改質材 SBR A A S S 4 わだち掘れひび割れ多様化現年 Ⅰ 型 Ⅱ 型温高温までれたパフォーマンス Ⅱ 型 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型多様化する改質 As 鋼床版用積雪寒冷地用高耐久型交差点用薄舗装等温

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さやてらわ
5 years ago
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1 技術報文舗装の性能向上に貢献するポリマー鈴木とおる * 平成 24 年 3 月 1 日 ~ 2 日に東京都渋谷区で開催された第 90 回アスファルトゼミナールで報告した内容について一部加筆修正して掲載いたします 1. はじめにわが国における道路整備は日本経済の発展とともに成長し現在までに 120 万kmにもおよぶ道路網を構築してきた道路網は国民の生活を支え災害時にも大きな役割を担っているしかし近年社会情勢の変化からその予算が縮小する一方でこれまで整備してきた舗装ストックの老朽化に伴う維持管理費が増加しているよりよい道路を提供しつづけるためにはこれまで以上に効率よくかつ効果的に道路舗装を管理していくことが求められている今回開催されたアスファルトゼミナールでは舗装の性能と発注というテーマで道路整備の現状維持管理の課題および舗装性能の高度化に向けた取り組みが各機関より紹介された当協会においてもポリマー ( 以下 P M A ) の技術を通じてアスファルト舗装の性能向上を目的とした活動を行っている現在 PMA は舗装の耐久性向上だけでなく交通安全対策や沿道環境改善としても利用され道路舗装の必需品になっているアスファルトゼミナールでは舗装の性能向上を切り口に PMAの基本技術その歴史および各種 PMA の性能を紹介した以下にその内容について報告する 2. ポリマーは改質する方法の違いによって PMA セミブローンアスファルトおよび硬質アスファルトなどに分けられる PMAと称するものはストレートアスファルトにポリマーや添加剤を加えて製造するものでありポリマーはストレートアスファルトの感温性や粘着性を改善し添加材は剥離抵抗性などの性質を改善しているアスファルトに使用されるポリマーは歴史的に振り返ると SBR 等のゴム系材料あるいは EVA( エチレン酢酸ビニル共重合体 ) 等の熱可塑性樹脂といった様々な材料が使用されてきた ( 図 1) しかし近年では SBS( スチレンブタジエンスチレン共重合体 ) という熱可塑性エラストマーのアスファルトへの応用が実用化され今日のPMAにおける改質材の主流となっているこのポリマーは低温から高温に至る幅広い温度領域においてそれまでのポリマーにはない優れた改質効果を発現するとともに施工性にも優れる特長を有しているこの特長に着目してポリマーおよびのメーカーは盛んにその研究を進めその結果現在のポーラスアスファルト舗装用のバインダ (PMA-H 型 ) に代表されるように様々な性能を有するPMA が開発されるようになった * すずきとおる一般社団法人日本協会技術委員 ( ニチレキ株式会社技術研究所 ) 12

