JP2016502009A - アスファルト舗装の厚さを減少させる方法、アスファルト舗装材料の骨材−骨材接触を増加させる方法、及びアスファルト舗装材料の低温クラック性能を向上させる方法 - Google Patents

アスファルト舗装の厚さを減少させる方法、アスファルト舗装材料の骨材−骨材接触を増加させる方法、及びアスファルト舗装材料の低温クラック性能を向上させる方法 Download PDF

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Abstract

アスファルト舗装の厚さを減少させる方法、増加した骨材−骨材接触点を有するアスファルト舗装材料を製造する方法、及び向上した低温クラック性能を有するアスファルト舗装材料を製造する方法が提供される。アスファルト舗装の厚さを減少させる方法は、ベースアスファルト、酸化ポリオレフィン、及び骨材を混合してアスファルト舗装材料を形成する工程を含む。アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料と同量又はこれよりも少ない高温轍掘れを達成しながら、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する。【選択図】図４

Description

[0001]本技術分野は、概してアスファルト舗装材料を形成する方法に関し、より詳しくは、アスファルト舗装材料の厚さを減少させる方法、アスファルト舗装材料の骨材−骨材接触点の総数を増加させる方法、及びアスファルト舗装材料の低温クラック性能を向上させる方法に関する。
[0002]アスファルトは、道路の建設及び維持のための舗装材料として通常的に用いられている。通常は、しばしば「アスファルトバインダー」又は「アスファルトセメント」と呼ばれるアスファルトを骨材と混合して、アスファルト舗装において用いる材料を形成する。舗装作業員がこの材料を処理及び使用することによってアスファルト舗装が形成される。アスファルト舗装は、骨材に対するアスファルトバインダーの接着によってアスファルトバインダーの連続相内に保持される骨材を含む。
[0003]アスファルト舗装の強度及び耐久性は、用いる材料の特性、種々の材料の相互作用、混合設計、建設施工法、及び舗装が曝される環境及び交通条件のような種々のファクターによって定まる。舗装の寿命中に良好な性能を有する混合物を製造するためには、最適のアスファルトバインダーの膜圧、骨材上へのアスファルトの良好な接着、及びアスファルトの良好な結合力を有するアスファルトによる骨材の適切な被覆を得ることが重要である。
[0004]通常の舗装は、永久変形のような種々のタイプの損傷モードを受ける。永久変形は、アスファルト舗装に関する重大な問題である。道路は、夏期においては冬期におけるよりも約８０〜１００°Ｆ以上熱くなる可能性がある。より熱い温度において、アスファルト舗装は軟化して、その上を通過する大型トラックの重量下、或いは例えば信号機のある交差点などにおける一時停止を有する交通下においてクリープ及び動きを与えて、しばしば「轍掘れ」と呼ばれる隆起線及び車輪跡を生成させる可能性がある。これは、轍掘れは車両の重量及び重量が加えられる時間の両方によって定まるためである。轍掘れを減少又は阻止するために、アスファルトよりも比較的高い弾性を有するか、又はより熱い温度においてアスファルトよりも高い弾性のアスファルトバインダーを生成させることができるポリマー又は他の材料が、従来のアスファルトバインダー中にしばしば導入されている。アスファルトバインダーを変性して轍掘れを減少又は阻止するために用いられる通常のポリマーとしては、例えばスチレン／ブタジエン／スチレンコポリマー（ＳＢＳ）のようなエラストマー、及び例えばポリエチレン、エチル／ビニルアセテートコポリマー（ＥＶＡ）などのようなプラストマーが挙げられる。
[0005]アスファルト舗装から構成される道路は、通常は３つの層を含む。第１の層は粒状材料又は骨材の層である。基層と呼ばれる第２の層はアスファルト及び骨材を含む。上層又は摩耗層もアスファルト及び骨材を含み、その上を自動車及びトラックが走行する。場合によっては、基層と摩耗層との間にバインダー層と呼ばれる層が時には用いられる。基層は最も厚く、舗装するのに最も高価な層である。上層は、交通及び気象条件に直接曝露され、最も損傷を受ける層である。十分量のクラック又は轍掘れが起こった際には、この層を取り除いて再舗装すれば、基層は、この層においてクラック又は轍掘れが起こっていないならば損傷を受けてない状態に保持される。この基層がもはや負荷を適切に支えることができない場合には、これは時間及び金額の点において相当なコストで交換しなければならない。
