(57)【要約】      （修正有）【課題】難燃化処理を施し、可燃性危険物でなくした硫黄を用いて、耐わだち掘れ性等の品質及び経済性に優れた舗装体を与えるアスファルト混合物を提供する。【解決手段】アスファルト混合物の改質材として、重合性化合物もしくは重合体で変性して、難燃化処理した難燃化硫黄、さらにこれに鉱物性微粉末を加えて粒状化することによる二次難燃化処理を施し、且つ臭気低減した難燃化硫黄含有粒状物を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質材を含有するアスファルト混合物において、改質材として難燃化硫黄含有粒状物を用いることを特徴とするアスファルト混合物。
【請求項２】
難燃化硫黄含有粒状物が、重合改質した硫黄を鉱物性微粉末の共存下に溶融したのち冷却固化した粒状物からなる請求項１に記載のアスファルト混合物。
【請求項３】
芳香剤を含有する請求項１または２に記載のアスファルト混合物。
【請求項４】
難燃化硫黄含有粒状物をアスファルトプラントのパグミルミキサ内に投入し、加熱骨材および／または溶融アスファルトとの熱交換によって硫黄分を溶解させることを特徴とするアスファルト混合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アスファルト混合物およびその製造方法に関し、特に品質および経済性に優れた舗装体を与えるアスファルト混合物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
舗装体に用いられるアスファルト混合物は、適当な粒度分布を有する砕石、砂等の骨材に一般的には加熱溶融した針入度が４０〜１００の範囲にあるストレートアスファルトを添加して混合したものである。しかし、幹線道路等においては、交通量の増加、特に大型車交通量の増加により、ストレートアスファルトを使用したアスファルト混合物からなる舗装においては、とりわけ路面温度が高くなる夏期においてわだち掘れが生じている。わだち掘れは、路面の平坦性を低下させ車両の走行快適性を損なうだけではなく、降雨時においては雨水がわだち内に滞留して車両のスリップや水跳ねによる視界不良を引き起こし、交通安全上の大きな問題となっている。
【０００３】
これらの理由により、わだち掘れ対策として改質アスファルトを使用するケースが増えている。アスファルトの改質は、ストレートアスファルトに改質材を混合することにより、軟化点、タフネス（把握力）・テナシティ（粘結力）および粘度特性を改善することを目的とする。改質アスファルトを用いることにより、流動や摩耗によるわだち掘れの発生および低温クラック等のひびわれの発生を低減することができる。
【０００４】
改質材としては、一般的にはゴムエマルジョン、熱可塑性樹脂、最近ではそれらの中間的な性質を示す熱可塑性エラストマー等が用いられている。熱可塑性エラストマーの例としては、ＳＢＳ（スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー）やＳＩＳ（スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー）等がある。しかし、これらの改質材は高価であるため、改質アスファルトの価格は通常のストレートアスファルトの価格の１．５〜２倍程度にも達する。さらに、原油価格の上昇によりアスファルト価格が上昇傾向にあることから、安価で耐わだち抵抗性に優れた改質材の開発が求められている。
【０００５】
一方、硫黄は現在、主として石油精製の過程において多量に副生している。従来、これらの硫黄は主として肥料等の農業製品、硫酸等の化学製品の原料として使用されてきた。近年の環境負荷低減を目的とした環境基準の強化により、石油精製会社はＳＯＸやＮＯＸを削減するために、ガソリン、軽油等の燃料油からより多くの硫黄分を取り除くことを求められている。その結果、硫黄の生産量は今後大きく増加することが見込まれており、現状のまま硫黄の消費量が増加しなければ、硫黄の処理は大きな問題に発展すると思われる。
【０００６】
