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技術 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

出願人 昭和瀝青工業株式会社
発明者 平松真立石昌義森俊八
出願日 2015年10月30日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-213719
公開日 2017年5月18日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-082531
状態 特許登録済
技術分野 道路の舗装構造 高分子組成物
主要キーワード 本発明添加剤 一石二鳥 再生添加剤 本添加剤 食品加工場 強制劣化試験 薄膜加熱試験 繰返し再生
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この項目の情報は公開日時点(2017年5月18日)のものです。
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課題

老化したアスファルトバインダー再生するためにオイル成分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)を回復させることが行われている。かかるオイル成分としては、脂肪族系のものと芳香族系のものに分類され、脂肪族系のものは繰り返し再生を行った場合伸度が十分回復せず、芳香族系のものは針入度を達成するには添加量を多くする必要があり、不経済であった。そこで、劣化したアスファルトバインダーの針入度や伸度を回復させる安価で安全な添加剤を提供する。

解決手段

再生アスファルト用添加剤としては、芳香族系(C9系)石油樹脂及び油脂を主成分とするもの。

概要

背景

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劣化し、結果としてひび割れや、轍、表面骨材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溶剤抽出工程から得られるプロセスオイル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の含有量オイル総量の3重量%以下、実際は1,8%〜2.8%とされている。

概要

老化したアスファルトバインダーを再生するためにオイル成分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)を回復させることが行われている。かかるオイル成分としては、脂肪族系のものと芳香族系のものに分類され、脂肪族系のものは繰り返し再生を行った場合伸度が十分回復せず、芳香族系のものは針入度を達成するには添加量を多くする必要があり、不経済であった。そこで、劣化したアスファルトバインダーの針入度や伸度を回復させる安価で安全な添加剤を提供する。再生アスファルト用添加剤としては、芳香族系(C9系)石油樹脂及び油脂を主成分とするもの。 なし

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

芳香族系(C9系)石油樹脂及び油脂を主成分とすることを特徴とする再生アスファルト用添加剤

請求項2

該芳香族系(C9系)石油樹脂と該油脂の混合比率は、該芳香族系(C9系)石油樹脂:該油脂が10:90〜60:40である請求項1記載の再生アスファルト用添加剤。

請求項3

該芳香族系(C9系)石油樹脂は、分子量3000以下である請求項1又は2記載の再生アスファルト用添加剤。

請求項4

該油脂は、常温液体である請求項1〜3のいずれか1項に記載の再生アスファルト用添加剤。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項に記載の再生アスファルト用添加剤を石油精製から得られるアスファルトに添加して得られる再生用アスファルト。

請求項6

請求項1〜5を添加することにより得られる再生加熱アスファルト混合物

請求項7

請求項6に記載の再生加熱アスファルト混合物を使用して得られる舗装体

技術分野

背景技術

0002

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。

0003

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溶剤抽出工程から得られるプロセスオイル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。

0004

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)。

0005

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。

0006

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。

0007

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の含有量オイル総量の3重量%以下、実際は1,8%〜2.8%とされている。

0008

特開2001−207061号公報

先行技術

0009

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

発明が解決しようとする課題

0010

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。

課題を解決するための手段

0011

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。

0012

芳香族系(C9系)石油樹脂とは、石油ナフサ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。

0013

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。

0014

また、油脂とは、いわゆる動植物油であり常温液体である脂肪油固体である脂肪に分類される。また、化学的には脂肪酸グリセリンエステルである。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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

発明の効果

0020

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。

発明を実施するための最良の形態

0021

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。

0022

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以上の初期状態再現できた。その結果を他の実験例とともに表1に示す。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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