[0006]したがって、疲労クラック及び轍掘れに対して適切な抵抗性をなお有する、実質的により薄く、したがってより経済的な舗装層を形成する方法を提供することが望ましい。更に、より多い骨材−骨材の接触を有するアスファルト舗装材料を製造する方法を提供することが望ましい。また、改良された低温クラック性能を有するアスファルト舗装材料を製造する方法を提供することも望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面及びこの発明の背景と組み合わせれば、以下の発明の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
[0007]アスファルト舗装の厚さを減少させる方法、増加した骨材−骨材接触点を有するアスファルト舗装材料を製造する方法、及び改良された低温クラック性能を有するアスファルト舗装材料を製造する方法が提供される。代表的な態様によれば、アスファルト舗装の厚さを減少させる方法は、ベースアスファルト、酸化ポリオレフィン、及び骨材を混合してアスファルト舗装材料を形成する工程を含む。アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させ、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料と同量か又はこれより少ない高温轍掘れを達成しながら、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する。
[0008]他の代表的な態様によれば、アスファルト舗装材料中における骨材−骨材接触点の数を増加させる方法が提供される。この方法は、ベースアスファルトを、アスファルトバインダーの全重量を基準として約０．２５〜約１０重量％の酸化ポリオレフィンと混合することによってアスファルトバインダーを製造する工程を含む。約３〜約８重量％のアスファルトバインダーを約９２〜約９７重量％の骨材と混合してアスファルト舗装材料を形成する。アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて圧縮する。混合する工程は、酸化ポリオレフィンを有しない骨材及びアスファルトバインダーから形成されるアスファルト舗装材料と同量か又はこれより少ない轍掘れを達成しながら、圧縮されたアスファルト舗装材料の骨材−骨材接触点の数が酸化ポリオレフィンを有しない骨材及びアスファルトバインダーから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の骨材−骨材接触点の数よりも多くなるような量の酸化ポリオレフィンを混合する工程を含む。
[0009]更なる態様によれば、アスファルト舗装材料の低温クラック性能を向上させる方法が提供される。この方法は、ベースアスファルトを、アスファルトバインダーの全重量を基準として約０．２５〜約１０重量％の酸化ポリオレフィンと混合することによってアスファルトバインダーを製造する工程を含む。約３〜約８重量％のアスファルトバインダーを約９２〜約９７重量％の骨材と混合してアスファルト舗装材料を形成する。アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて圧縮する。混合する工程は、圧縮されたアスファルト舗装材料が酸化ポリオレフィンを有しない骨材及びアスファルトバインダーから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の平均引張り強さよりも大きい平均引張り強さを有するような量の酸化ポリオレフィンを混合する工程を含む。
[0010]以下において、添付の図面と組み合わせて種々の態様を記載する。図面において同様の数値は同様の構成要素を示す。
[0011]図１は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料の熱応力と温度との間の関係に対する酸化ポリオレフィンの効果を示すグラフである。 [0012]図２は、従来のアスファルト舗装材料に関する、ガラス転移温度（Ｔｇ）、転移領域より上方における熱膨張／収縮係数（α１）、及び転移領域より下方における熱膨張／収縮係数（αｇ）の間の関係を示すグラフである。 [0013]図３は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料のＴｇ及びα１に対する酸化ポリオレフィンの効果を示す２つのグラフである。 [0014]図４は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料の骨材−骨材接触点の数に対する酸化ポリオレフィンの効果を示すグラフである。 [0015]図５は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料のα１と骨材−骨材接触点の数との間の関係を示すグラフである。 [0016]図６は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料の轍掘れに対する酸化ポリオレフィンの効果を示すグラフである。 [0017]図７は、代表的な態様によるアスファルト舗装材料の亀甲状クラックに対する酸化ポリオレフィンの効果を示すグラフである。
