JP4531471B2 - 加熱アスファルト混合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、骨材とアスファルトとが混合加熱された加熱アスファルト混合物の製造方法に関する。

従来アスファルトコンクリート（アスファルト混合物）による舗装面の内部工事を行なう場合、舗装面をいったん破壊して路盤を露出させ、工事終了後に舗装面を復旧させている。舗装面の復旧とはすなわちアスファルトコンクリートによる舗装を再度行うということである。舗装面の復旧時には加熱されたアスファルト混合物、すなわち加熱アスファルト混合物が使用される。加熱アスファルト混合物は、主に骨材とアスファルトとを所定の割合で混合した上で概ね１５０度程度に加熱されたものである。

一方舗装面の破壊の際に発生するアスファルトコンクリート塊（廃材）は、元来舗装に使用されていたものであるため、骨材とアスファルトが所定の割合で混合されたものである。廃材を破砕処理したものは再生骨材と呼ばれ、現在再生骨材を利用して上記舗装面の復旧に使用する加熱アスファルト混合物を再生製造する技術が公知となっている。

例えば遠赤外線加熱装置を取り付けた容器内に、上記再生骨材を収容し、現場再生軟化剤とアスファルト改質剤とからなる再生添加剤を添加し、撹拌しながら遠赤外線ヒータによって加熱して針入度を回復させることによって、廃材から再生して加熱アスファルト混合物（再生加熱アスファルト混合物）を製造する方法がある（特許文献１参照）。

遠赤外線領域の所定の波長の光線（電磁波）を上記廃材に照射すると、再生骨材を構成する分子を共振させ、再生骨材を効率よく加熱し、短時間で上記再生加熱アスファルト混合物を製造することができる。このため上記方法により、上記工事現場において舗装面の復旧に使用する加熱アスファルト混合物を廃材から簡単に再生製造することができる。

なお分子を共振させる電磁波の波長は物質毎に概ね決まっており、固有波長と呼ばれる。アスファルトの固有波長は５〜７μｍ、骨材の固有波長は５〜１０μｍということが一般的に知られている。
特開２００２−１０５９０７号公報

上記再生骨材は、アスファルトと骨材以外に水分が含まれている。この水分は舗装面上の降る雨や舗装面の破壊（切断）の際に使用する水等である。

再生骨材における水分の重量比率は、再生骨材により様々であるが、概ね１０％未満である。例えば水分とアスファルトと骨材の重量比率として、
水分：アスファルト：骨材＝２：４：９４
という再生骨材が存在する。
再生加熱アスファルト混合物を製造する際には、水分は除去する必要がある。つまり再生骨材に対して、水分を蒸発させる脱水のための熱とアスファルトと骨材の混合物を加熱する熱とを加える必要がある。

一般的に１ｋｇ（１Ｌ）の０℃の水を蒸発させるためには５８０ｋｃａｌの熱量が必要であることが知られている。またアスファルトの比熱は０．６、骨材の比熱は０．２６であることが知られている（水の比熱＝１）。

このため例えば上記水分の重量比率が２％である０℃の１０００ｋｇの再生骨材を再生加熱アスファルト混合物の材料とする場合、脱水に、
１０００×０．０２×５８０＝１１６００（ｋｃａｌ）
の熱量が必要となる。

一方０℃のアスファルトを１５０度に加熱するためには、
１０００×０．０４×０．６×１５０＝３６００（ｋｃａｌ）
の熱量が必要となり、
０℃の骨材を１５０度に加熱するためには、
１０００×０．９４×０．２６×１５０＝３６６６０（ｋｃａｌ）
の熱量が必要となる。

従って０℃，１０００ｋｇの再生骨材から再生加熱アスファルト混合物を製造するためには、
１１６００＋３６００＋３６６６０＝５１８６０（ｋｃａｌ）
の熱量を再生骨材に加える必要がある。
このとき全熱量に対して、脱水に必要な熱量は、
（１１６００／５１８６０）×１００≒２２．３７（％）
を占める。

