JPH0751668B2 - マルチグレードアスファルトセメント製品および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、新規のマルチグレードアスファルトセメント
およびその製法に関する。また、本発明は、道路、ルー
フィング建造物およびアスファルトセメント特製品（減
少された感温性および減速されたエージ硬化速度が要望
される重要な品質のうちである）における通常のアスフ
ァルトセメントの有利な代替品としてのこの新規製品の
用途に関する。

背景技術 アスファルト製品および方法 アスファルト組成物の舗道は、米国で舗装の90％以上を
占める。湖床から得られる天然アスファルトは、早くも
1874年には利用された。その後、岩アスファルト鉱床
は、若干の南部の州および西部の州で見出され、それら
は粉砕し、置き、転圧して舗道表面を形成していた。し
かしながら、1900年代の初め以来、精製石油法で生じた
アスファルトが、舗装とルーフィング応用との両方を支
配している。

アスファルトは、主成分としてビチューメンを含有する
暗褐色から黒色の高度に粘稠な物質であり且つ大抵の原
油で各種の割合で見出されている。より軽いオーバーヘ
ッド留分を実質上含まない石油精製からのアスファルト
系残油は、通常、「アスファルト」と呼ばれている。

舗装アスファルトは、アスファルトセメント、カットバ
ックアスファルトおよびアスファルト乳剤と分類されて
いる。アスファルト乳剤及びカットバックアスファルト
にも適宜言及するが、本発明は主としてアスファルトセ
メントに関するものである。

アスファルトセメントは、道路またはルーフィング応用
および特製品に適した性質を有するアスファルトであ
る。道路建設の場合には、アスファルトは、自由流動コ
ンシステンシーに加熱し、大体同じ温度（通常121〜177
℃（250〜350゜F）に加熱された骨材と混合し、調製表
面上に置き、圧密し、養生してアスファルト系コンクリ
ートを製造している。アスファルト舗装の長い歴史にお
いて、アスファルトセメントと骨材とを混合する熱間混
合法は、コストと品質との最も好都合なバランスを与え
るものとして特別上等のプロセスであった。熱間混合法
は、加熱液化アスファルトセメントを加熱骨材と接触さ
せて、レイダウンおよび圧密の準備ができた被覆骨材を
製造している。

舗装に使用されたアスファルトセメントは、３種の別個
のパラメーター：粘度、エージング後の粘度、および針
入度に従って等級化されている。米国で最も普通の等級
システムは、60℃（140゜F）でポアズで測定する粘度に
基づく（AASHTO Ｍ−226）（AASHTOはアメリカン・ア
ソシエーション・オブ・ステート・ハイウェイ・エンド
・トランスポーテーション・オフィシャルズの呼称であ
る）。かくて、60℃（140゜F）で250ポアズの粘度を有
するアスファルトセメントは、呼称AC−2.5を有し、
「軟質」アスファルトとみなされる。他の極端において
は、60℃（140゜F）で4,000ポアズの粘度を有するアス
ファルトセメントは、AC−40として既知であり且つ「硬
質」アスファルトとみなされる。それらの間には同様に
それぞれの粘度に関係するAC−５、AC−10、AC−20およ
びAC−30と示されるアスファルトがある。更に、AC−50
は、熱い気候の或る面積で使用されるようになっており
且つAC−１は、より寒い気候で使用されている。標準的
アスファルト等級は、「熱間混合アスファルト舗道の建
設の原理」、ザ・アスファルト・インスティテュート、
マニュアル・シリーズNo.22（MS−22）、1983年１月、
第14頁に表示され且つ議論されている。

若干の西部の州は、エージング後の粘度に基づく等級シ
ステムを採用している。このシステムは、所定位置にし
た後の舗道の粘度特性をより正確に反映しようとしてい
る。試験は、アスファルトの薄膜の酸化を60℃（140゜
F）で促進することによってアスファルト中のエージン
グを模擬する（AASHTO Ｍ−226）。結果は、例えば、
粘度1,000ポアズの場合にはAR−10（「軟質」アスファ
ルトとみなされる）および粘度16,000ポアズの場合には
AR−160（「硬質」アスファルトとみなされる）と報告
されている。この等級システムは、前記刊行物で第15頁
で議論されている。

また、アスファルトは、標準針入度試験（AASHTO Ｍ−
20）によって等級化してもよい。これらの試験において
は、特定の荷重を支承する標準針がアスファルトを25℃
（77゜F）において所定の時間で針入する距離は、アス
ファルトの硬さまたは軟化度を示す。この試験は、前記
刊行物で第16頁で議論されている。

ルーフィング応用の場合には、アスファルトセメント
は、アスファルトロールルーフィングにおける積層屋
根、屋根板および飽和剤の製造で使用されている。組立
屋根で使用されているアスファルトセメントは、ASTMD3
12に従って軟化点によって等級化されている（ASTMはア
メリカン・ソサエティー・フォ・テスティング・マテリ
アルズの呼称である）。低い軟化点を有する型Ｉアスフ
ァルトは、軟質アスファルトとみなされる。型IVルーフ
ィングアスファルトは、高い軟化点を有し且つ硬質アス
ファルトとみなされる。これらの等級および中間等級
は、所定の屋根温度および勾配での流れに対するアスフ
ァルトの感受性に基づく。積層屋根は、アスファルト飽
和フェルトを転圧した後、その上のアスファルトセメン
トをモップでふくことによって建設している。この方法
は、数回繰り返して防水積層屋根を製造している。

