論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2

K-90

土木学会論文集B2（海岸工学），Vol. 76, No. 2, I_895─I_900, 2020.

50 年間海水中暴露した
摩擦増大用アスファルトマットの耐久性評価
安達 昭宏1・中川耕三2・北澤健二3・山本修司41国土交通省

近畿地方整備局 神戸港湾空港技術調査事務所（〒651-0082 兵庫県神戸市中央区小野浜町7-30）
E-mail:adachi-a86s4@mlit.go.jp
2元国土交通省 近畿地方整備局 神戸港湾空港技術調査事務所（〒651-0082 兵庫県神戸市中央区小野浜町7-30）
E-mail:nakagawa-k86s5@mlit.go.jp
3元国土交通省 近畿地方整備局 神戸港湾空港技術調査事務所（〒651-0082 兵庫県神戸市中央区小野浜町7-30）
E-mail:kitazawa-k86s3@mlit.go.jp
4正会員 一般財団法人 沿岸技術研究センター（〒105-0003 東京都港区西新橋1-14-2）
E-mail:s_yamamoto@cdit.or.jp

摩擦増大用アスファルトマットは，防波堤などの重力式構造物の底面に設置して滑動抵抗力を増大することで，工費と工期の縮減に寄与する材料である．しかしながら，供用中は不可視部分となるため調査が難しく，今後の設計耐用期間の評価が難しい．本研究は，海水中におけるアスファルトマットの物性変化の有無を調査するため，昭和44年から，供試体を海水中に浸漬して試験を行ってきており，今回暴露開始から50年経過した試験を実施したものである．その結果，供試体の経年変化は生じておらず，摩擦増大用アスファルトマットは海水中で50年以上の長期耐久性があることを確認した．

Key Words : friction-increasing asphaltmat, durability, coefficient of friction, exposure in seawater

1. はじめにきた．調査開始から 30 年経過時の研究結果は，浜田ら 6)によって報告されており，30 年以上の耐久性を有する摩擦増大用アスファルトマット（以下，アスファルトことが確認されている．本研究は，暴露開始から 50 年

マット）は，防波堤ケーソン等の重力式構造物の底面にが経過した供試体の物理的性状試験及び摩擦試験を実施設置し，滑動抵抗力を増大することで，防波堤の工費として性状を確認し，これまでの結果と共に，アスファル工期の縮減に寄与する材料であり，これまで，240 万㎡トマットの海水中での長期耐久性を評価するものである．

以上の施工実績がある．その滑動抵抗力増大（安全率向上）の効果は，2011年の東日本大震災時の津波に対して

2. 試験概要

1)も，防波堤の安定を保ったことで確認されている ．
アスファルトマットは，昭和 38 年に，有田港（現和各種試験用に成型した供試体を，通水性を有するコン歌山下津港）防波堤にわが国で初めて採用された．一般

クリート製の蓋付き箱（写真-1）に保管し，和歌山下津に，ケーソンと捨石の設計摩擦係数は 0.6 であるが，アスファルトマットを採用することで，摩擦係数を 0.7 としてケーソン幅を縮小し，全体で約 10 %の工費削減に寄与した 2)．しかし，ケーソン設置後の供用中は不可視部分となるため，調査や設計耐用期間の検討が難しく 3),その長期的な耐久性の評価に課題があった．そこで，海水中におけるアスファルトマットの物性変化の有無を調査するため，各機関で耐久性に関する試験が行われてきた 4 ) 5)．筆者らにおいても昭和 44 年から，水中に浸漬した供試体を定期的に引き揚げ，物理的性状試験を行ってI_895