上記のように重量比率で２％に過ぎない水分の脱水に全熱量の２０％以上が消費される。特に水分が骨材に含まれると、水分は骨材の微細気孔内に吸蔵され、自然乾燥の様な低温度では容易に脱水しない吸着水分となる。そして水分の蒸発に必要となる熱量は水分の重量比率に比例して大きくなる。一方骨材は、新品時に１〜３０％程度水分が含まれている。このため新しい骨材とアスファルトとを使用して新たにアスファルトコンクリートを製造する場合も、骨材の脱水に上記同様大きなエネルギーが必要となる。

つまり従来の加熱アスファルト混合物の製造方法は、再生骨材等からなる骨材とアスファルトの混合物の脱水に必要なエネルギーが大きいという欠点がある。本発明の加熱アスファルト混合物の製造方法は、脱水を効率よく行い省エネルギーで加熱アスファルト混合物を製造することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の加熱アスファルト混合物の製造方法は、上流から下流に向かって水分を含む骨材とアスファルトとの混合物を移送しながら、赤外線を照射して加熱し、加熱アスファルト混合物を製造する方法において、水の分子が共振する波長の近傍の赤外線を照射する脱水ゾーン１４と、骨材及びアスファルトを構成する固体分子が共振する波長の近傍の赤外線を照射する加熱ゾーン１６とを設け、加熱処理工程における加熱ゾーン１６の上流側に脱水ゾーン１４を配置し、脱水ゾーン１４において上記混合物を脱水した後、加熱ゾーン１６において脱水後の混合物を加熱して加熱アスファルト混合物を製造することを第１の特徴としている。

第２に水分を含む骨材とアスファルトとの混合物が再生骨材２であることを特徴としている。

第３に加熱ゾーン１６に発生する加熱空気をブロア６によって脱水ゾーン１４を通過させて排出させることを特徴としている。

第４に加熱ゾーン１６から脱水ゾーン１４に向かうブロア６による風の風速を略３ｍ／分以上としたことを特徴としている。

第５に脱水ゾーン１４及び加熱ゾーン１６において必要な波長に対応するセラミックからなるセラミック管状体の内部において燃料を燃焼させ、該セラミック管状体から所定の波長の赤外線を放射させるとともに、セラミック管状体に設けられた噴出口から高熱気流を噴出させる管状輻射バーナー１２を赤外線の照射装置７，８とすることを特徴としている。

第６に混合物を攪拌しながら移動させ、脱水ゾーン１４及び加熱ゾーン１６において赤外線を照射することを特徴としている。

第７に脱水ゾーン１４において照射する赤外線が、波長が略１〜４μｍの近赤外線であることを特徴としている。

第８に加熱ゾーン１６において照射する赤外線が、波長が略５〜１０μｍの遠赤外線であることを特徴としている。

以上のような本発明の加熱アスファルト混合物の製造方法によると、水分を含む骨材とアスファルトとの混合物は、脱水ゾーンにおいて、脱水に対してピンポイント的に効果が高い、略１〜４μｍの近赤外線や概ね２．７μｍ近傍の波長の近赤外線等の水の分子が共振する波長の近傍の赤外線が照射され、短時間、且つ小さな熱量で脱水が行なわれ、その後加熱ゾーンにおいては、骨材とアスファルトの固体分子の加熱に対してピンポイント的に効果が高い、略５〜１０μｍの遠赤外線や概ね７μｍ近傍の波長の遠赤外線等の骨材及びアスファルトを構成する固体分子が共振する波長の近傍の赤外線が照射され、短時間、且つ小さな熱量で脱水後の混合物の加熱が行なわれる。

これにより水分を含む骨材とアスファルトとの混合物から加熱アスファルト混合物を製造するための上記混合物の加熱作業を短時間で行うことができ、省エネルギーで加熱アスファルト混合物を製造することができる。特に水分を含む骨材とアスファルトとの混合物を、再生骨材とする場合は、加熱アスファルト混合物を使用する現場において、再生骨材から再生加熱アスファルト混合物を容易に製造することができるという効果がある。

