本研究では、バインダーの損傷力学と混合物の疲労性能を関連付ける堅牢なクロススケール・フレームワークを構築し、線形振幅掃引・簡略化粘弾性連続体損傷（LAS–S-VECD）パラメータが、耐久性のある温間混合アスファルトシステムの予測および設計のための、メカニズムに基づいた信頼性の高い根拠となることを実証した。
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この記事について
サマリー
要約
疲労ひび割れはアスファルト舗装の長期的な耐久性を決定づける極めて重要な要因である一方で、温間混合アスファルト（WMA）におけるバインダーの疲労挙動と混合物の疲労性能との間のクロススケール関係については、いまだ十分に解明されていない。本研究では、定量的なクロススケール相関を確立するため、バインダーおよび混合物の両スケールにおいてWMAの疲労特性を体系的に調査した。異なる原油由来のアスファルトバインダーのレオロジー特性および損傷進展を特徴づけるため、動的せん断レオメータ（DSR）試験、および簡略化粘弾性連続体損傷（S-VECD）フレームワークを用いて解析した線形振幅スイープ（LAS）試験を実施した。混合物スケールの疲労性能は、ひずみ制御の4点曲げ疲労試験を用いて評価した。その結果、老化によってバインダーの剛性が著しく増大し、疲労劣化が加速することが示され、長期老化後の疲労因子 G*·sin δ は約150–250%増加した。バインダースケールにおける温間混合改質の有効性はバインダーに強く依存しており、バインダーAおよびBでは損傷速度係数が8–13%減少したのに対し、バインダーCでは約11%増加した。sin δ などの従来のレオロジー指標が混合物の疲労寿命を予測する能力は限定的であり、かつ材料に依存していたのに対し、LAS–S-VECDから導出された損傷パラメータは、混合物スケールの疲労性能と一貫して強い相関を示した。総じて、本研究はLAS–S-VECDに基づくバインダー損傷特性評価が混合物の疲労抵抗性を予測するための堅牢な根拠となることを実証しており、耐久性と持続可能性に優れたWMA舗装のための性能ベースの混合物設計への適用を支持するものである。
概要
従来ののアスファルト舗装工事は高温処理に依存しており、通常は160 °Cから180 °Cの範囲であり、ゴムアスファルトや高性能ポリマー改質ビチューメンなどの改質バインダーでは190 °Cを超える。鋼橋床版舗装を含む特殊な用途では、現場での混合物敷きならし温度が200 °Cを上回る場合がある1。これらの極端な熱条件は、大幅な化石燃料の消費をもたらし、温室効果ガスや、ベンゼン可溶性化合物および発がん性多環芳香族炭化水素（例：ベンゾ[a]ピレン）を豊富に含む有害なアスファルトヒュームを含む、重大な大気排出物を発生させる2,3。先行研究では、アスファルトの製造および転圧温度を下げることが、燃料消費量、CO₂排出量、およびアスファルトヒュームへの職業的曝露を低減できることが一貫して示されているが、これらのメリットの程度は、混合物の種類、プラントの構成、添加剤の投与量、および現場の施工条件に依存する。近年の研究により、さまざまな改質および使用条件下におけるアスファルトの性能に関する理解がさらに深まっている。アスファルト混合物にリグノスルホン酸カルシウムを導入することで、酸化反応を抑制し、アスファルトバインダーのコロイド構造を安定化させ、熱酸化老化を効果的に遅延させることができると報告されている。
破断挙動に関しては、純粋なモードIおよびモードIIの負荷条件下における加熱アスファルト混合物（HMA）および温間アスファルト混合物（WMA）の調査により、負荷モードが低温破断靭性とエネルギー散逸を制御する上で重要な役割を果たすことが示されている。また、ゴム改質アスファルトシステムにおける水感受性についても広く研究されており、再生ゴム材料が水分誘起損傷への耐性を向上させ、機械的評価と経済的評価を組み合わせた手法によって最適なゴム含有量を決定できることが明らかになっている。高温性能については、改質ストーンマトリックスアスファルト（SMA）を動的クリープ試験およびハンブルクホイールトラッキング装置試験を用いて評価し、混合物の改質がわだち掘れ耐性を大幅に向上させることが確認された。さらに、再生添加剤を配合したアスファルト混合物の半円形曲げ（SCB）試験に基づく研究では、モードI破断耐性と水分損傷耐性の著しい向上が示されており、再生材料が疲労特性と耐久性能に相乗的な効果をもたらすことが強調されている。その結果、低温アスファルト技術の開発は、持続可能な舗装建設および環境に配慮したインフラシステムへの重要な道として浮上している。
