※小説ではない※専門書　要約資料集　為替(換算)3.9万円でもらう　紐解集生成　専門　初入門　資料 　 作：｛作者名｝

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# BOOK-0153d 都市基盤工学大全 第4部 舗装工学 ― アスファルト舗装の科学と設計(水準一〜十二)

> 本書は大型企画「都市基盤工学大全」(BOOK-0153・全5部構成)の第4部である。全体設計は `outputs/sekkei/SEKKEI-A19_都市基盤工学大全_設計書.md` を正とする。
> 前巻: 第3部 熱源工学(BOOK-0153c) ← 本書(第4部 舗装工学) → 次巻: 第5部 電波塔工学(BOOK-0153e)

## 冒頭注記――なぜ本書は通常の字数上限を超えているか(§16.22準拠)

現代学問宇宙図鑑の専門書は通常three千〜五万字、辞書型でも十万字を超えたら分冊するのが原則である(SYSTEM.md §16.2・§16.19)。本書はこの原則に対する**意図的な例外**であり、ユーザーの直接依頼による大型企画「都市基盤工学大全」(起票 2026-07-07・全5部・1000KB超許容)の一部として、目安十五万〜二十二万字という通常の三〜四倍規模で書かれている。

理由は単純である。本企画が掲げる目標は「これ一冊読めばほぼ専門職のトップと技術討論できる」水準であり、これは暗記事項の要約では到達できない。舗装技術者が実務で実際に使う設計式――Marshallミックス設計法・AASHTO構造設計法・疲労破壊モデル――を、出典と適用限界を明記した上で、**検算可能な具体的数値例つきで**掲載する必要がある。式を1行紹介して終わるのではなく、「なぜその式が成り立つのか」「実際に数値を入れるとどうなるのか」「その数値は現場の常識と整合するか」まで踏み込むと、自然と分量は数倍に膨らむ。これは水増しではなく、水準一(骨材とは何か)から水準十二(自己治癒アスファルトの研究最前線)までの階段を、踊り場(休憩所)を挟みながら一段も飛ばさずに上るために必要な分量である(SYSTEM.md §16.22「完全性優先・上限例外則」――構造の完全性を守るための上限撤廃)。

もう一つの理由は、舗装工学が本図鑑にとって**完全新規分野**だという点である。上下水道・ガス・熱源という他部が既存の前提巻(BOOK-0200・BOOK-0152など)を持つのに対し、舗装工学には前提巻が存在しない。そのため水準一の「アスファルトとは何か」から自前で積み上げる必要があり、これも分量が増える一因になっている。

## 本書の位置づけと重複回避の宣言

本書は材料科学を扱った既刊2冊――BOOK-0084(化学派生・材料 第1巻、金属・セラミックス・高分子・複合材料の基礎)、BOOK-0121(化学派生・材料 第2巻、状態図・熱処理・半導体・材料試験・腐食)――の直後に立つ関連分野である。両書で確立された語彙(応力・ひずみ・弾性率・複合材料・母材・ガラス転移温度など)は本書でも前提として使い、再定義はしない。

その一方で、本書が扱う内容――石油残渣としてのアスファルト(ビチューメン)の化学組成、骨材の粒度設計、Marshallミックス設計法、アスファルト混合物の温度依存粘弾性、舗装構造の層厚設計、疲労破壊モデル、自己治癒アスファルト、再生舗装(RAP)――は、BOOK-0084・BOOK-0121のどちらにも登場しない。両書は「金属・セラミックス・高分子・半導体という材料の家族」を扱ったが、本書が扱う「アスファルト」という材料は、化学的には石油由来の炭化水素混合物というBOOK-0084第一章の分類でいえば天然材料にも高分子にも収まりきらない独自の位置(コロイド分散系)を占めており、かつ本書の主眼は材料そのものよりも「その材料をどう配合し、どう積層し、どう寿命を計算するか」という設計工学にある。この境界線を保つため、結晶構造・転位・合金化・状態図・半導体といった話題は本書では扱わず、既刊2冊への参照で済ませる。逆に、既刊2冊で扱われなかった「温度で液体にも固体にも振る舞いを変える粘弾性材料の設計論」を、本書は正面から扱う。

## 本書の目次(道案内)

本書は分量が大きいため、通読の道しるべとして目次をあらかじめここに示す。辞書として特定の節を引く場合も、この目次から見出し語アンカー(節番号)へ直接飛んでほしい。通読する場合は、序章から終章まで、この順序どおりに読み進めることを想定して構成している。

- 序章 舗装の歴史(石畳からアスファルトへ、ローマの道からマカダム工法、近代アスファルト舗装の誕生まで)/コラム 舗装工学を築いた人々の足跡
- 第一部 基礎編(水準一〜三): 第一章アスファルトの化学/第二章骨材/第三章粒度設計(骨材配合の一次方程式を含む)
- 第一部の休憩所
- 第二部 実務設計編(水準四〜六): 第四章Marshallミックス設計法(Gmm・Va・VMA・VFA・PWL品質管理を含む)/第五章粘弾性/第六章わだち掘れと低温ひび割れ
- 第二部の休憩所
- 第三部 解析と安全編(水準七〜九): 第七章舗装構造設計(路床安定処理・路盤排水・ジオシンセティックスを含む)/第八章AASHTO設計法と多層弾性理論/第九章疲労破壊解析/第九章補遺 非破壊検査とPMS
- 第三部の休憩所
- コラム よくある誤解を正す
- 第四部 フロンティア編(水準十〜十二): 第十章自己治癒アスファルト/第十一章再生舗装(RAP・路上再生工法)/第十二章舗装工学のこれから(気候帯・デジタルツイン・機械学習を含む)
- 第四部の休憩所
- 特別章: 総合設計事例/対照事例/特殊環境の舗装/想定問答/腕だめし
- 付録: 主要設計式一覧/近似と単純化の一覧/単位の換算/試験法一覧/略語一覧(AASHTO・SGC・DSR等)
- 用語一覧(見出し語アンカー)/記号一覧/略語一覧
- 出典・系譜節
- 終章 階段図(縦の階段・横の広がり・現在のフロンティア・次の冊子への矢印)
- おわりに/改訂履歴(執筆完了記録を含む)

## 安全境界について(SYSTEM.md §16.18準拠)

本書は設計式と材料科学の原理解説に徹する。アスファルトプラントの運転手順・舗装機械(アスファルトフィニッシャー・ローラーなど)の現場操作手順は記載しない。施工時のアスファルト混合物の温度がおよそ150〜180℃に達し、高温の物質に触れることには重篤な熱傷のリスクがある、という**事実**には言及するが、熱傷を防ぐための具体的な作業手順・保護具の着脱手順は記載しない。これらはすべて有資格の技術者・technician が現場の安全規則に従って行うべき領域であり、本書の役割はその手前にある「なぜそう設計するのか」の理解に限定される。


# BOOK-0153d 都市基盤工学大全 第4部 舗装工学 ― アスファルト舗装の科学と設計(水準一〜十二)

　

　

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## はじめに――足元にある、いちばん身近な複合材料

　

現代学問宇宙図鑑がこれまで案内してきた学問の宇宙には、目に見えないほど小さな原子核から、何百万年も生き続ける樹木種族の星まで、実にさまざまなスケールの主題があった。本書が案内する主題は、そのどちらでもない。もっと近く、もっと地味で、しかし誰もが一日に何百回と踏みしめている場所――道路の舗装、その表面を覆う黒い層である。

　

アスファルト舗装は、地球上でもっとも生産量の多い人工複合材料の一つである。骨材(砕石・砂・石粉)というほとんど動かない「骨格」と、アスファルト(ビチューメン)という温度によって液体にも固体にもなる「のり」を混ぜ合わせただけの、原理としては単純な材料に見える。しかしこの単純さの裏には、驚くほど奥行きのある工学が隠れている。夏の炎天下で40℃を優に超えるアスファルト舗装の表面は、なぜ融けて流れてしまわないのか。真冬の氷点下では、なぜ突然パキッと割れることがあるのか。何百万台もの自動車が来る日も来る日も同じ場所を通り続けるのに、舗装はなぜ何年も持ちこたえるのか。そして、いつかは必ず壊れるとして、その「いつか」を数字で言い当てることは可能なのか。

　

これらの問いに答えるのが舗装工学(pavement engineering)である。舗装工学は、本図鑑がこれまで扱ってきた材料科学(BOOK-0084・BOOK-0121)の続きでありながら、単独の学問分野としての顔を持つ。なぜなら、アスファルトという材料そのものの化学だけでは道路は作れず、「その材料をどれだけの厚さで、どんな順序で積み重ねれば、何年間、何万台の車の重さに耐えられるか」という構造設計、そして「壊れ方には法則があるのか」という破壊力学までを一体として扱わなければならないからである。

　

本書はこの舗装工学を、水準一から水準十二まで、一段も飛ばさずに上る。水準一〜三では、アスファルトそのものの化学と、骨材という「骨組み」の設計基礎を固める。水準四〜六では、実務設計の中核であるMarshallミックス設計法と、アスファルトという材料の最大の個性である温度依存粘弾性を扱う。水準七〜九では、舗装という構造物をどう厚さ設計し、どう疲労破壊を予測するかという、橋や建物の構造設計と地続きの世界に踏み込む。そして水準十〜十二では、まだ研究段階にある自己治癒アスファルトと、資源循環の切り札である再生舗装(RAP)という、舗装工学のフロンティアを正直に――「ここまでは確立している、ここから先はまだ研究中である」と線を引きながら――案内する。

　

舗装工学はまた、産業としても巨大な規模を持つ。世界のアスファルト舗装市場は、材料の生産から施工・維持管理まで含めれば、数十兆円規模の経済活動を支えているとされ、日本だけでも道路の維持・修繕・新設に関わる建設業・製造業・研究機関に、数多くの技術者・技能者が携わっている。舗装技術者になるための道筋も一様ではない。日本では土木工学を学んだのち、国家資格である「舗装施工管理技術者」などの資格を取得しながら実務経験を積む道が一般的であり、アメリカでは土木工学の学位を取得したのち、専門技術者(PE、Professional Engineer)の資格を取得する道が一般的である。本書がめざす「専門職のトップと技術討論できる水準」とは、こうした資格制度そのものの代替ではなく、資格取得後も長く実務を続ける技術者たちが、日々の判断の拠り所にしている考え方の骨格を、体系立てて理解することを意味している。

　

なぜこの分野が面白いのか。理由は、舗装工学が「地味だが、あらゆる場所に潜んでいる」という点で材料科学と同じ魅力を持ちながら、さらに「時間とともに変化し、いつか必ず壊れる」という宿命を、設計段階から数式で織り込んでいるという点にある。橋や建物の多くは「壊れないように設計する」ことを目指すが、舗装工学は違う。舗装は必ず摩耗し、必ずひび割れ、いつかは補修や打ち換えが必要になる。舗装工学とは、「いつ、どのように壊れるか」を最初から見積もり、その壊れ方を制御することで、限られた予算と資源の中で最大限の耐用年数を引き出す工学なのである。この「壊れることを前提にした設計」という発想そのものが、本書全体を貫く一本の背骨になる。

　

もう一つ、読者に先んじて伝えておきたい本書の姿勢がある。それは「専門用語を恐れない」という姿勢である。舗装工学は、本書の各章で見るように、Gmm・VMA・SN・εt・ESALといった、一見とっつきにくい記号やアルファベットの略語に満ちた分野である。しかし、これらの記号一つひとつは、決して恣意的に選ばれた暗号ではない。すべてが「何かを測り、比較し、判断するために、人類が積み重ねてきた工夫の結晶」である。本書は、それぞれの記号が初めて登場する場所で、必ずその記号が生まれた理由と、具体的な数値の感触を示すことを徹底する。読み終えたとき、これらの記号が、もはや暗号ではなく、使い慣れた道具として手になじんでいることを目指したい。

　

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## 序章 舗装の歴史――石畳からアスファルトへ

　

本題に入る前に、道路がどのような歴史をたどって今の姿になったのかを、駆け足で眺めておきたい。歴史を知ることは、現在の設計式がなぜそのような形をしているのかを腹落ちさせる、もっとも近道の準備運動になる。

　

### 石を積んだ古代の道――ローマの道

　

組織的な道路建設の歴史をたどると、必ず行き着くのが古代ローマの道路網である。紀元前312年に建設が始まったとされるアッピア街道をはじめ、ローマは最盛期には全長数万キロメートルにも及ぶ道路網を帝国内に張りめぐらせた。ローマの道路は、単に地面をならしただけのものではなく、下から順に大きな石を並べた基礎層、砕石を締め固めた中間層、そして表面には平らな石畳を敷き詰めるという、複数の層を重ねた構造を持っていたことが、現存する遺構の調査から知られている。これは、本書第七章で見た「舗装は層のサンドイッチである」という発想の、実に二千年以上前の実例である。ローマの道路技術者たちは、荷重を分散させるために層を重ねるという発想に、経験則としてすでにたどり着いていたことになる。

　

しかしローマ帝国の衰退とともに、この高度な道路建設技術の多くはヨーロッパで長く忘れられ、中世を通じて道路の整備水準は大きく後退したと伝えられる。

　

### 近代道路工学の夜明け――トレサゲ・テルフォード・マカダム

　

道路建設が再び体系的な工学として発展し始めるのは、18世紀後半から19世紀にかけてのヨーロッパにおいてである。フランスの技術者トレサゲ(Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet)は1764年頃、路面の下に大きな石を立てて並べ、その上に小さな砕石を重ねるという、ローマの道路を思わせる層構造を再び体系化したことで知られる。

　

イギリスの技術者トマス・テルフォード(Thomas Telford)は、路面を中央がわずかに高くなるよう緩やかにカーブさせる(専門的には「路面横断勾配」と呼ばれ、雨水を左右の側溝へ排水するための工夫である)設計と、しっかりした基礎層を組み合わせた道路を数多く建設し、「道路の巨人」と称されるほどの功績を残した。

　

そしてもう一人、スコットランド出身の技術者ジョン・ルードン・マカダム(John Loudon McAdam)が1820年代に確立した工法は、道路工学の歴史における一つの転換点になった。マカダムは、それまでの「頑丈な石の基礎を組んでから砕石を載せる」という考え方に対し、「路床がきちんと排水されてさえいれば、均一な大きさに割り砕いた砕石を締め固めるだけで、重い基礎を組まなくても十分な支持力が得られる」という、より経済的な発想を実証した。この工法は考案者の名にちなんで「マカダム工法」と呼ばれ、材料費と施工の手間を大幅に削減できたことから、19世紀を通じてイギリスをはじめ世界各地に急速に広まった。現代の英語で舗装道路を指すこともある「tarmac」(タルマック)という語も、このマカダム工法の砕石路盤にコールタール(のちにアスファルト)を結合材として散布する工法――「タール・マカダム」――に由来するとされる。

　

### 石油の時代へ――近代アスファルト舗装の誕生

　

マカダム工法はあくまで砕石を締め固めただけの舗装であり、雨が降ると表面から砂ぼこりや泥が発生しやすいという弱点を抱えていた。この弱点を克服したのが、第一章で見たアスファルト(ビチューメン)を結合材として用いる、近代的なアスファルト舗装の登場である。

　

19世紀後半、ベルギー出身でアメリカに渡った化学者エドワード・デ・スメット(Edward J. de Smedt)が、当時知られていた天然アスファルトの一つであるトリニダード・レイク・アスファルト(カリブ海のトリニダード島にある天然の瀝青湖から産出する天然アスファルト)を用いて、1870年頃にニュージャージー州ニューアークで、そして1876年頃にはワシントンD.C.のペンシルベニア通りで、近代的なアスファルト舗装を施工したと伝えられている。この時期はまだ石油精製技術が発展途上であり、天然アスファルトが主要な結合材として使われていた点は、第一章で紹介した石油由来のストレートアスファルトとは出自が異なる、初期の舗装史の一齣として興味深い。

　

その後、19世紀末から20世紀初頭にかけて石油精製技術が急速に発展し、蒸留残渣として大量に得られる石油アスファルトが、天然アスファルトに代わって舗装用結合材の主役に躍り出た。20世紀に入り自動車が急速に普及すると、それまでの馬車中心の交通量を前提にした道路では強度が不足するようになり、より頑丈で、より速く広範囲に施工できる舗装技術への需要が爆発的に高まった。この需要に応える形で、針入度試験・軟化点試験といった標準試験方法が20世紀初頭に整備され、1939年のMarshallミックス設計法の考案(第四章参照)、そして1950年代のAASHOロードテスト(第八章参照)へと、道路工学は経験と勘に頼る技能から、数式によって検証可能な工学へと発展していった。本書がこれから案内する設計式の数々は、この百数十年にわたる試行錯誤の蓄積の上に立っている。

　

## コラム 舗装工学を築いた人々

　

本書の各章で名前だけ登場した技術者・研究者について、もう少し人物像に踏み込んでおきたい。式の背後に人がいたことを知ると、無味乾燥に見える数式にも血が通って見えてくる。

　

**ジョン・ルードン・マカダム(1756〜1836年)**――スコットランドに生まれ、若くして渡ったアメリカでの事業経験を経てイギリスに戻り、道路の管理・建設に携わるようになった。当時のイギリスでは、道路の管理は地域ごとにばらばらの基準で行われ、質の低い道路が経済活動の足かせになっていた。マカダムは、大きな石を基礎に組む従来の常識に反し、「路床の排水さえ確保すれば、均一な砕石を締め固めるだけで十分な道路ができる」という原則を、複数の道路管区の管理者としての実地経験から確立し、後年その功績によりイギリス政府から公的な地位と報酬を得たと伝えられている。経験に基づく地道な実証から、後の世代が受け継ぐ工学的原則を打ち立てた、という彼の歩みは、本書第四章で見るブルース・マーシャルの歩みとも重なる。

　

**ブルース・マーシャル(生没年の詳細は文献によって幅がある)**――アメリカ・ミシシッピ州道路局に技術者として勤務していた1939年前後、当時の舗装設計が経験と勘に頼りがちであったことに対し、安定度・流値という測定可能な力学指標と、供試体の締固め手順を標準化した設計法を考案した。この手法は当初ミシシッピ州内で使われていたが、第二次世界大戦中、軍用飛行場の舗装を短期間に大量建設する必要に迫られたアメリカ陸軍工兵隊の目に留まり、より広く適用できる形に改良・標準化されたことで、戦後、世界中の道路機関に急速に広まった。一人の州技術者の工夫が、軍の実務ニーズと結びつくことで世界標準に育った、という経緯は、工学の標準がしばしば「もっとも優れた理論」からではなく「もっとも差し迫った実務上の必要」から生まれることを示す好例である。

　

**ドナルド・M・バーミスター(生没年の詳細は文献によって幅があるため本書では断定しない)**――コロンビア大学の教授として、地盤工学・舗装工学の分野で理論的な基盤を築いた研究者である。1943年に発表した多層弾性理論(第8-3節)は、当時まだ手計算で解くには非常に複雑な数学(境界条件を満たす積分方程式)を要したが、後年のコンピュータの発達によって初めて実務で本格的に活用できるようになった。バーミスターの理論が発表から数十年を経て真価を発揮したという事実は、理論研究の価値が、その時代の計算技術の制約を超えて、将来花開くことがあるという、基礎科学と工学の関係を考える上で示唆に富む逸話である。

　

**W・B・フラー(20世紀初頭に活動)**――フラーとトンプソン(S. E. Thompson)が共同で発表した最大密度理論(第3-3節)は、もともとコンクリート用骨材の配合設計を主な目的として研究されたものであり、後にアスファルト舗装の粒度設計にも応用されるようになった。一つの分野(コンクリート工学)で確立された理論が、隣接する分野(アスファルト舗装工学)に応用されて生き続けている、という事実は、BOOK-0084・BOOK-0121で見た材料科学の諸原理が、金属・セラミックス・高分子・そして本書のアスファルトという、異なる材料の間を横断して応用されてきたのと同じ構図である。

　

これらの人物に共通するのは、いずれも「まだ確立していない実務上の課題」に、それぞれの立場(州の技術者、軍の要請、大学の理論研究者、骨材配合の研究者)から、地道に取り組み続けた結果として、後世に残る標準を打ち立てたという点である。本書で学んだ設計式の一つひとつの背後に、こうした具体的な人間の試行錯誤の歴史があることを、記憶にとどめておいてほしい。

　

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# 第一部 基礎編(水準一〜三)

　

ここから本編が始まる。第一部では、舗装という構造物を構成する二つの材料――アスファルトと骨材――を、それぞれ単独の物質として理解することに専念する。まだ「どう混ぜるか」「どう積み重ねるか」という設計の話には踏み込まない。まずは材料そのものの素性を、化学の言葉と、ふるいにかけるという物理的な操作を通じて、じっくりと見つめ直すところから始めよう。

　

## 第一章 アスファルトの化学――石油の残りものが道になるまで

　

### 1-1 蒸留の最後に残るもの

　

石油(原油)は、地下深くで数百万年から数億年という時間をかけて、古代の生物の遺骸が高温・高圧のもとで変化してできた、炭化水素(水二素と炭素だけからなる化合物)の複雑な混合物である。この原油をそのまま使うことはほとんどなく、まず「蒸留」という工程にかけられる。蒸留とは、液体を加熱して沸点の違いで成分を分離する操作であり、原油の場合はこれを二段階で行う。

　

第一段階は「常圧蒸留」である。原油をおよそ350℃程度まで加熱すると、沸点の低い成分から順に気体になって立ちのぼり、これを冷やして液体に戻すことで、LPガス・ガソリン・灯油・軽油・重油といった、私たちになじみ深い石油製品が取り出されていく。しかしこの常圧蒸留だけでは気化しきれない、もっとも重い(沸点の高い)成分が、蒸留塔の一番底に残る。これを「常圧残油」と呼ぶ。

　

第二段階は「減圧蒸留」である。常圧残油をさらに蒸留したいが、これ以上温度を上げると分子そのものが熱で分解(専門的には「熱分解」または「クラッキング」と呼ぶ)してしまう。そこで、圧力を下げることで沸点そのものを下げ、比較的低い温度のままさらに軽い成分(潤滑油の原料など)を蒸留で取り出す。この減圧蒸留を終えてもなお蒸留しきれずに残る、もっとも重く、もっとも粘り気の強い最後の残渣こそが、アスファルト(ビチューメン、bitumen)の主な原料である「ストレートアスファルト」である。

　

この事実は、アスファルトという材料の性格を理解するうえで決定的に重要である。アスファルトとは、石油に含まれる無数の炭化水素分子のうち、「もっとも重く、もっとも蒸発しにくく、もっとも分子量の大きいものたちの集まり」である。ガソリンや灯油が「軽くてよく燃える、分子の小さい炭化水素」であるのに対し、アスファルトは「重くて燃えにくい、分子の大きい炭化水素」の集合体だと考えると、両者が同じ原油から生まれる兄弟でありながら、まったく異なる用途を持つ理由が見えてくる。

　

なお、すべての原油が舗装用アスファルトの原料として同じように適しているわけではない点も付記しておきたい。原油は炭化水素の分子構造の傾向によって、大きく「パラフィン基原油」(直鎖状・分岐状の飽和炭化水素を多く含む原油)と「ナフテン基原油」(環状の飽和炭化水素を多く含む原油)、そしてその中間的な性質を持つ原油に分類される。舗装用アスファルトとして良質な性状(高い針入度指数の安定性など)が得られやすいのは、一般にナフテン基あるいは中間基の原油とされ、パラフィン基原油の残渣は、常温でワックス分(パラフィン分)を多く析出しやすく、低温でのひび割れ抵抗性(第六章)に不利に働く傾向があることが知られている。石油会社がアスファルト生産のために原油の産地・性状を選定する、という工程も、本章冒頭で見た蒸留工程と並んで、アスファルトの品質を左右する重要な最初の一歩である。

　

なお、アスファルトと混同されやすい語に「タール」がある。タールは石炭を高温で乾留(空気を断って加熱・分解する処理)したときに得られる副産物であり、石油由来のアスファルトとは原料も製法もまったく異なる。タールには多環芳香族炭化水素(PAH)と呼ばれる発がん性が指摘される成分が多く含まれることが知られており、かつて道路舗装に使われた時期もあったが、現在の主要国の舗装ではほぼ使用されていない。「アスファルト」と「タール」は日常語では混同されがちだが、材料科学的には明確に別物である、という点は初出の水準一(水準一)の知識として押さえておきたい。

　

### 1-2 アスファルトは「単一の物質」ではない――炭化水素の混合物という正体

　

アスファルトの化学組成を一言でいえば、「数百から数千種類にも及ぶ、さまざまな分子量・構造を持つ炭化水素分子の混合物」である。これは金属のように原子が規則正しく並んだ結晶でもなく、単一の化学式で書き表せる純粋な化合物でもない。この「膨大な種類の分子が混ざり合っている」という性質こそが、アスファルトが持つ独特のふるまい――温度によって液体にも固体にもなり、しかも急激にではなく連続的に性質が変化していく――の根本原因である。

