(57)【要約】【課  題】強度および耐久性に優れた安価な粗骨材を配合した排水性アスファルト混合物を提供する。【解決手段】溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型に流し込んで空冷して凝固させ、厚さ10〜30mmの板状の凝固スラグとし、凝固スラグを破砕して得られた吸水率 1.5％以下の砕石状緻密スラグを粗骨材として配合する排水性アスファルト混合物である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型に流し込んで空冷して凝固させ、厚さ10〜30mmの板状の凝固スラグとし、前記凝固スラグを破砕して得られた吸水率 1.5％以下の砕石状緻密スラグを粗骨材として配合することを特徴とする排水性アスファルト混合物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉から排出された溶融状態の高炉スラグを凝固させ、さらに破砕して得られた砕石状緻密スラグを粗骨材として配合した排水性アスファルト混合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水性舗装とは、空隙率が高い多孔質（空隙率：20％程度）のアスファルト混合物を用いて雨水が浸透しやすい透水層を表層部に形成し、その下側（すなわち透水層と路盤との間）に不透水性の遮断層を設けた舗装である。降雨時には、雨水は透水層を浸透した後、遮断層の上面を流れて道路の側溝等の排水施設に速やかに排出される。
【０００３】
透水層は多孔質であるから強度は低いが、遮断層を設けることによって雨水を路盤に浸透させないようにして、舗装体の耐久性を確保している。排水性舗装は、このようにして雨水が舗装面に滞留するのを防止し、降雨時に走行する車両の安全性，安定性を向上することができる。さらに透水層が多孔質であるから交通騒音を吸音する機能も有しており、低騒音舗装とも呼ばれる。
【０００４】
このような排水性舗装は、排水性舗装としての機能を活用する観点から高速道路の舗装に使用し、低騒音舗装としての機能を活用する観点から市街地の重交通道路の舗装に使用する等、種々の道路の舗装として急速に普及している。なお、排水性舗装としての機能と低騒音舗装としての機能を併せて、高機能舗装と呼ぶ場合もある。
【０００５】
アスファルト舗装は、骨材と結合剤であるアスファルトとを混合した混合物（以下、アスファルト混合物という）を用いて路面に舗装体を形成するものであり、骨材が通行車両の荷重を支持し、アスファルトが骨材を結合することによって舗装体としての形状を維持する。骨材の材質は、粒度によって（たとえば粗骨材と細骨材に分類して）異なる種類のものを使用する場合や、粒度に関わらず同一種類のものを使用する場合があり、舗装体に要求される特性に応じて適宜選択して使用する。
【０００６】
通常のアスファルト舗装では、施工後の舗装体に雨水が浸入すると、骨材とアスファルトとの結合が損なわれ、舗装面から骨材がが剥離する原因になる。
そこで従来は、密度の高いアスファルト混合物を使用して、施工後の舗装体に雨水が浸入するのを抑制している。このような密粒度舗装に用いるアスファルト混合物（以下、密粒度アスファルト混合物という）では、種々の粒度の骨材を使用し、骨材同士の噛み合わせで空隙を減少する（すなわち密度を高める）とともに、舗装体の強度，耐久性を確保している。
【０００７】
一方、 排水性舗装の場合は、雨水の排水性を高めるために、舗装体に空隙を形成する必要がある。そこで排水性舗装に用いるアスファルト混合物（以下、排水性アスファルト混合物という）は、密粒度アスファルト混合物に比べて、粒度の粗い骨材（すなわち粗骨材）の混合比率を著しく増大させ、粒度の細かい骨材（すなわち細骨材）の混合比率を減少することによって、舗装体に空隙を形成させている。
【０００８】
