JP6690632B2

JP6690632B2 - アスファルト用骨材およびアスファルト舗装

Info

Publication number: JP6690632B2
Application number: JP2017239180A
Authority: JP
Inventors: 恵太田; 久宏松永
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: JP2018150788A

Description

本発明は、環境負荷を抑え、安価で耐久性に優れたアスファルト舗装を形成できるアスファルト用骨材に関する。

道路舗装として、アスファルト舗装が広く用いられている。アスファルト舗装とは、路盤材の上にアスファルト混合物によって形成された基層及び表層である。アスファルト混合物は、アスファルト、粒状の骨材（アスファルト用骨材）、及びフィラー等により構成される。

環境保護や天然資源の有効活用の観点から、アスファルト舗装の材料として、建設工事や土木工事において発生する廃棄物を有効に利用することが積極的に進められている。例えば、道路舗装の補修工事においては、掘り返した路盤材を再生材として使用している。また、切り出したアスファルト舗装の表層及び基層の廃材を破砕・分級してアスファルトコンクリート再生骨材（単に、「再生材」とも称する。）に加工し、アスファルト混合物用の骨材として再利用している。

近年、アスファルト舗装の材料として、上述のような廃棄物のみならず、各製鉄所にて産出されるスラグ等の副産物を有効に利用することが積極的に進められている。特に、高炉での反応副生物である高炉スラグを骨材として利用する試みがなされている。

高炉スラグ由来の骨材（高炉スラグ）をアスファルト混合物に用いる技術を開示した文献としては、例えば、特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１では、気孔率を低減することで耐摩耗性を向上させた高炉スラグを、アスファルト舗装に用いることが提案されている。特許文献２では、高炉スラグ１８〜３０％、アスファルトコンクリート再生材７０〜８２％の２種類の骨材を混合したアスファルト混合物を提案している。

特開２００３−０８２６０６号公報特開２００４−２１１４３２号公報

一般に、高炉スラグは、ＳｉＯ_２の濃度が高く、ＳｉＯ_２を多く含む骨材は表面電位が負となることが知られており、水との親和性が高くなる。よって、雨が降った際には、骨材とアスファルトとの間に水が入り込み、アスファルトと骨材とが剥離しやすくなり、舗装材としての性能、特に強度及び耐久性が著しく低下するという問題がある。そこで、アスファルト混合物に含まれる高炉スラグの比率には上限を設けるべきであるが、特許文献１には高炉スラグの配合率に関する記載はなされていない。

特許文献２の技術では、骨材として高炉スラグと再生材との２種類のみを配合している。このように２種類の骨材のみを配合する場合、特に再生材は粒径等の品質が安定しないことから、粒度分布の調整が難しい。具体的には、骨材が、粒度の大きい粒子と小さい粒子とからなり、中間程度の粒子が少なくなってしまうという、いわゆる粒度ギャップが生じてしまう。粒度ギャップの大きいアスファルトは、強度が脆く、耐久性にも劣るという問題がある。よって、特許文献２のように高炉スラグと再生材との２種類だけを用いる場合には、十分な強度及び耐久度のアスファルトを得ることが現実には難しい。

また、特許文献２では、高炉スラグのうち２．５〜１３ｍｍの粒度のものを集中的に用いている。一方で、高炉スラグを成形、破砕する際は、粒度が２．５ｍｍ以下のものや１３ｍｍ以上のものも得られるが、特許文献２の技術ではこれらの粒度のスラグを有効に活用できない。よって、特許文献２の技術では、特定の粒度のスラグが在庫として余ってしまうので、結果的にコスト削減効果が小さくなってしまうという問題もある。

本発明は、上記の問題点に鑑みて想到されたものであり、高炉スラグ及び再生材の両方を使いつつも、十分な強度及び耐久性を備えたアスファルト舗装を形成できるアスファルト用骨材を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］アスファルトと混合されることによりアスファルト混合物を構成するアスファルト用骨材であって、前記アスファルト用骨材は、高炉スラグ、天然石材、及び再生材の３種類を含み、全アスファルト用骨材に対して、高炉スラグを１０〜２５質量％含有するアスファルト用骨材。
［２］前記高炉スラグは、その吸水率が２質量％以下である［１］に記載のアスファルト用骨材。
［３］前記高炉スラグは、粒径が０ｍｍ超５ｍｍ以下の粒子、及び／又は粒径が１３ｍｍ超２０ｍｍ以下の粒子を含む［１］又は［２］に記載のアスファルト用骨材。
［４］［１］から［３］の何れか１つに記載のアスファルト用骨材と、アスファルトと、フィラーと、を含むアスファルト舗装。

