JP3886158B2 - アスファルト締固め方法および締固め装置 - Google Patents

Description

本発明は、アスファルト締固め方法および締固め装置に関する。更に詳しくは、本発明は、締固め中にアスファルト内の結合剤の流れを有利に最適化する条件で加熱混合アスファルトを締固めるための方法および装置に関する。
この明細書全体と通じて使用する“結合剤”という用語は、加熱混合アスファルトに使用できる、あらゆる熱可塑性粘弾性材料を意味する。一般的に、この結合剤は、瀝青または瀝青質、即ち、例えば、高分子改質剤を含む瀝青だろう。加熱混合アスファルトが瀝青ベースの結合剤なしに、高分子結合剤を含むことも知られていて、本発明は全てのそのような加熱混合アスファルトの締固めに及ぶ。
重負荷用の近代のアスファルト混合設計に固有なことは、締固めに抗し且つ重交通で形をなくするように意図的に選んだ成分（骨材および結合剤）を使うことである。これらの特性は、一般的にアスファルトの敷設中に所望の締固めが出来ないようにする。
重交通下で締固めに抗するための主なアスファルト混合設計要素は、骨材スケルトン内に高剪断抵抗を与えることをねらった、非常にしわの多い組織と立方形の形状の骨材を使うことである。簡単に言えば、目的は、骨材の物理的特性が粒子移動を抑制し、作業中に加えられる負荷応力の下でこの構成に“鎖錠”を促進することを保証することである。高分子改質結合材のような硬い結合剤がこの混合物の剪断強度を増大するためとこの混合物の屈曲または疲労特性も改善するための両方で益々使われている。
締固めでおよび敷設中に骨材の鎖錠および混合物中の空隙の分布を達成することが、アスファルトの耐久性および舗装負荷の全範囲に亘る全体的性能を決める。骨材の鎖錠は、アスファルトマットの締固め中に骨材を結合剤内に移動することによって都合よく達成できる。
アスファルトマットの特性は、その結合剤の粘弾特性によっても決る。周囲使用温度で、結合剤は硬い弾性固体として作用するのが望ましく；アスファルトマットの負荷に対する反応は殆ど弾性的で、高速負荷パルスは、殆ど負荷を除去した瞬間に回復する、実質的に瞬間弾性変形を生ずる。それで、粘性流および合成永久塑性歪が殆どない。アスファルトを敷設し締固める高温では、混合物中の結合剤が粘弾性流体である。温度が高ければ高い程、結合剤の粘度が低く、どんな応力を加えても結合剤がより容易に変形する。
締固め作業は、舗装機が準備した基盤上に熱いアスファルトを敷設すると共に始り、通常続けてスクリードによって（振動ありまたはなしで）この熱いアスファルトマットに圧力を加える。このスクリードは、舗装機が引く板またはスキッドで、望ましくはこのマットを敷設する温度またはそれに近い温度でこのアスファルトマットの表面上を滑る。このスクリードは、幾らかの初期締固めを加えるが、それによって滑動作用がマットに不当に剪断応力を生じ、マットの裂けに繋がるかも知れない。典型的に、加える静的スクリード圧力は、１０ないし２０ｋＰａのオーダであり、負荷持続時間は、１０〜１５秒程であろう。
従来、アスファルトの締固めは、元来粒状非粘性材料を締固めることを意図し、主として大きく重い鋼製ドラムローラを、しばしば高エネルギー揺動または振動と組合わせて使うことによって、この材料に加える締固めエネルギーを最大にするように設計した装置を使って実施した。ゴムタイヤ付ローラ締固めは、以後説明するように、しばしば、鋼製ドラムローラ締固めに関連して使用する。
このローラとアスファルトの間の接触応力は、一般的にアスファルト混合物の剛性に依存し、次にそれは結合剤の剛性に強く影響される。鋼製ドラムとアスファルトの間の接触面積、即ち、このローラドラムの幅掛ける接触長さは、締固めの達成とマットの冷却による混合物剛性の増加の結果として減少する。典型的に、このマットは、敷設したとき約１５０℃の温度である。強い風が吹いているときのような悪条件下の低温環境では、混合物が最初の締固めパスの前で、層の底で１４０℃位、表面で１２０℃位に冷却することはかなり有り得る。
現在汎用の最大複式鋼製ドラム振動ローラ締固め機は、各ドラムの軸方向長さが約２ｍで、約１６トンの静的質量を有する。ローラ方向の接触長さが称呼１０ｍｍ（最初のパスでは長く、最終パスでは短い）とすると、各ドラムは静的に約４００ｋＰａの接触応力を加え、振動するとかなり多い。実際、各ドラムは、最初の静的破壊パスでの約１００ｋＰａからこのアスファルト混合物の剛性および接触面積が減少すると１０００ｋＰａを十分超えるまでの接触応力を加えるかも知れない。ローラ締固め機による締固めは、通常舗装機の後、数百ｍまでの変化する距離で、および約１．１ｍ／ｓ（４ｋｍ／ｈ）以上の速度で起る。このローラ締固め機の二つのドラムは各々１００ｍｍの上記称呼接触長さを有するので、このローラは、典型的に各パスで約０．２秒間アスファルトマットの何れかの部分と接触している。典型的には、約４回の鋼製ローラのパスを使い、約０．８秒の総負荷時間を与える。
このローラ締固め機は、典型的には約２０Ｈｚで振動し、それは１４０℃および１２０℃の温度で、それぞれ、約０．２ｋＰａおよび１ｋＰａ（温度が２０℃減少する毎に、瀝青剛性が約５倍増す）の比較的高い結合剤剛性（ファンデルポエルの計算図表が示す）に対応する。
上に説明したように、マットの表面温度は、ローラ締固め作業を始める前に、約１２０℃の温度まで低下するかも知れない。この締固め作業は、典型的には４回までのローラ締固め機パスを含み、それまでにこのマット表面温度は８０〜９０℃の範囲にあるかも知れない。約１２０℃以下のマット温度で、高接触応力、特に振動を使って誘起する応力で、マットにマットの亀裂が始るかも知れない。マットの亀裂は、典型的には、加える応力が結合剤にその降伏強さを超えて歪みを誘起するときに起る。約１２０℃よりかなり上の温度で、従来のローラ締固めは、アスファルト混合物の種類に依って、マットのかなりの剪断破壊に繋がるかも知れない。これは、マットが水平および形状を失って横に移動し、結局マットの締固め不全になるかも知れない。
