JP5375761B2 - 弾性舗装用アスファルト混合物 - Google Patents

Description

本発明は、凍結抑制舗装に用いられる弾性舗装用アスファルト混合物に関する。

従来、積雪寒冷地においては、冬季の路面の走行安全性を確保することが求められている。そして、舗装の分野では、路面摩擦係数の低下を防ぎ、除雪作業を容易にするために、様々な凍結抑制舗装が開発され、実道の路面管理に採用されている。

凍結抑制舗装は、その原理により２種類に大別される。

その１つ目は、舗装表面にある弾性体が走行車両の荷重によってたわみ、氷版を破壊、剥離させる「物理系」である。例えば、特許文献１には、ゴム片を含み、弾性を持たせることによって凍結抑制の機能を持たせたものが開示されている。このように、ゴム片などの弾性体を混入したものは、弾性体の混入率が高く、粒経が大きいほど、路面に露出する弾性体が増加し、氷版の破壊、剥離の効果が高くなる。しかし、弾性体の混入率を高くするにしたがって、弾性体がアスファルトから分離しやすくなるという問題があり、必ずしも満足される効果が得られていなかった。

また、その２つ目は、舗装体に添加、混入した塩化カルシウムなどの凍結抑制剤が溶出し、圧雪や凍結を抑制する「化学系」である。しかし、化学系は効果の持続性に難があった。

なお、近年は、より効果の高いハイグレードな凍結抑制舗装が開発されているものの、使用材料や工数が増える場合が多く、汎用化には至っていない。

特許第４００２６３９号公報

そこで、本発明は、物理系の凍結抑制舗装において、弾性体がアスファルトから分離する虞がなく、氷版に対する高い破壊効果及び剥離効果を有し、さらに、歩行者用舗装及びひび割れ抵抗性舗装としても適用可能な、新規の弾性舗装用アスファルト混合物を提供することを目的とする。また、そのような弾性舗装用アスファルト混合物によって構築された弾性舗装体を提供することを目的とする。

本発明の弾性舗装用アスファルト混合物は、骨材、アスファルト、中空樹脂微粒子、低アニリン点炭化水素成分を含み、前記中空樹脂微粒子が、気体又は液体を内包した熱可塑性樹脂の殻からなり加熱により体積が膨張したものである。

また、前記アスファルトが、ストレートアスファルト又はポリマー改質アスファルトである。

本発明の弾性舗装体は、本発明の弾性舗装用アスファルト混合物を用いて構築されたものである。

本発明の弾性舗装用アスファルト混合物は、気体又は液体を内包した熱可塑性樹脂の殻からなり加熱により体積が膨張した中空樹脂微粒子を含むことにより、氷版に対する高い破壊効果及び剥離効果を有する。

本発明の弾性舗装用アスファルト混合物の概念図（Ａ）と従来の弾性舗装用アスファルト混合物の概念図（Ｂ）である。 実施例１における氷版の剥離性能試験の概念図である。 実施例１における氷版の剥離性能試験の結果を示すグラフである。 実施例１における氷版の破壊性能試験の概念図である。 実施例１における氷版の破壊性能試験の結果を示すグラフである。

本発明の弾性舗装用アスファルト混合物は、骨材、アスファルト、中空樹脂微粒子、低アニリン点炭化水素成分を含み、前記中空樹脂微粒子が、気体又は液体を内包した熱可塑性樹脂の殻からなり、加熱により体積が膨張したものである。本発明の弾性舗装用アスファルト混合物の概念図を図１（Ａ）に示す。本発明の弾性舗装用アスファルト混合物は、図１（Ｂ）に示す従来の弾性舗装用アスファルト混合物とは異なり、路面に露出した粒状弾性体を有しておらず、アスファルトモルタル（アスモル）中に微粒弾性体として中空樹脂微粒子を均一に分散させたものである。

本発明において使用される中空樹脂微粒子は、熱可塑性樹脂の殻からなるマイクロカプセル内に低沸点溶剤の気体又は液体を封入して内包させたものであり、加熱前の直径は６〜４０μｍであって、８０〜２００℃に加熱することにより膨張し、６０〜１００倍に体積を増加する発泡性の粒子である。中空樹脂微粒子に含まれる低沸点溶剤の例としては、イソブタン、ペンタン、石油エーテル、ヘキサン、低沸点ハロゲン化炭化水素、メチルシランがある。中空樹脂微粒子のマイクロカプセルを構成する熱可塑性樹脂の例としては、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルがある。このような中空樹脂微粒子としては、エクスパンセル（日本フィライト株式会社販売、スウェーデン国エクスパンセル社製）が好適に使用可能である。