例えば、所期の用途に応じた各種の要件を有する目地材
および亀裂充填剤、再循環剤および防水および防湿を含
めてアスファルトセメント用の他の特製品応用がある。

カットバックアスファルトは、アスフアルトがアスファ
ルトセメントと通常併用されるか乳化なしで使用される
温度よりも低い温度で液化することが望ましい場合に使
用されている（以下参照）。カットバックは、通常、噴
霧塗布物として適用されている。それらは、アスファル
トをナフサ、灯油、重油などの石油溶剤に溶解すること
によって調製している。カットバックを包含する噴霧塗
布物と冷間混合塗布物との両方とも、溶剤の雰囲気への
放出によって環境問題および安全問題を生ずる。また、
1970年代のエネルギー危機においては、この目的での石
油溶剤の使用は、課される保存手段に反し、このことは
今日のカットバック使用量の実質的減少を生じている。

カットバックは、アスファルト成分として使用してもよ
いが（これらは通常油中水型乳剤である）、アスファル
ト乳剤は、通常、その製造に溶剤を使用しない。アスフ
ァルトフラックスは、加熱によって液化し、アスファル
ト球は、水に分散し、界面活性剤と共にミル処理して安
定な水中油型乳剤を調製する。アスファルト乳剤は、数
種の１つであることができ、それらは乳剤を調製するの
に使用する界面活性剤に応じて陰イオン、陽イオンおよ
び非イオンを包含する。乳剤は、アスファルト乳剤の薄
膜を道路表面に適用した後、骨材のカバーを施して防水
道路を与えることによって現存の道路のシーリングにお
いて使用される。また、アスファルト乳剤は、路床上の
所定位置で骨材と混合するのに使用でき、または冷間パ
グミル法によって骨材と混合し、次いで、舗装機械によ
って道路上に散布するのに使用できる。乳剤は、通常、
冷間混合法と関連づけられる。熱間混合物として使用す
る時には、通常の熱間混合法と比較してより低い温度
が、通常、使用されている。

アスファルト乳剤は、アスファルトコンクリートを製造
するために熱間混合法で使用できるが、固有の製造上の
困難が、アスファルトセメントを利用することに一般的
採択を授けている。熱間混合法でのアスファルト乳剤と
関連づけられるこれらの問題の若干は、後述する。

バッチ熱間混合プラントにおいては、乳剤（通常水約30
重量％を含有）を加熱する際に放出される水蒸気のガス
抜きは、骨材が比較的高温にされる場合には時々爆発力
で生じ、安全上の問題および環境問題を生ずる。連続ド
ラム熱間混合プラントにおいては、短い混合時間は、時
々、適当な水の放出を与えるのには不十分である。両方
の熱間混合製造法においては、乳剤に含有される水を蒸
発するのに必要とされる実質的追加量のエネルギーがあ
る。これらの水中油型乳剤は、十分に低い温度で貯蔵す
るならば、凍結しやすく、従って、乳剤の早期破壊をも
たらす。万一乳剤を若干の理由で加熱するならば、水
は、早期に失われ、乳剤は反転し、取扱時に潜在的に厳
しい問題を生じ且つ製品の使用の損失を生ずる。

骨材に接着している乳剤残渣から水をできるだけ迅速且
つ完全に除去する必要が、品質の見地から最も重要であ
る。乳剤の水相は、レイダウンにおいてアスファルト系
コンクリート中の高い水分に不可避的に貢献し、爾後の
蒸発速度は、環境条件によって影響されることがある。
かくて、アスファルト乳剤から敷かれたアスファルト系
コンクリートの養生段階で乾燥速度と乾燥の程度との両
方の不確実性があり、養生法での所定の時点での重要な
特性の変動の見込みを伴う。

熱間混合法で使用されてきたアスファルト乳剤として
は、「高フロート」乳剤と呼ばれる陰イオン乳剤の種類
が挙げられる。これらの乳剤の調製は、以前から、確立
された方法に従ってきた。これらの方法においては、乳
剤は、通常、トール油として存在する有機酸のその場
（in situ）ケン化によって安定化している。改良され
た残渣性を有するアスファルトは、熱間混合法での水の
除去後に調製されている。

例えば、米国特許第2,855,319号明細書は、トール油が
水酸化ナトリウムによってケン化して養生アスファルト
系コンクリートの乳剤残渣に改良された性質を授けると
言われている乳化剤として作用するトール油石鹸を生成
する乳剤を記載している。同様に、米国特許第3,904,42
8号明細書は、例えば、実質量の水の存在下での水酸化
ナトリウムでケン化されたトール油をアスファルトセメ
ントと共に特定の温度範囲内でミル処理して通常よりも
多い量のアスファルトを含有する粘稠なゼリー状塊を調
製するアスファルト乳剤を記載している。より多いアス
ファルト含量は、湿潤骨剤から水切りするアスファルト
の傾向を減少すると言われており且つより完全な被覆物
を生ずる。

米国特許第4,422,084号明細書は、高フロート乳化法を
記載しており、この高フロート乳化法においては、トー
ル油は、先ずアスファルトの性質に影響を及ぼすが乳剤
の破壊には影響しない各種の調整剤で前処理されたアス
ファルトと混合している。また、例えば、水溶液中で苛
性物と反応されたトール油からなる乳化剤をアスファル
トとブレンドする方法が、開示されている。乳化剤成分
の比率は、アスファルトの各種の組成物と適応させるた
めに変化してもよい。

トール・オイル・プロダクツ・ディビジョン・オブ・ザ
・パルプ・ケミカルズ・アソシエーションズの刊行物、
「トール油およびその用途」（F.W.ドッジ・カンパニ
ー、1965年）は、骨材上の水を置換し且つアスファルト
セメントの骨材への結合を容易にするために乳剤中の界
面活性剤の重要性を強調している。この目的で、それ
は、トール油脂肪酸を道路応用のためのアスファルトを
流動化する際に乳化剤として使用することを記載してい
る。