写真-1 供試体を保管するコンクリート製箱論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2

港本港区に昭和44年（1969年）に沈設して海中暴露を開荷重時の変位量を測定する．

始した．

d) せん断試験

暴露開始後，0年（初期値），1年，2年，5年，7年，8年，10年，15年，20年，25年，30年，50年経過時に供試所定の温度（10℃）で養生した供試体をせん断試験用アタッチメント（せん断面積40 mm×40 mm×2断面）にセ体を引き揚げて，供試体の目視観察と物理的性状試験をットし，所定の変位速度（10 mm/min）で複せん断載荷し行った．また，30年，50年経過時は摩擦試験も実施した． て，最大荷重と最大荷重時の変位量を測定する．
e) 引張試験
試験に先立ち，供試体の寸法をノギスにて 0.1 mm ま所定の温度（10 ℃）で養生した供試体を引張試験用アタッチメント（供試体中央断面40 mm×40 mm）にセットで測定した．試験は 0～30 年経過時と同様の試験項目とし，所定の変位速度（10 mm/min）で載荷して，最大荷重(1) 試験項目及び条件

条件，方法で行った．試験項目及び条件を表-1 に示す． と最大荷重時の変位量を測定する．
f) 針入度・軟化点試験

物理的性状試験（曲げ，圧縮，せん断，引張）の試験温度等の条件は，参考文献 7)に準じている．摩擦試験のアスファルトの回収は，300 mm×300 mm×厚 40 mm の試験温度（15℃）は，寒冷地を除いた我が国沿岸の水深供試体から，アブソン抽出法 8)により行う．回収された10 m付近の冬期平均海水温度を考慮して決定している．

アスファルトについて，針入度試験（JIS K 2207），軟化物理的性状試験では，測定した最大荷重と最大荷重時点試験（JIS K 2207 環球法）を行う．ここで，針入度はの変位量から歪みとスチフネスを算出し，また，針入25 ℃において試験用針がアスファルトに貫入した量の度・軟化点試験の結果から針入度指数を算出する．

0.1 mm を針入度 1 と表した無次元数である．
また，式(2)，(3)により針入度指数(𝑃𝐼)を算出する．

(2) 試験方法

針入度指数は，アスファルトの感温性を評価する値（無a) 比重試験次元数）である．

比重は，所定の温度（20 ℃）で養生した供試体の空中針入度指数(𝑃𝐼) =重量と水中重量を測定し，式(1)により算出する．
比重 =

空中重量
空中重量 − 水中重量=

空中重量
水の単位体積重量 × 体積

30− 10
1 + 50𝐴

但し，

(1)𝐴=

（水中置換法）b) 曲げ試験

log800 − log𝑃
軟化点(℃) − 25
𝑃 : 針入度(25 ℃)

所定の温度（20 ℃）で養生した供試体を曲げ試験用ア試タッチメント（スパン 100 mm）にセットし，所定の変位速度（20 mm/min）で 1点中央載荷して，最大荷重と最大荷重時の変位量を測定する．曲げ試験状況を写真-2 に示
す．
c) 圧縮試験
所定の温度（20 ℃）で養生した供試体を圧縮試験用アタッチメント（加圧面積40 mm×40 mm）にセットし，所定の変位速度（20 mm/min）で載荷して，最大荷重と最大

写真-2 曲げ試験状況

低表-1

あ
試験項目

供試体寸法

試験条件
変位速度(℃)（mm/min）

33333
1式
1式

202020101025－－
20201010－－

6回

1560（mm）
比重試験
曲げ試験
圧縮試験
せん断試験
引張試験
針入度試験
軟化点試験
摩擦試験

40×40×160
40×40×160
40×40×160
40×40×160
40×40×170
抽出したアスファルト〃
150×150×40(300×300×厚 40から切出し)

試験項目及び条件
温度

個数

(2)

I_896

その他

スパン;100 mm
加圧面積;40 mm×40 mm
加圧面積;40 mm×40 mm
供試体中央部断面；40 mm×40 mm
JIS K 2207
JIS K 2207（環球法）
試験環境;水中上載荷重; 294 kN/㎡ (30 tf/㎡)(3)

論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2g) 摩擦試験

(3) 摩擦試験機の相関性の確認

摩擦試験は防波堤ケーソンにおける上下の位置を勘案

本研究において使用する試験機は，25 年経過以降のし，コンクリート(上側)とアスファルトマット(下側)，物理的性状試験及び針入度・軟化点試験については，同アスファルトマット(上側)と砕石(下側)の 2 ケースの境じ試験機を使用している．しかし，摩擦試験に使用する界面について，各 3 回行う．試験装置を写真-3 に示す．

