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2.8 EFFECT OF MODIFIED ASPHALTS ON 2.8 EFFECT OF MODIFIED ASPHALTS ON THE THE 　　　　　　　　 FATIGUE BEHAVIOR OF FATIGUE BEHAVIOR OF MIXTURESMIXTURES

混合物の疲労性状への改質アスファルトの影響 混合物の疲労性状への改質アスファルトの影響

世紀東急工業㈱世紀東急工業㈱清水　浩昭清水　浩昭

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セクションの構成2.8.1 混合物のビーム疲労試験結果2.8.2 新しいバインダ疲労試験の開発2.8.3 バインダの疲労パラメータの開発2.8.4 荷重モデルからの独立の検証2.8.5 疲労研究からの結果

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2.8.1 混合物のビーム疲労試験結果試験条件 ( 繰返し曲げ試験 )

① 疲労試験の供試体は、 7.0±0.5 ％の空隙に締め固めた② すべての混合物は、 135℃ で４時間オーブンで劣化③ 供試体の寸法は、長さ 380mm 、高さ 50mm 、幅 63mm④ 最初に 250 ～ 750μ のひずみで制御され、 10Hz の載荷条

件で試験⑤ 初期の供試体のスティフネスは、 50 サイクルの終わりに

決定 ( ひずみの割合はその時に調整 )⑥ 試験は、初期スティフネスの 50 ％まで減少した時に終了

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試験を行ったバインダの種類と温度

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１つのバインダで４種類の骨材を　　試験した時の平均疲労応答の例

石灰細粒グラベル粗粒

石灰細粒グラベル粗粒

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９種のバインダでの石灰岩とグラベルの混合物の疲労寿命

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石灰岩と のｸﾞﾗﾍﾞﾙ 10Hz での混合物の疲労寿命と G* sinδ との相関関係

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2.8.2 新しいバインダ疲労試験の開発 従来の試験の問題点

① G* sinδ と混合物の疲労寿命において相関関係が低いのは、線形的な粘弾性の範囲で微少なひずみで測定しているため

② 従来の方法では、繰返し載荷でのダメージの蓄積によるバインダの特性の変化を表せない

新しい試験方法の提案① ダメージの挙動を直接観察できるようなバインダだけの疲

労試験で疲労現象をシミュレート② DSR を使用して選定した温度と載荷回数で、応力またはひ

ずみ制御で繰返し荷重を与える簡便な方法

収集したデータは、繰返し載荷で測定しているバインダのダメージ挙動に有効

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新しい試験方法 ９種類のバインダを用いて、混合物のビーム疲労状態に合うように DSR で試験 バインダは混合と締固めの影響をシミュレートするために RTFO で劣化 試験は 10Hz で混合物ビーム疲労試験と同じ温度 バインダ試験は、ひずみ制御で行われ、３％のひずみで全てのバインダを評価

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10Hz 、３％のひずみ、混合物ビーム疲労試験で　　　　　　　選定した温度でのバインダ疲労結果

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バインダ疲労寿命と同じ温度と回数で測定した平均混合物寿命の相関関係

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初期スティフネスの 50 ％で測定された混合物とバインダの疲労寿命の相関関係

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2.8.3 バインダの 疲労パラメータの開発 最近の疲労研究では、疲労が荷重サイクル当たりで消散している ( ゆがみ ) エネルギーの増減率であることが示されている。 通常、ひずみ制御および応力制御試験での散逸エネルギーの変化の割合は、ある数の荷重サイクルの後に急変する。 ひびわれ開始 ( ステージ 1) とひびわれ伝播 ( ステージ 2)の 2 つの重要なステージは、疲労の過程で区別することができる。

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2.8.3 バインダの 疲労パラメータの開発 疲労ダメージがステージ 1 からステージ 2 まで進行する

とき、 1 サイクル当たりの疲労ダメージに消散するエネルギー量に著しい変化がある。

この移行は、 1 サイクル単位で消散するエネルギーの機能であり、荷重モードから独立している。

散逸エネルギーで評価する方法には、いくつかのアプローチがあり、最も有望なアプローチは、 Carpenter と Jansen(68) によって提示された散逸エネルギーの増減率とPronk と Hopman(66 、 67) によって提示された散逸エネルギー比率 (DER) である。

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バインダの疲労データの解析に散逸エネルギー比の概念を使用する一例

ひずみ制御

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応力制御されたバインダの time sweep の代表的な結果

応力制御

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バインダの疲労性状における 応力レベルの影響

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2.8.4 荷重モデルからの独立の検証① バインダ疲労試験を開発する１つの目的は載荷方法や舗装種別に関係なくバインダの疲労抵抗を評価すること② 散逸エネルギーレートのアプローチは、荷重モード (67) から独立しているのでこの方法を選択③ 立証するために、応力制御およびひずみ制御の両方で試験を実施④ 応力制御およびひずみ制御試験による破壊は、散逸エネルギー比が DER =N に等しいラインを

20 ％外れる荷重サイクル数と定義

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異なった載荷条件での 1 サイクル当たりのエネルギーと疲労寿命の関係

ひずみ 3 ％ひずみ 2 ％

ひずみ 1 ％

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2.8.5 疲労研究からの結果1. 混合物の疲労寿命は、バインダの改質の種類により非常に変化する。同じ骨材で、エラストマー改質アスファルトは、本研究で使用した他のタイプのバインダより、かなり高い疲労寿命を持っている。2. 疲労寿命は骨材の種類によっても変化する。石灰石骨材は、細かい粒度は粗い粒度と比較して低い疲労寿命である。砂利骨材は、粗い粒度が細かい粒度より低い疲労寿命値を示しており、傾向は反対である。しかし、骨材の粒度と種類の違いは、バインダのグレードや改質の影響より小さい。

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3. 混合物の疲労寿命と現在のバインダの疲労抵抗指標(G*sinδ) の間では相関関係が不足している。一方、バインダの疲労抵抗を測定する新しい試験は、正確に混合物の疲労寿命とバインダのレオロジー特性との間の関係を決定するために必要である。

4. time-sweep 試験は、バインダの疲労抵抗を評価する有望な試験である。試験は、比較的短い試験時間で現在の DSR を使用して行うことができる。

5. 散逸エネルギー比率によるアプローチは、この方法が荷重モードから独立しているので、バインダの疲労寿命を決定する方法として採用されている。幾何形状は結果に、ある影響を持っているが、適切な試験条件を選択することによって、この方法は混合物のパフォーマンスと関連する信頼できる結果を与えることができる。