JP6666690B2 - 再生加熱アスファルト混合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、再生アスファルト用添加剤、再生用アスファルト、再生加熱アスファルト混合物及び舗装体に関するものである。

アスファルト舗装は、施工後数年を経るとバインダーとして用いるアスファルトが劣化し、結果としてひび割れや、轍、表面骨材の飛散などが発生する。従って、通常５年から１０年程度でアスファルト舗装表面を切削し、新たに舗装を施す作業が行われている。この際に発生する、老化したアスファルト舗装の塊は回収後、破砕されアスファルトコンクリート再生骨材（以下、再生骨材と記す）として新（バージン）アスファルト、新規骨材及び再生アスファルト用添加剤（以下再生添加剤と記す）と加熱混合され、再生加熱アスファルト混合物として使用されている。

この際、再生骨材中に含まれる老化したアスファルトバインダー（以下旧アスファルトと記す）を再生するために石油精製の溶剤抽出工程から得られるプロセスオイルを主体とした添加剤を加えることにより柔軟性（針入度及び伸度など）を回復させることが行われている。かかるプロセスオイルとしては、脂肪族系、ナフテン系、芳香族系のものに分類される。

再生骨材中の老化された旧アスファルトは、何回も使用・再生される必要がある。なぜなら、老化したアスファルトを付着した骨材から安価に分離・除去することは技術的に確立されていないからである。そこで、旧アスファルトの再生後の性能を確保するためのひとつの指標として、４回繰り返し再生後の物性を確認することが提案されている（非特許文献１）。

ここで、ひとつの問題が生じる。先に述べたように、老化したアスファルトを、オイルなどを添加して柔軟性を回復させるにあたって、針入度に関しては、どのようなオイルを用いても、繰り返し回復可能であることは知られている。しかし伸度の回復に関しては、芳香族系プロセスオイル以外を用いた場合、１回目はその基準である１００ｃｍ以上に復活させることが可能であるが、再生２回目以上も安定して伸度を１００ｃｍ以上に回復させることは難しい。

一方、芳香族系プロセスオイルは繰り返し再生においても針入度だけでなく伸度の回復も図れるが、目的の針入度を達成するには非芳香族系オイルよりも添加量を多くする必要があり不経済である。さらに、大きな問題として芳香族系プロセスオイルには、通常アントラセン等の多環芳香族炭化水素（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, ＰＡＨｓあるいはＰＣＡとも呼ばれる）が数％〜１０数％含まれている。この多環芳香族炭化水素の中には、発がん性やその他の環境汚染の原因になるものもあり、本物質を含有することは環境衛生上好ましくない。実際にヨーロッパなどにおいては、ＰＡＨｓ量が３％以上のものは発がん性ありとされ厳しく規制されている。しかし、芳香族系プロセスオイルからＰＡＨｓを完全に除去することは技術的に難しく、またコストがかかるため実際に行われていない。

この問題を解決すべくいくつかの試みが行われてきた。例えば、特許文献１によれば特定の芳香族系プロセスオイルを使用することによって再生性能の発揮とＰＡＨｓ量の低減を両立させることが可能とされている。しかしこの特許記載の組成の芳香族系プロセスオイルでも、可能なＰＡＨｓの含有量はオイル総量の３重量％以下、実際は１，８％〜２．８％とされている。

特開２００１−２０７０６１号公報

加納孝志、新田弘之、佐々木厳、西崎到、久保和幸共著「繰返し再生を考慮したアスファルト混合物の 再生方法に関する研究」：土木学会舗装工学論文集 第 14 巻 2009 年 12 月

そこで、劣化したアスファルトバインダー（旧アスファルト）の針入度や伸度を繰り返し回復させることができ、且つ安価で、安全な再生アスファルト用添加剤が求められている。

以上のような状況に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果、本発明の再生アスファルト用添加剤、再生用アスファルト、再生加熱アスファルト混合物及び舗装体を完成したものであり、その特徴とするところは、添加剤にあっては、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂及び油脂を主成分とする点にある。