試験機（以下，新試験機）は， 30 年経過時に使用した砕石板，コンクリート板は30年経過時と同一のものを使用した．アスファルトマットは300 mm×300 mmの供試体試験機（以下，旧試験機）とは異なっており，新旧試験機の相関性を確認する必要がある．

から150 mm×150 mmに切り出した．

そこで，新試験機を使用して，旧試験機で行った摩擦構造物の滑動に対する安定性に用いられる摩擦係数は試験時と同様の物理的性状を有するアスファルト合材を静摩擦係数であるから，本研究における摩擦係数は，静用いて，同一試験条件で摩擦試験を行った．試験は，コ摩擦係数とする．また，アスファルトマットの摩擦試験

ンクリート板とアスファルトマット間，アスファルトマには純粋な摩擦抵抗の外に，ほぞ効果によるせん断抵抗， ットと砕石板間について，水平荷重の載荷速度と水平荷弾塑性変形による抵抗，付着抵抗の成分が含まれるが9)， 重をかけるまでの鉛直荷重の上載時間を変化させて行っ
ここでは，これまでと同様に静摩擦係数として表記する． た．試験結果を図-1 に示す．新旧試験機の結果は，ほぼ 1:1 の関係であり，両者に相関性があることを確認し試験手順を以下に示す．
・下側供試体（アスファルトマットまたは砕石板）を試た．

験装置内の水槽に設置し，その上に上側供試体（コンク3. 試験結果及び長期耐久性評価

リート板またはアスファルトマット）を載せ，上載荷重392 kN/m2（40 tf/m2）をかける．なお，アスファルトマッ
トは，試験前に所定の温度（15 ℃）に養生しておく．
2(1) 試験結果
2・載荷開始から1時間後に上載荷重を294 kN/m （30 tf/m ）今回の試験結果と0年～30年経過時の試験結果一覧をにし，上側供試体（コンクリート板またはアスファルト

表-2に示す．また，比重試験結果を図-2に，物理的性状マット）を変位(60 mm/min)させ，その時の水平荷重及び試験（曲げ，圧縮，せん断，引張）の強さの結果を図-3

変位量を記録する．

～図-6に，針入度・軟化点試験及び針入度指数の結果を・水平荷重の最大値と載荷時の上載荷重から静摩擦係数

図-7～図-9に，摩擦試験の結果を図-10，図-11に示す．

を式(4)により算出する．
静摩擦係数 =

水平荷重（最大値）

2.50

(4)

C/A-60-2h

載荷時の上載荷重

C/A-500-2h
A/G-60-2h2.00

旧試験機

A/G-500-0.5h
A/G-500-1h

1.50

A/G-500-2h
A: アスファルトマット
C: コンクリート
G: 砕石
変位速度(mm/min)：60，500

1.00

0.50
0.50

1.00

1.50

2.00

新試験機

写真-3 摩擦試験装置

2.50 上載時間（h）：0.5，1，2

図-1 新旧試験機を使用した摩擦試験結果

表-2 試験結果一覧（上段: 50年経過時 (平均値)，下段: 0～30 年間の測定値）
試験結果
項目

強さ

変位量
2

曲げ試験
圧縮試験
せん断試験
引張試験

歪み

スチフネス

項目

試験結果

項目

試験結果

2

(N/mm )

(mm)(%)

(N/mm )

