キーワード：凍上試験，凍結融解，CBR，粒子破砕
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条15
丁目4-1 北海道工業大学 TEL：011-688-2268
凍結融解作用が粒状路盤材の CBR に与える影響について
北海道工業大学大学院 学生会員 ○村山 巧 北海道工業大学 正会員 川端伸一郎 北海学園大学 正会員 小野 丘 北海道大学大学院 フェロー会員 石川 達也
1. はじめに
北海道などの寒冷地では，冬期に生じる凍上や春先の 凍結土の融解などによって路盤や路床の支持力や変形 特性が変化するといわれている．寒冷地の試験道路など で実施された
FWD
試験や載荷試験では，融解期の支持 力低下が報告されており，凍結融解に伴う土壌水分量の 季節変動による影響が示唆されている 1),2)．また，模型 路盤による凍結融解試験では，水分量によって融解後に 剛性が低下する傾向が示されており，凍結融解による舗 装の疲労破壊寿命の減少が指摘されている2)．本研究は，ここで紹介した内容の関連研究として凍結 融解作用が粒状路盤材の
CBR
に与える影響を明らかに することを目的としたものである．2. 試料と供試体作成方法
試料は，40mm 級の天然砕石（C-40）とコンクリート 廃材による再生砕石（
RC-40
）である．表-1は，試料の 基本的諸元および後述する凍上試験結果である．C-40
はRC-40
と比べて，土粒子密度がやや大きく，吸水率が低いことが特徴であり，これに関連して供試体密度と試験 含水比の大小関係が対応している．
供試体は，気乾試料をバイブレーターにより最大乾燥 密度の
95
％で締固めて作製し，これを初期条件（気乾条 件と称す）とした．つぎに，気乾条件の供試体を通水飽 和した場合を飽和条件，さらに，飽和条件から重力脱水 によって排水した場合を湿潤条件と定めた．以上のよう に，供試体条件は含水比の違いで，気乾・湿潤・飽和の3
パターンである．3. 凍上試験と CBR 試験
凍結融解後の
CBR
を求めるには，NEXCO
（旧日本道 路公団）が定めるφ=150mm の凍上試験 3)が一般的であ る．しかし，この方法は，供試体を上部から冷却する形 式であり，モールドと供試体の間に発生する摩擦により，凍上量が抑えられてしまうことや，結果のばらつきが大
きいことなどが指摘されている4)．
これに対して，近年，凍結速度などを規定した高度な 凍上試験法が地盤工学会によって基準化されており，他 の凍上試験法で指摘された問題点を解消することが可 能となっている 5)．また，同基準では，供試体寸法の規 定はなく，目的に応じて自由な寸法設定が可能である．
本研究では，CBRサイズ（φ=150mm，h=125mm）で の地盤工学会基準の凍上試験機を製作し，凍結融解後の
CBR
を求めた．なお，凍結融解履歴は，0
サイクル，1
サイクル，2サイクルの3
パターンとした．また，CBR 試験後には粒度試験を行い，凍結融解による粒子破砕の 程度も確認した．4. 結果と考察
図-1は，供試体条件（初期含水比の違い）が
CBR
に 与える影響である．全体的な傾向として，両試料共に含 水比の増加によるCBR
の低下が確認できる．含水比の みの違いとして未凍結（凍結融解0
サイクル）の結果を みると，C-40
では気乾条件から飽和条件に変わることで表-1 試料の基本的諸元および凍上試験結果
C-40 RC-40
ρs 【土粒子密度】(g/cm3) 2.751 2.714
Q 【吸水率】 (%) 3.5 6.1
ρdmax【E-b法】 (g/cm3) 2.070 1.930 wopt 【E-b法】 (%) 8.2 12.2 0.95･ρdmax【供試体密度】(g/cm3) 1.967 1.834
気乾 条件
含水比 wd (%) 1.8 2.2 飽和度 Srd (%) 12.5 12.7
凍上速度 (mm/h)
1サイクル 0.00 0.00 2サイクル 0.00 0.00
湿潤 条件
含水比 ww (%) 9.8 12.3 飽和度 Srw (%) 67.4 69.7
凍上速度 (mm/h)
1サイクル 0.06 0.02 2サイクル 0.10 0.04
飽和 条件
含水比 wsat (%) 13.9 16.0 飽和度 Srsat (%) 95.8 90.5
凍上速度 (mm/h)
1サイクル 0.09 0.07 2サイクル 0.08 0.05
土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
