高橋　将人

アスファルト舗装におけるトップダウンクラックの発生メカニズムに関する研究

高橋　修，中村　健

　アスファルト舗装における主要な破壊形態は，ひび割れとわだち掘れである．ひび割れは，発生要因や進展の仕方によっていくつかに分類されており，その破壊形態の一つに，トップダウンクラックと呼ばれるアスファルトコンクリート（以下，アスコン）層の表面から発生するものがある．一般に，構造部材に上方から荷重が作用した場合，曲げモーメントによってその底面に曲げ引張応力が働く．そのため，底面から上部に向かってひび割れが進展するものと考えられている．しかしながら，アスファルト舗装のトップダウンクラックは，このような一般的概念と異なり，アスコン層の表面からひび割れが発生して下方に進展する．
　トップダウンクラックの発生要因は，アスファルト層の応力緩和，温度，層厚，および路盤・路床の支持力が知られている．これらは過去の経験に基づくものであり，不明確な部分が多い．そこで本研究は，基礎的な検討として既存のトップダウンクラックの発生要因を考察し，本現象の発生メカニズムを明確にすることを目的とした．アスコン層の応力緩和に関する検討として片振り曲げ疲労試験を実施し，供試体表面から生じるひび割れ，および試験中の供試体に働く応力の挙動を観察した．また，その他の発生要因については，多層弾性解析を行ってアスコン層に生じる引張応力を推定し，トップダウンクラックが発生する条件を考察した．
　片振り曲げ疲労試験によって，圧縮ひずみのみを作用させた供試体の表面からひび割れが発生することを確認した．また，供試体に働く応力を確認したところ，圧縮ひずみの変形を与えているにも関わらず，圧縮応力と引張応力が同程度の振幅で生じていた．これはアスコンが有する応力緩和によるものであり，周期的な引張作用の疲労によって表面からひび割れが生じたものである．
　多層弾性解析を実施したところ，上層路盤を瀝青安定処理層とした舗装構造，および路盤の弾性係数を小さくした場合において，表・基層の表面に作用する引張応力が大きくなるため，トップダウンクラックが発生する可能性が高いことがわかった．その他の発生要因との関連性については，アスファルトの劣化を考慮した解析等，更に詳細な解析が必要である．
　以上より，トップダウンクラックの発生メカニズムとしては，アスコンの応力緩和が大きく関係しており，車両走行により舗装の表面において引張応力が作用し，その蓄積によってクラックが生じて下方に進展していくことが明らかとなった．また，上層路盤が瀝青安定処理層である場合，または路盤の支持力が低い場合にトップダウンクラックが発生し易いことも明らかとなった．