アスコン供試体締固めと骨材間隙率計算方程式

ポイント
アスコン品質の良否は空隙率で決まります(マーシャル供試体空隙率では決められない、判断できないのです)

アスコン空隙率で計算できるのです

1.はじめに

アスコン供試体の締固めは通常「マーシャルランマ(MRMarshall Rammer)」で行います。MRは不十分な締固めとされるが、その検証も含めて「ジャイレトリコンパクタ(SGCSHRP Gyratory Compactor )」締固めも行い比較検討した。さらに、これらMRとSGCの両者の締固め「空隙率」が「骨材間隙率計算方程式」(以下、「計算方程式」)から求めた「空隙率」との間にどのような関係があるのかをあわせて検証した。後段で、「計算方程式の使用(AD canシステムへの組み込み)」にあたりどのような課題が内在しているのかの検討も追記した。

2.実験方法

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1)粒度配合

実験に用いたアスコン粒度配合は「密粒度アスコン(13)」と「排水性アスコン(13)」の中間粒度とし、SMAStone Mastic Asphalt)に類似の配合とした。その理由はアスファルト混合量(以下As量)の変化による空隙率の変化が広範に得られるようにするためである。

2)骨材の準備

使用骨材は、6号砕石、7号砕石、スクリーニングス(Scr)、粗砂、細砂、石粉の6種類で通常使用しているもので6号砕石(13.2~4.75mm)、7号砕石(4.75~2.36mm)は上下限をカットし単粒度にした。

Scrと砂は2.36mmふるいを通し上限をカットした。

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3)供試体と締固め

供試体はマーシャルランマ用とジャイレトリコンパクタ用の両者に対応できるようそれぞれ別個に作成した骨材の混合組み合わせによる配合種は8種類とし、As混合量は0.3%きざみで各3配合とした。MR締固めは両面各50回、SGC締固めは最大の300旋回とした。

採取されたデータの内、空隙率が6%以上および1%以下のデータは不確実なため不採用とした。

3.実験値の検討

1)マーシャル締固め空隙率とSGC締固め空隙率

グラフG1によればMR締固め空隙率とSGC締固め空隙率との間には相関関係は薄いようで

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す。合成粒度の2.36mm通過率が約29%の位置(中央○印)のところで同じ空隙率(≒3.2%)となっています。それより細粒配合(左側)ではMR締固め空隙率が大きくなって、締固めが不十分であることが解かります。仮にSGC締固め空隙率が1.5%であるべきものがMR締固めでは2.8%程度と1.3%も大きくなっており、MR締固めは十分に締固められていないことになります。

逆に、粗粒配合(右側)ではSGC締固め空隙率が4.5%であるべきものが、MR締固めでは3.5%程度と1.0%も小さくなっています。これはMR締固めがよく締まっていると解釈するのではなく、MRの衝撃で粗骨材が接触点破壊を起こしていると解釈した方が妥当だと考えます。

2)SGC締固め空隙率と計算空隙率

グラフG2によればSGC締固空隙率と計算空隙率の「相関係数」は0.983で、非常に強い相関関係があり、ほぼ1:1の対応

を示しています。実験値と計算値がほぼ一致していると言っても過言ではありませんこのことはアスコン配合設計が試験供試体を作成することなく計算で配合設計が出来ることを意味しています。尚、SGC締固めは最大締固めであるから「最終空隙率」であることにもなりますので、付記しておきます。

3)マーシャル締固め空隙率と計算空隙率

グラフG3によればMR締固め空隙率と計算空隙率との関係は、SGC締固め空隙率と計算空隙率との関係が、ほぼ1:1の関係にあることから、グラフG1のX軸の表記をSGC締固め空隙率から計算空隙率に書き換えたものがグラフG3と考えればよい訳です。故に、説明内容はグラフG1と同じことになります。念のため付記しておきます。

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4.骨材間隙率計算方程式

1)骨材間隙率計算方程式と計算シート

「AD canシステム」の計算画面(計算シート)には間隙率(VMA)を計算する「骨材間隙率計算方程式」が組み込まれています。(「計算方程式」を下記に示します)下記に示した「計算シート」はAD canシステム」の表舞台には見えていませんが、裏舞台にあり、計算結果だけが利用されます。以下、少々説明を加えます。

その前に、「計算方程式」の展開理論は少々難しく、また、紙面の都合もあり詳細を述べることは割愛します。興味があればこのホームページに別途掲載しているのでそちらをご覧下さい。(骨材粒度に基づく加熱アスファルト混合物の骨材間隙率推定法に関する研究,土木学会論文集,No.648/V-47,191-202,2000.5.)。(注:理論は「絵に描いた餅」のようなもので食べられません。具体的に食べられるようにしたものが、プログラム化したシステムです。これが大切なのです。

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2)骨材間隙率計算方程式と摘要項目

「計算方程式」および「計算シート」は上記に示したとおりですが、その右側に摘要項目の説明があるのでご覧下さい。8個の変数があります。その中で「粗粒側間隙比:e」と「混合係数:k」につては実験などから決めるので別途説明します。(上記、赤丸印の項目です。)上記2項目以外のその他6項目は、ふるい目サイズの「粒径」とその粒径・粒子の「混合量の比率(m、n、R、s):これは粒度によって決まる値」であり、設計粒度が決まれば数値としては「ある定まった値」の変数なので、その意味では確定値として扱える変数なのです。何等かの考慮が必要であるとする変数ではありません。確定値なのです。

