改質アスファルトコンクリートの疲労特性評価と疲労寿命予測に関する研究
長岡技術科学大学

1.

背景

2.

交通工学研究室

齋藤健治

指導教員

丸山

暉彦

目的

わが国の道路舗装は，交通量の増加や車両の本研究では，バインダにストアス，改質アス大型化に伴い厳しい条件下に置かれている．そファルトⅡ型，超重交通用改質アスファルトをのため，これまで以上に，供用初期の段階での用いた密粒度アスファルトコンクリートを使

わだち掘れの発生やすべり抵抗性の低下が問用して，新規および促進劣化を施した各種アス題となっている．近年，その対策として，耐流コンに対して繰返し曲げ試験を行い，疲労破壊動，耐磨耗，すべり抵抗性に優れた改質アスフ特性を評価する．特に，昨年度不十分であった

ァルトⅠ型と改質アスファルトⅡ型（以下，改各種アスコンの温度特性および劣化特性の評

質Ⅰ型，改質Ⅱ型）が広く活用されている．ま

価に重点を置いて検討する．さらに，実舗装にた，さらに厳しい交通条件に対処するために超おける FWD 試験の結果と累積 49kN 換算輪数

重交通用改質アスファルトが開発されている．のデータを用いて，室内において評価した疲労これらの改質バインダは，一般に使用されてい特性を元に疲労寿命を推定する．疲労寿命の推るストレートアスファルト（以下ストアス）に定は，ストアスを基準として，相対的に改質Ⅱ比べ耐流動性に優れていることは知られてい型，超重交通用改質アスファルトのものを求めるが，疲労特性に関してはあまり検討が行われる．ていない．さらに，耐流動を向上させた改質ア
スファルトコンクリート（以下，改質アスコン）はひび割れが発生しやすくなり，耐久性の面で問題があると懸念されていた．
また，「舗装構造に関する技術基準」において，新しく舗装の性能指標として疲労破壊輪数

3.

検討方法
本研究における，疲労特性の評価および疲労寿命予測の検討フローを図‑1 に示す．
疲労試験
〔繰返し4点曲げ試験〕

実舗装〔FWD試験データ〕
新規アスコン
劣化アスコンが導入され，舗装の耐久性を量的に表すことが求められている．しかし，この指標はストアス

実舗装のたわみ履歴〔ひずみ履歴〕

疲労破壊特性の評価〔疲労破壊包絡線〕を用いたアスコンの性能指標であり，疲労破壊室内試験と実舗装比較・対応輪数を実測することは不可能に近く，直接的に求めて評価することはかなり難しい．

疲労寿命の予測

このため，昨年度，佐藤らの研究により，改質アスファルトコンクリートの疲労特性の評

図‑1

検討フロー

価と疲労寿命の評価，およびアスコンの促進劣化方法の検討を行った．しかし，バインダの違繰返し曲げ試験は，ひずみ制御による 2 点支いによる温度特性については考慮せず，促進劣持 2 点載荷方式とし，温度とひずみを変えたと化方法に関しても不十分な点があると考えらきのバインダの違いによるアスコンの疲労特れる．

性を評価した．また，各種アスコンに対して恒温槽を用いて促進劣化を施し，これら促進劣化載荷は，正弦波の強制両振り変位を与えた．

を施した各種アスコンに対しても繰返し曲げ

温度条件は，新規アスコンにおいては−10℃，試験を行って，劣化特性を把握した．さらに，0℃，5℃，15℃の 4 条件とし，劣化アスコンにそのアスコンから回収したバインダについておいては 0℃とした．設定ひずみは，新規アス性状試験を行って，バインダの劣化程度を評価

コンにおいては 200μ〜600μの間で 4 水準，した．いくつか設定した加熱養生期間と，その劣化アスコンにおいては 200μ〜600μの間でときのバインダの劣化程度に基づいて，この加3 水準設定した．また，使用した混合物は最大