4.5
3.4～5.9
4.5
4.2～7.7
2.7
2.4～4.3
1.8
1.1～2.8

3.7
2.8～5.0
4.4
2.8～5.9
2.7
1.4～3.8
5.9
1.0～9.3

8.9
5.7～17.9
11.0
7.0～13.8
6.5
3.4～9.5
14.9
2.5～23.3

50.3
22.9～89.5
41.0
31.9～87.8
41.0
25.3～126.5
11.9
11.0～108.0

比重試験
針入度試験
軟化点試験
針入度指数

I_897

2.36
2.32～2.40
23
21～35
70.5
65.0～75.5
1.1
0.7～1.7

摩擦試
験コンクリート板/
アスファルトマット
アスファルトマット
/砕石板

1.11
1.15～1.21
1.41
1.23～1.43

論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2

経過年数と比重

2.460

最大値

2.2

針入度重比

最小値

2.3

経過年数と針入度50基準値: 2.2以上

40

最大値

30

最小値

20102.105101520253035
経過年数（年）40

4550055

0510158.085

経過年数と曲げ強さ

6.04.0

最小値

2.0

基準値: 2.0以上

5055

最大値

7570

最小値

6555

5101520253035
経過年数（年）

40

45

50

055

51015

経過年数と圧縮強さ

3.0

最大値

針入度指数

8.020253035
経過年数（年）

40

45

5055

図-8 軟化点試験

図-3 曲げ試験

圧縮強さ（N/mm2）

45

60
06.0
最小値

4.0

基準値: 2.0以上

2.00.0

経過年数と針入度指数

2.0

最大値

1.0

最小値

0.005101520253035
経過年数（年）40

4550055510156.020253035
経過年数（年）40455055455055

図-9 針入度指数

図-4 圧縮試験
1.8

経過年数とせん断強さ

経過年数と摩擦係数(コンクリート板/アスファルトマット)

1.6

最大値

4.0

摩擦係数

せん断強さ（N/mm2）

40

経過年数と軟化点

80

最大値

0.0

最小値

2.0

1.4
1.2
10.0

0.8

05101520253035
経過年数（年）40455055

06.05101520253035
経過年数（年）40

図-10 摩擦試験（コンクリート板/アスファルトマット）

図-5 せん断試験

1.8

経過年数と引張強さ

経過年数と摩擦係数(アスファルトマット/砕石板)

1.64.0

摩擦係数

引張強さ（N/mm2）

253035経過年数（年）図-7 針入度試験

軟化点（℃）

曲げ強さ（N/mm2）

図-2 比重試験

20

最大値

2.0

最小値

1.41.210.80.005101520253035経過年数（年）4045505505101520253035経過年数（年）404550

図-11 摩擦試験（アスファルトマット/砕石板）

図-6 引張試験

図中の最小値，最大値は，0～30年経過時の最小値と最大値である．また，基準値は，「港湾の施設の技術上の基準・同解説」10)（以下，港湾の技術基準）に定められた，摩擦増大用アスファルトマットの判定基準値である．
a) 供試体外観
供試体外観を目視で観察した結果，多少の変形や表面の汚れは見られたが，ひび割れ等は確認されなかった．
コンクリート製保管箱から取り出し，水洗いした後の供試体を写真-4に示す．
写真-4 取り出した供試体

I_89855

論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2b) 比重及び物理的性状試験

性状試験の結果は，0～30 年間の試験の最小値と最大値

比重試験及び物理的性状試験（曲げ・圧縮・せん断・引張）の結果は，全ての項目において，0～30年間の試の範囲に収まっていた．また，歪みやスチフネスに経年的な変化は認められなかった．

験の最小値と最大値の範囲であった．また，比重・曲げ

針入度は暴露開始から減少傾向（20 年以降は安定）

強さ・圧縮強さの各試験結果は，港湾の技術基準の判定であり，軟化点はばらつきはあるが，20 年以降は微増基準値を満足していた．の傾向であった．針入度と軟化点から算出される針入度

曲げ試験のスチフネスの結果を図-12に示す．アスフ指数は，アスファルトの感温性を示す指標である．一般

ァルト混合物の劣化が進むと，曲げ強さの最大荷重時のに，-2～2 の範囲で「粘弾性型」とされている 12)．本試

歪みが小さくなり，剛性を示すスチフネスは大きくなる験の針入度指数は 0～30 年で 0.7～1.7 の範囲にあり，今11)傾向を示すとされているが ，今回の試験結果からは，回は 1.1 であった．このことから，アスファルトマット歪み，スチフネスともにそのような傾向は見られず，暴中のアスファルトは，50 年経過後も粘弾性体としての露開始時と同等の値であった．また，他の試験（圧縮，特性を保持していると言える．