3)粗粒側間隙比:e と 混合係数:k について

「計算方程式」を数学的に解析する際、最初に基礎実験を行いました。その時の材料は球形のセラミックビーズを用いました(軽いパチンコ玉のようなもので、粒径12、7、3、1、0.6mmの5種類)。それぞれの粒径の単品の間隙比を求め、次に、それぞれの混合比率を変えた二種混合の間隙比を求めるという手間のかかる実験を行いました(詳細は別途報告があります)。ここで解ったことは各粒径単品材の固有間隙比は0.65で粒径に関係なく同じであることです。(これは数学的に証明済みです)。「粗粒側間隙比:e」というのは、6号砕石で云えば13.2mmの単粒砕石の間隙比で、ここではこれを0.7と定めました。これも多くの実験を行って決めましたが、球形の場合0.65であるのに対し妥当な値であると判断しました。この値が仮に骨材に多少異常があったとして、e=0.70から0.02程度の増加減が生じ、e=0.68~0.72の範囲にぶれたとして試行計算をしてみると、最終計算間隙率16.0%であったものが0.1%以内の範囲で増加減することを確認しました。試行計算値がこの程度の変化であれば実験誤差の範囲程度なので実際には特に問題はないと判断しました。

「混合係数:k」は骨材の粒径、形状、材質、表面性状などの因子の品質を代表する係数として組み込んだものです。パチンコ玉のような球形で表面性状もなめらかなものはk=1です。砕石で実験を行い、砕石の場合k=1.05と決めました。

計算例を示します。この計算シートの0.6mm黄色行での「混合係数」は1.06となっています。しかし、何等かの関係で混合係数の1.06が変化して、仮に1.06が1.01~1.11と±0.05の範囲で増加減が生じたとして試行計算をしてみると、最終計算間隙率16.0%が0.1%程度以内の変化に収まっている計算結果となりました。これらのことから0.6mmの粒径の混合係数k=1.06は細粒材としての砂に大きな変化がなければ問題ないと判断しました。

4)粗粒側間隙比と混合係数 についての過去の研究

最上武雄博士の研究に「粒状体の力学」があり、そこに「パッキング理論」というものがあります。骨材間隙率はその単位量の骨材の中の接触点数に関係するというものです。接触点数が多くなるに従って骨材間隙率が大きくなるというものです。ですから、粒状体を構成する粒子の粒径が小さくなるに従って、接触点数が多くなるので骨材間隙率が大きくなるという訳です。(注、接触点には多少なりとも摩擦力があるので、接触点数が多くなると詰まり難くなるので間隙が大きくなる訳です。)

これらのことは「粗粒側間隙比」と「混合係数」に関係することになります。粗粒側間隙比については、粒径が0.6mmまでは0.7としたが、粒径がそれより小さくなるに従って大きくなるように設定されています。混合係数については粒径が1.18mmまでは1.05としたが、粒径が小さくなるに従って大きくなるように設定しました。これらの決定にあたっては配合設定の過去の多数のデータから最小二乗法などの統計手法を活用して決めました。

5)計算結果整理

前段でアスコン供試体をMRとSGCの両者で締固めた空隙率と「計算方程式」から求めた計算空隙率との関係を検証しました。「計算空隙率」はここに示した「計算シート」から骨材間隙率を求めそれにAs量を考慮して計算しました。

「計算方程式」は純粋に数学的理論から導きだされたものです。それに対し膨大な実験を行って、その実験値が計算式から算出された計算値と整合しているかどうかの確認を行いました。具体的には、実験から求めた「空隙率(SGC締固め空隙率)」と計算式から求めた「空隙率(計算空隙率)」が整合しているかどうかを確認しました。

ここで、前段で述べた「SGC締固め空隙率」と「計算空隙率」のグラフを再度ご覧下さい。この結果から「計算方程式」が「最終空隙率」を正しく計算していることを再度確認しておいて下さい。

5.おわりに

「骨材間隙率計算方程式」は純粋に数学的理論から導きだされたものであることを述べました。それに対し膨大な実験を行って、その実験値が計算式から算出された計算値と整合しているかどうかの確認を行いました。それは、アスコン供試体の締固めにジャイレトリコンパクタ(SGC)を使用して求めた「空隙率(SGC締固め空隙率)」と「計算方程式」から求めた「空隙率(計算空隙率)」との間には強い相関関係があり、ほぼ1:1の対応を示していることも確認できました。計算方程式に含まれている変数について、仮に課題があるとすれば、それは「粗粒側間隙比:e」と「混合係数:k」であることも指摘しました。試行計算の結果はこれら数値に多少の変動があっても計算結果は試験誤差程度のものであることも解りました。

「骨材間隙率計算方程式」のようなこの種の計算式で最も重要なことは、計算された「計算値」が「実験値」と整合しているかどうかであります。この場合は「計算空隙率」と「実験空隙率」ですが、すでに述べたとおり、ジャイレトリコンパクタ(SGC)で締固めた「空隙率」と「計算方程式」から求めた「空隙率」との間には、ほぼ1:1の対応を示していることを考えれば、「計算方程式」は正しく計算していることになります。要するに、実験値と計算値とが合っているかどうかであり、計算値が正しく計算されているかどうかだけのことなのです。それ以外の何ものでもありません。このことは、アスコン配合設計の基本である「最終空隙率」が計算で求めることができるのでアスコン供試体を作成することなく配合設計ができることを意味しているのです。

最後に、通常利用されている骨材(砕石、Scr、砂など)を用いている限りにおいては「骨材間隙率計算方程式」は「最終空隙率」を正しく計算しており、実際の現場において十分対応できるものと確信しております。追記しておくが、マーシャルランマ(MR)締固め供試体の空隙率は締固めが不十分のため、その供試体から配合の良否を判断することは危険だと言わざるをえません。念のため申し添えます

追記1:容積配合設計法と骨材間隙率計算方程式

コンクリート(セメントコンクリート)は昔から(今でも)「容積配合設計」で行われています。この「容積配合設計」の根幹をなすものは「骨材間隙率(VMA)」です。このVMAの大小がコンクリートの強度に関係し、VMAを小さくできればセメントモルタル量(セメント+水)を少なくできて同じ強度が確保できるからです。このようなことから、わが国のみならず世界のコンクリート材料研究者はVMAを如何にして小さくするかの研究に取り組んでおり、数式化も試みられてきました。しかし、この1世紀の間まだできていないのです。骨材間隙率計算方程式の開発はコンクリート材料研究者の夢の課題の一つなのです。