　

この複雑な混合物を、化学者たちは扱いやすくするために、性質の似た分子ごとに大きく四つのグループへ分類する方法を確立した。これを「SARA分画」(SARAはSaturates・Aromatics・Resins・Asphaltenesの頭文字)と呼ぶ。

　

第一に「飽和分(Saturates)」。二重結合や環構造をほとんど持たない、比較的単純な鎖状・環状の炭化水素であり、粘性が低く、アスファルト全体を柔らかくする働きをする。第二に「芳香族分(Aromatics)」。ベンゼン環(炭素原子6個が環状につながった、化学的に安定した構造)を含む炭化水素であり、飽和分より重く、アスファルトの粘性の主体をなす。第三に「レジン分(Resins)」。芳香族分よりもさらに重く、酸素・窒素・硫黄といった炭素・水素以外の原子(専門的には「ヘテロ原子」と呼ぶ)をわずかに含む、極性を持った(電気的な偏りを持つ)分子群である。第四に「アスファルテン分(Asphaltenes)」。もっとも分子量が大きく、もっとも極性が強い成分であり、常温では黒色でもろい固体として単離できる。アスファルテンはアスファルト全体の重量のおよそ5〜25%程度を占めることが多いが、その割合はごくわずかな違いでもアスファルト全体の硬さや粘性に大きな影響を与える。

　

### 1-3 コロイド構造モデル――アスファルテンを取り巻く「海」

　

SARA分画で見た四つの成分が、アスファルトの中でどのように配置されているかを説明する考え方が「コロイド構造モデル」である。コロイドとは、ある物質が別の物質の中に、原子・分子レベルよりは大きく、目に見えるほどではない微細な粒として分散している状態を指す一般的な概念であり(牛乳における脂肪球の分散などもコロイドの一例である)、アスファルトの内部構造もこのコロイドの考え方で説明されることが広く受け入れられている。

　

具体的には、もっとも極性の強いアスファルテンの微小な粒子が中心にあり、その周囲を、やや極性を持つレジン分が取り囲んで安定化させる(専門的にはレジンが「ペプタイザー」、つまりアスファルテン粒子同士がくっつきすぎて沈殿してしまわないよう分散を助ける役割を果たすと説明される)。そしてこのアスファルテン‐レジンの複合粒子全体が、飽和分と芳香族分からなる、より流動性の高い油状の媒質(この媒質全体を「マルテン」と呼ぶ)の中に浮かぶように分散している、というのがコロイド構造モデルの骨子である。

　

このモデルは、アスファルトの粘性・弾性の由来を直感的に理解する助けになる。アスファルテン粒子同士が互いにネットワーク状につながろうとする力が強いほど、アスファルト全体は硬く、弾性的な性質を強く示す。逆にマルテン(媒質)の割合が多く、アスファルテン粒子が互いに独立して分散している状態ほど、アスファルト全体は柔らかく、粘性的(流動的)な性質を強く示す。前者を「ゲル型」、後者を「ゾル型」と呼んで区別することがあり、多くの実用アスファルトはこの両極端の中間、「ゾル‐ゲル型」に位置づけられるとされる。

　

なお、このコロイド構造モデルは、アスファルトの巨視的なふるまいをよく説明する有用な模型として広く使われているが、アスファルテン分子そのものの詳細な化学構造(単一の巨大分子なのか、複数の分子が会合した集合体なのかなど)については、研究者の間でなお議論が続いている部分がある。「モデルとしては有用だが、分子論的な描像は完全には確定していない」という位置づけを、正直に記しておく。

　

この議論の一端を、もう少しだけ詳しく紹介しておこう。20世紀後半までの伝統的な見方(しばしば「イェンモデル」と呼ばれる)は、アスファルテンを比較的大きな、板状に積み重なった分子の集合体として描いていた。これに対し2000年代以降、より高度な分光学的手法(蛍光相関分光法など、化学分析技術の進歩によって可能になった観測手法)を用いた研究により、アスファルテン分子一つひとつは従来考えられていたよりも小さく、それらが数分子〜十数分子程度集まった「ナノ集合体」(ナノメートルスケールの小さな集合体)としてマルテンの中に分散している、という描像(しばしば「修正イェンモデル」または研究者の名にちなんで「イェン・マリンズモデル」と呼ばれる)が提唱され、現在では有力な見方の一つとして扱われている。この見直しの経緯は、BOOK-0121で見たナノ結晶材料や形状記憶合金の研究と同様、「観測技術の進歩が、それまでの模型を、より精密な描像へと更新していく」という、材料科学に共通するダイナミズムを示す好例である。ただし、この分野は本書執筆時点でもなお活発に研究が続けられている領域であり、確定した結論として断言することは避け、「有力な見方の一つ」という位置づけにとどめておく。

　

### 1-4 温度で性格を変える――なぜこの性質が舗装工学の出発点なのか

　

ここまで見てきたアスファルトの化学組成は、次の一点に集約される。アスファルトは、単一の融点を持つ結晶性の固体(たとえば氷が0℃で液体になるような)ではなく、多種多様な分子量の炭化水素が混ざり合っているがゆえに、温度が上がるにつれて、少しずつ、連続的に軟らかくなっていく物質である。これを専門的には「熱可塑性」に近い挙動と表現することもあるが、高分子(BOOK-0121第四章参照)の熱可塑性樹脂のような明確な鎖状分子構造とは異なり、アスファルトの場合はコロイド粒子同士の相互作用の変化として理解される点に注意が必要である。

　

この「温度で連続的に性質が変わる」という一点こそが、舗装工学のほぼすべての設計上の悩みの根源になる。夏の炉端のように熱くなったアスファルト舗装の表面は、アスファルトが軟らかくなりすぎて車の重みに押し流される(第六章で扱う「わだち掘れ」)。冬の凍てつく夜には、アスファルトが硬く、脆くなりすぎてひび割れる(同じく第六章で扱う「低温ひび割れ」)。この二つの正反対の壊れ方に、たった一つの材料でどちらにも対応しなければならない、というのがアスファルト舗装設計の宿命であり、本書全体を貫くもう一つの背骨である。

　

### 1-5 物性を測る――針入度・軟化点・伸度という三種の基本試験

　

アスファルトの「硬さ」や「温度に対する敏感さ」を数値として比較するために、舗装工学ではいくつかの標準化された試験方法が確立されている。ここでは特に基本となる三つを紹介する。

　

第一に「針入度試験」。25℃に保ったアスファルト試料に、規定の重さ(100g)のおもりを載せた規定の針を、規定の時間(5秒間)だけ自重で貫入させ、その貫入した深さを0.1mm単位で測定する。この値を「針入度」と呼び、単位はそのまま0.1mm(針入度単位)である。針入度が大きいほど、そのアスファルトは25℃において柔らかいことを意味する。日本の道路用アスファルトの規格では、針入度によって「針入度60〜80」「針入度40〜60」のような等級(グレード)に区分され、寒冷地には柔らかめ(針入度の大きい)グレード、温暖地には硬め(針入度の小さい)グレードが選ばれる傾向がある。

　

第二に「軟化点試験」。環球法(かんきゅうほう)と呼ばれる標準的な方法では、真鍮製の輪(環)の中にアスファルト試料を満たし、その上に規定の重さの鋼球を置いて水中(または任意の液体中)で一定の速度で加熱していく。アスファルトが軟らかくなり、鋼球の重みでたわんで規定の距離(25.4mm)だけ落下した瞬間の温度を「軟化点」と呼ぶ。軟化点は「このアスファルトがどの程度の温度で明確に軟らかくなり始めるか」の目安になる。

　

第三に「伸度試験」。ダンベル状に成形したアスファルト試料を規定の温度(多くは25℃または15℃)、規定の速度(毎分5cm)で両側に引っ張り、試料が破断するまでに伸びた長さ(センチメートル単位)を測定する。伸度が大きいアスファルトほど、低温でも粘り強く変形に耐えられる(脆く割れにくい)ことを意味する。

　

これら三つの試験――針入度・軟化点・伸度――はいずれも、20世紀初頭から半ば頃までに確立された、単純な仕組みながら長年の実務経験によって信頼性が裏づけられてきた標準試験である。近年ではより精密な力学試験(第五章で扱う動的せん断レオメータなど)も普及しているが、針入度・軟化点は今なお世界中の道路規格で基本の等級区分として使われ続けている点は押さえておきたい。

　

これらの力学的な試験に加えて、安全に関わる基礎物性として「引火点」の測定も規格の一部に含まれている。引火点とは、アスファルトを加熱していったとき、発生する蒸気に小さな火を近づけると瞬間的に引火する最低温度であり、密閉式または開放式の専用容器を用いた標準試験(タグ密閉式・クリーブランド開放式など、試験方法によって数値がわずかに異なる)で測定される。舗装用アスファルトの引火点はおよそ230℃以上とされることが多く、これは本書冒頭の安全境界で述べた施工時の温度(150〜180℃程度)よりも高い値である。この温度差が、通常の施工温度管理のもとでは引火のリスクが実務上抑えられている理由の一つである。ただし引火点はあくまで物質固有の基礎物性値であり、実際の現場における火気の取り扱い・保護具の使用といった安全作業手順そのものは、本書の範囲外(§16.18)であることをあらためて確認しておく。

　

### 1-6 改質アスファルトという発展形

　

ストレートアスファルト(蒸留残渣そのもの)は、交通量の少ない道路であれば十分な性能を発揮するが、大型車が頻繁に通る幹線道路や、寒暖差の激しい地域では、性能をさらに高めた「改質アスファルト」が使われることが多い。もっとも普及している改質方法は、アスファルトに高分子材料(BOOK-0084・BOOK-0121で扱った高分子の応用例である)を数パーセント程度混ぜ込む方法である。

　

代表的な改質材にSBS(スチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体、ゴムのような弾性を持つ合成高分子)がある。SBSをアスファルトに混ぜ込むと、アスファルトのマルテン(媒質)の中にSBSの高分子鎖が網目状に広がり、常温での弾性(変形しても元に戻ろうとする性質)を大きく高める。これにより、高温でのわだち掘れ抵抗性と低温でのひび割れ抵抗性の両方を、ストレートアスファルトよりバランスよく引き上げることができる。この「弾性を持つ高分子網目を分散させて性質を改善する」という発想は、BOOK-0121第五章で見たCFRP(炭素繊維強化プラスチック)における「繊維と母材の分業」とは異なるが、「異なる材料を組み合わせて弱点を補う」という複合材料設計の基本思想を共有している。

　

改質アスファルトは、ストレートアスファルトに比べて材料コストが上がるため、すべての道路に使われるわけではない。交通量・気候条件・求められる耐用年数に応じて、ストレートアスファルトと改質アスファルトを使い分けるという判断もまた、BOOK-0084第六章で見た「材料選択のトレードオフ」の考え方がそのまま当てはまる実例である。

　

改質アスファルトにはSBS以外にも複数の系統がある。「EVA」(エチレン酢酸ビニル共重合体)は、SBSほどの弾性回復力は持たないものの、比較的安価で、常温での硬さを高める(高温側の性能を底上げする)効果に優れた改質材として使われる。「PPA」(ポリリン酸)は、高分子ではなく無機の酸であり、アスファルトに添加すると化学反応によってアスファルテン分(第1-2節)の会合を促進し、比較的低コストで高温側の性能(第5-3節で見た|G*|÷sinδ)を向上させる改質材として、単独で、あるいはSBSと組み合わせて使われることがある。

　

もう一つ、資源循環の観点からとりわけ興味深い改質材が「ゴム改質アスファルト」(CRM、Crumb Rubber Modified asphalt)である。これは、廃棄された自動車タイヤを細かく粉砕して得られる「crumb rubber(ゴム粉)」を、SBSのような合成高分子の代わりにアスファルトへ混ぜ込む技術である。タイヤのゴムは、BOOK-0121第四章で見た熱硬化性の高分子(タイヤの製造過程で硫黄によって架橋された「加硫ゴム」)であり、SBSのような未架橋の高分子とは異なる挙動を示すが、アスファルトのマルテン中で膨潤・部分的に分散することで、SBSと同様に高温での耐わだち掘れ性・低温での耐ひび割れ性を高める効果を持つことが確認されている。廃タイヤという、本来は産業廃棄物として処分に困る資源を、道路の性能向上材料として再利用するこの技術は、第十一章で見るRAP(古い舗装の再利用)とは別の系統でありながら、「舗装工学が廃棄物の受け皿としても機能しうる」という、資源循環の発想をアスファルトそのものの改質にまで広げた興味深い実践例である。

　

### 1-7 硬いアスファルトと軟らかいアスファルト――同じ蒸留残渣でも用途が分かれる理由

　

第1-1節で見た減圧蒸留の工程は、実は一種類の製品だけを生み出すわけではない。減圧蒸留塔でどこまで蒸留を進めるか(どの温度・圧力で蒸留を止めるか)によって、残渣であるアスファルトの硬さは連続的に変化する。蒸留を浅く止めれば、より軽い成分を多く残した、比較的軟らかいアスファルトが得られ、蒸留を深く進めるほど、より重い成分だけが残った硬いアスファルトが得られる。舗装用のストレートアスファルトは、この蒸留の深さを調整することで、針入度60〜80、針入度40〜60といった複数のグレードとして作り分けられている。

　

同じ蒸留残渣であっても、さらに空気を吹き込みながら高温で酸化反応を進める「ブローイング」という追加処理を施すと、分子同士の結合(酸化による重合)が進み、常温で非常に硬く、温度変化に対する感受性が低い(温度が変わってもあまり性質が変わらない)「ブローンアスファルト(酸化アスファルト)」が得られる。ブローンアスファルトは舗装にはほとんど使われず、主に屋根の防水材料(ルーフィング)や、防水塗料の原料として利用される。「同じ石油残渣から出発しながら、後処理の違いで舗装用にも防水用にも化けわかれる」という事実は、第一章冒頭で述べた「アスファルトは単一の物質ではなく、分子量の異なる炭化水素の集合体である」という性質を、生産工程の観点からもう一度裏づけている。

　

### 1-8 世界のアスファルト生産と、その大半が舗装に使われるという事実

　

世界で生産されるアスファルトの用途別内訳を大づかみに見ると、生産量のおよそ85%前後が道路舗装用に、残りが屋根防水材・シーラント(目地材)・工業用途などに使われていると、業界団体の統計でしばしば紹介される。この比率は年や地域によって幅があるものの、「アスファルトという材料は、その大半が私たちの足元の道路として使われている」という大づかみの理解は、本書全体を貫く実感として押さえておく価値がある。世界の石油需要の中で舗装用アスファルトが占める割合そのものはごくわずか(原油処理量全体の1%に満たない水準)だが、生産される量そのものは、世界中の道路網の総延長を支えるのに十分なだけの、膨大な量にのぼっている。

　

### 1-9 アスファルト乳剤――水に浮かべて常温で使う工夫

　

第一章の締めくくりに、もう一つ重要なアスファルトの形態を紹介しておきたい。「アスファルト乳剤」である。ここまで見てきたアスファルトは、常温では硬い固体に近く、扱うには加熱して軟らかくする必要があった。しかし加熱設備のない現場や、応急的な補修、常温での作業が求められる場面では、加熱せずに使えるアスファルトが必要になる。

　

アスファルト乳剤は、微細なアスファルトの粒(直径にして数マイクロメートル程度)を、水の中に均一に分散させた乳液(エマルション)である。水と油(アスファルト)は本来なじまないが、「乳化剤」と呼ばれる界面活性剤(BOOK-0084で見た金属結合・イオン結合・共有結合とは異なる、分子の中に水になじみやすい部分〈親水基〉と油になじみやすい部分〈親油基〉を両方持つ特殊な分子)を少量加えることで、アスファルトの微粒子の表面を乳化剤の分子が取り囲み、水の中で安定して分散し続けられるようになる。乳化剤の種類(電気的にプラスに帯電するものを「カチオン系」、マイナスに帯電するものを「アニオン系」と呼ぶ)によって、乳剤が骨材表面とどう反応するかが変わり、日本ではカチオン系乳剤が広く使われている。

　

このアスファルト乳剤を骨材やひび割れに散布すると、水分が蒸発する、あるいは骨材の表面電荷と乳化剤が反応することで、乳剤中に分散していたアスファルト粒子同士が再びくっつき合い、水と分離してアスファルトという連続した膜に戻る。この現象を「破壊」(ブレーキング)と呼ぶ。第十二章で紹介するチップシール・マイクロサーフェシングといった予防的維持工法の多くは、この「常温では液体として扱え、散布後に破壊してアスファルトの膜に戻る」という乳剤の性質を利用している。

　

なお、アスファルト乳剤と類似の常温流動化技術に「カットバックアスファルト」(アスファルトを揮発性の溶剤〈灯油など〉で薄めて流動性を持たせたもの)があるが、溶剤が大気中に揮発する際の環境・安全面の課題から、近年は乳剤への置き換えが世界的に進んでいる。第12-7節で紹介した常温式クラックフィラーの多くも、この乳剤またはカットバックの技術系統に連なるものである。

　

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## 第二章 骨材という骨組み――砕石・砂・フィラーの世界

　

### 2-0 骨材はどこから来るのか――採石場という地球科学との接点

　

粒度設計やMarshallミックス設計法の話に入る前に、骨材がそもそもどこから採取されるのかという、地球科学(GAKUMON_UNIVERSE.mdの全体マップでいう「足元の惑星」)との接点に触れておきたい。骨材の産地は「採石場」(岩石を切り出し破砕する事業場)であり、その立地は地質図(その地域にどのような岩石がどう分布しているかを示す地図)をもとに、第2-5節で見た岩石の種類・品質・埋蔵量を事前に調査したうえで選定される。

　

採石場の選定にあたっては、単に岩石の品質が良いだけでなく、消費地(舗装工事の現場)までの輸送距離も、実務上きわめて重要な条件になる。骨材は舗装重量の94〜96%(第2-1節)を占める、体積・重量ともに非常にかさばる資材であるため、輸送コストが総工事費用に占める割合は無視できない。このため、都市近郊の良質な採石場は長年の採掘によって資源が枯渇しつつあり、第2-5節で見た製鋼スラグ・再生骨材といった代替資源の活用が進む背景の一つには、この「良質な骨材ほど、消費地から遠い場所でしか採れなくなってきている」という資源地理学的な事情もある。この構図は、BOOK-0084で見た「限られた資源の中でどの材料をどう選び、どう循環させるか」というトレードオフが、化学的な性質だけでなく、地理的な距離という現実的な制約とも切り離せないことを示している。

　

### 2-1 アスファルト舗装は「95%が石」でできている

　

意外に思われるかもしれないが、一般的なアスファルト混合物の重量のうち、アスファルト(バインダーとも呼ばれる)が占める割合はわずか4〜6%程度にすぎない。残りの94〜96%は、砕石・砂・石粉といった鉱物質の粒――総称して「骨材」――が占めている。アスファルトはいわば「のり」であり、舗装という構造物の強度の大半を実際に負担しているのは、骨材同士がかみ合って作る骨組みそのものである。

　

この事実は、舗装工学を学ぶうえで発想の転換を促す。アスファルト舗装を「アスファルトという黒い物質でできた道路」と捉えるのではなく、「骨材という石の粒がぎっしり詰まった構造物を、アスファルトという少量ののりで固めたもの」と捉え直すと、次章以降で扱う粒度設計やMarshallミックス設計法の意味がぐっと理解しやすくなる。

　

### 2-2 骨材の三分類――粗骨材・細骨材・フィラー

　

骨材は粒の大きさによって三種類に大別される。

　

第一に「粗骨材」。一般に2.36mmのふるいに残る(ふるいを通過しない)大きさの粒を指し、砕石(岩石を機械で割り砕いたもの)や玉砂利(河川などで自然に丸くなった石)が使われる。舗装用の粗骨材には、角が立っている(角張っている)砕石が好まれる。角張った粒同士は、丸い粒同士よりもかみ合い(専門的には「かみ合わせ」または「インターロッキング」と呼ばれる)が強く、荷重がかかったときに粒同士が滑りにくいためである。

　

この「角張り具合」を定量化する指標として、「偏平度指数」(粒の厚さが幅に対してどれだけ薄いか)と「細長度指数」(粒の長さが幅に対してどれだけ長いか)がある。それぞれ、規定の隙間を持つゲージ(ノギスに似た測定器具)に骨材粒を通し、そのゲージを通過する(すなわち偏平・細長である)粒の重量割合を百分率で表す。数値例で考えよう。ある骨材試料100gのうち、偏平度ゲージ(厚さが幅の0.6倍未満と判定される隙間)を通過した粒が18gだったとすると、偏平度指数=18÷100×100=18%となる。多くの設計基準では、この偏平度指数・細長度指数がそれぞれ25%程度を超えないことが求められる。偏平・細長な粒が多い骨材は、締固め時に割れやすく、かみ合わせも弱くなる(薄い板のような粒は、荷重方向によっては簡単に割れてしまう)ため、良質な粗骨材ほど、これらの指数が低い(サイコロに近い、丸みを帯びた立体的な形をした粒が多い)傾向がある。

　

第二に「細骨材」。2.36mmのふるいを通過し、0.075mmのふるいに残る大きさの粒を指し、天然の砂や、砕石を作る過程で生じる砕砂(さいさ)が使われる。細骨材は粗骨材同士のすき間を埋め、骨組み全体の密実さを高める役割を担う。

　

第三に「フィラー」。0.075mmのふるいを通過する、非常に細かい粉状の材料であり、石灰石を粉砕した石粉が代表的である。フィラーはアスファルトと一体になって「モルタル」のような役割を果たし、アスファルトの粘性を高めて骨材同士の結合をさらに強固にする働きを持つ。フィラーの一部はアスファルトの中に完全に分散し、通常のアスファルトとは区別して「マスチック」(フィラーとアスファルトが一体化した結合材)と呼ばれることもある。

　

### 2-3 骨材の物性――比重・吸水率・すりへり抵抗

　

骨材を評価するための基本的な物性値をいくつか押さえておこう。

　

まず「比重」。BOOK-0084第二章で見た密度(質量÷体積)の考え方を思い出してほしい。骨材の場合、内部に微細な空隙(すきま)を含むことが多いため、比重には三種類の定義がある。空隙をまったく含まない、骨材を構成する鉱物そのものの比重を「真比重」、骨材粒子の表面の凹凸まで含めた、水を吸い込んだ状態での比重を「かさ比重(表乾かさ比重)」、内部の空隙は含むが表面の吸水分は含まない状態での比重を「見掛け比重」と呼ぶ。この三つの違いは、次章のMarshallミックス設計法における体積計算で決定的に重要になる。

　

次に「吸水率」。骨材が最大限に水を吸い込んだときの、乾燥重量に対する吸水量の割合である。吸水率が高い骨材は、アスファルトを吸い込んでしまってアスファルト量の設計が狂いやすくなるほか、凍結融解(水を含んだ状態で凍ると体積が膨張し、ひび割れを誘発する現象)に対する耐久性が低くなる傾向があるため、一般に吸水率の低い緻密な骨材が好まれる。

　

最後に「すりへり抵抗」。骨材が交通荷重によってどれだけすり減りやすいかを示す指標であり、代表的な試験に「ロサンゼルス試験(すりへり減量試験)」がある。これは規定量の骨材と鋼球を回転するドラムに入れ、一定回数(標準は500回転)回転させたあと、細かく砕けてしまった骨材の重量割合(すりへり減量、単位は%)を測定する試験である。すりへり減量が小さい(硬く、砕けにくい)骨材ほど、交通荷重に対する耐久性が高いと評価される。

　

### 2-4 骨材とアスファルトの相性――はく離という弱点

　

骨材とアスファルトを混ぜ合わせても、両者の相性が悪ければ長続きしない。骨材の表面からアスファルトの膜が水の作用ではがれ落ちてしまう現象を「はく離」と呼び、はく離が進むと骨材同士の結合が失われ、舗装の耐久性が急激に低下する。

　

はく離の起こりやすさは、骨材の鉱物学的な性質によって左右される。一般に、石英質の骨材のように表面が水になじみやすい(専門的には「親水性」と呼ばれる)性質を持つ骨材は、アスファルト(炭化水素であり、水になじみにくい「疎水性」の性質を持つ)との相性が悪く、はく離を起こしやすい傾向がある。逆に石灰岩のような塩基性の鉱物を多く含む骨材は、アスファルトとの化学的な結合(専門的には酸性の官能基を持つアスファルト成分と塩基性の骨材表面が結びつく反応)が起こりやすく、はく離への耐性が高い傾向がある。

　

