JP6621296B2

JP6621296B2 - 弾性舗装材用バインダー及び舗装材

Info

Publication number: JP6621296B2
Application number: JP2015209581A
Authority: JP
Inventors: 憲一上坂; 隆朗曽我; 政浩安藤; 玲児菊池
Original assignee: Nippo Corp
Current assignee: Nippo Corp
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-10-26
Also published as: JP2017082055A

Description

本発明は、弾性舗装材用バインダー及び舗装材に関するものである。

加熱アスファルト混合物を用いた舗装は、その簡便性、経済性、耐久性などが優れていることから広く用いられている。また、近年は従来の密粒度アスファルト混合物を用いた舗装に加え、透水性、排水性、遮熱性、保水性、凍結抑制性、弾性など、様々な機能を付加した機能性舗装も増えている。その中で、弾性舗装は公園、歩道、スポーツ施設などの快適性を求められる用途に加え、弾性がもたらす着氷破壊性から凍結抑制舗装にも適用されるなど、適用範囲が広い舗装である。

舗装に弾性を付与するためには、バインダーそのものに弾性を持たせたり、ゴムチップなどを骨材に配合したりする方法が用いられる。前者ではポリウレタンなどの樹脂バインダーを用いることが多い。

特許文献１では、アスファルトに熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡体を混合している。これで、アスファルト自体が弾性を有するようになる。しかし、このようなものは混合の問題や発泡の程度等の問題があり施工が難しい。

特許文献２では、骨材に弾性材（ゴムのような）を用いて、全体として弾性にするものである。しかし、これも均一混合が難しいという問題があった。

そこで、本発明者らは通常の加熱アスファルト混合物製造設備でも使用可能で、十分なたわみ性・弾性を有するバインダー及び舗装材を開発すべく鋭意努力の研究の結果、本発明を完成するに至った。

特開平６−１４６２０４特開２０１４−１０９１０９

すなわち本発明は、たわみ性・弾性に優れ、従来の加熱アスファルト混合物製造設備で使用可能な弾性舗装材用バインダー組成物及び舗装材を提供するものである。

以上のような状況に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果、本発明弾性舗装材用バインダー及び舗装材を完成したものであり、その特徴とするところは、バインダーにあっては、有機成分として芳香族系プロセスオイルとスチレン系ブロック共重合体である熱可塑性エラストマーの混合物を８０％（重量％、以下同じ）以上含むものであって、該芳香族系プロセスオイルは、石油精製によって製造される重質鉱油であり、引火点（ＣＯＣ、クリーブラン開放式）が１５０℃〜４００℃、芳香族分が３０％〜９０％のものにおいて、該プロセスオイルと該熱可塑性エラストマーの混合比率が重量比で８０：２０〜９５：５である点にあり、舗装材にあっては、上記バインダーを用いる点にある。

本発明に使用する芳香族分含有プロセスオイルとは石油精製によって製造される重質鉱油であって引火点（ＣＯＣ）が１５０℃〜４００℃、好ましくは２６０℃〜３５０℃であり、芳香族分が３０％〜９０％、好ましくは３５％〜９０％のものである。引火点が１５０℃以下であると、スチレン系熱可塑性エラストマーを加熱混合させる際や施工の際に引火の危険性がある。また、引火点を４００℃以上にすることは工業技術的に難しく、コストが高くなることに加え、粘度が上昇するので好ましくない。芳香族分が３０％以下である場合は、スチレン系熱可塑性エラストマーと混合した際にエラストマーの溶解性が十分でなく、またプロセスオイル内で膨潤したエラストマーとの親和力が弱いため、バインダー組成物からプロセスオイル成分が滲みだす現象が観察され、バインダーとしても好ましくない。一方、芳香族分を９５％以上にすることは工業技術的に難しくコストも上昇するので好ましくない。なお、ここでいう芳香族分は石油化学会規格“ＪＰＩ−５Ｓ−７０−２０１０”の試験法で定義されているものである。そのなかでも特に石油精製の溶剤抽出工程から得られるブライトストックのエキストラクトが好ましい。