アスコンは「骨材間隙率」を小さくしたいコンクリートとは逆の立場で、最適な大きさの「骨材間隙率」が要求されています。ここで、この「AD canシステム」は、安全・安心なアスコン配合設計ができる「骨材間隙率計算方程式」が組み込まれているのです。このことは、世界的にもまだ解明されていない「骨材間隙率計算方程式」が組み込まれているということです。コンクリートではできなかったものが、アスコンではできているのです。

追記2:ジャイレトリコンパクタについて

前段で、アスコン供試体の締固め効果の比較検討にマーシャルランマ(MR)とジャイレトリコンパクタ(SGC:SHRP Gyratory Compactor )の両者の締固め空隙率を比較検討しました。わが国ではSHRPの発表と同時に、SHRPが開発したSGCを官民共に導入しその効果を検証しました。締固め効果はMRとは比較にならないほど強力なものでした(別途報告があります)

ところがSGCで最大の締固めを行っても閉鎖空隙に関連する限界空隙率2.5%(実際は2%程度)以下にはならないので、締固め効果を官民の技術者たちが共々に疑問視したのでした。しかし、そのときの空隙率が限界空隙率2.5%以上であれば、そのときの空隙率は最大締固めの「最終空隙率」となるのですが、その前提条件が事前には解らなかったこと、また、これを考慮しなかったため締固め効果に疑問が残る結果となってしまったのです。このようなことも含め、SGCの器具そのものも高価であったこともあわせ、わが国でのSGCの普及の阻害要因になったものと思っております。誠に残念であったと思います。(各社の試験室の片隅にSGCが眠っていると思います。)

繰り返しになりますが、密粒度アスコンにおいて、SGC締固め空隙率が「限界空隙率」としている空隙率2.5%以上であれば、そのときの空隙率はそのときの配合の最小空隙率であり「最終空隙率」であることを繰り返し強調し、この配合は安全配合であることを申し添えます。

(注:空隙率が仮に2%程度であったとすると、これは問題です。何故か? 本来この配合は1%になるべきものが、閉鎖空隙があるので2%程度のところで止まってしまったと解釈するのです。これは「わだち掘れ配合」なのです。)

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ADcan新発想の配合設計

ADcan EXCEL-VBA(配合設計シミュレーション)

システム開発の経緯

1.システム開発の端緒

はじめにご覧ください!

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1)施工当時を思いだし 改めて振り返る機会を与えた出来事だった

1967 (昭和42) に施工した中央高速道路府中舗装工事(筆者:主任技術者として従事)は、施工後25年経過した1992 (平成4年) 日本道路公団総裁から感謝状が贈られた。

一方、舗装構造が同断面の隣接工区ではその時既にわだち掘れで6回の切削オーバーレイ工事を実施していた(当時、日本道路公団八王子管理局で確認)。青天の霹靂だった。

2)多量のアスファルト量の舗装であった

日本の高速道路建設は1959年名神高速道路の施工から始まりました。初期の舗装ではクラック(ひびわれ)が入り道路公団ではAs量が少なかったと判断された。その後の東名高速道や中央高速道ではAs量を多量にし、6.5%以上とする時期があった。当時は「マーシャル試験」の導入期であり、高安定度にするよう多量のAs量としたようである。

As6.5%以上はあまりにも多く、当時として(現在でも)、常識的に考えられない量であった。わだち掘れが心配なので減量をお願いしたが、逆に多量にする方針であり、改めて強く指示されたのでした。

3)多量のアスファルト量にも拘わらず何故出来たのか?

施工当時を振り返りなぜこのような舗装ができたのかを考えてみた。結論から先に述べれば、アスコン配合設計に対し、当時のわが国のアスコン舗装技術にはなかった「容積配合設計」的手法を取り入れたことであるとの考えに至った(コンクリートの配合は昔から(今でも)容積配合設計法である。筆者は卒論でコンクリートを学んだので良く知っていた。

2.骨材間隙率と容積配合設計

1)マカダム工法を知らずして舗装技術者の資格なしと云われていた

強い舗装体を造る工法に昔からマカダム工法があった。これは骨材の噛み合わせと云われるもので、骨材の骨格構造(スケルトン:Skeleton)を形成することです。アスコンにおいては、多量のAs量としてわだち掘れを抑えるためには、やはり骨材の骨格構造を形成する必要があり、そのためには合成骨材の骨材間隙率(VMAVoids in Mineral Aggregates)を大きくして、As量を骨材のすき間に余裕をもって収容する必要があると考えた訳です。こうすれば、骨材の骨格構造が形成できるからです。

2)アスコンを顕微鏡で拡大して視て考える

アスコンの合成骨材の骨材間隙率を大きくする方法として、当時のアスファルト舗装要綱に記載されていた「開粒度アスコン」(現在の排水性As混合物に類似のもの)を参考にした。その時の考え方は、アスコンを顕微鏡で100倍程度に拡大して視ると、石粉の粒径(0.075mm程度)がパチンコ玉相当に見えます。この粒径の位置で「開粒度アスコン」の粒度を想定すれば、骨材間隙の中にAs量を十分収容できるのではないかと考えた訳です。単純な考え方でした。

3)現場施工での具体的方法――VMAをできるだけ大きくするために

顕微鏡で100倍程度に拡大して、パチンコ玉相当に見える粒径の位置で、それ以下の粒径の粒子を減らせば良いと単純に考えた訳です。具体的には、

①粉量を減らす。但し、あまり減らすとマーシャル安定度値が確保できないので、安定度の下限値をクリアーできる最小量の石粉量として、3%とした。

②スクリーニングスを水洗いして納入させた。これにより微粒子を減らせた。

アスファルトプラントのサイクロン集塵機の収集ダストを混入しないことにした。

上記3方法を確実に実行した。これらはVMAをできるだけ大きくしたいという考え方であったが、公団側には不評であった。何故か、それは安定度を重視する方向だったからです。このような方法は当時のわが国の舗装技術では考えにくかった方法でもありました。