熱間混合舗装法および冷間混合舗装法の一般的レビュー
は、「ハイウェイ・エンジニアリング」、ライト・エン
ド・パケッテ、第４版（ジョン・ウイリー・エンド・サ
ンズ、1979年）に見出される。熱間混合法のより現在の
レビューは、「熱間混合アスファルト舗道の建設の原
理」、ザ・アスファルト・インスティテュート、マニュ
アル・シリーズNo.22（MS−22）（1983年１月）に現わ
れる。アスファルト乳剤を使用する冷間混合法のレビュ
ーに関しては、「基本アスファルト乳剤マニュアル」、
ザ・アスファルト・インスティテュート、マニュアル・
シリーズNo.19（MS−19）（1979年３月）参照。

ケン化反応は、安全な取扱および使用を容易にするため
にガソリンなどの通常液体の炭化水素のケン化で適用さ
れている。例えば、米国特許第2,385,817号明細書は、
ステアリン酸とロジンとの混合物を水酸化ナトリウムお
よび少量の無水メチルアルコールでケン化することから
得られる金属石鹸のその場生成によって「通常液体の炭
化水素」のケン化を開示している。アルコールは、反応
を「促進する」と言われている。「液体炭化水素」は、
易燃性であり且つ可燃性燃料として使用しようとするガ
ソリンおよび他の石油留出物である。そのままで、それ
らは、アスファルト残油よりも石油精製法でかなり軽い
留分である。

同様に、より軽い石油留分をベースとする石鹸グリース
は、例えば、ロックハートによりアメリカン・ラブリカ
ンツ（ケミカル・パブリッシング・カンパニー、1927
年）、第163頁およびその次、および米国特許第3,098,8
23号明細書に記載されている。驚異的ではないが、水
は、グリース中で望ましくない成分であることが認識さ
れている。例えば、米国特許第2,394,907号明細書にお
いては、グリースは、水酸化ナトリウムを鉱油などの
「非反応性液体媒体」に懸濁し、水酸化ナトリウムをそ
の中でミル処理し、脂肪酸を添加水の不在下でケン化す
ることによって調製している。混合物を「ケン化温度」
に加熱することは、反応を開始し、次いで除去しなけれ
ばならない望ましくない水を副生物として生成すると言
われている。

米国特許第2,888,402号明細書には同様の反応が記載さ
れているが、加熱時に放出され且つケン化反応を開始す
ると思われることがある水和水を有する金属水酸化物を
利用している。詳細には水源と主張されている水酸化リ
チウムは、第一段ケン化を開始した後、他の金属水酸化
物を使用する第二段を施す。

有機ゲルをその場ケン化によって調製したグリースの長
い歴史および大規模の使用にも拘らず、アスファルトを
利用する技術は、アスファルト材料でゲル形成の実質的
利益を達成するためにグリーステクノロジーを決して翻
訳せず且つ採用しなかった。その代わり、アスファルト
を道路、ルーフィング建設および特製品アスファルト応
用に適用することは、本発明まで通常のアスファルトセ
メントのテクノロジー分野のままであり且つより少ない
程度でカットバックおよび乳化法のテクノロジー分野の
ままであった。

アスファルトセメント中の性質上考慮すべき事柄 現在、舗装応用の場合には、アスファルトセメントは、
アスファルト系コンクリートが高温で不当に軟化しない
か低温で亀裂しないように注意して選ばなければならな
い。この選択の必要は、軟質等級のアスファルトを北部
または寒冷気候で使用させ且つ硬質等級のアスファルト
を南部または温暖気候で使用させる。しかしながら、多
くの気候においては、舗道は、高温と低温との両極端に
さらされ、アスファルト選択で妥協をもたらし、特定の
等級のアスファルトが気候温度の全範囲にわたって完全
には適していない。

かくて、アスファルト系コンクリート応用におけるアス
ファルトセメントの感温性は、第一の重要性を有する。
アスファルトは、低温で不当に剛性にならず且つ亀裂せ
ずに高温で構造一体性を保持しなければならない。しか
しながら、これらの性質は、温度変化の多くのサイク
ル、凍結および解凍および一定に変化する荷重にわたっ
てアスファルト舗道でも持続しなければならない。粘度
のlog−logとしてプロットされる粘度／温度曲線の勾配
が低ければ低い程、アスファルトセメントの感温特性
は、より良好である。

環境および交通への長期露出時の酸化を通して、アスフ
ァルトセメントは、経時的に硬化する。エージ硬化（Ag
e hardening）は、厳重な注意を払わなければならない
アスファルト系コンクリートの別の特徴である。粘度の
log−logとしてプロットされる粘度／時間曲線の勾配が
低ければ低い程、アスファルトのエージ硬化特性は、よ
り良好である。

更に、アスファルトコンクリートとして敷かれるアスフ
ァルトセメントは、通常の屋外暴露およびエージングに
さらす時に良好な耐久性を示すことが重要である。耐久
性は、天気および交通の一般の条件下で経時的に解体に
抵抗する品質である。反復凍結および解凍、並びにエー
ジングプロセスに伴う酸化は、耐久性に影響する因子で
ある。

アスファルトセメントは、脆性および亀裂の低温問題と
一致する最低AC等級がより粘稠なより高いAC等級の高温
特性の犠牲なしに組み込むことができるならば、理想に
向かって質的に移動するであろうことが明らかである。
不幸なことに、本熱間混合法におけるAC等級の混合は、
技術的に実行可能であるが、不可避的に性質の不満足な
妥協を生ずる。例えば、アスファルトの所定等級のブレ
ンドは、各等級の望ましい温度依存性粘度をブレンド中
で保存しない。むしろ、ブレンドされた製品は、元の値
間の中間である粘度特性を有する。

