半円形供試体曲げ試験におけるアスコンひび割れ抵抗性の評価パラメータに関する検討
環境社会基盤工学専攻 修士課程 2 年
交通工学研究室 NGO PHU NHAT

１．はじめに舗装のアスファルト層に発生したき裂は，荷重や環境温度等の作用によって徐々にひび割れへと進展し，舗装の構造体としての強度を低下させる．
アスファルトコンクリート（以下，アスコン）のひび割れ抵抗性の評価手法として半円形供試体曲げ試験（以下，SCB 試験）が提案されている．この試験法は欧州と米国で標準化されているが，低温時における脆性破壊の条件に対応するものである．脆性破壊については，SCB 試験の他にも静的曲げ試験が運用されており，その抵抗性が簡易的に評価できる状況にある．これに対して靭性破壊のほうは，一部の研究者が限られた温度条件で実施した事例等が報告されているに過ぎず，実績が乏しいのが実状である．そのため，常温条件でのアスコンのひび割れ抵抗性を簡便に評価する方法が求められている．
アスコンの靭性破壊のメカニズムは，き裂発生
とき裂進展の二つのステージに分けることができる．脆性破壊については，それぞれのステージにおける抵抗性パラメータとして，き裂発生のため

図―1 本研究のフロ

本研究の実施フローは，図-1 に示すとおりであった．SCB 試験の温度は 10℃~30℃の常温域とし，特性パラメータの精度向上を見込んで供試体の疑似き裂（ノッチ）は 3 とおりの深さとした．
また，CTOD と CTOA は，変位ゲージを使用して試験中に測定できるように工夫した．
Jc は SCB 試験の荷重－変位曲線から求められのエネルギー（Jc），およびき裂先端の開口変位る．変位ゲージによる CTOD と CTOA の測定は，（cracking tip opening displacement，以下 CTOD）

機器の構成が複雑で，費用も要することから，Jcと 開 口 角 度 （ cracking tip opening angle ， 以 下から間接的に推定する方法についても検討した．

CTOA）が提案されている．しかし，これらのパラメータが靭性破壊に対しても適用できるか否か，適用できるならばその温度範囲について明らかになっていない．
本研究の目的は，靭性破壊の抵抗性評価の指標として Jc および CTOA を SCB 試験から求め，これらが常温域でのひび割れ発生と進展のステージに対する評価パラメータとして妥当かどうか検討することである．
２．研究のフロー

写真-1 SCB 試験の実施状況

3．SCB 試験による評価パラメータの検討

き裂（ひび割れ）抵抗性の評価に妥当なパラメー

3.1 SCB 試験の概要

タとして有望であるといえる．

SCB 試験は，欧州標準化委員会（CEN）と米国
件が 0℃以下で運用されている．本研究では，靭性破壊に対する運用拡大を検討するため，温度条Jｃ(kJ/m²)

AASHTO で標準化されており，基本的に温度条

0.004

y = -0.0001x + 0.0043
R² = 0.9747

0.003
0.002
0.001

件は 10℃～30℃と設定した．
供試体については，作製した半円形供試体の底05.0

部中央に幅 1.5 mm のノッチを設けた．そして，

15.025.035.0

試験温度（ 0C ）JC の精度を確保するため，ノッチ深さは 25 mm，
図-3 試験温度と Jc の関係

31 mm，38 mm の 3 とおりとした．
L 字型治具を接着剤で供試体ノッチ部に貼り着け，2 つのワイヤー式変位ゲージをセットするこ

3.3 ＣＴＯＡ及びＣＴＯＤの直接法の結果とにより，ノッチ部の開口変位を実測し，その開口変位を CTOD の値に変換した．試験時の CTOD
COA

測定状況を写真-1 に示す．

r(R-a)a

3.2 Jc の結果及び考察
まず図‐２に SCB 試験の荷重‐変位曲線からCTOA得られた荷重ピックの結果を示す。それを見ると，

CTOD温度が高く，類似き裂の深さが大きくなるととも

図-4 SCB 試験の幾何学モデルに，荷重ピックは下がる傾向がわかった．そのため，ひび割れ抵抗性は荷重ピックと同様に低下す直接測定した最大荷重に至ったノッチ幅の変位から，CTOD は幾何学モデルに基づいて求めた．

ることと言える．

図-4 のパラメータである r ，COA，αおよび

3500

37 mm

31 mm

24 mm

3000

CTOD について連立方程式を構成し，これら 4 つ

荷重ピーク Pmaxを未知数として解く．得られた r から測定値とし

2500
2000

R² = 0.9485て CTOA を求められた．このようにして求めた

1500

CTOA の結果を図-5 に示す．ノッチ深さ 37 mm

1000以外の結果は，温度が高いほど CTOA は大きく，500ひび割れ進展が速い傾向が確認される．また，ノ0

ッチ深さによっても CTOA は異なっている．
図－２2030

荷重ピックの結果

各温度条件での Jc の結果を図—3 に示す．温度が高いほど Jc の値は小さく，直線で近似した場合は相関が高いことが認められる．一般にアスコンは温度が高いほどひび割れが発生しやすくなる．
これらのことから，この温度域に対しても Jc は20測定CTOA (°)

1037 mm

31 mm

102024 mm

15105030

試験温度 (°C)

図-5 変位ゲージで測定した CTOA の結果

図―6 に，推定した CTOD の結果は以下となる．

大きくなる．以上のことから，CTOA と CTOD はひび割れ抵抗性パラメータとして妥当性が高いと言える．

推定ＣＴＯＡ(⁰)

温度が高く，ノッチ深さが大きいほど， CTOD は2031 mm

24 mm

10203010503.537 mm

331 mm

24 mm
図-72.5

CTOD (mm)

37 mm

15

試験温度（ 0C ）Jc から推定した CTOA の結果

21.50.50102030

試験温度 (°C)

推定ＣＴＯＤ(ｍｍ)3137 mm

31 mm

24 mm

210

図-6 変位ゲージで測定した CTOA の結果

103.4 ＣＴＯＡ及びＣＴＯＤの間接法の結果
図-8Jc の結果から AASHTO 基準（TP105-13）に従20試験温度（ 0C ）30

Jc から推定した CTOA の結果って，CTOD を求めるための連立方程式が得られる．連立方程式を解くことにより CTOD と塑性回転係数 r が求められる．そして，CTOA と r の関CTOD @ 20oC

係式から CTOA が得られる．このような手続きでJc から推定した CTOA，CTOD の結果を図-7 と3.0以上の結果について相関図でまとめると，図-9と図‐10 に示すとおりである．Jc から求めた測定値

図‐8 に示す．

2.0

R² = 0.3637

CTOA は実測した CTOA とある程度の相関性が認められ，Jc から間接的に求められる可能性が示唆

1.00.5される．Jc から推定した CTOD は実測値に基づく

1.52.5推定値

ものと相関性が低いである．

図-9 測定 CTOD と推定 CTOD の相関関係(200C)

4．まとめ
CTOA @ 20oC

本研究で得られた知見は以下のとおりである．
•Jc はひび割れ発生の程度を評価できるパラメ
20.0を蓄積して確認する必要がある．
•CTOA は，温度のみならず，疑似き裂の深さに•よっても影響される．
Jc から求めた CTOA と実測した CTOA の間には相関性があり，Jc から間接的に CTOA が求められる可能性がある．

測定値ータとして有望であり，さらに多くのデータ

10.0
y = 1.015x + 2.5281
R² = 0.7019

0.00.010.020.0

推定値
図-10 測定 CTOA と推定 CTOA の相関関係(200C)