福岡県工業技術センター
研究報告 No.29 (2019)

リサイクル原料を利用した新規アスファルト道路用表層材の開発
藤吉 国孝 *1

熊上 章太 *2

梶原 輝樹 *2

下川 裕士 *2

Development of Novel Surface Layer Material for Asphalt Road Using by Recycled
Materials
Kunitaka Fujiyoshi, Shota Kumagami, Teruki Kajiwara and Hiroshi Shimokawa

都市ゴミ焼却施設から排出される溶融スラグは，角が尖ったものが多く直接手で触ると刺さる場合があり，また，数％の水分を含んでいるため，リサイクル材としての使用が難しかった。そこで，都市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕乾燥条件について検討したところ，市販のミキサーを改造することで，磨砕と同時に乾燥も可能となり，角が丸く乾燥したスラグを作製することができた。更に，このスラグの粒度分布を調整しながらセメントに添加することで，モルタル系のアスファルト道路用表層材を開発した。従来のアスファルト道路用表層材は有機溶剤系の材料であり，下地の水系材料である路盤材が濡れたままでは施工できなかったが，下地の乾燥を待たずに施工可能な，水系の新規表層材を開発することができた。

1 はじめに年で交換する必要があると言われている。マンホール

近年の環境意識の高まりから，リサイクルの重要性の交換作業は，マンホール周囲のアスファルト部分をが増しており，従来廃棄されていた材料を原料の一部切断・撤去し，新たに受枠を設置後，路盤材を充填し，に使用した，環境配慮型の新商品開発が盛んに行われ表層材を塗布して新しい鉄蓋を被せることで行う（図ている。このような観点から，二瀬窯業(株)では，砂1）。これらの作業は，道 路 管理者から 許可さ れた期状の高炉水砕スラグを原材料の一部に利用した，セメ間・時間内に確実に終了することが必要とされているントやモルタル製品の開発に取り組んでいる。

ことから，交換のスピード化が求められている。表層

製鉄所から排出される高炉水砕スラグは角が尖った材は，路盤材（セメントを主体としたもの）を打設後ものが多く，直接手で触ると刺さる場合があり，また，乾燥するまで約１時間待機した後に，塗布する必要が数％の水分を含んでいる。そこで二瀬窯業(株)では，ある。これは，表層材にはアクリル樹脂を用いた有機

高炉水砕スラグを磨砕加工して角を丸くし，更に乾燥溶剤系のものが使用されており，施工面である路盤材させる独自技術を開発した。本技術を用いて高炉水砕が濡れていると接着不良となるためである。

スラグから砂状のリサイクル材を製作し，セメントやそこで本研究では，モルタル系材料で表層材を設計モルタル用の骨材として利用していたが，この独自のすることにした。即ち，下地である路盤材と本研究のモルタル用骨材製造技術を，高炉水砕スラグ以外の新新規表層材は共に水系材料であるため，路盤材の乾燥たな材料に展開させることが課題であった。

を待つことなく表層材の施工が可能となる。更に，高ところで，道路に設置されたマンホールは，15～20

切断撤去

炉水砕スラグ以外のリサイクル材として，都市ゴミ焼受枠設置

図1

路盤材充填

マンホール交換作業の概略写真*1 化学繊維研究所*2 二瀬窯業(株)- 5 -表層材塗布

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研究報告 No.29 (2019)
却灰溶融スラグに着目した。具体的には，本研究では，サンワサプライズ製マイクロスコープ400-CAM025を用

まず都市ゴミ焼却灰溶融スラグの組成や有害元素の有いて粒形観察を行い，角が取れて磨砕されたかどうか無について検討し，次に，磨砕・乾燥方法について検を確認した。

討した。更に，磨砕・乾燥させた都市ゴミ焼却灰溶融スラグとセメント系材料との配合条件について検討し

2-4 都市ゴミ焼却灰溶融スラグの水分量の測定た。

都市ゴミ焼却灰溶融スラグを十分に加熱・乾燥させ，乾燥前重量（W 1 ）と加熱後重量（W 2 ）から，式(1)を2 研究，実験方法用いて水分量を算出した。

2-1 都市ゴミ焼却灰溶融スラグ
本研究では，北九州市の都市ゴミ焼却施設である新水分量（重量％）＝（W 1－W2）÷W 2×100(1)門司工場から排出された焼却灰溶融スラグ（図2）を研究に用いた。

2-5 表層材の設計
本研究における表層材には，下地となる路盤材の乾燥を待たずに施工可能な，セメントを主体とした水系の材料とすることとした。更に，骨材として磨砕・乾燥させた都市ゴミ焼却灰溶融スラグを添加した環境配慮型のモルタル系の材料とすることにした。
また，商品としては，粉体，エマルジョン，顔料の図2