硫黄はアスファルトと同様に熱可塑性であるため、溶融状態で比較的容易にアスファルトと混合することができる。また、硫黄を主成分とするバインダーを使用した硫黄混合物は、セメントコンクリート以上の強度を示すことから、硫黄をアスファルトの改質材として利用する試みは以前から行われてきた。その結果より、硫黄はアスファルトの粘性を増大させ、耐わだち抵抗性の改善および低温クラックの防止に効果があることは従来認識されていた。さらに、硫黄はアスファルトよりも安価であり、硫黄の添加量分のアスファルト量を減らすことができるため、材料コストの低減効果も大きい。しかし、硫黄は消防法危険物第２類に分類される可燃性危険物であり、既設のアスファルトプラントに溶融硫黄専用の貯蔵タンクや配管設備を追加する必要性、運搬・貯蔵時の制約、溶融硫黄から発生する臭気や有毒ガスが周辺環境に与える影響への懸念等のため、硫黄で改質されたアスファルト混合物は実用されるには至っていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、硫黄を使用したアスファルト混合物を、安全に、安価に、効率的に製造し、提供することを目的とする。また、アスファルト混合物の製造時に発生する臭気が周辺環境に与える影響を最小限にする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１に、改質材を含有するアスファルト混合物において、改質材として難燃化硫黄含有粒状物を用いることを特徴とするアスファルト混合物である。
本発明は、第２に、難燃化硫黄含有粒状物が、重合改質した硫黄を鉱物性微粉末の共存下に溶融したのち冷却固化した粒状物からなる上記のアスファルト混合物である。
【０００９】
本発明は、第３に、芳香剤を含有する上記のアスファルト混合物である。
本発明は、第４に、難燃化硫黄含有粒状物をアスファルトプラントのパグミルミキサ内に投入し、加熱骨材および／または溶融アスファルトとの熱交換によって硫黄分を溶解させることを特徴とするアスファルト混合物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、耐わだち抵抗性等の優れた特性を有する舗装体を与えるアスファルト混合物を安価なコストで製造することができる。また、このような混合物を使用することにより舗装体の寿命を延長することができるため、道路のライフサイクルコストを低く抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明で用いる難燃化硫黄含有粒状物は、硫黄を難燃化することにより消防法危険物第２類に該当しない非危険物とした粒状物である。硫黄の難燃化方法としては、硫黄と硫黄変性剤とをたとえば１１０〜１５０℃で溶融混合して重合改質する方法を典型例として挙げることができる。このときに使用する硫黄変性剤としては、シクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、ジペンテン、ビニルトルエン、ジシクロペンテン、シクロオレフィン酸およびこれらのオリゴマー類等のオレフィン性化合物ないし重合体を挙げることができる。また、このときの硫黄変性剤の配合割合は、硫黄と硫黄変性剤との合計質量に対して、通常０．０１〜３０質量％、好ましくは０．１〜２０質量％である。このようにして一次難燃化した硫黄に、溶融下で鉱物性微粉末等を配合してさらに難燃化（二次難燃化）し、冷却固化して粒状物とする。
【００１２】
鉱物性微粉末の例としては、天然骨材、人工骨材、スラグ、石炭灰およびゴミ焼却灰等の産業廃棄物がある。鉱物性微粉末の配合比は、改質材全体に対する重量比で２０〜５０％程度、粒径はその７０％以上が７５μｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
改質材を粒状化する方法としては、溶融混合物を直接ペレット化する方法、一旦溶融混合物を冷却・固化した後、破砕または粉砕する方法がある。粒状物の形状や大きさに特に制限はなく、取り扱い易い形状や大きさが適宜選択される。形状としては、錠剤状、ペレット状、スレート状、チップ状、粒状、粉末等がある。大きさとしては、最大粒径が、混合物製造時の溶融の容易さを考慮すると、２５ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下が好ましい。
【００１４】