本発明によると、高炉スラグ及びアスファルト舗装の廃材を再生材として再利用しつつ、強度及び耐久性に優れたアスファルト舗装を形成できるアスファルト用骨材を提供できる。

まず、アスファルト舗装及びアスファルト混合物について説明する。

道路工事等によって形成されるアスファルト舗装は、路床上に路盤材を敷き、その上にアスファルト混合物を基層及び表層の順に敷均し、転圧することによって形成される。アスファルト混合物は、（アスファルト用）骨材、フィラー及びアスファルトを所定の割合で混合した材料である。骨材は、通行車両による荷重を受けるとともに、タイヤとの摩擦力を受ける。アスファルト舗装では、荷重に対する形状維持機能及びタイヤによる磨耗防止機能を骨材が担う。よって、アスファルト用骨材には、高強度、高硬度、及び高耐摩耗性等の機械的特性が求められる。アスファルト用骨材の具体例としては、高炉スラグ、再生材、及び天然石材の３種類が挙げられる。

高炉スラグは、高炉の操業中に副生される溶融状態のスラグを凝固、破砕して得られる粒状体であり、これを骨材として用いる。高炉スラグを骨材として利用することで、環境負荷を抑えることができ、さらに骨材のコストを低減できる。

本実施形態では、全アスファルト用骨材に対して、高炉スラグを１０質量％以上２５質量％以下（１０〜２５質量％）含む。高炉スラグの含有率が１０質量％よりも低いと、副生物である高炉スラグの有効利用を十分に図ることができず、環境負荷の低減効果が十分ではない。一方で、高炉スラグの含有率が２５質量％よりも高いと、舗装後のアスファルトの強度が低下してしまうほか、アスファルトが路盤から剥離しやすくなる。

骨材の気孔率が高いと、骨材が緻密でなくなり（嵩密度が低くなり）、吸水率が高くなる。このように吸水率の高い（嵩密度の低い）骨材は耐磨耗性が低く、得られるアスファルト舗装の強度も低下する。そこで、アスファルト舗装の強度を確保するという観点から、高炉スラグの吸水率は２質量％以下であることが好ましい。尚、吸水率は、ＪＩＳ規格Ａ１１１０「粗骨材の比重および吸水率試験」に準拠する方法で測定できる。

吸水率が２質量％以下の高炉スラグを製造する方法としては、前述した特許文献２に開示された方法を用いることができる。具体的には、溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型に流し込んで空冷により凝固させた後に、凝固スラグをインパクトクラッシャー等で破砕すればよい。溶融状態の高炉スラグを凝固させる際の冷却速度を調節することによって、高炉スラグの吸水率を調節できる。

本実施形態における高炉スラグでは、粒径が０〜５ｍｍ（０ｍｍ超５ｍｍ以下）の粒子、及び／又は粒径が１３〜２０ｍｍ（１３ｍｍ超２０ｍｍ以下）の粒子を含むことが好ましい。本実施形態では、このように従来は骨材として利用されなかった粒径の粒子を用いることにより、特定の粒径のスラグが再利用されずに残ってしまうことを防止できる。本実施形態において、粒径とは、ＪＩＳＺ８８０１−１に準拠した公称目開きの篩を用いて篩分けされる粒径であり、例えば、粒径０ｍｍ超５ｍｍ以下の粒子とは、ＪＩＳＺ８８０１−１に準拠した公称目開き４．７５ｍｍの篩を用いて篩下に篩分けされる粒径を意味する。