4)SHRP-Superpave と 容積配合設計

アスコン配合設計を「骨材間隙率(VMA)」を基にして考える設計方法を「容積配合設計法(Volumetric Mix design)」といいます。コンクリートでは一般工法だったのですが、アスコンでこれを最初に提起したのは1994年のSHRP-Superpaveが初めてだと思います。中央道は1992年の施工ですから同時期でした。その同時期に「容積配合設計」的な考え方で舗装工事を施工していたことになります。改めて振り返り考え深いものを感じました。たとえて言えば、「目から鱗が落ちた」という感じだった。

3.アスコン の 空隙率

1)アスコン空隙率は0(ゼロ)にはならない

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アスコンの空隙率は目に見えない空気の存在とその量的問題であり、この空気の多い少ないがアスコンの品質を決定づけているのです。アスコンの空隙には「連続空隙」と「閉鎖空隙」があります。排水性アスコンの空隙は大部分が連続空隙(連続している)なので水を透過させ排水性舗装ができるのです。外部に逃げることができない空隙が「閉鎖空隙」です。この空隙は如何なる締固めを行っても排除することはできません。空隙率を0(ゼロ)にすることはできないのです。どうしても空気がアスコンの中に入り込んでしまうので、これがアスコンを解かり難くしているのです。

2)限界空隙率の存在(その大きさを2.5%と定めたこと)

閉鎖空隙率は、通常、密粒度アスコンで2~2.5%程度と測定されています。ここではこの「空隙率を安全側に2.5%」と定め、これを「限界空隙率(Limit Air Voids)」と称することにしました。即ち、アスコンの空隙率は如何なる締固め方法によっても「限界空隙率2.5(実際は2%程度)」を限界として、これより小さくならない意味であり「限界:Limit」としました。ちなみに、流動現象の起きた舗装からコアーボーリング採取した供試体の空隙率は2%程度と測定されており、0(ゼロ)% に近いものではありません。このことは「限界空隙率」の存在を立証していることでもあります。

3)閉鎖空隙の存在(As量が増量したと見なす挙動を示す)

排除することができない「閉鎖空隙」がアスコンの中に内在していると云うことは、結果として、As量が閉鎖空隙量の分だけ増量したと考える訳です。

即ち、「限界空隙率2.5%」とするとAs量の容積が2.5%分増量したことと同じことになると考える訳です。ですから、密粒度アスコンにおいてAs量5.5%と仮定すると限界空隙量2.5%を加算して、このアスコンの(仮想)As量は8.0%になったと考える訳です。非常に多量のAs量と想定されます。但し、これは考え方です。この密粒度アスコンの有効As量はあくまでも5.5%ですが、現象的には8.0%のAs量と見なした挙動を示すのです。

4.骨材間隙率(VMAVoids in Mineral Aggregates)について

1)アスコンの骨材間隙率と空隙率

アスコン供試体の締め固めには通常マーシャルランマ(MR)を用います。ところが、このMRでは締固めが不十分なので空隙率は大き目に測定され、これにAs量(容積)を加算して求めたVMAは大き目に計算されます。このようにアスコンのVMAは締固めの程度によって大小があるので、ここではこれらVMAをVMAとしました。

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この「仮VMA」は締固めが不十分としたが、十分な締め固めを行えばVMAはさらに小さくなり最小量となるVMAが存在する筈であります。これを、ここでは「最終VMAFinal VMA)」と称することにしました。ここで、単に「VMA」といえば「仮VMA」なので「最終VMA」とは根本的に意味あいが異なることを理解しておいて下さい。

なぜこんなにしつっこく言うのですか?・・・・・それは「最終VMA」の存在を知ってほしいからです。

2)最終VMAの存在 最終VMAの値を求めること

舗装施工現場でアスコンが舗設されローラ転圧された状態の密度はMR締固め密度の98%程度と言われているので、この密度から計算したものは「仮VMA」であり「仮空隙率」です。そこで、夏場の高温時に交通転圧を受けて締固められ「仮VMA」、「仮空隙率」は減少するが、どの程度まで減少するかは解りません。しかし、これ以上小さくならない「VMA」が存在する筈であります。これをここでは「最終VMA」と称することにしました。ここで、この「最終VMA」を知ることがアスコンの性質を知る上で最も重要な課題であり、「容積配合設計」の根幹をなすものなのです。

ここで、この「最終VMA」を求める方法として、SHRPでは「ジャイレトリコンパクタ(SGCSHRP Gyratory Compactor)」を開発しました。SGCでアスコン供試体を最大に締め固めると最大密度となります。この最大密度からAs量(容積)を考慮して「最終VMA」を求めたのです。

一方、AD canシステム」ではこの「最終VMA」を純粋に数学的手法で求めようとしたのです。ここでその考え方を述べてみます。アスコンの「合成骨材」の品質は「粒度」という手法で表わします。但し、質量粒度でなく容積粒度(通過容積百分率%)です。この粒度によって合成骨材の各粒径・粒子の量的分布が解かります。即ち、各粒径・粒子で構成される「骨材間隙率」が、粒度で決まるのではないかと考えた訳です。「数学的解析」と「実験」を繰り返し「骨材間隙率計算方程式」を導きました。「最終VMA」は粒度が解れば「方程式」で計算できると云うことですここで詳細を述べることは割愛しますが、詳細はこのホームページにありますので興味があればご覧下さい。(骨材粒度に基づく加熱アスファルト混合物の骨材間隙率推定法に関する研究,土木学会論文集,No.648/V-47,191-202,2000.5.)。

3)最VMAについて  追記しておきたい事項

最終VMAについて少々付け加えておきます。アスコンの合成骨材の「最終VMA」は合成骨材の粒度によって定まった値となります。たとえば、密粒度アスコンでは 16%程度 ですが、排水性アスコンでは 30%程度 と大きくなります。さらに、合成骨材の粒度によって「最終VMA」は定まった値となるが、合成粒度の微妙な変化によって「最終VMA」は微妙に変化することでもあります。このことは「粒度」によってアスコンの品質が微妙に変化することでもあるので明記しておきます。(重要)