同様に、ルーフィングアスファルトセメントの屋根構造
物への適用は、感温性およびエージ硬化の考慮すべき事
柄を生ずる。アスファルト材料の積層ルーフィングコー
トは、米国における商業的および工業的ルーフィングの
大部分を占める。積層ルーフィングは、アスファルトと
アスファルト含浸マットとの交互層のレイダウンを包含
する（アスファルトはルーフィングアスファルトセメン
トとして熱間適用する）。

目地材および亀裂充填剤、再循環剤、防水および防湿
（ASTM D449）を包含する特製品アスファルト応用も、
包含される製品の最後の性能を決定する際に感温性およ
びエージ硬化と関係する。

それゆえ、本発明の目的は、（１）通常のアスファルト
セメントを超える改良された性質、例えば、減少された
感温性およびより低いエージ硬化速度を有するゲル化ア
スファルトセメントを提供すること、および（２）現在
の熱間混合装置、標準ルーフィング適用装置および特製
品アスファルト適用装置において通常の熱間混合アスフ
ァルト法を使用してこれらの結果を達成することであ
る。

発明の開示 本発明の実施において、新規のマルチグレードアスファ
ルトセメントは、液化アスファルト材料をゲル化するこ
とによって調製する。このことは、以下に更に記載のよ
うに、実質上水を含まない液化アスファルト中で、少な
くとも１種の脂肪酸および少なくとも１種の樹脂酸をア
ルカリ金属塩基でケン化することにより、または既にケ
ン化された製品を液化アスファルトに加えることによっ
て達成される。得られたゲル化アスファルトセメント
は、道路、ルーフィングおよび特製品応用で常法で利用
される。

発明を実施するための最良の形態 熱間混合法で使用する高温での通常のアスファルトセメ
ントは、液体のレオロジー的性質を有する。アスファル
トは、骨材との配合およびアスファルト系コンクリート
としてのレイダウン全体にわたって特定の粘度−温度関
係と一致する流動性の液体のままである。この物理的状
態においては、それは、温度、骨材の性状および表面積
およびボイドの大きさおよび形状などの因子に応じて骨
材をから流出しやすい。

アスファルトは、ケン化反応が開始できる液化アスファ
ルト内のイオン化帯を形成するために痕跡量の電離液体
のみを必要とする直接ケン化反応によってゲル化できる
ことが今や発見された。反応が進行する時に生ずる水
は、アスファルトおよびケン化成分を含有する全混合物
を浸透する反応を続けるのに十分である。水は、本法の
一部分として除去する。

本発明に従って調製されるゲル化マルチグレードアスフ
ァルトの質的利点のため、より低いAC等級（より低い粘
度）のアスファルトは、より高い等級（即ち、より高い
粘度）のアスファルトの高温特性を示しながら、その等
級の低温特性を有するアスファルト系コンクリートを調
製するように選んでもよい。実際上、これらのアスファ
ルトセメントは、単一等級または等級の混合物の場合に
得られるものよりも大きい粘度／温度曲線偏平化を可能
にする。同様に、改良されたエージ硬化性および粘度／
時間曲線のより大きい偏平化が、得られる。

従って、ここで使用する「マルチグレード」アスファル
トなる用語は、通常のアスファルトセメントと比較して
減少された感温性および改良されたエージ硬化性を有す
る新規のゲル化アスファルトセメントを記載するために
採用する。マルチグレードアスファルトセメントは、後
述の新規の方法によって調製し且つ発泡なしに約104℃
（220゜F）以上で保存することができる性質によって示
されるように実質上水を含まないことによって更に特徴
づけられる。それは、通常の熱間混合法によってアスフ
ァルトコンクリートを調製するために骨剤と混合するの
に好適であり並びに通常のルーフィングおよび特製品応
用に好適である。

本発明の方法においては、水を本質上含まないゲル化マ
ルチグレードアスファルトセメントは、水を実質上含ま
ない液化アスファルト材料をゲル化し、微粉砕された実
質上乾燥粒状物形態のアルカリ金属塩基との反応によっ
て、その中で少なくとも１種の脂肪酸および少なくとも
１種の樹脂酸をケン化した後、反応水を反応混合物から
除去することによって調製する。反応成分と通常関連づ
けられる水は、反応混合物から逃げる時に反応水の不当
な発泡を生ずるような加速反応速度を生じずに、ケン化
反応を開始するのに通常十分である。

アスファルト材料は、アスファルト源、例えば、天然ア
スファルト、岩アスファルト、好ましくは石油の精製法
で得られる石油アスファルトに由来してもよい。アスフ
ァルトは、AASHTOおよびASTMによって現在等級化される
ものから選んでもよく、または特定の等級定義を満たさ
ない各種のアスファルトのブレンドであってもよい。こ
れとしては、エアブローンアスファルト、減圧蒸留アス
ファルト、スチーム蒸留アスファルト、カットバックア
スファルトまたはルーフィングアスファルトオが挙げら
れる。剥離防止剤、重合体などのアスファルト添加剤
は、アスファルトに配合してもよい。好ましくは、本発
明のマルチグレードアスファルトは、舗装等級アスファ
ルトが望ましい場合には、AC−５などの軟質等級を利用
する。或いは、単独で使用するか石油アスファルトと混
合した天然または合成ギルソナイトは、選んでもよい。
本発明で使用するのに好適な合成アスファルト混合物
は、例えば、米国特許第4,437,896号明細書に記載され
ている。

ケン化成分を含有する液化アスファルト材料は、高剪断
ミルに流し込んでアルカリ金属塩基の粒径を減少し且つ
塩基および有機酸成分を液化アスファルト全体にわたっ
て分散してケン化反応を容易にする。高剪断ミルは、塩
基材料の粒径を約425μ以下に減少するであろう種類を
有しているべきである。

