舗装材料小委員会　資料　2006.6.30 改質バインダの混合温度および締固め温度 (出典)　NCHRP REPORT 459 Characterization of Modified Asphalt Binders in Superpave Mix Design 2.10 Mixing and Compaction Temperatures of Modified Binders 編集：大有建設㈱　大河内　宝

主な内容 改質バインダ使用混合物の締固め特性を検討し、混合および締固め温度条件に関する新たな提案をしている。主な検討内容は以下のとおり。 　　改質バインダ使用混合物の締固め特性を検討し、混合および締固め温度条件に関する新たな提案をしている。主な検討内容は以下のとおり。 1. 改質バインダの粘度特性、特にせん断速度依存性 2.  締固め過程におけるせん断速度の評価 3.  ゼロせん断粘度(ZSV)による条件設定と締固め特性 4. ZSVの低せん断粘度への置き換えと粘度測定の簡略化 5.  新たな温度条件による混合性の評価

1. 改質バインダの粘度特性、特にせん断速度依存性(Report 2.10.1～2.10.2参照) ① AASHTO試験法に定められた現在の混合および締固め時の粘度条件(0.28Pa･s、20rpm)は、大多数の改質バインダについて、バインダを165℃以上の温度に加熱しないと適用できない。

改質アスファルトの粘度測定結果 165℃, 20 rpm (図‐2.53) 0.28Pa･s ：締固めの粘度条件 (PG 82、PG 76およびPG 70グレード 19 の内17で不適合) 改質アスファルトの粘度測定結果　165℃, 20 rpm (図‐2.53)

粘度比はせん断速度依存性の指標 これまで、バインダについては、せん断速度依存性を無視できるニュートン流体であると仮定している。しかし改質バインダでは、典型的なせん断速度依存性を示すため、最適な混合および締固め温度の決定に際して考慮する必要がある。 補足：せん断速度依存性は温度の関数で、高温下でより顕著となる。 バインダ等級別の粘度比 (5 rpm / 100 rpm )，165℃ (PG 7X-XXには，PG 76-XXと PG 70-XX を含む) (図‐2.54)

(2)混合物の空隙率における粘度レベルと改質の影響 (Report 2.10.2 参照) ① 比較のBoscanアスファルトでは、対数粘度は設計旋回数での空隙率にあまり影響しないが、他のバインダでは一次関数となる。 ② 空隙率が、推奨されたせん断速度20rpm(6.8 1/s)での粘度レベルにおいて同一にはならない。　→　締固め時にせん断速度依存性の影響を受ける。　 Superpaveジャイレトリコンパクタ使用 空隙率 Boscan 粘度 粘度(対数)と空隙率の関係(図‐2.55)

粘度測定条件(20rpm)が不適切か？→さらに詳細な検討 ③空隙率(NdesおよびNmax)は，改質バインダのせん断速度依存性の影響を受け、低せん断速度での粘度を指標にした方が締固め特性の精度が向上する。　　　　　　　　　　　　　　　→　これは、直感に反している？　　次に検討。 対数粘度と空隙率(Ndes)の相関係数の一例 (表‐2.14) 相関が高い

2.  締固め過程におけるせん断速度の評価 (Report 2.10.3参照)

①Superpaveジャイレトリーコンパクタからの変位曲線から、0～130回の回転数の内で、旋回数40回までにひずみ速度がほとんど0に達している。 ジャイレトリーコンパクタでの垂直方向のひずみの変化(図‐2.56) 砂利の粗骨材とPG 82-22 PEs改質バインダを 使用，最適アスファルト量

締固め時に起こる垂直方向の せん断ひずみ発生度数(図‐2.57) 砂利の粗骨材とPG 82-22 PE改質バインダを使用 ②締固め温度の決定のためには，低いせん断速度での粘度を使用するとよい。 旋回数の内、54回/130回でひずみ速度は0である。 締固め時に起こる垂直方向の せん断ひずみ発生度数(図‐2.57) 　　　　　砂利の粗骨材とPG 82-22 PE改質バインダを使用

3. ゼロせん断粘度(ZSV)による条件設定と締固め特性 (Report 2.10.4参照)

各種バインダごとのゼロせん断粘度(ZSV)に達する温度(表‐2.15) (ZSV での粘度条件：3.0 Pa･sで混合，6.0Pa･sで締固め) 締固め時の粘度条件 各種バインダごとのゼロせん断粘度(ZSV)に達する温度(表‐2.15) 混合時の粘度条件