低マット温度から生ずるローラ亀裂は、通常、アスファルトマットに転動方向と直角な、微細な平行亀裂として現れる。振動ローラ締固め機に追従する多輪ゴムタイヤ付ローラは、普通、少なくとも締固めたアスファルトマットの表面に捏和／剪断作用を加え、それによってマットの締固めを完成するために使用する。そのようなゴムタイヤの転動は、少なくともアスファルトマットの表面で、鋼製ローラが誘起した亀裂を塞ぐと考えられ、粗い骨材間のアスファルトモルタルを圧縮することによって表面組織を高める。転動中材料の付着を軽減するために、このゴムタイヤ付ローラのタイヤに水を掛ける。しかし、表面で亀裂が塞がれるかも知れないが、この水が迂闊にも亀裂を封止する前にそれに入り、このアスファルトマットの表面の下にカプセル封入した水堆積物を作るかも知れない。カプセル封入した水がアスファルトマットの癒合を抑制し、または剥離を促進するかも知れない。
米国特許第４，６６１，０１１号および第４，７３７，０５０号は、二つのローラに掛るエンドレスベルトによってアスファルトマットに圧力を加える、アスファルト締固め機械を使うことによってアスファルトマットのローラが誘起する亀裂を軽減することを請求している。この機械は、アスファルトマットと接触しているベルトの面積に亘ってより均一な圧力を加えるように構成されている。
今や、本発明によって、加熱混合アスファルトの中の結合剤のような粘弾性流体で、負荷に対する反応は、温度依存だけでなく時間依存でもあることが分った。それで、短時間の負荷を加えることは、結合剤が単純に流動する時間がないので、アスファルトの反応が粘性的であるよりは弾性的になる。従って、振動ローラ締固め機を２０Ｈｚのオーダの許容負荷速度で使うと、アスファルト混合物の結合剤は、締固め中、粘性流体としてより弾性固体として反応し、この締固めは、結合剤を骨材の周りに流れさせるのではなく、結合剤を介して骨材をよりコンパクトな配置に強制し、その結果骨材が動く。
先に述べたファンデルポエルの計算図表は、選択した負荷適用速度および温度で標準等級瀝青の剛性の予測をもたらす。この計算図表がアスファルト締固め技術に精通した者によく知られていても、短い持続時間の締固め負荷を適用することの欠点は、以前は完全には理解されていず、それで鋼とゴムの両方のインタフェースのローラを振動付またはなしで使う短持続時間締固めが一般に認められる実施方法であり続けている。
今や、前述の米国特許の締固め機を使って、結合剤の粘性流を誘起することによって、改善した締固めを達成できることが理解されるかも知れない。このベルト締固め機の試用については、例えば、ハリムＯＡＥ外の“ＡＭＩＲ締固め機を使用することによるアスファルト舗装特性の改善：実験室および現地検証”、第７回アスファルト舗装国際会議、ノッティンガム、１９９２年、に記載されている。しかし、長い負荷時間の利点についての認識はない。
説明したベルト締固め機は、静的負荷で前述の１６トンローラ締固め機の約５％の負荷応力しか加えないかも知れないが、従来の前進速度を使用すると仮定すると、ベルトの接触長さが長いために、この負荷がローラ締固め機より長い持続時間に亘って加えられるかも知れない。前述の論文に記載されているように、接触長さ１．２５ｍおよび約１．１ｍ／ｓの典型的な締固め速度に対して、負荷持続時間は約１．１秒である。ファンデルポエルの計算図表を使って、この長い負荷持続時間が、１２０℃の結合剤剛性を前述の従来の振動ローラ締固めに対する約１０００Ｐａからベルト締固め機に対する約５Ｐａに減らすことを示すことができる。
本発明の第１態様によれば、前進するアスファルト舗装機によって敷設した加熱混合アスファルトのマットを締固める方法であって、敷設したアスファルトの上を実質的にこのアスファルト舗装機の前進速度でこのアスファルト舗装機の後ろ約５０ｍ以内でアスファルト締固め機を前進させることを含み、このアスファルト締固め機がこのマットと長さ少なくとも約１ｍに亘って係合する締固め面を有し、そこで、この締固め面が少なくとも一つのベルトの下部走行面によって作られ、およびこの締固め面がこのマットに約５０ｋＰａ未満の最大平均負荷応力を加える方法が得られる。
理屈によって拘束されることを望まずに、本発明は、締固め中に結合剤の粘弾性挙動を使うことによる、即ち、高い応力を加えることなく、骨材粒子の密接な接触を最適化するために、加えられた応力を粘弾性結合剤内の骨材粒子の再配向に使いながら、結合剤の剛性を減らし、結合剤に骨材粒子との接触から流れ去る時間を許容することによる締固めに従うアスファルトの強度を最大にすると信ずる。他方、結合剤の流動抵抗を克服するための強い力および骨材粒子間の密接な接触を改善するための粒子から粒子への応力伝達を使う、上に説明した従来の鋼製ローラ締固め法は、骨材成分に絞る。
アスファルト混合物の設計で結合剤の剛性を減らすために使うことができる主な変量は：
１． アスファルト温度：
ファンデルポエルの計算図表を使って、締固めでアスファルトの温度を約１０℃だけ上げることが結合剤剛性を半分以下にすることは明らかであり；
および
２． 負荷持続時間：
再び、ファンデルポエルの計算図表を使って、例えば、締固め機が加える負荷の持続時間の１０％の増加が結合剤剛性を約１０℃だけ減らすことが分るかも知れない。負荷持続時間は、締固め面の長さおよびマット上の締固め機の移動速度のどちらかまたは両方を変えることによって変えることができる。
上記から容易に分るように、締固めの温度が選択した結合剤の剛性を減らす際の第１の重要な要素である。アスファルトは、一般的に約１６０℃の温度で製造し、約１５０℃の温度で敷設する。締固め機を舗装機の直後で進めることによって、即ち、この発明の第１態様に従って、舗装機の約５０ｍ以内で締固めを始めることで、この締固め法がアスファルトの製造工程で供給した熱エネルギーを利用する。
少なくとも実質的に剪断応力のない、加えられた低最大平均負荷応力を利用することによって、この方法は、従来使われるより高い、例えば、１６０℃までのマット温度で都合よく実施することができる。同等に、この発明の方法は、正常な締固め温度以下の温度でアスファルトを締固め可能にする。これは、都合よくアスファルトを従来使われるより低い温度で製造可能にし、結果としてエネルギーを節約する。
