JP7147394B2

JP7147394B2 - 気候適応舗装方法

Info

Publication number: JP7147394B2
Application number: JP2018168739A
Authority: JP
Inventors: 陽介山越
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: JP2020041318A

Description

本発明は、低温の気候条件でも実施可能な舗装方法に関する。

従来から、例えば、一般歩道、遊歩道、駐車場、農道、林道、管理道等の路面を、簡易的に舗装する舗装材として、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材が使用されている（例えば、特許文献１～５、参照）。

舗装施工は、舗装材を路面に敷き均して、散水し、転圧後、所要の強度が発現するまで養生するが、養生で生起する水和反応（ＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃－ＳｉＯ₂－ｎＨ₂Ｏ系水和物が生成して、舗装材が固結する反応）は、気温が低い（例えば、４℃以下）と進行しないので、施工時期は、通常、冬季、例えば、１１月～３月は避けている。

また、気候変動により、突発的に寒波が襲来すると、舗装材の養生（水和反応）は、予定通り進行せず、工期の遅れに繋がるので、施工時期の気象には十分に注意を払う必要がある。

このように、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材を用いて路面を舗装する場合、施工者側の資材調達や、施工時期及び／又は施工期間の選択は、気候や、気候の変動（気象情報）に制約されるので、気象情報を考慮しつつ、経験的に行っているのが実情である。

特開平０１－２０７５０１号公報特開２０１２－０５２４０８号公報特開２０１６－０００９１８号公報特開２０１７－０６１８１５号公報特開２０１７－１３７６２４号公報

そこで、本発明は、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材で路面を舗装する際の制約に鑑み、気候や、気候の変動に影響される舗装材の養生（水和反応）を、熱エネルギーの観点から定量的に把握し、施工時期及び／又は施工期間に係る制約を解消することを課題とし、該課題を解決する舗装方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。舗装材の養生において、水和反応を推進するには熱エネルギーが必要であるが、本発明者らは、この熱エネルギーを、単位時間当りの熱エネルギーではなく、熱エネルギーを与える時間を考慮した累積熱エネルギーで評価すれば、低温下でも、水和反応の推進に必要な熱エネルギーを適確に評価できるのではないかと発想した。

そして、本発明者らは、上記発想のもとで、上記累積熱エネルギーを評価する指標として養生指標（後述する）を導入し、養生指標と、水和反応による舗装材の固化度（圧縮強度）との相関を検証した。

その結果、養生指標と上記固化度（圧縮強度）の間には相関があり、該相関に基づいて求まる養生指標を満たす日数以上、舗装材を養生すれば、気候や、気候の変動に影響されないで、所要の路面強度を確保できることが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）路面に敷き均した舗装材を養生し、路面強度を確保する舗装方法において、
（ｉ）下記式（１）で定義する養生指標ｘと舗装材の圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）の相関を予め求めておき、
（ii-1）上記相関に基づいて、路面強度として必要な圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）を確保する養生指標ｘを求め、
（ii-2）求めた養生指標ｘを満たす日数以上、舗装材を養生する
ことを特徴とする気候適応舗装方法。
養生指標ｘ＝Σ（σi＋１０）・・・（１）
σi：養生開始からｉ日目の日平均気温（℃）

（２）前記相関が下記式（２）で規定される相関であることを特徴とする前記（１）に記載の気候適応舗装方法。
ｙ＝ａ・ｌｎ（ｘ）－ｂ・・・（２）
ｘ：養生指標
ａ、ｂ：係数

（３）前記係数ａが、０．２５≦ａ≦０．３３、前記係数ｂが、０．３５≦ｂ≦０．５０であることを特徴とする前記（２）に記載の気候適応舗装方法。

（４）前記路面に敷き均した舗装材にシートを被せて養生することを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかに記載の気候適応舗装方法。

（５）前記舗装材が、高炉水砕スラグ：５～３５％質量、及び、製鋼スラグ：残部からなり、適宜、結合材を含有することを特徴とする前記（１）～（４）のいずれかに記載の気候適応舗装方法。

本発明によれば、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材で路面を舗装する際、気候や、気候の変動に影響される舗装材の養生日数を、水和反応を推進する熱エネルギーの観点から定量的に推測して、上記舗装材の施工時期及び／又は施工期間を、気候や、気候の変動に影響されずに設定することができる。

養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関例を示す図である。

本発明の気候適応舗装方法（以下「本発明舗装方法」ということがある。）は、路面に敷き均した舗装材を養生し、路面強度を確保する舗装方法において、
（ｉ）下記式（１）で定義する養生指標ｘと舗装材の圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）の相関を予め求めておき、
（ii-1）上記相関に基づいて、路面強度として必要な圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）を確保する養生指標ｘを求め、
（ii-2）求めた養生指標ｘを満たす日数以上、舗装材を養生する
ことを特徴とする。
養生指標ｘ＝Σ（σi＋１０）・・・（１）
σi：養生開始からｉ日目の日平均気温（℃）