或いは、ゲル化アスファルトセメントは、予備生成石鹸
を液化アスファルトに加えることによって調製できる。
反応水を実質上含まない予備生成石鹸は、比較的硬質で
あるので、好ましくは、液化アスファルトに加える前に
ミル処理または溶融する。その場ケン化と外部ケン化と
の間の選択は、数種の因子の釣り合いを必要とする。そ
の場反応は液化アスファルト中に望ましくない水を生ず
るが、水は、広く使用されている温度で容易に蒸発す
る。外部反応は、余分の工程および反応、貯蔵およびミ
ル処理（ケン化生成物を固体石鹸として保つ場合）およ
び移動用の追加の装置を必要とする。石鹸を溶融するこ
とは、温度制御の臨界性および液化アスファルトよりも
一般に高い温度の使用を導入する。それゆえ、ケン化反
応をその場で実施することが好ましい。

アスファルト材料、好ましくは石油アスファルトは、加
熱して自由流動性液体を調製するか、わずかに高い温度
に加熱してケン化反応水の蒸発を容易にする。約177℃
〜232℃（350゜F〜450゜F）の温度を使用することがで
き、約204℃（400゜F）が好ましい。

アルカリ金属塩基は、アルカリ金属、アルカリ金属酸化
物、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ金属塩、例え
ば、金属ナトリウム、酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム
または好ましい水酸化ナトリウムであってもよく、また
は対応カリウムまたはリチウム化合物であってもよい。
好ましくは、塩基は、添加時には実質上乾燥であり且つ
微粉砕粒状物形態であるべきである。

ケン化性有機酸（本発明の目的で、それらのエステルを
含めて）は、炭素数約12〜約24の飽和または不飽和分枝
または直鎖脂肪酸１以上であってもよい。例は、ステア
リン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸および有
機スルホン酸である。樹脂酸は、例えば、アビエチン
酸、ネオアビエチン酸、ジヒドロキシアビエチン酸パル
ストリン酸またはイソデキストロピマル酸またはそれら
の混合物であってもよい。

有機酸成分は、好ましくは且つ好都合には、トール油の
形態で加える。トール油は、製紙からの木材パルプの蒸
解で得られる液体樹脂状物質である。市販のトール油
は、一般に、脂肪酸、主として炭素数18の酸と樹脂撒と
ステロール、高級アルコール、ロウおよび炭化水素を含
めた不ケン化物との複合体からなる。トール油は、これ
らの成分の割合が木材パルプを供給する木の地理的位置
を含めた多数の因子に応じて変化するであろう。好まし
くは、トール油中の不ケン化物は、約30％以下であるべ
きである（ASTM D803）。脂肪酸対樹脂酸の比率は、約
0.7〜約２、好ましくは約1:1であるべきである。粗トー
ル油を使用する場合には、アスファルトの約２重量％
は、少なくとも化学量論量のアルカリ金属塩基との反応
に好ましい。精製トール油または非トール油源からの個
々の脂肪酸を選ぶならば、または脂肪酸を合成トール油
中の脂肪酸とブレンドするならば、量は、粗トール油の
酸成分に近似すべきである。一般に、トール油でのアル
カリ金属塩基の完全中和は、好ましく、大体等モル料の
酸および塩基を示す。

ケン化反応を開始するためには、極めて少量の水などの
電離媒体のみが存在することが必要である。例えば、実
質上乾燥水酸化ナトリウム反応体などの吸湿性塩基の表
面上に水分として普通存在する水で、通常十分である。
同様に、市販の粗トール油に普通存在する水は、反応を
開始するのに適当な量以上である。会合で水和水の１以
上の分子を有する塩基、例えば、水和水酸化リチウムを
選ぶ場合には、液化アスファルトの熱は、反応を開始す
るのに十分な水を放出するであろう。

全反応系が水または他の電離媒体を含有しない場合には
（例えば、乾燥非吸湿性塩基または水を含まない精製ト
ール油を使用する場合のように）、少量の水を液化アス
ファルトに加えることは、反応を開始するであろう。勿
論、かかる添加は、水が蒸発前に液化アスファルトに配
合するであろう時点においてであることが重要である。
ミルののどまたはその付近での注入で通常十分であろ
う。荒いガイドとして、アスファルトに対して約0.001
重量％以下の量の水は、適当であることが見出された。
事実、実際上、ケン化反応は、標準技術によっては測定
できない量の水で進行する。

電離媒体源に無関係に、ミル処理工程に達成される緊密
混合は、通常、蒸発が生ずる前に所望の分布を達成する
のに十分である。勿論、反応水が生成されると、多量の
「電離媒体」は存在し、その時点では、蒸発は、本質上
乾燥アスファルトセメントを調製するのに望ましい。

少量のアルコール、例えば、メチルアルコールおよび他
の低級脂肪族アルコールは、同様に、電離媒体として使
用してもよい。アルカリ金属水酸化物との反応によって
生成されるアルコラートは、ケン化反応を同じ方法で容
易にして、反応が進行する時に水を生成する。米国特許
第2,385,817号明細書は、ガソリンなどの液体炭化水素
をケン化する際のアルコラーの便利な品質を記載してい
る。一般に、アルコールの使用は、なお別の成分の貯蔵
および取扱を必要とする方法の複雑さとして回避すべき
である。

下記例は、本発明の実施を例証する。

例１ 加熱され且つ絶縁された379（１ガロン）の円錐底容
器に、204℃（400゜F）に予熱されたAC−20アスファル
トセメント1500gを加えた。円錐の底に弁を取り付けて
アスファルトを高剪断コロイドミルに流し込み且つ容器
の上部に返送させた。水酸化ナトリウムビーズ3.7gを循
環アスファルトに加えた時に、アスファルトをミルを通
して循環した。ビーズは、望ましくない水の導入を回避
するために水分から保護されていた。排出された試料が
No.40メッシュ（425μ）の篩を通過するまで、混合物の
循環を約２分間続けた。粗トール油30gを循環混合物に
加えた。次の反応は、粗トール油中の有機酸１モルに対
して１モルの水を生じ、水は連続加熱および混合下に泡
として消えた。反応が進行するにつれて、混合物は、粘
度が増大した。更なる発泡が観察されなくなるまで、混
合を続けた（トール油の添加から約15分で完了された反
応を示す。）試料を試験のために排出した。