天然石材は、鉱山等で算出した天然鉱石を必要に応じて破砕等したものであり、これを骨材として利用する。天然石材の原料の種類は特に制限されないが、石灰石はすりへり強度が低いので、石灰石以外の天然鉱石を用いることが好ましい。天然石材の原料の典型例としては、砂岩系の岩石を挙げることができ、より具体的には硬質砂岩を挙げることができる。

再生材は、アスファルト舗装の表層や基層を切り出し、得られた廃材を破砕、分級して得られた粒体であり、これを骨材として利用する。また、再生材は、道路で長期間利用されることにより、生成の際に既に強度が低下していることが多い。再生材の含有率が高すぎるとアスファルトの強度が低下してしまう一方、再生材の含有率が低すぎるとアスファルト廃材の十分な有効活用が行えない。再生材の含有率の一例としては、２５〜７０質量％を挙げることができる。

本実施形態では、高炉スラグとアスファルト舗装の再生材という２種類の骨材を使用しつつも、十分な強度のアスファルト舗装を得ることができる。つまり、２種類の骨材を使用する分だけ、天然石材の使用量を減らすことができる。これにより、アスファルト廃材といった産業廃棄物の処理量や天然鉱石の切り出し量を削減できるので、環境破壊や環境汚染を防止できる。また、高価な天然石材の使用量を減らすことで、アスファルト舗装の製造コストを削減できる。尚、前述したアスファルト舗装の十分な強度の一例として、マーシャル安定度が１２．０ｋＮ以上であることが挙げられる。

尚、アスファルト舗装を施工する際には、アスファルト混合物に対して、最適な割合のアスファルト用骨材を配合する。その後、従来公知の工法によりアスファルト混合物を敷均し、転圧を行う。

以下の表１において、アスファルト混合物に配合される各種石材の物性の一例を示す。尚、図中の天然石、砕砂、細砂は、それぞれ天然石材の具体例である。また、骨材の一般例である粗骨材、細骨材、及びフィラーである石粉についてＪＩＳ規格Ａ５００１に規定されている規格をあわせて示す。尚、一般には、粒径が５ｍｍ超の骨材が粗骨材とされ、５ｍｍ以下の骨材が細骨材とされる。

以下において、実施例を用いて本発明についてより具体的に説明する。下記表２に示す配合のアスファルト混合物を用いて、各種の試験を行った。なお、表２における「石粉」がアスファルト混合物におけるフィラーである。

本実施例で用いたアスファルト混合物における砕砂、細砂、石粉、および、アスファルトの詳細を下記表３に示す。表３に示すように、本実施例ではアスファルトとして、ストレートアスファルトまたは再生混合物用ポリマー改質アスファルトを用いた。

アスファルト混合物の評価項目は、マーシャル安定度、フロー値、残留安定度、及び空隙率である。マーシャル安定度は、円柱状の試験片（φ：１０１．６ｍｍ、高さ：６３．５ｍｍ）を作製し、圧縮力を加えて破壊させた際の最大荷重である。フロー値は、マーシャル安定度試験中における円柱状の試験片の変形量である。残留安定度は、前述の円柱状の試験片を６０℃の水槽中に４０分間浸漬させた（浸漬処理をした）後に上記のマーシャル安定度試験を行い、浸漬処理後のマーシャル安定度を、浸漬処理なしのマーシャル安定度にて除した値である。空隙率（％）は、以下の式（１）で与えられ、試験片の嵩密度を測定することにより求められる。嵩密度及び理論密度の単位の一例は、ともにｇ／ｃｍ^３とすればよい。尚、それぞれの試験操作は、舗装調査・試験片便覧第３分冊を参考とした。マーシャル安定度及びフロー値はアスファルトの強度を評価するパラメータであり、残留安定度はアスファルトの耐久性を評価するパラメータである。

表４に、実施例及び比較例について、アスファルト量、マーシャル安定度、フロー値、残留安定度及び空隙率の結果を示す。なお、表４に示したアスファルト量は、外掛けの値である。また、実施例１、比較例２〜５では、アスファルトとしてストレートアスファルトを用いた。実施例２、比較例１、比較例６では、アスファルトとして再生混合物用ポリマー改質アスファルトを用いた。再生混合物用ポリマー改質アスファルトは、骨材との密着性が高いので、再生混合物用ポリマー改質アスファルトを用いた場合の方がストレートアスファルトを用いた場合よりもマーシャル安定度が高くなる。

