アスファルトとは
アスファルトとは、原油を精製することで得られる炭化水素を主成分とする黒色の材料です。
土瀝青または地瀝青という別名もあります。常温状態では固体もしくは半固体ですが、高温域では容易に融解し液体となります。
現在、使用されるアスファルトの多くは石油由来です。しかし、一部天然由来のアスファルトも存在します。また、アスファルトに砂や石などを複合させた加工品をアスファルト混合物と呼ぶため、区別して使用される場合もあります。
アスファルトに似たものとして、コンクリートが挙げられます。コンクリートはセメントに砂や水を加えて重合反応を利用して固化させる粉末のため、大きく異なる物質です。
アスファルトの使用用途
アスファルトの主な使用用途は、道路の舗装、燃料、建築材料などです。
1. 道路の舗装
アスファルトは、道路の舗装に使用されます。日本の道路の9割以上はアスファルト塗装が施されています。アスファルトが重宝される理由はいくつかあり、1つは価格の安さが挙げられます。
コンクリートと比べ、低単価での舗装が可能です。また、短時間での施工が可能であり、透水性をコントロールできる点も道路舗装に用いられる理由です。
最近では、ヒートアイランド現象対策として、保水性や遮熱性を付与したアスファルト塗装や静音性を重視した塗装なども開発されています。
2. 建材
アスファルトは、建材としても使用されます。屋根用防水シートなどはアスファルトを材料とする場合があり、アスファルトルーフィングと呼ばれます。屋根部材の下にアスファルトルーフィングを敷くことで、雨水の侵入を防止する役割を果たします。
近年では、アスファルトにゴムや合成樹脂を混合させた改質ゴムアスファルトルーフィングも開発されています。
3. 燃料
アスファルトは常温で固体であり、燃料としては扱いにくい材料です。ただし、重油と比べて安価で供給なことから、発電用ボイラの燃料として使用されます。
天然由来で粘性が少ない製品は微粉に粉砕して使用し、燃焼炉に微粉バーナーで吹き込み燃焼します。重油の蒸留で発生する重質残渣などは粘性が高いため、輸送時などは加温して流動性を持たせます。使用するときはボイラの余剰蒸気を利用して加熱し、流動性を維持させてバーナーで吹き込み燃焼します。
いずれの場合も、燃焼後の残留炭素や金属灰分が重油以上に含まれており、燃焼後の燃え残り分の処置が必要です。
アスファルトの原理
アスファルトは原油を蒸留することで得られ、主成分はパラフィンやナフテン、芳香族炭化水素などです。砂や骨材などを混合させて製品化されます。これらの混合物を加熱して液状状態で使用しますが、常温で固化してしまうため施工が難しくなります。
そこで使用されるのが、粘性を低下させる乳化剤と呼ばれる物質です。アスファルト乳剤はアスファルトを微粒子状に分散させる作用があるため、粘度が低下して常温でも施工が可能になります。また、乳化剤にはカチオン系乳剤／アニオン系乳剤／ノニオン系乳剤の3種類がありますが、現在はカチオン系乳剤が最もよく使用されます。
使用する乳化剤によって特性が変化しますが、アスファルトに混合するフィラーも特性に影響を与えます。フィラーとは、石灰岩などを微粉化した材料です。フィラーを混合させることで、粘度を向上させると言われます。
一般的な道路に使用される密粒度アスファルト混合物は、粗骨材を55%、細骨材を35%、フィラーを5%、アスファルトを5%の組成で混合しています。透水性を高くしたい場合は粗骨材を多く、透水性を低くしたい場合は細骨材を多く配合します。組成を工夫することで、所望の特性を持たせることが可能です。
アスファルトのその他情報
燃料としての問題点
アスファルトを燃料として使用する上で、問題点は大きく分けて2つあります。燃焼系統の設備を消耗し汚すこと、及び燃焼排ガスによる大気汚染です。アスファルト中の不純物としては、アスファルトに含有する各種重金属と硫黄分がこれらの原因です。
各種重金属のうちバナジウム化合物は他の金属酸化物より融点が低いため、炉内でミスト状になり付着堆積します。溶融した付着物は腐食を誘発しつつ伝熱を阻害するため、ボイラ性能が低下します。そのため、定期的に清掃する必要があります。
硫黄分の大部分は、硫黄酸化物としてガス化します。そのままでは大気汚染の原因となるため、排煙脱硫装置や排ガス処理設備が必要です。排ガス量によっては、大規模な設備が必須となります。近年では、環境規制の強化や設備維持のコスト増のため、燃料としての使用は次第に困難となっています。
参考文献
http://www.askyo.jp/knowledge/
https://www.seikatsu110.jp/garden/gd_asphalt/85625/
https://www.ecocleansoil.jp/blog/290/
https://www.ihi.co.jp/ihi/products/resources_energy_environment/boiler/
https://www.fepc.or.jp/enterprise/hatsuden/fire/index.html