化学添加剤、有機ワックス、または発泡技術の導入によって実現される温間混合アスファルト（WMA）技術は、通常 90 °C から 130 °C の温度域で効率的な混合物の製造を可能にし、これは従来の加熱混合アスファルト（HMA）と比較して 30–50 °C の温度低減に相当します4。エネルギー需要と汚染物質排出の削減という十分に立証された利点に加え、WMA は製造および敷設時におけるアスファルトバインダーの熱酸化老化を軽減させる重要な役割を果たします。アスファルトの老化は温度依存的な化学動力学によって制御されており、酸化速度は温度が 10 °C 上昇するごとに約2倍になります5,6。高温状態は揮発、酸化、および重合反応を加速させ、マルテンを剛性の高いアスファルテンへと漸次的に変化させ、それによってバインダーの剛性を高める一方で延性を低下させます7。製造温度を下げることで、WMA はこれらの有害な反応を抑制し、バインダーの粘弾性を維持し、潜在的に長期的な疲労耐性を向上させます8。
WMAの環境面および施工面における利点は広く報告されていますが、老化条件下での疲労性能に関する系統的な調査は比較的限られています。特に、Karamay、offshore CNOOC、CNPCなどの異なる原油源に由来するアスファルトバインダーは、アスファルテン含有量、レジン分布、芳香族分、および飽和分を含む化学組成に顕著な差異を示します9。これらの組成の違いは、流動挙動、老化感受性、および疲労耐久性を決定付ける根本的な要因であると広く認識されています10。それにもかかわらず、既存の疲労研究において原油の起源に基づいてバインダーを区別することは稀であり、特に供用条件下を代表する累積的な老化において、原料依存の化学的性質がどのように疲労性能を支配しているかについての理解は不十分なままです11,12。工学的な視点からは、信頼性の高いバインダースケールの疲労評価法は、材料の予備的なスクリーニング、温間混合添加剤の選定、老化感受性の評価、および混合物レベルでの検証前の品質管理に特に有用であると考えられます。しかしながら、骨材粒度、空隙率、バインダーと骨材の相互作用、締固め品質、および現場での老化も舗装の疲労性能を左右するため、LAS–S-VECDを混合物疲労試験の完全な代替手段と見なすべきではありません。さらに、バインダースケールの疲労指標と混合物スケールの疲労挙動との関係は、多様なアスファルト源において決定的に確立されていません13。Linear Amplitude Sweep (LAS)などの流動試験はバインダーの疲労損傷を特性評価する上で有望であることが示されていますが、特に化学的起源が異なるバインダーにおける混合物の疲労寿命に対する予測信頼性は、十分に検証されていません14。この乖離により、研究室ベースの性能予測の精度が制限され、工学的実践における合理的な材料選定が困難になっています15。
これらの重大な欠陥に対処するため、本研究では3つの異なる原油源に由来する温間混合改質アスファルトバインダーの疲労挙動について、包括的なマルチスケール調査を実施します16。動的せん断レオメーター（DSR）解析、簡略化粘弾性連続体損傷（S-VECD）フレームワーク内での線形振幅掃引（LAS）試験、および混合物スケールの4点曲げ疲労試験を統合することで、原油の起源、温間混合改質、および老化が疲労耐性に及ぼす影響を体系的に評価します17,18,19。本知見は、バインダーのレオロジーと混合物の性能との間に堅牢なクロススケール相関を確立し、疲労寿命予測のメカニズム的な根拠を提供するとともに、持続可能なアスファルト材料の設計と選定のための実用的な指針を提供することを目的としています。