‑807‑
Ⅲ‑404
CBR
が5
割程度まで，RC-40
では4
割程度まで減少して おり，含水比の変化がCBR
に与える影響が極めて大き いことが分かる．実際の道路では，春先に深部に残った 凍結層により融雪水などの浸透が妨げされ，路盤が過飽 和状態になるといわれている 4)．これらを勘案すると，凍結期の凍上などによる影響以外にも，融解期の含水比 の増加が及ぼす影響に注目することが重要であろう．
図-2 は，
C-40
における凍結融解履歴とCBR
およびMarsal
の破砕率B
Mの関係である．C-40
は，いずれの供 試体条件においても凍結融解履歴によるCBR
の低下が 確認される．凍結融解がもたらす影響として考えられる のは，凍上によるアイスレンズの成長に起因した間隙構 造の変化，または粒子自体の性状変化である．しかし，表-1に示したように気乾条件は，非凍上性（凍上速度が
0）であるにも係わらず，CBR
の低下がみられることから，これらを凍上による影響と考えることは難しい．こ れに対して破砕率
B
Mは，サイクル数の増加によって全 ての条件で微少ながら増加する傾向がみられることか ら，C-40
で得られた凍結融解履歴によるCBR
の低下は，主に粒子の脆弱化によるものと推察される．
図-3 は，
RC-40
に対する凍結融解履歴の影響である．RC-40
はC-40
と異なり，凍結融解履歴とCBR
に一義的 な関係を見出すことはできなかった．これは，再生材特 有の材料の不均一性などが影響したと考えられる．ただ し，破砕率は凍結融解履歴に応じて増加しており，表-1
で示したように，RC-40
の吸水率はC-40
よりも高く粒子 内部により多くの水分を保有できることから，凍結融解 の影響をC-40
以上に受ける可能性も否定できない．5. まとめ
凍結融解作用が
CBR
に与える影響について検討した．CBR
は含水比による影響が極めて大きく，気乾条件か ら飽和条件に変化することで，天然砕石のC-40
でCBR
が5
割程度，再生砕石のRC-40
で4
割程度まで減少する ことが明らかとなった．これは，融解期にみられる路盤 の含水比の増加との関係において重要な結果である．C-40
では，粒子の脆弱化によるものと考えられる凍結 融解によるCBR
の低下が確認された．ただし，RC-40 については，再生材特有の材料の不均一性と思われる理 由から，明確な結果を得ることはできなかった．最後に，本研究の一部は科学研究費補助金（基盤研究
B
，課題番号：20360206
，研究代表者：石川達也）の交 付を受けて実施されたものである．参考文献
1) 安倍隆二，田高淳，久保裕一：積雪寒冷地におけるアスファルト 舗装の厳冬期および融雪期のひずみ特性，土木学会舗装工学論文 集，第14巻，pp.147-154，2009.
2) 石川達也，安倍隆二，吉田有喜，三浦清一：粒状路盤材の力学挙 動に及ぼす凍結融解作用の影響評価，土木学会舗装工学論文集，
第15巻，pp.201-209，2010.
3) 日本道路公団：φ150法による土の凍上試験方法，JHS－112-2001，
pp.287-297，2001.
4) 地盤工学会北海道支部：寒冷地地盤工学‐凍上被害とその対策‐，
2009.
5) 地盤工学会：凍上性判定のための土の凍上試験，JGS0172-2009，
2009.
0 20 40 60 80 100 120
0 5 10 15 20
CBR(%)
初期含水比w (%)
気乾
湿潤 飽和
：0サイクル
：1サイクル
：2サイクル C-40 RC-40
図-1 初期含水比の違いによる
CBR
の変化0 4 8 12 16 20
0 10 20 30 40 50
0 1 2
Marsalの破砕率BM(%)
CBR(%)
凍結融解履歴（サイクル）
：気乾
：湿潤
：飽和 CBR BM
図-2 凍結融解履歴が
CBR
と破砕率に与える影響（C-40）0 4 8 12 16 20
0 20 40 60 80 100
0 1 2
Marsalの破砕率BM(%)
CBR (%)
凍結融解履歴（サイクル）
：気乾
：湿潤
：飽和 CBR BM
図-3 凍結融解履歴が
CBR
と破砕率に与える影響（RC-40
） 土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)‑808‑
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