JP7145751B2 - 舗装用補修材およびこれを用いた補修工法 - Google Patents

Description

本発明は、アスファルト、セメントのモルタル又はコンクリート、若しくは各種ブロックなどによる舗装のための補修材および補修工法に関する。

従来から、道路などの舗装面の小規模補修には加熱アスファルトモルタルやセメント系材料が補修材として多用されている（特許文献１、２参照）。

特開２００３－１０５７１３号公報 特開２０１６－１０２３１８号公報

しかし、特許文献１に記載されるような従来の加熱を必要とする瀝青系の表面補修工法は，熱いうちに或いは加熱しながら補修作業を行わなければならない。このため、現場における舗設作業に制約が課されてしまう問題があった。また、従来技術に係る瀝青（アスファルト）系の補修材料は、交通車両等によるわだち掘れなどの塑性変形を伴うため、繰り返しの補修を必要とすることがあるが、作業者や作業方法のばらつきにより補修後の状態が一定しない問題が発生していた。特に、補修に転圧作業を伴う場合には、従来技術に係るアスファルト系補修材料では、転圧が不十分な場合であると性能の低下を招いてしまっていた。

さらに、道路補修をするにあたっては、平面だけでなく傾斜面での補修も多く必要になる。このため特許文献２に記載されるような従来のセメント系材料では、チクソ性が小さいため、傾斜面で材料が流れてしまい、硬化後に凹凸が発生する課題が解決できなかった。

本発明者らは、上記の課題を解決できる舗装用補修材について鋭意研究を進めたところ、特定の材料を組み合わせることにより、チクソ性を示ししかも手作業での混合が可能な程に練り易い補修材が得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち本発明の実施形態では下記を提供できる。

セメントを１００部と、
エマルジョンを５０～３００部と、
酸化鉄を５～１００部と、
骨材を１００～１０００部と
を含有してなる転圧不要な舗装用補修材。

或る実施形態では、上記の舗装用補修材がさらに、
ガラス化率が７０％以上、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１．０～２．７、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ²／ｇ以上であるカルシウムアルミネート、
石膏、
４部未満の繊維、
１００部未満の墨汁
のうちのいずれか一種以上を含有してもよい。

上記舗装用補修材と液体とを手混合する工程と、
手混合して得られた混合物を、補修対象箇所に流し込む工程と
を含む、転圧不要な舗装補修工法も提供できる。

本発明に係る舗装用補修材は、補修規模に応じた量を施工現場で短時間に、常温で製造でき、かつ、チクソ性を持つため平面だけでなく傾斜面でも材料がダレず、硬化後も凹凸が発生しづらいという効果を奏することができる。さらには本舗装用補修材は、優れたチクソ性を有するため手混合による施工が可能であるという効果をも奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書における「部」や「パーセント（％）」は、特に規定しない限り質量基準で示す。また本明細書における数値範囲は、別段の定めのないかぎりは上限値と下限値を含むものとする。

以下、本発明に係る舗装用補修材の実施形態について説明する。本舗装用補修材は、セメント、エマルジョン、酸化鉄、骨材の四種の成分を特定の割合で含有することを特徴とする。

使用できるセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカ等を混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント等が挙げられる。更には、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント、いわゆるエコセメントが挙げられる。本発明の実施形態では、上記のうちの一種又は二種以上を併用して使用することが可能である。

使用できるエマルジョンとしては、付着強度や耐久性を付与するものであれば特に限定されず、通常、セメント混和用に用いられているエマルジョンであればよい。また、粉末状及び液体状何れも使用可能である。

エマルジョンの種類としては、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０３：２０１５で規定されているセメント混和用のポリマー（ポリマーディスパージョン）が使用でき、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ノニオン系のクロロプレンゴム、及び天然ゴム等のゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、及びスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表されるポリマー等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を使用できる。これらのうちでは、チクソ性を得やすい観点からスチレン・ブタジエンゴムとエチレン・酢酸ビニル（ＥＶＡ）系ゴムが特に好ましい。