[0018]以下の詳細な説明は単に例示のものであり、種々の態様又はその用途及び使用を限定することは意図しない。更に、上述の背景又は以下の詳細な説明において示されるいかなる理論によっても縛られる意図はない。
[0019]本発明において意図される種々の態様は、アスファルト舗装材料の厚さを減少させる方法に関する。更に、種々の態様は、骨材−骨材接触点の増加した数を有するアスファルト舗装材料を製造する方法に関する。更に、改良された低温クラック性能を有するアスファルト舗装材料を製造する方法が提供される。一態様においては、アスファルト舗装の厚さは、酸化ポリオレフィンをアスファルトと共に用いて変性アスファルトバインダーを形成することによって減少させる。アスファルトバインダーを骨材と混合して高温のアスファルト舗装材料を形成し、これを基材層の上に重ねて堆積させて圧縮する。本発明者らは、酸化ポリオレフィンによって骨材のより効率的な充填が促進されて、単位面積あたりの接触点の総数又は接触点の全長のいずれかによって特徴付けられるように、より多い骨材−骨材接触点が存在するようになることを発見した。アスファルト混合物の最も強靱な成分である骨材は交通負荷をより良好に支えて分配することができるので、良好な骨材の接続性によって、アスファルト舗装材料の高温轍掘れ及び低温クラック特性の両方を向上させることができる。骨材−骨材接触点の増加した数の結果として、基層、バインダー層、又は摩耗層のいずれかの層の厚さを大きく減少させることができる。最も厚く、したがって最も高価である基層は、厚さを減少させるのに特に適している。更に、増加した骨材−骨材接触点によって、良好な熱クラック性能が観察される。
[0020]アスファルトは、ＡＳＴＭによって、主要構成成分が自然界に存在するか又は石油精製において得られる瀝青である暗褐色乃至黒色のセメント質材料として規定されている。アスファルトは、特徴として、飽和化合物、芳香族化合物、樹脂、及びアスファルテンを含む。全てのタイプのアスファルト、即ち自然界に存在するアスファルト、合成アスファルト、及び変性アスファルトを、本発明において意図するアスファルト舗装材料にしたがって用いることができる。自然界に存在するアスファルトには、母岩アスファルト、レーキアスファルトなどが含まれる。合成アスファルトは、しばしば石油精製又は精製後操作の副生成物であり、エアブローンアスファルト、混合アスファルト、解砕アスファルト又は残留アスファルト、石油アスファルト、プロパンアスファルト、直留アスファルト、熱アスファルトなどが挙げられる。変性アスファルトとしては、エラストマー、リン酸、ポリリン酸、プラストマー、エチレン／酢酸ビニルコポリマーなどによって変性されたニートのアスファルト（例えば、自然界に存在するか又は合成されたものであってよい未変性のアスファルト）、或いはこれらの変性体の種々の組み合わせが挙げられる。ニートのアスファルトを変性するのに好適なエラストマーの非限定的な例としては、粉砕タイヤラバー、ブチルラバー、スチレン／ブタジエンラバー（ＳＢＲ）、スチレン／エチレン／ブタジエン／スチレンターポリマー（ＳＥＢＳ）、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン／プロピレン／ジエン（ＥＰＤＭ）ターポリマー、エチレン／ｎ−ブチルアクリレート／グリシジルメタクリレートターポリマー、並びに例えばスチレン／ブタジエン、例えばスチレン／ブタジエン／スチレンコポリマー（ＳＢＳ）、スチレン／イソプレン、及びスチレン／イソプレン−ブタジエンブロックコポリマーのようなスチレン／共役ジエンブロック又はランダムコポリマーなどの天然又は合成ラバーが挙げられる。ブロックコポリマーは分岐又は線状であってよく、ジブロック、トリブロック、テトラブロック、又はマルチブロックであってよい。
[0021]一態様においては、酸化ポリオレフィンは酸化ポリエチレンである。ポリエチレンは、低密度ポリエチレン（約０．９１〜約０．９３５ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレンとして定義される）、線状低密度ポリエチレン（約０．９１〜約０．９３ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレンして定義される）、高密度ポリエチレン(約０．９４〜約０．９７ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレンとして定義される）、中密度ポリエチレン（約０．９２５〜約０．９４ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレンとして定義される）などであってよい。一態様においては、酸化ポリオレフィンは酸化ポリエチレンホモポリマーである。他の例においては、酸化ポリオレフィンは、約０．