下、より好ましくは40000以下、更に好ましくは25000以下である。
ポリエステル樹脂の軟化点は、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは90℃以上、より好ましくは95℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、そして、好ましくは140℃以下、より好ましくは130℃以下、更に好ましくは120℃以下である。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwは、同様の観点から、好ましくは5000以上、より好ましくは7000以上、更に好ましくは8000以上であり、そして、好ましくは70000以下、より好ましくは40000以下、更に好ましくは25000以下である。
ポリエステル樹脂の軟化点及び重量平均分子量Mwは、実施例に記載の方法により測定することができる。なお、軟化点及び重量平均分子量Mwは、原料モノマー組成、分子量、触媒量又は反応条件により調整することができる。
ポリエステル樹脂は、実質的にその特性を損なわない程度に変性されたポリエステル樹脂であってもよい。変性されたポリエステル樹脂は、具体的には、特開平11-133668号公報、特開平10-239903号公報、特開平8-20636号公報等に記載の方法によりフェノール、ウレタン、エポキシ等によりグラフト化やブロック化したポリエステル樹脂が挙げられる。好ましい変性されたポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂をポリイソシアネート化合物でウレタン伸長したウレタン変性ポリエステル樹脂が挙げられる。
(ポリエステル樹脂の含有量)
ポリエステル樹脂の含有量は、耐久性を向上させる観点から、アスファルト100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは10質量部以上であり、そして、たわみ性を維持する観点から、好ましくは30質量部以下、より好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下である。
ポリエステル樹脂の含有量は、耐久性を向上させる観点から、アスファルト100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは10質量部以上であり、そして、たわみ性を維持する観点から、好ましくは30質量部以下、より好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下である。
(ポリエステル樹脂の製造方法)
本発明の改質アスファルト組成物が含有するポリエステル樹脂の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上述したアルコール成分及びカルボン酸成分を重縮合することにより製造することができる。
重縮合反応の温度は、特に限定されるものではないが、反応性を調整し、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは160℃以上260℃以下である。
本発明の改質アスファルト組成物が含有するポリエステル樹脂の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上述したアルコール成分及びカルボン酸成分を重縮合することにより製造することができる。
重縮合反応の温度は、特に限定されるものではないが、反応性を調整し、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは160℃以上260℃以下である。
本発明に用いられるポリエステル樹脂が、ポリエチレンテレフタレート由来のエチレングリコールに由来する構成単位及びポリエチレンテレフタレート由来のテレフタル酸に由来する構成単位を含む場合、その原料におけるポリエチレンテレフタレートの存在量は、ポリエチレンテレフタレート、アルコール成分及びカルボン酸成分の総量中、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは25質量%以上であり、そして、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。
アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応の際にポリエチレンテレフタレートを添加することで、エステル交換反応が起こり、ポリエチレンテレフタレートの構成単位がアルコール成分由来の構成単位及びカルボン酸成分由来の構成単位中に取り込まれたポリエステル樹脂を得ることができる。
ポリエチレンテレフタレートは、重縮合反応開始時から存在させていても、重縮合反応途中で反応系に添加してもよい。ポリエチレンテレフタレートの添加時期は、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、アルコール成分とカルボン酸成分との反応率が10%以下の段階が好ましく、5%以下の段階がより好ましい。なお、反応率とは、生成反応水量(モル)/理論生成水量(モル)×100の値をいう。
アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応の際にポリエチレンテレフタレートを添加することで、エステル交換反応が起こり、ポリエチレンテレフタレートの構成単位がアルコール成分由来の構成単位及びカルボン酸成分由来の構成単位中に取り込まれたポリエステル樹脂を得ることができる。
ポリエチレンテレフタレートは、重縮合反応開始時から存在させていても、重縮合反応途中で反応系に添加してもよい。ポリエチレンテレフタレートの添加時期は、アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、アルコール成分とカルボン酸成分との反応率が10%以下の段階が好ましく、5%以下の段階がより好ましい。なお、反応率とは、生成反応水量(モル)/理論生成水量(モル)×100の値をいう。
重縮合反応には、反応速度の観点から、エステル化触媒を使用することができる。エステル化触媒としては、ジ(2-エチルヘキサン酸)錫(II)等のSn-C結合を有していない錫(II)化合物等が挙げられる。エステル化触媒の使用量は、反応速度の観点から、アルコール成分とカルボン酸成分との総量100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上、更に好ましくは0.2質量部以上であり、そして、好ましくは1.5質量部以下、より好ましくは1.0質量部以下、更に好ましくは0.6質量部以下である。