この締固め機は、舗装機の後ろ約３０ｍ以内、好ましくは約１０ｍ以内でほぼ舗装機の速度で前進するのが都合がよい。この発明の第１態様の好適実施例では、アスファルト締固め機が前進するアスファルト舗装機の後ろ約５ｍ以内、最も好ましくはアスファルト舗装機の後ろ約２ｍ以内でアスファルトマット上を前進する。
この好適実施例では、締固め機を舗装機によって進めてもよい、即ち、締固め機を舗装機に結合してもよい。しかし、締固め機ベルトは、締固められるアスファルトの“押しのけ”を最小にする目的で駆動するのが好都合である。この駆動装置は、補助油圧駆動装置が都合がよい。締固め機を舗装機に接続しないとき、両者間の距離、従って締固め機の速度および方向を相対位置センサ手段を介して自動的に制御するのが都合がよいかも知れない。
上に議論したように、この締固め法で第２の重要な要素は、負荷持続時間である。アスファルトを５０ｍｍ厚さの層に敷設して、舗装機１台当り、１日６時間当り１０００トンの典型的アスファルト設置速度を仮定すると、舗装機は、約０．１ｍ／ｓで移動する。約０．１５ｍ／ｓまでの高い舗装速度が知られているが、普通には採用されず、０．０５ｍ／ｓ以下の低い速度を特に厚いアスファルト層用に使うかも知れない。
この発明の第１態様の方法で約０．１５ｍ／ｓの最大舗装速度以上で前進しても、締固め機ベルトの締固め面は、アスファルトマットの任意の一部分と少なくとも約７秒の間係合して、締固め中の結合剤剛性の低下を保証することが好ましい。
もし、締固め機がアスファルト舗装機の直後を追従すれば、アスファルトマットの高い温度の利益を最も良く達成するが、もし、舗装機と締固め機の間の距離が増しても、まだ多くの利益を達成できるだろう。特に小さい仕事では、締固め機の前進速度、従って舗装機からの締固め機の距離が舗装機と無関係かも知れず、それでも従来採用されていたより長い負荷持続時間によって、締固め中に結合剤剛性を減らすと言うこの発明の目的を達成する。
それで、この発明の第２態様によれば、前進するアスファルト舗装機によって敷設した加熱混合アスファルトのマットを締固める方法であって、このマットをこのマットと長さ少なくとも約１ｍに亘って係合する締固め面を有するアスファルト締固め機で締固めることを含み、そこで、この締固め面が少なくとも一つのベルトの下部走行面によって作られ、およびこの締固め面がこのマットに約５０ｋＰａ未満の最大平均負荷応力を加え、およびこの締固め機をこのマット上で僅か約０．７ｍ／ｓの速度で移動する方法が得られる。
本発明の第２態様によって、約０．７ｍ／ｓの最大移動速度および約１ｍの最小締固め面長さでも、この締固め面が、どの１パスでも、アスファルトマットの任意の一部分と少なくとも約１．５秒の間係合し、上に説明した伝統的ローラ締固めより約７倍増し、同じ締固め温度で結合剤の剛性を大きく減らしさえする。
好ましくは、この発明のどちらかの態様の方法での総締固め時間が約７秒から約６０秒の範囲にあり、更に好ましくは、少なくとも１０秒、最も好ましくは、少なくとも１５秒である。負荷応力は、例えば、互いに密接して続く二つ以上の別々の締固め機面によって二つ以上の別々のパスで加えられるかも知れないが、この締固め持続時間は、都合よく、単一パスで達成される。
上記のように、締固め持続時間は、締固め速度および／または締固め面の長さを変えることによって変えることができる。更に、この発明の第２態様の方法では、マット面上を締固め機が移動する回数を変えることができる。この発明の第２態様の方法での締固め速度は、約０．６ｍ／ｓから約０．０５ｍ／ｓ以下、即ち従来の舗装速度の範囲内にあるのが好ましく、更に好ましくは、約０．５ｍ／ｓから約０．１ｍ／ｓである。
この発明のどちらかの態様の方法での締固め機面の長さは、好ましくは、少なくとも１．５ｍであり、随意に２ないし３ｍ以上である。
締固め面によって加える平均負荷応力は、好ましくは、約４０ｋＰａ未満で、さらに好ましくは、約２５ｋＰａ未満である。しかし、加える負荷応力は、締固め面の前縁から上記締固め面の後縁まで次第に増加してもよく、その場合、締固め面の後縁での最大線応力は、好ましくは、約４０ｋＰａであり、加える最大平均負荷応力は約２５ｋＰａである。加える最小平均負荷応力は、１０ｋＰａ未満でありそうにもない。そのように加える応力が低いことは、例えば、粘弾性結合剤を大きい割合で使い、高交通量地域用に必要な程度に骨材を鎖錠する必要がない、住宅街に使うアスファルト混合物に適当なだけだろう。
都合よく、上記のように、本発明の方法は、アスファルトマットを単一パスで所望の程度に締固められるようにするが、アスファルト成分の締固め適性、アスファルトマットの深さおよび基盤温度の変動が、これを達成するためにアスファルト混合物の温度および負荷持続時間要因の調整を要求するかも知れない。対応して、本発明は、敷設し且つ締固めるべきアスファルトの深い層を許容するだろう。
この発明のどちらかの態様に従って使用する締固め機のベルトは、縦に分割して二つの平行な軌道を作り、それにこの締固め機の旋回を容易にするために変動する駆動装置を付けてもよい。エラストマベルトでは、旋回を容易にするためにベルトの対向する側に異なる応力を加えてもよい。その代りに、単一ベルトの締固め機を前述のように舗装機と連結することによって、またはこの締固め機の後ろの操向可能トラクタユニットによって操向してもよい。そのようなトラクタは、既存の締固め機に使うためによく知られた種類のものでよく、および／またはアスファルトの表面組織に追加の締固めをするようにされた、軌道、タイヤまたはローラ駆動装置を含んでもよい。その代りに、再び、この締固め機が都合よく二つの縦に離間したベルトを含み、旋回を容易にするために締固め機をこれらのベルトの間にヒンジ結合してもよい。本発明の方法によって、ベルトの締固め面は、これらのベルトがアスファルトマット上を締固め機の移動速度で回転するので、それらの間の移動方向に実質的相対滑動運動なしにマット面と係合してもよい。この締固め機が旋回するとき、少なくとも一部横方向に僅かな程度の相対滑動運動があるだろうが、この相対滑動運動の程度は、この締固め機をアスファルトの締固めに実質的に有害でないように使う際に通常十分小さいことが分るだろう。この発明の第２態様による方法の好適締固め手順では、締固めの方向を反転するための締固め機の旋回を先に締固めたマット上で行う。