ところが、このような舗装体では、骨材の噛み合わせによる強度，耐久性の確保が困難である。さらに舗装体の空隙に雨水のみならず紫外線も侵入し、舗装体の内部まで劣化が進行しやすいという問題がある。そこで、排水性舗装では、通常のアスファルトを改質した高価な高粘度改質アスファルトを使用することによって、舗装体に空隙を形成するとともに、その強度，耐久性を維持している。
【０００９】
排水性舗装に用いる排水性アスファルト混合物としては、６号砕石（粒径５〜13mm）を80％以上配合したものが広く使用されている。このような排水性アスファルト混合物は、密粒度アスファルト混合物に比べて、粗骨材（すなわち粒径５mm以上）の配合が多くなり、粒径５mm未満の７号砕石や砕砂はほとんど配合されていない。
【００１０】
また、配合量が最も多い粗骨材の最大粒径を小さくして、粗骨材の粒径分布範囲を狭めると、吸音効果が向上し、騒音を一層低減できることが知られている。これは、舗装体の空隙の大きさや個数を制御することによって、吸音される騒音の周波数特性を変更できるからである。たとえば、いわゆる６号砕石の最大粒径は13mmであるが、この６号砕石を分級して粒径５〜10mmの砕石を粗骨材として配合した排水性アスファルト混合物を使用した例もある。
【００１１】
しかしながら高粘度改質アスファルトは高価であるため、排水性舗装の施工コストが上昇する。そこで、安価な廃棄物や副産物を加工して得られた骨材を、排水性アスファルト混合物に配合して使用する検討がなされている。
たとえば特開2001-323404 号公報には、廃棄物あるいはその焼却灰を溶融する際に生じるスラグを徐冷して結晶化し、得られた粒を粗骨材として使用する排水性アスファルト混合物が開示されている。この技術では、スラグを徐冷するにあたって、特定の温度範囲を所定の冷却速度で冷却することによって、粗骨材の耐摩耗性を高めている。
【００１２】
しかしながら、廃棄物あるいはその焼却灰を溶融する際に生じるスラグは、発生量が少ない（すなわち１設備あたり数十 ton／day 程度）ので、特開2001-323404 号公報に開示された技術では、排水性アスファルト混合物の施工に必要な量の粗骨材を常に供給することは困難である。
天然の岩石からコンクリート用やアスファルト用の粗骨材を製造する場合には、まず岩石が存在する地層を発破等で崩して、大きい塊状の岩石（すなわち原石）を切り出す。この原石を破砕した後、 得られた砕石を分級して、所定の粒径を有する砕石を選別して粗骨材として使用する。
【００１３】
一般に天然の岩石から砕石を製造する場合は、１種類の粒度の砕石のみを製造することはなく、多種類の粒度の砕石を同時に製造する。たとえば、４号砕石（20〜30mm），５号砕石（13〜20mm），６号砕石（５〜13mm），７号砕石（ 2.5〜５mm），コンクリート粗骨材用2005（５〜20mm），クラッシャラン（０〜40mm）等を１基のプラントで製造している。
【００１４】
一連の破砕工程を経て得られる各種粒度の砕石の製造量と、その砕石の需要量は、必ずしも一致しない。そこで、その用途に応じて設定された粒径範囲の上限を超える砕石は、さらに破砕して分級し、用途に適した粒径を有する砕石を選別する。
天然の岩石から粗骨材を製造する場合には、このようにして原石の破砕を繰り返し行なうことによって、粉状粒子が発生する。粉状粒子は廃棄せざるを得ないので、歩留り低下の原因になる。しかも天然の岩石を切り出すことによる環境変化や、あるいは埋蔵量の減少に起因する原料コストの上昇等の問題が生じる。
【００１５】
特に、排水性アスファルト混合物の場合には、粗骨材として特定の粒径（すなわち５〜13mm）の砕石を多量に使用するので、歩留りが著しく低下する。しかも粗骨材の必要量を確保するために、原石の切り出し量が増加する。
このような排水性アスファルト混合物の問題を解決するためには、廃棄物や副産物を有効活用し、かつ強度，耐久性に優れた粗骨材を安価で安定して製造する必要がある。
【００１６】
【特許文献１】
