半円形供試体曲げ試験によるアスコンのひび割れ抵抗性評価パラメータに関する研究
長岡技術科学大学大学院 交通工学研究室

小川航平

1. はじめにアスコンに生じた微小なき裂は,徐々に進展し，舗装の構造体としての強度を低下させる．そのため，ひ大きくなり，進展したき裂が閉じることがないため，クラックゲージでのき裂測定に適している．

び割れ抵抗性の評価として，き裂が発生するまでのクラックゲージの測定可能範囲にき裂を生じさせ抵抗性や，き裂が発生してから破断するまでのき裂るため，供試体中央部に疑似き裂を導入した．き裂進伝播プロセスについて検討することが重要である．

展速度は，き裂の進展が安定している長さ 5 mm かアスコンのひび割れ抵抗性の評価指標として，きら 20 mm の範囲をその載荷回数で除して求めた．き

裂進展速度およびき裂発生回数がある．これらの指裂発生回数は，き裂長さが 1 mm に達したときの載標は，曲げ疲労試験の供試体側面にクラックゲージ荷回数とした．表-1 に試験条件をまとめる．

を貼り付けることで求めることができる．しかし，こ供試体は，最大骨材粒径 13 mm の密粒度アスコンの試験は試験終了までに長い時間を要してしまう，とし，バインダには一般的なストレートアスファル複雑かつ高価な試験法の一つに位置付けられている．

ト 60/80(ストアス)，ポリマー改質アスファルトⅡ型

そこで本研究では，低温時におけるアスコンのひ(改質Ⅱ型)，改質アスファルト H 型(改質 H 型)の 3

び割れ抵抗性を評価する手法である半円形供試体曲種類を使用した．

げ試験（SCB 試験）を，常温時のき裂発生回数およびき裂進展速度の評価に応用することについて検討

3.

SCB 試験の実施要領した．SCB 試験は，欧州や米国で標準化されている

SCB 試験には欧州標準化委員会（CEN）で策定さ低温時のひび割れ抵抗性を簡便に評価するための試れた基準 3)や米国 AASHTO の基準 4)があり，主に低験法であるが，き裂発生回数やき裂進展速度といっ温条件(0 ℃以下)でのアスコンのひび割れ抵抗性評

たき裂伝播プロセスの評価には用いられていない．

価を目的に実施されている．４点曲げ疲労試験では，しかし，既往の研究 1)では，最大骨材粒径 5 mm のアアスコンが実際に長期間供される常温域でのき裂進スコン供試体について検討しており，き裂発生回数展を評価したことから，これらの相関関係の検討には SCB 試験から得られる荷重-変位曲線の荷重ピーは同じ温度条件で試験を行う必要がある．本研究でク前の傾き(𝑚𝑓 )と，き裂進展速度が荷重ピーク後のの SCB 試験の条件を表-2 に示す．

傾き（𝑚𝑠 ）と相関が高いことが確認されている．
しかし,𝑚𝑓 ，𝑚𝑠 は評価パラメータとしての理論的4.

破壊靭性値によるひび割れ抵抗性の評価

根拠が曖昧であり，最大骨材粒径 5 mm のアスコン破壊力学に基づく評価パラメータである破壊靭性供試体は一般性に欠ける．そこで本研究では，わが国値（𝐾𝐼𝑐 ）を用いて，き裂発生回数との相関性についで一般的な最大骨材粒径 13 mm の密粒度アスコン供て検討した．𝐾𝐼𝑐 はひび割れ発生の抵抗性を表すパラ試体に対して，既往の評価指標に加えて，破壊力学にメータであり，式（1），（2）から導出される．

基づく評価パラメータによって，アスコンのひび割れ抵抗性を比較した．

2. 曲げ疲労試験の実施要領
舗装調査・試験法便覧に規定されている曲げ疲労試験 2)は，ひずみ制御による両振り載荷である．しかし本研究では，応力制御による片振り載荷で行った．
この方法では，載荷回数が増加するに従って変位が

