(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高機能舗装やポーラスコンクリート等の空隙部を有する構造体に使用する骨材であり、セメントコンクリートを素材として製造する１８面から成る多面体で、すべての対面が平行である事を特徴とする人造骨材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高機能舗装・ポーラスコンクリート等の空隙部を有する構造体の使用材料に関します。  
【背景技術】
【０００２】高機能舗装とは、アスファルトを結合材とする舗装で排水可能な空隙を有する構造体であり、降雨時に雨水を空隙に浸透通過させる事で水たまりによるスリップ事故の防止、前走車両の水捲き上げを防止、更に走行騒音の低下に効果のある舗装です。ポーラスコンクリートとは、セメントを結合材とする空隙を有した透水性のあるコンクリート構造体です。結合材の違いにより異なる名称となりますが、同じ機能を有しており本願発明の以下の説明については、高機能舗装に於ける環境で示します。【０００３】
高機能舗装の一定期間にわたる供用の結果、舗装内部の空隙は車両の繰り返し載荷により除々に舗装骨材が破砕され、その微粒分の堆積により空隙部の目詰まりが発生したり、又繰り返し載荷による舗装の変形、歪みにより空隙部が無くなり、前記各機能が低減してしまい機能不能となってしまいます。本願発明の骨材形状についての先行技術文献は見当たりません。本願発明の特異性を確認できる資料として先行文献を示します。使用骨材での先行文献は、骨材の成分の改良、結合材の改良等で占められています。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００ー１２００１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】かかる高機能舗装の経年機能低下を低減させる為、使用材料のうち骨材を改良し、空隙部のつぶれを防止し、耐変形性能の高い構造体とし、結果再舗設工事（切削オーバレイ）のインターバル（現状で６年程度）を延長させ、地球環境に優しい舗装とします。ポーラスコンクリートも同様の目標により長期供用可能な構造体とします。【０００６】
高機能舗装の目詰まりによる機能低下の代表的な要因として、１．風等による土や砂の堆積により舗装内空隙部が目詰まり、排水・騒音機能を低下させる。２．舗装使用骨材が車両載荷により破砕し、その破砕片が空隙部に目詰まりし、透水・騒音機能を低下させる。３．車両載荷による骨材の破砕で空隙部が潰れ舗装が沈下、変形が発生する。等が挙げられます。１の要因は、舗装使用材に関わる物では無く自然による機能低下であり、機能回復車等の機能回復技術が課題となっています。２及び３の要因は、舗装使用材に関わる機能低下となるため、本願発明では２及び３に対しての改善を目標としています。
【０００７】機能低下要因２及び３の原因は、高機能舗装内の骨材配置の不安定な環境から起因しています。まず使用している骨材の配列の問題があります。通常使用される骨材は天然石を砕石工場で砕いた砕石が使用されています。一般の舗装であれば、舗装内の空隙を確保する必要が無く、その舗装での砕石の組み合わせは、他の形状骨材に比べ格段の安定性を有しますが、空隙部を必要とする高機能舗装では逆に砕石の短所が現れます。【０００８】高機能舗装の耐変形性能の確保には使用する骨材の配列状態が重要となります。他にそれら骨材を結合させるため、一般舗装であれば結合材とするアスファルト材、高機能舗装用では高粘度アスファルトやエポキシアスファルト材が使用され結合の強化をしますが、これらによる効果は副次的な構造安定性の確保であり、強いて言えば安定性の補助材としての位置付けであり根本的な解決策ではありません。特に夏期の高温時では、結合性能は低粘土化し著しく低下してしまいます。【０００９】
一般舗装での隣り合う砕石の間はアスファルトや微粒分を含む小砕石により充填されて隣り合う砕石は面接触の状態となり安定しますが、高機能舗装では空隙確保のために単粒度の骨材のみを使用するので、結果砕石間には空隙が残り，舗装の安定性は著しく低下するのです。又、高機能舗装で配列された砕石は、隣り合う砕石は点接触の状態となり同強度を有する骨材でも繰り返しの車両載荷により、砕石は破損してしまうのです。
【００１０】骨材の破損による舗装の変形や空隙部の減少、破損片による空隙部の目詰まりとなってしまう事が機能低下の原因である事を重視し、高機能舗装に於ける最適骨材の形状、骨材素材を開発し、社会に提供するものです。