重縮合反応には、エステル化触媒に加えて、助触媒を使用することができる。助触媒としては、没食子酸等のピロガロール化合物が挙げられる。助触媒の使用量は、アルコール成分とカルボン酸成分との総量100質量部に対して、好ましくは0.001質量部以上、より好ましくは0.005質量部以上、更に好ましくは0.01質量部以上であり、そして、好ましくは0.15質量部以下、より好ましくは0.10質量部以下、更に好ましくは0.05質量部以下である。
重縮合反応には、エステル化触媒に加えて、助触媒を使用することができる。助触媒としては、没食子酸等のピロガロール化合物が挙げられる。助触媒の使用量は、アルコール成分とカルボン酸成分との総量100質量部に対して、好ましくは0.001質量部以上、より好ましくは0.005質量部以上、更に好ましくは0.01質量部以上であり、そして、好ましくは0.15質量部以下、より好ましくは0.10質量部以下、更に好ましくは0.05質量部以下である。
<主鎖が芳香環から構成されるポリマー>
本発明のアスファルト組成物は、主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有する。以下、主鎖が芳香環から構成されるポリマーを、芳香族系ポリマーと記載する場合がある。
芳香族系ポリマーは、ポリマーの構成単位の主鎖上に芳香環骨格を含む。
上記芳香環骨格としては、アスファルテンとの相溶性担保の観点から、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、トリフェニレン、ピレン等が挙げられ、中でも、入手性および性能の観点から、好ましくはナフタレン、アントラセンである。
上記芳香環骨格は置換基を有してもよい。置換基としては、メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基が挙げられ、中でも、アスファルテンとの相溶性担保の観点から、好ましくはメチル基又はエチル基である。
芳香族系ポリマーは、付加重合法により得られるもの、逐次重合法のうち特に縮合重合法により得られるもの、開環重合法により得られるもの、リビング重合法によって得られるもの、芳香族求核置換反応法(芳香族求電子置換反応法ともいう)により得られるもの、その他ポリフェニレンサルファイド等が挙げられ、中でも、好ましくは縮合重合法又は芳香族求核置換反応法により得られるものである。
縮合重合法により得られる芳香族系ポリマーとして、中でも、好ましくはホルマリン縮合により得られるものであり、具体例としてはナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ブチルナフタレン/ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられる。
芳香族求核置換反応法により得られる芳香族系ポリマーとして、芳香族ポリエーテルケトン(PEK)、芳香族ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等が挙げられる。
本発明のアスファルト組成物は、主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有する。以下、主鎖が芳香環から構成されるポリマーを、芳香族系ポリマーと記載する場合がある。
芳香族系ポリマーは、ポリマーの構成単位の主鎖上に芳香環骨格を含む。
上記芳香環骨格としては、アスファルテンとの相溶性担保の観点から、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、トリフェニレン、ピレン等が挙げられ、中でも、入手性および性能の観点から、好ましくはナフタレン、アントラセンである。
上記芳香環骨格は置換基を有してもよい。置換基としては、メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基が挙げられ、中でも、アスファルテンとの相溶性担保の観点から、好ましくはメチル基又はエチル基である。
芳香族系ポリマーは、付加重合法により得られるもの、逐次重合法のうち特に縮合重合法により得られるもの、開環重合法により得られるもの、リビング重合法によって得られるもの、芳香族求核置換反応法(芳香族求電子置換反応法ともいう)により得られるもの、その他ポリフェニレンサルファイド等が挙げられ、中でも、好ましくは縮合重合法又は芳香族求核置換反応法により得られるものである。
縮合重合法により得られる芳香族系ポリマーとして、中でも、好ましくはホルマリン縮合により得られるものであり、具体例としてはナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ブチルナフタレン/ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられる。
芳香族求核置換反応法により得られる芳香族系ポリマーとして、芳香族ポリエーテルケトン(PEK)、芳香族ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等が挙げられる。
(芳香族系ポリマーの含有量)
上記主鎖が芳香環から構成されるポリマーの含有量は、耐久性を向上させる観点から、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上であり、そして作業性を維持する観点から、好ましくは5質量部以下、より好ましくは4質量部以下、更に好ましくは3質量部以下である。
アスファルト組成物中の上記ポリエステル樹脂の上記芳香族系ポリマーに対する質量比〔(ポリエステル樹脂)/(芳香族系ポリマー)〕は、耐久性を向上させる観点から、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上であり、そして、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは25以下である。
上記主鎖が芳香環から構成されるポリマーの含有量は、耐久性を向上させる観点から、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上であり、そして作業性を維持する観点から、好ましくは5質量部以下、より好ましくは4質量部以下、更に好ましくは3質量部以下である。
アスファルト組成物中の上記ポリエステル樹脂の上記芳香族系ポリマーに対する質量比〔(ポリエステル樹脂)/(芳香族系ポリマー)〕は、耐久性を向上させる観点から、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上であり、そして、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは25以下である。
本発明のアスファルト組成物は、バインダ組成物であり、例えば、該アスファルト組成物に、骨材を添加して、アスファルト混合物とした後に、舗装に使用できる。すなわち、本発明のアスファルト組成物は、舗装用として好適であり、特に道路舗装用として好適である。