特開2001-323404 号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、強度および耐久性に優れた安価な粗骨材を配合した排水性アスファルト混合物を提供することを目的とする。しかも本発明では、排水性アスファルト混合物の粗骨材として、高炉スラグを凝固させて破砕し、得られた砕石状緻密スラグを使用するので、天然岩石を切り出す必要はなく、環境保護に貢献できる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型に流し込んで空冷して凝固させ、厚さ10〜30mmの板状の凝固スラグとし、凝固スラグを破砕して得られた吸水率1.5％以下の砕石状緻密スラグを粗骨材として配合する排水性アスファルト混合物である。
【００１９】
前記した発明においては、砕石状緻密スラグのみを粗骨材として使用しても良いし、あるいは砕石状緻密スラグを粗骨材の一部として使用しても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の排水性アスファルト混合物に配合する粗骨材を製造するにあたって、高炉から排出された溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型に流し込む。このとき、金属製鋳型内の高炉スラグ量は、後述する板状の凝固スラグの厚さが10〜30mmとなるように調整する。
【００２１】
次いで、金属製鋳型に収容した溶融状態の高炉スラグを空冷する。ここで空冷とは、大気に放熱する冷却（いわゆる放冷）あるいは送風による冷却を指す。ただし鋳型の側壁や底面の外側に冷却配管を配設して、冷却水を流通させても良い。つまり粗骨材の原料となる高炉スラグが、水と直接接触するのを防止して、スラグ内部に気孔が生成して多孔質となること、およびＨ2 Ｓガスの発生を抑制する。
【００２２】
ここで金属製鋳型を使用する理由は、溶融状態の高炉スラグを空冷する際の冷却効率を高めて、凝固に要する時間を短縮するためである。
このようにして板状に凝固した凝固スラグ（厚さ10〜30mm）の吸水率は 1.5％以下である。なお吸水率は、ＪＩＳ規格A1110 「粗骨材の比重および吸水率試験」に準拠して測定する。この吸水率 1.5％以下の凝固スラグを破砕して得られた砕石状のスラグ（以下、砕石状緻密スラグという）を分級して粒径５〜13mmの粗骨材を選別する。なお粗骨材として使用する粒径が５〜10mmであれば、舗装体の排水性，吸音性が一層向上するので好ましい。
【００２３】
本発明の排水性アスファルト混合物は、粗骨材（粒径５〜13mm、好ましくは５〜10mm）と細骨材（たとえば細砂，石粉等）とを混合して加熱し、さらに結合剤の高粘度改質アスファルトを添加したものである。ここで粗骨材は、骨材（すなわち粗骨材および細骨材）の総量に対して80％以上配合する。なお本発明においては、砕石状緻密スラグのみを粗骨材として使用しても良いし、あるいは砕石状緻密スラグを粗骨材の一部として使用しても良い。
【００２４】
本発明の排水性アスファルト混合物を用いて路面の舗装工事を行なう際には、使用する機材や手順は、従来から知られている工法が使用できる。たとえば、アスファルトフィニッシャーで排水性アスファルト混合物を敷きならした後、 マカダムローラー，タイヤローラー等で転圧して、排水性アスファルト舗装を施工する。
【００２５】
以上に説明した通り、 本発明の排水性アスファルト混合物は、粗骨材として結晶質の砕石状緻密スラグ（吸水率 1.5％以下）を使用する。砕石状緻密スラグは、従来から知られている水砕スラグや徐冷スラグとは、特性の異なるものである。つまり、ガラス質が生成しない冷却速度で急冷して結晶質とすることによって、ガラス質の水砕スラグとは特性が異なり、しかも結晶質の徐冷スラグと比べると気孔の数が著しく小さくなっている。
【００２６】
砕石状緻密スラグの原料となる凝固スラグは、上記した通り、溶融状態の高炉スラグを金属製鋳型で空冷したものである。冷却効率を向上するために、たとえば金属製鋳型に冷却配管を配設して冷却水を流通させることは可能であるが、高炉スラグに冷却水を噴霧する等のような高炉スラグと水とが直接接触する冷却方法は採用しない。