本発明に用いるスチレン系ブロック共重合体である熱可塑性エラストマーは、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・イソプレン・スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン・エチレン／ブチレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン・エチレン／プロピレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレンなどが含まれ、これらを1種または2種以上混合して用いる。この中でスチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）が芳香族分含有プロセスオイルへの溶解性、物性、経済性などの点で最も好ましい。

これら芳香族分含有プロセスオイルとスチレン系熱可塑性エラストマーは、重量比で８０：２０〜９５：５の比率で加熱混合（通常１５０℃〜２０℃、２〜５時間）される。この混合物に他の成分、例えば石油アスファルト、石油樹脂、他の熱可塑性樹脂、剥離防止剤、顔料、染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、カーボンブラックなどを必要に応じて加えても良い。ただし、これらの添加物はバインダー組成物中の有機成分として２０％以下でなくてはならない。これらの添加物がバインダー組成物中の有機成分として２０％を超えると、すなわち芳香族分含有プロセスオイルとスチレン系熱可塑性エラストマーとの混合物の比率がバインダー組成物中の有機成分の８０％以下になると、バインダー物性としてたわみ性、弾性が低下し、求める性能が得られない。

芳香族分含有プロセスオイルとスチレン系熱可塑性エラストマーの比が９５：５よりもプロセスオイルが多いと粘度が低すぎて形状維持が不能で、舗装体にならない。また、逆にプロセスオイルが８０以下になると粘度が高すぎて敷均しの作業性が悪く使用できない。

このようにして得られたバインダー組成物は、加熱アスファルト混合物を製造する設備で、アスファルトを使用する場合と同様の条件で所定の骨材と混合される。また、バインダー組成物をアスファルト混合物に添加しても良い。好適な骨材としては、例えば、砕石、スラグ、砂、再生骨材、ゴムチップなど、一般的に舗装に用いられるものが挙げられ、骨材には必要に応じてゴム粉等を加えてさらに弾性を増強することもできる。また顔料などを加えカラー舗装材料とすることも可能である。

このようにして得た舗装材は、通常の加熱アスファルト混合物と同様にダンプ車などを用いて高温（通常１６０〜１８０℃）で施工現場に運搬し、通常の舗装機械であるアスファルトフィニッシャ、ロードローラ、タイヤローラによって施工することができる。得られる舗装体は通常のアスファルト舗装体に比べたわみ性・弾性に優れ、クッション性、凍結抑制性、耐リフレクションクラック性にも優れた性能を発揮する。

本発明バインダー及び舗装材には次のような効果がある。
（１）本発明舗装材は、たわみ性、弾性に優れている。
（２）弾性に優れるため、運動用舗装に適し、さらに着氷破壊性にも優れるため寒冷地にも最適である。
（３）通常のアスファルト混合物製造設備が使用できる。
（４）安価で簡単に製造できる。

以下、実施例をあげ本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

バインダー組成物の製造方法
所定量の各プロセスオイルを金属製容器に入れ、オートホモキクサー（プライミクス社製）で撹拌しながら１８０℃に昇温した。そこに所定量のスチレン系熱可塑性エラストマーを徐々に塊ができないように加え、１８０℃に保ちながら回転数４０００〜６０００ｒｐｍにて３時間撹拌し、各バインダー組成物混合物を得た。

バインダー組成物の評価方法
得られた混合物の弾性バインダーについて、以下の性状を確認した。
（１）１６０℃における回転粘度（作業性）
（２）５℃におけるＤＳＲ（動的粘弾性状）
（３）バインダーとしての安定性（層分離の有無）