[アスファルト組成物の製造方法]
本発明のアスファルト組成物を製造する方法は、アスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合する工程を有することが好ましい。
本発明のアスファルト組成物を製造する方法は、アスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合する工程を有することが好ましい。
アスファルト組成物は、アスファルトを加熱溶融し、ポリエステル樹脂、及び芳香族系ポリマーを添加し、通常用いられている混合機にて、各成分が均一に分散するまで撹拌混合することにより得られる。通常用いられている混合機としては、ホモミキサー、ディゾルバー、パドルミキサー、リボンミキサー、スクリューミキサー、プラネタリーミキサー、真空逆流ミキサー、ロールミル、二軸押出機等が挙げられる。
アスファルトと、ポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーとの混合温度は、アスファルト中にポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーを均一に分散させる観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは160℃以上、より更に好ましくは170℃以上であり、そして、好ましくは230℃以下、より好ましくは210℃以下、更に好ましくは200℃以下、より更に好ましくは190℃以下である。
また、アスファルトと、ポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーとの混合時間は、効率的にアスファルト中にポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーを均一に分散させる観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは0.5時間以上、更に好ましくは1.0時間以上、より更に好ましくは1.5時間以上であり、そして、好ましくは10時間以下、より好ましくは7時間以下、更に好ましくは5時間以下、より更に好ましくは3時間以下である。
[アスファルト混合物]
本発明のアスファルト混合物は、上記アスファルト、骨材、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを含有する。
本発明のアスファルト混合物は、上記アスファルト、骨材、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを含有する。
アスファルト混合物中の上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーの合計含有量は、好ましくは0.01質量%以上であり、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.10質量%以上、更に好ましくは0.15質量%以上であり、そして、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。
アスファルト混合物中のアスファルトの含有量は、好ましくは2.5質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは3.5質量%以上、更に好ましくは4質量%以上、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは9質量%以下、更に好ましくは8質量%以下、更に好ましくは7質量%以下である。
アスファルト混合物中のアスファルトの含有量は、好ましくは2.5質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは3.5質量%以上、更に好ましくは4質量%以上、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは9質量%以下、更に好ましくは8質量%以下、更に好ましくは7質量%以下である。
本発明のアスファルト混合物において、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーの合計含有量は、アスファルト舗装の耐久性の観点から、アスファルト100質量部に対して、好ましくは1質量部、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上であり、そして、好ましくは30質量部以下、より好ましくは25質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である。
<骨材>
骨材としては、例えば、砕石、玉石、砂利、砂、再生骨材、セラミックス等を任意に選択して用いることができる。また、骨材としては、粒径2.36mm以上の粗骨材、粒径2.36mm未満の細骨材のいずれも使用することができる。
粗骨材としては、例えば、粒径範囲2.36mm以上4.75mm未満の砕石、粒径範囲4.75mm以上12.5mm未満の砕石、粒径範囲12.5mm以上19mm未満の砕石、粒径範囲19mm以上31.5mm未満の砕石が挙げられる。
細骨材は、好ましくは粒径0.075mm以上2.36mm未満の細骨材である。細骨材としては、例えば、川砂、丘砂、山砂、海砂、砕砂、細砂、スクリーニングス、砕石ダスト、シリカサンド、人工砂、ガラスカレット、鋳物砂、再生骨材破砕砂が挙げられる。
上記の粒径はJIS A5001:2008に規定される値である。
これらの中でも、粗骨材と細骨材との組合せが好ましい。
骨材としては、例えば、砕石、玉石、砂利、砂、再生骨材、セラミックス等を任意に選択して用いることができる。また、骨材としては、粒径2.36mm以上の粗骨材、粒径2.36mm未満の細骨材のいずれも使用することができる。
粗骨材としては、例えば、粒径範囲2.36mm以上4.75mm未満の砕石、粒径範囲4.75mm以上12.5mm未満の砕石、粒径範囲12.5mm以上19mm未満の砕石、粒径範囲19mm以上31.5mm未満の砕石が挙げられる。
細骨材は、好ましくは粒径0.075mm以上2.36mm未満の細骨材である。細骨材としては、例えば、川砂、丘砂、山砂、海砂、砕砂、細砂、スクリーニングス、砕石ダスト、シリカサンド、人工砂、ガラスカレット、鋳物砂、再生骨材破砕砂が挙げられる。
上記の粒径はJIS A5001:2008に規定される値である。
これらの中でも、粗骨材と細骨材との組合せが好ましい。
なお、細骨材には、粒径0.075mm未満のフィラーが含まれていてもよい。フィラーとしては、砂、フライアッシュ、石灰石粉末等の炭酸カルシウム粉末、消石灰等が挙げられる。これらの中でも、アスファルト舗装の強度向上の観点から、炭酸カルシウム粉末が好ましい。