本研究では、バインダースケールのLAS–S-VECD解析と混合物スケールの4点曲げ疲労試験を統合することにより、温間混合アスファルトのクロススケール疲労特性評価フレームワークを提示します。バインダーレベルのレオロジー評価または混合物レベルの性能評価のいずれかのみに焦点を当ててきた従来の研究とは異なり、本研究では、原油に依存するバインダーの化学組成、温間混合改質、および老化条件下での混合物の疲労挙動の間の直接的な力学的関連性を構築しています。本研究の新規性は、(i) 疲労性能を決定付ける変数として原油の起源を明示的に組み込んだこと、(ii) LAS–S-VECDによる損傷進展と混合物の疲労寿命との間で体系的なクロススケール相関を導き出したこと、(iii) バインダーおよび混合物の両スケールにわたって温間混合改質効果を統一的に評価したこと、の3点にあります。その結果、LAS–S-VECDから導出された損傷パラメータが混合物の疲労性能の強力な予測因子となることが示され、従来のレオロジー指標よりも力学的な根拠に基づいた代替案を提供しています。これらの知見は、持続可能な温間混合アスファルトシステムの性能重視の評価および設計のための科学的根拠を確立するものです。
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プロトコル
材料
表1にまとめる通り、本研究で選定した3種類のアスファルトバインダーは、異なる原油ソースに由来する代表的な舗装用バインダーであり、中国の実際の道路工学で広く使用されている。カラマイアスファルト、CNOOC 36-1アスファルト、および中国石油（PetroChina）アスファルトは、原油の起源、化学組成、老化感受性、およびレオロジー特性において著しく異なり、原油ソースに依存する疲労挙動を調査するための適切な材料的基礎を提供する。これらの選定により、バインダー固有の組成が温間混合改質の有効性および混合物スケールの疲労性能にどのように影響するかを比較評価することが可能となり、提案するクロススケール疲労特性評価フレームワークの工学的妥当性が高まる。各バインダーの詳細な地質学的起源および化学的特性は以下の通りである：
バインダーA：第9区の重質油原料から派生し、減圧残渣油と脱油アスファルトのブレンドプロセスによって製造される。その基材は、低パラフィン含有量（<2%）、極めて低い硫黄濃度、および高い樹脂組成を含む特有の性質を示す。特筆すべき点として、カラマイ・アスファルトは現在の工学的応用において比重が1 g/cm3未満である唯一の舗装用バインダーであり、優れた動粘度と、老化後も極めて良好な延性を保持する特性を持つ。これらの特性により、日較差が大きく、強力な紫外線にさらされる地域に特に適している。
バインダー B：水中36-1海域油田から抽出された希少な重質原油を原料とし、精製により56%という高いビチューメン収率を得ている。原料は、酸価が高く、硫黄分が少なくナフテン基を主成分とする重質原油に分類される。その結果、得られた処理済みバインダーは、高密度（1.012 g/cm3）でパラフィン含有量が低く（1.8%）、樹脂の比率が高いという特性を持つ。これらの特性により、本バインダーは優れた低温柔軟性を備えており、寒冷地での適用において有利である。
バインダーC：主にベネズエラのBoscan重質原油をベース原料として調製され、特殊な精製プロセスを通じて60%の製造収率を達成している。この原油は、高い酸含有量、顕著な重金属濃度、および強力な炭素残渣形成能などの、固有の地球化学的特徴を示す。このバインダーは、飽和炭化水素分が少なく、樹脂-アスファルテン複合体が豊富で、パラフィン含有量が極めて低い（1.3%）という、非典型的な炭化水素組成を特徴とする。
本研究において、3種類のベースアスファルトバインダーをAO（克拉瑪依）、BO（CNOOC 36-1）、CO（中国石油）と定義した。対応するWMAバインダーは、Evotherm M1添加剤を配合して作製し、それぞれAP、BP、CPとコード化した20。針入度、軟化点、延性を含む総合的な性能指標をJTG E20-20121の仕様に従って試験し、詳細な比較データを表1に示した。すべての実験手順は、「高速道路エンジニアリング用アスファルトおよびビットメン混合物技術仕様書」に概説されている標準プロトコルに厳格に従った。
| プロジェクト | ユニット | 克拉玛依 | 中国海洋石油有限公司 | CNPC |
| 浸透 | 0.1 mm (15 °C) | 22 | 22 | 24 |
| 0.1 mm (25 °C) | 72 | 68 | 71 | |
| 0.1 mm (30 °C) | 112 | 110 | 116 | |
| 主研究者 | － | -1.14 | -1.2 | -0.81 |
| TR&B | °C | 46 | 46.5 | 47.5 |