はく離への対策としては、消石灰(水酸化カルシウム)をフィラーの一部として添加したり、「はく離防止剤」と呼ばれる添加剤をアスファルトに混ぜたりする方法が実務で広く使われている。これらの添加剤は、骨材表面とアスファルトの結合を化学的に補強する役割を果たす。骨材とアスファルトという二つの異なる材料を組み合わせるときに、界面(二つの材料が接する面)の相性が全体の耐久性を左右する、という発想は、BOOK-0121第五章で見た複合材料(CFRPにおける繊維と樹脂の界面など)の考え方とも通じるものがある。

　

はく離への耐性を数値で評価する標準試験に「TSR試験」(Tensile Strength Ratio、引張強さ比試験)がある。これは、同じ配合の供試体を二組用意し、一方は乾燥状態のまま、もう一方は水浸・凍結融解などの水の作用を人工的に加えたのちに、それぞれ間接引張強さ(円柱形の供試体を横向きに置いて圧縮し、内部に生じる引張応力で割裂させる試験、専門的には「割裂試験」とも呼ばれる)を測定し、水の作用を受けた供試体の強さが、乾燥供試体の強さの何%を維持できたかを算出する試験である。このTSR(比率)が、規定の基準値(たとえば70〜80%程度)を下回る場合、その配合ははく離への耐性が不十分であると判断され、前段落で見たはく離防止剤の添加や、骨材の見直しが必要になる。

　

### 2-5 骨材はどんな岩石からできているか――岩石の種類と舗装への向き不向き

　

骨材のもとになる岩石は、地質学的な成り立ちによって「火成岩」(マグマが冷え固まってできた岩石。安山岩・玄武岩・花崗岩などが代表例)、「堆積岩」(砂や泥、生物の遺骸などが積み重なって固まった岩石。砂岩・石灰岩などが代表例)、「変成岩」(火成岩や堆積岩が地下の高温・高圧で性質を変えた岩石。片麻岩などが代表例)の三種類に大別される。BOOK-0084第一章で見た「天然材料の性質を経験的に理解し使い分けてきた歴史」は、骨材選びにもそのまま当てはまる。

　

安山岩や玄武岩は硬く緻密でロサンゼルス試験(第2-3節)のすりへり減量が小さい傾向があり、粗骨材として好んで使われる。石灰岩は硬さでは安山岩にやや劣ることがあるが、第2-4節で見たようにアスファルトとの化学的な結合性(はく離への耐性)に優れる傾向があり、フィラー(石粉)の原料としても広く使われる。花崗岩は日本の山間部で豊富に産出する一方、風化が進んだ花崗岩(まさ土の原料になるような)はもろく、骨材としての品質にばらつきが出やすいことが知られている。

　

近年では、天然の岩石資源の枯渇や採石場の環境負荷(景観の改変・粉じん・生態系への影響)への配慮から、代替骨材の活用も進んでいる。代表例が、製鉄所の電気炉・転炉から発生する副産物である「製鋼スラグ」であり、適切に処理されたスラグは硬く、表面が粗いため骨材との相性(スキッド抵抗性、路面の滑りにくさ)にも優れることから、一部の舗装で天然骨材の代替として実用化されている。同様に、コンクリート構造物を解体して得られる「再生骨材」(コンクリート塊を破砕したもの)も、路盤材料として活用が進んでいる。これらは、第十一章で扱う再生舗装(RAP)と並ぶ、舗装工学における資源循環の実践例である。

　

### 2-6 すべりにくさという安全性能――スキッド抵抗性とすり減りへの耐性

　

骨材の役割は、これまで見てきた強度や耐久性だけにとどまらない。路面のもっとも表面に露出した骨材の粒は、タイヤと路面の間の摩擦力を生み出す、安全上決定的に重要な役割を担っている。この「すべりにくさ」を専門的には「スキッド抵抗性」(skid resistance)と呼ぶ。

　

骨材のスキッド抵抗性を評価する試験として、「ポリッシュストーンバリュー試験」(PSV、Polished Stone Value)がある。これは、骨材の試料を専用の機械で人工的にすり減らし(実際の交通による長期間の摩耗を加速的に再現する)、すり減らした後の表面の滑りにくさを測定する試験である。石灰岩のような、比較的軟らかい鉱物を多く含む骨材は、交通によってすり減ると表面が鏡のように滑らかになり(専門的には「ポリッシング」と呼ばれる)、スキッド抵抗性が大きく低下しやすい傾向がある。一方、硬さの異なる複数の鉱物が混在する骨材(たとえば安山岩の一部)は、すり減る速さが鉱物ごとに異なるため、表面に微細な凹凸が保たれやすく(専門的には「差別摩耗」と呼ばれる現象)、スキッド抵抗性が長期間にわたって維持されやすいことが知られている。

　

路面全体としてのすべりにくさを評価する現場試験には、車両に専用のタイヤを取り付けて走行させながら測定する「ロックドホイール試験」や、振り子状の測定器を手動で路面に振り下ろして摩擦力を測る「振り子式スキッドレジスタンステスタ」などがある。これらの試験結果は「すべり抵抗値」として道路の維持管理基準に組み込まれ、特に交差点やカーブ、坂道など、急な制動や旋回が求められる区間では、より高いすべり抵抗性を持つ骨材(硬質で差別摩耗しやすい岩種)を意図的に選定することが、実務上の常識になっている。第三章で見る粒度設計や、第十二章で見る排水性舗装(路面の水膜を減らすことで、ぬれた路面でのスキッド抵抗低下=ハイドロプレーニングのリスクを下げる)とあわせて、骨材の選定は舗装の安全性能に直結する要素である。

　

### 2-6a スパイクタイヤ問題という、日本が経験した苦い教訓

　

第2-6節で見たスキッド抵抗性・すり減りの話に関連して、日本の舗装史における重要な出来事を一つ紹介しておきたい。1970年代から1980年代にかけて、雪や氷の路面での走行安全のために、タイヤの表面に小さな金属鋲(スパイク)を埋め込んだ「スパイクタイヤ」が積雪寒冷地を中心に広く普及した。しかしスパイクタイヤは、氷雪のない乾いた路面を走行する際にも、金属鋲が路面の骨材やアスファルトを直接削り取ってしまうため、第2-3節で見たロサンゼルス試験が想定するような通常の交通摩耗とはまったく異なる、非常に激しい速度で路面を摩耗させることが社会問題になった。摩耗によって発生する粉じん(削り取られた骨材やアスファルトの微粒子)が、沿道の大気汚染・健康被害の原因としても指摘されるようになり、日本では1990年に「スパイクタイヤ粉じんの発生の防止に関する法律」が施行され、積雪路面以外でのスパイクタイヤの使用が原則禁止されるに至った。

　

この歴史的な出来事は、本書のこれまでの議論に重要な教訓を加えてくれる。第2-6節で見たすり減り抵抗性の設計は、あくまで「通常の交通(ゴムタイヤ)による摩耗」を前提にしたものであり、金属鋲のような、想定を超えた摩耗メカニズムには無力である、という事実である。スパイクタイヤの規制以降、冬季の安全確保は、金属鋲に頼らず氷雪をつかむ特殊なゴム配合を持つ「スタッドレスタイヤ」(タイヤ側の技術)へと主軸が移り、路面側では第八章で見た凍上対策や、融雪剤の散布(第12-4a節で触れた腐食への影響とあわせて検討される)といった、道路側の技術でこれを補う形に落ち着いた。「一つの技術的な問題解決策(スパイクタイヤ)が、別の予期せぬ工学的な副作用(路面の異常摩耗・粉じん公害)を生み、社会全体でその副作用が許容できないと判断されたときに、技術の主軸そのものが転換される」というこの経緯は、材料工学における設計判断が、純粋な力学の問題だけでなく、環境・健康・社会的合意という、より広い文脈の中で下されるものであることを示す、示唆に富む実例である。

　

### 2-7 凍っても壊れない骨材か――安定性試験(ソーンドネス試験)

　

第六章で見る低温ひび割れは主にアスファルトバインダーの脆化に着目した破壊モードだが、骨材そのものもまた、水を含んだ状態での凍結融解の繰り返しによって、内部からもろくなっていくことがある。骨材の内部にある微細な空隙に水がしみ込み、凍結して体積膨張を起こすたびに、骨材の粒そのものにごく微細な損傷が蓄積し、最終的には粒がひび割れたり崩れたりしてしまう。この耐久性を評価する標準試験が「安定性試験」(ソーンドネス試験、Soundness Test)である。

　

この試験では、骨材の試料を硫酸ナトリウムまたは硫酸マグネシウムの飽和溶液に浸したあと乾燥させる、という操作を複数回(標準的には5サイクル)繰り返す。溶液中の塩类が骨材の空隙内で結晶として析出する際の圧力が、天然の凍結による体積膨張の作用を模擬的に再現する仕組みになっており、実際に凍結融解の試験を何年もかけて行う代わりに、この化学的な結晶圧を利用することで、短期間のうちに骨材の耐久性を評価できるようにしている。試験後、崩れたり細かくなったりした骨材の重量減少率が、規定の基準値を超えないことが、寒冷地で使用する骨材に求められる品質基準の一つになっている。第2-3節で見たロサンゼルス試験(力学的な摩耗への耐性)と、この安定性試験(化学的・物理的な凍結融解への耐性)は、どちらも骨材の「壊れにくさ」を評価する試験でありながら、着目する劣化のメカニズムがまったく異なる、対になる試験だと理解しておくとよい。

　

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## 第三章 粒度設計の基礎――ふるいにかけて描く曲線

　

### 3-1 ふるい分け試験――骨材の「顔ぶれ」を数字にする

　

第二章で見た粗骨材・細骨材・フィラーを、実際にどれだけの割合で混ぜ合わせるかを決める作業が「粒度設計」である。その出発点になるのが「ふるい分け試験」である。目の開きが規格化された複数のふるい(たとえば26.5mm・19mm・13.2mm・4.75mm・2.36mm・0.6mm・0.3mm・0.15mm・0.075mmなど)を目の粗いものから細かいものへ順に重ね、その最上段に骨材試料を入れて機械で振動させる。すると粒の大きさに応じて、骨材は対応するふるいの上にとどまる。

　

各ふるいにとどまった(または通過した)骨材の重量を全体の重量に対する百分率で表したものを、ふるいの目の開きを横軸(対数目盛)、通過質量百分率を縦軸にとってグラフに描いたものが「粒度曲線」である。この曲線の形が、その骨材配合が「密に詰まっているか」「粗い粒に偏っているか」「特定の粒径が抜け落ちているか」を一目で示してくれる。

　

### 3-2 密粒度・開粒度・ギャップ粒度――曲線の形がもたらす個性

　

粒度曲線の形によって、アスファルト混合物はいくつかのタイプに分類される。

　

「密粒度」は、粗骨材から細骨材、フィラーまで、あらゆる粒径がバランスよく含まれ、粒度曲線がなめらかに右上がりのカーブを描くタイプである。粒同士のすき間が細かい粒でよく埋められるため、空隙が少なく密実な構造になり、耐久性・耐水性に優れる。日本をはじめ多くの国で、もっとも標準的に使われる混合物である。

　

「開粒度」は、あえて細骨材やフィラーを減らし、粗骨材同士のすき間を大きく残したタイプである。すき間が大きいぶん、雨水が舗装の表面から内部を通って速やかに排水される。これを積極的に活用したのが「排水性舗装」であり、路面に水がたまりにくくハイドロプレーニング現象(タイヤと路面の間に水膜ができて滑走する現象)を抑えられるほか、走行音を低減する効果も知られている。ただし空隙が多いぶん、密粒度に比べて強度や耐久性ではやや劣る傾向がある。

　

「ギャップ粒度」は、粒度曲線の途中、特定の粒径の範囲だけをあえて大きく減らしたタイプである。粗い粒同士が直接かみ合う骨組みを作り、その大きなすき間をアスファルトと少量の細骨材・フィラーからなる粘り気の強いモルタルで満たす。このタイプの代表例が「ポーラスアスファルト」やSMA(砕石マスチック混合物)と呼ばれる混合物であり、耐流動性(わだち掘れへの耐性、第六章で扱う)に優れる特徴を持つ。

　

SMAの設計思想をもう少し詳しく見ておこう。SMAは、粗骨材の配合比率を密粒度混合物よりも大幅に高め(重量比でおおむね70〜80%程度に達することもある)、粗骨材同士が互いに直接接触し合う「ストーン・オン・ストーン」構造(第2-2節で見たかみ合わせを、粒度設計によって最大限に引き出した構造)を作り出す。この構造により、荷重は骨材同士の直接接触を通じて伝わり、アスファルト(のり)自体の粘弾性的な弱さ(第五章で見た、高温で軟化する性質)に、構造全体の強度が依存しにくくなる。

　

一方でSMAは、粗骨材同士のすき間を埋めるマスチック(フィラーとアスファルトが一体化した結合材、第2-2節参照)の割合が多く、アスファルト量そのものは密粒度混合物より高めに設計される。アスファルト量が多いと、第4-1節で見たブリージング(高温時にアスファルトが表面ににじみ出る現象)に加え、製造直後の高温状態でアスファルトが下方へ垂れ落ちてしまう「ドレインダウン」という現象が起こりやすくなる。これを防ぐため、SMAには少量の繊維材料(セルロース繊維や鉱物繊維)が添加されることが多く、この繊維がアスファルトを繊維の表面張力によって保持し、ドレインダウンを防ぐ役割を果たす。「骨材の骨組みで強さを、繊維でアスファルトの保持を、それぞれ別の部品が分担する」というSMAの設計思想は、BOOK-0121第五章で見たCFRP(繊維が強度を、母材が力の伝達を担当する分業)とは異なる形でありながら、複合材料設計に共通する「役割分担」の発想を、舗装工学の文脈で体現した好例である。

　

### 3-3 フラーの理想粒度曲線――もっとも密に詰まる配合を数式で描く

　

骨材をできるだけ密に(すき間なく)詰めるための理論的な指針として、20世紀初頭にアメリカの技術者フラー(W. B. Fuller)らが提案した「最大密度理論」に基づく粒度曲線がある。これは次の式で表される。

　

P(d) = 100 × (d / D)^n

　

ここでP(d)はふるいの目の開きdを通過する質量百分率(%)、Dはその混合物に含まれる骨材の最大粒径、nは曲線の形を決める指数である。フラーはこの指数nをおよそ0.5とすることでもっとも密な充填が得られるとしたが、その後の研究の蓄積により、アスファルト混合物の設計(特にアメリカのSuperpave設計法)では、n=0.45とした「0.45乗曲線」が標準的な参考線として広く使われるようになった。

　

この式が意味するところを直感的に説明しよう。仮に骨材の粒がすべて同じ大きさの球だったとすると、大きな球のすき間に、その次に大きな球が入り込み、さらにそのすき間により小さな球が入り込み……というように、粒径が幾何学的な比率で小さくなっていく配合であれば、全体としてもっとも密に詰まる、という考え方である。この理屈は、BOOK-0084第二章で紹介した「結晶を果物箱に果物を詰める作業にたとえる」話と、スケールこそまったく違うものの、「できるだけ隙間なく詰めようとすると自然と規則性が生まれる」という発想の骨格を共有している。

　

ただし、骨材を最大密度理論どおりに配合すればそれで最良というわけではない。空隙が少なすぎると、アスファルトを保持するすき間そのものが足りなくなり、次章で扱う「骨材間隙率(VMA)」の基準を満たせなくなる問題が生じる。そのため実務の粒度設計では、フラー曲線(0.45乗曲線)を「目安の参考線」として使いながら、実際の配合はその線からあえて意図的にずらす(特にSuperpave設計法では、0.45乗曲線を「制限領域」を避けるための基準線として使う)、という高度な調整が行われる。この「理論値をそのまま採用せず、目的に応じて意図的にずらす」という発想は、材料設計の随所で繰り返し現れる実務の知恵である。

　

### 3-4 検算してみる――複数の骨材をブレンドした合成粒度を計算する【数値例1】

　

実務では、粗骨材・細骨材・フィラーをそれぞれ単独の山(ストックパイル)から、狙った配合比率で混ぜ合わせて目的の粒度を作り出す。この計算を具体的な数値で確かめておこう。

　

いま、粗骨材A(重量比60%で配合)・細骨材B(重量比35%で配合)・フィラーC(重量比5%で配合)の三種類の骨材を混ぜ合わせるとする。それぞれの骨材について、4.75mmのふるいを通過する質量百分率が、Aで10%、Bで95%、Cで100%だったとする。このとき、合成後の骨材全体で4.75mmふるいを通過する質量百分率(合成粒度)は、各骨材の通過率を配合比率で加重平均することで求められる。

　

合成通過率 = (0.60 × 10) + (0.35 × 95) + (0.05 × 100)

= 6.0 + 33.25 + 5.0

= 44.25%

　

自己検算: 配合比率の合計は0.60+0.35+0.05=1.00(100%)であり、加重平均の重みの合計が1になっていることをまず確認する。次に各項を足し戻すと6.0+33.25=39.25、これに5.0を足すと44.25となり、計算の過程に誤りがないことが確認できる。仮にこの舗装の設計基準で「4.75mmふるいの通過率は目標値40〜50%」と定められていたとすれば、44.25%はこの範囲に収まっており、配合比率60:35:5は妥当な出発点であると判断できる。実務ではこの計算を、13.2mm・2.36mm・0.6mm・0.075mmなど、規格で定められたすべてのふるい目について行い、粒度曲線全体が目標の範囲(規格で「粒度範囲」として上限線・下限線が定められている)に収まっているかを一つずつ確認していく。

　

この計算は「配合比率が先に決まっていて、結果の粒度を求める」という順方向の計算だったが、実務ではしばしばこの逆――「目標とする通過率が先に決まっていて、それを満たす配合比率を逆算する」という問題にも直面する。単純化のため、粗骨材Aと細骨材Bの二種類だけを混ぜる場合を考えよう。Aの4.75mm通過率が10%、Bの4.75mm通過率が95%であり、目標の合成通過率を45%としたい場合、Aの配合比率をxとすると(Bの配合比率は1−x)、次の一次方程式が成り立つ。

　

10x + 95(1−x) = 45

　

これを展開すると、10x + 95 − 95x = 45、すなわち −85x = 45 − 95 = −50、したがってx = 50 ÷ 85 = 0.588 ≒ 58.8%。

　

自己検算: x=0.588としてもとの式に代入すると、10×0.588 + 95×(1−0.588) = 5.88 + 95×0.412 = 5.88 + 39.14 = 45.02 ≒ 45となり、目標値とほぼ一致する(丸め誤差の範囲内)。したがって粗骨材Aをおよそ58.8%、細骨材Bをおよそ41.2%配合すれば、4.75mmふるいの通過率45%という目標を満たせることになる。骨材が三種類以上になると、この一次方程式は複数のふるい目についての連立方程式(あるいは、目標粒度曲線との差を最小にする最適化問題)に発展するが、考え方の根っこは、この二骨材の一次方程式とまったく同じである。

　

この「複数の材料を決まった比率で混ぜ、加重平均で全体の性質を予測する」という計算手法は、次章のMarshallミックス設計法における体積計算や、BOOK-0084で見た合金の配合設計とも共通する、材料工学に広く使われる基本的な考え方である。

　

### 3-4a 均一に混ざったはずが、なぜ偏るのか――セグリゲーションという落とし穴

　

第3-4節までの計算は、骨材が完全に均一に混ざり合っていることを前提にしていた。しかし実務では、いくら配合設計が正確でも、実際の混合物が現場で均一な品質を保てるとは限らない。「セグリゲーション」(材料分離)と呼ばれるこの現象は、粗骨材と細骨材の比重・粒径の違いにより、混合物を運搬・積み下ろしする過程で、粗い粒と細かい粒が偏って分かれてしまう現象である。

　

セグリゲーションが生じた箇所では、局所的に粗骨材が集中して空隙率が高くなりすぎたり、逆に細骨材・フィラーが集中してアスファルトが過多になったりし、第四章で見た体積特性(Va・VMA・VFA)の設計値から外れた、弱い部分が舗装内にまだら状に生じる。これは第4-7節で見たPWL仕様における統計的なばらつきの、いわば「空間的な」側面である。品質管理においては、時間的なばらつき(サンプリングごとの変動)と、空間的なばらつき(同じロット内での場所による偏り)の両方に注意を払う必要がある、という点をここで付け加えておきたい。粒度設計(第三章)がどれほど精緻な数式で行われても、それを均一に保ち続けるという、いわば「守りの品質管理」がなければ、設計上の数字は絵に描いた餅に終わってしまう。

　

### 3-5 混合物の呼び名――日本の分類とアメリカのSuperpave規制ゾーン

　

粒度設計の考え方は世界共通だが、実際にどう分類・命名するかは国や設計体系によって異なる。日本の舗装分野では、混合物の最大粒径や粒度の粗さに応じて「密粒度アスファルト混合物(13)」「密粒度アスファルト混合物(20)」(括弧内の数字は概略の最大粒径をミリメートルで示す)、より細かい粒度の「細粒度アスファルト混合物」、開粒度の「排水性舗装用混合物」といった名称が、道路の設計指針の中で体系的に整理されている。この命名規則を知っておくと、日本の道路工事の設計図書に登場する混合物名が、本章で見た密粒度・開粒度・ギャップ粒度のどれに当たるかを即座に読み解けるようになる。

　

一方、アメリカのSuperpave設計法では、第3-3節で見たフラーの0.45乗曲線を単なる目安としてだけでなく、より積極的に活用する。Superpaveでは、粒度曲線が通過すべき範囲を示す複数の「規制点(control points)」を主要なふるい目ごとに定め、さらに0.45乗曲線のグラフ上で、粒度曲線がなるべく避けるべきとされる「制限区域(restricted zone)」を設定する。この制限区域を避けるように粒度を設計することで、細骨材が多すぎて骨材同士のかみ合いが弱くなる(専門的には「細粒分が多すぎる」ことに由来するわだち掘れへの弱さ)混合物を避けられる、という考え方に基づいている。ただし、この制限区域の設定については、その後の研究で「必ずしも避けなければならないわけではない」という再検証も行われており、Superpave設計法自体、確立と改良を繰り返しながら現在に至っている、という経緯も付記しておく。

　

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## 第一部の休憩所――ここまでの要点

　

第一部では、アスファルト舗装という複合材料の二つの構成要素を見てきた。アスファルトは石油の蒸留残渣であり、無数の炭化水素分子(SARA分画でいう飽和分・芳香族分・レジン分・アスファルテン分)が混ざり合ったコロイド分散系であるがゆえに、温度が上がると連続的に軟らかくなるという性質を持つ(第一章)。骨材は舗装重量の94〜96%を占める「本当の骨組み」であり、粗骨材・細骨材・フィラーの三分類、比重・吸水率・すりへり抵抗という物性、そしてアスファルトとの相性(はく離)が耐久性を左右する(第二章)。この二つの材料をどう配合するかを決めるのが粒度設計であり、ふるい分け試験・粒度曲線・フラーの最大密度理論(0.45乗曲線)が、密粒度・開粒度・ギャップ粒度という異なる個性を持つ混合物を生み出す土台になっている(第三章)。

　

次の第二部では、この二つの材料――アスファルトと骨材――を「では実際に何%ずつ混ぜればよいのか」という問いに、数値で答えるMarshallミックス設計法に進む。

　

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# 第二部 実務設計編(水準四〜六)

　

第一部で、アスファルトと骨材という二つの材料の「顔ぶれ」を見てきた。第二部では、いよいよこの二つを実際に混ぜ合わせる段階に進む。ここからは、単なる材料の性質の説明にとどまらず、「どれだけ混ぜるべきか」「その混ぜ方が本当に十分な性能を発揮するか」を、測定可能な数値で検証する、実務設計の核心に踏み込んでいく。第四章のMarshallミックス設計法は、本書の中でもっとも計算量の多い章の一つであり、ここでの体積計算(Gmm・Va・VMA・VFA)の考え方は、第三部以降でも繰り返し土台として使われる。じっくりと数式を追いながら読み進めてほしい。

　

## 第四章 Marshallミックス設計法――最適アスファルト量を求める

　

### 4-1 なぜ「最適」なアスファルト量が存在するのか

　

第一部で見たように、アスファルト混合物の大部分は骨材であり、アスファルトはそれを結びつける少量ののりにすぎない。ではこの「少量」とは、具体的にどれだけの量が正解なのだろうか。

　

直感的には、アスファルトを多く入れるほど骨材同士の結合が強くなり、丈夫な舗装になりそうに思える。しかし実際にはそうならない。アスファルトを入れすぎると、骨材のすき間がアスファルトで満たされきってしまい、夏場の高温時にアスファルトが軟化すると、行き場を失ったアスファルトが表面ににじみ出てくる(専門的には「ブリージング」または「泌油」と呼ばれる現象)。この状態になると骨材同士が直接支え合う力(かみ合わせ)が失われ、車の重みで舗装がずるずると押し流される「わだち掘れ」が起こりやすくなる。