都市ゴミ焼却灰溶融スラグの外観写真3種で1セットとすることにした。粉体は骨材やセメント粉等を混合したものである。エマルジョンは両親媒

2-2 都市ゴミ焼却灰溶融スラグの分析方法

性化合物と水を混合したもので，粉体と混合して練混

2-2-1 主成分測定

ぜた時に標準軟度のペーストが作製できる水分量が含

都市ゴミ焼却灰溶融スラグを粉砕し，円盤状にプレまれるように設計した。また，施工現場に合わせて任ス 成 形 し ， 蛍 光 X 線 分 析 装 置 （ XRF ： リ ガ ク 製 ZSX

意に色の調製ができるように，顔料を添付することにPrimusII）を用いて，ファンダメンタル・パラメータした。施工現場では，施工箇所の色調に合うように粉法による半定量分析を行うことで，主成分測定を行っ体と顔料を混合し，更にエマルジョンを投入・撹拌した。て作製したペーストを施工箇所に塗布し，乾燥・硬化

2-2-2 微量有害物質の簡易含有量検査させて，路面等の表面仕上げを行う。

JIS K 0058-2「スラグ類の化学物質試験方法－第2部：含有量試験方法」に基づいて測定溶液を調整し、2-6 表層材粉体の作製

共立理化 学研究 所 製簡 易水 質検査器 具 パッ クテス ト

磨砕・乾燥させた都市ゴミ焼却灰溶融スラグは，目（6価クロムの測定にはWAK-Cr6＋，ふっ素の測定には

開 き 0.85 ㎜ ， 0.15 ㎜ の 2 種 の ふ る い を 用 い て ， 大WAK-F，ほうその測定にはWAK-B）を用いて，含有量を（0.85 mm以上），中（0.15 mm以上0.85 mm未満），小評価した。具体的には，パック試験チューブ内容積の（0.15 mm未満）の3種類に分類し，大・中・小の混合半分程度に検液を吸い込み，数回振り混ぜ，所定の反割合を変えながらセメントと混合させて粉体とした。

応時間後に試験チューブ内の液の色を標準色と見比べることで濃度を決定した。

2-7 表層材の分析・評価
本研究では顔料は添加せずに，粉体とエマルジョン

2-3 都市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕を混合して練混ぜ，作製したペースト及びペーストを都市ゴミ焼却灰溶融スラグを太平洋機工製ショベル硬化させて作製したモルタル供試体について，分析・羽根式高速混合機WB-600型に投入し，所定時間撹拌す評価を行った。

ることで，磨砕を行った。磨砕前後のスラグについて，- 6 -具体的には，粉体とエマルジョンを混合し，練混ぜ福岡県工業技術センター
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機（マルイ製モルタルミキサーMIC-362-1-01）を用いて作製したペーストについてJASS 15M-103に準拠して

表2

都市ゴミ焼却灰溶融スラグの有害物質含有量フロー値を測定し，流動性試験を行った。また，JIS項目

単位含有量

R 5201に準拠し，練混ぜ終了後60秒以内にペースト容カドミウムmg / kg

－

≦150

器の中に入れて表面を平滑にし，凝結の始点及び終結

鉛mg / kg－

≦150の測定を するこ とで硬 化速 度試験を 行った 。更に ，6価クロムmg / kg

<0.05

≦250

JIS R 5201に準拠し，テーブルバイブレータを用いてひ素mg / kg

－

≦150

ペーストを成形用型に詰め，所定時間後に脱型するこ純水銀mg / kg－

≦15とで，モルタル供試体（硬化体）を作製した。

セレン

mg / kg

－≦150

ふっ素

mg / kg

0≦4,000

ほう素mg / kg

5

≦4,000

作製したモルタル供試体について，JIS R 5201に準拠し，前川試験機製作所製圧縮試験機アムスラー式竪基準値型（100 kN）を用いた圧縮強さ測定及び，九州丸東製万能材料試験機丸東式デジタル（10 kN）を用いた曲

3-2 都市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕・乾燥条件の検討

げ強さ測定を行った。

都市ゴミ焼却灰溶融スラグは角が尖った粒子が多く含まれることから，施工者や製造工場従事者の健康・3 結果と考察

安全管理上，角を丸くする必要がある。そこで，磨砕

3-1 都市ゴミ焼却灰溶融スラグの成分分析

条件について検討した。また，都市ゴミ焼却灰溶融ス

本研究で使用するスラグは都市ゴミ焼却灰を原料とラグは水砕スラグであることから水分を含んでおり，していることから，組成のばらつきや有害成分が含まそのままセメントと混合するとすぐに硬化してしまうれていないかどうかが懸念される。そこで，2018年12ため，乾燥条件についても併せて検討した。