使用できる酸化鉄としては、Ｆｅ₃Ｏ₄、α－Ｆｅ₂Ｏ₃、β－Ｆｅ₂Ｏ₃、γ－Ｆｅ₂Ｏ₃、αＦｅＯＯＨ、βＦｅＯＯＨ、γＦｅＯＯＨなどが挙げられるが、これらの中では、一般的な舗装の明度（Ｌ値）により少量で近づけられる点から、Ｆｅ₃Ｏ₄が好ましい。酸化鉄の粒度は、０．０１～１００μｍが好ましい。

本発明に使用する骨材は、通常使われている川砂、海砂、砕砂、珪砂、軽量骨材などが挙げられ、それらのうち１種又は２種以上を混合して使用することが可能であり、プレミックス製品として使用する際にはこれらを乾燥させたものを使用することが好ましい。

前記骨材の寸法は、最大粒径５．０ｍｍ以下とすることが好ましく，最大粒径２．５ｍｍ以下とすることがより好ましい。その理由は、５．０ｍｍを超える骨材が混入すると舗装面を滑らかに仕上げることが困難となり、凹凸が生じやすくなるためである。また、補修面とその周囲の舗装面との間に段差が生じ、補修箇所を車両が通過する際に補修材が段差の境界から剥離してしまう原因となり兼ねない。

上記各原材料からなる本発明の舗装用補修材の配合割合は、セメント１００部に対して、エマルジョンは５０部～３００部、酸化鉄は５部～１００部、骨材は１００部～１０００部である。好ましい実施形態においては、さらに優れたチクソ性を得られる観点から、セメント１００部に対して、エマルジョンは１００部～２５０部、酸化鉄は５部～１００部、骨材は２００部～９００部としてもよい。

セメント１００部に対するエマルジョン量が５０部未満であると、傾斜面を施工するのに十分なチクソ性を得られなかったり、弾性（たわみ）が小さくなることによりひび割れ抵抗性が下がり、車両等の荷重が掛かった際にひび割れを起こしたりする問題が発生し、一方エマルジョン量が３００部を超えると、粘性が上がり作業性が悪くなったり、車両等が通過した際にエマルジョンが周囲に染み出たりする問題が発生する。

セメント１００部に対する酸化鉄量が５部未満であると、傾斜面を施工するのに十分なチクソ性を得られない問題が発生し、一方酸化鉄量が１００部を超えると粘性が上がり作業性が悪くなる問題がある。酸化鉄の粒度は数百μｍ以下と非常に細く、添加量が増加するにつれて材料の粘度も大きくなるため、酸化鉄量が５～１００部の範囲であると適切なチクソ性が得られることを本発明者は見出した。

セメント１００部に対する骨材量が１００部未満であると凍結融解抵抗性が急激に落ちる問題が発生し、一方骨材量が１０００部を超えると強度が下がり併用時に破損する問題がある。

好ましい実施形態においては、舗装用補修材がさらに、硬化速度を高める目的または初期強度を高める目的を以ってカルシウムアルミネート（以下「ＣＡ」とも略記する）をさらに含んでもよい。そうしたカルシウムアルミネートとしては、一般に市販されているアルミナセメントを使用できる。また、アルミナセメントよりも短時間で硬化し、その後の初期強度発現性が高いカルシウムアルミネートとして、電気炉で溶融後、急冷した非晶質のカルシウムアルミネートを好ましく使用してもよい。カルシウムアルミネート中のＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃モル比は、１．０～２．７が好ましく、１．５～２．５がより好ましい。カルシウムアルミネート中に含まれるＣａＯやＡｌ₂Ｏ₃以外の他の成分は、１５％以下であることが初期強度発現性の点から好ましく、１０％以下であることが、より好ましい。１５％を超えると、硬化に時間を要し、更に低温環境下では固まらない場合がある。ＣａＯやＡｌ₂Ｏ₃以外の他の成分の代表例として二酸化ケイ素があり、その他に、例えば、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等があり、特に限定されるものでない。