フィラーの平均粒径は、アスファルト舗装の強度向上の観点から、好ましくは0.001mm以上であり、そして、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.03mm以下、更に好ましくは0.02mm以下である。
ここで、平均粒径とは、体積累積50%の平均粒径(D50)を意味し、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定することができる。
フィラーの平均粒径は、アスファルト舗装の強度向上の観点から、好ましくは0.001mm以上であり、そして、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.03mm以下、更に好ましくは0.02mm以下である。
ここで、平均粒径とは、体積累積50%の平均粒径(D50)を意味し、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定することができる。
粗骨材と細骨材との質量比率は、アスファルト舗装の耐久性の観点から、好ましくは10/90以上、より好ましくは15/85以上、更に好ましくは20/80以上であり、そして、好ましくは90/10以下、より好ましくは80/20以下、更に好ましくは70/30以下である。
アスファルト混合物における好適な配合例として、以下の(1)~(3)が挙げられる。(1)30容量%以上45容量%未満の粗骨材と、30容量%以上50容量%以下の細骨材と、5容量%以上10容量%以下のアスファルト組成物とを含む細粒度アスファルト。(2)一例のアスファルト混合物は、例えば、45容量%以上70容量%未満の粗骨材と、20容量%以45容量%以下の細骨材と、3容量%以上10容量%以下のアスファルト組成物とを含む密粒度アスファルト。(3)70容量%以上80容量%以下の粗骨材と、10容量%以上20容量%以下の細骨材と、3容量%以上10容量%以下のアスファルト組成物とを含むポーラスアスファルト。
なお、従来の骨材とアスファルトを含むアスファルト混合物におけるアスファルトの配合割合については、通常、公益社団法人日本道路協会発行の「舗装設計施工指針」に記載されている「アスファルト組成物の配合設計」から求められる最適アスファルト量に従って用いられている。
本発明においては、上記の最適アスファルト量が、アスファルト及びアスファルト改質剤の合計量に相当する。ただし、「舗装設計施工指針」に記載の方法に限定する必要はなく、他の方法によって決定してもよい。
なお、従来の骨材とアスファルトを含むアスファルト混合物におけるアスファルトの配合割合については、通常、公益社団法人日本道路協会発行の「舗装設計施工指針」に記載されている「アスファルト組成物の配合設計」から求められる最適アスファルト量に従って用いられている。
本発明においては、上記の最適アスファルト量が、アスファルト及びアスファルト改質剤の合計量に相当する。ただし、「舗装設計施工指針」に記載の方法に限定する必要はなく、他の方法によって決定してもよい。
[アスファルト混合物の製造方法]
本発明のアスファルト混合物の製造方法は、アスファルト、加熱した骨材、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを混合する工程を含む。
混合する工程は、アスファルト、加熱した骨材、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを同時に又は順不同で混合することができる。アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは、上記芳香族系ポリマーを、アスファルトと同時又はアスファルトの後に、加熱した骨材と混合する。
アスファルト混合物の具体的な製造方法としては、従来のプラントミックス方式、プレミックス方式等といわれるアスファルト混合物の製造方法が挙げられる。いずれも加熱した骨材にアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)に上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを添加する方法である。添加方法は、例えば、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを予め溶解させたプレミックス方式、又はアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)を骨材に添加し、その後に上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを同時に又は順不同で投入するプラントミックス法が挙げられる。これらの中でも、アスファルト性能を発揮する観点から、プラントミックス方式が好ましい。
より具体的には、アスファルト混合物の製造方法は、当該混合する工程において、好ましくは、
(i)加熱した骨材に、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)を添加及び混合して混合物を得た後、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを添加して、該混合物とポリエステル樹脂とを混合する、
(ii)加熱した骨材に、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを同時に添加及び混合する、又は
(iii)加熱した骨材に、事前に加熱混合したアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーの混合物を添加及び混合する。
これらの中でも、当該混合する工程は、アスファルト成分を効率的に分散させる観点から、アスファルト及び加熱した骨材を混合した後、ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合する(i)の方法が好ましい。
本発明のアスファルト混合物の製造方法は、アスファルト、加熱した骨材、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを混合する工程を含む。
混合する工程は、アスファルト、加熱した骨材、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを同時に又は順不同で混合することができる。アスファルト舗装の耐久性及びたわみ性の観点から、好ましくは、上記芳香族系ポリマーを、アスファルトと同時又はアスファルトの後に、加熱した骨材と混合する。