また、本発明舗装方法は、前記相関が下記式（２）で規定される相関であることを特徴とする。
ｙ＝ａ・ｌｎ（ｘ）－ｂ・・・（２）
ｘ：養生指標
ａ、ｂ：係数

また、本発明舗装方法は、前記係数ａが、０．２５≦ａ≦０．３３、前記係数ｂが、０．３５≦ｂ≦０．５０であることを特徴とする。

また、本発明舗装方法は、前記路面に敷き均した舗装材にシートを被せて養生することを特徴とする。

さらに、本発明舗装方法は、前記舗装材が、高炉水砕スラグ：５～３５％質量、及び、製鋼スラグ：残部からなり、適宜、結合材を含有することを特徴とする。

以下、本発明舗装方法について説明する。

（ａ）舗装材
舗装材は、所要の路面強度を確保するのに養生（水和反応）が必要な舗装材である。その点で、特に、特定組成の舗装材に限定されないが、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材が好ましい。より好ましくは、高炉水砕スラグ：５～３５質量％、及び、製鋼スラグ：残部からなる舗装材である。

舗装材の粒径は、特に限定されないが、大きすぎると、水和反応が進行し難く、また、転圧しても、路面に凹凸が著しく残るので、高炉水砕スラグ、製鋼スラグとも４０ｍｍ程度以下が好ましい。

（ｂ）養生指標ｘ
本発明者らは、前述したように、水和反応を推進する熱エネルギーを、単位時間当りの熱エネルギーではなく、熱エネルギーを与える時間を考慮した累積熱エネルギーで評価すれば、低温下での水和反応の促進に必要な熱エネルギーを適確に把握できるとの発想し、下記式（１）で定義する養生指標ｘを導入した。この点が、本発明舗装方法の特徴の一つである。
養生指標ｘ＝Σ（σi＋１０）・・・（１）
σi：養生開始からｉ日目の日平均気温（℃）

養生指標ｘは、１日の平均気温σi（℃）に１０℃を加算した（σi＋１０）を、養生期間の日数分積算したものである。１日の平均気温σi（℃）に１０℃を加算する理由は、環境気温から－１０℃までの環境熱エネルギーを、水和反応の推進に必要な熱エネルギーとして定量化するためである。

即ち、養生指標ｘは、養生期間中、水和反応の完了のため、舗装材に付与する熱エネルギーの総量（累積量）を評価する指標であり、また、水和反応の進行状況を、舗装材に付与する熱エネルギーの観点から評価し得る指標である。

（ｃ）養生指標ｘと舗装材の圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）の相関
本発明者らは、高炉水砕スラグ（２０質量％程度）と製鋼スラグ（残部）からなる、粒径３０ｍｍ以下の汎用の舗装材を用いて供試体を作製し、養生条件を変えて供試体を養生し、養生後の供試体の一軸圧縮強度（Ｎ／mm²）を測定して、上記相関を検証した。

上記検証に用いた高炉水砕スラグと製鋼スラグの成分組成を表１に示す。

図１に、養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関を示す。なお、養生指標は、長期間に及ぶので、養生指標のｘ軸は対数で表示した。

図１において、〇は、供試体を、２０℃の室内で１４日養生（内１日は水浸）した後の一軸圧縮強度を示す。■は、供試体を、４℃の室内で１４日養生（内１日は水浸）した後の一軸圧縮強度を示し、□は、供試体を、４℃の室内で１４日養生した後、さらに、２０℃の室内で９０日養生（内１日は水浸）した後の一軸圧縮強度を示す。

▲は、供試体を、屋外で１４日養生（内１日は水浸）した後の一軸圧縮強度を示し、△は、供試体を、屋外で１４日養生した後、さらに、２０℃の室内で９０日養生（内１日は水浸）した後の一軸圧縮強度を示す。

図１に示すように、対数表示の養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の間には、直線的な相関があることが解かる。この点が、本発明舗装方法の前提をなす基本思想である。

図１に示す、養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関は、下記式（２'）で示すことができる。
圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）＝０．２８５・ｌｎ（ｘ）－０．４２５・・・（２'）
ｘ：養生指標

本発明者らは、さらに、高炉水砕スラグと製鋼スラグの質量比と養生条件を変えて、養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関を検証した。その結果、上記式（２'）の係数ａ：０．２８５、及び、係数ｂ：０．４２５は変動するが、養生指標（対数）と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関は、上記式（２'）を一般化した下記式（２）で規定できることが解かった。この点が、本発明舗装方法の特徴の一つである。
ｙ＝ａ・ｌｎ（ｘ）－ｂ・・・（２）
ａ、ｂ：係数
ｘ：養生指標