| 動粘度（60 °C) | Pa·s | 223.5 | 230 | 256.9 |
| 延性（10 °C, 5 cm/min) | cm | >100 | >100 | 52 |
| ワックス含有量 | % | 1.9 | 1.8 | 1.3 |
| 引火点（COC法） | ℃ | 278 | 287 | 312 |
| 溶解度 | % | 99.5 | 99.7 | 99.8 |
| 密度 (15 °C) | g/cm³ | 0.977 | 1.012 | 1.049 |
| RTFOT | 品質変化（%） | 0.05 | 0.06 | -0.07 |
| 残留貫入比 (%) | 66.2 | 67.4 | 64.8 | |
| 残留延性 (10 °C,cm) | 13 | 12 | 9 |
表1：ビットマスバインダーの主要な技術的パラメータ。表1は、ビットマスバインダーの基本特性と耐久性を評価するための、物理的特性、温度感受性、レオロジー特性、および短期老化性能を含む主要な技術的パラメータをまとめたものである。
WMAの調製プロセスでは、バインダー改質の再現性を確保するために、厳密に制御された多段階プロトコルが採用されました。まず、ベースとなるアスファルトバインダーを強制対流オーブンにて135 ± 2 °Cで60分間加熱し、安定した溶融状態にした後、温度勾配を解消するために30分間の平衡化を行いました。すべての加熱工程は、温度調整中の酸化老化を最小限に抑えるため、窒素保護（流量：0.5 L/min）を施した密閉容器内で行われました。
次に、高せん断処理の前に、30 rpmでの連続的な機械的撹拌下で135 ± 2 °CにてEvotherm M1添加剤を5分間混入し、界面活性剤相の初期分散を確実にした。続いて、外部オイルバス温度制御システム（精度±1 °C）を用いてバインダー温度を135–140 °Cに維持しながら、ローター・ステーターホモジナイザーを用いて30 rpmで25分間高せん断混合を行った。混合プロセス全体を通じて、バインダーマトリックスに挿入した校正済みK型熱電対を用いて温度を継続的に監視し、±2 °Cを超える変動があった場合は自動的に加熱調整が行われるようにした。その後、改質バインダーを5 °C/minで25 °Cまで制御冷却し、以降の試験または短期間の保存に供した。せん断プロトコルの設計は、アスファルトバインダーの粘度-温度関係に従い、すべての試料が同等のせん断履歴条件下で調製されるようにした。この厳格な熱的・機械的制御により、高い再現性が保証され、WMAバインダー調製におけるばらつきが最小限に抑えられる。
動的せん断レオメータ（DSR）試験
温間混合添加剤で改質したアスファルトバインダーのレオロジー応答および疲労関連特性を評価するため、ASTM D717522に従い、温度制御回転レオメータを用いて動的せん断レオメータ（DSR）試験を実施した。レオロジー評価では、アスファルト舗装におけるひび割れの発生および進展に密接に関連する、中間温度域での疲労挙動に重点を置いた。
バインダーレベルでの疲労感受性の指標として広く認められている疲労因子 G*sin δ23を採用し、温間混合改質および老化によって誘発される粘弾性散逸挙動の変化を定量化した。温度スイープ試験は、58–82 °Cの範囲で、6 °C刻みの温度増分で行った。各目標温度において、熱的安定性を確保するため、データ取得前に試験片を10 min間平衡化させた。老化がレオロジー特性に及ぼす影響を調べるため、バインダー試験片を、未老化、回転薄膜加熱試験（RTFOT）老化、およびRTFOTと加圧老化容器（PAV）老化の組み合わせ24の3つの老化条件に供した。これらの老化プロトコルは、製造および敷設時の短期老化、ならびに舗装供用中の長期老化をシミュレートするように設計された。温度および老化条件に伴う G*sin δ の変化を分析し、異なるバインダーの疲労抵抗性を評価した。
各DSR試験の前に、エッジプロファイルを均一にするため、パラレルプレート間にロードした後のバインダー供試体を慎重にトリミングした。供試体は、測定前に目標温度で10 minコンディショニングを行った。試験は58–82 °Cの範囲で、6 °C刻みで実施した。測定されたトルクと変位が装置の推奨動作範囲内にあり、供試体の目視可能な滑りが発生しなかった場合に、有効な試験であると確認した。
線形振幅スイープ（LAS）試験