4)流動現象の起きる原因

流動現象に関係している骨材の骨格構造(スケルトン:Skeleton)について考えてみます。

アスコンや粒状砕石路盤でも同様ですが、舗装体の内部において骨材が形成する骨格構造が交通荷重を支えています。アスコンでも砕石路盤でも、舗装体の内部では砕石や砂の各粒子がお互いに接触しており、その接触力(摩擦力)が交通荷重を支えているのです。この摩擦力の大小が舗装体の強弱と云うことになります。

アスコンにおいて、合成骨材の最少のすき間である「最終VMA」より、As(閉鎖空隙量を含めた体積)が多くなると、「最終VMA」のすき間の中に入り切れなくなるので全体の体積が膨張してしまいます。結果として、粒子と粒子の間の接触力が減少し、粒子間の摩擦力が弱くなって交通荷重を支えきれなくなって流動現象が起きるのです。

5.AD can開発経緯のまとめ、アスコン配合設計の考え方 (結論)

1)述べてきた前提条件のまとめ

今まで述べてきたまとめとして、下記2項目の理解が最重要事項です。(重要)

a.アスコンの空隙率は如何なる締め固めを行っても排除することができない閉鎖空隙が存在し、これを「限界空隙率」と称して安全側に2.5%と定めたこと。

b.アスコンの合成骨材にはVMAが存在し、如何なる締め固めを行ってもこれ以下にはならない「最終VMA」が存在すること。この「最終VMA」は「骨材間隙率計算方程式」で計算できること。 

提案するアスコン配合設計の考え方を要約すると、従来行われてきた配合の「骨材混合比率(砕石、砂、石粉の混合比率)」と「アスファルト量(容積)」との関係を再検討するだけのことです。特別な材料などを考慮する必要などはありません。考慮する設計要件は、上記に述べた、a.「限界空隙率2.5%」と b.「最終VMA」の関係だけであり、この関係を理解するだけでアスコン配合設計の諸問題は解決できるのです。

2)最終VMA  限界空隙率との関係  最終まとめ

安全なアスコンの配合は「アスファルト量」と「限界空隙率2.5%」を加算した容積(体積)が「最終VMA(体積)」の中に入いり得る(収まる)ことが必要かつ十分条件となります。

この条件を整理すると 式(1) および 式(4) となります。

最終VMA > アスファルト量 + 限界空隙率2.5       ——- (1)

最終VMA - アスファルト量 > 限界空隙率2.5       ——- (2)

最終VMA = 計算VMA と置き(これは方程式で計算できる)

計算VMA - アスファルト量 > 限界空隙率2.5       ——- (3)

計算VMA  - アスファルト量 = 計算空隙率 と置くと

計算空隙率 > 限界空隙率2.5%   :(安全配合の条件)     ——-  (4)

まとめとして、「アスファルト量」と「限界空隙率2.5%」は既知の数値として解かっているが「最終VMA」は解かりませんでした。これを解明することがアスコンの配合設計を解明することなのです。これを数学的に求めて、この「骨材間隙率計算方程式」を組み込んだのが「AD canシステム」なのです。本システムの中では () の「計算空隙率」が「限界空隙率2.5%」以上であることを条件として検証し「コメント表示」しています。(結論)

最後に追記しておきます。上記 条件式(4) が成立するか否かの境目の数値は微妙にアスコンの品質を左右しています。今まで正常に製造出荷されていたアスコンが、ある日突然不具合になってしまったが、その原因が解らないと云うことがあります。このようにこの境目は微妙なものであることを認識して頂きたいのです。最後に「AD canシステム」を用いて製造管理をしていれば不具合配合は発生しないのです。この理由は、アスコンの良否の境目が微妙なため、事前に多少安全側に設定しておくことができるからなのです。 (以上)

 

製品の紹介  機能  追加機能
米国発祥の「マーシャル安定度試験法」が我が国の舗装技術の発展に寄与したことは確かな事実です。しかし、米国では流動現象(わだち掘れ)が極限に達し「安定度試験」は早々に姿を消しましたが、マーシャルランマー締め固めは残りました。我が国の舗装も同様の現象でしたが、マーシャル試験に変わり得る試験法がないため現在でも安定度を低くするなどの工夫をしながら採用していますが、中途半端な試験法であり、信頼できるものか疑問の残るところです。以後、頼れる試験法がない現状において、頼れる技術は何だろうか?それは積み重ねた経験ということになるでしょう。また高齢化が進むとともに経験を有する技術者の減少は避けられません。

そこで、アスコンについてある程度の経験があれば安全・安心な品質のアスコンが製造でき、信頼できる「システム化」された技術ツールがADcanシステムです!

ADcan Systemの機能

■入力作業を最小限まで減らし、計算は総て自動計算を採用しています。

■ADcan Systemには下記の諸機能が組み込まれています。

  • アスコン種類の粒度範囲一覧表から設計粒度範囲を選択し利用できる。
  • 使用骨材を一覧表に整理し配合設計に利用できる。
  • 再生骨材の抽出試験データを一覧表に整理し配合設計に利用できる。

※抽出試験データは総て保存され再利用することができる。

※標準偏差が未確定の場合、組み込んだ経験値を利用して配合設計ができる。

  • 設定条件、使用材料の準備完了後、設定計算は総て自動化される。
  • プラント現場配合はホットビンふるい分け試験から自動計算される。

※コールドホッパーモータ回転数、ホットビン計量値を自動計算する。

  • 作成した配合設計データは総て保存され再利用することができる。
  • 配合設計ができているのでそれを利用して配合設定書は簡単に作成できる。
  • 配合設計したアスコンの1㌧当たりの材料費原価をその都度計算表示できる。
  • アスファルトを含めた使用骨材の使用量の払い出し管理ができる。
  • 事前審査申請票作成機能があり申請票が簡単に作成できる。