アスファルト混合物の具体的な製造方法としては、従来のプラントミックス方式、プレミックス方式等といわれるアスファルト混合物の製造方法が挙げられる。いずれも加熱した骨材にアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)に上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを添加する方法である。添加方法は、例えば、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを予め溶解させたプレミックス方式、又はアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)を骨材に添加し、その後に上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを同時に又は順不同で投入するプラントミックス法が挙げられる。これらの中でも、アスファルト性能を発揮する観点から、プラントミックス方式が好ましい。
より具体的には、アスファルト混合物の製造方法は、当該混合する工程において、好ましくは、
(i)加熱した骨材に、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)を添加及び混合して混合物を得た後、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを添加して、該混合物とポリエステル樹脂とを混合する、
(ii)加熱した骨材に、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーを同時に添加及び混合する、又は
(iii)加熱した骨材に、事前に加熱混合したアスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーの混合物を添加及び混合する。
これらの中でも、当該混合する工程は、アスファルト成分を効率的に分散させる観点から、アスファルト及び加熱した骨材を混合した後、ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合する(i)の方法が好ましい。
加熱した骨材にアスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合するときの温度は、アスファルトを軟化させ、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは130℃以上、より好ましくは140℃以上であり、そして、好ましくは200℃以下、より好ましくは190℃以下、更に好ましくは180℃以下である。
また、加熱した骨材にアスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合するときの時間は、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは30秒間以上、より好ましくは1分間以上、更に好ましくは2分間以上、更に好ましくは5分間以上であり、時間の上限は、特に限定されないが例えば約30分間程度である。
また、加熱した骨材にアスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーを混合するときの時間は、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは30秒間以上、より好ましくは1分間以上、更に好ましくは2分間以上、更に好ましくは5分間以上であり、時間の上限は、特に限定されないが例えば約30分間程度である。
上記(i)~(iii)の方法において、アスファルト(及び必要に応じて熱可塑性エラストマー)、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーとの混合物を調製する方法は特に限定されないが、アスファルトを加熱溶融し、ポリエステル樹脂、上記芳香族系ポリマー、及び必要に応じて他の添加剤を添加し、通常用いられている混合機にて、各成分が均一に分散するまで撹拌混合する工程を含むことが好ましい。通常用いられている混合機としては、ホモミキサー、ディゾルバー、パドルミキサー、リボンミキサー、スクリューミキサー、プラネタリーミキサー、真空逆流ミキサー、ロールミル、二軸押出機等が挙げられる。
上記アスファルト、上記ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーの混合温度は、アスファルト中にポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーを均一に分散させ、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは160℃以上、更に好ましくは170℃以上であり、そして、好ましくは230℃以下、より好ましくは210℃以下、更に好ましくは200℃以下、更に好ましくは190℃以下である。
また、アスファルト、ポリエステル樹脂及び上記芳香族系ポリマーの混合時間は、効率的にアスファルト中にポリエステル樹脂及び芳香族系ポリマーを均一に分散させ、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは0.5時間以上、更に好ましくは1.0時間以上、更に好ましくは1.5時間以上であり、そして、好ましくは10時間以下、より好ましくは7時間以下、更に好ましくは5時間以下、更に好ましくは3時間以下である。
なお、アスファルトに対する上記ポリエステル樹脂及び上記塩の粉体の好ましい含有量は、上述したとおりである。
なお、アスファルトに対する上記ポリエステル樹脂及び上記塩の粉体の好ましい含有量は、上述したとおりである。
上記(i)~(iii)の方法において、アスファルト、上記ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーの混合物は、水を実質的に含まない加熱アスファルト混合物として使用してもよく、また、上記アスファルト混合物に乳化剤や水を配合してアスファルト乳剤とし、これに骨材等を配合し、常温アスファルト混合物として使用してもよい。アスファルト、ポリエステル樹脂、及び上記芳香族系ポリマーの混合物の混合物は、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは水を実質的に含まない。
アスファルト混合物を加熱アスファルト混合物として使用する場合のアスファルト混合物の製造方法については、特に制限はなく、いかなる方法で製造してもよいが、通常、骨材とアスファルト組成物とを含むアスファルト混合物の製造方法に準じて行えばよい。
[道路舗装の施工方法]
本発明のアスファルト混合物は、道路舗装用として好適である。本発明の道路舗装の施工方法は、好ましくは、本発明のアスファルト混合物を道路等に施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する。
本発明のアスファルト混合物は、道路舗装用として好適である。本発明の道路舗装の施工方法は、好ましくは、本発明のアスファルト混合物を道路等に施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する。