この発明の第３態様によれば、互いに対して連結した、二つの縦に離間した回転可能支持組立体、およびこれらの回転可能支持組立体の少なくとも一つを回転式に駆動するための動力源を含む締固め機であって、これらの支持組立体の少なくとも一つがこの締固め機の操向を可能にするために調節可能であり、これらの支持組立体の少なくとも一つが、締固めベルト、締固め面を作るこのベルトの平面下部走行面を形成するためのこのベルト用支持手段を含むモジュール締固めユニットを含む締固め機が得られる。
この発明の第３態様による締固め機は、特に加熱混合アスファルトマット上で使うのに適するが、他の舗装材料の締固めにも有用だろう。
支持組立体の一つだけがモジュール締固めユニットを含む場合、それが結合されている他の支持組立体は、例えば、アスファルトスプレッダでもよく、その場合は、それをこの発明の第１態様の方法に従って使ってもよく、または上記他の支持組立体が操縦可能トラクタユニットでもよく、その場合はこの締固め機をこの発明の第１および第２態様の方法のどちらに従って使ってもよい。これらの実施例では、モジュール締固めユニットを他の支持組立体に対して連結部によってピボット結合するのが好ましいが、必ずしも必要ではない。
その代りに、支持組立体の両方がモジュール締固めユニットを含み、各々締固めベルト、締固め面を作るこのベルトの平面下部走行面を形成するためのこのベルト用支持手段、およびユニットの一端にあって他のユニットにピボット結合する連結部を含む。この実施例では、締固め機を旋回させるために、二つのモジュール締固めユニットを互いに対して、例えば油圧手段によってピボット結合する。この配置で、これら二つのモジュール締固めユニットが既知の関節結合複式ドラムローラ締固め機の二つの鋼製ドラムモジュールに都合よく置き換わる。
その代りに、再び、他の支持組立体が、例えば、随意に離間した方法で、並べて連結した二つのベルト締固め機を含み、この一つのモジュール締固めユニットがこれらの離間したベルト締固め機の間の締固めるべき材料の表面の部分を締固めるようにされていてもよい。このモジュール締固めユニットと二つの離間したベルト締固め機は、締固め機を旋回させるために、例えば油圧手段によって、互いに対してピボット結合してもよい。この配置は、単一パスで締固めの幅を都合よく増すかも知れない。
この発明の第３態様による締固め機が単一モジュール締固めユニットと前述の操縦可能トラクタユニット若しくは二つの並べたベルト締固め機、または二つの相対ピボット結合したモジュール締固めユニットを含むとき、この締固め機は、この発明の第１および第２態様のどちらかの方法に従って使うのが好ましいが必要ではない。
このモジュール締固めユニットまたは少なくとも一つのモジュール締固めユニットを駆動する、即ち、そのベルトを動力で回転するのが好ましい。
この発明の第３態様による締固め機のモジュール締固めユニットを従来のローラ締固め機のドラム組立体に置き換わるように設計するのが最も都合がよい。
モジュール締固めユニットのベルト下部走行面が少なくとも長さ１ｍであるのが好都合で、２ないし３ｍ以上でもよい。この発明の何れかの態様のベルトを何か適当な手段によって締固め機上で回転するように支持してもよい。例えば、ある実施例では、ベルトが、二つの大直径のドラム、または締固め機の前端の単一の大直径のドラムで、既に説明したように押しのけを軽減するように駆動するのが好ましいドラムとこの締固め機の後端でそれぞれベルトの上部走行面および下部走行面を形成する二つの小さいドラムまたはローラのような、二つ以上のドラムまたはローラの間に伸びる。他の実施例では、ベルトの下部走行面が二つの比較的小さいドラムまたはローラの間に伸び、且つ大きくてもよい、少なくとも一つの上ローラがこのベルトの上部走行面を支持する。下部走行面の前端と後端の間で、ベルトを何か適当な手段によっても支持または係合して表面に所望の一定のまたは次第に増加する負荷応力を与えてもよい。例えば、前述の鋼セグメントベルトを離間したレールまたは他の案内手段によって支持してもよく、一方前述のエラストマベルトを中間ローラまたはドラムのアレーによって、またはスライド面によって支持してもよい。
この発明の第１態様で使用する締固め機のベルトの幅は、舗装機のスプレッダのそれとほぼ同じ、例えば４ｍであるのが都合がよいが、狭くてもよい。例えば、締固め機の操縦しやすさを要する小さいプロジェクトのためには、スプレッダ幅の約半分以下のような小さいベルト幅であることが便利かも知れない。対応して、この発明の第２態様で使うためには、ベルト幅がスプレッダのそれより小さい、例えば２ｍ以下であるのが都合がよい。
この発明の何れかの態様のベルトは、締固め機の特定の用途の特殊な要件を考慮して、何か適当な材料で作ってもよい。それで、このベルトは、例えば前述の米国特許明細書に記載されているように、貼合せゴムのようなエラストマ材料を含んでもよい。その代りに、このベルトが一連のピボットで相互連結された剛性のセグメントを含み、またはメッシュワイヤ若しくは編組線で出来ていてもよい。そのようなセグメント、メッシュまたは線は、鋼またはその他の適当な材料で作ってもよい。そのような非エラストマベルトは、材料面と接触するためにその外面にエラストマパッドが固着されていてもよい。
エラストマベルトまたはエラストマパッドを固着したベルトを加熱混合アスファルト上で使うことは、一般的に、アスファルトの表面でこのエラストマ材料によって粗い骨材部分の周りの瀝青を圧縮するために、非エラストマベルトだけを使うより締固めたアスファルトの表面組織を良くする。しかし、非エラストマベルトだけを使うときは、後に表面にゴムタイヤ付ローラを転がすことによって同じ効果が得られるかも知れない。