(「できる(can)」ことから本システムをIt’s “ADcan”とした)

ジャイレトリコンパクタについて

前段でSHRPは供試体の締め固めにジャイレトリコンパクタ(SGC)を開発したことを述べました。わが国でもSHRPの発表と同時に官民共に導入しその効果を検証したのです。締め固め効果はマーシャルランマとは比較にならないほど強力なものでした(別途報告があります)。ところが、SGCで最大の締め固めを行っても、限界空隙率2.5%(実際は2%程度)以下にはならないので、締め固め効果を官民の技術者たちが共々に疑問視したのでした。しかし、上記述べた条件式(4)を前提条件とすれば、その時の最大締め固めは「最終空隙率」となるのですが、その前提条件が事前には解らないので、締め固め効果に疑問が残る結果となってしまったのです。この様なことからわが国ではSGCが消え去ることになったのです(各社の試験室の片隅に眠っていると思います)。誠に残念であったと思っています。

繰り返しになりますが、上記条件式(4)が成立していれば、そのときの空隙率は「最終空隙率」であり、これが方程式から計算で解かるのが「AD canシステム」なのです。「最終VMA」「最終空隙率」が解かると云うことはそのアスコンの品質が解明できたことになるのです。勿論、安全配合か否かの判断ができることなのです。


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  • アスコン配合設計は安全・安心が第一です

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    アスコン配合は粒度範囲に収まっていても安全・安心な配合になるとは限りません。これが前提で以下を進めます。

    1. 使用骨材の粒度と密度は整理一覧表を開き、試験を行ってその表に入力・整理し、その表からチエックボックスで選択すれば、設計画面に自動転記されるようになっています。
    2. 設計する配合種の規格値などは既に入力済みの設計粒度表を開きその表からチエックボックスで選択してください。
    3. アスファルト量と密度は所定のセルに直接入力します。
    4. 次に、自動設計 ボタン(最下段〇印)のクリックで自動計算により配合設計が決定します。
    5. 最後に、 評価コメント ボタンのクリックで適正配合か否かを 〇 △× でコメント表示されます。修正が必要な場合、その修正方法を詳細にコメントするようになっています。
  • スクリーニングス(Scr.)を有効に活用しよう

    Scr.は細粒材の一種です。細粒材を粒子の大きさにより次のように3分類されます。2.5~0.075mm砂(Sand),0.075~0.005mmシルト(Silt),0.005~0.001mm粘土(Clay)通常のScr.は原石が石塊なので粘土(Clay)は混じっていません。

    • Scr.を砕砂とも云います。砕石工場で砕石(5、6、7号砕石)を生産した7号砕石以下の砕石クズです。粒度的には砂より良くアスコンには理想的な材料です。
    • 石粉分(シルト分、0.075mm通過率)が多いので、その分の石粉量を配合設計の段階で減らしておく必要があります。過去においての失敗談をよく耳にしますが、それは石粉量を減らさなかったからです。
    • 砕石工場では石クズなので単価も安く(運賃相当額若干プラス)、配合設計で石粉量も減らせて原価低減効果は大きいものです。おおいに使用すべき材料であります。
    • ここではScr.を混合して最終VMA(最終間隙率:計算間隙率)を計算し、Scr.の混合量を多くするよう調整ができます。試験室での供試体作成試験などを行わなくても安価なアスコン配合設計ができるのです。

    図の配合はScr.40%混合し、空隙率3.4%を確保した安全配合です。

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  • 水洗い砂ならどんな砂でも使えます

    砂は細粒材の一種です。細粒材を粒子の大きさにより次のように3分類されます。

    2.5~0.075mm砂(Sand),0.075~0.005mmシルト(Silt),0.005~0.001mm粘土(Clay)通常の砂は水洗い砂なので粘土(Clay)が混じっても極少量です。(問題なし)

    • 砂は自然生成物であり採掘規制などで採取が難しく、枯渇状態になっています。このことは良質な砂(シルト分以下が少ない砂)は高価であると云うことです。
    • アスコンでは生コンに使うような高価な砂でなくても良いのです。逆にアスコンではフィラービチュウメン(石粉+アスファルト)の形成でシルト分が必要なのです。
    • 過去において不具合配合になった砂(細砂)でも使えるようになっています。ここでは最終VMA(最終間隙率:計算間隙率)が計算できるので、今まで使えなかった砂を何%までなら混合できるかを計算してくれます。砂を2種混合として安価な砂を使うことによってアスコンの原価を下げましょう。

    (図:細砂15% 使用できる例)

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  • 砕石のオーバーサイズが不良アスコンの原因になることがあります

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    6号砕石のオーバーサイズは通常5%程度ですが。砕石工場の諸問題から10%程度になることがあります。これが問題なのです。今まで問題なく製造していたアスコンがある日突然不良アスコンになってしまった。種々調査したがその原因が解からないということがあります。実はこれがオーバーサイズなのです。

    6号砕石の粒度の製造規格値は19.0mm~4.75mmの範囲です。19.0mm~13.2mmの範囲をオーバーサイズとしています。その量の規格値は粒度で100~85%の範囲です。 即ち、オーバーサイズが15%以内であれば規格値には合格なのです。

    ここで、このオーバーサイズが多くなると空隙率が減少するが、この減少量を試験供試体の作成をしなくても計算で求めることができるのです。空隙率が減少するとわだち掘れアスコンになるがそれが事前に解るのです。

  • 配合設計で最も難しいアスコンは密粒度アスコン(20)です

    密粒度アスコン(20)の配合が難しいと気づいている現場担当者は現場経験の豊富な方だと評価しても間違いありません。密粒度アスコン(13) と密粒度アスコン(20) がありますが、失敗例は密粒度アスコン(20)がほとんどで圧倒的に多いのです。

    この両者の粒度範囲は2.36mm以下の通過率は同じですが、2.36mm以上が違います。骨材配合から見ると、密粒度アスコン(13) の6号砕石の一部を5号砕石に置き換えた配合が密粒度アスコン(20)ということになります。