前記方法よるマルチグレード処理に付す前のアスファル
トセメントの試料で得られた試験結果と一緒に、各種の
試験の結果を表１および第１図〜第３図に与える。

例２ 例１の方法に従って、例１のAC−20アスファルトセメン
トの代わりにAC−５アスファルトセメントを使用した。
得られたアスファルトセメントの物性を表１および第１
図〜第３図に与え且つ例１のマルチグレード処理に付す
前の同じアスファルトセメントを試験することによって
得られた性質と比較する。

例３ 例１の方法に従って、例１のAC−20アスファルトセメン
ト代わりにAC−10アスファルトセメントを使用した。得
られたアスファルトセメントの物性を表１および第１図
〜第３図に与え且つ例１のマルチグレード処理に付す前
の同じアスファルトセメントを試験することによって得
られた性質と比較する。

第１および第１図〜第３図中の説明の目的のマルチグレ
ードゲル化アスファルトは、60℃（140゜F）での粘度に
関して通常のアスファルト等級と均等等級との両方によ
って表示する（これらの等級は、マルチグレード処理に
よって変換した）。例えば、MG−５−20は60℃（140゜
F）でのAC−20アスファルトの粘度特性を示すAC−５ア
スファルトから調製されたマルチグレードアスファルト
をを示す。

表１に提示の結果は、マルチグレード処理前（通常の熱
間混合アスファルトセメントを表わす）およびマルチグ
レード処理後の表示のアスファルトセメント等級の各種
の性質の直接の比較を与える。試験は、アスファルトの
感温性を測定するために広く使用されている２つの方法
を包含した。

第一方法は、ファイファー・エンドー・バンドールマル
によって開発されジャーナル・オブ・インスティテュー
ト・オブ・ペトロレウム・テクノロジスツ12:414（193
6）に報告されている針入度指数（PI）である。この方
法は、典型的道路ビチューメンの場合に零の値を取る。
零よりも大きい値は、通常のアスファルトセメントより
低い感温性であり且つ零未満の値は、高い感温性であ
る。表１は、PIが試験されたすべてのアスファルト等級
の場合にマルチグレード処理によって実質上改善された
ことを示す。

第二方法は、マクレオドによって開発されプロシ−ディ
ングズ・オブ・アスファルト・ペーピング・テクノロジ
スツ41:424（1972）に報告されているペン粘度数（PV
N）である。PVNは、良好なアスファルトおよび不良なア
スファルトのPVN指数値と比較してアスファルトの高温
粘度並びに針入度を利用する。再度、零よりも大きい値
は、零未満の値よりも低い感温性のアスファルトを示
す。表１は、試験されたすべてのアスファルトが同様に
マルチグレード処理によって感温性に関して実質上改善
されたことを示す。

第１図は、粘度の尺度である針入度と温度との関係を示
す。マルチグレードアスファルトは、より平らな勾配を
生じ、このことはより低い感温性を示す。

同様に、第２図は、マルチグレード法によって改善され
たアスファルトの場合の粘度／温度曲線のより平らな勾
配をグラフ的に示す。再度、すべてのマルチグレード処
理アスファルトは、より平らな勾配を有し、通常の未処
理アスファルトよりも低い感温性を示す。

また、表１は、アスファルトの硬化性に対する本発明の
方法の効果を示す。アスファルト材料に対する熱および
空気の効果に関するASTM D1754試験法（TFOT）を使用
してアスファルトのエージ硬化速度を特徴づけた。TFOT
後のアスファルトの粘度をTFOT前の粘度で割ることによ
って得られたエージ硬化速度も、示す。薄膜オーブン後
の粘度対薄膜オーブン前の粘度のこの比率は、エージン
グ指数と呼ばれる。表１は、TFOTとエージング指数との
両方に関してマルチグレード処理時のアスファルトの実
質的改善を示す。

薄膜オーブン試験を延長してエージング時間を５時間か
ら15時間に増大することによるアスファルトのエージン
グ薄膜の長期効果を示した。表１は、アスファルトのエ
ージ硬化速度が例に記載のような処理によって実質上減
少されたことを示す。

第３図は、薄膜オーブン試験におけるエージ硬化時間の
関数としての粘度変化のプロットである。マルチグレー
ドアスファルトは、粘度/TFOT曲線のより低い勾配を生
じ、通常のアスファルトよりも低いエージ硬化速度を示
すことが明らかである。

マルチグレードアスファルトが非ニュートン性であるの
で、アスファルトセメントの粘度を測定するための通常
の方法、例えば、ASTM D2170およびASTM D2171は、マ
ルチグレードアスファルトにはあてはまらないことに留
意すべきである。非ニュートン性のため、真空毛管粘度
計によるアスファルト乳剤残渣および非ニュートンビチ
ューメンのASTM Ｐ−160（1984）粘度は、好ましい試
験法である。前記方法によるマルチグレード処理に付す
前のアスファルトの試料で得られた試験結果と一緒に、
各種の試験の結果を表１に与える。

前記比較試験から、マルチグレード処理は、針入度、粘
度および５および15時間のTFOTエージング後の粘度の品
質に有意且つ有利に影響を及ぼすことがわかる。例え
ば、60℃（140゜F）での処理前のAC−５アスファルトの
粘度は、530ポアズであった。この同じアスファルトの
マルチグレード処理は、2,200ポアズへの粘度増大を生
じ、AC−20アスファルトのAASHTO Ｍ−226の粘度要件
を満たした。同様に且つ劇的に、アスファルトの各々の
エージ硬化品質は、マルチグレード処理によって顕著に
改善された。