このようにして得た難燃化硫黄含有粒状物をアスファルト混合物の改質材として使用することにより、運搬時にローリ車等の溶融材料専用運搬車を用いる必要がなくなり、ダンプトラック等の一般的な運搬車両を使用することができる。また、難燃化硫黄含有粒状物は固体であるためアスファルトプラントに貯蔵タンク等の専用設備を設ける必要がなく、一度に大量の改質材を運搬、貯蔵することが可能である。さらに、難燃化されていない硫黄を粒状化してパグミルミキサへ投入すると粉塵爆発を起こす可能性があるが、本発明で使用する改質材は難燃化されているのでその恐れが少ない。
【００１５】
改質材を破砕または粉砕する方法としては、改質材を固化した後、従来から砕石等を製造するのに使用されているクラッシャ等の既存装置を用いる方法がある。しかし、より粒径の小さな改質材を製造するためには、溶融状態の改質材をベルトコンベア等の上に目標最大粒径と同程度の厚さに薄く敷き均し、自然冷却または水冷等による強制冷却をした後に、クラッシャ等の既存装置を用いて粉砕する方法が効率的である。造粒の方法としては、溶融状態の材料を液滴する方式が適しており、薬品やプラスチック製造の分野で使用されている技術が適用できる。
【００１６】
本発明における改質アスファルト混合物の製造方法は、改質材の投入を除けば通常のアスファルト混合物の製造方法と同じである。ストックヤードに貯蔵した各骨材をコールドホッパへ投入し、配合設計で決められた割合でコールドフィーダによりドライヤへ送る。ドライヤにて加熱した骨材は、ホットエレベータにてバッチタワーの上部へ上げ、振動フルイにより分級し、サイズごとに各ホットビンへと投入する。製造バッチ毎に配合設計で決められた量および割合の骨材をホットビンから計量槽へ移し、計量を行った後にパグミルミキサへと投入する。そして、これに配合設計で決められた量のアスファルト、石粉とともに改質材を添加して加熱混合することにより、本発明のアスファルト混合物が得られる。
小さな形状に加工した改質材をアスファルト混合物へ添加するためには、以下のような方法がある。
【００１７】
（１）改質材をパグミルミキサ内へ投入して加熱骨材と混合する。数秒〜数十秒間混合して骨材の熱により改質材が融解し、骨材表面が改質材でコーティングされた後、アスファルトを添加する。
【００１８】
（２）アスファルトをパグミルミキサ内へ投入して加熱骨材へ投入する。数秒〜数十秒間混合し、骨材表面がアスファルトでコーティングされた後、改質材を投入する。改質材は、アスファルトおよび骨材の熱により融解する。
（３）アスファルトと改質材を同時にパグミルミキサ内へ投入して加熱骨材と混合する。改質材は、アスファルトおよび加熱骨材の熱により融解する。
【００１９】
（４）アスファルトプラントのアスファルト貯蔵タンクの中に、改質材を投入し溶解させる。最低数分間攪拌し、均一に混合した後、ミキサ内へ投入して加熱骨材と混合する。
（５）アスファルトプラントにアスファルトを搬入する前に、アスファルト製造工場または貯蔵施設においてアスファルトと改質材とを混合する。
【００２０】
上記のいずれの方法においても、アスファルトおよび硫黄（改質材）は両方とも熱可塑性の物質であるため、その過程において十分均一に混合することが可能である。
（４）、（５）のように、ミキサに投入する前にあらかじめ改質材とアスファルトとを混合しておくことは可能であるが、アスファルトプラントにおいて通常の種類のアスファルト混合物も製造することを考慮すると、バインダーの混入を防ぐため、バインダー貯蔵タンクからミキサまでの計量装置も含めた配管を２系統設ける必要がある。したがって、既設のアスファルトプラントへ設備を追加することなく、本発明におけるアスファルト混合物を製造するためには、小さな形状に加工した改質材を直接ミキサへ投入する（１）、（２）または（３）の方法が望ましい。これらの方法においては、改質材はミキサ内において加熱骨材および溶融アスファルトと熱交換を行うことによって溶融状態となり、アスファルト混合物へ均一に混合される。この時、骨材温度は改質材の融解を容易にするためにある程度高いことが望ましいが、高すぎるとＳＯ２やＨ２Ｓ等の有毒ガスの発生量が多くなることを考慮すると１３０〜１８０℃程度が適当である。
【００２１】
小さな形状に加工した改質材は、その使用量が少ない場合は、人力にてパグミルミキサに設置されている添加剤投入口より投入しても構わないが、その使用量が多い場合は、添加剤自動投入装置を用いることが望ましい。この場合、有毒ガス発生箇所に人員を配置する必要がないため、作業環境の改善にも繋がる。