せん断，引張）においても同様であった．

摩擦増大用アスファルトマットにとって重要な機能を

c) 針入度・軟化点試験

評価する指標である摩擦係数は 30 年経過時と同等の値

針入度・軟化点試験結果は，0～30 年の試験の最小値であり，低下の傾向は見られなかった．これまで行われた各ケースの静摩擦係数は，すべて 1.10以上の結果で，と最大値の範囲であった．
針入度は初期値の 35（平均値，以下同じ）から，経港湾の技術基準に示された静止摩擦係数の特性値「摩擦年とともに小さくなる傾向を見せ，20 年以降は 21～24増大マットと捨石」の 0.75を十分に上回る値であった．の範囲で安定している．今回の結果は 23 であり，20 年

また，同特性値の「捨石と捨石」の 0.80を大きく上回っ以降と同様の値であった．ているため，波浪等によってケーソンが滑動する場合は，軟化点試験の結果は 70.5 ℃であった．25年経過時をピ

アスファルトマットの上面，下面ではなく，捨石間で滑ークに下降傾向を見せているが，初期に比べると大きい動する．これらのことから，アスファルトマットは 50値であり，20 年以降は微増の傾向と考えられる．

年経過後も摩擦増大マットとしての機能を十分に保持しd) 摩擦試験ていると言える．

摩擦試験は，30 年経過時と今回の 2 回行っている．

アスファルト混合物の劣化要因としては，酸素，紫外コンクリート板とアスファルトマット間のケースは，線，熱，水等が考えられる．アスファルトマット供試体

30 年経過時の静摩擦係数 μ; 1.17 に対して,今回は μ; 1.11は常に海水中にあり，酸素，紫外線，熱の影響はわずかであり，ほぼ同等の値であった．試験状況を写真-5 にである．また，無空隙かつひび割れが発生しない合材で示す．

あるため，アスファルトマット内部に海水が侵入するこ

アスファルトマットと砕石板間のケースは，30 年経とはないと思われる．

過時の μ; 1.30 に対して，今回は μ; 1.41 であった．今回

また，寒冷地における長期耐久性試験において，20の方が若干大きな値となっているが，アスファルトマッ

年経過後に物理的性状や摩擦係数の経年変化が小さく，トと砕石板間のケースは，既往試験でもばらつきが大き十分な耐久性を保持していること 5)，30 年経過後に摩擦いことを考慮すれば，試験誤差の範囲であり，同等の結係数を測定し，沈設初期の性状をほぼ維持していること果であったと考えられる．

13)が報告されており，今回の試験結果と同様な結果が示されている.
(2) 長期耐久性の評価

今回の試験結果は，これまでの 30 年間の結果と同等

今回引き揚げた供試体は，多少の変形のみでひび割れで等は無く，外観上は問題がない状態であった．
比重試験の結果は，2.35 前後で安定し，また，物理的曲げスチフネス（N/mm2）

n150

経過年数と曲げスチフネス

125
100

最大値

7550
最小値

25005101520253035
経過年数（年）40455055

図-12 曲げスチフネス

写真-5 摩擦試験状況（コンクリート板とアスファルトマット間）

I_899

論文原稿[P0097]

第2段審査・再審査 土木学会論文集B2（海岸工学）, Vol. 76, No. 2であり，有意な変化は見られなかったことから，海中暴

参考文献
1)