粘弾性挙動の特性評価は、動的機械分析に関するASTM D7175規格に従って実施した25。実験手法として、まず線形粘弾性境界を確定させるためのひずみ振幅スイープを行い、続いて10 rad/sでの周波数制御試験を実施した26。温度依存性の評価は、アスファルト舗装の運用温度範囲（58–82°C）をカバーするように、6°C刻みで実施し、各等温セグメントにおいて熱平衡に達するまで10分間待機した。バインダーの損傷蓄積量を散逸エネルギーの推移を通じて定量化するため、AASHTO T391プロトコルを採用し、特に繰返し荷重中の粘弾性散逸係数（|G*|sin δ）をモニタリングした27,28。また、ビットーム系複合材料の劣化パターンの予測には、簡略化粘弾性連続体損傷（S-VECD）モデルを採用した29。LASプロトコルでは、10 Hzの固定周波数で振動振幅スイープを実行し、0.1%から30%まで0.1%刻みの分解能で制御されたひずみ漸増を適用する。
主要な粘弾性パラメータは、以下の式を用いて導出されました：
log G "(ω) = m (log ω) + b (1)
G'(ω) = G* (ω) × cosδ (ω) (2)
(3)
ここで、 G''(ω)は損失弾性率、 ω は角周波数、 m および b はフィッティング係数、 G'(ω) は貯蔵弾性率、 G*(ω) は複素弾性率、δ(ω)は位相角であり、粘弾性指数である。
損傷の定量化には、式(4)で表される基本関係を用いました：
(4)
数式において：C(t)は完全性パラメータであり、C(t)=G^* (t)/G^* (Initial)、G^*は複素弾性率 (MPa) を表します。
γ_0—印加歪み (%);
t—試験時間 (s)
損傷指標 D(t) および構造的完全性係数 C(t) の時間的進展は、べき乗則の構成関係（Yuan 2024）を通じて数学的にパラメータ化される：
C(t) = C0 - C1 × DC2 (5)
数式において：C0は初期整合性パラメータ（通常は1に等しい）を表し、C1およびC2はフィッティングパラメータである。
せん断応力のピークポイントの概念を用いて、疲労損傷値を算出します：
(6)
Cpeakは、最大せん断応力点に対応する完全性パラメータです。
疲労寿命の計算式は以下の通りです：
Nf = A(γmax)-B (7)
公式において：A、B—疲労関連係数
A = f × (Df)[1 + (1 - C2 )a] / {[1 + (1 - C2 )a] × (πC1 C2 )a} (8)
B=2a, f-負荷周波数;
γmax — 期待される最大歪みレベル (%)
実験結果の信頼性と再現性を確保するため、すべてのバインダースケールおよび混合物スケールの試験は、条件ごとに少なくとも3回の独立した繰り返し（n = 3）で実施した。報告された結果は、繰り返し測定の平均値を示している。実験データのばらつきは標準偏差（SD）を用いて評価し、統計的な分散を反映させるため、すべての関連図にエラーバーを付記した。LAS–S-VECDパラメータ、DSRレオロジー指標、および4点曲げ試験による疲労寿命については、データの整合性を評価するために変動係数（COV）をさらに算出した。
すべての場合において、改質したバインダーと未改質のバインダーの間の統計的な差を検討し、観察された傾向が実験的なばらつきによるものではなく、疲労特性およびレオロジー挙動における統計的に有意な差であることを確認しました。
4点曲げ疲労試験
バインダーレベルの疲労指標を検証し、スケールを跨いだ相関関係を確立するため、AC-16C級配を用いて作製したアスファルト混合物に対して4点曲げ疲労試験を実施した30,31。各粗骨材の級配、かさ密度、かさ比重、吸水率、および石粉の特性を表2にまとめる。異なるWMA配合間での一貫性を確保するため、すべての混合物のアスファルト含有量は4.8%に固定した。
| ふるい目サイズ (mm) | 集計カテゴリー | 合成グレード (%) | ||||
| 1# (10〜20mm, 29%) | 2# (5～10mm. 29.2%) | 3# (3~5mm, 17%) | 4# (0~3mm. 19%) | 鉱物粉末 (5.8%) | ||
| 0.075 | 0 | 0.1 | 0 | 0.9 | 90.8 | 5.5 |
| 0.15 | 0.1 | 0.1 | 0 | 4.9 | 95.3 | 6.5 |
| 0.3 | 0.1 | 0.2 | 0 | 13 | 98.7 | 8.3 |