非晶質カルシウムアルミネートのガラス化率は、７０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。７０％未満であると、初期強度発現性が低下する場合がある。ガラス化率は加熱前のサンプルについて、粉末Ｘ線回折法により、結晶鉱物のメインピーク面積Ｓを予め測定し、その後１０００℃で２時間加熱後、１～１０℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法による加熱後の結晶鉱物のメインピーク面積Ｓ₀を求め、更に、これらのＳ₀及びＳの値を用い、次の式を用いてガラス化率χを算出できる。
ガラス化率χ（％）＝１００×（１－Ｓ／Ｓ₀）

カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積値で、３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、４０００ｃｍ²／ｇ以上がより好ましい。ブレーン比表面積値が３０００ｃｍ²／ｇ未満であると、初期強度発現性が低下する場合がある。

カルシウムアルミネートの使用量は、セメント１００部に対して、６０部以下が好ましく、５部以上６０部以下がより好ましく、１０部以上５０部以下がさらに好ましい。カルシウムアルミネートの使用量が６０部を超えると硬化までの時間が短すぎて作業時間が確保しづらい場合がある。

また好ましい実施形態では、舗装用補修材がさらに、初期強度を高める目的を以って石膏を含んでいてもよい。そうした石膏としては、二水石膏、半水石膏と無水石膏が使用でき、強度発現性の面では無水石膏が好ましく、弗酸副生無水石膏や天然無水石膏が使用できる。石膏を水に浸漬させたときのｐＨは、ｐＨ８以下の弱アルカリから酸性のものが好ましい。ｐＨが高い場合、石膏成分の溶解度が高くなり、初期の強度発現性を阻害する場合がある。ここでいうｐＨとは、石膏／イオン交換水＝１ｇ／１００ｇの２０℃における希釈スラリーのｐＨを、イオン交換電極等を用いて測定するものである。これらの石膏のうち、強度発現性の点から、弗酸副生無水石膏が好ましい。石膏の粒度は、初期強度発現性及び適正な作業時間が得られるという観点から、ブレーン比表面積値で３０００ｃｍ²／ｇ以上が好ましく、４０００ｃｍ²／ｇ以上がより好ましい。

石膏は、上記のカルシウムアルミネートと併用するのが硬化時間を適切に調節する上で好ましい。石膏の使用量は、セメント１００部に対して、５部以上６０部以下が好ましく、１０部以上５０部以下がより好ましい。石膏の使用量が６０部を超えると初期強度発現性が低下する場合がある。

好ましい実施形態においては、舗装用補修材がさらに、ひび割れ抵抗性を向上させる目的を以って繊維を含んでいてもよい。そうした繊維としては、ひび割れ抵抗性を向上させるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ビニロン繊維やプロピレン繊維、ナイロン繊維等の高分子繊維、鋼繊維、ガラス繊維、及び炭素繊維に代表される無機繊維が挙げられる。これらのうち、軽量で機械的性能や耐久性に優れている点から、高分子繊維を用いるのが好ましい。

繊維の長さとしては、１～２０ｍｍが好ましく、３～１０ｍｍがさらに好ましい。繊維の長さが１ｍｍ未満ではひび割れ抑制効果が小さくなるおそれがあり、２０ｍｍを超えると粘性が上がり作業性が悪くなるおそれがある。

繊維の太さとしては、０．００４～０．１５ｍｍが好ましく、０．０１～０．１０ｍｍがより好ましい。繊維の太さが０．００４～０．１５ｍｍの範囲外であると、ひび割れ抑制効果が小さくなるおそれがある。

繊維を使用する場合にはその量は、セメント１００質量部に対して４質量部未満が好ましく、０．３質量部以上４質量部未満がより好ましく、０．６～３質量部がさらに好ましい。繊維の量が４質量部以上であると、粘性が上がり過ぎて手作業による混合がしづらくなる場合がある。

好ましい実施形態では、舗装用補修材がさらに、チクソ性をさらに向上させる目的を以って墨汁を含んでいてもよい。そうした墨汁としては、一般に液体状で市販されている書道用の液体墨（以下、墨汁と称する）が使用できる。具体的には、カーボンブラックで代表される黒色顔料を、膠またはその他の水溶性樹脂の水溶液と混練し、必要に応じて、界面活性剤、防腐剤、その他の添加剤を加え、ローラー等の分散機器を用いて、カーボンブラックを分散させて成るものである。