2 改質材 SBR A A S S 4 わだち掘れひび割れ多様化現年 Ⅰ 型 Ⅱ 型温高温までれたパフォーマンス Ⅱ 型 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型多様化する改質 As 鋼床版用積雪寒冷地用高耐久型交差点用薄舗装等温化 2 1 ポリマーの歴史 PMAのこれまでの歴史は表 1に示すとおりであり改質材の変遷から大きく 5つの期に分けることができるこれによれば PMAの歴史は求められる舗装の要求性能とともに発展してきたことがわかる図 1 改質材 ( ポリマー ) の歴史 1) 表 1 PMA の歴史 2) 歴史西暦概要改質 As 求められる舗装性能第 Ⅰ 期第 Ⅱ 期第 Ⅲ 期第 Ⅳ 期第 Ⅴ 期 1947 ( 米で合成ゴムラテックス入りの試験施工 ) 1950~ 1960~ 1967~ 1978~ 1988~ 改質アスを使用した小規模試験舗装北海道大学がゴム入りアスの研究を開始研究成果 (SBR/NRラテックス ) を使用した積雪寒冷地での試験施工札幌市 1965 年各種研究成果をもとに建設省 ( 現国土交通省 ) 北海道開発局による改質アスの供用性の検討のための本格的試験舗装の実施改質アス ( ゴム入り As) 舗装の技術向上のための研究開始ゴム入り Asの標準的性状が舗装要綱に記載改質材の変換 : 熱可塑性エラストマー (SBS) 排水性 / 低騒音舗装の普及に伴い高粘度 Asが急増しまた各種の要求性能に対応した改質 Asが施工される品質の標準化 (JMAAS-01) 2006 年舗装施工便覧改定で名称が変更ゴム入り As 樹脂入り As セミブローンタイプ本四改質 Ⅰ 型筑波 1 号ゴム樹脂入り As 改質 Ⅰ 型 Ⅱ 型ポリマー改質 As Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 Ⅲ 型 -W -WFH 型 H 型 -F 等主に舗装路面の荒れひび割れへの対応飛散抵抗性摩耗わだち掘れ対策交通量増加に伴う流動わだち掘れ対策重交通路線の流動わだち掘れスパイクタイヤによる摩耗わだち掘れひびわれの破損に対する本格的試験施工要求性能の多様化超重交通橋梁鋼床版ポーラスアスファルト積雪寒冷地高耐久等 1 第 Ⅰ 期第 Ⅰ 期は1950 年代であり舗装路面の荒れやひび割れへの対応として試験的にゴムを添加したアスファルトが国内で初めて使用された 2 第 Ⅱ 期第 Ⅱ 期はゴム入りアスと称する改質アスが開粒度混合物を用いたすべり止め舗装の骨材飛散および積雪寒冷地域におけるタイヤチェーンの摩耗わだち掘れの対策として適用された 3 第 Ⅲ 期第 Ⅲ 期は経済発展に伴う本格的なモータリゼーションが到来し交通量の増加や交通荷重の増大による流動わだち掘れが社会問題になり舗装の塑性変形抵抗性を向上させるために様々なが適用されたしかし硬くするだけのではクラックの発生を招くなどの課題も生じたこの頃よりゴム系以外の改質材の検討が進みその中で靭性にも優れた樹脂入りアスファルトが注目された 4 第 Ⅳ 期第 Ⅳ 期は流動わだち掘れ摩耗わだち掘れおよびひび割れの3 種類の破損が道路舗装の問題となりその対策としてゴム系と樹脂系のポリマーを併用した PMAが開発され本格的な施工が実施されたまたこの頃よりがアスファルト舗装要綱に記載され一般材料として普及が始まった 5 第 Ⅴ 期第 Ⅴ 期は SBSを用いたPMAの時代到来である PMAの技術向上に併せるように道路舗装に対する要求性能が多様化しそれにより様々なバインダが開発されていった代表例には塑性変形抵抗性が向上 No

3 したもの混合物の剥離抵抗性やたわみ抵抗性が向上したものさらにはポーラスアスファルト用のバインダが挙げられ用途や種類も様々に広がったまた PMA が多様化するのに伴ってバインダ性状の標準化および新たな試験法の確立が求められるようになり公的機関との共同研究を通じて新たな評価法および品質規格が定められた 2 2 ポリマーの規格現在のPMAの品質規格を表 2にその主な用途を表 3に示す Ⅰ 型 Ⅲ 型は密粒度および粗粒度等の混合物に用いられ塑性変形抵抗性が求められる大型車交通量の大きさに応じて Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型の順で適用されるまた橋面舗装のように剥離抵抗性が求められる用途に対しては Ⅲ 型 -W(Water-resistance) や可撓性を付与して疲労抵抗性を向上させた Ⅲ 型 -WF(Flexibility) がありコンクリート床版上および鋼床版上の橋面舗装に適用されるポーラスアスファルト舗装用のバインダには H 型および H 型 -Fがあり前者は一般地域用後者は寒冷地域用に適用されるこれらのバインダの特長は表 4および表 5に示すとおりであり PMAを選定する際の参考にして頂きたい 2 3 特殊なポリマー表 2 表 5に示す一般品の他にも高耐久型ポーラスアスファルト用などの様々な PMA が各メーカーより市販されている特にポーラスアスファルト舗装に対しては混合物の耐久性を確保するためにバインダの性能に頼るところが大きいことから多くの種類が開発されている性能項目耐流動性耐摩耗性表 4 PMA の種類と特長 1 バインダ性能 ( ストアス )<Ⅰ 型 <Ⅱ 型 <Ⅲ 型 Ⅲ 型 -W Ⅲ 型 -WF ( ストアス )<Ⅰ 型 <Ⅱ 型 Ⅲ 型 Ⅲ 型 -W Ⅲ 型 -WF はく離抵抗性 ( ストアス )<Ⅰ 型 <Ⅱ 型 <Ⅲ 型 <Ⅲ 型 -W Ⅲ 型 -WF たわみ性疲労抵抗性 ( ストアス )<Ⅰ 型 <Ⅱ 型 <Ⅲ 型 Ⅲ 型 -W<Ⅲ 型 -WF ( ストアス )<Ⅰ 型 <Ⅱ 型 <Ⅲ 型 Ⅲ 型 -W<Ⅲ 型 -WF 表 5 PMA の種類と特長 2( ポーラスアスファルト用 ) 性能項目ポーラスアスファルトの低温時の骨材飛散抵抗性バインダ性能 H 型 < H 型 -F 表 2 ポリマーの品質規格 3) 種類ポリマー Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型項目付加記号 -W -WF -F 軟化点 50.0 以上 56.0 以上 70.0 以上 80.0 以上伸度 ( 7 ) cm 30 以上 (15 ) cm 30 以上 50 以上 50 以上タフネス (25 ) N m 5.0 以上 8.0 以上 16 以上 20 以上テナシティ (25 ) N m 2.5 以上 4.0 以上粗骨材の剥離面積率 % 5 以下フラース脆化点 -12 以下 -12 以下曲げ仕事量 (-20 ) kpa 400 以上曲げスティフネス (-20 ) kpa 100 以下針入度 (25 ) 1/10 mm 40 以上薄膜加熱質量変化率 % 0.6 以下薄膜加熱後の針入度残留率 % 65 以上引火点 260 以上密度 g/ cm3 試験表に付記最適混合温度試験表に付記最適締固め温度試験表に付記付加記号の略字 W: 耐水性 (Water-resistance) F: 可撓性 (Flexibility) 14