中空樹脂微粒子の含有量は、好ましくは、弾性舗装用アスファルト混合物の全質量中、０．０５〜０．５質量％である。０．０５質量％未満では、氷版に対する破壊効果及び剥離効果が無添加のものと同程度のため好ましくなく、０．５質量％を超えると、弾性舗装体の著しい耐流動性の低下のため好ましくない。或いは、中空樹脂微粒子は、アスファルト１００重量部に対して、０．６〜１０重量部になるように添加するのが好ましい。

本発明において使用される低アニリン点炭化水素成分は、アスファルトとの親和性が高く、原料混合時の中空樹脂微粒子の飛散を防ぐとともにアスファルト中への分散を促進し、アスファルトが低温でも硬化しにくくするために添加されるものであって、例えば、ナフテン系原油から精製されたオイル成分、中東系原油から精製されたオイルにアニリン点降下剤としてアルキルベンゼン、アルキルナフテン化合物を添加した炭化水素およびその混合物がある。なお、本発明において、アニリン点が１００℃以下の炭化水素が低アニリン点炭化水素成分として好適に用いられる。

低アニリン点炭化水素成分の含有量は、好ましくは、弾性舗装用アスファルト混合物の全質量中、０．２〜１．０質量％である。０．２質量％未満では、低温脆性が無添加のものと同程度のため好ましくなく、１．０質量％を超えると、弾性舗装体の著しい耐流動性の低下のため好ましくない。或いは、低アニリン点炭化水素成分は、アスファルト１００重量部に対して、２．５〜２０重量部になるように置換するのが好ましい。

本発明において使用されるアスファルトは、ストレートアスファルト、又は舗装道路の破損を防ぐためにストレートアスファルトを改質したポリマー改質アスファルトが好適に用いられる。ポリマー改質アスファルトとしては、特定のものに限定されるものではないが、例えば、添加物として、ゴム（スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴムなど）、熱可塑性エラストマー（スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブテン共重合体など）、熱可塑性樹脂（エチレン、酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）を加えたものを使用することができる。

本発明において使用される骨材は、砕石、粗目砂（粗砂）、細目砂（細砂）、石粉など、一般的に舗装に用いられる骨材であり、特定のものに限定されない。砕石としては、粒径範囲５〜１３ｍｍの６号砕石、粒径範囲２．５〜５ｍｍの７号砕石が好適に用いられるが、これら以外の砕石を用いてもよい。

本発明の弾性舗装用アスファルト混合物を製造する場合は、骨材、アスファルト、中空樹脂微粒子、低アニリン点炭化水素成分を所定の割合で混合する。このとき、中空樹脂微粒子は、骨材の熱によって加熱されて膨張する。そして、この弾性舗装用アスファルト混合物を道路などに敷設することによって、弾性舗装体が構築される。なお、中空樹脂微粒子は、予め加熱して膨張させたものを用意して、骨材、アスファルト等と混合するようにしてもよい。

以下の実施例において、本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

［弾性舗装用アスファルト混合物の配合］
表１に示す粒状弾性体を用いた従来の凍結抑制舗装の配合（配合Ａ）、砕石マスチックアスファルト（ＳＭＡ）配合（配合Ｂ）を基準配合として、石粉（炭酸カルシウム）の体積の８０％を中空樹脂微粒子（エクスパンセル グレード：９３０ＤＵ１２０）で置換した試験用アスファルト混合物（置換率８０％）と、比較のために中空樹脂微粒子で置換していない試験用アスファルト混合物（置換率０％）を作製した。なお、中空樹脂微粒子の体積は、加熱による膨張後の体積を基準とした。また、置換率８０％のときの試験用アスファルト混合物中の中空樹脂微粒子の含有率は、配合Ａ、配合Ｂともに０．１質量％であった。また、低アニリン点炭化水素成分として、ナフテン系鉱油（アニリン点７０℃、４０℃粘度６８ｍｍ^２／ｓ）を試験用アスファルト混合物中の含有率が配合Ａ、配合Ｂともに０．２質量％となるように配合した。

［氷版の剥離性能への影響］
氷着引張強度を指標として、剥離性能を評価した。氷着引張強度は、「舗装性能評価法 別冊，日本道路協会編，丸善，２００８年３月」の「氷着引張強度を求めるための引張試験機による測定方法」に準拠したが、剥離性能にのみ着目するために鋼球落下は行わなかった。試験条件を表２、試験の概念図を図２に示す。なお、アスファルトにポリマー改質アスファルトII型を用いたが、これは、ポリマー改質アスファルトのうち、軟化点５６．０℃以上、伸度（１５℃）３０ｃｍ以上、タフネス（２５℃）８．０Ｎ・ｍ以上、テナシティ（２５℃）４．０Ｎ・ｍ以上のものをいう。