　

逆にアスファルトが少なすぎると、骨材同士を結びつける力が不足し、骨材が舗装表面からばらばらと剥がれ落ちる「剥離(はくり、粒状剥離)」が起こりやすくなるほか、混合物内部にすき間が多く残るため、そこに水が浸入して凍結融解によるひび割れや、前章で見たはく離を促進してしまう。

　

つまりアスファルト量には、多すぎても少なすぎても不具合が生じる「ちょうどよい範囲」が存在する。この「ちょうどよいアスファルト量」を、実験に基づいて科学的に決定する手法として、1939年にアメリカ・ミシシッピ州道路局の技術者ブルース・マーシャル(Bruce Marshall)によって考案されたのが「Marshallミックス設計法」である。その後アメリカ陸軍工兵隊(U.S. Army Corps of Engineers)によって手法が改良・標準化され、第二次世界大戦後、世界中の道路機関で長年にわたり標準設計法として採用されてきた。近年ではよりコンピュータ計算を活用した性能規定型の設計法(Superpave設計法など)への移行も進んでいるが、Marshall法は今なお多くの国・現場で使われ続けており、その考え方を理解することは舗装工学の実務における必須の教養である。

　

### 4-2 試験の手順――突き固めから安定度・流値の測定まで

　

Marshallミックス設計法の実験手順は、次のように進む。

　

まず、骨材配合(第三章で設計した粒度)に対して、複数の異なるアスファルト量(たとえば4.0%・4.5%・5.0%・5.5%・6.0%というように、0.5%刻みで5段階程度)で試験用の供試体(円柱形のミニチュア舗装サンプル)を作製する。ここで一点、混乱しやすい注意点を明確にしておきたい。本章で用いるアスファルト量Pbは、特に断らない限り「混合物全体の重量に対する百分率」(内割り、混合物100gのうちアスファルトが何gか)であり、「骨材重量に対する百分率」(外割り、骨材100gに対してアスファルトを何g追加するか)とは異なる定義である。この二つの定義は数値が微妙に異なるため(たとえば骨材100gに対しアスファルト5.26gを外割りで加えた場合、混合物全体は105.26gとなり、内割りのPbは5.26÷105.26×100≒5.0%になる)、設計図書やソフトウェアがどちらの定義を採用しているかを最初に確認することが、実務上の初歩的だが重要な注意点である。本書は以降、特に断りのない限りすべて内割り(混合物全体重量に対する百分率)で統一する。供試体は直径101.6mm(4インチ)・高さ63.5mm(2.5インチ)という規格化された円柱形に、規定の突き固め回数(想定する交通量に応じて片面50回または75回、両面で突き固める)でハンマーによって締め固めて作る。

　

なお、骨材とアスファルトを混ぜ合わせる混合所の設備には、大きく分けて「バッチ式プラント」(骨材を計量した一定量の「バッチ」ごとに、加熱・アスファルトとの混合を行う方式)と「連続式(ドラム)プラント」(骨材を連続的に計量・投入しながら、回転するドラムの中で加熱と混合を同時に連続して行う方式)という二つの系統があることに触れておく。バッチ式は配合の切り替えが柔軟で、少量多品種の生産に向く一方、連続式は大量生産時の生産性に優れるとされる。本書は§16.18の安全境界に従い、これらの設備の運転手順そのものには立ち入らず、設計上の視点(第4-3節で見た体積特性を狙いどおりに実現するための、配合精度の重要性)にとどめる。

　

出来上がった供試体を60℃の水浴に一定時間浸したのち、「Marshall安定度試験機」という専用の試験機にかけ、供試体を横向きに置いて、上下から一定の速度で圧縮荷重をかけていく。このとき供試体が破壊に至るまでに耐えた最大荷重を「安定度(Stability)」と呼び、単位はキロニュートン(kN)またはポンド重(lbf)で表される。安定度は、その混合物がどれだけの荷重に耐えられるかを示す、いわば混合物の「強さ」の指標である。

　

なお、供試体の高さは規定の63.5mm(2.5インチ)に近づけて作製するが、実際にはわずかな誤差が生じることが避けられない。供試体が規定より薄い(または厚い)場合、測定される安定度の値そのものが実際より小さく(または大きく)出てしまうため、供試体の実測高さに応じた「補正係数」(標準の高さに対する比率をもとに、あらかじめ試験規格の表で定められている係数)を、測定した安定度に掛け合わせて標準高さ相当の値に換算する。たとえば、規定よりわずかに薄い供試体(補正係数がおおむね1.09程度になるような高さ)で測定した安定度が9.0kNだった場合、補正後の安定度は9.0kN×1.09≒9.81kNとなる。この補正を怠ると、同じ配合であっても供試体ごとの高さのばらつきによって安定度の測定値がばらつき、第4-7節で見たPWL仕様における標準偏差を不必要に大きく見積もってしまう原因になる。「測定条件の微小なずれを、あらかじめ用意された換算表で補正する」というこの手続きは、地味だが、Marshall試験の再現性を保つ上で欠かせない実務上の作法である。

　

同時に、最大荷重に達するまでに供試体がどれだけ変形したか(縮んだか)をミリメートル単位で測定し、これを「流値(Flow)」と呼ぶ。流値は、その混合物がどれだけ柔軟に変形できるか、いわば「粘り強さ」に近い性質を示す指標である。安定度が高すぎて流値が極端に小さい(硬すぎる)混合物は、荷重の変化に追従できず脆く割れやすい傾向があり、逆に流値が大きすぎる(柔らかすぎる)混合物は変形しやすくわだち掘れを起こしやすい傾向がある。多くの設計基準では、安定度に下限値、流値に上下限の範囲(たとえば2.0〜4.0mm程度)を設けることで、この両極端を避けるよう規定している。

　

### 4-3 体積特性という、もう一つの評価軸――理論最大密度から空隙率へ

　

安定度・流値という力学的な測定値に加えて、Marshallミックス設計法のもう一つの柱が「体積特性」の計算である。これは、供試体の中に骨材・アスファルト・空気(空隙)がそれぞれどれだけの体積割合で存在しているかを、実測した重量と比重から逆算する手法であり、Marshall法の中でもっとも計算力を要する部分である。

　

まず基準になるのが「理論最大密度」(記号はGmm、Rice比重とも呼ばれ、考案者チャールズ・ライス〈Charles Rice〉の名にちなむ)である。これは、もしその混合物の中に空隙が一切なかったとしたら(骨材とアスファルトだけがすき間なく詰まっていたとしたら)実現するはずの、理論上の最大密度を意味する。この値は実験室で「真空フラスコ法(ライス試験)」と呼ばれる方法で実測することもできるが、次の式によって骨材とアスファルトそれぞれの比重と配合比率から計算で求めることもできる。

　

Gmm = 100 ÷ [ (Ps ÷ Gsb) + (Pb ÷ Gb) ]

　

ここでPsは混合物全体重量に対する骨材の重量百分率(%)、Pbは混合物全体重量に対するアスファルトの重量百分率(%、Ps+Pb=100)、Gsbは骨材の合成比重(第二章で見た「かさ比重」を配合比率で加重平均した値)、Gbはアスファルトの比重である。

　

次に、実際に突き固めて作った供試体の密度を実測する。供試体を空気中で秤量した重量と、水中で秤量した重量の差(これがアルキメデスの原理により供試体の体積に相当する)から密度を求めるこの方法で得られる値を「かさ密度」(記号はGmb)と呼ぶ。

　

この二つの密度――理論上の最大密度Gmmと、実際に突き固めて得られたかさ密度Gmb――を比較すれば、その供試体の中にどれだけの空気の隙間(空隙)が残っているかがわかる。これを百分率で表したものが「空隙率」(記号はVa、Voids in total mix)であり、次の式で求められる。

　

Va = 100 × (Gmm − Gmb) ÷ Gmm

　

空隙率は、Marshallミックス設計法における最重要指標の一つである。空隙率が小さすぎる(密実すぎる)混合物は、前節で見たブリージングやわだち掘れを起こしやすく、逆に大きすぎる(すき間が多すぎる)混合物は、水や空気の浸入によって酸化劣化やはく離を起こしやすい。多くの設計基準では、交通量に応じて空隙率の目標範囲(たとえば3〜5%程度)を定めている。

　

### 4-4 骨材間隙率(VMA)とアスファルト充填率(VFA)――もう二つの体積指標

　

空隙率Vaと並んで、Marshallミックス設計法では「骨材間隙率」(VMA、Voids in Mineral Aggregate)と「アスファルト充填率」(VFA、Voids Filled with Asphalt)という二つの指標も計算される。

　

VMAは、骨材粒子だけが占める体積を除いた、残りの空間(アスファルトと空隙を合わせた体積)が、供試体全体に対してどれだけの割合を占めるかを示す指標であり、次の式で求められる。

　

VMA = 100 − (Gmb × Ps ÷ Gsb)

　

VMAが小さすぎると、骨材粒子同士のすき間が狭すぎて、そこにアスファルトの膜を十分な厚さで行き渡らせる余地がなくなる。アスファルトの膜が薄すぎると、経年による酸化(アスファルトが空気中の酸素と反応して硬く脆くなっていく劣化現象)の影響を受けやすくなり、耐久性が損なわれる。そのためVMAには、骨材の最大粒径に応じた最小値(たとえば最大粒径13.2mmの混合物ではVMA最小14%程度、というように規定される)が設けられている。

　

VFAは、VMA(骨材以外の空間)のうち、実際にアスファルトで満たされている割合を示す指標であり、次の式で求められる。

　

VFA = 100 × (VMA − Va) ÷ VMA

　

VFAが低すぎればアスファルトの量が不足気味であることを、高すぎればアスファルトが過剰でブリージングのリスクが高いことを示唆する。VMA・Va・VFAという三つの指標は互いに数式でつながっており、どれか二つが決まれば残り一つも自動的に決まる関係にある。この三点セットを、狙った交通量・気候条件に応じた基準値の範囲にすべて収めることが、Marshallミックス設計法における体積面での「合格条件」になる。

　

### 4-5 検算してみる――空隙率・骨材間隙率・アスファルト充填率を実際に計算する【数値例2】

　

ここまで紹介した式を使って、具体的な数値でMarshallミックス設計の体積計算を最初から最後まで検算してみよう。これは本書の数値例の中でも中核をなす計算であり、設計書(SEKKEI-A19)が名指しで要求する「空隙率の計算等」の具体例にあたる。

　

前提条件を次のように設定する。骨材の合成比重(かさ比重)Gsb = 2.700、アスファルトの比重Gb = 1.030、混合物全体重量に対するアスファルト量Pb = 5.0%(したがって骨材量Ps = 100 − 5.0 = 95.0%)、そして実際に供試体を突き固めて測定したかさ密度Gmb = 2.400とする。これらはいずれも、日本や多くの国で標準的に使われる密粒度アスファルト混合物として現実的な代表値の範囲にある。

　

**第一段階: 理論最大密度Gmmを求める。**

　

Gmm = 100 ÷ [ (95.0 ÷ 2.700) + (5.0 ÷ 1.030) ]

　

まず括弧の中の各項を計算する。95.0 ÷ 2.700 = 35.185(小数第4位で四捨五入)。次に5.0 ÷ 1.030 = 4.854(同)。この二つを足すと35.185 + 4.854 = 40.039。

　

Gmm = 100 ÷ 40.039 = 2.4976 ≒ 2.498

　

自己検算: 2.498 × 40.039 = 100.017 ≒ 100であり、割り算の逆算がほぼ一致することを確認できる(丸め誤差の範囲内)。

　

**第二段階: 空隙率Vaを求める。**

　

Va = 100 × (2.498 − 2.400) ÷ 2.498 = 100 × 0.098 ÷ 2.498 = 9.8 ÷ 2.498 = 3.92%

　

自己検算: Gmb = Gmm × (1 − Va ÷ 100) = 2.498 × (1 − 0.0392) = 2.498 × 0.9608 = 2.400。これは前提として与えたGmb = 2.400と一致し、計算の整合性が確認できる。得られた空隙率3.92%は、密粒度混合物の一般的な目標範囲(おおむね3〜5%)の中に収まっており、この混合物は空隙率の観点から見て妥当な設計であると判断できる。

　

**第三段階: 骨材間隙率VMAを求める。**

　

VMA = 100 − (2.400 × 95.0 ÷ 2.700)

　

まず2.400 × 95.0 = 228.0。次に228.0 ÷ 2.700 = 84.444(小数第4位で四捨五入)。

　

VMA = 100 − 84.444 = 15.556 ≒ 15.56%

　

得られたVMA = 15.56%は、最大粒径13〜19mm程度の密粒度混合物に対して一般に求められる最小VMA(13〜15%程度)を上回っており、骨材間隙率の観点からも妥当な設計であることが確認できる。

　

**第四段階: アスファルト充填率VFAを求める。**

　

VFA = 100 × (15.56 − 3.92) ÷ 15.56 = 100 × 11.64 ÷ 15.56 = 1164 ÷ 15.56 = 74.81 ≒ 74.8%

　

自己検算: VFAの定義式を並べ替えるとVa = VMA × (1 − VFA ÷ 100)となる。これに数値を入れると、15.56 × (1 − 0.748) = 15.56 × 0.252 = 3.921 ≒ 3.92であり、第二段階で求めたVaと一致する。得られたVFA = 74.8%は、中交通量の道路に対して一般に求められる基準範囲(おおむね65〜75%程度)の上限付近に収まっており、この混合物はアスファルトがやや多め、しかし許容範囲内であると判断できる。

　

以上の計算から、Pb = 5.0%というアスファルト量で設計したこの混合物は、Va = 3.92%・VMA = 15.56%・VFA = 74.8%という、いずれも一般的な設計基準の許容範囲に収まる体積特性を持つことが確認された。実務ではこの計算を、4.0%・4.5%・5.5%・6.0%といった他のアスファルト量についても同様に行い、安定度・流値・Va・VMA・VFAのすべてが基準を満たす範囲の中心付近(多くの場合、空隙率が目標値〈たとえば4.0%〉にちょうど一致する点)を「最適アスファルト量」として最終決定する。この「複数の候補で試験を行い、グラフに描いた結果から最良点を選び取る」という手順そのものが、Marshallミックス設計法の実務上の核心である。

　

### 4-7 設計どおりにできているか――統計的品質管理(QC/QA)とPWL仕様

　

配合設計(第4-3節〜第4-5節)で最適アスファルト量が決まったとしても、実際に混合所で製造される混合物が、設計値ぴったりに仕上がるとは限らない。原材料のわずかなばらつき、計量・混合工程の変動などにより、実際の製品には統計的なばらつきが生じる。この「設計どおりにできているか」を検証する枠組みが、統計的品質管理(QC、Quality Control、製造者側の自主管理)と品質保証(QA、Quality Assurance、発注者側の検収確認)である。

　

近年、多くの発注機関が採用している考え方が「PWL仕様」(Percent Within Limits、規格限界内合格率仕様)である。これは、製造された混合物から一定の頻度で試料を採取し、測定値(たとえば空隙率Va)の平均値と標準偏差(BOOK-0026などで扱われる統計学の基礎概念であり、データのばらつきの大きさを表す指標)を求め、測定値の分布のうち、規格の上限・下限の範囲内に収まると推定される割合(PWL)を算出して、そのPWLの高さに応じて出来高払いの金額を増減させる、という仕組みである。

　

具体的な計算のイメージを、簡単な数値で確認しておこう。ある混合所で製造された混合物の空隙率について、5回のサンプリングでVa = 3.6%・4.2%・3.9%・4.5%・3.8%という測定値が得られたとする。まず平均値を求める。

　

平均値 = (3.6+4.2+3.9+4.5+3.8) ÷ 5 = 20.0 ÷ 5 = 4.00%

　

自己検算: 3.6+4.2=7.8、7.8+3.9=11.7、11.7+4.5=16.2、16.2+3.8=20.0であり、合計20.0を5で割ると4.00となる。

　

次に、各測定値と平均値との差の二乗を求める。(3.6−4.0)²=0.16、(4.2−4.0)²=0.04、(3.9−4.0)²=0.01、(4.5−4.0)²=0.25、(3.8−4.0)²=0.04。これらの合計は0.16+0.04+0.01+0.25+0.04=0.50。標本標準偏差は、この合計をデータ数から1を引いた数(自由度、n−1=4)で割った値の平方根として求められる。

　

分散 = 0.50 ÷ 4 = 0.125

　

標準偏差 = √0.125 ≒ 0.354

　

自己検算: 0.354² = 0.1253であり、もとの分散0.125とほぼ一致する(丸め誤差の範囲内)。

　

規格が「空隙率3.0〜5.0%」と定められていたとすると、平均4.00%は規格の中央にほぼ位置し、標準偏差0.354%は規格幅2.0%に対して十分小さい。この平均・標準偏差から、標準正規分布(第8-1節で見た信頼性の計算とまったく同じ統計的な枠組み)を用いて、実際の生産全体のうちどれだけの割合が規格内に収まると推定されるか(PWL)を算出でき、この例のように平均が規格の中央に近く標準偏差が小さい場合、PWLは100%に近い高い値になると期待できる。

　

実務では、これらの測定値そのものを、施工が完了した舗装から直接採取する「コア抜き試験」によって得る。これは、円筒形の刃(コアビット)を持つ専用の機器で、舗装の表層から路盤に至る円柱状の試料(コア)を垂直に採取し、そのコアの厚さを直接測定して設計厚さと照合するとともに、第4-3節で見たかさ密度Gmbを実測して、Marshall配合設計時に決定した基準密度との比率(専門的には「締固め度」または「密度比」と呼ばれる)を算出する試験である。締固め度が、規定の基準(たとえば基準密度の96%以上、というように定められることが多い)を下回ると、その区間の締固めが不十分であった(第11-3節で見たコンパクション・ウィンドウを外れた施工が行われた可能性がある)と判断され、追加の対応が検討される。コア抜き試験は、設計段階の計算(第4-3節〜第4-5節)が、実際に施工された舗装で本当に実現されているかを直接確認する、いわば「設計と現実をつなぐ最終確認」の役割を果たしている。

　

このPWL仕様は、単に「規格を満たすか満たさないか」という合否判定ではなく、「どれだけ安定して規格内に収まっているか」という品質の程度を連続的に評価し、それに応じて対価を変える点に特徴がある。第九章補遺で見たPMS・LCCAが道路網全体という大きなスケールでの意思決定科学だったのに対し、PWL仕様は個々の混合所の製造ロットという小さなスケールでの統計的品質管理であり、どちらも「舗装工学が力学だけでなく統計学を必要とする」という、本書第8-1節で述べた指摘を裏づける実例である。

　

### 4-6 Marshall法の次の世代――Superpaveジャイレトリーコンパクタ(SGC)

　

Marshallミックス設計法は長年にわたり世界標準として使われてきたが、一つの弱点が指摘されてきた。それは、ハンマーで叩いて締め固めるMarshallの突き固め方法が、実際の道路上でローラー(締固め機械)が転圧して締め固める過程を、力学的に忠実に再現できているとは言いがたい、という点である。

　

この弱点を克服するために、1990年代のSHRP(第五章第5-4節で紹介したPG分類と同じ研究プログラム)によって開発されたのが「Superpaveジャイレトリーコンパクタ」(SGC、Superpave Gyratory Compactor)である。SGCは、円柱形の型に詰めた混合物を、一定の角度(1.25度)だけ傾けた状態で、一定の圧力を加えながらゆっくりと回転(ジャイレーション、旋回運動)させることで締め固める試験機であり、この回転運動が、実際の道路上でタイヤが繰り返し通過する際の「揉みしだくような」締固め作用を、Marshallの垂直な打撃よりも力学的に近い形で再現できるとされている。

　

SGCによる設計では、供試体の高さ(締め固まり具合)を旋回回数の関数として連続的に記録できる点が大きな特徴である。設計では、初期の締固めやすさを確認する「Nini」(比較的少ない旋回回数)、実際の設計に用いる目標密度を確認する「Ndesign」(交通量に応じて定められる旋回回数、たとえば交通量の多い道路ではおよそ100回前後)、そして過転圧に対する耐性を確認する「Nmax」(Ndesignよりさらに多い旋回回数)という、三段階の旋回回数における密度を確認することで、単に「最適アスファルト量」を決めるだけでなく、「施工時に想定される転圧作業に対して、この混合物が過度に締まりすぎたり緩みすぎたりしないか」まで見積もれるようになっている。

　

SGCとSuperpave設計法は、Marshall法に比べてより精密で、交通量に応じた設計の柔軟性が高い手法として、特にアメリカを中心に広く採用が進んでいるが、試験機がMarshallの装置より高価であることや、長年の実績とデータの蓄積という点でMarshall法にも根強い利点があることから、世界的にはMarshall法とSuperpave法の両方が、国や地域の事情に応じて使い分けられているのが現状である。「新しい手法が古い手法を必ず置き換えるわけではなく、両者が併存しながら、それぞれの強みを生かして使われ続ける」という状況は、工学の実務の随所で見られる、示唆に富む現象である。

　

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## 第五章 温度で性格を変える材料――アスファルトの粘弾性

　

### 5-1 粘弾性とは何か――弾性と粘性の合いの子

　

第一章で見たように、アスファルトは温度によって連続的に硬さが変わる材料である。この性質をより厳密に扱うための概念が「粘弾性」(viscoelasticity)である。

　

BOOK-0084第五章で紹介した「弾性」とは、力を加えると変形し、力を除くと(エネルギーを消費せず)瞬時に元の形に戻る性質だった(フックの法則、σ = E × ε)。一方、水や油のような液体が示す「粘性」とは、力を加え続けている間だけ流れるように変形し続け、力を除いても元には戻らない性質である。金属やセラミックスは常温付近ではほぼ純粋な弾性体としてふるまうが、アスファルトは、この弾性と粘性の両方の性質を、条件に応じて使い分けるように示す。これを「粘弾性体」と呼ぶ。

　

粘弾性体の性質を特徴づける重要な要素が「時間依存性」である。弾性体では、力を加えた瞬間の変形量だけで性質が決まるが、粘弾性体では、力をどれだけの速さで加えたか、どれだけの時間加え続けたかによって、同じ材料でもまったく異なるふるまいを示す。たとえば、アスファルト混合物にゆっくりと荷重をかければ流れるように変形するが、同じアスファルト混合物にハンマーで一瞬だけ強い衝撃を与えると、まるで弾性体やガラスのように、変形せずにパキッと割れることがある。この「速く力を加えると硬く脆く、ゆっくり力を加えると柔らかく粘り強い」という性質の切り替わりは、粘弾性体に共通する特徴であり、次章で扱うわだち掘れ・低温ひび割れという正反対の破壊モードの両方に深く関わってくる。

　

### 5-2 温度と時間は「等価」である――時間‐温度換算則

　

粘弾性材料の性質を調べるうえで、舗装工学ではきわめて有用な経験則が知られている。それは、「温度を下げることと、荷重を加える速さを上げることは、材料のふるまいに対して同じような効果をもたらす」という関係である。これを「時間‐温度換算則」と呼ぶ。

　

直感的に理解するために、アスファルトを蜂蜜にたとえてみよう。冷蔵庫で冷やした蜂蜜は瓶を傾けてもなかなか流れ出さず、まるで固体のように感じられる。一方、温めた蜂蜜はさらさらと素早く流れる。ここで、冷たい蜂蜜を「非常にゆっくり」観察すれば、実は少しずつ流れていることに気づくかもしれない。つまり、「低温でゆっくり時間をかけて起きる現象」と「高温で短い時間に起きる現象」は、見かけ上は似たふるまいとして観測できる、ということである。

　

この時間‐温度換算則は、舗装工学において実務上きわめて重要な意味を持つ。実際の道路を何年もかけて観察する代わりに、実験室で温度を変えながら短時間の試験を行い、その結果を換算則によって「長期間・実温度での挙動」に読み替えることができるからである。この考え方は、次節で紹介する動的せん断レオメータによる試験や、Superpave設計法における性能グレード(PG)分類の理論的な土台になっている。

　

この換算則を定量的な式にしたものの一つに、高分子物理学で広く使われる「WLF式」(Williams-Landel-Ferry式、考案した三名の研究者の頭文字にちなむ)がある。WLF式は、基準温度からのシフトファクター(第5-5a節で見た、マスターカーブを作る際に周波数軸をずらす量)の対数を、次の形で温度の関数として表す。

　

log₁₀(aT) = −C1(T−Tr) ÷ [C2+(T−Tr)]

　

ここでTは対象の温度、Trは基準温度、C1・C2は物質固有の定数である。この式は、もともと高分子材料(BOOK-0121第四章で見たガラス転移温度を持つ材料)の粘弾性挙動を説明するために確立されたものだが、アスファルトのようなコロイド分散系にも、経験的によく当てはまることが知られている。WLF式のような普遍的な形の物理法則が、高分子とアスファルトという異なる材料のあいだで共通して使えるという事実は、第五章冒頭で述べた「粘弾性という性質が、特定の材料に固有のものではなく、時間・温度に依存してふるまう材料全般に共通する現象である」という理解を、もう一段裏づけている。