例えば、締固め中の加熱混合アスファルトからの熱損失を軽減するためには、どの態様の締固め機ベルトもその下部走行面を除いてこの締固め機内に囲い込むのが有利である。この囲いは、一部または全部断熱シュラウドで作ってもよく、少なくとも実質的に締固め面の高さまでベルトの上に伸びるのが都合がよい。そのようなシュラウドは、断熱マット付きまたはなしで、例えば、ファイバーグラスのような強化プラスチックまたはアルミニウム若しくは鋼のような金属で一つ以上の部品に作ってもよい。このベルトは、一部このベルト用支持システムによって囲い込んでもよい。
ある環境では、特に本発明の第２態様の方法でだがそれだけではなく、締固め機ベルトを加熱することが都合がよいかも知れない。この発明の第２態様によれば、締固め機ベルトを少なくとも締固めているアスファルトマットの温度、例えば約１２０℃ないし約１５０℃以上に加熱するのが好ましく、締固め中にアスファルトマットを加熱してもよい。この締固め機ベルトの加熱は、アスファルトマットの表面の瀝青が締固め機ベルトに実質的に付着しないことも保証するかも知れない。
締固め機ベルトは、何か適当な手段、例えば、過熱空気発生器またはプロパン炎加熱のような直火加熱によって加熱してもよい。そのような加熱手段を、例えば、締固め機をねらった赤外線センサによって遠隔制御してもよい。
その代りに、またはそれに加えて、締固め機がベルトに隣接して一つ以上の高温液体用溜を含むと都合がよい。この高温液体は、例えば、加熱オイルまたは瀝青でもよい。これらの溜は、それから液体を出し入れするための手段は勿論、その中の液体を加熱するための手段を含んでもよい。
締固め機ベルトに関連するドラムまたはローラは、高温液体用溜として役立ててもよい。その代りに、またはそれに加えて、別の高温液体溜を二つのそのようなドラム若しくはローラの間または単一のそのようなドラム若しくはローラに隣接して設けてもよい。
この発明の一つ以上の態様による方法および装置の種々の実施例を、次に、添付の図面を参照して例としてのみ説明する。それらの図面で：
図１は、縦一列になって作業し且つ相対位置センサを介して一定の分離距離に維持する舗装機および締固め装置の側面図である。
図２は、図１に示す舗装機および締固め装置の平面図で、相対位置センサを明確に示す。
図３および図４は、図１および図２に対応するが、舗装機および締固め装置を物理的に相互連結した修正を示す。
図５は、従来のトラクタに取付けた、関節結合ローラ締固め機からの締固め装置の側面図である。
図６は、図３に示した締固め装置とトラクタの平面図である。
図７および図８は、それぞれ、二つの関節結合したモジュール締固めユニットを使う自己出力形締固め装置の側面立面図および平面図である。
図１および図２を参照して、締固め機１０は、予め準備した基盤１５上に舗装機２２のスプレッダ２４が敷設したアスファルトマット２０を締固める。この締固め機１０は、ベルト締固め機で、舗装機２２の直後を追従する。
締固め機１０は、舗装機２２に隣接する前端の大直径回転ドラム１２、後端の上部横ローラ１４ａおよび下部横ローラ１４ｂ、並びに回転ドラム１２並びにローラ１４ａおよび１４ｂの間に配置された高温液体溜１３を含む。高温液体溜１３および回転ドラム１２には約１５０℃の温度の加熱したオイルまたは瀝青が入っている。ドラム１２、ローラ１４ａおよび１４ｂ並びに溜１３は、全て、単一フレーム部材で概略的に示す骨組１７によって支持されている。
貼合せエラストマベルト１１が回転ドラム１２並びにローラ１４ａおよび１４ｂの周りに掛る。回転ドラム１２は、補助油圧駆動装置１９によって駆動され、従って、ベルト１１に回転を伝え、この締固め機を駆動する。ベルト１１、ドラム１２並びにローラ１４ａおよび１４ｂは、この締固め機に操縦性を与えるために、縦に分割され、別々の駆動装置がドラム１２の半分の二つを駆動する。このエラストマベルトは、都合よく、例えば、エラストマパッドを固着したスチールベルトで置換えてもよい。
ドラム１２とローラ１４ｂの間の下部走行面の分割ベルト１１は、ドラム１２とローラ１４ｂの共通接線の高さでの上方撓みに対して溜１３の底壁が形成する側面によって支持する。このベルトをその平面下部走行面で支持するために、溜１３の下に小さいローラのアレーを設けることが好ましいが、図示しない。
締固め機１０は、この締固め機の前、上および後に密接して重なり、それによってアスファルトマット２０の表面に接触していないベルトのこれらの部分からの熱損失を軽減する断熱シュラウド１６も含む。このシュラウド１６は、締固め機１０の側面にも重なり、それによってドラム１２および溜１３からの熱損失、従ってアスファルトからのも更に軽減してもよい。
締固め機１０は、舗装機２２の後ろ約１ないし２ｍの距離をこの舗装機の速度で移動する。更に詳しくは、アスファルトのスプレッダ２４の外縁２３と分割ベルト１１の下部走行面の前縁１１ａの間の距離が約１ないし２ｍｍである。この距離は、締固め機１０と舗装機２２の各側の適当な位置にある相対位置センサ手段１８を介して一定に維持する。各側の相対位置センサ手段１８は、例えば、締固め機１０の前方に突出する要素１９上に支持する目標の方へ、前進方向を横断してビームを出すように、スプレッダ２４上に支持する赤外線またはレーザビーム放出源を含んでもよい。この目標は、ゼロ位置とこのゼロ位置のそれぞれの側の一つ以上のプラスおよびマイナス位置を有する。それぞれのドラム１２およびベルト１１の予め設定した回転速度は、ビームが目標のゼロ位置に当る間維持するが、もし、ビームがプラスまたはマイナス位置に当れば、それぞれ、速度を一時的に増加しまたは減少する。そのようなセンサは知られているが、単に説明のために提示する。
