令和 2 年度土木学会全国大会 第 75 回年次学術講演会

NAT 試験により算出したエネルギー量による疲労耐久性評価について（一財）阪神高速道路技術センター

正会員 ○神下 竜三

阪神高速道路株式会社

正会員

青木 康素

同上

正会員

小瀬 詠理

表-1 バインダの室内劣化条件

１．はじめに劣化条件想定している劣化状態

バインダ劣化方法

未劣化

室内作製状態-

マー改質アスファルト H 型（以下，高耐久 H 型）を使

TFOT

アスファルトプラント製造時および舗設時の熱劣化

舗装調査試験法便覧 A046

用している．既往の検討より，高耐久 H 型は H 型よりTFOT後+PAV

TFOTによる劣化に加えて，5～10年供用された状態

舗装調査試験法便覧 A059
（加圧時間は48時間）

阪神高速道路では，長期耐久性が特に望まれる場合，耐流動性やはく離抵抗性を向上させた高耐久型のポリも初期性能では優れるものの，経時変化による疲労耐久性の低下度合が H 型よりも大きいという結果が得ら

表-2 NAT試験条件

れている 1)．この結果を踏まえ，疲労によるひび割れ評

項目
試験温度

設定内容
10，20，25℃

供試体寸法

直径100mm，厚さ50mm

価を簡易に実施することを目的に NAT （NottinghamAsphalt Tester）を用いた間接引張試験を実施してきた2)．本稿では，NAT 試験データよりエネルギー量を算出

荷重載荷時間 120ms（1.33Hz相当）
応力範囲 300kPa - 2.5kPa

拡大図し，バインダの室内劣化を考慮した H 型と高耐久 H 型の疲労耐久性を評価した．
２．NAT 試験による疲労耐久性評価の概要

写真-1 NAT試験機の外観
3

経時変化によって高耐久 H 型の疲労耐久性が低下す想定したバインダを準備した．本検討で使用したバインダは H 型が 6 社，高耐久 H 型が 5 社の計 11 材料とし，ポーラスアスファルト混合物のアスファルト量は水平変位（mm）る状況を室内で再現するために表-1 に示す劣化状態を

塑性域

弾性域

y = 1.3325ln(x) - 7.0899
2R² = 0.9917
y = 0.3228ln(x)-1.0447
R² = 0.9996

1

バインダ種類や劣化条件に関係なく 5.0%に統一した．
NAT 試験機の外観を写真-1 に，試験条件を表-2 に示す．NAT 試験では，応力制御のもとで繰返し載荷を実水平破壊回数

400010施し，一定の載荷回数時の水平変位を記録している．

100

1,000
載荷回数（回）

10,000

図-1 水平破壊回数の算出例

図-1 に示すように繰返し載荷に伴い，混合物の水平変σε1：最小水平ひずみ

本検討では，この変曲点を水平破壊回数と定義した．
３．エネルギー量算出方法
NAT 試験機より得られた水平変位を供試体直径で除

15000

w ：単位エネルギー量

12000

エネルギ量ーの総和位が弾性域から塑性域に変化する状況が確認できる．

ε2：塑性ひずみ
ε3：最大水平ひずみσmax

最大すことで水平方向ひずみを算出し，応力と水平ひずみ載荷に囲まれた面積からエネルギーを求めた．この方法で，各載荷回数時における単位エネルギーを算出し，水平破壊回数までのエネルギーの総和をそのアスファルト混合物の破壊エネルギー量とした．単位エネルギーおよび破壊エネルギー量の算出例を図-2 に示す．

w

除荷

ε2ε3σmin0ε1

水平破壊回数400回時の9000 エネルギー量算出例≒ 7000

6000
3000

0ε

図-2 単位エネルギー量の算出（左図）と破壊エネルギー量の算出（右図）の例

キーワード NAT 試験，H 型，高耐久 H 型，TFOT，PAV，ポーラスアスファルト
連絡先

0 200 400 600 8001000
載荷回数〒541-0054 大阪市中央区南本町４丁目５番７号東亜ビル内 ＴＥＬ06-6244-6048

室内劣化を考慮した H 型と高耐久 H 型の NAT 試験

劣化状態

水平破壊回数とエネルギー量の関係
100,000

データよりエネルギー量を算出し，水平破壊回数との水平破壊回数（回）関係を整理した結果を図-3 に示す．本実験条件は，試験温度に関係なく，応力を一定とした繰返し載荷試験のため，試験温度が高いほど水平破壊回数は少ない．
全体の傾向としては，H 型よりも高耐久 H 型のエネ未劣化

