アスファルト舗装のマーシャル配合設計の手順
マーシャル配合設計法を理解することは、構造要件と路面要件の両方を満たすアスファルト混合物を開発するための最も信頼性の高い方法の一つです。この手法は、実際の舗装条件下で良好な性能を発揮するアスファルト配合に関する明確な洞察を提供します。
この記事では、 Qualitest マーシャル・ミックス・デザインの目的から、適切な方法まで、知っておくべきあらゆる情報を網羅しています。もちろん、よくある間違いについてもご紹介します。 アスファルト混合物の分析 道に沿って。
Marshall Mix Designとは何ですか？
マーシャル配合設計法は1930年代から存在し、今日でも世界中のエンジニアや道路建設業者から信頼されています。この手法は、強度と信頼性を兼ね備えたアスファルト混合物を繰り返し設計するための体系的な方法を提供します。
マーシャル配合設計を学ぶなら、まずはシンプルな目標から始めましょう。ひび割れや変形を起こさず、すべての材料を所定の位置に保つ理想的なアスファルトバインダーの量を見つけることです。つまり、様々な配合サンプルをテストし、最も優れた配合を見つけるまで続けるということです。
マーシャルミックスデザインの目的
マーシャルミックス設計の手法を学ぶことで、この手法が明確な目標を持って構築されたことがわかるでしょう。その目標とは、交通量の増加と変化する環境による需要の増大に対応することです。この中核的な目的に基づき、マーシャルミックス設計には以下の効果が期待されます。
- 最適なアスファルト含有量を見つけます。骨材をコーティングして結合するのに十分な量であると同時に、にじみや変形を引き起こすほど多くない量であることを確認します。
- 高い安定性を確保: 轍やずれを生じずに重い荷重に耐えられるよう舗装を整備します。
- 十分な柔軟性を維持: ストレスや温度変化があっても表面が割れることなくわずかに曲がることができます。
- 空隙率の制御: 耐久性を高め、湿気による損傷を防ぐために適切な量の空気スペースを確保します。
- ラボの結果を実際の状況と一致させる: テストで機能するものが路上でも機能することを確認します。
出典： ResearchGate
材料：
- 骨材：骨材は慎重に選定してください。骨材の大きさ、形状、粒度分布は、混合物の耐久性に直接影響します。バランスの取れた配合は、安定性と適切な締固めを確保します。
- アスファルトバインダー：これが全ての材料をまとめる役割を果たします。バインダーは、プロジェクトの気候や予想される荷重条件に適合する必要があります。ほとんどの研究室では、PG（パフォーマンスグレード）仕様に基づいて適切なバインダーを選択しています。
- 試験配合：アスファルト含有量の異なる複数の配合（通常は5種類のアスファルト含有量の配合）を試し、最適な配合範囲を見つけます。最適なバインダー含有量の推定値よりも上や下を実際に試して、最も優れた性能を発揮するものを見つけるのが一般的です。
装置：
- マーシャルハンマー：この圧縮機は現場での圧縮をシミュレートします。手動または自動で使用でき、どちらの方法でもサンプルの両面に一定回数の打撃を与え、標準サイズの試験片を成形します。
- 金型とタンパー フット: 直径 4 インチの金型を使用し、一貫した圧力分散のためにタンパー フットは標準仕様に一致する必要があります。
- 加熱ツール：アスファルト混合物は圧縮前に適切な温度に加熱する必要があるため、 信頼できるオーブン またはホットプレートは必須です。
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ステップバイステップ：マーシャルミックスデザインのやり方
材料と機材の準備ができたら、いよいよマーシャルミックスの設計プロセスに入ります。一般的な手順は以下のとおりです。
1. 材料の選択と準備
まず、プロジェクトの気候や交通状況に適した骨材（粗粒、細粒、鉱物フィラーの混合物）とアスファルトバインダー（例：PG 64-22）を選択します。すべての材料が、清浄度、粒度分布、強度に関する仕様要件を満たしていることを確認してください。