4 混合物機能主な適用箇所表 3 ポリマーの種類と用途 3) 種類 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型付加記号 -W -WF -F 適用混合物密粒度細粒度粗粒度等の混合物に用いる Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型は主にポリマーの添加量が異なるポーラスアスファルト混合物に用いられるポリマーの添加量が多い塑性変形抵抗性一般的な箇所大型車交通量が多い箇所大型車交通量が著しく多い箇所及び交差点摩耗抵抗性積雪寒冷地域骨材飛散抵抗性耐水性橋面 ( コンクリート床版 ) たわみ追従性橋面たわみ小 ( 鋼床版 ) たわみ大排水性 ( 透水性 ) : 適用性高い : 適用可能空欄 : 要検討主だったものは以下に示すとおりである 1 高耐久型ポーラスアスファルト用 H 型の骨材把握力をさらに高めることでポーラスアスファルト舗装の耐久性向上が図れ混合物の高空隙率化および小粒径化が可能になる排水能力および低騒音性の向上として使用される 2 寒冷地高耐久型ポーラスアスファルト用 H 型 -Fよりも低温時の骨材飛散抵抗性がさらに優れたバインダであり積雪寒冷地域の耐久性向上を目的に使用される 3ねじれ抵抗性改善型ポーラスアスファルト用混合物の高温時における強度が高くねじれに対する骨材飛散抵抗性が改善する重交通路線の交差点部に使用される 4 鋼床版上のポーラスアスファルト用可撓性に優れたバインダでありポーラスアスファルト混合物のたわみに対する追従性および疲労抵抗性が向上し鋼床版上のポーラスアスファルトに使用される 5 再生改質混合物用アスファルト舗装からの発生材が再利用できるように設計された PMA であり Ⅱ 型を対象としたものから最近ではポーラスアスファルトを対象としたものが開発されている 6 重荷重用物流コンテナヤードではコンテナを運搬する車両の大きな輪荷重によって一般の道路舗装よりも大きなわだち掘れが発生しやすい傾向にある重荷重用は Ⅲ 型よりも塑性変形抵抗性を高めることでこのような条件下にあっても供用期間を延長することができる 7 中温化混合物用地球環境保全の観点から全産業分野で低炭素社会の実現に向けた取り組みが求められているこのPMAは混合物の取り扱い温度を従来よりも低くすることができることから混合物製造時の骨材加熱に必要な燃料消費量が削減でき今後の利用促進が期待されるバインダである近年最も新しいタイプの PMA であり次章でさらに詳しく紹介する No