    前項で述べたオーバーサイズの問題ですが、6号砕石の一部を5号砕石に置き換えるということは、密粒度アスコン(13)のオーバーサイズが多くなったということと同じ意味合いをもつことになるのです。当然アスコンの空隙率が小さくなって、結果としてわだち掘れアスコンになるというわけです。

    ここではこの空隙率の減少量を配合設計の段階で、試験室での供試体作成試験を行わなくても計算で求めることができ、5号砕石混合を何%までなら良いか判断できるのです。

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  • プラント現場配合設定が誰でも簡単にできる自動化システム

    アスコン配合設計は正しくできたが、これをプラントで正しく製造できるよう具体的にプラント設定をすることは、細かい計算もあり意外に難しい作業です。

    プラント製造に関する手順で、最初に行う作業はコールドフィーダー送り量であるキャリブレーションの測定です。モータの回転数によるコールドゲートの骨材吐出量の関係を調査することです。これが正確に行われることがプラント設定の基本です。

    コールドフィーダーから送られた骨材がホットビンに貯まる量的均衡のことをビンバランスと云います。このバランスがとれていればプラントは連続運転ができます。

    キャリブレーションが正しく行われ、砂などの含水率が測定され、ホットビン粒度が解かれば、一連の設定作業は 自動修正ボタン のクリックで完了です。コールドフィーダーのモーターの回転数、ホットビン計量値も自動計算で決めてくれます。

    最後に、ホットビンのフルイ分け粒度については、1ビンと2ビンの2.36mm通過率、1ビン、ダストの0.075mm通過率、以上4点が正確に入力されていれば良く、その他の粒度データは概数が入っていれば合成粒度から逆算してくれます。尚、再生アスコンでも同様なので付記しておきます。

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  • 再生アスコンを正しく製造できるシステムはこれだ!
    • 再生アスコンと通常のアスコンの違いは、ただ一点―――再生骨材を混入するだけです。その他何も変わることなく、品質の管理規格も通常アスコンを適応しています。このことは、再生骨材の品質について詳細に調査することに尽きます。
    • 現在行われている再生アスコンの製造方法は、ただただ経験の積み重ねに頼った方法で、それが主流となっていますが、現場では何がしかの試験は行っています。しかし、その試験もバラツキの大きい再生骨材を扱った試験法にはなっていません。例えば、試験を行うとしてストックヤードから採取した試料がヤード(母集団)を代表した試料かどうかさえ定かでないのです。但し、抽出試験データの旧アスファルト含有量、ふるい分け粒度の平均値は重要ですが、試験供試体作成して得たデータはあまり意味がありません。
    • ここで言いたいことは、再生骨材のようなバラツキの大きな品質の資材の処理は、統計手法に頼る以外に方法はないのです。それは、初歩的な統計手法の平均値と標準偏差なのです。そして、これら統計手法処理にはパソコンが欠かせないということです。
    • 統計手法を使ってと力説する理由は、再生骨材の基となる舗装廃材は元来旧舗装であり、それがそのままの状態で舗装可能であれば一番良いわけですがそれは出来ません。そこで新材を加えて使えるアスコンに改良するわけですが、改良した結果は安全・安心なアスコンになるかどうかの、きわどい境目になっているのです。一つ間違えばわだち掘れアスコンになってしまうのです。そのため厳格な品質管理が必要なのです。特に最近は再生骨材混合量も増量の傾向なのでさらに厳しい管理が必要なのです。

    ここでの再生アスコンの処理方法は、パソコンを駆使し統計手法を組み込んで理論武装したシステムとなっています。また、抽出試験500個のデータを統計処理し、標準偏差を利用できるよう組み込んであります。少々経験があれば何方でも扱え、安全・安心なアスコン製造ができるようになっています。(再生アスコン設計画面を示します。)

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Qt-Pal for Windows

印字記録データをパソコンに取込んでデータ化することで、ペーパーレスでの印字記録管理が可能です。リアルタイムにアスファルト合材の製造時に於ける計量結果を自動監視して品質管理を行い、業務の合理化、効率化を推進するシステムです。ネットワークを利用することで、管理作業を分担することもできます。

製品の特徴導入のメリット動作環境

■印字記録(合材計量値)データをパラレルインターフェースより読み取り、計量値の自動監視を行います。

  • 各プラントメーカーの印字記録装置に対応しております。
  • 現在、印字記録装置としてドットインパクトプリンターをご使用の場合は、替りに当システムを接続することが可能です。

■読み取ったデータを各種規格、判定値によりリアルタイムに集計分析を行います。

  • アスファルト舗装要綱合格判定に対応し、計量値を監視できます。
  • 独自に社内規格判定値を設定して、計量値を監視できます。
  • 日合協規格を登録して、計量値を監視できます。
  • 監視パネルにリアルにデータを表示できます。
  • 各管理項目をグラフ表示します。
  • 合材別や各種条件の設定により印字記録一覧表を自由に作成できます。
  • 合材ごとの計量値の集計表が作成できます。
  • 判定エラー発生時には、音声よりミスバッチの案内をいたします。
  • 印字データを他のソフトで読める形に変換できます。
  • 現在ご使用中の印字記録用プリンター装置の替りに導入できます。プラントメーカーは問いません*1
  • MicrosoftWindowsをOSに採用しています。GUIにより、迅速かつ操作性を実現します。
  • ペーパーレスの印字記録管理が実現します。*2
  • 判定エラー発生時には音声によりミスバッチの案内をいたします。
  • アスファルト舗装要綱記載の「印字記録による合格判定」の機能があります。
  • 合材の社内品質規格を登録して、自動品質管理が可能です。
  • 合材の出荷状況が画面表示可能です。
  • マルチウィンドウにより出荷状況を監視しながら、プラントが稼働中でも各種データ解析作業が並行して作業できます。
  • 印字記録データを他のOAツール用でデータに変換するプログラムも標準装備されているので、様々な解析・分析処理にデータを活用できます。