９３〜約１ｇ／ｃｃの密度を有する酸化高密度ポリエチレンである。好適な酸化ポリオレフィンは、Morristown, New Jerseyに本部を置くHoneywell International Inc.によって製造されているHoneywell Titan（登録商標）7686酸化高密度ポリエチレンホモポリマーである。一態様においては、酸化ポリオレフィンは、アスファルトバインダーの全重量を基準として約０．２５〜約１０重量パーセント（重量％）、例えば約１〜約４重量％の量でアスファルトバインダー中に存在させる。他の態様においては、アスファルトバインダーの全重量を基準として、酸化ポリオレフィンを約０．５〜約２重量％の量でアスファルトバインダー中に存在させ、ＳＢＳを約２重量％の量でアスファルトバインダー中に存在させる。
[0022]代表的な態様においては、酸化ポリオレフィンは、約１０００〜約３０，０００ダルトン、例えば約１０００〜約１０，０００ダルトンの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。更に、酸化ポリオレフィンの酸化度、例えばカルボキシル基含量は、酸化ポリマーの高温のキシレン溶液を、指示薬としてフェノールフタレインを用いて目に見える「ピンク色」の終点まで水酸化カリウム（ＫＯＨ）０．１Ｎアルコール溶液で滴定して、酸化ポリオレフィンの総酸含量又は酸価を求めることによって特徴付けることができる。例えば、酸化ポリオレフィンは、約５〜約５０（例えば約５〜約５０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇの酸価）、例えば約１５〜約４０（例えば約１５〜約４０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇの酸価）の酸価を有する。
[0023]アスファルト舗装材料はまた、骨材も含む。「骨材」は、例えば砂、砂利、又は砕石のようなアスファルトバインダーと混合してアスファルト舗装材料を形成する無機材料に関する総称である。骨材は、天然骨材、人工骨材、又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。天然骨材は、通常は、屋外の採掘場（例えば採石場）から採取され、機械破砕によって使用可能な寸法に大きさが縮小された岩石である。人工骨材は、通常は、冶金的処理（例えば、鋼材、スズ、及び銅の製造）からのスラグのような他の製造プロセスの副生成物である。人工骨材としてはまた、例えば低い密度のような天然の岩石においては見られない特定の物理特性を有するように製造された特別な材料も含まれる。その性能を最適にするために、骨材の粒度を加熱混合物の設計において注意深く制御しなければならない。加熱混合物の設計は、寸法調整された骨材の相対割合に基づいて、「密粒度」の砕石マトリクスアスファルト（ＳＭＡ）、開粒度摩擦層（ＯＧＦＣ）などに分類することができる。１つの代表的な態様においては、約３〜約８重量％のアスファルトバインダーを約９２〜約９７重量％の骨材と混合してアスファルト舗装材料を形成する。
[0024]代表的な態様においては、アスファルト舗装材料はアスファルトバインダー及び骨材から実質的に構成され、アスファルトバインダーはベースアスファルト及び酸化ポリオレフィンから実質的に構成され、通常の剥離防止剤は実質的に有しない。本明細書において用いる「剥離防止剤を実質的に有しない」という用語は、剥離防止剤が、存在する場合には水分による損傷に対する工業基準の抵抗性を満足する量で用いられていないことを意味する。水分による損傷に対するアスファルト舗装材料の抵抗性を求めるための２種類のかかる好適な試験は、ＡＡＳＨＴＯ−Ｔ−２８３及びＡＳＴＭ−Ｄ４８６７の標準手順において規定されている。種々のタイプの通常の剥離防止剤としては、ポリアミン及びポリアルキレンポリアミンのようなアミン類、脂肪酸と反応させたポリアミンのような変性アミン類、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）などの石灰（ＣａＯ）、リン酸、スチレン−アクリルポリマーなどのアクリルポリマー、或いはこれらの組み合わせ及び／又は誘導体が挙げられる。別の態様においては、アスファルトバインダーには、例えばベースアスファルトの約０．５〜約５重量％の量で存在するＳＢＳのような更なる轍掘れ防止ポリマー及び／又は添加剤及び／又はエラストマーを含ませることができる。
[0025]１つの代表的な態様においては、上述のパラグラフにおいて議論したようなアスファルト舗装材料の製造方法が提供される。この方法は、骨材を約１２０〜約１９０℃の温度において加熱及び乾燥することを含む。一例においては、例えば高温ガスによるドラムミキサーなどの中での通常の手段（連続又はバッチ）によって骨材を加熱及び乾燥する。ニート又は変性アスファルト（「ベースアスファルト」と呼ぶ）は、骨材とは別に約１２０〜約１９０℃の温度において液体状態になるまで加熱する。