　

### 5-3 動的せん断レオメータ(DSR)――複素せん断弾性率と位相角

　

アスファルトバインダー(骨材と混ぜる前の、アスファルトそのもの)の粘弾性を精密に測定する現代的な試験機が「動的せん断レオメータ」(DSR、Dynamic Shear Rheometer)である。DSRは、アスファルト試料を二枚の円盤の間に薄く挟み、上の円盤を規定の周波数(多くは10ラジアン毎秒、これはおよそ道路上を走る車両の速度に相当する荷重周期として選ばれている)で往復回転させ、生じるねじれ応力とひずみを精密に測定する試験機である。

　

この試験から得られる代表的な二つの指標が、「複素せん断弾性率」(記号は|G*|)と「位相角」(記号はδ、デルタ)である。複素せん断弾性率は、加えたせん断応力に対してどれだけ変形しにくいか、すなわち材料全体としての「硬さ」の指標である。位相角は、加えた力の変化に対して、材料の変形がどれだけ遅れて追従するかを角度で表した指標であり、純粋な弾性体であれば位相角は0度(力と変形が完全に同期する)、純粋な粘性体(液体)であれば位相角は90度(力と変形が四分の一周期ずれる)に近づく。実際のアスファルトはこの中間、多くはおよそ30〜90度程度の位相角を示し、これは「弾性的な性質と粘性的な性質の両方をどれだけの割合で持っているか」を数値化したものだと理解できる。

　

この|G*|とδという二つの指標を組み合わせることで、舗装工学ではアスファルトバインダーの実用上の性能を評価する。高温での耐わだち掘れ性能を評価する指標として「|G*|÷sinδ」が使われ、この値が大きいほど高温でも変形しにくい(わだち掘れに強い)と判断される。アメリカのSuperpave設計法では、未使用のバインダーで|G*|÷sinδ ≧ 1.0キロパスカル、実際の舗設・供用初期の酸化劣化を模擬した薄膜加熱試験(RTFO)後のバインダーで|G*|÷sinδ ≧ 2.2キロパスカルという基準値が、代表的な仕様として広く紹介されている。一方、中間温度域での耐疲労ひび割れ性能を評価する指標として「|G*|×sinδ」が使われ、こちらは長期劣化を模擬した加圧酸化容器(PAV)処理後のバインダーで、この値が5000キロパスカルを超えないことが基準として広く紹介されている(値が小さいほど疲労ひび割れへの耐性が高いと判断される)。これらの数値は代表的に広く引用される基準値であり、実際の規格値は国・地域・道路の重要度によって幅がある点には注意が必要である。

　

### 5-4 パフォーマンスグレード(PG)分類――「その土地の気候に合わせて選ぶ」という発想

　

DSRによる測定を土台に、アメリカで1990年代のSHRP(戦略的幹線道路研究計画)によって開発されたバインダー分類法が「パフォーマンスグレード」(PG、Performance Grade)である。これは、そのバインダーが「何度から何度までの気候で性能を発揮できるか」を、PG 64-22のような二つの数字の組み合わせで直接表す分類法である。

　

PG 64-22という表記の場合、最初の数字「64」は、そのバインダーが高温側で規定の性能(前節で見た|G*|÷sinδの基準など)を満たせる上限の設計温度(この場合は摂氏64度)を意味し、次の数字「-22」は、低温側で規定の性能(第六章で扱う低温ひび割れ抵抗性)を満たせる下限の設計温度(この場合は摂氏マイナス22度)を意味する。つまりPG 64-22のバインダーは、「夏の舗装表面温度が64℃程度まで、冬の舗装温度がマイナス22℃程度まで」を想定した気候の地域に適したバインダーである、ということが名前を見ただけで直感的にわかる。

　

この設計思想は、針入度やグレード名だけでは温度条件が直接読み取れなかった従来の分類法に比べて、実務上大きな進歩だとされている。「その土地の気候にちょうど合うバインダーを選ぶ」という発想自体は単純だが、それを裏づけるDSRという精密な力学試験と、時間‐温度換算則という理論的裏づけがあってはじめて、PG分類という実務的な仕組みが成立している。

　

### 5-5 ばねとダッシュポットで粘弾性を描く――力学モデルという便利な虚構

　

粘弾性という性質を、より力学的に、直感的な図で表現する伝統的な手法がある。「ばね」(BOOK-0084第五章で見たフックの法則にしたがう、純粋な弾性要素)と「ダッシュポット」(粘性のある液体で満たされた筒の中をピストンが動く、速度に比例した抵抗力を生む純粋な粘性要素)という二つの部品を組み合わせて、粘弾性体のふるまいを模式的に表現する「力学モデル」である。

　

もっとも単純な組み合わせが、ばねとダッシュポットを直列につないだ「マクスウェルモデル」である。このモデルに一定の変形を与えたまま保持すると、最初はばねが応力を受け持つが、時間とともにダッシュポットがゆっくりと変形を引き受けていくため、全体として応力が時間とともに指数関数的に減っていく(この現象を「応力緩和」と呼び、その減衰の速さを特徴づける時間を「緩和時間」と呼ぶ)。もう一つの基本形が、ばねとダッシュポットを並列につないだ「ケルビン・フォークトモデル」であり、こちらは一定の応力を与え続けると、変形が時間とともにゆっくり増加していく(この現象を「クリープ」と呼ぶ)ふるまいを表現する。第六章で扱う低温ひび割れの評価に使われる曲げクリープ試験(BBR)の「クリープこわさ」は、まさにこのクリープという現象を数値化したものである。

　

実際のアスファルトのふるまいは、マクスウェルモデル単独やケルビン・フォークトモデル単独では十分に再現できないほど複雑であるため、実務ではこの二つを組み合わせた「バーガーズモデル」(マクスウェルモデルとケルビン・フォークトモデルを直列につないだ、四つの部品〈ばね二つ・ダッシュポット二つ〉からなるモデル)や、さらに多数のマクスウェル要素を並列に組み合わせた「一般化マクスウェルモデル」が、コンピュータによる舗装の応力解析(第八章で見た多層弾性理論を、粘弾性を考慮する形へ拡張した「粘弾性層状解析」)の基礎として使われている。

　

これらの力学モデルは、アスファルトの中に実際にばねやダッシュポットという部品が存在するわけではない、あくまで数学的な「便利な虚構」である。しかし、この虚構を使うことで、複雑な粘弾性のふるまいを、ばね定数(硬さ)と粘性係数(流れにくさ)という、直感的に理解しやすいわずかな数のパラメータに要約できる。この「複雑な現象を、単純な部品の組み合わせという虚構でモデル化する」という発想は、BOOK-0121で見たバンド理論(固体中の電子のふるまいを、価電子帯・伝導帯という比喩的な「帯」でモデル化する)とも共通する、物理学・工学に広く見られる説明の作法である。

　

### 5-5a マスターカーブ――バラバラの測定点を一本の曲線にまとめる

　

第5-2節で見た時間‐温度換算則を、実際のデータ処理の技術として使う手順が「マスターカーブ」(主曲線)の作成である。アスファルト混合物の剛性(弾性率や複素弾性率)を、さまざまな温度・さまざまな載荷周波数(荷重を加える速さ)のもとで測定すると、当然ながら温度ごと・周波数ごとにバラバラの値が得られる。しかし時間‐温度換算則によれば、「ある温度での低い周波数のふるまい」と「別の温度での高い周波数のふるまい」は、本質的に同じ現象を違う切り口から見ているにすぎない。

　

そこで、基準となる一つの温度(基準温度)を選び、他の温度で測定したデータを、周波数軸に沿って水平にずらす(この「ずらす量」を対数目盛で表したものを「シフトファクター」と呼ぶ)ことで、すべての温度のデータを一本の滑らかな曲線に重ね合わせることができる。この重ね合わせによって得られる一本の曲線が「マスターカーブ」である。マスターカーブが完成すると、実際には測定していない、極端に低い、あるいは極端に高い周波数(たとえば、非常にゆっくり進む重量車両の通過に相当する低周波数や、高速走行車両の通過に相当する高周波数)における剛性を、外挿によって推定できるようになる。

　

このマスターカーブは、しばしば「シグモイド関数」(S字型の滑らかな曲線を描く数学関数で、上限値・下限値・変曲点の位置・曲線の急峻さという少数のパラメータで形が決まる)という数式の形に当てはめられ、この数式こそが、第8-3節で見た力学‐経験的設計法(MEPDG)において、多層弾性理論(あるいはその粘弾性版である粘弾性層状解析)に入力する「その温度・その荷重速度における混合物の剛性」を与える、実務上の中核データになっている。「バラバラの測定点が、たった一つの物理法則(時間‐温度換算則)によって、一本の滑らかな曲線に統合できる」という事実は、個別の測定を積み重ねてきた本書の随所の数値例の先に、こうした統一的な整理の仕方が待っていることを示す、良い締めくくりの視点である。

　

### 5-6 バインダーを人工的に「老けさせる」――RTFOとPAVという劣化のシミュレーション

　

第十一章で扱うRAPの文脈でも触れるように、アスファルトは供用中に酸化劣化して硬くなっていく。この劣化を、実際に何年も待たずに実験室で再現するための標準的な装置が二つある。

　

一つは「回転薄膜加熱試験」(RTFO、Rolling Thin Film Oven)である。これは、アスファルトを薄い膜状にした状態でガラス容器に入れ、これを163℃程度のオーブンの中でゆっくり回転させながら熱風にさらす試験であり、舗装の製造・施工時(高温でアスファルトが薄膜状に骨材表面をコーティングし、空気に触れる機会が多い工程)に生じる「短期老化」を模擬する。

　

もう一つは「加圧酸化容器」(PAV、Pressure Aging Vessel)である。これはRTFO処理を終えたアスファルトを、高温(多くは90〜110℃程度)かつ高圧(2.1メガパスカル程度の酸素雰囲気)の容器の中に一定時間(20時間程度)置くことで、舗装が供用開始後、数年から十年以上かけて受ける「長期老化」を、短時間で加速的に再現する試験である。

　

なぜRTFO・PAVのような高温処理によって、数年から十年以上かかる劣化を、短時間で加速的に再現できるのだろうか。その背景にあるのが、化学反応一般に成り立つ「アレニウスの式」(反応速度定数kが、絶対温度Tに対して指数関数的に増加するという関係式、k=A×exp(−Ea÷RT)。Aは頻度因子、Eaは活性化エネルギー、Rは気体定数)である。酸化反応(第一章で見たアスファルトの酸化劣化)もこの一般則にしたがう化学反応の一種であり、温度が高いほど反応速度(劣化の進む速さ)が指数関数的に速くなる。多くの化学反応で経験的に成り立つ大まかな目安として、「温度が10℃上がるごとに反応速度がおよそ2倍になる」という関係(専門的にはQ10則と呼ばれる簡易的な経験則)が知られており、この目安をアスファルトの酸化劣化に当てはめれば、RTFO(163℃前後)やPAV(90〜110℃前後)という高温条件が、常温(20〜25℃前後)に比べて数十℃も高いことから、実際の供用条件下で数年かかる酸化劣化を、数時間から数十時間という短時間で再現できる理屈が直感的に理解できる。この「温度を上げることで、時間を圧縮して劣化を先取りする」という発想は、第五章で見た時間‐温度換算則(低温・長時間と高温・短時間が等価に扱える)とも通じる、材料科学に共通する考え方である。

　

Q10則を使って、この加速の規模を大まかに数値で確かめておこう。常温をおよそ25℃、RTFOの試験温度を163℃とすると、その差はおよそ138℃であり、10℃ごとに反応速度が2倍になるという目安を単純に当てはめると、加速倍率は2の(138÷10)乗、すなわち2^13.8程度になる計算になる。2^10=1024、2^3.8は2^4=16よりやや小さい値(2^3.8≒13.9)であるから、2^13.8≒1024×13.9≒14,234。つまり、この単純化された目安だけで見積もっても、RTFO条件下では常温よりも一万倍以上速く酸化反応が進むという、桁違いの加速効果が示唆される。実際のアスファルトの酸化反応は、Q10則が想定する単純な倍加則よりも複雑な温度依存性を持つと考えられ、この数値はあくまで「なぜ短時間の高温処理で数年分の劣化を模擬できるのか」という直感をつかむための、大まかな桁の見積もりであることを断っておく。

　

第5-3節で見たPG分類の基準――未劣化のバインダーで確認する高温性能、RTFO後のバインダーで確認する高温性能(施工直後を想定)、PAV後のバインダーで確認する中間温度・低温性能(供用後数年を想定)――は、この二つの劣化シミュレーション装置によって、バインダーの一生涯にわたる性能変化を、実験室の中で先回りして評価する仕組みになっている。第一章で見た酸化(SARA分画のバランスが変化し、硬く脆くなる現象)という化学的な事実が、この二つの装置によって、時間を圧縮した形で実務の試験に組み込まれている、と理解すると位置づけやすい。

　

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## 第六章 わだち掘れと低温ひび割れ――高温と低温、二つの敵

　

### 6-1 わだち掘れ――繰り返し荷重が生む「塑性流動」の蓄積

　

夏場の交差点や坂道でしばしば見られる、車輪の通り道に沿ってできる帯状のくぼみを「わだち掘れ」(rutting)と呼ぶ。わだち掘れの主な原因は、高温になったアスファルト混合物が、車両荷重によって少しずつ、元に戻らない変形(塑性変形)を蓄積していく現象である。

　

BOOK-0084第五章で見た「降伏点を超えると塑性変形が生じる」という金属の話と発想は似ているが、アスファルト混合物の場合はやや事情が異なる。金属では明確な降伏点を境に塑性変形が始まるのに対し、粘弾性体であるアスファルト混合物では、荷重が加わるたびにごくわずかな塑性変形(専門的には「永久ひずみ」と呼ばれる、力を除いても戻らない変形)が生じ、それが一回一回は無視できるほど小さくても、何百万回という交通荷重の繰り返しによって少しずつ蓄積し、最終的に目に見えるくぼみとして現れる。

　

わだち掘れが特に起こりやすい条件は、気温が高い(アスファルトが軟化している)こと、交通量・特に大型車の通行が多いこと、そして車両が同じ位置を繰り返し通過すること(交差点手前や坂道での低速走行・停止発進など、荷重が長い時間かけてじわじわと作用する状況)である。第五章で見た時間‐温度換算則を思い出せば、これは「高温」と「低速(長い荷重時間)」という、粘弾性体をもっとも柔らかく振る舞わせる二つの条件が同時に重なった状況だと理解できる。

　

わだち掘れへの対策としては、第一章で見た改質アスファルト(SBSなどの高分子改質材による弾性の付与)、第三章で見たギャップ粒度・SMAのような粗骨材同士のかみ合いを重視した粒度設計、そして第五章で見た|G*|÷sinδの高いバインダーの選定など、材料側での複数の工夫が組み合わされる。

　

### 6-2 低温ひび割れ――冷やされた舗装が「縮みきれずに」割れる

　

わだち掘れとは正反対の状況で発生するのが「低温ひび割れ」(thermal cracking、温度ひび割れとも呼ばれる)である。これは、気温が急激に下がったときに、アスファルト混合物が温度低下にともなって収縮しようとするが、路面が連続した一枚の板のように広い面積でつながっているため、自由に収縮できず、内部に引張応力(第五章の粘弾性の議論でいえば、急激な温度変化=短時間での大きな変形要求に相当する)が蓄積することで発生する。

　

この引張応力が、その温度でのアスファルト混合物の破壊強度を超えた瞬間、舗装は道路の幅方向にほぼ直線状に走る、特徴的なひび割れを生じる。低温になるほどアスファルトは硬く脆くなる(第五章のバインダーのPG分類でいう低温側の限界温度に近づく)ため、低温ひび割れは特に寒冷地の道路で重要な設計上の課題になる。

　

### 6-2a 検算してみる――熱応力の大きさを見積もる【補足数値例】

　

この収縮応力の大きさを、材料力学の基本式で概算してみよう。BOOK-0084で見たフックの法則(σ=E×ε)を、温度変化によるひずみに応用すると、拘束された(自由に収縮できない)材料に生じる熱応力は、次の式で近似できる。

　

σ = E × α × ΔT

　

ここでEは低温時の弾性率、αは線膨張係数(温度が1℃変化したときに材料が伸縮する割合)、ΔTは温度変化幅である。低温で硬化したアスファルト混合物のEをおよそ10,000MPa(第五章で見た通り、低温ではアスファルトの粘弾性が「ガラス状態」に近づき、常温の混合物剛性〈第9-3節で使ったE=300,000psi≒2,070MPa〉より一桁大きくなる)、アスファルト混合物の線膨張係数αをおよそ2.5×10⁻⁵/℃(代表的な文献値)、夜間の急激な冷え込みによる温度変化幅ΔTを30℃とすると、

　

σ = 10,000MPa × 2.5×10⁻⁵/℃ × 30℃ = 10,000 × 0.00075 = 7.5MPa

　

自己検算: 10,000×2.5×10⁻⁵=0.25、0.25×30=7.5であり、単位を追うと(MPa)×(1/℃)×(℃)=MPaとなって整合する。一般的な低温時のアスファルト混合物の引張強度はおよそ3〜5MPa程度とされることが多く、この概算の7.5MPaはその強度を上回っている。これは、急激な温度低下が実際に低温ひび割れを引き起こしうる、現実的な規模の応力であることを、単純な熱応力の式からも確認できることを示している。この計算はあくまで理想化された概算(材料が完全に拘束され、応力緩和〈第5-5節で見たクリープ・応力緩和の効果〉を考慮しない場合の上限的な見積もり)であり、実際には粘弾性による応力緩和がいくらか働くため、実際に生じる応力はこれより小さくなることが多い。しかし、この概算だけでも、なぜ寒冷地で低温ひび割れが繰り返し問題になるのかを、具体的な数値の桁で納得できる。

　

低温ひび割れの起こりやすさを評価する試験として、「曲げクリープ試験」(BBR、Bending Beam Rheometer)がある。これは低温に冷やしたアスファルトバインダーの小さな梁(はり)状の試験片に一定の荷重を加え続け、時間の経過とともにどれだけたわむかを測定する試験である。この試験から得られる「クリープこわさ」(記号はS)と「m値」(応力緩和の速さを示す指標)によって、そのバインダーが低温でどれだけ応力を内部で緩和し、破壊を避けられるかを評価する。Superpave設計法では、規定の載荷時間(60秒)においてS ≦ 300メガパスカル、かつm値 ≧ 0.300という基準が代表的な仕様として広く紹介されている。

　

低温ひび割れへの対策は、わだち掘れ対策とはしばしば逆方向を向く。低温側の性能を高めるには、より柔らかい(針入度の大きい)バインダーやPG分類の低温側限界がより低いバインダーを選ぶ必要があるが、これは同時に高温側でのわだち掘れへの耐性を弱める方向にも働きやすい。この「高温側の要求と低温側の要求が綱引きの関係にある」という事実こそが、はじめに述べた「一つの材料で正反対の壊れ方の両方に対応しなければならない」というアスファルト舗装設計の宿命の正体であり、PG分類が二つの数字の組み合わせ(たとえばPG 64-22)で表現される理由でもある。

　

### 6-3 疲労ひび割れという第三の道――次部への橋渡し

　

わだち掘れ(高温・塑性変形の蓄積)と低温ひび割れ(低温・急激な収縮応力)という二つの破壊モードに加えて、舗装にはもう一つ重要な壊れ方がある。それが「疲労ひび割れ」である。これは、高温でも低温でもない、ごく普通の温度条件のもとで、車両荷重の繰り返しによって舗装の内部(特にアスファルト層の底面)に生じる、比較的小さいが何度も繰り返される引張応力が、材料の中に微細な損傷を少しずつ蓄積させ、最終的にひび割れとして地表に現れる現象である。

　

疲労ひび割れは、わだち掘れや低温ひび割れのように「特定の気象条件」に強く依存する破壊モードではなく、「舗装の構造(層の厚さ・剛性)」と「交通量の繰り返し回数」という、構造設計そのものに直結する破壊モードである。この疲労という現象を正しく扱うには、アスファルト混合物という材料の性質を理解するだけでは足りず、舗装全体をどう厚さ設計し、荷重によって内部にどれだけの応力・ひずみが生じるかを計算する「舗装構造設計」の知識が必要になる。次の第三部では、この舗装構造設計と疲労破壊解析に踏み込んでいく。

　

### 6-4 わだち掘れを実験室で再現する――ホイールトラッキング試験と動的安定度

　

わだち掘れへの耐性を、実際に道路を何年も供用する前に評価するための標準試験として、日本をはじめ多くの国で広く使われているのが「ホイールトラッキング試験」である。これは、板状に成形したアスファルト混合物の供試体の上で、小さなゴム製の車輪を一定の荷重・速度で、規定の温度(日本の代表的な試験条件ではおよそ60℃、夏場の舗装表面温度を模擬した高温)のもとで何千回も往復走行させ、供試体の表面がどれだけ沈み込んでいくかを連続的に測定する試験である。

　

この試験から得られる代表的な指標が「動的安定度」(DS、Dynamic Stability)であり、単位時間(通常は1分間)あたりに車輪が往復する回数を、その間に生じたわだち掘れの深さ(1ミリメートルあたり)で割ることで算出される。動的安定度が大きいほど、その混合物は同じ量だけ沈み込むのに、より多くの車輪の往復に耐えたことを意味し、すなわちわだち掘れへの耐性が高いと評価される。日本の道路設計指針では、交通量の多い道路ほど、より大きな動的安定度(たとえば大型車交通量の多い区間で1500回/mm以上、というような基準)を満たす混合物を使用することが求められている。

　

ホイールトラッキング試験は、第五章で見たDSRによる|G*|/sinδのようなバインダー単体の指標とは異なり、骨材の粒度・かみ合わせの効果も含めた「混合物全体」としてのわだち掘れ耐性を直接評価できる点に実務上の価値がある。改質アスファルト(第1-6節)やギャップ粒度・SMA(第3-2節)の効果を最終的に検証する場面でも、このホイールトラッキング試験がしばしば用いられる。

　

### 6-5 水と荷重を同時に与える――ハンバーグホイールトラッキング試験とカンタブロ試験

　

日本のホイールトラッキング試験が乾燥状態・高温条件でのわだち掘れを評価するのに対し、アメリカを中心に広く使われる「ハンバーグホイールトラッキング試験」(Hamburg Wheel Tracking Test、ドイツのハンブルクで開発されたことに由来する名称)は、供試体を水槽に浸した状態で鋼製の車輪を往復させる、より過酷な条件の試験である。この試験は、わだち掘れという力学的な破壊モードと、第2-4節で見たはく離という水による化学的な破壊モードを、同時に一つの試験で評価できる点に特徴がある。試験結果のグラフには、わだち掘れが緩やかに進行する区間から、はく離の進行によって変形速度が急激に増加する区間への転換点(専門的には「はく離変曲点」と呼ばれる)が現れることがあり、この転換点が現れる往復回数が多いほど、その混合物は水による劣化への耐性が高いと評価される。

　

もう一つ、開粒度混合物(第3-2節)特有の耐久性を評価する試験に「カンタブロ試験」がある。これは、開粒度・排水性舗装用の供試体を、第2-3節で紹介したロサンゼルス試験と同様の回転ドラムに入れて回転させ、骨材粒がどれだけ表面から欠け落ちる(専門的には「ラベリング」、粒状剥離と呼ばれる)かを、回転前後の重量減少率として測定する試験である。開粒度混合物はもともと骨材同士の接触点が少なく、密粒度混合物に比べて粒状剥離を起こしやすいため、この試験によって、供用後にどれだけ骨材が路面から失われやすいかを事前に評価する。

　

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## 第二部の休憩所――ここまでの要点

　

第二部では、アスファルト舗装設計の実務的な核心を見てきた。Marshallミックス設計法は、複数のアスファルト量で供試体を作り、安定度・流値という力学試験と、理論最大密度Gmmを基準にした空隙率Va・骨材間隙率VMA・アスファルト充填率VFAという体積特性の両面から、最適なアスファルト量を科学的に決定する手法である(第四章)。アスファルトは弾性と粘性の両方を併せ持つ粘弾性体であり、時間‐温度換算則という「低温とゆっくりした荷重」「高温と速い荷重」が等価に扱えるという経験則のもと、DSRによる|G*|・δの測定とPG分類によって、地域の気候に応じたバインダー選定が行われる(第五章)。この粘弾性という性質の裏返しとして、高温では塑性変形が蓄積するわだち掘れ、低温では収縮応力による低温ひび割れという、正反対の二つの破壊モードが生じる(第六章)。

　