墨汁を使用する場合その量は、セメント１００質量部に対して１００質量部未満が好ましく、３質量部以上１００質量部未満がより好ましく、６～９０質量部がさらに好ましい。墨汁の量が１００質量部以上であると、粘性が上がり過ぎて手作業による混合が難しくなる場合がある。特定の理論に束縛されることを望むものではないが、適切な量の墨汁が舗装用補修材中に存在すると、その墨汁が有する炭化物がエマルジョン中のポリマー相を架橋させることで粘性が付与され、舗装用補修材のチクソ性に好ましい影響を与えると考えられる。

以上説明してきたように、本発明の実施形態に係る舗装用補修材は、セメント、エマルジョン、酸化鉄、骨材という四種の材料と、さらに必要に応じて、カルシウムアルミネート、石膏、繊維、墨汁のいずれか一種以上の材料とを混合することにより製造できる。それら各材料の混合方法は、特に限定されない。例えば或る実施形態では舗装用補修材の施工時に、それぞれの材料を混合してもよい。また別の好ましい実施形態では、舗装用補修材を構成する材料の全部を、施工の前に予め混合しておいてもよい（すなわち、舗装用補修材がプレミックスモルタルであることが好ましい）。

舗装用補修材を構成する材料を混合するときに用いる混合装置としては、既存のいかなる混合装置も使用可能である。例えば、混合装置として、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ及びナウタミキサ等が使用可能である。本実施形態に係る舗装用補修材は、適切なチクソ性を有するため、その施工にあたって特別な機材は必要なく、粉体と液体をビニール袋等の容器の中で手混合して材料の混練を行うことも可能である。このような特徴は、チクソ性に劣る従来技術に係る補修材では得られない。

本発明の実施形態に係る舗装用補修材の使用にあたっては、道路の補修箇所（ポットホール）に対し、水と混練した舗装用補修材を直ちに充填し、充填後直ちにコテで仕上げることで平滑性が確保される。

混練時の水量は、セメント１００部に対して、１０～７０部が好ましい。水量が１０部未満だと、作業時間が確保しづらい場合があり、また水量が７０部を超えると初期強度発現性が低下する場合がある。

本実施形態に係る舗装用補修材は、車道や歩道の舗装路面の補修に使用できるだけでなく、地下埋設物の人孔鉄蓋周辺部分、橋梁ジョイント部等の破損部や段差部分などを補修するためにも使用可能である。

本実施形態に係る舗装用補修材を、液体と手混合して、補修対象箇所（舗装上のポットホールやひび割れなど）へと流し込むことで、混合や施工のために特別な機材を用いることなく、補修を行うことが可能である。手混合は、３０秒前後の短時間で行うことができる。また当該液体は通常の舗装補修に用いられるものであれば特に限定されず、例えば水（水道水など）を使用できる。またこの本実施形態に係る補修工法では、従来技術とは異なり、転圧を必要としないという効果も奏する

以下、実施例、比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実験例１］
表１に示す配合で、ヘンシェルミキサで混合し、舗装用補修材を作製した。また得られた舗装用補修材を水と手混合にて混練し、チクソ性を評価した。配合と評価を表１に示す。
使用材料および試験方法は、以下の通りである。

使用材料：
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３３５０ｃｍ²／ｇ
骨材：石灰石砕砂、最大粒径１．２ｍｍ
エマルジョン（ポリマーラテックス）：スチレン・ブタジエン（ＳＢＲ）系ゴム、またはエチレン・酢酸ビニル（ＥＶＡ）系ゴム
酸化鉄：市販品（主成分：Ｆｅ₃Ｏ₄）、粒度０．２μｍ