[0026]一態様においては、酸化ポリオレフィンを高温の液体ベースアスファルトに加えて、高温の液体アスファルトバインダーを形成する。次に、高温のアスファルトバインダーを、通常の連続又はバッチ操作で加熱した骨材と混合し、ここでアスファルトバインダー及び骨材を約１２０〜約１９０℃の温度において混合して高温の混合アスファルト舗装材料を形成する。別の態様においては、酸化ポリオレフィン及び高温の液体ベースアスファルトを、別々の流れとして高温ドラムミキサー内の骨材に同時に加え、成分を約１２０〜約１９０℃の温度において混合して高温のアスファルト舗装材料を形成する。
[0027]他の態様においては、酸化ポリオレフィンをまずドラムミキサー内で加熱された骨材と混合して、加熱された骨材によって酸化ポリオレフィンを溶融させる。この態様においては、通常の連続又はバッチ操作によって高温の骨材を溶融している酸化ポリオレフィンと混合して、酸化ポリオレフィンによって骨材の表面が被覆されるようにする。次に、高温の液体アスファルトを、ドラムミキサー内で酸化ポリオレフィン被覆骨材と混合し、混合した成分を約１２０〜約１９０℃の温度において混合して高温の混合アスファルト舗装材料を形成する。混合プロセス中に、酸化ポリオレフィンは骨材から高温の液体アスファルト中に移動及び／又は拡散して、高温の液体アスファルトバインダーの連続相を形成する。或いは、アスファルトを骨材に加えた後に酸化ポリオレフィンを骨材に加える。場合によっては、セルロース繊維の様な他の材料を、上記に記載の種々の混合期間中又はその後に加えることができる。次に、高温のアスファルト舗装材料を基材層の上に堆積させ、適当な政府当局の仕様、通常は約３〜約８％の空気細孔量まで圧縮して、下記においてより詳細に議論する所定の厚さにする。基材層は、アスファルト舗装材料を基層として堆積させる場合などにおいては骨材層であってよく、或いは基材層は、アスファルト舗装材料をバインダー層又は摩耗層として堆積させる場合などにおいてはそれぞれ基層又はバインダー層であってよい。
[0028]図１は、種々のアスファルト舗装材料の低温クラック性能実験の結果を示す。この実験においては、アスファルト混合物の熱クラックに対する酸化ポリオレフィン、特に酸化ポリエチレン、より特にはHoneywell Titan（登録商標）7686酸化高密度ポリエチレンホモポリマー（Morristown, New Jerseyに本部を置くHoneywell International Inc.によって製造)の効果を評価した。対照アスファルト及びベースアスファルトとして、PG64-22アスファルトを用いた。アスファルト舗装混合物を形成するために用いた骨材は、Wisconsin北中部における著名な骨材採掘源からの花崗岩骨材であった。バインダーの量及び骨材の粒度は、Wisconsin E-10設計に関するものであり、即ち、道路舗装が１０，０００，０００等価単軸荷重（ＥＳＡＬ）に耐えるように設計した。最大見かけ骨材寸法は１９．０ｍｍであった。対照アスファルトバインダーに加えて、３種類の変性バインダーを試験した。ベースアスファルトの変性レベルは、７７±１℃の高温の真の等級に目標を定めることによって得た。真の等級に関する基準を満足する変性のレベルは、
（ａ）ベースアスファルト＋３．５重量％の線状ＳＢＳ＝７７．８℃の真の等級；
（ｂ）ベースアスファルト＋４．０重量％のHoneywell Titan（登録商標）7686＝７６．６℃の真の等級；
（ｃ）ベースアスファルト＋２．０重量％のHoneywell Titan（登録商標）7686＋２．０重量％の線状ＳＢＳ＝７８．２℃の真の等級；
である。
この複合配合物中において用いたＳＢＳの量は、約７０％の延性浴を用いて弾性回復（ＥＲ）値ＡＳＴＭ−Ｄ６０８４）を目標にすることによって求めた。複合配合物のＳＢＳ変性のレベルを立証するために、異なるレベルのＳＢＳで変性したベースアスファルトについて弾性回復試験を行った。表１において示されるように、およそＥＲ＝７０％の基準を満足するためには、バインダー総重量基準で２重量％の最小のＳＢＳ含量が必要である。次に、更なるHoneywell Titan（登録商標）7686を加えて、７７±１℃の真の等級を得た。
[0029]アスファルト熱分解分析器（ＡＴＣＡ）を用いて、拘束試料及び非拘束試料の低温クラック性能を測定した。熱応力拘束供試体試験の拘束ビーム内におけるクラック温度及び引張り強さの概要を表２に表す。表２において示されるように、Honeywell Titan（登録商標）7686混合物は、他の混合物と比べて非常に高い引張り強さを有する。クラック温度は全ての混合物に関して非常に類似している（即ち、最大差は−１．８℃である）。図１は、変性混合物に関する代表的な熱応力曲線を示し、ここで、ｘ軸（１０）は温度（℃）を示し、ｙ軸（１２）は熱応力（メガパスカル：ＭＰａ）を示す。PG64-22アスファルトバインダーから形成された舗装材料に関する熱応力曲線を曲線１４によって表し、ＳＢＳによって変性したアスファルトバインダーから形成されたアスファルト舗装材料の熱応力曲線を曲線１６によって表し、Honeywell Titan（登録商標）7686によって変性されたアスファルトバインダーによって形成されたアスファルト舗装材料の熱応力曲線を曲線１８によって表し、複合アスファルトバインダー、即ちＳＢＳ及びHoneywell Titan（登録商標）7686の両方によって変性されたバインダーによって形成されたアスファルト舗装材料の熱応力曲線を曲線２０によって表す。