なお加熱ゾーンにおいては、赤外線により混合物の分子を共振させて加熱するため、製造された加熱アスファルト混合物は蓄熱熱量が大きく、放熱ロスが小さい。このため上記現場で加熱アスファルト混合物（再生加熱アスファルト混合物）を製造する場合に、製造された加熱アスファルト混合物の温度維持が簡単となる。また上記現場から離れた場所で加熱アスファルト混合物を製造した場合には、搬送時の温度低下が小さく、搬送に伴う温度維持を簡単に行うことができる。

その他加熱ゾーンに発生する加熱空気をブロアによって脱水ゾーンを通過させて排出させる場合は、加熱ゾーンの熱風が脱水ゾーンへ熱気流として送られるため、この熱風が脱水ゾーンの気流の温度を上昇させて飽和水蒸気量を上昇させ、排気として排出させる。これにより脱水ゾーンにおける脱水作業をより効率よく行わせることができる。

一方脱水ゾーン及び加熱ゾーンにおいて必要な波長に対応するセラミック管状体によって赤外線を照射することによって、混合物に対して照射する赤外線の波長管理を簡単に行うことができ、加熱効率が向上する。

そして混合物を攪拌しながら移動させ、赤外線を照射することにより、混合物は移動中に赤外線を受ける表面積が拡大し、受熱効果が向上する。

図１は本発明の加熱アスファルト混合物の製造方法に基づき再生骨材から加熱アスファルト混合物（再生加熱アスファルト混合物）を製造する再生加熱アスファルト混合物製造システムの概要図である。

再生加熱アスファルト混合物製造システムは、再生骨材が投入されるホッパ１，該ホッパ１に投入される再生骨材２を定量ずつ搬送する定量供給装置３，該定量供給装置３から一定量ずつ再生骨材２が供給され、供給された再生骨材２を下流に移送する移送装置４，ブロア（送風装置）６，再生骨材２から水分を蒸発させ脱水するための脱水ヒータ７，再生骨材２を加熱する加熱ヒータ８，両ヒータ７，８の燃料となるガスのタンク９，両ヒータ７，８に燃焼に必要となる空気（酸素）を供給するエア供給機１１とからなる。

上記ホッパ１は、再生骨材２を流下させる漏斗状の装置である。上記定量供給装置３は、定量供給コンベアからなる。移送装置４は、パドル（すき刃）を備えたパドル型のミキサーコンベアからなり、定量供給装置３から供給される再生骨材２をパドルによって攪拌混合しながら少なくとも３ｍ程度移送するものとなっている。なお上記ホッパ１，定量供給装置３，移送装置４は、従来公知であるため詳細な説明は割愛する。

上記ブロア６は移送装置４内のエアを移送装置４の外に排出させる。ブロア６の駆動によって移送装置４内には外部に向かう風が発生させられる。ブロア６は風速３ｍ／ｓ以上の風を発生させるように設定されている。

上記両ヒータ７，８は、複数の耐熱セラミック製の輻射管状バーナ（耐熱セラミックスチューブバーナ）１２から構成される。耐熱セラミックスチューブバーナ１２は、耐熱セラミック製のチューブ内において燃料であるガスを燃焼させることによって、高温燃焼ガスがチューブに設けられた噴射口から被熱体へ放射されるものである。例えば輻射管状バーナとして、特公平０４−９９６８号公報に示されるものが公知となっている。

本耐熱セラミックスチューブバーナ１２は上記特公平０４−９９６８号公報に示される輻射管状バーナと同様の構造である。ただしチューブに使用される耐熱セラミックは、コーディライト系のセラミックである。コーディライト系のセラミックは、高効率の赤外線放射体であることが知られている。

上記耐熱セラミックスチューブバーナ１２は、チューブ内でのガス燃焼により、表面から赤外線が放射される。放射される赤外線はチューブの加熱温度に基づきピーク波長（特性波長）が調節される。チューブの加熱温度の上昇に伴い特性波長は短波長となる。