次の第三部では、視点を材料そのものから舗装という「構造物」全体に広げ、層の厚さをどう設計するか、そして繰り返し荷重による疲労破壊をどう予測するかという、構造工学の世界に踏み込んでいく。

　

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# 第三部 解析と安全編(水準七〜九)

　

第一部・第二部では、アスファルト混合物という「材料」そのものの性質と配合を扱ってきた。第三部では視点を大きく切り替え、その材料をどう積み重ねれば、何十年にもわたって車両の重さに耐えられる「構造物」になるのかを考える。ここで登場するCBR・AASHTO構造数SN・多層弾性理論・疲労則は、いずれも橋梁や建築物の構造設計とも地続きの、力学と統計学にまたがる知識体系である。第二部までの「配合の科学」から、第三部の「構造の力学」へと、本書の重心が移り変わっていくことを意識しながら読み進めてほしい。

　

## 第七章 舗装構造設計――層をどう積むか

　

### 7-1 舗装は「一枚の板」ではなく「層のサンドイッチ」である

　

これまでの章では、アスファルト混合物という一つの材料の内部(骨材とアスファルトの配合)に焦点を当ててきた。しかし実際の道路は、アスファルト混合物の層だけでできているわけではない。一般的なアスファルト舗装(専門的には「たわみ性舗装」、flexible pavementと呼ばれる。BOOK-0060で扱われるコンクリート舗装のような「剛性舗装」rigid pavementと対比される概念である)は、上から順に次のような層構造を持つ。

　

もっとも上にあるのが「表層」であり、車両のタイヤと直接接する層である。第一部・第二部で扱ってきた密粒度アスファルト混合物などが使われ、走行性・耐久性・排水性など、路面としての機能を直接担う。表層の下には「基層」があり、表層と同様にアスファルト混合物で作られるが、より安価な粒度・骨材が使われることが多く、主に構造的な強度を担う。

　

基層のさらに下には「路盤」があり、これは砕石や、砕石にセメントなどを混ぜて強度を高めた材料(補強材料)で作られる、アスファルトを使わない層である。路盤はしばしば「上層路盤」と「下層路盤」に分けられ、上に行くほど品質の高い(強度の高い)材料が使われる。そして最下部には「路床」があり、これは新たに施工する材料ではなく、その土地にもともとある地盤の土(あるいは盛土・切土によって整形された土)そのものを指す。

　

この層構造の設計思想は、BOOK-0084第六章で見た「材料選択のトレードオフ」の応用そのものである。もっとも品質が高く高価な材料(改質アスファルトを使った表層)を、もっとも荷重が集中し摩耗が激しい最上部にだけ薄く使い、下に行くほど安価で入手しやすい材料(砕石、そして最後は現地の土)を厚く使う。これにより、コストを抑えながら全体として必要な強度を確保する、という設計上の知恵がここに凝縮されている。

　

### 7-2 荷重はどう分散されるか――応力分散という基本原理

　

なぜ層を重ねる構造が有効なのか。その理由は、車両の車輪が路面に及ぼす荷重が、深さ方向に進むにつれて、より広い面積に分散されながら弱まっていく、という力学的な性質にある。

　

車輪と路面が接する部分(接地面)には、非常に狭い面積に大きな荷重が集中している。たとえばタイヤの空気圧をおよそ700キロパスカル(kPa)、車軸1本あたりの片側車輪荷重を40キロニュートン(kN、およそ4トン重に相当)とすると、タイヤの接地圧は空気圧にほぼ等しいと近似できるため、接地面積はおおよそ荷重を接地圧で割ることで見積もれる。

　

接地面積 = 荷重 ÷ 接地圧 = 40,000N ÷ 700,000Pa = 0.0571平方メートル(約571平方センチメートル)

　

この面積を仮に円形とみなせば、その半径rは、面積 = π × r² の関係から逆算できる。r = √(571 ÷ 3.1416) = √181.9 ≒ 13.5センチメートルとなる。つまり、直径にしておよそ27センチメートル程度のごく限られた円の中に、4トン相当の荷重が集中してかかっていることになる。

　

このように路面表面では非常に高い圧力(700kPa前後)が集中しているが、この荷重が舗装の深部、たとえば路床の位置まで到達する頃には、周囲の材料を通じて力が斜め下方へ広がりながら伝わる(荷重分散、または応力分散と呼ばれる)ため、圧力ははるかに小さな値まで弱まっている。舗装構造設計とは、この「深さとともに応力がどう弱まっていくか」を数学的に扱い、路床(もっとも弱い材料である現地の土)に到達する頃には、路床が壊れずに耐えられる程度まで応力を十分弱めておくために、各層に必要な厚さを逆算する作業だと言い換えることができる。

　

### 7-3 CBR試験――路床の「強さ」を測る標準的なものさし

　

各層に必要な厚さを計算するには、まず路床(いちばん弱い、しかし変えることのできない土台)がどれだくらい弱いのかを数値で把握する必要がある。この目的で世界中の舗装設計で広く使われている標準試験が「CBR試験」(California Bearing Ratio、カリフォルニア支持力比試験)である。

　

CBR試験は、1929年にアメリカ・カリフォルニア州の道路局によって開発された試験方法であり、規定の形状をした貫入ピストン(断面積19.4平方センチメートル)を、一定の速度(毎分1ミリメートル)で土の試料に貫入させ、貫入量が2.5ミリメートルに達した時点での荷重強さを測定する。この荷重強さを、あらかじめ基準として定められた良質な砕石が示す標準荷重強さ(2.5ミリメートル貫入時でおよそ6.9メガパスカルと定義されている)で割り、百分率で表したものが「CBR値」である。

　

CBR = (試料の貫入荷重強さ ÷ 標準荷重強さ) × 100

　

CBR値は、良質な砕石を100とする相対的なスケールで、その土がどれだけ「頑丈」かを一つの数字で表す、実務上たいへん扱いやすい指標である。一般的な粘土質の路床土ではCBRが数%程度と低いことが多く、そのような弱い路床の上には、より厚い舗装構造(あるいは路床そのものを改良する処理)が必要になる。逆に良好な砂質・砕石質の路床であればCBRは20〜30%以上に達することもあり、必要な舗装厚さを薄くできる。CBR値は、次節で扱う設計法において、路床の強さを表す最も基本的な入力値として位置づけられている。

　

第七章で見た層構造(表層・基層・路盤・路床)は、実はこのCBR値による品質の階層そのものを反映している。多くの設計指針では、路床には最低限のCBR(たとえば3%程度)が求められるにとどまるのに対し、下層路盤にはより高いCBR(たとえば20%程度以上)、上層路盤にはさらに高いCBR(たとえば80%程度以上)というように、上の層に行くほど、より高い支持力を持つ材料が要求される。これは第七章冒頭で述べた「もっとも品質の高い材料を、もっとも荷重が集中する最上部にだけ薄く使う」という設計思想を、CBR値という共通のものさしで裏づけたものであり、路盤を「上層・下層」に分ける理由も、このCBR基準の段階的な違いに由来している。

　

### 7-3a 弱い路床を強くする――路床安定処理という化学的な近道

　

路床のCBR値が極端に低い(たとえば軟弱な粘土質地盤で数%を大きく下回る)場合、第7-4節・第八章で見る層厚設計だけで対応しようとすると、非常に厚い舗装構造が必要になり、コストが見合わなくなることがある。このような場合に実務でよく用いられる代替策が「路床安定処理」であり、路床の土そのものに添加材を混ぜ込んで化学的に改質し、CBR値を底上げする工法である。

　

代表的な添加材が「石灰」(生石灰または消石灰)と「セメント」である。粘土質の土に石灰を混ぜると、石灰と粘土鉱物・水分との間で「ポゾラン反応」(BOOK-0084で見たイオン結合・共有結合の考え方が関わる、粘土鉱物中のケイ酸・アルミナ成分と石灰のカルシウム分が反応し、時間をかけて硬いカルシウムシリケート・カルシウムアルミネートの結晶を生成する反応)が進行し、土全体が徐々に硬化していく。この反応は即座に強度が出るわけではなく、数週間から数か月かけて徐々に強度が発現する点に特徴があり、施工計画にはこの養生期間を見込む必要がある。セメント安定処理も同様の発想だが、セメントの水和反応(BOOK-0084・BOOK-0121では扱われていない、セメント化学に固有の反応であり、本書もこれ以上は立ち入らない)によって、石灰よりも早く高い強度を発現させられる特徴がある。

　

路床安定処理は、第七章で見た「層を重ねて荷重を分散させる」という発想とは異なる、「もっとも弱い層そのものの強さを底上げする」という、いわば発想の方向が逆のアプローチである。どちらのアプローチ(層厚を増やすか、路床を改良するか)が経済的かは、現地の土質・添加材の入手コスト・施工条件によって変わるため、実務では両方を試算した上で比較検討することが一般的である。

　

化学的な安定処理(石灰・セメント)とは別に、「機械的安定処理」と呼ばれる、より単純なアプローチもある。これは、現地の路床土に、性質の異なる別の土(たとえば粘土質の路床土に、粒度の良い砂質土)を機械的に混ぜ合わせることで、第三章で見たフラーの最大密度理論の考え方を路床土そのものに応用し、締固め後の密度・強度を高める手法である。化学反応による強度発現(石灰・セメント安定処理)を待つ必要がなく、比較的短期間で効果を得られる点が特徴だが、改良の程度は化学的安定処理ほど大きくないことが多く、路床の弱さの程度に応じて、機械的安定処理・化学的安定処理・第7-4節で見た層厚の増加が、単独あるいは組み合わせで選択される。

　

### 7-4 等値換算厚法という考え方――層ごとの材料の「効き目」を換算する

　

舗装の各層に必要な厚さを決める設計法にはいくつかの流儀があるが、その代表的な考え方の一つが「等値換算厚法」である。これは、舗装を構成するそれぞれの層(表層・基層・路盤)の材料が持つ「強さ」を、基準となる材料(多くは良質な砕石)に対する相対的な効き目の係数(等値換算係数)として数値化し、各層の実際の厚さにこの係数を掛け合わせた値の合計が、路床の強さ(CBR値)から求まる必要換算厚を上回るように、各層の厚さを設計する手法である。

　

この考え方の核心は、「同じ1センチメートルの厚さでも、材料によって舗装全体の強度への貢献度(効き目)が違う」という、ごく直感的な事実を数式に落とし込んでいる点にある。たとえば、良質なアスファルト混合物の表層は、同じ厚さの砕石路盤よりもはるかに強い(換算係数が大きい)材料として扱われる。日本では、こうした等値換算厚に基づく設計手法が舗装設計の実務指針として長く使われてきた歴史があり、CBR値と計画交通量から必要な等値換算厚TAを求めるための設計図表(ノモグラフ)が、公的な設計指針の中に整備されている。

　

このノモグラフの詳細な数値そのもの(CBR・交通量の組み合わせごとの正確な必要等値換算厚の値)は、公表されている設計指針の図表を直接参照すべき性格のものであり、本書では概略値を不確かなまま示すことは避け、次節では国際的に広く教科書に引用され、検算可能な形で数式が公開されているアメリカのAASHTO設計法を用いて、実際の数値例を計算する。

　

### 7-5 もう一つの舗装――たわみ性舗装と剛性舗装

　

本書がここまで扱ってきたアスファルト舗装は、専門的には「たわみ性舗装」(flexible pavement)と呼ばれる分類に属する。これは、荷重がかかると各層がわずかにたわみながら、そのたわみを通じて広い範囲に荷重を分散させる、という力の伝わり方の特徴による名称である。

　

これに対し、道路にはもう一つの大きな分類がある。表層にアスファルト混合物ではなくコンクリート版を用いる「剛性舗装」(rigid pavement、コンクリート舗装とも呼ばれる)である。剛性舗装は、コンクリート版そのものが高い曲げ剛性(たわみにくさ)を持つため、荷重がかかってもほとんどたわまず、代わりにコンクリート版自体が「板」として広い面積で荷重を受け止め、下の路盤・路床にはごくわずかな圧力しか伝えない、という力の伝わり方をする。この違いは、BOOK-0084第一章で見た「木は繊維方向に強く、石は圧縮に強い」という天然材料の対比とはやや異なるが、「柔らかく変形して力を逃がすか、硬く踏ん張って力を面で受け止めるか」という、材料が荷重に抵抗する際の二つの基本戦略の違いとして理解すると位置づけやすい。

　

剛性舗装は、たわみ性舗装に比べて一般に初期建設費が高くなる傾向があるものの、耐用年数が長く(適切に設計・施工されれば数十年単位の供用が期待される)、重量車両の交通量が非常に多い区間(高速道路の一部区間や港湾・空港の舗装など)で採用されることが多い。一方でコンクリート版は温度変化による伸縮で「目地」(あらかじめ設けられたひび割れの誘発目地)を設ける必要があり、この目地部分での荷重伝達(隣り合う版同士がスムーズに荷重を分け合えるようにする「ダウエルバー」と呼ばれる鋼棒を埋め込む工夫など)が、剛性舗装特有の設計上の課題になる。剛性舗装の構造設計・鉄筋や鋼棒による補強の詳細は、BOOK-0060(橋の構造)で扱われる鉄筋コンクリート構造の考え方とも接続する領域であり、本書ではこれ以上立ち入らず、たわみ性舗装(アスファルト舗装)の設計に焦点を絞り続ける。

　

なお、両者を組み合わせた「複合舗装」(コンクリート版の上にアスファルト層を重ねる、あるいは劣化した剛性舗装の上にアスファルトでオーバーレイを施す構造)も広く使われており、必ずしも「どちらか一方を選ぶ」という二者択一ではない点も付記しておく。

　

### 7-5a 水を「入れない」だけでなく「出す」設計――路盤排水という視点

　

第七章はここまで、荷重をどう分散させるかという力学的な側面を中心に見てきたが、舗装構造設計にはもう一つ、水をどう扱うかという視点が欠かせない。第2-4節で見たはく離、第八章で見た凍上、第九章で見た疲労ひび割れの多くは、路盤・路床に水が滞留することで悪化することが知られている。

　

この課題に対応するため、舗装構造には「路盤排水」の仕組みが組み込まれることが多い。代表的な工夫が、路盤の一部に透水性の高い材料(専門的には「開粒度排水層」と呼ばれる、大きな空隙を持つ砕石層)を設け、そこに浸入した水を路肩に設置された「エッジドレーン」(路肩に沿って埋設される、水を集めて排水する管)を通じて、道路の外へ速やかに排出する構造である。第12-1節で見た透水性舗装が「表層から地中へ水を通す」設計だったのに対し、この路盤排水は「舗装構造の内部に浸入した水を、外へ逃がす」設計であり、目的も仕組みも異なる、いわば対をなす排水設計だと理解できる。

　

「路盤の中に水を滞留させない」という、この一見地味な設計上の配慮が、実は第七章・第八章で見た層厚設計・構造数の計算そのものよりも、長期的な舗装の寿命を左右することが少なくない、と指摘する専門家は多い。第7-3a節で見た路床安定処理や、本節の路盤排水はいずれも、目に見える華やかな設計要素ではないが、「舗装が長持ちするかどうかは、目立たない部分の配慮の積み重ねで決まる」という、舗装工学の実務における重要な教訓を体現している。

　

### 7-5b 路肩は本線と同じ設計でよいか

　

本線(車両が実際に走行する車線)の舗装構造設計をここまで扱ってきたが、道路の両脇にある「路肩」(緊急時の停車や、歩行者・自転車の通行のために設けられる帯状の部分)は、しばしば本線とは異なる、簡略化された構造で設計される。路肩は日常的な交通荷重(特に大型車の繰り返し通過)をほとんど受けないため、第八章で見たESAL・構造数SNの計算においても、本線よりはるかに小さい設計交通量を前提にでき、その結果、本線より薄い層構成で足りることが多い。

　

ただし、路肩には別の設計上の考慮点もある。緊急停車した大型車の重量を、それほど高くない頻度ではあっても支える必要があること、また路肩の端部は排水(第7-5a節で見た路盤排水の出口)や、除雪作業の負荷を受けやすいことなどである。「同じ道路の中でも、場所によって受ける荷重の性質が異なれば、設計もそれに応じて変えるべきである」という考え方は、第七章冒頭で見た「必要最小限の構造を見極める」という設計思想が、車線ごと・区間ごとのきめ細かな最適化にまで及ぶことを示す、実務上の好例である。

　

### 7-6 布のように敷く補強材――ジオシンセティックスという発想

　

第七章の締めくくりに、舗装の層構造そのものに手を加える、もう一つの技術を紹介しておきたい。「ジオシンセティックス」(geosynthetics、土木用の合成繊維製品の総称)である。これは、高分子(BOOK-0084・BOOK-0121で扱った高分子材料の応用例)から作られた、布状・網状の資材を、路盤や路床の中に敷き込むことで、舗装の性能を補強する技術である。

　

ジオシンセティックスにはいくつかの機能別の種類がある。「ジオテキスタイル」(不織布・織布状の資材)は、性質の異なる二つの層(たとえば細かい路床土と粗い砕石路盤)が交通荷重や雨水の影響で互いに混ざり合ってしまうのを防ぐ「分離機能」や、水を一方向に通しながら土粒子は通さない「排水機能・フィルター機能」を果たす。「ジオグリッド」(格子状の網目を持つ資材で、多くはポリエステルやポリプロピレンなどの高分子繊維でできている)は、路盤材料の中に敷き込むことで、格子の目に骨材粒子がかみ込み(第2-2節で見たかみ合わせと同じ発想を、人工的な網目で強化したもの)、路盤全体の剛性を高め、荷重分散の効果を向上させる「補強機能」を果たす。

　

これらの資材は、第11-7節で見たリフレクションクラック対策としても、あるいは軟弱な路床の上に舗装を築造する際の路盤の補強としても使われる。ジオシンセティックスによる補強効果を定量的に設計に組み込む手法も研究・実務化が進んでいるが、その効果は資材の種類・路盤材料・路床条件によって大きく変わるため、多くの設計指針では、経験的な等価層厚(ジオシンセティックスを敷くことで、路盤厚をどれだけ薄くできるとみなせるか、という換算)として扱われることが一般的である。この発想は、第七章で見た等値換算厚法(第7-4節)の考え方――「材料ごとの効き目を係数化する」――を、人工的な繊維資材にまで拡張したものだと理解できる。

　

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## 第八章 AASHTO設計法と多層弾性理論――世界標準の設計体系

　

### 8-1 AASHTO設計法の成り立ち――実際の道路を壊してデータを取った実験

　

現在、世界中の舗装設計に大きな影響を与えている設計体系の一つが、アメリカ州道路交通運輸行政官協会(AASHTO)による設計法である。この設計法の原型は、1950年代終わりから1960年代初頭にかけてイリノイ州で実施された「AASHOロードテスト」という、きわめて大規模な実験にさかのぼる。この実験では、さまざまな厚さ・構成で実際に舗装を建設し、そこに規定の荷重を積んだトラックを何十万回も繰り返し走らせ、舗装がどのように劣化していくかを直接観測するという、文字通り「壊してデータを取る」手法がとられた。この実測データを統計的に整理してできた経験式が、現在まで版を重ねながら使われ続けているAASHTO設計法(代表的なものが1993年版)の土台になっている。

　

AASHTO設計法の中心的な考え方は、舗装の構造としての強さ全体を「構造数」(SN、Structural Number)というただ一つの数値に集約する点にある。構造数は、各層の厚さに、その層の材料がどれだけ構造的な強さに貢献するかを示す「層係数」(ai)と、排水の良し悪しを反映する「排水係数」(mi)を掛け合わせたものを、すべての層について合計することで求められる。

　

SN = a1 × D1 + a2 × D2 × m2 + a3 × D3 × m3 + …

　

ここでD1・D2・D3は各層の厚さ(単位はインチ)、a1・a2・a3は各層の層係数である。表層のようにアスファルト混合物でできた層の層係数はおよそ0.40〜0.44程度/インチ、良質な砕石路盤の層係数はおよそ0.14程度/インチ、砕石下層路盤の層係数はおよそ0.11程度/インチという代表値が、AASHTOの設計指針や関連する教科書に広く引用されている(実際の設計では、各材料の弾性係数から専用のノモグラフを用いて、より精密な層係数を求める)。

　

必要な構造数SNそのものは、計画交通量(累積相当単軸荷重回数、W18と呼ばれる指標に換算される。詳しくは第8-7節で扱う)、路床の強さ(レジリエントモジュラスMRという、路床土の弾性的な強さを表す指標。CBR値からMR ≒ 1500 × CBR〈単位:psi〉という近似式で概算されることが広く紹介されている)、設計の信頼性(道路の重要度に応じた統計的な余裕の設定)、そして供用期間中に許容する使用性の低下量(ΔPSI)を、AASHTOが定める複雑な経験式(対数を含む非線形の式)に入力することで求められる。

　

ここで「設計の信頼性」という考え方を、もう少し掘り下げておきたい。AASHOロードテストのデータには、当然ながら実験に固有のばらつき(気象条件・材料の微妙な違いなど)が含まれている。AASHTO設計法は、この統計的なばらつきを正面から扱うために、形式科学(統計学)で使われる「標準正規分布」の考え方を設計式に組み込んでいる。設計者は、その道路の重要度に応じて「信頼性レベルR」(たとえば幹線道路ではR=95%、交通量の少ない道路ではR=75%というように、道路の社会的な重要度が高いほど高い信頼性が要求される)を選び、これに対応する統計的な係数(標準正規偏差ZR、信頼性が高いほど絶対値が大きくなる負の値)を設計式に代入する。信頼性R=95%の場合のZRはおよそ−1.645であることが、統計学の標準正規分布表(BOOK-0026などで扱われる統計学の基礎知識)から得られる代表的な値として広く紹介されている。この係数を経験式に組み込むことで、「その道路がAASHOロードテストのような理想的な条件からいくらか外れた、より厳しい条件に置かれたとしても、95%の確率で設計期間中の性能低下が許容範囲に収まるように、あらかじめ余裕を持たせた設計にする」ということが、数式の上で実現されている。舗装構造設計が、力学だけでなく統計学(形式科学の恒星、GAKUMON_UNIVERSE.mdの全体マップ冒頭を参照)の言葉を必要とする理由が、ここにある。この経験式そのものの導出と計算は本書の範囲を超える高度な内容になるため、ここでは「必要な構造数SNは、交通量・路床の強さ・信頼性・許容劣化量から、公表されている設計式または設計図表を用いて算出される」という位置づけの説明にとどめ、次節ではこの必要SNが与えられたという前提のもとで、実際に層厚を設計し、達成されるSNを検算する、という実務上頻出の計算パターンを扱う。

　

### 8-2 検算してみる――構造数SNから舗装の層厚が妥当かを確認する【数値例3】

　

ある地方道路について、交通量・路床強度・信頼性から算出された必要構造数が SN(必要) = 3.0 であったとする(これは中程度の交通量を持つ道路の代表的な値としてしばしば教科書に例示される水準である)。この道路に対して、次のような層構成を計画したとする。

　

表層・基層(アスファルト混合物、層係数a1 = 0.44/インチ)を厚さ10センチメートル、上層路盤(良質な砕石、層係数a2 = 0.14/インチ、排水係数m2 = 1.0)を厚さ20センチメートル、下層路盤(砕石、層係数a3 = 0.11/インチ、排水係数m3 = 1.0)を厚さ15センチメートルとする。

　

AASHTOの式はインチ単位を前提にしているため、まず各層の厚さをセンチメートルからインチへ換算する(1インチ = 2.54センチメートル)。

　

D1 = 10 ÷ 2.54 = 3.937インチ

D2 = 20 ÷ 2.54 = 7.874インチ

D3 = 15 ÷ 2.54 = 5.906インチ

　

これらを構造数の式に代入する。

　

SN(達成) = (0.44 × 3.937) + (0.14 × 7.874 × 1.0) + (0.11 × 5.906 × 1.0)

　

各項を計算する。第一項: 0.44 × 3.937 = 1.732。第二項: 0.14 × 7.874 = 1.102。第三項: 0.11 × 5.906 = 0.650。

　

SN(達成) = 1.732 + 1.102 + 0.650 = 3.484

　

自己検算: 三項それぞれをセンチメートル単位に戻して確認すると、第一項は0.44÷2.54 = 0.1732(1cmあたりの層係数)× 10cm = 1.732で一致、第二項は0.14÷2.54 = 0.05512 × 20cm = 1.102で一致、第三項は0.11÷2.54 = 0.04331 × 15cm = 0.650で一致する。単位換算の経路を変えても同じ結果になることが確認でき、計算に誤りがないと判断できる。

　

