高含有量脱硫ゴム改質アスファルトの熱酸化劣化特性とメカニズムに関する洞察:巨視的レオロジーと微視的化学的視点から
Insights into thermo-oxidative aging properties and mechanisms of high-content desulfurized rubber modified asphalt: A macro-rheological and micro-chemical perspective
本研究は、廃タイヤの資源利用を最大化するため、高含有量(30-50 wt%)脱硫ゴム改質アスファルト(HDRA)の短期および長期熱酸化劣化におけるレオロジー劣化、相安定性、微細進化メカニズムを、回転薄膜オーブン試験(RTFOT)および圧力老化容器試験(PAV)を用いて系統的に調査した。DSR、BBR、TD-GC-MS、FTIR、SEM/FMなどのマルチスケールアプローチにより、巨視的レオロジー、ライフサイクル全体での揮発性有機化合物(VOC)排出量、形態応答を定量的に評価した。結果として、50% HDRAは「自己適応型劣化」特性を示し、熱酸化によりゴムネットワークの深い膨潤と架橋が誘発され、高温弾性が大幅に向上し粒子移動が抑制されることで、初期の高温偏析感受性が完全に逆転した。しかし、高密度骨格は低温での「レオロジー的トレードオフ」をもたらし、長期劣化は内部自由体積を制限し、零下条件での応力緩和能力を著しく低下させた。さらに、ガス分子追跡と化学指数分析は、微視的な「犠牲的保護」メカニズムを確認した。初期段階でのゴムネットワークの集中的な解重合と脱硫が熱酸化エネルギーを消費し、ベースアスファルトを深刻な硬化から物理的・化学的に保護した。その結果、劣化が深まるにつれて、ライフサイクル全体での破壊モードは従来のマトリックス脆化から、ポリマー・アスファルト界面の剥離と相均質化へと移行した。本研究は、長寿命舗装材料における超高含有量固形廃棄物ゴムの精密設計と環境配慮型応用のための新しい理論的基盤を提供する。
- 高含有量(30-50 wt%)脱硫ゴム改質アスファルト(HDRA)の熱酸化劣化メカニズムを、RTFOTとPAV試験、DSR、BBR、TD-GC-MS、FTIR、SEM/FMなどのマルチスケールアプローチで系統的に解明した
- 50% HDRAは熱酸化によりゴムネットワークの深い膨潤と架橋が誘発され、高温弾性が大幅に向上し粒子移動が抑制される「自己適応型劣化」特性を示すことを発見した
- 微視的「犠牲的保護」メカニズムを確認し、初期段階のゴムネットワークの解重合と脱硫が熱酸化エネルギーを消費することでベースアスファルトを深刻な硬化から保護することを実証した
本研究成果は、廃タイヤ由来の脱硫ゴムを高含有量(50 wt%)で配合した改質アスファルトが、熱酸化劣化に対して自己適応的な高温性能向上特性を示すことを実証しており、廃タイヤの資源循環と舗装材料の長寿命化という2つの観点で材料設計の新たな理論基盤を提供する。ただし、現段階は学術的な材料メカニズム解明であり、具体的な商用製品化や企業の事業発表に直結するものではない点には注意が必要。