【００２２】
アスファルトと改質材の配合割合に特に制限はない。ストレートアスファルト（針入度６０〜８０）は１６０℃における粘度が約１８０ｃｐ程度であるが、改質材の粘度は１４００ｃｐ程度であるため、改質材の配合割合が大きい方がバインダーの粘度が大きくなり、より高い改質効果が得られる。しかし、改質材の配合割合が大きいと、硫黄の融点はアスファルトよりも高いのでアスファルト混合物の製造温度を高くする必要があり、その場合にアスファルト混合物から発生する硫黄臭や有毒ガスの量が増し、周辺環境への影響が懸念される。また、アスファルト混合物からなる舗装体の剛性も増すため、セメントコンクリートのように収縮・膨張クラックが発生する可能性もある。逆に、改質材の配合割合が小さいとアスファルト混合物に対する改質効果が十分発現せず、強度面での期待はできない。供試体による強度試験、その他特性試験の結果より、バインダー全体重量（アスファルトと改質材との合計重量）に対する改質材の配合割合は、約５０〜８０％であることが望ましい。しかし、この数値より改質材の配合割合を小さくした場合でも、アスファルトを安価な硫黄改質材で置き換えることができるため、経済的なメリットは大きい。
【００２３】
改質したバインダーの添加量（アスファルトと改質材との合計重量）は、体積比では通常のアスファルト混合物の製造時に添加するアスファルト量とほぼ同じである。しかし、重量比では、硫黄の比重がアスファルトに比べて大きいため、改質材とアスファルトの配合割合に応じて変化する。
【００２４】
上記の製造方法（１）、（２）および（３）の場合、改質アスファルト混合物のミキサにおける混合時間も、改質材の配合割合により調整する必要がある。改質材の形状にもよるが、改質材の配合割合が大きい程、改質材がミキサ内で融解するために要する時間は長くなるため、混合時間を延長する必要がある。標準的な混合時間としては５０〜１００秒である。
【００２５】
硫黄を主成分とする改質材は、溶融時に硫黄臭を発散して周辺環境に影響を与える恐れがあるので、改質材から発生する硫黄臭を低減するために芳香剤を添加することが有効である。芳香剤の種類としては、酢酸アミルやアミルアセテート等がある。芳香剤の添加量は、改質材の配合割合にもよるが、バインダー全体重量の０．１〜０．３％程度が適当である。これらの芳香剤は、あらかじめ改質材またはアスファルトに添加することが適当であるが、改質材に添加した方が改質材製造時およびアスファルト混合物製造時の両方の消臭効果が期待できるため望ましい。また酸化鉄、製鋼スラグ等の酸化鉄分を含む微粉材料は、硫黄から発生する有毒ガスを吸収することが知られている。したがって、このような材料を改質材に添加することも、臭気低減対策として有効である。
【００２６】
［実施例］
以下に、硫黄を主成分とした改質材を使用したアスファルト混合物の製造実施例を示す。
材料配合割合：
【００２７】
【表１】
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【００２８】
製造方法：
（１）石油精製の過程で得られた溶融状態の硫黄に対して重量比で４．０％の石油系オレフィン酸を混合し、改質硫黄を製造した。
（２）溶融状態の改質硫黄と火力発電所から排出された石炭灰を重量比で２：１となるように混合し、さらにアミルアセテートを全体重量の０．３％混合した。
【００２９】
（３）製造された硫黄中間資材を冷却固化した後、破砕機により最大粒径が５ｍｍ程度となるように粉砕し、改質材を製造した。
（４）アスファルト混合物の製造は、既設のアスファルトプラントにて行った。バインダーと混合する骨材は、通常のアスファルト混合物に使用されるものと同様の天然骨材を使用した。
【００３０】
（５）骨材がストックヤードからミキサへ投入されるまでの過程は、通常のアスファルト混合物と同様とした。ドライヤにおける骨材の加熱温度は１７０℃を目標とした。
（６）ミキサ内に骨材計量槽より加熱骨材を投入した後、ドライミキシングで約５秒、改質材をミキサの添加剤投入口より投入してから約３０秒、アスファルトをアスファルト計量槽より投入してから約５０秒混合した。
【００３１】
試験結果：
アスファルト混合物の試験の結果、マーシャル安定度は３０ｋＮ以上、動的安定度は３０，０００回／ｍｍ以上を記録し、わだち掘れに対する抵抗性が非常に高いことが実証された。