典型的に、舗装機２２は、アスファルトマット２０を敷設しながら約０．１ｍ／ｓの速度で移動する。従って、締固め機１０の速度が普通アスファルト締固め法で使うよりかなり遅いことが分るだろう。更に、締固め機１０は、舗装機２２の直後を追従するので、アスファルトマット２０の温度が締固めを始めるときに延展温度と同じかほぼ同じである。ドラム１２および溜１３の中の高温液体によるベルト１１の加熱、およびシュラウド１６が締固め中の熱損失を軽減し、それで締固め温度は１５０℃以上である。
図１および図２に示すように、締固め機１０およびベルト１１の幅Ｙは４ｍで、従ってスプレッダ２４が敷設したアスファルトマット２０の全幅が締固め機１０の１回の走行のベルト１１で覆われる。ベルト１１の下部走行面が形成する接触長さＸは３ｍである。ドラム１２および溜１３の中の高温液体を含め、総質量２４トン（２４０ｋＮ）の締固め機に対し、２０ｋＰａの均一な接触応力がベルトの下部走行面によって加えられる。速度を０．１ｍ／ｓ（５０ｍｍ厚さの層にアスファルトを敷設して、舗装機１台当り、１日６時間当り１０００トンの設置速度に典型的）とすると、この締固め機ベルトの下のアスファルトマット上の任意の点の負荷持続時間は、約３０秒となる。この負荷持続時間および１５０℃で、結合剤の堅さは、約０．０５Ｐａである。
締固め機の上記のサイズは、大規模プロジェクトで使う。小規模プロジェクトでは、締固め機１０が遙かに小さい“足跡”を有し、例えば、接触長さＸが２ｍ、幅が２ｍまたは４ｍだろう。小さい足跡は、一般的に全体として締固め機１０の質量の減少に対応する。もしそうなら、これは、この作業の温度を上げることによって相殺されるかもしれない。そのような場合、鋼製分割ベルト１１を使って、直火で加熱してもよい。
さて、図３および図４を参照すると、締固め機１０を舗装機２２と物理的に相互連結した、図１および図２の締固め機１０の修正が示されている。締固め機１０は、ドラム１２用にそれ自体の駆動装置を保持し、この締固め機の前進速度を舗装機のそれに調整できる。それで、この舗装機と締固め機の間の機械的相互連結は、この締固め機に操向性を与えることだけを意図する。
この機械的相互連結は、この締固め機の骨組１７の前端から前方へスプレッダ２４の脇の方へおよび舗装機の下の連結部２８の方へ内方に突出するフレーム２６として概略的に示す。この連結部２８は、舗装機と締固め機の間をこれらの装置が直面する大きな半径の曲線で、剛性のまたは回動自在な相互連結をしてもよい。
作動する際、舗装機が曲ると、これをフレーム２６によって検知し、同じ旋回運動を締固め機に伝える。このフレーム２６を、例えば、単純なケーブル装置で置換えることによって、類似の機能を達成してもよい。
図４は、ドラム、ローラおよびベルトを含む締固め機の縦分割を示し、それで、この締固め機を、例えば幅１ｍの、ほぼ同じモジュールで構成し、それらを並べて固定して所望の幅の締固め機を作り上げてもよいことが分るだろう。もし、締固め機の２本のベルトの各々または各外ベルトがそれ自体の動力源を持っているならば、これらベルトの回転速度を個々に調整して、この締固め機の旋回を容易にすることができる。内ベルトは、動力がなくてもよい。
図５および図６は、一般的に小規模プロジェクトに使うための締固め機の代替配置をより良く示す。図３および図４で、締固め機３０は、図１および図２に示す締固め機１０とほぼ同じ構成を有し、それで詳細には説明しない。この締固め機３０は、補助油圧駆動装置を有する大直径の回転ドラム３２、高温液体溜３４、上部および下部横ローラ、それぞれ、３６および３８、このドラムおよびローラを支持する骨組４０、回転ベルト４２並びに断熱シュラウド４４を含む。しかし、この実施例では、図１ないし図４のように舗装機の直後に保持するのではなく、締固め機３０は、関節結合ローラ締固め機から従来のトラクタ４６によって後ろから操縦され、この締固め機は骨組４０の一端でピボット結合４８によってトラクタに取付けられている。前と同様、ベルト４２は、ほぼ剛性の下部走行面を有するが、操縦性を増すために、この下部走行面は、長さが小さくても、例えば、２ｍ以下でもよい。
この実施例では、大きい直径の液体を満たした滑らかなタイヤ５０を有するトラクタ４６で操向を行うので、エラストマであってもなくても、単一ベルト４２を使ってもよい。
図１ないし図４の締固め機１０の場合と同様に、高温液体溜３２および３４は、過熱空気ブロワーまたはベルト用直火ヒータで性能向上または置換してもよい。そのような加熱は、ベルトの内部、例えば上部走行面上で、または外部、例えば下部走行面に隣接するシュラウド４４とドラム３２の間で行ってもよい。ベルトのそのような加熱は、締固め中にアスファルトに熱を供給するためにも使ってよく、その場合、アスファルトを締固め前にかなりの程度冷却させても、結合剤の粘性流れによる満足な締固めを達成できる。
締固め機３０は、この締固め機が停留している間、ベルト４２が自由に回転するように、ベルトを地面から離して上げるようにされた油圧ジャッキシステム５２を含む。これは、締固め作業の開始前にベルトの加熱さえも容易にする。このジャッキシステムは、この締固め機のピボット結合４８と反対の端で骨組４０によって坦持され、且つ輸送および不使用時操縦性を容易にするためにも使えるように、車輪組立体５４を組込んでいる。
締固め機３０は、約０．７ｍ／ｓまでの速度で使うことができ、それは、ベルトの下部走行面の長さが、例えば、２ｍでも、説明した従来技術よりかなり長い、単一パスで約３秒の締固め持続時間をもたらす。しかし、締固め機３０は、０．７ｍ／ｓ未満、例えば約０．５ｍ／ｓ未満の速度で使い、それによって単一パスの負荷持続時間を増すのが好ましい。締固め機３０は、締固め機１０を参照して説明した方法で、即ち舗装機の直後でほぼ舗装機の速度で移動するように使ってもよいが、この締固め機３０は、より普通に舗装機と独立に高速で使う。こういう事情なので、この締固め機３０は、所望程度の締固めを得るためにアスファルトマット上で容易に複数パスができる。各パスは、舗装機の間で舗装機から、例えば、４００ｍまで離れてよく、締固め機の速度は、必要なパス回数後に舗装の速度に遅れないように調節してもよい。この締固め機は、２０ｋＰａの均一な負荷応力を加えることができる。