【課題を解決するための手段】
【００１１】高機能舗装やポーラスコンクリート等の空隙部を有する構造体に使用する骨材であり、セメントコンクリートを素材として製造する１８面から成る多面体で、すべての対面が平行である事を特徴とする人造骨材です。【００１２】本願発明の骨材は、全ての対面は平行する面を有しています。これは、骨材配置での点接触による脆弱性の改善であり、骨材の並びに対し面と面が接触し整然と配列される事が可能な形状としています。面接触による骨材の並びでは、前記した点接触による骨材の破壊が無い事で構造性能が安定し耐変形性能を高めます。【００１３】  仮に正６面体となる立方体の骨材を使用した場合、一般舗装では骨材配置が安定し耐久性が増しますが、高機能舗装では特徴である内部空隙領域が無くなり使用不能の骨材となります。それと共に車両のタイヤを損傷させぬ様、鋪装用の骨材形状は少なくとも頂点が鈍角で構成される多面体が推奨されます。【００１４】課題の解決手段となる骨材形状の横断面は、概８角形となり、すべての角部は鈍角を維持する事になります。又、すべての面も対面を平行としています。結果正方形面＝６、横長６角形面＝１２、で構成される１８面体形状となります。更に各辺部の横長６角形面により断面欠損部が作られる事で、必要とする舗装空隙部の領域が確保される形状となります。頂点の鈍角化により舗設作業においても少ない震動で骨材の適正再配置が可能となり施工作業も安定向上します。【００１５】高機能舗装の空隙率の概要として、従来使用している砕石骨材の実績率は５８％から６０％であり、他小骨材１３％、アスファルト結合材が７％の合計概ね８０％の配合実績率となり、残った２０％が空隙部となる様舗設作業を実施しています。本願発明での多面体骨材であれば小骨材を省略できるので空隙率の増加が出来、要求される性能、機能を更に上げる事が可能です。更に面接触による配置となるためアスファルト結合材量が減少できる事も挙げられます。【００１６】
高機能骨材に必要な骨材１面当たりの面積は、以下の方法により算出できます。まず車両の載荷重２５トン車を想定した時前車輪にかかる１輪当りの載荷重量は、最大１０．５トンとなり、タイヤ接地面積は４００平方センチメートルとされます。使用骨材径を２０ｍｍとした場合、タイヤ接地面積内に１００個の骨材が存在し、１個当たりの載荷重は１０５０Ｎとなります。
【００１７】一般天然石の骨材利用での骨材必要最底強度は、概ね７２Ｎの骨材強度であり骨材面当たり必要面積を求めれば、１４．６平方ｍｍとなります。更に安全率を３倍とする時、多面骨材の実使用での１面当たり最小必要面積は、４３．７平方ｍｍとなります。これは一辺６．６１ｍｍの正方形面に相当します。【００１８】従来の天然石砕石による点接触の組み合わせの環境に比べ本願発明の骨材が面接触配置をする事で、広域面積で載荷を支持する事が出来、骨材の必要強度をより低く設定する事が可能となりました。現行利用されるセメントコンクリートで強度５０Ｎクラスの素材により製造される骨材でも充分な耐力を保持出来、利用可能となりました。又これにより天然骨材に替わる地球環境に優しい人造骨材として利用出来ます。【００１９】  一方、本願骨材の副次的な特徴となる舗装空隙部の目標量設定については、上記の骨材の耐載荷重１面当たり最小必要面積を確保しつつ、横長６角形面による断面欠損量を設定変更する事、つまり骨材形状各構成寸法を変更する事で自在に製造調整する事が可能となります。
【発明の効果】
【００２０】  １．従来の不安定構造を改善し長期安定供用できます。  ２．従来の空隙部を更に増加し機能を増して長期安定供用ができます。  ３．使用材料の内、使用結合材量を減少出来ると共に、小骨材が不要となり地球環境に優しい省資源型舗装となります。  ４．長期供用が可能となり、機能劣化に伴う再舗設工事のインターバルが大幅に延長出来、地球環境に優しい構造体となります。  ５．骨材形状各構成寸法を変更し空隙部の容量を自由に変化出来、現地環境に合わせた最適構造体ができます。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の空隙部を有する構造体    Ａ．設置直後    Ｂ．載荷による骨材破損    Ｃ．骨材破損による沈下変形．
【図２】六面体の多角化．Ａ．基本形．Ｂ．切頂６面体．
【図３】透水不能構造例．図２―Ｂの骨材配列側面図．
【図４】本願骨材１８面体形状．
【図５】空隙率２１．８％の形状．Ａ．寸法例図．  Ｂ．透視図．
【図６】空隙率２６．２％の形状．Ａ．寸法例図．  Ｂ．透視図．
