説明

加熱アスファルト混合物の製造方法

【課題】 再生骨材の脱水を効率よく行い、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方法を提供することを課題としている。
【解決手段】 上流から下流に向かって移送される水分を含む骨材とアスファルトとの混合物に対して、上流側の脱水ゾーン14において水の分子が共振する波長の近傍の波長の近赤外線を照射して混合物を脱水し、その後下流側の加熱ゾーン16において上記混合物の固体分子が共振する波長の近傍の波長の遠赤外線を照射し、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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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)。
【0005】
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。
【0006】
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。
【特許文献1】特開2002−105907号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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)。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【課題を解決するための手段】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【発明の効果】
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【実施例1】
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】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。
【図2】再生骨材の温度上昇のグラフ図である。
【符号の説明】
【0058】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−36962(P2006−36962A)
【公開日】平成18年2月9日(2006.2.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−220174(P2004−220174)
【出願日】平成16年7月28日(2004.7.28)
【出願人】(000129611)株式会社クレー・バーン技術研究所 (11)
【出願人】(000177704)山陰建設工業株式会社 (10)
【Fターム(参考)】