また、本発明の道路舗装の施工方法は、本発明のアスファルト混合物を道路の表層に施工する工程を有することが好ましい。
なお、道路舗装方法において、アスファルト混合物は、通常のアスファルト混合物と同様の施工機械編成で、同様の方法によって締固め施工すればよい。加熱アスファルト混合物として使用する場合のアスファルト混合物の締固め温度は、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは130℃以上であり、そして、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、更に好ましくは170℃以下である。
各種物性については、以下の方法により、測定及び評価を行った。
なお、以下の実施例及び比較例において、特記しない限り、部及び%は質量基準である。
なお、以下の実施例及び比較例において、特記しない限り、部及び%は質量基準である。
(1)ポリエステル樹脂の軟化点
フローテスター「CFT-500D」(株式会社島津製作所製)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
フローテスター「CFT-500D」(株式会社島津製作所製)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
(2)ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)
以下の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により重量平均分子量を求めた。
(i)試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mLになるように、試料をクロロホルムに、40℃で溶解させた。次いで、この溶液を孔径0.20μmのPTFEタイプメンブレンフィルター「DISMIC-25JP」(東洋濾紙株式会社製)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とした。
(ii)分子量測定
下記の測定装置と分析カラムを用い、溶離液としてクロロホルムを、毎分1mLの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させた。そこに試料溶液200μLを注入して測定を行った。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出した。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー株式会社製のA-500(5.0×102)、A-1000(1.01×103)、A-2500(2.63×103)、A-5000(5.97×103)、F-1(1.02×104)、F-2(1.81×104)、F-4(3.97×104)、F-10(9.64×104)、F-20(1.90×105)、F-40(4.27×105)、F-80(7.06×105)、F-128(1.09×106))を標準試料として作成したものを用いた。括弧内は分子量を示す。
測定装置:「HLC-8320GPC」(東ソー株式会社製)
分析カラム:「TSKgel Super HZM」+「TSKgel Super H-RC」×2本(東ソー株式会社製)
以下の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により重量平均分子量を求めた。
(i)試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mLになるように、試料をクロロホルムに、40℃で溶解させた。次いで、この溶液を孔径0.20μmのPTFEタイプメンブレンフィルター「DISMIC-25JP」(東洋濾紙株式会社製)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とした。
(ii)分子量測定
下記の測定装置と分析カラムを用い、溶離液としてクロロホルムを、毎分1mLの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させた。そこに試料溶液200μLを注入して測定を行った。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出した。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー株式会社製のA-500(5.0×102)、A-1000(1.01×103)、A-2500(2.63×103)、A-5000(5.97×103)、F-1(1.02×104)、F-2(1.81×104)、F-4(3.97×104)、F-10(9.64×104)、F-20(1.90×105)、F-40(4.27×105)、F-80(7.06×105)、F-128(1.09×106))を標準試料として作成したものを用いた。括弧内は分子量を示す。
測定装置:「HLC-8320GPC」(東ソー株式会社製)
分析カラム:「TSKgel Super HZM」+「TSKgel Super H-RC」×2本(東ソー株式会社製)
製造例1 (ポリエステル樹脂A-1)
表1に示すアルケニル無水コハク酸以外の原料を、温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にて表1に示す量のジ(2-エチルヘキサン酸)錫(II)を添加し、マントルヒーター中で3時間かけて235℃まで昇温を行い235℃到達後5時間保持し、反応物からPET粒が消失したことを目視で確認後、180℃まで冷却した。180℃まで冷却後、アルケニル無水コハク酸を投入し、210℃まで2時間かけて昇温後210℃で1時間保持し、8.3kPaにて減圧反応を行った後、表1に示す軟化点に達するまで反応を行い、目的のポリエステル樹脂A-1を得た。
なお、用いたアルケニル無水コハク酸は、平均付加モル数12、分子量256(GC-MS、けん化価より算出)であった。
表1に示すアルケニル無水コハク酸以外の原料を、温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にて表1に示す量のジ(2-エチルヘキサン酸)錫(II)を添加し、マントルヒーター中で3時間かけて235℃まで昇温を行い235℃到達後5時間保持し、反応物からPET粒が消失したことを目視で確認後、180℃まで冷却した。180℃まで冷却後、アルケニル無水コハク酸を投入し、210℃まで2時間かけて昇温後210℃で1時間保持し、8.3kPaにて減圧反応を行った後、表1に示す軟化点に達するまで反応を行い、目的のポリエステル樹脂A-1を得た。