[0030]アスファルト混合物の代表的な熱−体積応答（即ち、ガラス転移（Ｔｇ）（２３）及び熱収縮／膨張係数）を図２において表し、ここで、ｘ軸（２６）は温度（℃）を示し、ｙ軸（２８）は熱歪み（ミリメートル／ミリメートル（ｍｍ／ｍｍ））を示す。この試験において得られた３つのパラメーターは、
（ａ）アスファルト混合物が「液体又はラバー」から「ガラス状」の状態に転移する温度を示すガラス転移温度（Ｔｇ）（２３）；
（ｂ）転移領域の上方における熱膨張／収縮係数（α１）（２２）；及び
（ｃ）転移領域の下方における熱膨張／収縮係数（αｇ）（２４）；
であった。
[0031]表３に、それぞれのアスファルト混合物に関して２回の反復で行ったＴｇ試験の概要を示す。概して、良好な熱クラック性能は低いＴｇ及びα１を有する混合物に関して観察される。
[0032]図３は、全ての混合物についてのＴｇ（２３）及びα１（２２）に関する平均値を示し、ここで、ｘ軸は、バインダーのPG64-22（１４）、ＳＢＳ（１６）、Honeywell Titan（登録商標）7686（１８）、及び複合バインダー（２０）を用いたアスファルト舗装材料を示す。概して、対照バインダー、並びにHoneywell Titan（登録商標）7686を有するバインダー及びＳＢＳを有するバインダーは、非常に類似した熱−体積応答を有することが分かる。しかしながら、ＳＢＳ及びHoneywell Titan（登録商標）7686を有する複合試料は異なるＴｇ及びα１を有する。表３は、複合混合物が、非常により多い数の骨材の間の接触点を有し、そのために最も低いα１を有することを示す。
[0033]図４は、アスファルト舗装材料の骨材−骨材接触点の数に対する酸化ポリオレフィンの効果を求めるための実験の結果を示す。上記に示したものと同じ対照試料及び３種類の試料をこの実験において用いた。骨材−骨材接触点の数は、試料のデジタル画像、及びWisconsin大学，Madisonにおいて開発されたiPas2ソフトウエアを用いて計算した。図４（ここでは、ｙ軸（３０）は骨材−骨材接触点の数を表す）は、複合試料２０が最も多い接触点の平均数を有していたことを示す。図５は、骨材−骨材接触点の数（３０）が増加するにつれて、アスファルト舗装材料のα１（２２）が減少することを示す。
[0034]更なる分析を行って、アスファルト舗装材料の厚さに対する酸化ポリオレフィンの効果を求めた。比較は、試料の間で同じ轍掘れ及び亀甲状クラックが得られるように行った。National Cooperative Highway Research Programから入手できる理論的−経験的舗装設計指針（ＭＥＰＤＧ）ソフトウエアを用いて、従前に測定された材料の特性（ＤＳＲ測定からの３つの温度における動弾性率（Ｅ＊）及びバインダーＧ＊並びに位相角）を入力してレベル１分析に基づいて舗装性能をシミュレートした。舗装プロジェクトの場所は、４５００の年平均日トラック交通量（ＡＡＤＴＴ）及び１０年の設計寿命を有するClemson, South Carolinaに選択した。合計で１６回のシミュレーションを行った。シミュレーションにおいて以下のパラメーターを用いた。
層１：アスファルトコンクリート高さ：７．６２ｃｍ（３．０インチ）、１０．１６ｃｍ（４．０インチ）、１２．７ｃｍ（５．０インチ）、１５．２４ｃｍ（６．０インチ）；
層２：Ａ−１−ａ、１５．２４ｃｍ（６インチ）、弾性係数（Ｍｒ）＝２８１２．９ｋｇ／ｃｍ２（４００００ｐｓｉ）；
層３：Ａ−２−５、２２．８６ｃｍ（９インチ）、Ｍｒ＝１９６９．１ｋｇ／ｃｍ２（２８０００ｐｓｉ）；
層４：Ａ−７−６、最後の層（不定の厚さ）、Ｍｒ＝７０３．２３ｋｇ／ｃｍ２（１００００ｐｓｉ）。
[0035]表４及び図６に、ＭＥＰＤＧ及び異なる変性舗装材料を用いた厚さに対する轍掘れの感受性分析の結果を示す。図６において、ｘ軸（３２）はアスファルト舗装材料の厚さ（センチメートル）を表し、ｙ軸（３４）はアスファルト舗装材料の轍掘れ（センチメートル）を表す。Honeywell Titan（登録商標）7686、複合材料、及びＳＢＳを用いたアスファルト舗装材料の厚さは、基線値として１５．２４センチメートルの高さにおける対照試料に関するアスファルト舗装材料の轍掘れを選択すると、それぞれ６．８６、５．０８、及び３．１８センチメートル減少させることができることが分かる。