②3.0 Pa･sのZSVで混合し，6.0Pa･sのZSVで締固めた場合、設計回転数で４%の目標空隙率を達成できる。 　　また、改質タイプや骨材タイプによる偏りも少ない。 空隙率4%±1%以内 Ndes とNmax での空隙率 (表‐2.16) 改質ﾊﾞｲﾝﾀﾞでの空隙率は±0.2～0.3%以内

4. ZSVの低せん断粘度への置き換えと粘度測定の簡略化 (Report 2.10.5 ～2.10.6参照)

各種せん断速度において，粘度が6.0 Pa･sとなる時の締固め温度の例(表‐2.17) (1)　 ZSVの低せん断粘度への置き換え(Report 2.10.5　参照) ① ゼロせん断粘度(ZSV)の理解は難しい。複雑な方程式を用いて予測する必要がある。ゼロせん断速度の代わりに低せん断速度を使用することを検討した。その結果、0.001　1/sの低せん断速度でZSV相当とすることができる。 各種せん断速度において，粘度が6.0 Pa･sとなる時の締固め温度の例(表‐2.17) ゼロせん断速度 0.001　1/sの低せん断速度 同程度となる 平均

6.0 Pa･s ZSVでの締固め温度とCross–Williamsonモデルによる6.8 1/sでの換算粘度(表‐2.19) (2)　粘度測定の単純化(Report 2.10.6　参照) ① ブルックフィールド粘度計を使用する場合には、1.4±0.1Pa･sの締固め粘度と0.75±0.05Pa･sの混合粘度を目標とすることが、よい近似になり、有望な単純化である。 6.0 Pa･s ZSVでの締固め温度とCross–Williamsonモデルによる6.8 1/sでの換算粘度(表‐2.19) ZSVでの締固め温度 換算粘度@6.8 1/s 小差(最小値の13%の範囲内)

混合および締固め温度について，現在と提案された粘度レベルの比較(図‐2.58 ) ②新しい提案の方法によれば、これまでの条件から決まる温度と比較して約40℃の縮小となる。 測定は、Brookfield　@6.8 1/s 混合および締固め温度について，現在と提案された粘度レベルの比較(図‐2.58 ) 混合温度(現) @0.17Pa･s 締固め温度(現) @0.28Pa･s × 混合温度(新) @0.75Pa･s 締固め温度(新) @1.40Pa･s

5.  新たな温度条件による混合性の評価 (Report 2.10.7参照)

アスファルト種別ごとの被覆率 ZSVは3.0 Pa･s、ﾍﾞｰｶﾘｰおよびﾊﾞｹｯﾄ･ﾐｷｻｰを使用、混合時間は3分(表‐2.22) 　　様々な骨材タイプでの被覆状況にどのように影響するかを評価した結果、高い被覆率を示すことを確認した。 アスファルト種別ごとの被覆率　ZSVは3.0 Pa･s、ﾍﾞｰｶﾘｰおよびﾊﾞｹｯﾄ･ﾐｷｻｰを使用、混合時間は3分(表‐2.22) 混合温度は130～160℃の範囲 被覆率は大多数が95%以上

まとめ 現在の混合および締固め温度条件は、改質バインダでは165℃を超える高温となる。 改質バインダは明らかに非ニュートン的挙動を示す。 ジャイレトリーコンパクタでの締固めは、低いせん断粘度によってコントロールされる。 所定のZSVの適用で、目標空隙率を達成でき、改質タイプや骨材タイプによる偏りも少ない。 ZSV の代わりに、0.001　1/sの低せん断速度でZSV相当とすることができる。 ブルックフィールド粘度計による場合は、締固めは1.4±0.1Pa･s、混合は0.75±0.05Pa･sの粘度を目標とするとよい。

参考資料

CONTENTS 2.10 改質バインダの混合温度および締固め温度 2.10.1　粘度特性，　75 2.10.2　混合物の空隙率における粘度レベルと改質の影響，　75 2.10.3　締固め過程でのせん断速度の評価，　78 2.10.4　ゼロせん断粘度（ZSV）の目標値の選定，　79 2.10.5　ZSVの低せん断粘度への置換え，　79 2.10.6　粘度測定の単純化，　80 2.10.7　混合温度の評価，　82 2.10.8　混合および締固めの研究結果の概要，　84

新提案された粘度レベル ゼロせん断粘度(ZSV)：著者らは、参考文献にそのモデル 等を説明。 　　　CEN(Comite Europeen de Normalisation)では、DSRを用いて測定され、せん断速度が0の時の粘度と定義される。→　「わだち掘れと性能保証について」参照。