１６０℃における回転粘度は舗装調査・試験法便覧第２分冊Ａ０５２「二重円筒回転粘度計による粘度試験方法」に準拠して測定した。なお、バインダーの１６０℃における回転粘度は混合物の敷均し時の作業性を考慮し、２０００ｍＰａ・ｓ程度以下が好適である。

５℃におけるＤＳＲの測定はDynamic Analyzer RDA III（Rheometric Scientific F E 社製）を使用し、測定方法は舗装調査・試験法便覧第２分冊Ａ０６２「ダイナミックシアレオメータ試験方法」に準拠した。ダイナミックシアレオメータ試験にて１０ｒａｄ／ｓ時の損失正接（ｔａｎδ）を測定した。この場合、値が小さい程完全弾性体であるため、１以下であることが好ましい。

バインダーの安定性は、加熱溶融したバインダーを２×２×６ｃｍの金属製金型に流し込み、常温になるまで放置冷却した。固まったバインダーを脱型後、金属皿上に置き、７日間放置し、オイル分がにじみ出ていないか目視で確認した。評価結果は、「○：滲みなし、△：滲みが少ない、×：滲みあり」とした。

実施例１
プロセスオイルＡ（芳香族分６１％）６３０ｇを金属製容器に入れ、オートホモキクサー（プライミクス社製）で撹拌しながら１８０℃に昇温した。そこに７０ｇのＳＢＳ（Kumho社製 KRT101、スチレン：ブタジエン比率＝３０：７０）を徐々に塊ができないように加え、１８０℃に保ちながら回転数６０００ｒｐｍにて３時間撹拌し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が２４０ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．８４であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

実施例２
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＡ（芳香族分６１％）５９５ｇとＳＢＳ（KTR101）１０５ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が９１４ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．５５であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

実施例３
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＢ（芳香族分３５％）５９５ｇとＳＢＳ（KTR101）１０５ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が６９３ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．６６であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

実勢例４
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＢ（芳香族分３５％）５６０ｇとＳＢＳ（KTR101）１４０ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が１００８ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．４９であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

実施例５
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＡ（芳香族６１％）５６０ｇとＳＢＳ（KTR101）６３ｇ、ＳＥＢＳ（スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体：旭化成ケミカルズ（株）製タフテックＨ１０５３、スチレン：エチレン・ブチレン＝２９：７１）４２ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が８１０ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．７であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

比較例１
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＡ（芳香族分６１％）６７２ｇとＳＢＳ２８ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が４１ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値１．６８であった。得られた成形物は室温において高粘度の液状物のままで成形できなかった。

比較例２
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＢ（芳香族分３５％）５２５ｇとＳＢＳ１７５ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。ただし温度上昇が観察されたため、温度調節のためオートホモミクサーの回転数を４０００ｒｐｍにして撹拌を行った。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が４５０８３ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．１８であり、成形物からのオイルの滲み出しは無かった。

比較例３
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＣ（芳香族分２４％）５９５ｇとＳＢＳ１０５ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。ただし温度上昇が観察されたため、温度調節のためオートホモミクサーの回転数を５０００ｒｐｍにして撹拌を行った。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が３０３５ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．８０であり、若干の成形物からのオイルの滲み出しが観察された。

比較例４
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＤ（芳香族分８％）５９５ｇとＳＢＳ１０５ｇを加熱混合し、バインダー組成物を得た。ただし温度上昇が観察されたため、温度調節のためオートホモミクサーの回転数を４０００ｒｐｍにして撹拌を行った。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が１４２１３ｍＰａ・ｓ、５℃におけるＤＳＲ値０．５４であり、成形物からのオイルの滲み出しが観察された。