熱養生期間と劣化程度の関係を，実舗装の供用粒径 13 ㎜の密粒度アスコンである．供試体寸

期間と劣化程度の関係と比較することにより，法は，40×40×400mm である．

室内における養生期間と実舗装の供用期間の（3）実舗装データ

時間的関係を推定した．

ここでは，国道 17 号長岡東バイパスのデー使用した実舗装データは，供用中の舗装に対タを用いた．データとしては，FWD 試験によして毎年 FWD 試験を行ったものであり，得らるたわみの経年変化と累積 49ｋN 換算輪数をれたたわみ履歴を用いて舗装のアスコン層下使用した．また，疲労寿命を推定する際に四季面の引張ひずみ履歴を推定する．そして，室内ごとに舗装体の平均温度を設定し，それぞれの試験により評価した疲労特性と，実舗装におけ温度条件におけるダメージ計算を行った．長岡

るアスコン層下面の引張ひずみ履歴を元に累における四季の温度は，実測値に基づいて春は積ダメージの計算を行い，ストアスを基準とし15℃，夏は 30℃，秋は 20℃，冬は 5℃とした．て相対的に改質Ⅱ型，超重交通用改質アスファ（4）疲労寿命予測

ルトの疲労寿命を予測する．

Miner 則を用い，式(1)より累積ダメージの計算を行い，疲労寿命を予測した．繰返し曲げ試

4.

評価試験

（1）バインダ性状試験
アスファルト混合物の劣化程度を評価する

験により評価したひずみと繰返し載荷回数を元に，実舗装のひずみ履歴とその地域の四季の平均温度から破壊回数 N i を推定し，実際の交ために，新規のアスコンと促進劣化を施した各通量 ni と比較して寿命を予測した．

種アスコンからバインダを回収して，針入度試D=∑験，軟化点試験，伸度試験を行い，劣化状況をni⋅ ⋅ ⋅ ⋅(1)
Ni

把握した．

D : 累積ダメージ

ｎi : 49 kN 換算輪数（回）N i : 疲労破壊回数（回）促進劣化方法は，実舗装の劣化が表面から生じることに着目し，混合して締固めた後，型枠

このとき，累積ダメージが１になったときを破ごと 120℃に設定した恒温槽内で養生するこ壊と定義した．とによって行った．また，このときの養生期間と劣化程度の関係を，既往の研究により得られ

5.

た，実舗装の供用期間と劣化程度の関係と比較（1）バインダ性状試験

することにより，室内による養生期間と実舗装試験結果および考察
アスファルトは劣化すると，硬化して脆くなの養生期間の時間的関係を推定する．

る．このため，針入度と伸度は低下し，軟化点（2）繰返し曲げ試験は上昇する．図‑2〜図‑4 より，改質アスファ

おいても，超重交通用改質アスファルトを使用率は小さい．つまり，耐久性に優れているといしたものが他のバインダを使用したものよりえる．

も疲労寿命が長い．温度が-10℃の場合はスト100

アスを使用したものと改質Ⅱ型を使用したものは疲労寿命に大きな差が認められないが，試験温度が 5℃の場合においては，ストアスを使50用したものと改質アスファルトを使用したも
ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用のの差が明確で，改質Ⅱ型のアスコンはストア
スを使用したものよりおおむね 5 倍程度破壊

00

図‑248
養生日数〔日〕12倍程度破壊回数が多い．ストアスを使用したア

針入度低下率と養生日数の関係

スコンに比べて改質アスコンは，高温条件下でかなり疲労寿命が長くなるものと考えられる．

軟化点上昇率〔％〕160800

12080
ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用

4000

図‑348
養生日数〔日〕

12軟化点上昇率と養生日数の関係

ストアス改質Ⅱ型
超重交通用
線形 (ストアス)
線形 (改質Ⅱ型)
線形 (超重交通用)