なお、用いたアルケニル無水コハク酸は、平均付加モル数12、分子量256(GC-MS、けん化価より算出)であった。
製造例2 (ポリエステル樹脂B-1)
表1に示すアルケニル無水コハク酸以外の原料を、温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にて表1に示す量のジ(2-エチルヘキサン酸)錫(II)及び没食子酸を添加し、マントルヒーター中で3時間かけて235℃まで昇温を行い235℃到達後5時間保持した後、180℃まで冷却した。180℃まで冷却後、アルケニル無水コハク酸を投入し、210℃まで2時間かけて昇温後210℃で1時間保持し、8.3kPaにて減圧反応を行った後、表1に示す軟化点に達するまで反応を行い、目的のポリエステル樹脂B-1を得た。
表1に示すアルケニル無水コハク酸以外の原料を、温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にて表1に示す量のジ(2-エチルヘキサン酸)錫(II)及び没食子酸を添加し、マントルヒーター中で3時間かけて235℃まで昇温を行い235℃到達後5時間保持した後、180℃まで冷却した。180℃まで冷却後、アルケニル無水コハク酸を投入し、210℃まで2時間かけて昇温後210℃で1時間保持し、8.3kPaにて減圧反応を行った後、表1に示す軟化点に達するまで反応を行い、目的のポリエステル樹脂B-1を得た。
実施例1
180℃に加熱した骨材(骨材の組成は以下を参照)15kgをアスファルト用混合機に入れ、180℃にて60秒間混合した。次いでストレートアスファルト(三菱商事エネルギー株式会社製)820gを加え、アスファルト用混合機にて1分間混合した。次いでポリエステル樹脂A-1を82g及び芳香族系ポリマーP-1(デモールMS(商品名)、花王株式会社製、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物)16g加え、アスファルト用混合機にて2分間混合し、アスファルト混合物を得た。
<骨材の組成>
6号砕石 40.0質量部
7号砕石 13.0質量部
砕砂 10.0質量部
川砂 22.0質量部
山砂 10.0質量部
石粉(炭酸カルシウム)5.0質量部
通過質量%:
ふるい目 15 mm: 100 質量%
ふるい目 10 mm: 88.7質量%
ふるい目 5 mm: 60.5質量%
ふるい目 2.5 mm: 42.6質量%
ふるい目 1.2 mm: 29.9質量%
ふるい目 0.6 mm: 19.8質量%
ふるい目 0.3 mm: 11.5質量%
ふるい目 0.15mm: 6.2質量%
180℃に加熱した骨材(骨材の組成は以下を参照)15kgをアスファルト用混合機に入れ、180℃にて60秒間混合した。次いでストレートアスファルト(三菱商事エネルギー株式会社製)820gを加え、アスファルト用混合機にて1分間混合した。次いでポリエステル樹脂A-1を82g及び芳香族系ポリマーP-1(デモールMS(商品名)、花王株式会社製、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物)16g加え、アスファルト用混合機にて2分間混合し、アスファルト混合物を得た。
<骨材の組成>
6号砕石 40.0質量部
7号砕石 13.0質量部
砕砂 10.0質量部
川砂 22.0質量部
山砂 10.0質量部
石粉(炭酸カルシウム)5.0質量部
通過質量%:
ふるい目 15 mm: 100 質量%
ふるい目 10 mm: 88.7質量%
ふるい目 5 mm: 60.5質量%
ふるい目 2.5 mm: 42.6質量%
ふるい目 1.2 mm: 29.9質量%
ふるい目 0.6 mm: 19.8質量%
ふるい目 0.3 mm: 11.5質量%
ふるい目 0.15mm: 6.2質量%
[評価]
<わだち掘れ量の評価(ホイールトラッキング試験)>
得られたアスファルト混合物を速やかに300×300×50mmの型枠に充填し、180℃で2時間保管して熱養生に供した後、ローラーコンパクター(株式会社岩田工業所製)を用い、温度150℃、荷重0.44kPaにて25回転圧処理を行い、アスファルト供試体M-1aを作製した。
60℃恒温室にて60℃に設定した温水にアスファルト供試体M-1aを浸漬し、ホイールトラッキング試験機(株式会社岩田工業所製、荷重1716N、鉄輪幅47mm、線圧291.5N/cm)を用いて、速度15回往復/分にて供試体上に車輪を往復させ、通過回数1,250往復回時の変位量を測定した。その他の測定条件は、公益社団法人日本道路協会出版の「舗装調査・試験法便覧」に記載される「B003ホイールトラッキング試験」に従った。
なお、ホイールトラッキング試験におけるわだち掘れ量は、アスファルト舗装の耐久性の指標である。
結果を表2に示す。
<わだち掘れ量の評価(ホイールトラッキング試験)>
得られたアスファルト混合物を速やかに300×300×50mmの型枠に充填し、180℃で2時間保管して熱養生に供した後、ローラーコンパクター(株式会社岩田工業所製)を用い、温度150℃、荷重0.44kPaにて25回転圧処理を行い、アスファルト供試体M-1aを作製した。
60℃恒温室にて60℃に設定した温水にアスファルト供試体M-1aを浸漬し、ホイールトラッキング試験機(株式会社岩田工業所製、荷重1716N、鉄輪幅47mm、線圧291.5N/cm)を用いて、速度15回往復/分にて供試体上に車輪を往復させ、通過回数1,250往復回時の変位量を測定した。その他の測定条件は、公益社団法人日本道路協会出版の「舗装調査・試験法便覧」に記載される「B003ホイールトラッキング試験」に従った。
なお、ホイールトラッキング試験におけるわだち掘れ量は、アスファルト舗装の耐久性の指標である。
結果を表2に示す。
<フロー値の評価:マーシャル安定度試験>
得られたアスファルト混合物1.2kgを計量し、180℃で2時間保管して熱養生に供した後、マーシャル試験つき固め機「アスファルト自動つき固め装置」(株式会社ナカジマ技販製)を用いて、片面50回ずつ合計100回突き固め、円柱状のアスファルト供試体M-1bを作製した。
脱型したアスファルト供試体M-1bを60℃の恒温水槽に30分間浸漬した後、マーシャル載荷装置(株式会社ナカジマ技販製)を用いて、横転したアスファルト供試体M-1bを平板で50mm/分の速度で押しつぶし、変位の傾きの始点から最大荷重までの変位量を測定し、フロー値とした。その他の測定条件は、公益社団法人日本道路協会出版の「舗装調査・試験法便覧」に記載される「B001マーシャル安定度試験」に従った。
なお、フロー値は、アスファルト舗装の供用温度におけるたわみ性や耐ひび割れ性の指標として用いられる。
結果を表2に示す。
得られたアスファルト混合物1.2kgを計量し、180℃で2時間保管して熱養生に供した後、マーシャル試験つき固め機「アスファルト自動つき固め装置」(株式会社ナカジマ技販製)を用いて、片面50回ずつ合計100回突き固め、円柱状のアスファルト供試体M-1bを作製した。