また、各指標の目標値も記載した。目標値の設定にあたっては、残留安定度についてはアスファルト舗装要綱を参照し、マーシャル安定度、空隙率及びフロー値については舗装施工便覧（社団法人日本道路協会）をそれぞれ参照した。

実施例１及び２は、高炉スラグ及び再生材を用いながらも、マーシャル安定度及び残留安定度の値が高く、良好な結果が得られた。一方で、天然石材を含まない比較例２及び高炉スラグの含有率が著しく高い比較例６は、マーシャル安定度や残留安定度の値が低く、強度や耐久性が十分ではなかった。また、再生材を用いない比較例１や比較例５では、強度や耐久性はよかったものの、必要となる天然石材の含有率が大きすぎて、コストが増大した。比較例３及び４は、実施例１及び２のうち高炉スラグの分の含有率を天然石材に割り振った例である。比較例３及び４は、実施例１及び２に比べて、マーシャル安定度の値で劣っていたほか、必要となる天然石材の含有率が高く、コストが増大した。さらに、比較例６は、残留安定度が目標値よりも低く、実際の工事に用いることは不可能であると判断された。

次に、実道路に片側２車線の右側車線に試験的にアスファルト舗装を形成し、その供用性を確認した結果を説明する。一つの舗装の大きさは、幅４．１ｍ、長さ１８.０ｍである。実施例として、高炉スラグを配合した表２の実施例１、２のアスファルト混合物を用いて、実道路の表層に５ｃｍの厚みでアスファルト舗装を形成した。比較例として、天然石を配合した表２の比較例４、５のアスファルト混合物を用いて実道路の表層に５ｃｍの厚みでアスファルト舗装を形成した。初期と供用１年の維持管理指数（ＭＣＩ）の結果を表５に示す。

なお、ＭＣＩとは、舗装の供用性を「ひび割れ率」、「わだち掘れ量」及び「平たん性」という路面性状値によって定量的に評価する指標である。ＭＣＩは、路面性状の主要指標である「ひび割れ率」、「わだち掘れ量」及び「平たん性」という路面性状値を重回帰分析することにより求められるものであり、以下の式（２）〜（５）で算出された値のうち最小値をＭＣＩとしており、ＭＣＩが５以下になると補修が必要と判定されるものである。

ＭＣＩ＝１０−１．４８Ｃ^０．３−０．２９Ｄ^０．７−０．４７σ^０．２・・・（２）
ＭＣＩ_０＝１０−１．５１Ｃ^０．３−０．３０Ｄ^０．７・・・（３）
ＭＣＩ_１＝１０−２．２３Ｃ^０．３・・・（４）
ＭＣＩ_２＝１０−０．５４Ｄ^０．７・・・（５）
但し、上記式（２）〜（５）において、Ｃは、ひび割れ率（％）であり、Ｄはわだち掘れ量（ｍｍ）であり、σは平たん性（ｍｍ）である。

表５に示すように、高炉スラグを配合した実施例１、２のアスファルト用骨材を用いた場合の供用１年のＭＣＩは、天然石材を配合した比較例４、５のアスファルト用骨材を用いた場合より大きくなった。このことから、高炉スラグを配合したアスファルト用骨材を用いた方が、天然石材を配合したアスファルト用骨材を用いた場合よりもアスファルト舗装の長期安定性が高くなることが確認された。

Claims

アスファルトと混合されることによりアスファルト混合物を構成するアスファルト用骨材であって、
前記アスファルト用骨材は、高炉スラグ、天然石材、及び再生材の３種類を含み、
全アスファルト用骨材に対して、高炉スラグを１０〜２５質量％含有するアスファルト用骨材。
前記高炉スラグは、その吸水率が２質量％以下である請求項１に記載のアスファルト用骨材。
前記高炉スラグは、粒径が５ｍｍ超１３ｍｍ以下の粒子を含む請求項１又は請求項２に記載のアスファルト用骨材。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のアスファルト用骨材と、アスファルトと、フィラーと、を含むアスファルト舗装。