芳香族系（Ｃ９系）石油樹脂とは、石油ナフサを熱分解して必要な留分を採取した残りの留分（石油樹脂）のうち、主としてＣ９留分（Ｃ８〜Ｃ１０留分）を重合したものをいう。石油樹脂のうち、主としてＣ５留分を重合したものを脂肪族系（Ｃ５系）石油樹脂という。本発明では、この芳香族系（Ｃ９系）石油樹脂を用いるものである。
通常、分子量は数千、通常は３０００以下であり、オリゴマーの範囲である。
代表的な構造は次式で表される。ｌ、ｍ、ｎは１〜２０の整数である。

主としてＣ９留分（Ｃ８〜Ｃ１０留分）を重合したものであるが、ここで「主として」とは、重合モノマーの８０重量％以上がＣ９留分であることをいう。

また、油脂とは、いわゆる動植物油であり常温で液体である脂肪油と固体である脂肪に分類される。また、化学的には脂肪酸とグリセリンのエステルである。本発明に用いる油脂は特に限定されるものではなく、食用に供される動植物油として知られているものでよい。例えば、動物油としては、バター、牛脂、豚脂、馬油、鯨油等であり、植物油としては、菜種油、大豆油、コーン油、ごま油、ひまわり油、オリーブ油、ココナツ油、綿実油等である。これらの油脂は単体でも、また混合物としても使用できるが基本的には、融点が低いものが取扱い上好ましい。例えば、０℃以下において流動性を保つものが好適である。

さらに、これらの動植物油は食品加工場などから回収された廃油であってもよい。舗装に使用する場合、バージンでも廃油でも大した差はないためである。このように、廃油を使用すれば、省エネになるだけでなく廃棄物の処理にもなり一石二鳥である。

本発明においては、上記の芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂と油脂を使用するものであるが、その混合割合は、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂：油脂＝１０：９０〜６０：４０が好適である。芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂の割合が１０％以下の場合、４回繰り返し再生した場合の伸度の回復が十分でなく、逆に６０％を超えると再生したアスファルトの針入度が回復しない。

上記芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂及び油脂を主成分とするのであるが、ここで「主成分」とは、添加剤としての効果を発揮するものであるとい意味であり、量や割合の問題ではない。本発明の効果とは異なるもので、阻害もしないものを加えて、本発明権利から逃れることはできない。しかし、一般的には、上記成分が５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上である。

上記の比率の混合物を再生加熱アスファルト混合物用の再生添加剤として使用する。再生加熱アスファルト混合物は、再生骨材と新規骨材に新アスファルト及び再生添加剤を加えて１８０℃前後で加熱混合することにより得られる。その際使用する再生骨材中の旧アスファルトの品質及び含有量により使用の可否判断を行い、再生骨材の混合比率から他の成分の混合比を決定する。まず、再生骨材より抽出された旧アスファルトが所定の含有量を満たしており、かつ針入度あるいは圧裂係数のどちらかにおいて「舗装再生便覧」記載の基準を満たしていれば、再生骨材として再生加熱アスファルト混合物に使用可能と判断される。この再生骨材の配合比率により、新規骨材、新アスファルト、再生添加剤の量を決定する。この際、再生添加剤を新アスファルト中に予め添加した再生用アスファルトの形で使用してもよい。

このように製造された再生加熱アスファルト混合物は通常の加熱混合物を用いた施工方法によって使用され舗装体となる。過去の実績から、旧アスファルトと新アスファルト及び再生添加剤を加熱混合して得られる再生アスファルトの性状が「舗装再生便覧」記載の基準を満たしていれば、舗装用アスファルトとして問題なく使用できることが実証されている。