試験の結果を図３に示す。横軸には、測定した供試体の基準配合と石粉に対する中空樹脂微粒子の置換率を示している。

配合Ａ、Ｂともに、中空樹脂微粒子の置換率０％のときよりも置換率８０％の方が氷着引張強度が低く、中空樹脂微粒子を混合することで氷版の剥離性能が向上することが確認された。また、中空樹脂微粒子の置換率８０％の供試体について、すべり抵抗値（ＢＰＮ値）を測定したところ、０．７〜０．８の十分なすべり抵抗性を有していることが確認された。

［氷版の破壊性能への影響］
破壊性能については汎用の試験方法がないため、マーシャル供試体や切り取りコアを用いた簡便な試験方法を採用した。マーシャル供試体や切り取りコアの平坦な面に５ｍｍ厚の氷版を作製し、この氷版に４０ｍｍ×４０ｍｍの鋼製治具を載置して鋼製治具の上から力をかけて圧縮し、氷版が割れたときの荷重を測定した。ポリマー改質アスファルトII型のかわりに、ポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆを用いて作製した供試体についても試験を行った。なお、ポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆとは、ポリマー改質アスファルトのうち、軟化点８０．０℃以上、フラース脆化点−１２℃以下、曲げ仕事量（−２０℃）４００ｋＰａ以上、曲げスティフネス（−２０℃）１００ＭＰａ以下のものをいう。試験条件を表３、試験の概念図を図４に示す。

なお、評価は、下式により得られる氷版破壊強度に基づいて行った。この氷版破壊強度は、値が小さいほどより小さな応力で氷版が破壊されることを示す指標となっている。

氷版破壊強度（Ｐａ）＝氷版破壊時の荷重（Ｎ）／載荷面積（ｍ^２）
試験の結果を図５に示す。横軸には、測定した供試体の基準配合、石粉に対する中空樹脂微粒子の置換率、使用したアスファルトを示している。併せて、試験用アスファルト混合物自体の−１０℃における圧裂強度を示す。

配合Ａにおいて、中空樹脂微粒子の置換率０％のときよりも置換率８０％の方が氷版破壊強度が低く、中空樹脂微粒子を混合することで氷版の破壊性能が向上することが確認された。これは圧裂強度の差によるものと考えられる。また、アスファルトにポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆを用いることにより、さらに氷版破壊強度が低くなることが確認された。これは、ポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆを用いた場合には、−１０℃においても中空樹脂微粒子の弾性が損なわれ難いためであると考えられる。

［中空樹脂微粒子の含有量］
中空樹脂微粒子の含有量が弾性舗装用アスファルト混合物の性能に及ぼす影響について検討を行った。なお、以下、材料、試験方法等について、上記実施例１と同じ場合には、その詳細な説明を省略する。

１９０℃に加熱した骨材及びポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆの混合物に中空樹脂微粒子を表４に示した割合で添加し、室内において小型混合装置（容量２０Ｌ）でアスファルト混合物ａ〜ｅを製造した。アスファルト混合物ａは中空樹脂微粒子を全く含有しないアスファルト混合物である。また、ナフテン系鉱油は、アスファルト１００重量部に対して、１０重量部になるように置き換えた。

アスファルト混合物ａ〜ｅについての性能を評価するため１６０℃で締固めたアスファルト混合物の動的安定度、氷着引張試験、氷版破壊試験を実施した。その結果を表５に示す。

（動的安定度測定結果）
アスファルト混合物の動的安定度については「舗装調査・試験法便覧Ｂ００３ホイールトラッキング試験方法」に準じて実施した。表５に示すように、中空樹脂微粒子無添加のアスファルト混合物ａ、０．０２質量％添加のアスファルト混合物ｂ、０．０５質量％添加のアスファルト混合物ｃは同程度の動的安定度となっている。

また、０．６質量％添加のアスファルト混合物ｅは試験に耐えられず、０．５％添加のアスファルト混合物ｄが動的安定度の測定できる限界となっている。

したがって、動的安定度の点からは、中空樹脂微粒子の含有量は０．５質量％以下が好ましいことが分かった。

（氷着引張強度測定結果）
表５に示すように、中空樹脂微粒子無添加のアスファルト混合物ａと、０．０２質量％添加のアスファルト混合物ｂは同程度の氷着引張強度となっている。また、０．０５質量％添加のアスファルト混合物ｃは、アスファルト混合物ａ、ｂと比較して氷着引張強度が減少している。

また、０．５％添加のアスファルト混合物ｄは、アスファルト混合物ｃと比較して氷着引張強度が減少している。

したがって、氷着引張強度の点からは、中空樹脂微粒子の含有量は０．０５質量％以上が好ましいことが分かった。

（氷版破壊強度測定結果）
表５に示すように、中空樹脂微粒子無添加のアスファルト混合物ａと、０．０２質量％添加のアスファルト混合物ｂは同程度の氷版破壊強度となっている。また、０．０５質量％添加のアスファルト混合物ｃは、アスファルト混合物ａ、ｂと比較して氷版破壊強度が減少している。