[0036]変性混合物に関するアスファルト舗装材料の厚さを減少させて対照試料のアスファルト舗装材料轍掘れ性能に合致させることによって、亀甲状クラック（即ち疲労クラック）に影響を与えることができる。表５及び図７は、亀甲状クラックについての厚さ感受性分析に関する結果を示す。図７において、ｘ軸はアスファルト舗装材料の厚さ（３２）（センチメートル）を表し、ｙ軸は亀甲状クラックのパーセント（３６）を表す。ＭＥＰＤＧ規定は、亀甲状クラックが２５％より多い場合に疲労破壊とみなす。したがって、変性アスファルト舗装材料に関するスファルト混合物の厚さを減少させることによっても、亀甲状クラックは僅かに増加し、この損傷に関する大きさは制限値を遙かに下回り、分析した厚さに関する変化は大きくない。
[0037]酸化ポリオレフィンの量は、複合（ＳＢＳ＋酸化ポリオレフィン）配合物においては減少させることができ、なお、ＳＢＳ単独に対してより高い接触点／接触長さを生成する。これは表６において示されており、ここではバインダー中の２％ＳＢＳに僅か０．５重量％の酸化ポリオレフィンを加えることによって、３％のＳＢＳのみを含む配合物よりも多い高温混合物における接触点／長さが与えられる。この表はまた、僅か２重量％の酸化ポリオレフィンによって、ＳＢＳ配合物中における３．５％と同等の接触点／長さが生成することも示す。
[0038]よって、アスファルト舗装の厚さを減少させる方法、増加した骨材−骨材接触点を有するアスファルト舗装材料を製造する方法、及び向上した低温クラック性能を有するアスファルト舗装材料を製造する方法を記載した。一態様においては、アスファルトを酸化ポリオレフィンと混合してアスファルトバインダーを形成し、これを次に骨材と混合する。酸化ポリオレフィンは、骨材のより効率的な充填を促進して、より多い骨材−骨材接触点が達成されるようにする。良好な骨材の接続性は、アスファルト舗装材料の高温轍掘れ及び低温クラック特性の両方を向上させる。更に、この増加した骨材−骨材接触点の結果として、アスファルト舗装材料の厚さを実質的に減少させることができ、良好な熱クラック性能が観察される。
[0039]上記の発明の詳細な説明において少なくとも１つの代表的な態様を示したが、膨大な数のバリエーションが存在することを認識すべきである。また、代表的な態様又は代表的な複数の態様は例に過ぎず、いかなるようにも発明の範囲、適用性、又は構成を限定することは意図しないことも認識すべきである。むしろ、上記の詳細な説明は、発明の代表的な態様を実施するための簡便な指針を当業者に与えるものである。特許請求の範囲に示す発明の範囲から逸脱することなく、代表的な態様において記載されている機能及び要素の配置において種々の変更を行うことができることが理解される。
[0039]上記の発明の詳細な説明において少なくとも１つの代表的な態様を示したが、膨大な数のバリエーションが存在することを認識すべきである。また、代表的な態様又は代表的な複数の態様は例に過ぎず、いかなるようにも発明の範囲、適用性、又は構成を限定することは意図しないことも認識すべきである。むしろ、上記の詳細な説明は、発明の代表的な態様を実施するための簡便な指針を当業者に与えるものである。特許請求の範囲に示す発明の範囲から逸脱することなく、代表的な態様において記載されている機能及び要素の配置において種々の変更を行うことができることが理解される。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
［１］ベースアスファルト、酸化ポリオレフィン、及び骨材を混合してアスファルト舗装材料を形成する工程；及び
アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料と同量か又はこれより少ない高温轍掘れを達成しながら、アスファルト舗装材料を、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する工程；
を含む、アスファルト舗装の厚さを減少させる方法。
［２］酸化ポリオレフィンが１０００〜３０，０００ダルトンの分子量を有する、［１］に記載の方法。
［３］酸化ポリオレフィンが酸化ポリエチレンを含む、［１］に記載の方法。
［４］酸化ポリオレフィンが酸化ポリエチレンホモポリマーである、［３］に記載の方法。
［５］酸化ポリエチレンホモポリマーが、０．９３〜１ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する酸化高密度ポリエチレンホモポリマーである、［４］に記載の方法。
［６］混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として０．２５〜１０重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマーを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、［４］に記載の方法。