本発明添加剤には次のような効果がある。
（１） 樹脂と油脂から成り、有害な多環芳香族炭化水素を全く含まない非常に安全な添加剤である。
（２） 本再生添加剤の添加によって得られる再生加熱アスファルト混合物は、供用後の劣化した状態でも繰り返し再生可能なアスファルト性状を維持することができる。
（３） 比較的引火点が高いため安全である。
（４） 芳香族系エキストラクト油よりも再生効果が優れているため、使用量を削減できる。
（５） 動植物油を混合することにより安全性を維持したまま、求められる繰り返し再生数に応じて、再生アスファルトの性状を調整できる。また廃動植物油を使用した場合は環境負荷を低減できる。
（６） 価格的にも安価である。

以下実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。各試験は通常の舗装用アスファルトに関する試験方法に準拠して行った。また、ＰＡＨｓ量の測定は”The Institute of Petroleum”のIP346/92 “Determination of polycyclic aromatics in unused lubricating base oils and asphaltene free petroleum fractions – Dimethyl sulfoxide extraction refractive index method”の方法に準拠した。

実施例１
再生骨材より抽出した針入度２３（１／１０ｍｍ）の旧アスファルト５０重量部と針入度６８の新アスファルト５０重量部、再生添加剤として、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂（ＪＸ 日鉱日石エネルギー株式会社製：日石ネオポリマー１４０）０．５重量部、菜種油３．１重量部（石油樹脂：菜種油＝１４：８６）を１６０℃加熱下に１時間撹拌し、アスファルト混合物を得た。得られたアスファルト混合物の針入度は７０、伸度は１００ｃｍ以上であった。このアスファルト混合物に対して薄膜加熱試験（１６３℃、５時間）ならびに加圧劣化試験（１００℃、２．１ＭＰａ、２０時間）により強制劣化させ、通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを初めに再生骨材から抽出した旧アスファルトに対して行ったのと同じ手順により（ただし再生添加剤の総添加量は針入度７０付近になるように調整）再生し、同様の強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。その結果を他の実験例とともに表１に示す。

実施例２
実施例１と同じ旧アスファルト、新アスファルトを用い、旧アスファルト５０重量部、新アスファルト５０重量部の比率のものに、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂１．５重量部、菜種油３．７（石油樹脂：菜種油＝２９：７１）を実施例１と同様の方法で加熱混合し、針入度７１、伸度１００ｃｍのアスファルト混合物を得た。このアスファルト混合物に対して実施例１と同様の方法で通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを実施例１と同様の方法で再生し、強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。結果を他の実施例とともに表１に示す。

実施例３
実施例１と同じ旧アスファルト、新アスファルトを用い、旧アスファルト５０重量部、新アスファルト５０重量部の比率のものに芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂２．５重量部、菜種油４．２重量部（石油樹脂：菜種油＝３７：６３）を実施例１と同様の方法で加熱混合し、針入度７０、伸度１００ｃｍ以上のアスファルト混合物を得た。このアスファルト混合物に対して実施例１と同様の方法で、通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを実施例１と同様の方法で再生し、強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。結果を他の実施例とともに表１に示す。

実施例４
実施例１と同じ旧アスファルト、新アスファルトを用い、旧アスファルト７０重量部、新アスファルト３０重量部の比率のものに芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂１．５重量部、菜種油４．６重量部（石油樹脂：菜種油＝２５：７５）を実施例１と同様の方法で加熱混合し、針入度６８、伸度１００ｃｍ以上のアスファルト混合物を得た。このアスファルト混合物に対して実施例１と同様の方法で、通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを実施例１と同様の方法で再生し、強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。結果を他の実施例とともに表１に示す。

実施例５
実施例１と同じ旧アスファルト、新アスファルトとして針入度６８のものに代えて針入度８８のものを用い、旧アスファルト５０重量部、新アスファルト５０重量部の比率のものに芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂１．５重量部、菜種油３．０重量部（石油樹脂：菜種油＝３３：６７）を実施例１と同様の方法で加熱混合し、針入度７０、伸度１００ｃｍ以上のアスファルト混合物を得た。このアスファルト混合物に対して実施例１と同様の方法で、通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを実施例１と同様の方法で再生し、強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。結果を他の実施例とともに表１に示す。