本発明者らの検証によれば、係数ａは、０．２５≦ａ≦０．３３、係数ｂは、０．３５≦ｂ≦０．５０である。

（ｄ）養生日数の推測
上記式（２）で規定される、養生指標（対数）と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関に基づいて、路面強度として必要な圧縮強度ｙ₀（Ｎ／mm²）を確保し得る養生指標ｘ₀を求めることができる。

例えば、上記式（２'）において、ｙ₀：１．２０Ｎ／mm²とすれば、下記式（１）で定義される養生指標ｘ₀は３００である（図１、参照）。即ち、路面強度において、１．２０Ｎ／mm²以上の圧縮強度を確保しようとすれば、舗装材の養生は、散水後、養生指標ｘが３００に達する日数以上行う必要がある。
養生指標ｘ＝Σ（σi＋１０）・・・（１）
σi：養生開始からｉ日目の日平均気温（℃）

また、養生途中、養生指標ｘとｘ₀の比：ｘ／ｘ₀で、養生の進捗程度を把握することができ、その後、気象情報を参考にして、養生完了に必要な養生日数を推測することができる。

本発明舗装方法によれば、養生開始初期及び／又は中期に、路面に敷き均した舗装材が、例えば、水和反応が進行し難い４℃以下の低温に、数日間、曝されても、その後、所要の圧縮強度に達するまでの養生日数を推測することができるので、上記舗装材の施工時期及び／又は施工期間を、気候や、気候の変動に影響されずに設定することができる。

本発明舗装方法において、路面に敷き均した舗装材にシートを被せて養生を行えば、舗装材が保温されて、外気温が４℃以下でも、本発明舗装方法で推測した養生日数未満で、所要の圧縮強度を得ることもできる。舗装材に被せるシートは、気密性のシートであればよく、特定の材質のシートに限定されないが、保温性や、取扱い易さの点で、樹脂製シートが好ましい。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
気温が４℃以下にもなる１２月に、成分組成を表１に示す、粒径３０ｍｍ以下の高炉水砕スラグ（２０質量％）と製鋼スラグ（残部）からなる舗装材を林道に敷き均し散水し、転圧後、養生を開始した。予め求めた、養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関（上記式（２'））から、目標の圧縮強度１．２０Ｎ／mm²に達する養生指標は３００である（図１、参照）ので、散水・転圧後、養生指標が３００に達するまで養生を行った。

（実施例２）
気温が４℃以下にもなる１２月に、成分組成を表１に示す、粒径３０ｍｍ以下の高炉水砕スラグ（２０質量％）と製鋼スラグ（残部）からなる舗装材を林道に敷き均し散水し、転圧後、養生を開始した。予め求めた、養生指標と圧縮強度（Ｎ／mm²）の相関（上記式（２'））から、目標の圧縮強度１．２０Ｎ／mm²に達する養生指標は３００であった。

養生開始初期に、気候の変動で、気温４℃以下の日が数日続き、養生が進行し難い状態になったので、舗装材に樹脂製シートを被せ、舗装材を保温した。その結果、当初推測した養生日数で、目標の圧縮強度を得ることができた。

本発明舗装方法によれば、目標とする圧縮強度を得るために必要な養生日数を、養生指標で推測できるので、舗装材の施工時期及び／又は施工期間を、気候や、気候の変動に影響されずに設定することができる。

前述したように、本発明によれば、高炉水砕スラグと製鋼スラグからなる舗装材で路面を舗装する際、気候や、気候の変動に影響される舗装材の養生日数を、水和反応を推進する熱エネルギーの観点から定量的に把握して、上記舗装材の施工時期及び／又は施工期間を、気候や、気候の変動に影響されずに設定することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業及び土木産業において利用可能性が高いものである。

Claims

路面に敷き均した舗装材を養生し、路面強度を確保する舗装方法において、
前記舗装材が、高炉水砕スラグ：５～３５％質量、及び、製鋼スラグ：残部からなるものであり、
（ｉ）下記式（１）で定義する養生指標ｘと舗装材の圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）の相関を予め求めておき、
（ii-1）上記相関に基づいて、路面強度として必要な圧縮強度ｙ（Ｎ／mm²）を確保する養生指標ｘを求め、
（ii-2）求めた養生指標ｘを満たす日数以上、舗装材を養生し、
前記相関が下記式（２）で規定され、下記式（２）の係数ａが、０．２５≦ａ≦０．３３、係数ｂが、０．３５≦ｂ≦０．５０であることを特徴とする気候適応舗装方法。
養生指標ｘ＝Σ（σi＋１０）・・・（１）
σi：養生開始からｉ日目の日平均気温（℃）
ｙ＝ａ・ｌｎ（ｘ）－ｂ・・・（２）
ｘ：養生指標
ａ、ｂ：係数
前記路面に敷き均した舗装材にシートを被せて養生することを特徴とする請求項１に記載の気候適応舗装方法。