5 8その他上記以外にも周囲景観との調和に対するカラー用のバインダおよび舗装厚さを薄くして路面機能を回復させる薄層舗装用のバインダがあるその後は道路予算の大幅な削減による工事量の減少にともない徐々に需要は減少もしくは横ばいの傾向にあるが混合物全出荷量に対する混合物の比率は増加傾向を示している 16 このように PMA は路面機能の多様化およびコスト縮減に貢献しているまたプレミックスタイプの PMA が現在の主流となっているが少量でも混合物の製造が行えるプラントミックス用の改質材も市販されており当協会からの資料等を参考にして頂きたい 2 4 出荷量の推移と現状 PMA の普及に関して第 Ⅴ 期以降の出荷量の推移を図 2 に示す PMA は初めてその適用が試みられてから年々数量が増加しさらには 1988 年のアスファルト舗装要綱の改定時によって一般材料として認知されたこともあり急速にその需要がを伸ばしてきた 1989 年頃には高粘度アスファルト ( 現在の PMA-H 型 ) の適用が始まり 1996 年に排水性舗装技術指針 ( 案 ) が発刊されたのを期にその需要が急増した 2002 年には 43 万トンというこれまで最も多くの PMA が出荷されたなお PMA 総出荷量の内訳けは Ⅱ 型および H 型が多くを占める量 ( ton) ポリマー量ポリマー Ⅱ 型量ポリマー H 型量混合物量に対する混合物の率 : 本アスファルト合材年より年図 2 ポリマーの出荷量度混合物率 (%) 2 5 ライフサイクルコスト PMAを用いることによるライフサイクルコストの低減に関して図 3は本誌に紹介された報文より抜粋したパフォーマンスカーブを示すものである 2) 報文によれば累積大型車交通量に伴う Ⅱ 型の MCI ( 維持管理指数 ) の変化はストレートアスファルトよりも緩やかであり MCIが4 以下で修繕を必要とした場合のⅡ 型の修繕期間はストレートアスファルトの1.8 倍に延長するこの修繕期間の延長に伴う経済性評価の算定結果は適用条件にもよるが Ⅱ 型を使用することによって道路管理者費用は 40 年間で508 億円低減すると報告している M 改質 Ⅱ 型ストアス 4 ストアス y x R 改質 Ⅱ 型 y x R 要線目 M 4 以下積大型車交通量 ( / 車線 ) 図 3 MCI のパフォーマンスカーブ 2) 3. 中温化ポリマーここでは最近になって開発された中温化 PMAについて述べる中温化 PMAとは従来の PMAとバインダの性状が同じでありながら混合物の締固め性を改善すること

により混合物の製造温度および施工温度を従来より低くすることができるバインダである現在 PMA の中でも特に需要の多い Ⅱ 型や H 型に対する技術開発が進み多くの製品が市場に投入されているそれらの取り扱い温度や施工事例などを以下に紹介する (1) 混合物の製造温度従来の PMA 混合物の製造温度は 170 180 であるのに比べ中温化 PMA はそれより 30 程度低い

6 により混合物の製造温度および施工温度を従来より低くすることができるバインダである現在 PMA の中でも特に需要の多い Ⅱ 型や H 型に対する技術開発が進み多くの製品が市場に投入されているそれらの取り扱い温度や施工事例などを以下に紹介する (1) 混合物の製造温度従来の PMA 混合物の製造温度はであるのに比べ中温化 PMA はそれより 30 程度低いで混合物を製造することができるこのことは PMA がストレートアスファルト混合物と同等あるいはそれ以下の温度で混合物を製造することが可能であることを示している (2) 混合物の締固め性図 4 は中温化ポリマー混合物の締固め性に関する評価事例である締固め温度を変えたマーシャル供試体の密度によって混合物の締固め性を評価した結果中温化 PMA は従来より 30 低くした温度においても一般の PMA と同等の密度を得ることができる締固め度 ( ) 温化ポリマー Ⅱ 型ポリマー Ⅱ 型締固め可能温度域一般品温化目標とする締固め度 99% 以上締固め温度 ( ) 図 4 締固め温度と締固め度の関係 4) ( 3 ) 施工性写真 1 は中温化混合物の施工状況である施工は一般の施工機材で行え通常より 30 低い温度においても施工性は良好である (4) 締固め度図 5 は現場の締固め度を示したものである締固め度は平均で 98.8% であり冬期の施工においても Ⅱ 型および H 型ともに 98.1% 以上の締固め度が得られている締固め度 ( ) ( 5 ) 供用性 99.9 H 写真 1 中温化混合物の施工状況 (Ⅱ 型 ) 4) 98.4 H H H H 98.1 H23.2 写真 2 は N7 交通路線で表層に H 型基層に Ⅱ 型の中温化 PMA を使用した施工現場の事例である施工後約 1 年半を経て重交通道路にあっても良好な供用性を示すことが確認された H23.2 図 5 各種現場ごとの締固め度 5) 98.8 H23.2 No