【００２７】
その理由は、溶融状態の高炉スラグが水と接触すると、水蒸気が発生し、凝固スラグが多孔質となるのみならず、Ｈ2 Ｓガスも発生して環境汚染を引き起こすからである。つまり高炉スラグと水との接触を回避することによって、緻密な凝固スラグが得られ、強度を高めることができる。
こうして溶融状態の高炉スラグを凝固させた板状の凝固スラグの気孔率は５％程度となる。通常の徐冷スラグの気孔率は20〜40％であるから、砕石状緻密スラグは徐冷スラグに比べて著しく緻密である。
【００２８】
板状の凝固スラグの厚さが10mm未満では、破砕すると５mm以下の比率が著しく大きくなり、13〜５mm，10〜５mmの粗骨材を作製する際の歩留りが著しく低下する。一方、 30mmを超えると、冷却速度が低し、冷却する際に高炉スラグ内部からＳＯ2 ガスが発生して、気孔率が高くなり、吸水率が高く耐摩耗性の小さいアスファルト混合物用骨材に適さないものとなる。したがって、板状の凝固スラグの厚さは10〜30mmの範囲内を満足する必要がある。
【００２９】
この凝固スラグを破砕した後、６号砕石に相当する粒径５〜13mm（好ましくは５〜10mm）を分級して得られた砕石状緻密スラグを粗骨材として使用する。砕石状緻密スラグの吸水率は 1.5％以下であり、平均 0.8％程度である。通常の徐冷スラグの吸水率が３〜４％であるのに比べると、砕石状緻密スラグの吸水率は著しく減少している。つまり吸水率の小さい砕石状緻密スラグを使用することによって、舗装体として施工した後の水分の侵入を防止して舗装体の剥離を防止できるとともに、舗装体の耐久性が向上する。本発明者らが、すりへり減量を調査したところ、砕石状緻密スラグでは15％程度であり、硬質岩石と同等の硬さが得られることが分かった。
【００３０】
本発明では、厚さ10〜30mmの板状の凝固スラグを破砕するので、数百mmの大きい岩石状の塊物を破砕する場合に比べて、所定の粒径とするのに要する破砕回数が少なく、その結果、細粒あるいは粉状の粒子の発生が抑制される。天然の岩石を破砕して６号砕石（粒径５〜13mm）を製造する場合の歩留りは20〜30％であるのに対して、本発明のように厚さ10〜30mmの板状の凝固スラグを破砕して粒径５〜13mmの粗骨材を製造する場合の歩留りは約70％であり、粒径５〜10mmの粗骨材を製造する場合の歩留りは約50％である。しかも、粒径５mm未満の粒子は細骨材として利用できる。
【００３１】
本発明者らが、砕石状緻密スラグを粗骨材として配合した排水性アスファルト混合物を用いて路面を舗装した舗装体について、詳細に検討した結果、粗骨材の製造コストを削減できるのみならず、強度，耐久性，排水性，吸音性にも優れており、天然の岩石から得られる粗骨材と同等の特性が得られることが分かった。しかも砕石状緻密スラグを粗骨材として配合すると、結合剤として使用する高価な改質アスファルトや高粘度改質アスファルトの使用量を削減できることが分かった。
【００３２】
本発明の排水性アスファルト混合物を施工する際には、上記した通り、特別な機材を使用する必要はなく、従来から知られている工法を採用すれば良い。すなわち砕石状緻密スラグの粗骨材と、細目砂や石粉等の細骨材と、改質アスファルトや高粘度改質アスファルト等の結合剤とを混合し、 150〜170 ℃に加熱して施工する。このとき、結合剤の使用量は、天然の岩石から得られる粗骨材を使用する場合に比べて、削減できる。
【００３３】
その理由は次のように考えられる。すなわち、高炉スラグから製造した砕石状緻密スラグは、結合剤との付着性を判定する静的剥離試験では、天然骨材に比べてアスファルトとの付着性が劣ると評価される。しかし、細目砂や石粉も混合したアスファルト混合物として評価すると、安定度も高く、天然骨材に比べて結合剤との付着性が劣るものではない。砕石状緻密スラグの粗骨材とアスファルトとの付着性が悪いので、アスファルトの使用量を天然骨材の場合と同等に設定すると、アスファルトの一部が粗骨材や細骨材の結合に寄与するが、余剰のアスファルトは結合剤として機能しない。したがって本発明の排水性アスファルト混合物を施工する際には、この余剰に相当する量のアスファルトを削減でき、しかも舗装体として優れた強度，耐久性，排水性，吸音性を発揮するのである。