| 0.6 | 0.1 | 0.2 | 0 | 25.2 | 99.7 | 10.6 |
| 1.18 | 0.1 | 0.2 | 0 | 47.8 | 100 | 15 |
| 2.36 | 0.1 | 0.5 | 0 | 100 | 100 | 25 |
| 4.75 | 0.8 | 15.5 | 98.9 | 100 | 100 | 46.4 |
| 9.5 | 15.2 | 99.5 | 100 | 100 | 100 | 75.2 |
| 13.2 | 68.4 | 99.8 | 100 | 100 | 100 | 90.8 |
| 16 | 94.8 | 100 | 100 | 100 | 100 | 98.5 |
| 19 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 見掛け相対密度 | 2.899 | 2.918 | 2.845 | 2.754 | 2.872 | 2.865 |
| 飽和表面乾燥状態（SSD）相対密度 | 2.854 | 2.847 | 2.816 | 2.691 | － | 2.814 |
| かさ比重 | 2.829 | 2.81 | 2.8 | 2.655 | － | 2.787 |
| 骨材吸水率 (%) | 0.85 | 1.32 | 0.56 | 1.36 | － | － |
表2：温間アスファルト混合物における骨材の粒度。表2は、異なる骨材分画の割合、鉱粉量、合成粒度曲線、および骨材の物理的特性を含む、温間アスファルト混合物の骨材粒度を示している。本表は、設計された粒度分布およびアスファルト混合物に使用された骨材の基本特性を提示している。
温間ミックスアスファルト（WMA）混合物の疲労耐久性を評価するため、ひずみ制御荷重条件下でCooper試験機を用いた4点曲げ疲労試験を実施した32。破壊基準は、曲げ剛性が初期値の50%まで低下するまでに要した載荷サイクル数と定義した。確立された試験プロトコル3に従い、15 °Cの等温条件下で、周波数10 Hzの連続正弦波として繰返し荷重を印加した。疲労載荷中のエネルギー入力に中断がないようにするため、すべての試験は休止時間を設けずに実施した34,35。
試験片（ビーム specimen）は標準的な寸法要件に従って作製し、長さ 381 ± 6.35 mm、幅 63.5 ± 6.35 mm、高さ 50.8 ± 6.35 mm とした3637。ひずみ制御条件下において、異なるWMA配合の試験片について疲労特性曲線を両対数座標系にプロットし、疲労性能を評価した38。その後、べき乗則に基づく構成関係を確立し、非線形回帰分析を用いて各種アスファルト混合物の疲労データをフィッティングさせ、これにより後続の疲労寿命モデリングおよび比較分析の基礎とした39,40,41。ビーム試験片を4点曲げ治具に対称的に装着し、載荷前に載荷クランプと試験片表面の接触状態を確認した。試験は 15 °C で、休止時間を設けず、10 Hz のひずみ制御正弦波載荷にて実施した。試験の終点は、曲げ剛性が初期値の 50% まで低下した際の繰返し回数と定義した。破断が標点間で発生し、かつ異常なクランプの滑りや突然の非疲労破断が観察されなかった場合に、試験を有効とした。すべての定量データは平均値 ± 標準偏差（mean ± SD）として示し、特に断りのない限り、すべての実験群のサンプルサイズを n = 3 とした。
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結果
WMAのレオロジー特性
アスファルトと骨材の界面領域は、疲労ひび割れの主な起点として広く認識されています。したがって、疲労に関連するレオロジーパラメータは G*sin δの中間供用温度で測定し、温間合材（WMA）バインダーの疲労性能を評価するために用いた。 図1 〜の変動を示す G*sin δ アスファルトA、アスファルトB、およびアスファルトCの、オリジナルおよび温合材改良バインダーについて。すべての定量的な結果は、3回の繰り返し測定に基づく平均値 ± 標準偏差（SD）として表記されている（n = 3). 同温におけるオリジナルバインダーと温間混合改質バインダーとの統計的比較は、独立標本t検定を用いて行い、有意水準を（p < 0.05と）した。 p < 0.05。～に示されている通り、 図1, <...