さて、図７および図８を参照すると、図５および図６の締固め機３０と厳密に同じ方法で使うことを意図した締固め機６０が示されている。しかし、締固め機６０は、ベルト締固めユニットのモジュール形を示し、その二つは、既知の関節結合複式ドラム締固め機で複式鋼製ドラムを置換えている。この既知の締固め機は、動力および制御モジュール６４、およびドラムを表す破線６６によって部分的に示す二つのドラムモジュールを含む。
各締固め機モジュール６２は、この締固め機モジュール６２の間および上に坐る動力および制御モジュール６４にピボット結合するために、一端に連結部７０を有する典型的なフレーム６８を含む。既知の締固め機のフレーム６８は、このフレーム内に軸支したドラム６６を有する。この代りに、エラストマまたは非エラストマベルト７４用の小さい上部ドラム７２が同じ方法でこのフレーム内に軸支されている。このドラム７２の下で、フレーム６８がベルト用の下部ローラ組立体７６を支持する。このローラ組立体７６は、ドラム７２より直径が小さい前ローラ７８および後ローラ８０、並びに小さい中間ローラ８２のアレーを含む。ローラ７８、８０および８２は、ベルトの平面下部走行面を形成し、それがこの締固めモジュール６２の締固め面を形成する。各締固めモジュールのベルト７４の下部走行面は、長さが１．５ないし２ｍあるのが好ましいが、長くても短くてもよい。図８に示すように、このベルト幅は、標準ドラムモジュールと一致するために約２ｍであるが、広くても狭くてもよい。
各締固めモジュール６２のドラム７２は、補助油圧駆動装置（図示せず）を介して動力および制御モジュール６４によって既知のドラム６６と同じ方法で駆動される。動力および制御モジュール６４を介して締固めモジュール６２を一緒に連結することに加えて、これらの締固めモジュールは、操縦油圧ラム８４、または好ましくは連結部７０の各側に一つずつの二つの操縦油圧ラムによって連結する。この油圧ラム８４は、この締固め機の運転者からの操縦入力を受ける油圧弁組立体（図示せず）によって制御する。
各締固めモジュール６２のベルト７４は、シュラウド８６の下の下部走行面を除いて完全に囲い込まれている。このシュラウドは、締固め中のマット８８からの熱損失の軽減を助けるが、都合よくベルト用に暑熱環境も含む。そのような暑熱環境は、例えば、ドラム７２の中に高温液体を入れることによって用意してもよいが、好ましくは、この締固めモジュール上の、更に好ましくは、動力および制御モジュール６４上の、ヒータによってシュラウドの下の囲いに供給した過熱空気によってもたらす。このベルトの加熱は、たとえマット８８の特定の部分が、締固め機６０がその上を通過するまでに、所望の締固め温度以下に冷却されても、その温度に維持するのに役立つ。
図７で、各締固めモジュール６２のドラム７２の回転軸が、既存のドラムモジュールのドラム６６の場合よりかなり低く、特に傾斜面上での安全性の改善に繋がることに気付くだろう。
締固めモジュール６２が、幾らかの修正を施した、図１ないし図４の締固め機１０は勿論、図５および図６の締固め機３０に容易に置き換わることも分るだろう。
説明した実施例の各々で、ベルト締固め機がベルト緊張手段（図示せず）を含むと都合がよい。そのような手段には、油圧で変位可能なローラまたはドラムがある。
この発明の種々の態様によるアスファルト締固め方法および締固め機がアスファルトに与える透水性が、都合よく、従来の装置および技術を使って締固めたアスファルトより低いことが分った。これに関して、“道路舗装への水の現場浸透の測定”と題するニューサウスウェールズ道路交通公社（ＲＴＡ）標準試験法Ｔ１６８（１９９０）に合わせて試験を実施した。簡単に言えば、この試験法に従って、高さ標識を付けた調査管を試験すべき区域の上に垂直に立つように配置した。この調査管をその基部でベース板によって支持した。水をこの調査管に入れ、迅速にこの管に印した所望の高さにした。すると水がこのベース板から流れ、試験する瀝青表面に接触するようになった。調査管の上の印と下の印の間の水の高さの落下速度を記録し、試験する表面の間隙率を計算した。
この方法を使って、この発明の態様に従って準備した試験アスファルトについて、水頭が１ｍから９００ｍｍまで低下するに要するた時間が１０ないし２０秒のオーダであることが分った。従来通りに締固めたアスファルトを試験場で試験したとき、舗装への水の流速は、２００ないし３００ｍｍの水頭しか維持できない程であった。従来通に準備したアスファルトの高い透水性は、従来の技術から生ずる、ローラ亀裂または空隙の不閉鎖および毛管によるものと思われる。
この明細書全体を通じて、文脈が他に要求するのでなければ、“含む”という語は、明記した整数または整数のグループの包含を意味するが、その他の整数または整数のグループの排除は意味しないと理解する。
当業者は、ここに説明した発明が特に説明したもの以外の変形および修正を可能にすることが分るだろう。この発明が、その精神および範囲に入るそのような変形および修正を全て含むことを理解すべきである。この発明は、この明細書で参照しまたは示した工程または特徴を全て個々にまたは集合的に、並びに上記工程または特徴の何れか二つ以上の組合せの何れかおよび全ても含む。例えば、この発明は、ベルトを締固め機内にほぼベルトの下部走行面の高さに囲い込んだベルト締固め機に、または説明したように、ベルトを加熱するための手段を備えたベルト締固め機に及してもよい。その代りに、この発明をここに説明したベルト締固め機のその他の特徴または特徴の組合せに及してもよい。

Claims (33)

1. 前進するアスファルト舗装機によって敷設されている加熱混合アスファルトのマットを締固める方法であって、該方法が、敷設したアスファルトの上をアスファルト締固め機を前進させることを含み、少なくとも一つのベルトの下部走行面によって作られた締固め機の締固め面が少なくとも１．５秒の期間の間前記マットの何れかの一部分に係合され、前記締固め面が前記マットに約５０ｋＰＡ未満の最大平均負荷応力を加えるようにした、加熱混合アスファルトのマットを締固める方法。