得られたSN(達成) = 3.48は、必要とされたSN(必要) = 3.0を上回っており(安全余裕率 = 3.48 ÷ 3.0 ≒ 1.16)、この層構成(表層・基層10cm + 上層路盤20cm + 下層路盤15cm、合計45cm)は構造上妥当であると判断できる。もし達成SNが必要SNを下回っていた場合は、いずれかの層(特に層係数の大きいアスファルト層)を厚くする、あるいはより層係数の高い材料に変更するという設計の反復(イテレーション)を行うことになる。この「必要な値を算出し、具体的な層厚を仮定し、達成値を計算して比較検討する」という反復プロセスこそが、舗装構造設計の実務そのものである。

　

なお、ここで用いた層係数(0.44・0.14・0.11)は、AASHTOの設計指針および多くの舗装工学の教科書(たとえばY. H. HuangのPavement Analysis and Designなど)で代表値として広く引用される数値であるが、実際の設計では材料ごとの試験結果や地域の設計基準に基づいて個別に決定される値である点を付記しておく。

　

### 8-3 もう一段深い理論――多層弾性理論という考え方

　

AASHTO設計法のような経験式(実際の道路を観測して得られた統計的な関係式)とは別に、舗装内部の応力・ひずみをより理論的に(力学の第一原理に近い形で)計算しようとするアプローチもある。それが「多層弾性理論」であり、その基礎は1943年にアメリカの技術者ドナルド・バーミスター(Donald M. Burmister)によって確立された。

　

多層弾性理論は、舗装を「性質の異なる弾性体(BOOK-0084で見たフックの法則にしたがう理想化された材料)が、水平な層として何枚も積み重なった構造」とみなし、表面に円形の等分布荷重(前節で見たタイヤの接地圧に相当)が加わったときに、各層の内部の任意の位置に生じる応力・ひずみ・変位を、弾性力学の方程式を解くことによって理論的に計算する手法である。

　

単一の均質な材料(半無限体)であれば、この種の計算は19世紀にフランスの数学者ブシネスク(Boussinesq)によって解かれていたが、実際の舗装は層ごとに弾性係数(硬さ)がまったく異なる材料が積み重なっているため、層と層の境界での応力・変位の連続性を考慮した、はるかに複雑な計算が必要になる。バーミスターの理論は、この多層構造の問題を数学的に解く枠組みを与え、その後コンピュータの発達とともに、多数の層・任意の荷重配置に対応できる数値計算プログラム(層状弾性解析プログラム)へと発展した。

　

多層弾性理論を実務で使う際には、この理論が置いているいくつかの単純化の仮定を理解しておくことが重要である。第一に、各層を「線形弾性体」(BOOK-0084第五章で見たフックの法則にしたがう、応力とひずみが比例する理想化された材料)として扱う点である。しかし第七章で見た砕石路盤のような粒状材料は、実際には応力の大きさによって剛性が変化する非線形な挙動を示すことが知られており、この非線形性を扱うには、より高度な数値解析(有限要素法など)が必要になる。第二に、各層を「等方性」(どの方向にも同じ性質を示す)と仮定する点であり、実際には締固めの方向性によって、路盤材料が水平方向と鉛直方向で異なる剛性を持つ(異方性を示す)ことも報告されている。多層弾性理論は、これらの単純化を許容することで計算を扱いやすくする代わりに、こうした複雑な挙動を捨象している、という限界を正直に理解した上で使うことが、専門職としての誠実な姿勢である。

　

多層弾性理論を実際に計算するには、各層の弾性率E(BOOK-0084第五章で見たヤング率と同じ考え方)に加えて、「ポアソン比」(記号はν、ニュー)と呼ばれるもう一つの材料定数が必要になる。ポアソン比は、材料を一方向に圧縮したときに、圧縮方向とは垂直な方向にどれだけ膨らむか(あるいは引っ張ったときにどれだけ細くなるか)を表す比率であり、ゴムのような柔らかい材料は0.5に近い(体積がほとんど変わらないまま形だけ変わる)値を、鋼のような材料は0.3前後の値をとることが知られている。アスファルト混合物のポアソン比は温度によって変化する(高温で軟らかくなるほどゴムに近い0.4〜0.5に近づき、低温で硬くなるほど0.3程度に近づく)ことが知られており、この温度依存性もまた、第五章で見た粘弾性という性質の別の顔だと理解できる。

　

多層弾性理論の大きな利点は、AASHTO設計法のような経験式とは異なり、「なぜその応力・ひずみが生じるのか」を力学的に説明できる点、そして次章で扱う疲労破壊解析に必要な「舗装内部の特定の位置(たとえばアスファルト層の底面)に生じる引張ひずみ」を直接計算できる点にある。現代の性能規定型の舗装設計(力学‐経験的設計法、Mechanistic-Empirical Pavement Design Guideなど)は、この多層弾性理論による応力・ひずみの計算と、次章で扱う疲労則のような経験的な破壊モデルを組み合わせる形で構成されている。

　

この力学‐経験的設計法(MEPDG)を現実の道路データで検証・校正するために、アメリカでは1987年から「長期舗装性能プログラム」(LTPP、Long-Term Pavement Performance program)という、全米・カナダの数百か所の道路区間を対象に、数十年単位で舗装の状態を追跡調査し続ける、きわめて大規模な観測プロジェクトが継続されている。第8-1節で見たAASHOロードテストが、限られた期間・限られた場所で行われた「実験」だったのに対し、LTPPは実際に供用されている多様な気候・交通条件下の道路を、長期間にわたって「観測」し続けるという点で、AASHOロードテストの発想を、より現実に近い形で発展させたプロジェクトだと位置づけられる。第9-2節で見た疲労則の係数や、第五章で見たマスターカーブのパラメータの多くは、こうした長期観測データの蓄積によって、繰り返し検証・改良され続けている。「一つの実験で確立した式を使い続ける」のではなく、「観測データが蓄積するたびに式そのものを更新していく」という、この継続的な検証の姿勢こそが、本書で紹介した数式が今なお実務で信頼され続けている理由である。

　

実務ではこの多層弾性理論による計算を手計算で行うことはなく、専用のコンピュータプログラムに委ねる。代表的なものに、アメリカのシェル石油が開発した「BISAR」、大学の研究グループが公開している「KENPAVE」(層状弾性解析と有限要素解析の両方を扱えるプログラム)、そして第8-1節で見た力学‐経験的設計法を実装した「Pavement ME Design」などがある。第五章で見たマスターカーブ(混合物剛性の温度・周波数依存性)を入力データとして与え、これらのプログラムが、任意の荷重条件・層構成のもとでの応力・ひずみ分布を数値的に解く、という流れが現代の実務の姿である。本書で示した数値例(第8-2節・第9-3節など)は、こうしたプログラムが出力するであろう値を、検算可能な単純化された形で提示したものであり、実務ではこれらのプログラムによる、より精緻な計算に置き換わる、という位置づけを付記しておく。

　

### 8-4 設計法は国ごとに違う――日本・アメリカ・ヨーロッパの流儀

　

第七章・第八章で見てきたように、舗装構造設計には複数の流儀が存在する。日本は伝統的に、CBR値を基礎にした等値換算厚法(第七章第7-4節)を長く用いてきたが、近年では多層弾性理論に基づくより精緻な設計法への移行も進められている。アメリカはAASHTO設計法(経験式、本章第8-1節・第8-2節)を長く標準としてきたが、2000年代以降、多層弾性理論と疲労則を組み合わせた、より力学的な根拠に基づく「力学‐経験的設計法」(MEPDG、のちに実務ソフトウェアとしてPavement MEと呼ばれる)への移行が進められている。

　

イギリスやフランスなど一部のヨーロッパ諸国は、独自の設計指針(たとえばフランスの道路研究機関LCPCが確立した設計法など)を持ち、これらもまた多層弾性理論を基礎にしながら、その国の気候・交通条件・材料事情に合わせた独自の係数・基準値を採用している。「舗装構造設計の物理的な原理(荷重分散・応力ひずみ・疲労)は世界共通だが、それを数値基準にどう落とし込むかは、各国の道路事情の歴史的な蓄積を反映して異なる」という事実は、BOOK-L系(言語シリーズ)の各国語がそれぞれの歴史を持つのと同じように、工学の標準もまた一様ではなく、地域ごとの発展の歴史を刻んでいることを示す好例である。

　

### 8-5 凍る大地の設計――寒冷地における凍上対策

　

日本の北海道・東北地方や、ヨーロッパ・北米の寒冷地では、これまで見てきた交通荷重による設計に加えて、もう一つ重要な設計要素が加わる。それが「凍上」(とうじょう、frost heave)である。

　

土の中に含まれる水分が冬季に凍結する際、土の粒子のすき間で氷の層(専門的には「アイスレンズ」と呼ばれる)が成長し、周囲から水分をさらに引き寄せながら体積を膨張させることで、路面そのものを押し上げてしまう現象が凍上である。特に、シルト質(砂よりも細かく粘土よりは粗い土粒子)を多く含む路床土は、毛細管現象によって水分を吸い上げやすく、凍上が起こりやすい性質を持つことが知られている。

　

凍上が起こると、路面が不均一に持ち上がり、さらに春先に氷が融ける際には逆に地盤の支持力が一時的に大きく低下する(専門的には「融解期の弱体化」と呼ばれる)ため、この時期に重量車両が通行すると舗装が急激に損傷しやすくなる。寒冷地の舗装設計では、この凍上・融解の影響を受けやすい深さまで、凍結しにくい(あるいは水を集めにくい)砕石などの材料に置き換える「置き換え工法」が広く採用されており、必要な置き換え深さは、その地域の冬季の気温の低さと持続期間を積算した指標(凍結指数)をもとに算出される。これは、第七章・第八章で見た交通荷重に基づく層厚設計に、気候条件に基づくもう一つの層厚要求が加わる、寒冷地特有の設計上の考慮事項である。

　

### 8-6 検算してみる――過積載車両の破壊力を「4乗則」で見積もる

　

舗装の疲労やわだち掘れに関する経験則の中でも、実務上とりわけ有名なものに「4乗則」(fourth power law)がある。これは、AASHOロードテスト(第8-1節)のデータ解析から見いだされた経験則で、「舗装に与える損傷の大きさは、車軸にかかる荷重のおよそ4乗に比例する」というものである。

　

この関係を式で表すと、ある基準軸重(多くの場合、1軸あたり80キロニュートン、およそ8トン相当の「標準軸重」が基準として使われる)に対する損傷を1としたとき、実際の軸重Lによる損傷係数(等価係数)は次のようにおおよそ表される。

　

損傷係数 ≒ (L ÷ 80kN)⁴

　

具体的な数値で確かめてみよう。ある車両の軸重が標準軸重の1.25倍(100kN、10トン相当)であったとする。このときの損傷係数は、

　

損傷係数 = (100 ÷ 80)⁴ = (1.25)⁴

　

1.25² = 1.5625であるから、1.25⁴ = 1.5625² = 2.4414(小数第4位まで)。

　

自己検算: 1.5625 × 1.5625を筆算で確認する。1.5625 × 1.5 = 2.34375、1.5625 × 0.0625 = 0.09766、これらを足すと2.34375 + 0.09766 = 2.44141となり、先に求めた2.4414と一致する。

　

つまり、軸重がわずか25%重い(1.25倍)だけの車両1台の通行は、標準軸重の車両およそ2.44台分に相当する舗装への損傷を与える計算になる。この4乗則は、なぜ道路交通法などで車両の総重量・軸重に上限が定められ、過積載が厳しく規制されているのかを、数字の面から裏づけている。第九章で見る疲労則(Nf ∝ εt⁻³·²⁹¹)における「ひずみのわずかな増加が疲労寿命を大きく縮める」という関係と、この4乗則が示す「軸重のわずかな増加が損傷を大きく増やす」という関係は、根っこの現象(舗装内部に生じる応力・ひずみが、荷重の増加に対して敏感に反応する)を共有する、兄弟のような経験則だと理解できる。

　

### 8-7 混ざり合う交通量を一本化する――ESAL(等価単軸荷重回数)という発想

　

第8-1節で「累積相当単軸荷重回数、W18と呼ばれる指標」に触れたが、ここでその中身を掘り下げておこう。実際の道路には、乗用車から二輪車、路線バス、2軸の小型トラック、3軸・4軸の大型トラック、トレーラーまで、軸の数も軸重もばらばらな車両が入り混じって走っている。舗装構造設計では、この雑多な交通の流れを、前節で見た4乗則を使って「標準軸重(80kN)の車両が何回分に相当する損傷か」という、ただ一つの共通のものさしに変換する。この変換後の値を「等価単軸荷重回数」(ESAL、Equivalent Single Axle Load)と呼び、ある車両の特定の軸が1回通過することによる損傷を標準軸重換算した係数を「荷重等価係数」(LEF、Load Equivalency Factor)と呼ぶ。

　

荷重等価係数の考え方は、前節の4乗則の式そのものである。LEF = (対象の軸重 ÷ 標準軸重)⁴。この係数を、道路を通行するすべての車種・すべての軸について求め、それぞれの年間通行台数を掛け合わせて合計すれば、その道路が計画期間中に受ける交通全体を、ESALという一つの数字に集約できる。この集約された数字こそが、第8-1節で見たAASHTO設計法の入力値であるW18の正体である。

　

具体的な数値で確かめてみよう。ある道路に、1日あたり標準軸重(80kN)の軸を持つ車両が800台、軸重100kN(標準の1.25倍)の車両が200台通行するとする。前節の計算からLEF(軸重100kN)= 1.25⁴ ≒ 2.4414であった。標準軸重の車両のLEFは定義よりちょうど1.0である。

　

1日あたりのESAL = (800台 × 1.0) + (200台 × 2.4414) = 800 + 488.28 = 1288.28 ESAL/日

　

自己検算: 200台×2.4414を分解すると、200×2=400、200×0.4414=88.28、合計400+88.28=488.28となり、先の計算と一致する。さらに800+488.28=1288.28であり、桁の見落としがないことも確認できる。

　

この結果は、興味深い事実を示している。標準軸重の車両800台(全体の80%)は合計800ESALしか生み出さないのに対し、軸重が25%重いだけの車両わずか200台(全体の20%)が、合計488.28ESAL、すなわち全体の損傷のおよそ38%(488.28÷1288.28×100≒37.9%)を生み出している。「一部の重量車両が、舗装損傷の大部分を引き起こす」というこの非対称性こそが、4乗則が過積載の取り締まりにおいてこれほど重視される理由であり、道路管理者が大型車の交通量を特に注意深く監視する理由でもある。この1日あたりのESALを、道路の設計期間(たとえば20年)にわたって積算し、交通量の年間増加率も考慮に入れたものが、AASHTO設計法におけるW18として、第8-2節で見た構造数SNの算出に使われる。

　

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## 第九章 疲労破壊解析――舗装は何回の車で壊れるか

　

### 9-1 疲労という現象――「一度では壊れないが、何度も繰り返すと壊れる」

　

第六章の最後で予告した「疲労ひび割れ」について、本章ではより定量的に扱う。疲労とは、材料に一回だけ与えても壊れないほど小さな応力・ひずみであっても、それを何千回、何百万回と繰り返し与え続けると、材料内部に微細な損傷が少しずつ蓄積し、最終的に破壊に至る現象である。これは金属材料や橋梁の構造部材でも古くから知られてきた現象であり、舗装工学における疲労ひび割れも、この一般的な疲労破壊という現象の一種として理解される。

　

アスファルト舗装における疲労破壊は、典型的には次のように進行する。車両の車輪がアスファルト層の上を通過するたびに、アスファルト層はたわみ、その底面(路盤と接する側)には引張応力・引張ひずみが生じる。車両が通り過ぎればこのひずみはおおむね元に戻るが、完全にゼロには戻らないごくわずかな損傷が層の内部に残る。この「わずかな損傷」が、何百万回という交通の繰り返しによって蓄積し、やがてアスファルト層の底面から上向きに、微細なひび割れが発生・成長し、最終的に路面まで到達して目に見えるひび割れ(専門的には「ボトムアップひび割れ」と呼ばれる、疲労ひび割れに特徴的な進展パターン)として現れる。

　

### 9-2 疲労則(疲労式)――ひずみと繰り返し回数を結びつける経験式

　

疲労ひび割れが発生するまでの繰り返し回数(疲労寿命、記号はNf)を予測するために、舗装工学では実験室での繰り返し曲げ試験のデータをもとに構築された経験式が広く使われている。その代表的な形の一つが、アメリカのアスファルト協会(Asphalt Institute)が確立した疲労則であり、教科書に広く引用される代表的な形として、次の式がある。

　

Nf = 0.0796 × (εt)^(−3.291) × (E)^(−0.854)

　

ここでεtはアスファルト層底面に生じる引張ひずみ(単位のない比率、たとえば0.0002のような微小な値で表される)、Eはアスファルト混合物の剛性率(単位はポンド毎平方インチ、psi)、Nfはひび割れが一定の範囲(この式の係数の場合、供試体断面積のおよそ20%にひび割れが生じる状態)に達するまでに耐えられる荷重繰り返し回数である。

　

この式の形が語っていることを直感的に説明しよう。指数部分が負の大きな値(−3.291や−0.854)になっているということは、ひずみεtや剛性Eがわずかに変化しただけで、疲労寿命Nfが劇的に(べき乗的に)変化することを意味する。特にεtの指数(−3.291)は絶対値が大きく、「舗装内部に生じるひずみをわずかに減らすことができれば、疲労寿命を桁違いに延ばせる」ということをこの式は教えてくれる。これが、舗装構造設計において、層厚を十分に確保し、アスファルト層底面のひずみをできるだけ小さく抑えることが疲労対策の要となる理由である。

　

なお、この種の疲労則には、ひび割れの判定基準(20%相当か、45%相当かなど)や、実験室試験と実際の道路での挙動の違いを補正する「シフトファクター」の設定によって、文献ごとに異なる係数の版が存在する。本書で示した係数は教科書・設計指針に広く引用される代表的な一形態であり、実務設計ではその時点で採用されている設計指針の版に従う必要がある、という点を正直に付記しておく。

　

ここで、第六章で見たわだち掘れ則(ホイールトラッキング試験による動的安定度DS、第6-4節)と、本章の疲労則の関係を整理しておきたい。力学‐経験的設計法(MEPDG、第8-3節)では、同じ舗装構造に対して、わだち掘れ(永久ひずみの蓄積)と疲労ひび割れ(引張ひずみの蓄積)という二つの異なる破壊モードを、それぞれ別の経験式で並行して評価し、どちらか一方でも許容限度に達する時期を、その舗装構造の実質的な寿命とみなす、という設計思想を取る。第9-3節の数値例では疲労寿命Nf≒195万回という結果を得たが、同じ舗装構造について、わだち掘れの進行を別途計算した結果、たとえば150万回でわだち掘れの許容量(たとえば13mm程度)に達すると評価されれば、その舗装の実質的な寿命は、疲労とわだち掘れのうち、より早く許容限度に達するほう(この場合はわだち掘れの150万回)によって決まることになる。「一つの設計は、複数の破壊モードのうち、もっとも早く限界に達するものによって寿命が決まる」というこの考え方は、材料工学における安全設計の基本原則(BOOK-0084で見た「最強の材料は存在しない」というトレードオフの議論とも通じる、複数の性能指標を同時に満たす必要があるという発想)を、舗装の寿命予測に応用したものである。

　

ここで、疲労則の式(Nf = 0.0796×εt⁻³·²⁹¹×E⁻⁰·⁸⁵⁴)に、温度という変数がどこにも明示的に登場しない理由を補足しておきたい。実は温度の影響は、この式のEという一つの変数の中に、すでに織り込まれている。第5-5a節で見たマスターカーブは、まさに「その温度・その荷重速度のもとで、混合物の剛性Eがいくつになるか」を与えるものであり、疲労則の計算では、まずマスターカーブから舗装が経験する代表的な温度(多くは年間の平均的な舗装温度)におけるEを求め、それを疲労則に代入する、という二段構えの手順を踏む。「一年を通じて舗装は暑い日も寒い日も経験するが、疲労則の計算では、その平均的な影響をEという一つの数値に集約して扱う」という、この単純化の作法を理解しておくと、なぜ疲労則の式の中に温度そのものが登場しないのかという、一見不思議に思える疑問が解消される。

　

### 9-3 検算してみる――疲労寿命を計算する【数値例4】

　

多層弾性理論(第八章)によって、ある舗装構造のアスファルト層底面に生じる引張ひずみがεt = 200マイクロひずみ(200 × 10⁻⁶ = 0.0002)、アスファルト混合物の剛性率がE = 400,000psi(psiは重量ポンド毎平方インチという圧力の単位。約2.8ギガパスカルに相当する、常温付近のアスファルト混合物として妥当な代表値)と計算されたとする。この舗装が耐えられる疲労寿命Nfを、前節の疲労則を使って計算してみよう。

　

このようなべき乗の計算は、桁数が大きくなるため、常用対数(log10)を使って手計算でも確実に検算できる形に変換すると扱いやすい。両辺の常用対数をとると次のようになる。

　

log₁₀(Nf) = log₁₀(0.0796) + (−3.291) × log₁₀(εt) + (−0.854) × log₁₀(E)

　

各項を順に計算する。まずlog₁₀(0.0796)。0.0796 = 7.96 × 10⁻²であり、log₁₀(7.96) ≒ 0.9009であるから、log₁₀(0.0796) ≒ 0.9009 − 2 = −1.0991。

　

次にlog₁₀(εt) = log₁₀(2 × 10⁻⁴) = log₁₀(2) − 4 ≒ 0.3010 − 4 = −3.6990。これに係数−3.291を掛けると、(−3.291) × (−3.6990) ≒ 12.1733。

　

次にlog₁₀(E) = log₁₀(4 × 10⁵) = log₁₀(4) + 5 ≒ 0.6021 + 5 = 5.6021。これに係数−0.854を掛けると、(−0.854) × 5.6021 ≒ −4.7842。

　

これらを合計する。

　

log₁₀(Nf) ≒ −1.0991 + 12.1733 − 4.7842 = 6.2900

　

したがって、Nf = 10^6.2900。10^0.29 ≒ 1.950であるから、

　

Nf ≒ 1.950 × 10⁶ ≒ 195万回

　

自己検算1(桁の妥当性): まずεt^(−3.291)の項だけを直接計算して桁数を確認する。εt = 2×10⁻⁴なので、その逆数は5×10³ = 5000。5000の3.291乗のオーダーを大まかに見積もると、5000³ = 1.25×10¹¹であり、5000⁰°²⁹¹の分だけこれよりやや大きくなるはずである。対数計算で得た「εt項」だけの寄与を10のべき乗に戻すと10^12.1733 ≒ 1.49×10¹²となり、この大まかな見積もり(10¹¹〜10¹²のオーダー)と整合している。

　

自己検算2(対数の逆算): 得られたNf ≒ 1.95×10⁶について、log₁₀(1.95×10⁶) = log₁₀(1.95) + 6 ≒ 0.2900 + 6 = 6.2900となり、最初に求めたlog₁₀(Nf) ≒ 6.2900と一致する。

　

以上より、この舗装構造は、想定される交通条件のもとでおよそ195万回の荷重繰り返しに耐えられると計算される。仮にこの道路の設計期間(たとえば20年)における累積の相当単軸荷重回数(第八章で触れたW18に近い考え方)が195万回を下回る計画であれば、この舗装構造は疲労の観点から妥当であると判断できる。逆に計画交通量がこれを上回るようであれば、アスファルト層を厚くする、あるいはより剛性の高い(Eの大きい)混合物を採用することで、εtを減らし、Nfを引き上げる設計変更が必要になる。

　

前節で述べた「εtの指数が大きい」という性質を、この数値例で具体的に確認しておこう。仮にεtが200マイクロひずみから10%小さい180マイクロひずみに改善できたとすると、log₁₀(180×10⁻⁶) = log₁₀(1.8)−4+2 は log₁₀(1.8×10⁻⁴) = log₁₀(1.8)−4 ≒ 0.2553−4 = −3.7447となり、(−3.291)×(−3.7447) ≒ 12.3251となる。これは元の12.1733より1.5178大きく、log₁₀(Nf)はおよそ6.2900+0.1518 ≒ 6.4418まで増加し、Nf ≒ 10^6.4418 ≒ 2.766×10⁶回となる。すなわちεtをわずか10%減らすだけで、疲労寿命はおよそ195万回から277万回へ、42%も延びる計算になる。「わずかなひずみの低減が疲労寿命を大きく延ばす」という第9-2節での説明が、この検算によって具体的な数字として裏づけられたことになる。

　

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## 第三部の休憩所――ここまでの要点

　

第三部では、アスファルト混合物という材料の視点から、舗装という構造物全体の視点へと視野を広げてきた。舗装は表層・基層・路盤・路床という層のサンドイッチであり、路面に集中する荷重を深さ方向に分散させながら、もっとも弱い路床に伝わる応力を許容範囲まで弱めることが層厚設計の目的である(第七章)。路床の強さはCBR試験で数値化され、日本の等値換算厚法やアメリカのAASHTO設計法(構造数SNによる設計)、そしてより理論的な多層弾性理論(バーミスター理論)によって、必要な層厚が計算される(第八章)。そして、車両荷重の繰り返しによってアスファルト層内部に蓄積する損傷は、疲労則(Nf = 0.0796×εt⁻³·²⁹¹×E⁻⁰·⁸⁵⁴のような経験式)によって定量的に予測でき、ひずみのわずかな増減が疲労寿命を劇的に左右することが数値例からも確認できた(第九章)。