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ディスカッション
本研究では、バインダーレベルの線形振幅掃引（LAS）試験を簡略化粘弾性連続体損傷（S-VECD）モデルおよび混合物レベルの4点曲げ疲労試験と統合し、アスファルトバインダーの損傷進展と混合物の疲労性能との間のメカニズム的な関連性を構築するクロススケール疲労評価フレームワークを提案します。G*·sin δなどの経験的なレオロジー指標に主に依存する従来の疲労評価アプローチとは異なり、提案されたフレームワークでは、連続体損傷力学から導出された損傷関連パラメータを利用して、繰返し荷重下におけるアスファルトバインダーの固有の劣化挙動を特徴付けます。また、影響因子としてアスファルトの原油起源を組み込むことで、温間混合改質の有効性は普遍的なものではなく、ベースバインダーの化学組成やコロイド構造に強く依存することをさらに実証します。これらの知見は、原油源、温間混合添加剤、老化感受性、および疲労抵抗性の間の相互作用に新たな洞察を与え、これによりアスファルト材料評価のためのよりメカニズムに基づいたアプローチを確立します。先行研究では、バインダーの疲労特性評価におけるLAS–S-VECD解析の有用性が強調されてきましたが、混合物スケールの疲労性能を予測するため...
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開示事項
著者は利益相反がないことを宣言します。
謝辞
主要R&Dプロジェクトへの支援をいただいた浙江省交通運輸庁に感謝いたします。本研究は、浙江省交通運輸庁の主要R&Dプロジェクト（ZJXL-SJT-202316A）の助成を受けて実施されました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| バインダーA / AO、カラマイアスファルト | 中国カラマイ原油由来 | N/A | ベースアスファルトバインダー |
| バインダーB / BO、CNOOC 36-1アスファルト | 中国CNOOC 36-1オフショア原油由来 | N/A | ベースアスファルトバインダー |
| バインダーC / CO、ペトロチャイナアスファルト | ペトロチャイナ / ベネズエラ・ボスカン原油由来 | N/A | ベースアスファルトバインダー |
| Evotherm M1 温間ミックス添加剤 | Ingevity / MeadWestvaco | Evotherm M1 | WMAバインダー調製用温間ミックス添加剤 |
| 動的せん断レオメーター | Malvern | Kinexus DSR+ | DSR温度スイープ試験およびLAS試験に使用 |
| 回転薄膜加熱試験装置 | Shanghai Changji | SYD-0610 | 短期老化試験に使用 |
| 圧力老化容器 | InstroTek | PAV-9300 | 長期老化試験に使用 |
| 4点曲げ疲労試験システム | Cooper Research Technology | SA4PT | ひずみ制御混合物疲労試験に使用 |
| S-VECD解析フレームワーク | データ解析 | N/A | LAS由来の損傷パラメータの算出に使用 |
| データ解析ソフトウェア | Origin | OriginPro 2024 | 回帰フィッティング、相関分析、およびプロットに使用 |
参考文献
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