【００３４】
本発明者らが、わだち掘れ量を調査して舗装体の耐久性を評価したところ、本発明の排水性アスファルト混合物を施工した舗装体の耐久性は、天然骨材を使用した舗装体と同等の耐久性を有することが分かった。
【００３５】
【実施例】
高炉から排出された溶融状態の高炉スラグ 50tonをスラグ鍋に収容して、スラグ処理設備に運搬した。スラグ処理設備には、複数の連結された鋳鋼製鋳型を有するスラグ鋳造装置が設置されており、鋳鋼製鋳型が連続的に移動する間にスラグ鍋から高炉スラグを流し込む。 このときスラグ鍋の傾動角度を調整して、溶融状態の高炉スラグがスラグ鍋から鋳鋼製鋳型に流し込む速度を約２ ton／min とした。
【００３６】
鋳鋼製鋳型は各々幅２ｍ，長さ１ｍ，深さ15mmであり、その移動速度は、20ｍ／min とした。こうして鋳鋼製鋳型を連続的に移動させながら、鋳鋼製鋳型内の高炉スラグを空冷して凝固させた後、鋳鋼製鋳型を反転して板状の凝固スラグを剥離，落下させた。なお、凝固スラグの厚さが約20mmになるように、鋳鋼製鋳型に流し込む高炉スラグ量を調整した。
【００３７】
凝固スラグを製造することによって鋳鋼製鋳型の温度が上昇するので、凝固スラグを剥離，落下させた後、鋳鋼製鋳型に冷却水を散水した。この冷却水の使用量は、冷却水の散水から高炉スラグの流し込みの間に全て蒸発するように調整した。このようにして鋳鋼製鋳型内の高炉スラグを凝固させる段階では、高炉スラグと水とを接触させないので、 H2S等の有毒ガスは発生せず、しかも緻密な凝固スラグが得られた。
【００３８】
なお凝固スラグは、鋳鋼製鋳型から落下したときの衝撃で、数十〜数百mm程度の大きさに破壊されていた。
こうして得られた板状の凝固スラグを、高温のうちにショベルで回収し、冷却ヤードへ運搬した。冷却ヤードでは、雨水等が凝固スラグに浸入しないように、防水対策を施して空冷し、常温（すなわち通常の気温）まで冷却した。
【００３９】
次いで、凝固スラグをインパクトクラッシャーで破砕し、得られた砕石状緻密スラグを５〜13mmと５〜10mmに分級して粗骨材とした。５〜13mmの粗骨材の歩留りは70％、５〜10mmの粗骨材の歩留りは52％であった。
この砕石状緻密スラグの粗骨材の特性、および比較のために使用した硬質砂岩の粗骨材の特性を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2004204509.tif 000002
【００４１】
表１に示す通り、砕石状緻密スラグの粗骨材，硬質砂岩の粗骨材ともに、６号砕石に相当する粗骨材（粒径５〜13mm）および最大粒径を小さくした粗骨材（粒径５〜10mm）を製造し、それぞれの特性を調査した。砕石状緻密スラグの粗骨材は、硬質砂岩に比べて密度が高く、かつ吸水率が低い。
耐摩耗性の指標となるすりへり減量は同様の数値であり、砕石状緻密スラグと硬質砂岩の差異は認められない。ただし、通常の徐冷スラグ（すりへり減量25〜35％）と比べると、耐摩耗性が著しく向上している。
【００４２】
結合剤として高粘度改質アスファルトを使用して静的剥離試験を行なった結果は、表１に示す通りである。硬質砂岩ではアスファルトの剥離はないが、砕石状緻密スラグの粗骨材は数％の剥離が見られる。これは、砕石状緻密スラグの粗骨材が、アスファルトとの付着性において若干劣ることを示している。しかし、排水性アスファルト混合物として砕石状緻密スラグの粗骨材に加えて、細目砂，石粉を配合すると、実用上、支障なく使用できる。この点については、表３に示したデータに関連して詳細に後述する。
【００４３】
その他の特性については、表１に示す通り、砕石状緻密スラグの粗骨材は天然の粗骨材（すなわち硬質砂岩の粗骨材) と同等の特性を有することが分かる。