このため両ヒータ７，８には、コントローラ１３を介してガスと空気とが供給される。脱水ヒータ７は、コントローラ１３によりチューブの加熱温度が７００℃〜８００℃に維持され、波長が１〜４μｍの範囲の赤外線の放射をチューブより行なうことができるように設定されている。そして本実施形態では水の固有波長として知られる２．７μｍ近傍の赤外線が放射されるように設定されている。

一方前述のようにアスファルトの固有波長が５〜７μｍ、骨材の固有波長が５〜１０μｍということが公知となっている。そしてアスファルトと骨材との混合物の固体分子の固有波長は、混合率により多少変化するが、加熱アスファルト混合物を製造するための混合範囲においては、概ね７μｍとなることが知られている。

このため加熱ヒータ８は、チューブの加熱温度が脱水ヒータ７より高温に調節され、アスファルトと骨材の固有波長を含む５〜１０μｍの波長範囲の赤外線の放射をチューブより行なうことができるように設定されている。そして本実施形態では、アスファルトと骨材との混合物の固体分子の固有波長として知られる７μｍ近傍の赤外線が放射されるように設定されている。

なお２．７μｍ近傍の赤外線や７μｍ近傍の赤外線のみの放射が困難な場合は、ヒータ７から、水の固有波長を含む概ね１〜４μｍの近赤外線を、ヒータ８から、アスファルトと骨材との混合物の固体分子の固有波長を含む５〜１０μｍの遠赤外線を放射するように構成すればよい。

この場合も概ね水の固有波長近傍の赤外線及び概ねアスファルトと骨材との混合物の固体分子の固有波長近傍の赤外線の放射といえる。なお２．７μｍ近傍又は７μｍ近傍が赤外線のピーク波長の１つとなるように設定することが望ましい。またアスファルトと骨材の混合率や組成の変化により固有波長が７μｍと異なる場合は、前記固有波長に合わせてヒータ８から放出される赤外線の波長を変更することが望ましい。

上記脱水ヒータ７と加熱ヒータ８は、脱水ヒータ７が、加熱ヒータ８より移送装置４の搬送上手側に位置するように並んで配置されている。これにより移送装置４による搬送経路内の上手側に脱水ヒータ７により上記近赤外線が照射される脱水ゾーン１４が形成され、上記搬送経路内の下手側に加熱ヒータ８により上記遠赤外線が照射される加熱ゾーン１６が形成される。

移送装置４によって下手側に向かって移送される再生骨材２は、脱水ゾーン１４において上記約２．７μｍ近傍の波長の赤外線（近赤外線）が照射された後、加熱ゾーン１６において上記約７μｍ近傍の波長の赤外線（遠赤外線）が照射されて加熱される。つまり再生骨材２の加熱は、脱水ゾーン１４における上記近赤外線による加熱という第１ステップと加熱ゾーン１６における上記遠赤外線による加熱という第２ステップとの２段階となっている。

上記のように脱水ヒータ７からは、水の固有波長（２．７μｍ）近傍の波長の近赤外線の放射が行なわれる。該近赤外線は水の加熱（脱水）にピンポイント的に効果が高いため、第１ステップにおいては、脱水ヒータ７により高効率で水の加熱が行なわれ、再生骨材２に含まれる水分が蒸発させられ、再生骨材２は脱水される。なおチューブに設けられた噴射口からの高温の燃焼排ガスによる対流加熱効果によっても水分の脱水は行なわれる。

一方加熱ヒータ８からは、アスファルト及び骨材の両固有波長の範囲内となる７μｍ近傍の波長の遠赤外線の放射が行なわれる。該遠赤外線は骨材及びアスファルトの加熱にピンポイント的に効果が高いため、第２ステップでは、上記遠赤外線により再生骨材２の急速な昇温が行なわれる。このとき再生骨材２はパドル型のミキサーコンベアによって移送されているため、移送中は流動及び飛散しながら攪拌混合され、加熱ヒータ８からの遠赤外線を受ける表面積が拡大し、受熱効果は極めて高い。