写真 2 供用状況 (H 型 ) 6) 現在全国各地において中温化 PMAを用いた混合物の施工が行われている製造温度を下げて施工する低炭素舗装を目的とする施工以外にも寒冷期の施工性改善あるいは早期交通開放を目的に施工する場合など使用目的も多岐に渡っているこれらのことから中温化 PMA の利用が進みその施工実績は 10 万m2を越すとされる参考文献 1)AKIYOSHI

7 写真 2 供用状況 (H 型 ) 6) 現在全国各地において中温化 PMAを用いた混合物の施工が行われている製造温度を下げて施工する低炭素舗装を目的とする施工以外にも寒冷期の施工性改善あるいは早期交通開放を目的に施工する場合など使用目的も多岐に渡っているこれらのことから中温化 PMA の利用が進みその施工実績は 10 万m2を越すとされる参考文献 1)AKIYOSHI HANYU:Transition of Polymer Modified Asphalt in Japan / 5th International Committee on Road and Airfield Pavement Technology ) 深代勝弘 : ポリマーの将来展望 / 31 3) 日本協会 : ポリマーポケットガイドブック ) 平戸利明 : プレミックス型中温化ポリマーの開発 / 36 5) 小野寺陵太郎 : 中温化ポリマーに関する評価 / 37 6) 丸山陽 : 中温化を用いた施工に関する効果検証報告 / 第 29 回日本道路会議論文集おわりに舗装の要求性能に着目しポリマーの変遷や技術の動向などを紹介した日本協会では時代要請に対応した様々な特性をもつ PMAの開発を進めている道路予算が削減に向かうなか今後も常に安定した品質の製品提供に努めるとともにさらなるパフォーマンス向上やコスト縮減への取り組みが問われているまた利用が進んでいる特殊用途のPMAに関しても品質の標準化を進めて利用者が活用しやすい情報の提供にも努める必要がある当協会では関係各位からの御指導をいただきながら今後もポリマーの技術開発を通じて社会貢献を図るべく活動して参りますので変わらぬご支援やご愛顧のほどをこの場を借りてお願い申し上げます 18

日本の経済力を支える道路ネットワークは私たちにとって非常に重要なツールの一つです一方で大量輸送に伴う車両の大型化や交通集中による渋滞などの交通条件さらには温暖化等による気温上昇や集中豪雨それに積雪などの気象条件が加わり道路舗装は日々摩耗変形ひび割れなどに代表される破壊を受けており

日本の経済力を支える道路ネットワークは私たちにとって非常に重要なツールの一つです一方で大量輸送に伴う車両の大型化や交通集中による渋滞などの交通条件さらには温暖化等による気温上昇や集中豪雨それに積雪などの気象条件が加わり道路舗装は日々摩耗変形ひび割れなどに代表される破壊を受けており街角のメイクアップ都市美をクリエートするニッシンのカラーコート舗装用改質アスファルトポリマー改質アスファルト NISSIN KASEI CO.,LTD. 日本の経済力を支える道路ネットワークは私たちにとって非常に重要なツールの一つです一方で大量輸送に伴う車両の大型化や交通集中による渋滞などの交通条件さらには温暖化等による気温上昇や集中豪雨それに積雪などの気象条件が加わり道路舗装は日々

改質材 SBR A A S S 4 わだち掘れひび割れ多様化現 年 Ⅰ 型 Ⅱ 型 温 高温まで れたパフォーマンス Ⅱ 型 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型 多様化する改質 As 鋼床版用積雪寒冷地用高耐久型交差点用薄 舗装等 温

改質材 SBR A A S S 4 わだち掘れひび割れ多様化現年 Ⅰ 型 Ⅱ 型温高温までれたパフォーマンス Ⅱ 型 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 H 型多様化する改質 As 鋼床版用積雪寒冷地用高耐久型交差点用薄舗装等温