比較例５
実施例１と同様の方法で、プロセスオイルＡ（芳香族分６１％）３９２ｇとＳＢＳ（KTR101）９８ｇ、それに石油樹脂（日石ネオポリマー１４０）２１０ｇを加えて加熱混合し、バインダー組成物を得た。ただし温度上昇が観察されたため、温度調節のためオートホモミクサーの回転数を５０００ｒｐｍにして撹拌を行った。
なお、本バインダー組成物中の芳香族オイルとＳＢＳの総量はバインダー組成物中の７０％である。
得られたバインダー組成物は１６０℃における回転粘度が２１６５ｍＰａ・ｓであり、５℃におけるＤＳＲ値は測定可能範囲以上となり測定不可であった。なお、成形物からのオイルの滲み出しは観察されなかった。

以上の実施例と比較例の結果を表１及び表２に示した。
実施例では求められる性能をすべて満たしていたが、比較例では一つあるいは二つの要件を満たしていない。

次に、本発明の弾性舗装材用バインダーを用いた舗装材の性能を確認した。
本発明を用いた舗装材として密粒度アスファルト混合物（１３Ｆ）の骨材配合を用いたものを例示する。なお、使用する砕石はＪＩＳＡ５００１−１９９５に準拠し、一般に舗装材に使用されている砕石ならば天然砂・人工砂等は何ら限定されない。

実施例６
実施例１の配合によって得られた弾性舗装材用バインダーを用いて、表２の骨材配合で３０ｃｍ×３０ｃｍ×５ｃｍの供試体を作成した。
各骨材は１８０℃で６時間加熱乾燥させた後、１７５〜１８５℃の混合温度で３０秒間予備混合し、その後所定量のバインダーを加え９０秒間混合した。得られた舗装材を基準密度２．３９３ｇ/ｃｍ^３になるように計量し金型に注いだ後１５０〜１６０℃の締固め温度でコンパクターを用いて４０回締め固め、供試体を得た。この混合比率を表３に示す。

実施例７
実施例６と同様の方法で、実施例２のバインダーを用いて供試体を得た。

比較例６
実施例と同様の方法で、ストレートアスファルト６０/８０（針入度60-80グレード）をバインダーとして用い、供試体を作成し、比較例６とした。

供試体の評価試験
得られた供試体について、耐流動性を評価するためにホイールトラッキング試験により動的安定度を求めた。試験方法は舗装調査・試験法便覧第３分冊Ｂ００３「ホイールトラッキング試験方法」に準拠した。
また、舗装材の弾性を評価するためにＧＢ係数を求めた。試験方法は舗装調査・試験法便覧第１分冊Ｓ０２６−１「舗装路面の弾力性試験方法（ＧＢ係数、ＳＢ係数）に準拠した。
その結果を表４に示す。

表４の動的安定性は、アスファルト混合物の流動抵抗性を示す指標である。ホイールトラッキング試験において、供試体が１ｍｍ変形するのに要する車輪の通過回数で示す。この数値が大きいほど安定である。
また、ＧＢ係数は、路面の歩きやすさを示すもので、衝撃吸収性と呼ばれている。小さい値ほど体や車体への負担が少ない。
表４に示したように、本発明の弾性バインダーを用いた舗装体はストレートアスファルト６０/８０を用いた舗装体に対して、耐流動性に優れ、弾性も高いことが確認された。

Claims

有機成分として芳香族系プロセスオイルとスチレン・ブタジエン・スチレン共重合体である熱可塑性エラストマーの混合物を８０重量％以上含むものであって、該芳香族系プロセスオイルは、石油精製によって製造される重質鉱油であり、引火点（ＣＯＣ、クリーブラン開放式）が１５０℃〜４００℃、芳香族分が３０％〜９０％のものにおいて、該プロセスオイルと該熱可塑性エラストマーの混合比率が重量比で８０：２０〜９５：５であることを特徴とする弾性舗装材用バインダー。
請求項１の弾性舗装材用バインダーを用いることを特徴とする舗装材。
骨材をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の舗装材。
該弾性舗装材用バインダーは全体重量の３〜１０重量％である請求項２又は３記載の舗装材。
透水性を有するものである請求項２乃至４のいずれか１項に記載の舗装材。