- ブレンド骨材: 粒度分布は目標仕様を満たし、許容誤差範囲内に収まっている必要があります。
- 初期アスファルト含有量の推定：これは経験、過去のプロジェクト、または配合に基づいて算出できます。通常は、混合物全体の重量の約5%±0.5%から開始します。
- 試験混合物の準備: 通常は 0.5% ずつ増分したアスファルト含有量の異なるバッチを少なくとも 4.5 つ作成します (例: 5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、XNUMX%)。
2. 混合と圧縮
- 加熱: 骨材とアスファルトバインダーを別々に適切な混合温度 (骨材とバインダーの場合は約 150 ～ 160°C) まで加熱します。
- 混合: 加熱した材料を、骨材粒子がすべて均一にコーティングされるまで徹底的に混ぜ合わせます。
- 成形: 混合物を予熱したマーシャル型 (直径 4 インチ) に注ぎます。
- 圧縮: 各試験片をマーシャル ハンマーで圧縮します。通常、交通量が多い場合は片側につき 75 回打撃し (交通量が中程度の場合には 50 回)、現場でのローラー圧縮をシミュレートします。
- 圧縮セットアップ：直径4インチ×高さ約2.5インチの試験片
- ハンマーの重さ: 10ポンド (4.536 kg)
- 落下高さ: 18インチ (457.2 mm)
3. 圧縮試験片の試験
出典： www.mdpi.com
サンプルが冷却され硬化したら、次のテストに進みます。
- 嵩比重（Gmb）：飽和表面乾燥法で測定します。
- 理論最大比重（Gmm）：真空ピクノメーター法を使用して決定します。
- 気孔率（Va）: = {1-（Gmb/Gmm）} × 100
- 鉱物骨材（VMA）の空隙率： = {（Vtotal-Vbinder）/ Vtotal } × 100
- アスファルト充填空隙（VFA）: {（VMA-Va）/VMA}×100
また、以下を実施します。
- マーシャル安定性試験：試験片をマーシャル安定性試験機にセットし、50.8 mm/分（2インチ/分）の速度で破断するまで荷重を加えます。ピーク荷重（kNまたはlbs単位）を記録します。
- フロー テスト: 最大荷重時の変形 (mm 単位) を測定します。これは、応力下での材料の変形能力を反映します。
4. 最適なアスファルト含有量を決定する
アスファルト含有量に対するグラフをプロットします。
- 安定性
- Flow
- 空気の空隙
- VMA
- VFA 拡張機能
次のバインダーの内容を特定します。
- 最大限の安定性を実現
- 血流を2～4mm以内に維持
- 気孔率を3%～5%に維持
- 最低限のVMAを満たす（通常13%以上）
- VFAを65%～75%以内に維持
例: バインダー 5.5% を含む混合物では次の結果が示される場合があります:
- 安定性 = 11.2 kN
- 気孔率 = 4.4%
- 流量 = 3 mm
- VMA = 14%
- VFA = 68.8%
5. 検証と最終決定
- サンプルの再現: 選択した最適なバインダー含有量で追加のサンプルを準備し、一貫性を確認します。
- プロパティの検証: テスト結果が仕様範囲内であることを確認します。
- 必要に応じて調整: いずれかの値が範囲外の場合は、骨材の濃度またはバインダーの割合を微調整します。
6. ドキュメント作成と現場での実装
- レポート結果: 最終的な混合設計には、すべての生データ、グラフ、選択された材料、バインダーの内容、およびテスト結果を含める必要があります。
- 建設の仕様: 実験室でのパフォーマンスに基づいて、混合、圧縮、および現場での品質管理に関する明確なガイドラインを準備します。
よくある間違いとトラブルシューティングのヒント
初めてマーシャル配合設計を行う際は、よくある失敗例を知っておくと役立ちます。よくある失敗例の一つは、不適切な材料選定にあります。粒度規格を満たさない骨材や、気候に合わないバインダーなどが原因となることもあります。