表１に示した砕石状緻密スラグの粗骨材と硬質砂岩の粗骨材を用い、さらに細骨材として細目砂および石粉を配合した排水性アスファルト混合物を製造して、その特性を調査した。砕石状緻密スラグの粗骨材，硬質砂岩の粗骨材，細骨材の配合比率は表２に示す通りである。
【００４４】
【表２】
2004204509.tif 000003
【００４５】
発明例１は粗骨材として６号砕石に相当する粒径の砕石状緻密スラグのみを使用した例、発明例２は粗骨材として６号砕石に相当する粒径の砕石状緻密スラグと硬質砂岩を使用した例、発明例３は粗骨材として最大粒径10mmの砕石状緻密スラグのみを使用した例である。
一方、比較例１は粗骨材として６号砕石に相当する粒径の硬質砂岩のみを使用した例、比較例２は粗骨材として最大粒径10mmの硬質砂岩のみを使用した例、比較例３は粗骨材として６号砕石に相当する粒径の高炉徐冷スラグのみを使用した例である。
【００４６】
これらの粗骨材と細骨材を用いて排水性アスファルト混合物を製造するにあたって、高粘度改質アスファルトの配合量はダレ試験で決定した。こうして決定した最適アスファルト量は表３に示す通りである。
なお、ダレ試験は社団法人日本道路協会から出された排水性舗装技術指針（案）の付録５「ダレ試験方法」に準じて行なっており、骨材とアスファルトをあわせた試料約２kgを混合し、これを受け皿に入れ 174℃で１時間保持した後に受け皿に付着したアスファルト質量の試験前の試料質量に対する割合を百分率で表わしたダレ量を求めるものである。
【００４７】
【表３】
2004204509.tif 000004
【００４８】
次いで排水性アスファルト混合物の特性を評価するために、各排水性アスファルト混合物で舗装体の試験片を作成し、マーシャル安定度試験，水浸マーシャル安定度試験，ホイールトラッキング試験を以下の要領で行なった。
(1) マーシャル安定度試験
評価項目：荷重を受けたときの変形に対する抵抗
試験方法：円柱状試験片（直径101.6mm ，高さ63.5mm）を作製し、破壊するまでの最大荷重（安定度）とそれに対応する変位（フロー値）を測定（水温60℃，30〜40分浸漬後）する。
(2) 水浸マーシャル安定度試験
評価項目：アスファルトと骨材との付着性
試験方法：円柱状試験片（直径101.6mm ，高さ63.5mm）を作製し、破壊するまでの最大荷重を測定（水温60℃，48時間浸漬後）する。
(3) ホイールトラッキング試験
評価項目：塑性変形に対する抵抗性
試験方法：平面試験片（縦30cm，横30cm，厚さ５cm）を作製し、車輪（直径200mm ，ゴム厚15mm）を通過（走行頻度42±１回／min ，荷重70±１kgf ）させ、わだちの深さが１mmに達するまでの車輪の通過回数を測定する。
【００４９】
これらの試験から得られた結果を表３に示す。表３から明らかなように、発明例１〜３では、比較例１〜３に比べて結合剤（すなわち各試験で用いたアスファルト）の使用量を削減できた。また発明例１〜３のマーシャル安定度も、比較例１〜３に比べて向上した。残留安定度は、発明例１〜３と比較例１〜３が同等の水準であった。
【００５０】
また排水性アスファルト混合物を施工した舗装体で最も懸念される耐久性についても、わだち掘れを評価するためにホイールトラッキング試験を行なった結果、動的安定性が4000回／mmを超え、実用上、支障のないことが分かった。高炉徐冷スラグの粗骨材を配合した比較例３では、動的安定度が著しく低くなり、排水性舗装に適用できるレベルになかった。
【００５１】
表１に示したデータによれば、上記した通り、アスファルトとの付着性において砕石状緻密スラグの粗骨材は、天然骨材に比べて劣っている。しかし細目砂，石粉を配合すると、実用上、何ら支障なく使用できることは、以上に示したデータから明らかである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明では、排水性舗装において強度，耐久性のみならず、排水性，吸音性にも優れた舗装体を形成でき、しかも排水性舗装の施工コストを削減できる。