国土交通省港湾局: 防波堤の耐津波設計ガイドライン,参考資料Ⅱ, pp.12, 2013.
用マットとしての機能を十分に保持しており，50 年以2) 加川道男: 重力式構造物の摩擦抵抗増大について, 海上の長期耐久性を有していると評価された．
岸工学論文集，第 11 巻，pp.217-221, 1964.
3) 山本芳生，山本修司，宮田正史，竹信正寛: 港湾施設の改良設計に係る課題・問題点の整理, 沿岸技術研究
4. おわりにセンター論文集, No.16, pp.5-12, 2016.
4) 片岡真二，西宏一，矢島道夫，三浦修: ケーソン下面
防波堤ケーソン等の下面に設置されたアスファルトマに敷設した摩擦増大のためのアスファルトマットのットは，供用中は不可視部分となり，調査や性状の確認
耐久性について, 海岸工学論文集，第 30 巻，pp.643647, 1983.
ができない．そこで，昭和44年から，海水中に暴露した
5)
井元忠博，窪内篤: 寒冷海域における摩擦増大用アス供試体を使用して試験を行い，物性変化の有無を確認しファルトマットの耐久性，北海道開発土木研究所月てきた．結果は，50年経過後も性状に有意な変化は見ら報，No.605，pp.16-25，2003.
れず，アスファルトマットの長期耐久性が確認された．
6) 浜田敏明，北山斉，岡良，中井章，若杉利彦: 海水中における摩擦増大用アスファルトマットの長期耐久
本研究の結果と海水中という供用環境を考慮すれば，今性（30 年）について，海岸工学論文集，第 48 巻，後の経年による劣化の進行も遅いものと考えられる．しpp.1001-1005, 2001.
たがって，供用中の防波堤ケーソン等の改良設計や移設
7) 板倉忠三，菅原照雄: アスファルト利用最近の開発，時の設計においても建設時の物理的性状や摩擦係数を用
石油学会誌第 7 巻第 8 号，pp.534-538, 1964.
8)
社団法人日本道路協会: 舗装調査・試験法便覧，第Ⅲいることが可能と考えられた．
章試験編，pp.336-343, 2019.
最後に，本研究では，コンクリート製の箱に保管した
9) 財団法人沿岸技術研究センター: 港湾関連民間技術の供試体を使用したが，ケーソン下面等で供用されるアス確認審査・評価報告書，摩擦増大用アスファルトマ
ファルトマットには，ケーソン本体の自重や波浪によっット「KAM」, pp.1, 2015.
10)
社団法人日本港湾協会: 港湾の施設の技術上の基準・て，常に荷重が作用している．供用中のケーソンから採
同解説（上巻）, pp.493, 2018.
取したアスファルトマットを使用した研究は，片岡ら
11)
佐藤勝久，八谷好高，阿部洋一: アスファルトコンク（17年経過）4)，井元ら（7年経過）5)によって報告され，リートの老化性状, 港湾技術研究所報告, 第 27 巻,海中暴露した供試体と同様に耐久性が確認されている．
pp.185-209, 1988.
12)
社団法人アスファルト同業会: アスファルト及びその今後は，さらに長期間供用したアスファルトマットの耐応用, pp.46, 1965.
久性の確認が待たれるところである．
13) 上久保勝美，関口浩二，山本泰司: 寒冷海域における摩擦増大用アスファルトマットの耐久性について, 北謝辞：本研究を実施するにあたり，福手勤教授（元東洋海道開発局第 56 回（平成 24 年度）国土交通省北海道開発技術研究発表会，2013.
大学），宮田正史港湾施設研究室長及び坪川将丈空港施(Received March 16, 2020)
設研究室長（国土技術政策総合研究所），伊豆太特別研(Accepted July 27, 2020)

露したアスファルトマットは，50 年経過後も摩擦増大

究主幹及び川端雄一郎主任研究官（港湾空港技術研究所）から有益なご助言をいただきました．ここに記して謝意を表します．

DURABILITY EVALUATION OF FRICTION-INCREASING ASPHALT MATS
EXPOSED IN SEAWATER FOR 50 YEARS
Akihiro ADACHI, Kozo NAKAGAWA, Kenji KITAZAWA, Shuji YAMAMOTO
Friction-increasing asphalt mats are installed on the base of gravity structures such as breakwaters toincrease slip resistance, thereby helping to reduce the costs and time required for construction. However,asphalt mats are difficult to inspect because they are not visible during service, and future evaluations ofservice life of the design are challenging. In this study, an experiment in which specimens are immersed inseawater has been ongoing since 1969 to examine whether the physical properties of asphalt mats change
in seawater. Tests were conducted 50 years after the start of exposure. Results confirmed that the specimens
did not age, and friction-increasing asphalt mats have long-term durability of more than 50 years in seawater.

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