月に排出された焼却灰溶融スラグと，2019年2月に排都市ゴミ焼却灰溶融スラグを撹拌機に投入し，一定出された焼却灰溶融スラグの2種類について，蛍光X線時間後に抜き取って粒径観察を行った。その結果，撹分析を行った。その結果，主成分はケイ酸（SiO 2 ），拌前は角が尖った形状の粒子が多く見られた（図3左

石灰分（CaO）や酸化アルミ（Al 2O 3 ）であり，大きな図）が，撹拌に伴って次第に角が取れた粒子が増加し組成変動は見られなかった（表1）。

た。ここで，使用した装置は撹拌機であるが，撹拌機の中のショベル型の羽根が高速で回転することで，都表1

都市ゴミ焼却灰溶融スラグの主成分（重量％）

製造年月

SiO 2CaOAl 2O 3その他

2018年12月

3542149

2019年2月

33421510

市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕が行われたと考えられる。40分撹拌・磨砕後のマイクロスコープ像を図3右図に示すが，角が取れて丸くなった粒子が数多く見ら

ここで，溶融スラグ骨材の有害物質含有量は，JISA 5031「一般廃棄物，下水汚泥又はそれらの焼却灰を溶融固化したコンクリート用溶融スラグ骨材」により表2のように規定されている。これに対し，都市ゴミ
500 µm

焼却灰溶融スラグの蛍光X線分析の結果，カドミウム，鉛，ひ素，水銀，セレンは検出されなかった。また，

図3

蛍光X線での分析が困難である6価クロム，ふっ素，ほ像（左図：磨砕前，右図：磨砕後）う素について，パックテストを用いて簡易的に測定しれ，安全性が確保できていると判断した。

た含有量を表2に示すが，JIS A 5031で定められた基500 µm

都市ゴミ焼却灰溶融スラグのマイクロスコープ

本研究で使用した撹拌機は，稼働させると摩擦熱や準値を大幅に下回る含有量であった。

機械熱が発生する。よって，水分を含む都市ゴミ焼却- 7 -福岡県工業技術センター
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灰溶融スラグを投入して撹拌すると，磨砕と同時に乾燥も行うことができる。また，更に効率よく乾燥させるために，撹拌機に熱風発生器を接続し，約50 ℃の熱風を送り込みながら都市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕を行い，所定時間後にスラグを抜き取って水分量の測定を行った。

図4

表層材試作品の塗布・仕上げ状況

図5

表層材試作品施工後の路面状況

その結果，磨砕機の稼働時間と共に水分率は低下し，40分後には水分量0 ％と十分に乾燥することが明らかとなった（表3）。

表3

磨砕機の稼働時間とスラグの水分量

稼働時間(分)01020303540

水分量(重量％)

113.4

1.7

0.8

0.1

0

4 まとめ

3-3 表層材の配合条件の検討
磨砕・乾燥後の都市ゴミ焼却灰溶融スラグ（分級な都市ゴミ焼却灰溶融スラグの磨砕乾燥条件についてし）を用いて作製した表層材硬化体では、圧縮強度等検討したところ，市販のミキサーを改造することで，が不十分であった。そこで，大（0.85 mm以上）、中磨砕と同時に乾燥も可能となり，角が丸い乾燥したス（0.15 ～ 0.85 mm）、小（0.15 mm以下）の3種類に分ラグを作製することができた。

級し，各種配合について検討したところ，大・中・小更に，このスラグの粒度分布を調整しながらセメンの配合割合によって，圧縮強度等の物性が異なることトに添加することで，モルタル系のアスファルト道路が明らかとなった。

用表層材を開発した。従来のアスファルト道路用表層

そこで、最適と考えられる配合条件（大：約25 ％，材は有機溶剤系の材料であり，下地の水系材料である

中：約 60 ％，小：約15 ％）でセメントや添加剤と路盤材が濡れたままでは施工できなかったが，下地の一緒に混合し，表層材を作製した。この表層材試作品

乾燥を待たずに施工可能な，水系材料の新規表層材をついて，フロー値測定による流動性試験，硬化速度試開発することができた。

験及び圧縮強度試験を実施した。その結果，現在一般謝辞

的に市販されているアクリル樹脂を用いた有機溶剤系

本研究 の一部 は， 平 成29年度補正 ものづ くり・ 商の表層材と同等以上の性能であった。

業・サービス経営力向上支援補助金にて実施した。
表4

表層材の物性値
有機溶剤型

表層材

表層材

試作品

フロー値

150±15 mm

155 mm

硬化速度10～30分

始発16分，終結18分

圧縮強さ

12.0 N / mm 2以上

35.6 N / mm 2

曲げ強さ

7.5 N / mm 2以上

7.7 N / mm 2

更に，実際にアスファルト陥没部分に路盤材を充填し，乾燥前にこの表層材を塗布したところ（図4），剥離等は見られず良好な施工状態であった（図5）。

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