例４ 例１の方法に従って、例１のアスファルトセメントの代
わりにAC−10（1500g）を使用し且つ例１の水酸化ナト
リウムの代わりに無水水酸化カリウム5.25gを使用し
た。試験結果を表２に示す。

例５ 例４の方法に従って、例４の水酸化カリウムの代わりに
無水水酸化リチウム2.24gを使用した。試験結果を表２
に示す。

例６ 例４の方法に従って、例４の水酸化カリウムの代わりに
無水炭酸ナトリウム5gを使用した。試験結果を表２に示
す。

表２は、すべてのアスファルトセメントがベースアスフ
ァルトとしてAC−10を利用したコントロールと比較して
針入度指数に基づく感温性および長期エージング指数に
関して実質上改善されたことを示す。

例７ 例４の方法に従って、例４の水酸化カリウムの代わりに
ナトリウム金属2.2gを使用した。余り泡は観察されなか
った。結果を表３に示す。

例８ 例４の方法に従って、粗トール油を先ずアスファルトセ
メントに加えた後、混合し、水酸化ナトリウムビーズを
高剪断コロイドミルに加えた。結果を表３に示す。

本例は、逆の順序の化学添加がマルチグレード処理アス
ファルトの性質に対して有意な効果を有していないこと
を実証する。

例９ 十分に混合しながら、例１の容器に149℃（300゜F）に
加熱された粗トール油500gを加え後、水酸化ナトリウム
ビーズ62.5gを加えた。得られた混合物から、33.75gを
排出し、204℃（400゜F）に維持されたAC−10アスファ
ルト1500gに加えた。得られた混合物を高剪断コロイド
ミルに流し込んだ。マルチグレード製品を前記のように
試験し、試験結果を表３に示す。

前記結果は、例７〜９のマルチグレードアスファルト製
品で得られた物性を示す。結果は、成分の添加順序に無
関係にAC−10コントロールと比較してマルチグレードア
スファルトセメントの感温性およびエージ硬化の実質的
改善を示す。

例10 試験を実施して高フロート残渣を含有するアスファルト
乳剤残渣の、混合物に残る水分への感度を実証する、AS
TM No.8洗浄石灰石をAC−５アスファルトから調製され
たマルチグレードアスファルトセメント（MG5−20アス
ファルトセメント調製）４重量％で被覆し、同様に調製
された通常のAC−20アスファルト（AASHTO Ｍ−226）
と比較した。また、HFMS−2hアスファルト乳剤（ASSHTO
Ｍ−140）は、乳剤5.7重量％を加えることによって骨
材と混合して４重量％残渣アスファルト混合物を調製し
た。アスファルトセメントの各バッチを149℃（300゜
F）で90秒間骨材と混合した。骨材をHFMS−2hアスファ
ルト乳剤の場合よりも約55.6℃（100゜F）高い温度に加
熱して、水を除去した。すべての場合の最終混合物の温
度は、135℃（275゜F）であった。

各混合物約300gを直径20.3cm（８インチ）のNo.4篩中で
300゜Fでオーブンに１時間入れた。パンを各篩の下に置
いてアスファルト水切りを捕捉した。結果は、次の通り
であった： MG5−20 MC−20 HFMS−2h パン中のアスファルトｇ ０ 9.9 1.3 これらの試験は、通常のAC−20アスファルトセメントと
比較しての骨材からの移行に対するマルチグレードアス
ファルトの抵抗性およびアスファルト乳剤の高フロート
媒体沈降残渣を示す。高フロート残渣の特殊な性質は、
アスファルトの加熱混合物への移行の減少であると言わ
れている。これらの試験は、このことがAC−20に関して
真実であることを示すが、マルチグレードアスファルト
は、この点でHFMS乳剤残渣よりも決定的に優れている。

例11 例10の混合物の性質を広範囲の温度にわたって測定し
た。これらの試験の目的は、マルチグレードアスファル
トセメントに関するこれらの改良試験がアスファルト骨
材混合物（材料の一次最終用途）の性質を改善するかど
うかを決定することであった。

例10の水切り研究で使用したのと同じアスファルトを本
例のアスファルト骨材混合物研究で使用した。ASTM No.
5骨材、No.8骨材および上等な等級の砂を混合して19mm
（3/4インチ）の密な混合物（ASTM D3515）を満たし
た。HFMS−2hを204℃（400゜F）でそしてHFMS−2hを25
℃（77゜F）で90秒間骨材と混合した以外は、骨材およ
びアスファルトを混合前に149℃（300゜F）に加熱し
た。各合流混合物は、アスファルト含量4.5重量％を有
していた。各混合物をASTM Ｄ−1559に従って75ブロー
ズマーシャル圧密で圧密した。各アスファルトを有する
４種の混合物を調製し、４つの温度で試験した:60℃（1
40゜F）、37.8℃（100゜F）、25℃（77゜F）および44℃
６（40゜F）。この温度範囲は、実際に遭遇される広範
囲の舗道温度を表わす。剛性をASTM D1559およびASTM
Ｄ−1560に従ってマーシャルおよびヒビーム（Hvee
m）装置によって測定した。結果を表４に示す。

これらの結果は、マルチグレードアスファルトセメント
から調製されたアスファルトコンクリートの剛性（即
ち、安定性）が通常のアスファルトセメント程には増大
しなかったことを示す。