そしてチューブに設けられた噴射口からの高温の燃焼排ガスによる対流加熱効果によっても再生骨材２の加熱は行なわれる。加熱ゾーン１６における高温の空気は、ブロア６により第１ステップの脱水ゾーン１４へ熱気流として送られ、脱水ゾーンにおける湿った空気の温度を上昇させ、飽和水蒸気量を増加させ、排気として移送装置４の外部に排出される。

脱水ゾーン１４の空気は、脱水された水分を多く含むが、上記温度上昇により水分の凝結が防止され、脱水された水分は効率よく排出される。なお移送装置４は、再生骨材２を混合しながら移送することができればよく、上記パドルタイプのミキサーコンベア他、スクリュー式や振動式等のコンベアも使用可能である。

以上のように上記近赤外線によってピンポイント的に脱水を行なう第１ステップと、上記遠赤外線によってピンポイント的に骨材及びアスファルトの加熱を行なう第２ステップによる２段階の加熱によって、全体として省エネルギーで再生加熱アスファルト混合物を製造することができる。そして省エネルギーでの製造に伴い、再生加熱アスファルト混合物の製造時間が短縮され、工事の現場で簡単に再生骨材から再生加熱アスファルト混合物を製造することができる。

なお遠赤外線により再生骨材２の分子を共振させて加熱するため、製造された再生加熱アスファルト混合物は蓄熱熱量が大きく、放熱ロスが小さい。このため上記現場で再生加熱アスファルト混合物を製造する場合は、製造された再生加熱アスファルト混合物の温度低下が少なく温度の維持が簡単である。

また現場から離れた場所で再生加熱アスファルト混合物を製造する場合は、製造した再生加熱アスファルト混合物を現場に搬送する必要があるが、上記のように本方法によって製造された再生加熱アスファルト混合物は蓄熱熱量が大きく、搬送時の温度低下が小さくなり、搬送に伴う温度維持を簡単に行うことができ、エネルギーロスを抑えることができる。

なお本発明の再生加熱アスファルト混合物の製造方法においては、ホッパ１に再生骨材２を投入することによって再生加熱アスファルト混合物が製造される。このためアスファルトコンクリート塊（廃材）の破砕処理後、再生骨材２を粒径毎にふるい分けし、各粒径の再生骨材を任意の割合でホッパ１に投入するすることによって、材料となった廃材とは異なる粒径比率を有する再生加熱アスファルト混合物を簡単に製造することができる。

また劣化が激しい廃材を使用する場合は、再生骨材２に対して現場再生軟化剤やアスファルト改質剤等の再生添加剤を添加する必要がある。この場合は移送装置４における再生骨材２の供給時点近傍において再生添加剤を添加することができる。この添加剤の添加によって品質の高い再生加熱アスファルト混合物を製造することができる。

なお上記実施形態においては、再生骨材２の加熱工程における第１ステップと第２ステップは連結されて一体となった設備が用いられているが、第１ステップ（脱水ゾーン１４）と第２ステップ（加熱ゾーン１６）を分離して設置することもできる。

さらにホッパ１に新品の骨材とアスファルトとを投入することによって、新たに加熱アスファルト混合物（新材）を製造することもできる。この場合新品の骨材に含有される水分は、脱水ゾーン１４において上記近赤外線の照射によって効率よく脱水される。その後加熱ゾーン１６において上記遠赤外線によって骨材とアスファルトの加熱が効率よく行なわれる。これにより新材も再生加熱アスファルト混合物と同様に省エネルギーで効率よく製造される。

本発明の加熱アスファルト混合物の製造方法を実施する場合、10t/hr程度を最小規模とした設備とすることができる。このため時間当たり約150kgの縮小スケールの実証設備を造り、加熱実験を行った。