実施例６
実施例１と同じ旧アスファルト、新アスファルトを用い、旧アスファルト５０重量部、新アスファルト５０重量部の比率のものに芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂１．５重量部、廃食物油３．７重量部（石油樹脂：廃食物油＝２９：７１）を実施例１と同様の方法で加熱混合し、針入度６８、伸度１００ｃｍ以上のアスファルト混合物を得た。このアスファルト混合物に対して実施例１と同様の方法で、通常の環境で舗設後５年間使用された後の再生骨材中の旧アスファルトの性状と同等の劣化状態にした。この劣化後のアスファルトを実施例１と同様の方法で再生し、強制劣化試験を繰り返した。本再生添加剤を用いた場合は４回まで、針入度を７０±５、伸度１００ｃｍ以上の初期状態に再現できた。結果を他の実施例とともに表１に示す。

比較例１
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、再生添加剤を菜種油のみに変えて試験を行った。再生添加剤（菜種油）を２．６重量部加えて針入度６８の再生アスファルトを得た。本添加剤を用いた場合、再生１回目では伸度１００ｃｍを示したが、再生２回目で９０ｃｍとなり、アスファルトとして十分な性能を示さなかった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

比較例２
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、再生添加剤を脂肪族プロセスオイルのみに変えて試験を行った。再生添加剤（脂肪族プロセスオイル）を４．０重量部加えて針入度６８の再生アスファルトを得た。本添加剤を用いた場合、再生１回目では伸度１００ｃｍを示したが、再生２回目で６８ｃｍとなり、アスファルトとして十分な性能を示さなかった。なお、再生添加剤中のＰＡＨｓ量は、０．４％であった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

比較例３
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、再生添加剤を芳香族系プロセスオイル(芳香族分３９％)のみに変えて試験を行った。再生添加剤（芳香族プロセスオイル）を４．５重量部加えて針入度７０の再生アスファルトを得た。本添加剤を用いた場合、４回繰り返し再生を行っても伸度は１００ｃｍ以上を示し、十分な性状回復が確認された。一方、再生添加剤中のＰＡＨｓ量３．１％であった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

比較例４
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、石油樹脂を芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂から脂肪族系（Ｃ５系）のものに変えて試験を行った。再生添加剤として脂肪族系（Ｃ５系）石油樹脂を１．５重量部、菜種油３．４重量部（Ｃ５系石油樹脂：菜種油＝３１：６９）加えて、針入度７１の再生アスファルトを得た。本添加剤を用いた場合、再生１回目では伸度１００ｃｍを示したが再生２回目で８５ｃｍとなり、アスファルトとして十分な性能を示さなかった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

比較例５
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂と菜種油の比率を変えて試験を行った。芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂を０．２５重量部、菜種油を３重量部加えて針入度７０の再生アスファルトを得た。このときの石油樹脂と菜種油の比率は、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂：菜種油＝８：９２であった。本添加剤を用いた場合、再生３回目までは伸度１００ｃｍを示したが再生４回目で７５ｃｍとなり、アスファルトとして十分な性能を示さなかった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

比較例６
実施例１と同様のアスファルト原料及び方法で、芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂と菜種油の比率を芳香族系(Ｃ９系)石油樹脂１．５重量部、菜種油を０．９重量部（石油樹脂：菜種油＝６３：３７）にして加えたところ得られた針入度は３９とほとんど改善を示さなかった。結果を他の比較例とともに表２に示す。

Claims (1)

1. 再生加熱アスファルト混合物を製造する製造方法であって、
   再生骨材と新規骨材とを混合し、
   前記再生骨材と前記新規骨材との混合物に、新アスファルト及び再生アスファルト用添加剤を加えて１８０℃前後で加熱混合し、
   前記再生アスファルト用添加剤は、
   前記芳香族系（Ｃ９系）石油樹脂及び油脂は、８０重量％以上であり、
   前記芳香族系（Ｃ９系）石油樹脂と前記油脂との混合比率は、１０：９０〜６０：４０であることを特徴とする、再生加熱アスファルト混合物を製造する製造方法。