ルギー量が大きく，破壊するまでにより多くのエネル

10,000y = 0.0208x1.1607
R² = 0.9119

1,000

y = 0.047x0.9963
R² = 0.9227

100ギー量が必要となることが確認できた．また，劣化の101,000有無に関係なく，H 型よりも高耐久 H 型のほうが高い10,000エネルギー量を示した．

100,000

水平破壊回数（回）

温度と関係していることから，図-3 に示す各近似曲線より水平破壊回数に着目したエネルギー量を算出しTFOTと 10000 回（低温側）におけるエネルギー量を図-4 に示すように整理した．

10,000y = 0.0256x1.0398R² = 0.9409

1,000

100

101,000

未劣化状態においては破壊回数が多い低温側であ10,000

く優位性が確認できる．一方，TFOT＋PAV による劣100,000

水平破壊回数（回）ギー量の低下度合が大きい．本検討の範囲内では，H型と高耐久 H 型の優劣が逆転する結果とはならなか
TFOT+PAV耐久性の低下度合が大きく，これは既往の研究結果と同様の傾向である．

（耐流動性，はく離抵抗性）についても適切に評価する必要性があり，今後も検討を継続する予定である．
参考文献
1) 岡本ほか：供用劣化を受けたポーラスアスファルト混合物の力学特性評価，第 31 回日本道路会議論文集，
2015.10.
2) 松下ほか：NAT を用いたポリマー改質アスファルト混合物の疲労耐久性評価，土木学会第 73 回年次
学術講演会，V-695，2018.8

水平破壊回数（回）
水平破壊回数（回）はひび割れ抵抗性以外のアスファルト混合物の性状

凡例

10010,000

100,0001,000,000

エネルギー量（MPa×μ）
H型(20℃)
H型(25℃)

H型(10℃)
H型(20℃)
10,000高耐久H型(10℃)
高耐久H型(20℃)
10,000高耐久H型(10℃) 1.1607高耐久H型(20℃)

H型(25℃)
高耐久H型(25℃)
高耐久H型(25℃)

y = 0.0208x

図-3 各劣化条件におけるエネルギー量の比較
R² = 0.9119
1.16071,000
1,000

y = 0.0208x
R² = 0.9119

1,000,000

各着目破壊回数におけるエネルギー量（MPa×μ）

ァルト混合物の高耐久化が求められるが，そのために

y = 0.0032x1.2697
R² = 0.8043

1,000

100,000
100,000
H型(10℃)

本検討より，NAT 試験データを用いたエネルギー量のライフサイクルコストを低減するためには，アスフ

10,000101,000５．最後に抵抗性を評価できる可能性を示すことができた．舗装

1,000,000

y = 0.0143x1.2006
R² = 0.7749

化条件を考慮すると，H 型よりも高耐久 H 型のエネルから，アスファルト混合物の疲労によるひび割れへの100,000エネルギー量（MPa×μ）

るほど，H 型よりも高耐久 H 型のエネルギー量が大きったが，高耐久 H 型は H 型よりも劣化作用による疲労1,000,000

y = 0.0333x1.126
R² = 0.9599

次に，各アスファルト混合物の水平破壊回数は試験た．水平破壊回数 5000 回を中心に，1000 回（高温側）100,000

エネルギー量（MPa×μ）

y = 0.047x0.9963= 0.9227
0.9963y R²= 0.047x

H型
高耐久H型
倍率

1001004

R² = 0.9227

3100,000

101,000
10
10,000 1,000

10,000100,000

1,000,000

10,000100,000
エネルギー量（MPa×μ）

1,000,000 2エネルギー量（MPa×μ）
11,0001

劣化状態 未劣化
着目破壊回数

高耐久H型/H型 倍率

４．エネルギー量による評価結果

2

TFOT

1,000

3
TFOT+PAV

4

未劣化

5

TFOT

5,000

6
TFOT+PAV

7

未劣化

8

TFOT

9
TFOT+PAV

10,000

図-4 水平破壊回数に着目したエネルギー量算出結果