2. 前記アスファルト締固め機を、実質的に前記アスファルト舗装機の前進速度でかつ前記アスファルト舗装機の後約５０ｍ以内で前記敷設アスファルトの上を前進させる請求項１に記載された方法。
3. 前記アスファルト締固め機を、実質的に前記アスファルト舗装機の前進速度でかつ前記アスファルト舗装機の後約２ｍ以内で前進させる請求項１に記載された方法。
4. 前記アスファルト締固め機を、実質的に前記アスファルト舗装機に連結しかつそれによって前進させる請求項２に記載された方法。
5. 前記アスファルト舗装機と前記アスファルト締固め機との間の距離が相対的な位置検知手段を介して制御される請求項２に記載された方法。
6. 前記アスファルト舗装機が約０．０５ｍ／ｓから約０．１５ｍ／ｓまでの速度で走行する請求項２に記載された方法。
7. 前記アスファルト舗装機が約０．１ｍ／ｓの速度で走行する請求項６に記載された方法。
8. 前記締固め機を約０．７ｍ／ｓを越えない速度で前記マット上で変位させる請求項１に記載された方法。
9. 締固め速度が約０．６ｍ／ｓから約０．０５ｍ／ｓである請求項１に記載された方法。
10. 総締固め継続時間が約７秒から約６０秒である請求項１に記載された方法。
11. 締固めは前記マットの上を前記締固め機の単一の通過において達成される請求項１に記載された方法。
12. 前記締固め表面によって、または互いに密接して従う２またはそれ以上の分割した締固め表面によって２またはそれ以上の分割した継続する締固め段階を含み、該締固め段階の各々が前記締固め表面または前記２またはそれ以上の締固め面の一つを少なくとも１．５秒の期間の間前記マットの任意の一部分に係合することを含む請求項１に記載された方法。
13. 前記締固め面を通して作用する平均の負荷応力が約１０ｋＰａから約４０ｋＰａである請求項１に記載された方法。
14. 前記作用する負荷応力が前記締固め面の前方縁から前記締固め面の後方縁まで徐々に増大する請求項１に記載された方法。
15. 前記締固め面の前方縁における最大線応力が約４０ｋＰａであり、そして最大の平均作用負荷応力が約２５ｋＰａである請求項１４に記載された方法。
16. 前記締固め機のベルトが少なくとも前記アスファルトマットの温度まで加熱される請求項１に記載された方法。
17. 前記締固め機のベルトが約１２０℃から約１５０℃あるいはそれ以上の範囲の温度まで加熱される請求項１６に記載された方法。
18. 前記締固め機のベルトが加熱されて、前記アスファルトマットの表面上の瀝青が実質的に締固め中に前記締固め機のベルトに粘着しない請求項１６に記載された方法。
19. 互いに対して接続された少なくとも二つの長手方向に離隔されたモデュラ締固めユニットおよび該モデュラ締固めユニットの少なくとも一方を駆動するための動力源を含む締固め機であって、前記モデュラ締固めユニットの少なくとも一方が前記締固め機の操向を可能にするよう調節可能であり、そして、前記モデュラ締固めユニットの各々が締固めベルトと該ベルトのための支持手段を含み、締固め面を形成するベルトの平坦な下方走行面を形成する締固め機。
20. 前記２つのモデュラ締固めユニットが互いに対して枢着されている請求項１９に記載された締固め機。
21. 前記モジュラ締固めユニットの各々における前記ベルト下方走行面が少なくとも１ｍの長さである請求項１９に記載された締固め機。
22. 各々のモデュラ締固めユニットにおいて前記ベルトは、間を前記ベルトが延びる２つまたはそれ以上のドラムまたはローラによって回転のために支持されている請求項１９に記載された締固め機。
23. 各々のモデュラ締固めユニットにおいて、前記ベルトがそれぞれの締固めユニットの前方端部における２つの大径ドラムまたは単一の大径ドラムの間に延びていて、任意に駆動され、そして、２つの小さなドラムまたはローラのそれぞれがそれぞれの締固めユニットの前方端部において前記ベルトの上方および下方走行部を形成する請求項２２に記載された締固め機。
24. 各モデュラ締固め機において前記ベルトの下方走行部が２つの小さいドラムまたはローラの間に延びていて、そして、少なくとも１つの上方ローラが前記ベルトの上方走行部を支持し、前記２つの相対的に小さいドラムまたはローラよりも任意に大きくされてもよいものである請求項２２に記載された締固め機。
25. 前記下方走行部の前方端部と後方端部との間の各モデュラ締固めユニットにおいて、前記ベルトが支持されるかまたは係合されて、締固めされる材料の表面に対して所望の一定したまたは徐々に増大する負荷応力を与える請求項１９に記載された締固め機。
26. 前記ベルトの各々が弾性材料、一連の相互に枢着された剛性断片を含み、または網状または織物状ワイヤによって形成されている請求項１９に記載された締固め機。
27. 下方走行部を除いた各モジュラー締固めユニットにおいて、前記べルトが前記それぞれの締固めユニットの内部に包囲されている請求項１９に記載された締固め機。
28. 各ベルトが前記締固め表面のレベルまで実質的にベルトの上に任意に延びるそれぞれの絶縁シュラウドによって部分的にまたは全体的に包囲されている請求項２７に記載された締固め機。
29. 各ベルトがベルトのためのそれぞれの支持システムによって部分的に包囲されている請求項２７に記載された締固め機。
30. 前記締固め機のベルトの各々を加熱するための加熱手段を含む請求項１９に記載された締固め機。
31. 各締固め機のベルトに関連したそれぞれのドラムまたはローラが加熱液体のための貯槽として作用する請求項１９に記載された締固め機。
32. 加熱液体貯槽が締固め機のベルトの各々と関連した２つのドラムまたはローラの間に、またはそのようなドラムまたはローラに隣接して設けられている請求項１９に記載された締固め機。
33. 加熱混合アスファルトのマットを締固める方法が請求項１９に記載された締固め機を使用してマットを締固めることを含む方法。

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