脱型したアスファルト供試体M-1bを60℃の恒温水槽に30分間浸漬した後、マーシャル載荷装置(株式会社ナカジマ技販製)を用いて、横転したアスファルト供試体M-1bを平板で50mm/分の速度で押しつぶし、変位の傾きの始点から最大荷重までの変位量を測定し、フロー値とした。その他の測定条件は、公益社団法人日本道路協会出版の「舗装調査・試験法便覧」に記載される「B001マーシャル安定度試験」に従った。
なお、フロー値は、アスファルト舗装の供用温度におけるたわみ性や耐ひび割れ性の指標として用いられる。
結果を表2に示す。
実施例2~8、比較例1~3
表2に示した配合に変更したこと以外、実施例1と同様にして、アスファルト供試体を作製し、わだち掘れ量及びフロー値を評価した。
結果を表2に示す。
表2に示した配合に変更したこと以外、実施例1と同様にして、アスファルト供試体を作製し、わだち掘れ量及びフロー値を評価した。
結果を表2に示す。
実施例1~8及び比較例3で用いた芳香族系ポリマーを以下に示す。
芳香族系ポリマーP-1:デモール MS(商品名)、花王株式会社製、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-2:デモール SN-B(商品名)、花王株式会社製、ブチルナフタレン/ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-3:デモール N(商品名)、花王株式会社製、β‐ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-4:デモール T(商品名)、花王株式会社製、β‐ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩(芒硝過剰量)
芳香族系ポリマーP-5:マイテイ100(商品名)、花王株式会社製、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物 高分子量タイプ
芳香族系ポリマーP-6:トレリナ(商品名)、型番:3A30、東レ株式会社製、ポリフェニレンサルファイドフィルム;コーヒーミルを用いて解砕して使用
芳香族系ポリマーP-1:デモール MS(商品名)、花王株式会社製、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-2:デモール SN-B(商品名)、花王株式会社製、ブチルナフタレン/ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-3:デモール N(商品名)、花王株式会社製、β‐ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩
芳香族系ポリマーP-4:デモール T(商品名)、花王株式会社製、β‐ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩(芒硝過剰量)
芳香族系ポリマーP-5:マイテイ100(商品名)、花王株式会社製、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物 高分子量タイプ
芳香族系ポリマーP-6:トレリナ(商品名)、型番:3A30、東レ株式会社製、ポリフェニレンサルファイドフィルム;コーヒーミルを用いて解砕して使用
表2に示す結果から、本発明により耐久性及びたわみ性に優れたアスファルト舗装が得られることが分かる。中でも、実施例1及び2は、わだち掘れ量が特に少なく耐久性に優れ、かつ、フロー値も低く優れたたわみ性を有している。
一方、本発明の芳香族系ポリマーを含有しない比較例1は、わだち掘れ量が多く耐久性が不良であり、フロー値も高くたわみ性が不十分である。比較例2はポリエステル樹脂の含有量が多く耐久性は十分であるが、フロー値が一層高くたわみ性に欠ける。比較例3はポリエステル樹脂を含有しないため、耐久性が極めて不良である。
一方、本発明の芳香族系ポリマーを含有しない比較例1は、わだち掘れ量が多く耐久性が不良であり、フロー値も高くたわみ性が不十分である。比較例2はポリエステル樹脂の含有量が多く耐久性は十分であるが、フロー値が一層高くたわみ性に欠ける。比較例3はポリエステル樹脂を含有しないため、耐久性が極めて不良である。
Claims (10)
- アスファルト、ポリエステル樹脂、及び主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト組成物。
- 前記ポリエステル樹脂がアルコール成分由来の構成単位及びカルボン酸成分由来の構成単位を含み、カルボン酸成分100モル%中テレフタル酸を20モル%以上含有する、請求項1に記載のアスファルト組成物。
- 前記主鎖が芳香環から構成されるポリマーが、縮合重合法又は芳香族求核置換反応法によって得られたポリマーである、請求項1又は2に記載のアスファルト組成物。
- 前記アスファルトが、ストレートアスファルト又は改質アスファルトである、請求項1~3のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- 前記改質アスファルトが、熱可塑性エラストマーで改質されたアスファルトである、請求項4に記載のアスファルト組成物。
- 前記ポリエステル樹脂の含有量が、前記アスファルト100質量部に対して3質量部以上である、請求項1~5のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- 前記主鎖が芳香環から構成されるポリマーの含有量が、前記アスファルト100質量部に対して0.5質量部以上である、請求項1~6のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- 前記ポリエステル樹脂の前記主鎖が芳香環から構成されるポリマーに対する質量比〔(ポリエステル樹脂)/(前記主鎖が芳香環から構成されるポリマー)〕が3以上である、請求項1~7のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- アスファルト、骨材、ポリエステル樹脂、主鎖が芳香環から構成されるポリマーを含有するアスファルト混合物。
- 請求項9に記載のアスファルト混合物を道路に施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する、道路舗装方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021193459A JP2023079808A (ja) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | アスファルト組成物 |
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