400

0103

図‑5105
破壊回数〔回〕

破壊ひずみ〔×10 -6〕

ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用
50

ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用
線形 (ストアス)
線形 (改質Ⅱ型)
線形 (超重交通用)

400

048
養生日数〔日〕図‑4

伸度低下率と養生日数の関係

123

1000107

試験温度–10℃（新規アスコン）

800

100
伸度低下率〔％〕回数が多く，超重交通用を使用したものは 10

破壊ひずみ〔×10 -6〕

針入度低下率〔％〕

ルトは，ストアスに比べ初期の値に対する変化

図‑6510
破壊回数〔回〕

107

試験温度 5℃（新規アスコン）

また，8 日間加熱養生したアスコンに対して試験温度 0℃で繰返し曲げ試験を行った結果（2）繰返し曲げ試験
新規の各種アスコンに対して試験温度-10℃と 5℃で行った結果を図‑5 と図‑6 に示す．

を図‑7 に示す．加熱養生を 8 日間行った場合のアスコンの劣化程度は，バインダ劣化の評価より，供用 7 年間の劣化程度に相当することが図では，回帰直線が右に位置するほど疲労寿分かった．すなわち，供用 7 年における各種ア命が長いことを意味する．いずれの温度条件にスコンの疲労特性は，図のように，ストアスを使用したアスコンに比べて改質アスファルト

型は 7 倍，超重交通用改質アスファルトは 10.8を使用したものは疲労寿命が長い．よって，長倍長い結果となった．

期供用性があるといえる．

破壊ひずみ〔×10 -6〕

800

累積ダメージD

1.5
ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用
線形 (ストアス)
線形 (改質Ⅱ型)
線形 (超重交通用)

400

改質Ⅱ型

×1×

ストアス×
超重交通用

0.5000103510
載荷回数〔回〕

図‑710612
供用年数〔年〕

7

図‑918

累積ダメージ

試験温度 0℃（8 日間養生）
表‑1

供用年数および疲労破壊輪数（3）実舗装のひずみ履歴
ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用

国道 17 号長岡東バイパスの測定たわみから推定したひずみ履歴は図‑8 のようになった．

供用年数〔年〕
1.5
1116

疲労破壊輪数〔回〕
3,880,440
19,411,994
22,400,680

この地域での各季節のひずみ履歴は，回帰線で表‑2示す傾向が得られた．

アスコン層下面引張ひずみ-6〔×10 〕

150

ストアス
改質Ⅱ型
超重交通用

100
50

6.
春（15℃）
秋（20℃）
春（15℃）
秋（20℃）

0-50
0

図‑8

ストアスを基準とした供用年数の比較

3

夏（30℃）
冬（5℃）
夏（30℃）
冬（5℃）

69
供用年数〔年〕

供用年数〔年〕 ストアス比較（供用年数）
1.51.0117.01610.8

まとめ
改質アスファルトはストアスよりも耐久性に優れていた．さらに，改質アスコンの疲労寿
12

アスコン層下面の引張ひずみ履歴

命はストアスを使用したアスコンよりも長いことが分かった．このことから，改質アスコンは，ストアスを使用したアスコンよりも長期供用性があるといえる．

（4）疲労寿命予測（累積ダメージ）
累積ダメージは図‑9 のようになり，バインダの違いによるアスコンの疲労寿命の差は大きいものとなった．表‑1 は，ストアスを基準に，破壊時までの累積 49ｋN 換算輪数と供用

参考文献
1） （社）日本道路協会：舗装構造に関する技術基準，
2001.
2） 森永教夫，川野敏行：舗装技術の質疑応答 第 7巻（上），建設図書，1997.

年数をそれぞれ比較したものである．この結果

3） 佐藤陽一：改質アスファルトコンクリートの疲労からストアスを基準とすると，表‑2 より，供破壊特性評価に関する検討，長岡技術科学大学修

用年数は，ストアスに比べ改質アスファルトⅡ

士論文，2004.