また、０．５％添加のアスファルト混合物ｄは、アスファルト混合物ｃと比較して氷版破壊強度が減少している。

したがって、氷版破壊強度の点からは、中空樹脂微粒子の含有量は０．０５質量％以上が好ましいことが分かった。

（まとめ）
各試験を実施した結果、本発明の中空樹脂微粒子及びナフテン系鉱油を添加したアスファルト混合物（弾性舗装用アスファルト混合物）は、中空樹脂微粒子の含有率が０．０５〜０．５質量％のアスファルト混合物において、弾性舗装体としての耐流動性を満足しつつ無添加のアスファルト混合物より高い性能を示すことを確認した。

［低アニリン点炭化水素成分の含有量］
低アニリン点炭化水素成分の含有量が弾性舗装用アスファルト混合物の性能に及ぼす影響について検討を行った。なお、以下、材料、試験方法等について、上記実施例１と同じ場合には、その詳細な説明を省略する。

１９０℃に加熱した骨材及びポリマー改質アスファルトＨ型−Ｆの混合物にナフテン系鉱油を表６に示した割合で添加し、室内において小型混合装置（容量２０Ｌ）でアスファルト混合物ｆ〜ｊを製造した。アスファルト混合物ｆはナフテン系鉱油を全く含有しないアスファルト混合物である。また、中空樹脂微粒子を試験用アスファルト混合物中の含有率が０．１質量％となるように配合した。

アスファルト混合物ｆ〜ｊについての性能を評価するため１６０℃で締固めたアスファルト混合物の動的安定度、氷着引張試験、氷版破壊試験を実施した。その結果を表７に示す。

（動的安定度測定結果）
表７に示すように、ナフテン系鉱油無添加のアスファルト混合物ｆと０．１質量％添加のアスファルト混合物ｇ、０．２質量％添加のアスファルト混合物ｈは同程度の動的安定度となっている。

また、１．５質量％添加のアスファルト混合物ｊは試験に耐えられず、１．０質量％添加のアスファルト混合物ｉが動的安定度の測定できる限界となっている。

したがって、動的安定度の点からは、低アニリン点炭化水素成分の含有量は１．０質量％以下が好ましいことが分かった。

（氷着引張強度測定結果）
表７に示すように、ナフテン系鉱油無添加のアスファルト混合物ｆと、０．１質量％添加のアスファルト混合物ｇは同程度の氷着引張強度となっている。また、０．２質量％添加のアスファルト混合物ｈは、アスファルト混合物ｆ、ｇと比較して氷着引張強度が減少している。

また、１．０質量％添加のアスファルト混合物ｉは、アスファルト混合物ｈと比較して氷着引張強度が減少している。

したがって、氷着引張強度の点からは、低アニリン点炭化水素成分の含有量は０．２質量％以上が好ましいことが分かった。
（氷版破壊強度測定結果）
表７に示すように、ナフテン系鉱油無添加のアスファルト混合物ｆと、０．１質量％添加のアスファルト混合物ｇは同程度の氷版破壊強度となっている。また、０．２質量％添加のアスファルト混合物ｈは、アスファルト混合物ｆ、ｇと比較して氷版破壊強度が減少している。

また、１．０質量％添加のアスファルト混合物ｉは、アスファルト混合物ｈと比較して氷版破壊強度が減少している。

したがって、氷版破壊強度の点からは、低アニリン点炭化水素成分の含有量は０．２質量％以上が好ましいことが分かった。

（まとめ）
各試験を実施した結果、本発明の中空樹脂微粒子及びナフテン系鉱油を添加したアスファルト混合物（弾性舗装用アスファルト混合物）は、中空樹脂微粒子の含有率が０．２〜１．０質量％のアスファルト混合物において、弾性舗装体としての耐流動性を満足しつつ無添加のアスファルト混合物より高い性能を示すことを確認した。

Claims (3)

1. 骨材、アスファルト、中空樹脂微粒子、低アニリン点炭化水素成分を含み、前記中空樹脂微粒子が、気体又は液体を内包した熱可塑性樹脂の殻からなり加熱により体積が膨張したものであることを特徴とする弾性舗装用アスファルト混合物。
2. 前記アスファルトが、ストレートアスファルト又はポリマー改質アスファルトであることを特徴とする請求項１に記載の弾性舗装用アスファルト混合物。
3. 請求項１又は２に記載の弾性舗装用アスファルト混合物を用いて構築されたものであることを特徴とする弾性舗装体。