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に実施の形態を示す図面に基づき本願発明による骨材形状を更に詳しく説明します。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略します。
【００２３】
従来の高機能舗装の劣化を側面図として図１に示します。図１ーＡは、舗設（１）した空隙(２)を有し、結合材（３）、小骨材（４）、砕石骨材（５）で構成されています。結合材（３）は高機能舗装の場合アスファルトを使用しますが、ポーラスコンクリートではセメントが使用されます。
【００２４】
図１ーＢに車両載荷により砕石骨材（５）がひび割れ粉砕していく過程を図示しています。点接触による骨材端部に集中荷重がかかり骨材破損（６）となっていきます。図１―Ｃに更なる車両載荷による結果、粉砕片（７）による空隙部の目詰まり、舗装の変形を示します。舗装の轍堀り等がこの代表的な変形です。轍堀りが発生するとハンドル操作が不安定となり、交通事故が多発します。
【００２５】舗装の耐変形性能を高めるため、現状では結合材の性能を強化する方法で高粘度アスファルトや強化補助材を混入したエポキシフスファルトなどを使用していますが、夏期の高温時では粘性が低下し耐変形性能の解決手段とはなっていません。変形防止の基本は骨材配列によるものであり、骨材形状を現状の点接触から面接触とする事で構造体の安定化が格段に向上されます。
【００２６】耐変形性能のみを考慮した場合の形状は、図２ーＡに示す立方体（８）を図２ーＢでその頂点を切り落とした切頂６面体形状（９）となり、変形に対し骨材配置接触面による３方向で抵抗する事になります。図２ーＡの立方体は、実舗設作業ではその骨材角部のため骨材配置が困難であり実用不能です。
【００２７】図３に図２―Ｂ（９）の骨材で構成される骨材配列を示します。全面で相互に接触する事で格段の耐変形性能を確保できます。但し、一般密粒度舗装での骨材としてはこのような骨材形状が最適となりますが、空隙部を有する鋪装では、水の透過する透水流路が骨材全面接触により分断され図２―Ｂの骨材では成立しません。  この空隙部となる透水流路の確保のために骨材各辺部に平面（横長６角形面）を追加する事が最適となります。図４に本願骨材の立体図（１０）を示します。
【００２８】形状寸法決定の手順を説明します。まず、舗設される厚みより最適骨材の大きさを決定します。舗装厚みを５０ｍｍとする時、骨材が４段で構成されるとすれば、骨材径は１２．５ｍｍとなりますが、結合材の充填寸法を考慮し、−０．５ｍｍとし使用骨材を一辺１２ｍｍとします。
【００２９】
次に接触面の一面当り必要面積を求めます。車両の載荷重２５トン車、１輪当りの最大載荷重量は１０．５トン、タイヤ接地面積は４００平方ｃｍ、使用骨材径を１２ｍｍとする時、タイヤ接地面積内には２７７個の骨材配置となり１個当たりの載荷重は３７９Ｎとなります。又骨材強度を従来の最低強度となる７２Ｎとした時、必要面積は、５．２６平方ｍｍであり、安全率を３倍とみなせば１５．７８平方ｍｍとなり正方面で１辺４ｍｍの正方面に匹敵します。
【００３０】  図５ーＡに空隙部を２１．８％目標とする骨材形状（１０）の加工寸法を例示します。この骨材例（１０）では骨材接触面積を３６平方ｍｍとして、載荷重に対する安全率を概ね６．８倍としており充分な耐変形性能を有します。図５ーＢに形状が解りやすい様透視図を示します。又、必要に応じ空隙部は２９．５％まで対応するので、更に透水性、騒音低減の諸性能も向上します。図６―Ａに空隙部を２６．２％目標とする骨材形状（１０）の加工寸法を例示し、図６ーＢに透視図を示します。
【産業上の利用可能性】
【００３３】現在は高機能舗装やポーラスコンクリート用の骨材としていますが、将来の性能保証型工事発注形態での工事では必ず利用される舗設用骨材となり、舗装業界で利用されます。他透水性、通風性機能の構造体の使用骨材として、建築業界にも利用が見込めます。他に河川等の護岸築堤等にも利用される事になります。
【符号の説明】
【００３４】    １．舗設部    ２．空隙    ３．結合材    ４．小骨材    ５．砕石骨材    ６．骨材のひび割れ    ７．破損粉砕片    ８．立方体      ９．切頂６面体  １０．本願１８面体骨材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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