実施設備は、移送装置４として、幅160mm、深さ160mm、長さ4500mmのＵ型トラフ型のスクリューコンベアーを使用し、脱水ヒータ７及び加熱ヒータ８として、スクリューコンベアーの上面に、赤外線放射面積500²、5000kcal/hrの熱量を持ち、ピーク波長を2μｍから10μｍとすることができる耐熱セラミックスチューブバーナーを５基装着し、再生骨材２を370mm/minの移送速度で移送するとともに、ブロア６によって風速3m/minの気流を発生させ、再生骨材を25kg/minずつ供給して加熱を行うものとした。再生骨材２は、粒度0mmから13mm、含水比5.3％、20℃のものとした。

図２の再生骨材の温度上昇のグラフ図に示されるように、第１ステップ（ピーク波長2.7μmの近赤外線照射）において含水比5.3％の再生骨材２を2％まで脱水させる時間は放射熱量62kcal／kgで約３分であった。この加熱により骨材温度は20℃から70℃に加熱される。そして第１ステップによって含水比2％に脱水された再生骨材は、第２ステップにおいては、第１ステップとほぼ同じ58kcal/kgの放射熱量で約２倍以上の温度上昇があり、約３分で170℃に達した。すなわち60kcal/kgの放射熱量の場合、約６分で加熱を終了することができる。

再生加熱アスファルト混合物製造システムの概要図である。 再生骨材の温度上昇のグラフ図である。

符号の説明

２ 再生骨材
６ ブロア（送風装置）
７ 脱水ヒータ（照射装置）
８ 加熱ヒータ（照射装置）
１２ 管状輻射バーナー
１４ 脱水ゾーン
１６ 加熱ゾーン

Claims (8)

1. 上流から下流に向かって水分を含む骨材とアスファルトとの混合物を移送しながら、赤外線を照射して加熱し、加熱アスファルト混合物を製造する方法において、水の分子が共振する波長の近傍の赤外線を照射する脱水ゾーン（１４）と、骨材及びアスファルトを構成する固体分子が共振する波長の近傍の赤外線を照射する加熱ゾーン（１６）とを設け、加熱処理工程における加熱ゾーン（１６）の上流側に脱水ゾーン（１４）を配置し、脱水ゾーン（１４）において上記混合物を脱水した後、加熱ゾーン（１６）において脱水後の混合物を加熱して加熱アスファルト混合物を製造する加熱アスファルト混合物の製造方法。
2. 水分を含む骨材とアスファルトとの混合物が再生骨材（２）である請求項１の加熱アスファルト混合物の製造方法。
3. 加熱ゾーン（１６）に発生する加熱空気を送風装置（６）によって脱水ゾーン（１４）を通過させて排出させる請求項１又は２の加熱アスファルト混合物の製造方法。
4. 加熱ゾーン（１６）から脱水ゾーン（１４）に向かう送風装置（６）による風の風速を略３ｍ／分以上とした請求項３の加熱アスファルト混合物の製造方法。
5. 脱水ゾーン（１４）及び加熱ゾーン（１６）において必要な波長に対応するセラミックからなるセラミック管状体の内部において燃料を燃焼させ、該セラミック管状体から所定の波長の赤外線を放射させるとともに、セラミック管状体に設けられた噴出口から高熱気流を噴出させる管状輻射バーナー（１２）を赤外線の照射装置（７），（８）とする請求項１又は２又は３又は４の加熱アスファルト混合物の製造方法。
6. 混合物を攪拌しながら移動させ、脱水ゾーン（１４）及び加熱ゾーン（１６）において赤外線を照射する請求項１又は２又は３又は４又は５の加熱アスファルト混合物の製造方法。
7. 脱水ゾーン（１４）において照射する赤外線が、波長が略１〜４μｍの近赤外線である請求項１又は２又は３又は４又は５又は６の加熱アスファルト混合物の製造方法。
8. 加熱ゾーン（１６）において照射する赤外線が、波長が略５〜１０μｍの遠赤外線である請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７の加熱アスファルト混合物の製造方法。

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