また、結果は、乳剤混合物（HFMS−2h）が高温で過度に
低い安定性を有することを示し、このことは不完全な養
生に起因することがある（即ち、残留水分の存在）。

例12〜14において、試験を実施してマルチグレードアス
ファルトセメントの製法でケン化反応を開始するのに必
要な微量の水を実証した。

例12 AC10アスファルト1500gを204℃（400゜F）に加熱し、例
１で使用したのと同じ容器に加えた。また、水酸化ナト
リウム3.75gを予熱して乾燥溶融状態とし、アスファル
トに加え、１分間ミル処理した。トール油を２時間135
℃（275゜F）に加熱して完全に乾燥した。乾燥トール油
30gをアスファルト／苛性ソーダ混合物に加え、15分間
ミル処理した。

例13 例12の方法に従って、水酸化ナトリウムの代わりにナト
リウム金属2.2gを使用した。

例14 例13の方法に従って、水0.015gをトール油に加え、アス
ファルトに加える前に混合した。

結果は、ケン化反応がれい12および14で進行したことを
示す（匹敵する性質がアスファルトセメントで観察され
た）。反応は、すべての反応体を特殊に乾燥した例12で
生じた。それにも拘らず、反応を開始するのに十分な水
分（測定する実験室の能力以下）が系内にあった。

トール油を乾燥するのに同じ方法に従ったにも拘らず、
反応は、例13では起こらなかった。ここで、例12の乾燥
溶融水酸化ナトリウムの代わりに金属ナトリウムを使用
した。

少量の水（アスファルトの0.001重量％）も混合物に加
えた以外は、再度金属ナトリウムおよび乾燥トール油を
使用して、ケン化反応は、例14に示すように起こった。

例15 例Ｉの方法に従って、AC−20の代わりに型Ｉルーフィン
グアスファルト（ASTM D312）を使用した。試験結果を
典型的ルーフィング試験に関してベースアスファルトと
比較する。

試験は、処理されたアスファルトが型Ｉルーフィングア
スファルトの低温特性および型IIルーフィングアスファ
ルトの高温特性を有することを示す。また、PIは、処理
されたアスファルトで実質上より低く、より低い感温性
を示す。

〔発明の効果〕

本発明の生成物は、脂肪酸、樹脂酸およびアルカリ金属
塩基を事実上水を含まない液体アスファルト中でケン化
することによって得られるマルチグレードアスファルト
セメントである。また、ケン化された生成物は液化アス
ファルトに加えることができる。本発明は温度の変動と
エージングによる硬化によく耐える新規な組成物を提供
するものである。

更に上述の組成物は殆どのアスファルトの用途、特に舗
装及びルーフィングセメントに有効である。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水を実質上含まない液化アスファルトをゲ
   ル化して調製するゲル化アスファルトセメント。
2. 【請求項２】トール油と少くともケン化し得る量の実質
   上乾燥したアルカリ金属水酸化物を、実質上水を含まな
   い液化アスファルトに加えて調製する請求項１記載のゲ
   ル化アスファルトセメント。
3. 【請求項３】トール油が脂肪酸と樹脂酸とを約0.7と約
   ２との間の比好ましくは約1:1で含む請求項２に記載の
   ゲル化アスファルトセメント。
4. 【請求項４】（ａ） 実質上乾燥しているアスファルト
   材料を液化し、 （ｂ） 少くともケン化し得る量の実質上乾燥した、ア
   ルカリ金属塩基との反応によって少なくとも１種の脂肪
   酸および少なくとも１種の樹脂酸をその中でケン化し、
   および （ｃ） 反応水を除去してゲル化マルチグレードアスフ
   ァルトセメントを調製する ことを特徴とするゲル化マルチグレードアスファルトセ
   メントの製法。
5. 【請求項５】アスファルト材料が石油アスファルト材料
   である請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】アスファルト材料がAC−１、AC−2.5、AC
   −５、AC−10、AC−20、AC−30、AC−40、AC−50、また
   はそれらの混合物、または型Ｉ、IIまたはIIIルーフィ
   ングアスファルトまたはそれらの混合物である、請求項
   ４又は５に記載の方法。
7. 【請求項７】脂肪酸および樹脂酸をトール油として加え
   る、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】アルカリ金属塩基がアルカリ金属水酸化
   物、好ましくは水酸化ナトリウムである請求項4,5,6又
   は７記載の方法。
9. 【請求項９】石油アスファルトを加熱して液化し、それ
   に実質上乾燥微粉砕粒状物形態のアルカリ金属水酸化物
   を加え、得られた混合物を次いで剪断ミル処理してアル
   カリ金属水酸化物粒状物の粒径を減少し且つ前記粒状物
   を石油アスファルトに分散し、その後混合しながら、そ
   れにケン化可能量のトール油を加えて、ゲル化マルチグ
   レードアスファルトセメントを調製し、反応系は、少量
   であるが、実質的発泡を生じずにケン化反応を開始する
   のに十分な量の水を含有しており、そして水を除去する
   請求項５の方法。
10. 【請求項１０】トール油とアルカリ金属水酸化物が予備
    混合されて石油アスファルトへ加えられる請求項５に記
    載の方法。
11. 【請求項１１】トール油が脂肪酸と樹脂酸とを約0.7と
    約２との間の比、好ましくは約1:1で含む請求項7,8,9ま
    たは10項に記載の方法。
12. 【請求項１２】水を実質上含まない液化アスファルトを
    ゲル化して調製するゲル化アスファルトセメントを実質
    上水を含まない骨材と混合し、前記ゲル−骨材混合物を
    舗装すべき表面上に散布し、前記散布混合物を所望の密
    度に圧密して、アスファルト系コンクリートのレイダウ
    ンを調製することを含む舗装方法。
13. 【請求項１３】アスファルト含浸マットを屋根表面上に
    適用し転圧し、水を実質上含まない液化アスファルトを
    ゲル化して調製するゲル化アスファルトセメントの少な
    くとも１層をその上にモップでふくことによって散布し
    てアスファルト屋根を製造することを含む屋根を葺く方
    法。