試験方法：
チクソ性について、以下の（１）（２）の２項目を評価した。
（１）静置フロー（ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５）
２００ｍｍ以下の場合、傾斜面での施工時にダレることなく施工できると判断した。
○：静置フロー値が１８０ｍｍ以下。
△：静置フロー値が１８０ｍｍ超２００ｍｍ以下。
×：静置フロー値が２００ｍｍ超。
（２）手混合の可否
ビニール袋の中に材料を投入して３０秒間手混合した際、手混合時の練り易さ（袋に材料がべとつかないか）を評価した。
○：軽く袋を動かして混合できる。
△：大きく・激しく袋を動かせば混合できる。
×：手で袋の中の材料を揉み込まないと混合できない。
チクソ性の総合評価として、上記（１）（２）の悪い方の評価を用いた。すなわち総合評価が「○」であるのは、上記（１）（２）ともに「○」の場合である。なお記号「○」は優れていること（excellent）、「△」は良くないこと（not good）、「×」は劣ること（poor）を意味する。

※実験番号２０：材齢３０分時点で、圧縮強度が０．７４Ｎ/ｍｍ²と低くなった。

［実験例２］
エマルジョン（ポリマーラテックス）としてスチレン・ブタジエン（ＳＢＲ）系ゴムのみ用い、さらにカルシウムアルミネート及び石膏を用いて、表２に示す配合で舗装用補修材を調製した。得られた舗装用補修材に対して可使時間と圧縮強度の評価を行った。使用材料と、可使時間と圧縮強度の評価方法は以下の通りである。

使用材料：
カルシウムアルミネート：試薬ＣａＯと試薬Ａｌ₂Ｏ₃を表２に示すモル比で溶融、急冷して得たもの。ガラス化率とブレーン比表面積は表２参照。
石膏：市販の無水石膏、ブレーン比表面積４５００ｃｍ²／ｇ
（上記以外は実験例１に同じ）

試験方法：
可使時間
指触にて、材料が強張り始めた時間（分）を判断した。
圧縮強度（ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５）
材齢３０分の圧縮強度（Ｎ/ｍｍ²）を測定した。

※１ 混合直後に硬化した。
※２ １時間以上硬化せず。
※３ 供試体が脱型できないほど柔らかいため、測定できず。

［実験例３］
上記実験例２と同様の製造条件に加えてさらに繊維を添加して舗装用補修材を得た。得られた舗装用補修材に対してチクソ性とひび割れ抵抗性の評価を行った。使用材料と、ひび割れ抵抗性の評価方法は以下の通りである。チクソ性の評価方法は上記実験例１と同様にした。

使用材料：
繊維：ナイロン系収束繊維（繊維長３ｍｍ、繊維太さ０．０５ｍｍ）
（上記以外は実験例２に同じ）

試験方法：
アスファルト平板の中心部に、φ１０ｃｍ、ｔ＝２ｃｍの擬似ポットホールを作成し、そこに手混合した材料を流し込んで充填した。転圧は行わなかった。施工から３０分後に、載荷荷重を６８６Ｎに調整した小型ゴム車輪を５時間（４２回／分）走行させ、施工面のひび割れの有無を確認した。
○：目視によりひび割れの確認ができなかったもの。
×：目視によりひび割れが確認されたもの。

［実験例４］
上記実験例２と同様の製造条件に加えてさらに、墨汁（市販品）を添加して舗装用補修材を調製した。上記実験例３と同様にしてチクソ性とひび割れ抵抗性の評価を行った。

Claims (6)

1. セメントを１００部と、
   エマルジョンを５０～３００部と、
   酸化鉄を５～１００部と、
   骨材を１００～１０００部と
   を含有してなる転圧不要な舗装用補修材。
2. さらに、ガラス化率が７０％以上、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１．０～２．７、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ²／ｇ以上であるカルシウムアルミネートを含有する請求項１に記載の舗装用補修材。
3. さらに、石膏を含有する請求項２に記載の舗装用補修材。
4. さらに、繊維を４部未満含有する請求項１～３のいずれか一項に記載の舗装用補修材。
5. さらに、墨汁を１００部未満含有する請求項１～４のいずれか一項に記載の舗装用補修材。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の舗装用補修材と、液体とを手混合する工程と、
   手混合して得られた混合物を、補修対象箇所に流し込む工程と
   を含む、転圧不要な補修工法。