𝐾𝐼𝑐 =

𝑃𝑚𝑎𝑥
2×𝑟×𝑡

表-1 曲げ疲労試験の条件
項目
制御条件
供試体寸法(mm)
疑似き裂長(mm)荷重振幅
載荷波形
周波数(Hz)
試験温度(℃)(1)× √𝜋𝑎 × 𝑌𝐼

条件
荷重制御50×50×400
7150N
sin波
1010,15,20

表-2 SCB 試験の条件
項目

条件

供試体寸法(mm) 150×50
疑似き裂長(mm)15

載荷速度(mm/分)

5

試験温度(℃)

10,15,20

支点間長(mm)120𝑎

𝑌𝐼 = 4.782 + 1.219 × ( ) + 0.063 × 𝑒𝑎𝑟(7.045× )𝑟(2)

ここに，KIc：破壊靭性値（N・mm^0.5），Pmax：最することで求められ，𝐾𝐼𝑐 は最大荷重から求められるパラメータであることから，𝑚𝑓 とき裂発生回数については𝐾𝐼𝑐 と同様な相関関係が得られた．

大荷重（N），r：供試体半径（mm）, t：供試体厚さ，a：疑似き裂深さ（mm），Y1：疑似き裂および試験片の形状から決定される係数とする．
𝐾𝐼𝑐 とき裂発生回数の関係を図-1 に示す．ストアスと改質Ⅱ型のデータでは R=0.96 の高い相関関係が確認される．しかし，改質 H 型のデータはこれらのデータと傾向が少し異なっており，すべてのデータに対する近似曲線は R=0.81 である．このことから，き裂発生回数と𝐾𝐼𝑐 の間には正の相関が認められるが，

図-1 き裂発生回数と破壊靭性値の関係

ストアスベースの混合物とポリマーベースの混合物
では，相関関係は多少異なっていることが分かる．

5.

曲げ疲労試験のひび割れ評価指標と SCB 試験の評価指標との相関関係

き裂発生回数と𝑚𝑓 の関係を図-2 に，き裂進展速度と𝑚𝑠 の関係を図-3 に示す．𝐾𝐼𝑐 の結果と同様に，スト
アスと改質Ⅱ型のデータでは R=0.95 の高い相関関係

図-2 き裂発生回数と評価指標𝒎𝒇の関係が認められるが，改質 H 型を含むデータでは相関係数が低下している．このことから，ストアスや改質Ⅱ型を用いたアスコン供試体では，𝑚𝑓 と𝑚𝑠 を比較することで，き裂発生回数とき裂進展速度の差異について評価できると考えられる．一方で，改質 H 型を用いたアスコンは粘度と温度の関係がストアスとは異なることから，別に評価する必要があると言える．

6.

結論

図-3 き裂進展速度と評価指標𝒎𝒔の関係

本研究で得られた知見は，以下の通りである．
1) ストアスおよび改質Ⅱ型のアスコンは，𝐾𝐼𝑐 を比較参考文献することでき裂発生回数の差異について評価できる．

1) 尾谷力 半円形供試体曲げ試験によるアスコンのき裂進

2) ストアス・改質Ⅱ型のアスコンは， 𝑚𝑓 ，𝑚𝑠 を比較することでき裂発生回数およびき裂進展速度の差異について評価できると言える．しかし，𝑚𝑠 とき裂進展速度評価法に関する研究，20192) (社)

日本道路協会：舗装調査・試験法便覧，

pp.[3]166-175，2007．

展速度については相関性が高いものの，理論的根拠

3) EN12697-44:2010，Bituminous mixtures-Test methods forが曖昧であることから，更なる検討が必要である．

hot mix asphalt -Crack propagation by semi-circular bending

3) SCB 試験から得られた各評価指標は，ストアスベ

test，2010.9.

ースのアスコンとポリマーベースのアスコンは別に

4) AASHTO TP 105-13 Standard Method of Test for Determining

評価する必要がある．

the Fracture Energy of Asphalt Mixtures Using the Semicircular4) 𝑚𝑓 は最大荷重の 8 割から 5 割の範囲を線形近似

Bend Geometry (SCB), 2015.