紙の上では良さそうに見えても、実際に運転してみると全く性能が上がりません。ですから、ブレンドを始める前に必ず材料を二重チェックすることを忘れないでください。
もう一つよくある問題は、不適切な締固めです。実験室での締固めが必ずしも現場の状況を反映するとは限らないため、供試体の締固めが過剰または不足になりがちです。これは空隙率や安定度に影響し、早期に発見しないと配合設計全体を台無しにする可能性があります。
これを避けるには、マーシャルハンマーの設定（打撃数、温度、重量）が設計仕様と一致していることを確認してください。また、以下の追加のヒントも参考にしてください。 Qualitest 以下：
- 試験バッチを省略しないでください。最大限に活用して、アスファルトの全範囲の内容をテストします。
- 混合および圧縮中の温度管理を再確認してください。わずかな偏差でもコーティングの品質や試験結果に影響を与える可能性があります。
- VMA 値と VFA 値に注目してください。これらの値から、混合物の耐久性とバインダーの互換性がわかります。
マーシャルのミックスデザインが依然として重要な理由
マーシャル配合設計を学ぶ際には、道路技術者が信頼できる結果を一貫して提供するため、何十年にもわたって信頼されてきた手法を使用します。このプロセスはほとんどの研究室で実施できるほど単純でありながら、安定性、流動性、空隙率といった重要なデータをすべて提供します。
マーシャルミックスデザインは、過酷な荷重や予測不能な天候下でも耐久性のある舗装を実現する信頼性の高い方法です。現在でも約38州で使用されているという事実は、その揺るぎない安定性を物語っています。
推奨試験機器
- マーシャルコンパクター
圧縮機 75ポンドのハンマーを標準的な高さから落下させ、制御された回数（通常は片側10回）の打撃を与えます。これは、現実世界の交通が舗装路面を踏み固める様子を模倣したものです。 - マーシャル安定性試験フレーム
試験片を圧縮した後、この装置は、混合物が変形する前にどれだけの荷重に耐えられるかを評価するのに役立ちます。試験片が破壊するまで力を加え、安定性値を測定します。
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- 流量計
安定フレームに取り付けられたフローメーターは、試験片が破断するまでの変形量を追跡します。測定値（通常はmm単位）は、混合物の柔軟性に関する情報を提供します。フローが多すぎる、または少なすぎる場合は、アスファルト配合に問題がある可能性があります。 - ウォーターバス（コンディショニングバス）
試験前に、マーシャル試験片をウォーターバスでコンディショニングする必要があります。これは、アスファルトが通常使用時に達し得る温度をシミュレートし、すべてのサンプルで一貫した試験条件を確保します。 - 比重ベンチ（GmbおよびGmm試験用）
マーシャル配合設計の方法を理解するには、密度と空隙率の確認も必要です。通常、デジタル天秤、水槽、そして嵩比重と理論最大比重を測定するための吊り下げフレームが含まれます。 - アスファルトミキサー＆オーブン
サンプルを準備するには、骨材とバインダーを温度管理下で加熱・混合する必要があります。実験室グレードのアスファルトミキサーとオーブンは、圧縮前の材料特性の一貫性を維持するのに役立ちます。 - 骨材ふるいと分級セット
骨材の適切な粒度分布は、あらゆる良質な配合の基盤です。完全なふるいセットがあれば、粒度分析を実施し、配合が設計仕様に準拠していることを確認できます。
最終的な考え
マーシャル配合設計の適切な方法が分かりました。適切な配合を行うことで、舗装の長期的な性能に大きな違いが生まれます。
しかし、より信頼性を高めるには、最高の機器を使用することが重要です。当社では、 アスファルト試験装置 現代のニーズに応えるよう設計されています。コレクションをご覧ください。 オンライン相談を予約する 最も適したテスターを見つけるのに役立ちます。