［７］混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として１〜４重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマーを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、［６］に記載の方法。
［８］混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として０．５〜２重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマー、及び２重量％のＳＢＳの量で存在するＳＢＳを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、［４］に記載の方法。
［９］混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリオレフィンと混合して、実質的に剥離防止剤を含まないアスファルトバインダーを形成する工程を含む、［１］に記載の方法。
［１０］堆積する工程が、アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて、２５％未満の亀甲状クラックを達成しながら、酸化ポリオレフィンを有しない骨材及びベースアスファルトから形成されるアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する工程を含む、［１］に記載の方法。

Claims (10)

  1. ベースアスファルト、酸化ポリオレフィン、及び骨材を混合してアスファルト舗装材料を形成する工程；及び
    アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料と同量か又はこれより少ない高温轍掘れを達成しながら、アスファルト舗装材料を、酸化ポリオレフィンを用いずに骨材及びベースアスファルトから形成される圧縮されたアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する工程；
    を含む、アスファルト舗装の厚さを減少させる方法。
  2. 酸化ポリオレフィンが１０００〜３０，０００ダルトンの分子量を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 酸化ポリオレフィンが酸化ポリエチレンを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 酸化ポリオレフィンが酸化ポリエチレンホモポリマーである、請求項３に記載の方法。
  5. 酸化ポリエチレンホモポリマーが、０．９３〜１ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する酸化高密度ポリエチレンホモポリマーである、請求項４に記載の方法。
  6. 混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として０．２５〜１０重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマーを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、請求項４に記載の方法。
  7. 混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として１〜４重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマーを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、請求項６に記載の方法。
  8. 混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリエチレンホモポリマーと混合して、アスファルトバインダーの全重量を基準として０．５〜２重量％の量で存在する酸化ポリエチレンホモポリマー、及び２重量％のＳＢＳの量で存在するＳＢＳを有するアスファルトバインダーを形成する工程を含む、請求項４に記載の方法。
  9. 混合する工程が、ベースアスファルトを酸化ポリオレフィンと混合して、実質的に剥離防止剤を含まないアスファルトバインダーを形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 堆積する工程が、アスファルト舗装材料の層を基材層上に堆積させて、２５％未満の亀甲状クラックを達成しながら、酸化ポリオレフィンを有しない骨材及びベースアスファルトから形成されるアスファルト舗装材料の厚さよりも小さい厚さに圧縮する工程を含む、請求項１に記載の方法。
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