*1国内で稼働中の各プラントメーカーの印字記録装置に対応しております。

*2ハードディスク装置の容量に依存します。

  • PC・・・DOS/Vパソコン(IBM,NEC,富士通など)
  • OS・・・日本語版MicrosoftWindows
  • メモリ・・・128MB以上推奨
  • ハードディスク容量・・・空き容量1GB以上推奨
  • プリンタ・・・日本語版MicrosoftWindowsがサポートしているレーザープリンタ推奨

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品質管理 for Windows

アスファルト合材協会書式に準拠した配合設計書、日常管理報告書の作成が短時間で正確に作成することができます。また各種材料試験書や高機能舗装用配合設計書を作成する機能やアスファルト混合物事前審査申込書作成機能も備えています。「品質管理for Windows」は試験業務をトータルにサポートします。

製品の特徴導入メリットアフターサービス
■アスファルト合材協会書式に準拠した配合設計・日常管理報告書の作成が可能です。

■配合設計書を短時間に作成できます。

  • 骨材配合の決定:図表法の自動計算機能
  • 合材粒度即時計算及びグラフ表示機能
  • 理論密度計算機能:新材用、再生材用(アスファルト舗装要綱、プラント再生舗装技術指針)
  • 最適アスファルト量自動計算機能
  • マーシャル試験結果グラフ表示機能
  • 各報告書の作成が短時間に正確に作成することができます。
  • 高機能舗装用混合物の配合設計に対応しています。
  • 試験技術者の方の作業負担を軽減できます。(各試験は技術者の方が担当して書類を事務員の方にまかせることもできます)
弊社ネットワークシステムにより全国の導入ユーザー様に各種サービスを実施しております。

  • インターネットを利用したパソコンネットワークシステム
  • 公衆電話回線を利用したリモートメンテナスサービス
作成試験表①
作成試験表②

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土質試験 for Windows

地盤工学会書式に準拠した土質試験結果報告書の作成が短時間に正確に作成することができます。レーザープリンターの使用により高品質な書類が作成できます。

製品の特徴導入メリット作成試験表
  • 地盤工学会書式に準拠した土質試験結果報告書の作成が可能です。(SI単位にも対応)
  • MicrosoftWindowsの使用により、使用機種を選びません。(日本語版MicrosoftWindowsが動作可能モデル)
  • 各報告書の作成が短時間に正確に作成することができます。
  • レーザープリンターの使用により高品質な書類が作成できます。
  • 試験技術者の方の作業負担を減らすことができます。(各試験は技術者の方が担当して書類の作成を事務員の方に任せることもできます)
・突固試験
・ふるい分け試験

・CBR試験
・ロサンゼルス試験

・修正CBR試験
・土の密度試験(砂置換法)

・セメント安定処理試験
・液性塑性試験

・含水比試験
・土の密度試験(突き砂法)

・平板載荷試験

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出荷番人 for Windows

アスファルト合材工場向け 入出荷総合販売管理システムです。

出荷管理
入荷管理
製品の特徴全体の概要アフターサービス
  • クライアント・サーバー型のシステムになっており、マルチユーザー環境での運用が可能になっています。
  • ユーザーセキュリティ管理を行っているため、部外者からの侵入を防ぎグループ毎に使用できる機能を制限します。

■出荷予定

  • 出荷予定を入力することにより、ペーパーレスの予約管理うを実現します。
  • 必要に応じて、出荷予定表を印刷することができます。
  • 出荷状況を一目で確認することができ、得意先からの問い合わせにもすばやく対応できます

■出荷

  • 簡単な入力で出荷伝票を発行(印刷)することが出来ます。特に予約されている場合は、出荷予定を呼び出すことにより、入力の手間を軽減します。
  • 売上及び入金を管理し、多彩な抽出条件により、請求書、入金予定表、得意先元帳、および売掛残高一覧表等を印刷します。

■入荷

  • 仕入れおよび支払いを管理し、多彩な抽出条件により、仕入先元帳および買掛金残高一覧表を印刷します。

■マスタ等

  • 得意先、仕入先および商品マスタ等を管理し、各入出荷の入力を軽減します。また、消費税や商品の単価等を管理します。
  • 出荷および入荷の情報をMS-Excelに出力することができます。

■データの保存

  • 入力したデータを、ボタン一つで誰でも簡単にバックアップすることができます。また、いつでも復元することができます。

※必要に応じて御社の集計表等に合わせて、プログラムをカスタマイズします

(弊社プログランミング作業別途 有料)

■弊社ネットワークシステムにより、全国の導入ユーザー様に各種サービスを実施いたしております(一部有償)

  • 公衆回線を利用したパソコンネットワークシステム
  • リモートメンテナンスサービス

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破砕配合設計品質管理 for Windows

砕石販売社向け試験室配合設計・日常品質管理ソフトです。配合設計から日々の品質管理試験まで豊富な機能でサポートします。レーザープリンタの使用により高品質な書類が作成できます。また書類は、各地方版の書式にも対応しています。「砕石配合設計品質管理for Windows」は試験業務をトータルにサポートします。

製品の特徴導入メリットアフターサービス
  • 砕石販売向け試験室配合設計・品質管理ソフトです。
  • 配合設計から日々の品質管理試験まで作成できます。数値の転記ミス、計算ミスも完全になくなり、早く!正確に!書類を作成できます。
  • 日常管理のデータより管理図が簡単に作成できます。また、ヒストグラムや統括表も作成できます。
  • 各報告書の作成が短時間に正確に作成することができます。
  • レーザープリンターの使用により高品質な書類が作成できます。
  • 試験技術者の方の作業負担を減らすことができます。(各試験は技術者の方が担当して、書類の作成作業を事務員の方に任せることもできます)
弊社ネットワークシステムにより、全国の導入ユーザー様に各種サービスを実施しております。

  • インターネットを利用したパソコンネットワークシステム(TP-NET)
  • 公衆電話回線を利用したリモートメンテナンスサービス
作成試験表

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