　

「壊れることを前提にした設計」という、本書冒頭で掲げた背骨がここで具体的な数式として結実したことになる。

　

## コラム よくある誤解を正す――舗装工学の「うそ・ほんと」

　

本題の続きに入る前に、一般に流布しがちな舗装にまつわる思い込みを、ここまで学んだ知識を使って一つずつ検証しておこう。第一部・第二部・第三部で身につけた知識が、日常の素朴な疑問にどう答えられるかを確認する、良い腕試しになる。

　

**誤解1「アスファルトは黒いから、コンクリートより暑くなる」**――これは半分正しく、半分は単純化しすぎている。たしかにアスファルト舗装は色が濃く、太陽光の吸収率(日射吸収率)がコンクリート舗装より高いため、同じ日射条件下では表面温度が高くなりやすい。しかしアスファルト舗装が高温になりやすい理由は色だけではなく、コンクリートに比べて熱伝導率が低く、吸収した熱が内部に逃げにくく表面付近にとどまりやすいという材料そのものの性質も関わっている。第12-2節で見た遮熱性舗装は、この「色による日射吸収」の側面に対処する技術である。

　

**誤解2「舗装は分厚く作れば作るほど長持ちする」**――第七章・第八章で見たように、必要な層厚は交通量・路床の強さ(CBR値)・気候条件から計算される「必要十分な値」であり、厚くすればするほど良いわけではない。厚すぎる舗装は建設コストの浪費であるだけでなく、第十二章で見たLCA(環境負荷)の観点からも、必要以上の資源・エネルギーを消費する。舗装構造設計とは「最小の資源で必要な性能を満たす」という最適化の作業であり、過剰設計もまた設計上の失敗の一種である。

　

**誤解3「ひび割れが入ったら、その舗装は寿命が来た証拠だ」**――第六章・第九章で見たように、疲労ひび割れはアスファルト層底面から徐々に上向きに進展する現象であり、路面に微細なひび割れが現れ始めた段階は、多くの場合まだ舗装の寿命の途中にすぎない。第九章補遺・第12-5節で見たように、この段階で表面処理などの予防的維持を行うことが、もっとも費用対効果の高い対応である場合が多い。「ひび割れ=即・全面打ち換え」ではなく、「ひび割れの種類と進行度に応じた、段階的な対応」こそが現代の舗装マネジメントの基本姿勢である。

　

**誤解4「雨の日に道路が滑りやすいのは、水がタイヤと路面の間の摩擦をなくすからだけだ」**――基本的には正しいが、第2-6節で見たスキッド抵抗性の観点を補うと、より正確に理解できる。骨材がすり減って表面が滑らかになっている(ポリッシングが進んでいる)舗装は、乾燥時でもすでにスキッド抵抗性が低下しており、雨天時にはその低下がさらに顕著になる。逆に差別摩耗が進んだ骨材や、開粒度・排水性舗装(第3-2節・第12-1節)のように水膜そのものを減らす構造であれば、同じ雨天でもすべりにくさをある程度保てる。「雨だから滑る」のではなく、「もともとのスキッド抵抗性と、雨による水膜の厚さの掛け合わせで、実際のすべりやすさが決まる」というのが、より正確な理解である。

　

**誤解5「再生舗装(RAP)は、新品の舗装より品質が劣る」**――第十一章で見たように、適切なリジュビネーターの添加と配合設計を経たRAP混合物は、規格を満たす性能を発揮するよう設計されている。RAPの混入率や品質管理が不適切であれば性能低下のリスクはあるが、「RAPを使う=品質が落ちる」という単純な図式は、現代の舗装工学の実務とは食い違っている。日本をはじめ多くの国で、適切に設計されたRAP混合物が幹線道路にも広く使われている実績が、この点を裏づけている。

　

こうした「うそ・ほんと」の検証は、本書がめざす「専門職のトップと技術討論できる水準」の実践的な訓練でもある。専門家との対話では、しばしばこうした素朴な思い込みが話題にのぼる。その一つひとつに、感覚ではなく本書で学んだ具体的な機構(温度依存の粘弾性、疲労ひび割れの進展パターン、スキッド抵抗性の物理、RAP配合設計の考え方)で答えられることこそが、「討論できる」ということの実質である。

　

次に、舗装がすでに供用され始めたあと、その壊れ方をどう管理し、いつ手を入れるべきかを判断する仕組みを見ておこう。第九章までで、舗装が「どう設計され、どう壊れるか」という理論はひととおり揃った。ここからの補遺は、その理論を実際の供用中の舗装に当てはめ、「今、目の前にあるこの舗装は、理論上のどの段階にいるのか」を診断し、限られた予算の中でいつ手を入れるべきかを判断する、より実務に近い視点への橋渡しである。

　

## 第九章補遺 非破壊検査と舗装マネジメントシステム――壊れる前に「診る」技術

　

### 9-4 たわみ量を測る――FWD(落下重錘式たわみ測定装置)

　

第七章・第八章では、舗装を「設計する」段階の理論を見てきたが、実際に供用が始まった舗装が今どれだけ健全かを知るには、別の技術が必要になる。舗装を壊さずに(非破壊で)内部の状態を推定する代表的な技術が「FWD」(Falling Weight Deflectometer、落下重錘式たわみ測定装置)である。

　

FWDは、規定の重さのおもりを一定の高さから落下させ、路面に瞬間的な衝撃荷重(実際の車両のタイヤが通過する際の荷重に近い大きさ・作用時間になるよう調整されている)を与え、その荷重の中心および周囲の複数点に設置したセンサー(たわみ計)で、路面が瞬間的にどれだけ沈み込むか(たわみ量)を測定する装置である。

　

このたわみ量の分布パターンから、第八章で見た多層弾性理論を逆向きに使う「逆解析」という手法によって、舗装を構成する各層(表層・基層・路盤・路床)が、現在それぞれどれだけの弾性係数(硬さ)を持っているかを推定できる。新設時には十分な強度があった層が、経年劣化や水の浸入によってどれだけ弱っているかを、実際に舗装を掘り返すことなく把握できる点が、この技術の実務上の価値である。舗装を「壊さずに診断する」という発想は、医療における画像診断にたとえられることがあり、FWDによる推定結果は、次に説明する舗装マネジメントシステムにおいて、補修の優先順位を決めるための重要な入力データになる。

　

### 9-4a データをどう集めるか――路面性状測定車という「動く観測所」

　

FWD(第9-4節)が特定の地点でたわみ量を測定する装置であるのに対し、道路網全体のIRI(平坦性)・わだち掘れ量・ひび割れ状況といった路面性状データを、広範囲かつ効率的に収集するために使われるのが「路面性状測定車」である。この車両は、レーザー変位計(路面までの距離をレーザー光の反射時間から精密に測定するセンサー)や高解像度カメラを搭載し、通常の走行速度のまま道路を走行するだけで、路面の凹凸・ひび割れ・わだち掘れといった性状データを連続的に記録できる。

　

この測定車によって集められたデータは、第9-5節・第9-5a節で見たPMS・インフラ資産管理の基礎データとなり、第9-6節で見た路面損傷カタログの分類と組み合わされて、道路網全体の舗装状態指数を効率的に更新し続けるための土台になる。かつては人が歩いて目視で調査していた損傷の記録が、こうした自動化された測定車によって、より広範囲・高頻度・高精度に収集できるようになったことは、第12-3a節で見たデジタルツインの実現に向けた、重要なデータ基盤の進歩でもある。

　

### 9-5 舗装マネジメントシステム(PMS)――限られた予算で、どの道路から直すか

　

一つの都市や国が管理する道路は、数百キロメートルから数万キロメートルに及ぶことも珍しくない。これらすべての舗装を同時に補修することは予算的に不可能であり、「限られた予算をどの区間に優先的に配分するか」という意思決定そのものが、舗装工学の重要な実務課題になる。この意思決定を体系的に支援する情報システムを「舗装マネジメントシステム」(PMS、Pavement Management System)と呼ぶ。

　

PMSの基本的な考え方は、道路網全体のひび割れ量・わだち掘れ量・平坦性(路面の凹凸の度合い、国際ラフネス指数IRIという指標で表されることが多い)などを定期的に調査し、これらを統合した「舗装状態指数」(PCI、Pavement Condition Indexなど、機関によって指標名や算出方法には違いがある)としてデータベース化することにある。さらに、この状態指数が時間とともにどう低下していくかを示す「劣化曲線」を統計的に推定し、「今、少額の予防的維持(たとえば表面処理程度の軽微な補修)を行った場合」と「劣化が進むまで放置し、後で大規模な打ち換えを行った場合」の生涯費用を比較する。

　

この比較のもとになる考え方が「ライフサイクルコスト分析」(LCCA、Life Cycle Cost Analysis)である。舗装の状態は、供用開始からしばらくはゆるやかに低下するが、ある時点を過ぎると劣化の速度が急激に増す傾向が経験的に知られている。この「劣化が加速し始める前」に軽微な予防的維持を行うほうが、劣化が進みきってからの大規模な打ち換えよりも、供用期間全体を通じた総費用(初期建設費・維持費・利用者の走行費用増分などを合算した費用)を大きく抑えられることが、多くの道路管理機関の長期的な経験とLCCAの試算によって示されている。この「早めの小さな手当てが、遅れた大きな手当てより安上がりである」という関係は、身近な生活における家の外壁塗装や車のオイル交換の考え方とも共通する、予防保全という発想の舗装版だと理解すると腑に落ちやすい。

　

PMSとLCCAは、これまでの章で見てきた材料設計・構造設計とは異なる階層――「一本の道路をどう設計するか」ではなく「道路網全体の予算配分をどう最適化するか」――に位置する意思決定科学であり、近年ではこの分野に統計学・データ科学(本図鑑でいえば形式科学の恒星に属する分野)の手法が積極的に取り入れられている、舗装工学と情報科学の学際領域でもある。

　

### 9-5a 道路網は「資産」である――インフラ資産管理という会計の視点

　

PMS・LCCAが持つもう一つの側面として、道路を単なる物理的な構造物ではなく、金銭的な価値を持つ「資産」として管理する「インフラ資産管理」(asset management)の考え方にも触れておきたい。道路管理者(国・自治体)は、保有する道路網の資産価値を会計上評価し、その価値が時間とともにどう減少していくか(専門的には「減価償却」、BOOK-0084・BOOK-0121では扱われていない会計学の概念であり、経済学・社会学の大陸に属する分野との接点である)を管理する必要がある。

　

この文脈では、第九章補遺で見た舗装状態指数(PCI)やIRIは、単なる技術的な指標にとどまらず、その道路資産が「今、金銭的にどれだけの価値を保っているか」を推定するための基礎データとしても使われる。適切な予防的維持(第12-5節)を怠り舗装状態指数を急落させてしまうことは、技術的な劣化であると同時に、道路管理者の財務諸表の上でも資産価値の毀損として現れる。この視点は、舗装工学の意思決定が、技術部門だけでなく、道路管理者の財政・会計部門にとっても重要な関心事であることを示しており、第九章補遺で見たPMS・LCCAが、工学と会計学という、一見縁遠い二つの分野をもつなぐ役割を果たしていることがわかる。

　

### 9-6a 荒れた路面が、荒れをさらに加速させる――動的荷重の悪循環

　

FWD・PMSと関連して、舗装工学にはもう一つ、興味深いフィードバックの構図が知られている。第九章補遺で見た国際ラフネス指数(IRI)は路面の平坦性を表す指標だが、路面が平坦でなくなる(IRIが悪化する)ことは、単に乗り心地が悪くなるだけの問題ではない。車両のサスペンション(ばね・ダンパーで構成される、車体の振動を吸収する機構、BOOK-0084で見たばね・BOOK-0121で見た粘弾性の力学モデルと同じ部品構成である)は、路面の凹凸を通過するたびに上下に振動し、この振動によってタイヤが路面から一瞬浮き上がったり、逆に通常より強く押しつけられたりする「動的荷重」が生じる。

　

路面が滑らかであれば、この動的荷重の変動は小さく、第七章で見た静的な荷重(タイヤの重さがそのまま伝わる荷重)に近い値で済む。しかし路面が荒れている(IRIが大きい)ほど、車両の振動が大きくなり、動的荷重のピーク値が静的荷重を大きく上回るようになる。この動的荷重の増大が、第九章で見た疲労則(Nf ∝ εt⁻³·²⁹¹)の感度の高さゆえに、舗装の疲労損傷をさらに加速させ、路面をより一層荒れさせる。荒れた路面がさらに大きな動的荷重を生み、その動的荷重がさらに路面を荒れさせる――この「荒れが荒れを呼ぶ」悪循環は、舗装工学の実務でしばしば指摘される現象であり、第12-5節で見た「劣化が加速する前の予防的維持」がなぜそれほど重視されるのかを、力学的な観点からもう一段補強する説明になっている。

　

この動的荷重の増大は、車両側にも影響を及ぼす。路面の凹凸によって車両が余分に振動するとき、エンジンはその振動によるエネルギー損失を補うために、余分な燃料を消費する。世界銀行が開発した道路投資評価モデル(HDM-4など、道路の維持管理政策の費用対効果を評価するための国際的に広く使われるモデル)では、IRIの悪化が車両の燃料消費量・タイヤの摩耗・車両の維持費の増加と関係づけられており、「舗装状態の悪化は、道路管理者の補修コストだけでなく、そこを走る何百万台もの車両の利用者コストをも押し上げる」という考え方が、道路投資の意思決定に組み込まれている。この視点は、第九章補遺・第12-5節で見たLCCAが、道路管理者の視点だけでなく、道路利用者全体の視点までを含めた、より広い社会的な費用対効果の分析へと発展しうることを示している。

　

### 9-6 壊れ方に名前をつける――路面損傷の分類カタログ

　

PMSが舗装状態指数を算出するには、その大前提として、路面に現れるさまざまな損傷(専門的には「路面性状」あるいは「ディストレス」と呼ばれる)を、誰が調査しても同じように分類できる、共通の名称と定義が必要になる。本書のこれまでの章で個別に登場した損傷を、ここで一つのカタログとして整理しておこう。

　

「ひび割れ」には複数の種類がある。第九章で見た疲労ひび割れが進行すると、路面には亀の甲羅のような網目模様のひび割れが現れ、これを「亀甲状ひび割れ」(アリゲータークラック、alligator cracking)と呼ぶ。第六章で見た低温ひび割れは、交通の方向に対してほぼ直角に走る「横断ひび割れ」として現れることが多い。これに対し、道路の中央線や車輪の通り道に沿って、交通方向とほぼ平行に走るひび割れを「縦断ひび割れ」と呼び、施工時の継ぎ目の不良や、路肩部分の支持力不足など、亀甲状ひび割れとは異なる原因で生じることが多い。亀甲状ひび割れがさらに進行し、個々のひび割れが大きな塊(ブロック)状に区切られるようになったものは「ブロッククラック」と呼ばれ、多くの場合、バインダーの酸化劣化(第十一章参照)が主因である縦横のひび割れが組み合わさって生じる、亀甲状ひび割れとは発生機序がやや異なる損傷として区別される。

　

亀甲状ひび割れ・縦断ひび割れ・ブロッククラックのいずれも進行すると、ひび割れに囲まれた部分の骨材・アスファルトが交通荷重によって徐々に失われ、路面に穴があく「ポットホール」(局部的な陥没)に至ることがある。ポットホールは、それ自体がひび割れの分類というより、複数の損傷が進行した末に到達する、いわば損傷カタログの「終着点」の一つであり、道路管理者にとってもっとも緊急度の高い補修対象として扱われる。

　

もう一つ、これまでの本書では触れてこなかった損傷の種類に「スリッページクラック」(すべりひび割れ)がある。これは、三日月形をした特徴的な形状のひび割れであり、表層とその下の層(基層)との間の接着が不十分な箇所で、車両の急ブレーキ・急旋回といった水平方向の力がかかったときに、表層が下の層に対して部分的に「すべる」ことで生じる。この接着を確保するために、舗装の各層を重ねて施工する際には、層と層の間にアスファルト乳剤(第1-9節参照)を薄く散布する「タックコート」という工程が用いられる。タックコートが不十分・不均一だと、その箇所で層間の一体性が損なわれ、スリッページクラックの弱点になりうる。これは、第7-1節で見た「舗装は層のサンドイッチである」という構造が、単に層を積み重ねるだけでなく、層と層がしっかり接着して初めて、設計どおりの荷重分散(第7-2節)が成り立つという前提を、逆説的に浮き彫りにする損傷例である。

　

タックコートによる層間の接着強さは、「せん断接着試験」や「引張接着試験(プルオフ試験)」と呼ばれる試験によって、コア抜き試験(第4-7節参照)で採取した供試体を使って確認できる。プルオフ試験は、層と層の境界をまたぐようにコアの上面に治具を接着し、これを垂直に引き剥がす力を加えて、層間が剥離するまでの引張応力(単位はMPa)を測定する試験である。この試験で得られる接着強さが、設計上想定される水平せん断力(第特-4節で見た急勾配路のブレーキ荷重や、交差点での旋回荷重)に対して十分な余裕を持っているかを確認することが、スリッページクラックを未然に防ぐための、施工品質管理上の最終確認になる。この「接着という、目に見えにくい性能を、引き剥がすという単純な操作で数値化する」という発想は、BOOK-0121第五章で見た複合材料の繊維‐母材界面の評価とも通じる、材料の界面強度を測る際の共通の作法である。

　

ひび割れ以外の変形としては、第六章で見た「わだち掘れ」に加え、急ブレーキや急加速が繰り返される交差点手前などで、路面のアスファルト混合物が水平方向に押しずれてしわのように盛り上がる「押し出し(シービング、shoving)」がある。第4-1節で見たブリージング(泌油)も、路面損傷カタログの中では「表面の光沢・アスファルトのにじみ出し」として分類される。骨材が表面から欠け落ちる現象は、第6-5節で見た「ラベリング(粒状剥離)」として分類される。

　

これらの損傷の種類・程度(軽微・中程度・重度)・発生範囲を、定められた調査区間ごとに記録し、損傷の種類ごとに重み付けをして統合したものが、第9-5節で紹介した舗装状態指数(PCIなど)である。「亀甲状ひび割れが広範囲に重度で見られる区間は、疲労破壊(第九章)が構造的に進行している可能性が高いため打ち換えを検討する」「わだち掘れが局所的に見られる区間は、その箇所のバインダーやSGCの締固め条件(第4-6節)を見直す」というように、路面損傷の分類は、単なる記録にとどまらず、本書で学んだ破壊メカニズムの知識と結びつけることで、初めて的確な対応策の判断材料になる。「壊れ方に正しい名前をつけられること」自体が、専門家同士が的確に技術討論するための共通言語である、という点は、本書全体を通じて繰り返し確認してきた姿勢そのものである。

　

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# 第四部 フロンティア編(水準十〜十二)

　

第一部から第三部までで、舗装工学が現時点で確立している設計体系――材料の化学、配合設計、構造設計、疲労解析、そして供用中の維持管理――をひととおり見てきた。第四部では視点をさらに先に進め、「まだ確立していないが、有望とされている技術」と「すでに実務に深く根づいた資源循環の成功例」という、二つの異なる性格を持つフロンティアを扱う。ここでもっとも大切な姿勢は、SYSTEM.md §16.5が定める「未確定は正直に明記する」という原則である。研究段階の技術を実用化済みであるかのように語らず、逆に実務に定着した技術を過小評価もしない、この線引きの正確さこそが、専門職として信頼される議論の土台になる。

　

## 第十章 自己治癒アスファルト――傷を自分で治す道路(研究段階)

　

### 10-1 なぜ「自己治癒」という発想が生まれたのか

　

第六章・第九章で見たように、アスファルト舗装はわだち掘れ・低温ひび割れ・疲労ひび割れという複数の経路で、時間とともに必ず劣化していく。これまでの舗装工学は、この劣化をできるだけ遅らせる(材料や構造設計を工夫する)方向で発展してきたが、近年、まったく異なる発想の研究が世界各地の大学・研究機関で進められている。それが「自己治癒アスファルト」(self-healing asphalt)である。

　

自己治癒という発想自体は、実はアスファルトという材料にもとから備わっている性質のごく一部を利用したものである。第五章で見たように、アスファルトは温度が上がると軟化し、流動性を取り戻す粘弾性体である。そのため、微細なひび割れが発生したあとでも、十分な熱と時間があれば、アスファルト分子がひび割れの隙間ににじみ出し、再びつながり合う(専門的には「ウェッティング」〈濡れ広がり〉と「拡散」の組み合わせとして説明される)、ある程度の自己修復能力を潜在的に持っている。実際、供用中の舗装でも、夏場の高温と交通荷重による練り直し効果によって、ごく微細なひび割れの一部は自然にふさがることがあると報告されている。自己治癒アスファルトの研究は、この「もともと持っている自然な自己修復能力を、意図的に増強し、制御できるようにする」ことを目指すものである。以下、確立の度合いが異なる複数のアプローチを、研究段階であることを明記しながら順に紹介する。

　

### 10-2 マイクロカプセル法――若返り剤を「詰めて埋め込む」発想

　

もっとも直感的にわかりやすいアプローチが、マイクロカプセル(直径が数十から数百マイクロメートル程度の、微小な殻に包まれたカプセル)の中に、アスファルトを若返らせる働きを持つ油分(専門的には「リジュビネーター」〈rejuvenator、若返り剤〉と呼ばれ、アスファルトの中で失われがちな軽い成分〈飽和分・芳香族分〉を補う役割を果たす)を封入し、これをアスファルト混合物の製造時に少量混ぜ込んでおく方法である。

　

このマイクロカプセルの殻は、通常の使用条件では壊れずにアスファルトの中にとどまっているが、ひび割れがカプセルの位置まで進展してくると、カプセルの殻が物理的に破断し、内部の若返り剤が周囲のひび割れ面ににじみ出す。この若返り剤が、酸化によって硬く脆くなったひび割れ周辺のアスファルトを再び軟化・柔軟化させ、ひび割れの再接着(交通荷重による練り直しと組み合わさることで)を促進する、という仕組みが想定されている。

　

このアプローチは、ちょうど生体の血液が傷口で凝固して止血する仕組みや、一部の自己治癒性ポリマー材料(傷がついた部位だけでマイクロカプセルが破れて修復剤が働く、既に一部実用化されている高分子材料の技術)の発想を、アスファルトという材料に応用したものだと理解すると位置づけやすい。研究段階では、カプセルの殻の材質選定(適切な強度で、混合物の製造・締固め時には壊れず、ひび割れ進展時にはきちんと壊れる必要がある)や、封入量とアスファルト全体の力学性能への影響の評価が、主要な研究課題として取り組まれている。

　

### 10-3 誘導加熱法――導電性の繊維で「内側から温める」発想

　

もう一つの有力なアプローチが、アスファルト混合物の中に、鋼繊維(スチールウール状の細い鋼の繊維)や導電性の高い骨材粒子を分散させておき、舗装の表面に電磁誘導加熱の装置を近づけることで、これらの導電性材料を電磁誘導によって発熱させ、周囲のアスファルトを局所的に軟化させてひび割れを閉じる、という手法である。

　

この誘導加熱法は、オランダのデルフト工科大学の研究グループを中心に2010年代から研究・実証実験が進められてきた、自己治癒アスファルト研究の中でもっとも実道路での試験事例が蓄積されている手法の一つである。実際にオランダ国内の一部の高速道路区間に、鋼繊維を混ぜたアスファルト混合物による試験舗装が施工され、専用の誘導加熱車両を走らせて路面を定期的に加熱するという実証実験が行われてきたことが報告されている。この手法の利点は、マイクロカプセル法のように一度使い切りではなく、繰り返し何度でも加熱処理を行える点にあるが、専用の加熱車両を用意し、定期的に運用する必要があるという運用上のコストが課題として指摘されている。

　

自己治癒アスファルトの研究は、オランダの研究グループにとどまらず、世界各地の大学・研究機関で並行して進められている、国際的に活発な研究分野でもある。アメリカ・イギリス・中国・日本など複数の国の大学が、マイクロカプセルの改良(第10-2節)、誘導加熱の効率化、あるいは第10-4節で見た微生物法の基礎研究に、それぞれ独自の切り口で取り組んでいることが、国際的な舗装工学の学会・論文誌を通じて報告されている。一つの技術課題に対して世界中の研究者が並行して異なるアプローチを試みる、という研究の進み方そのものが、この分野がまだ「唯一の正解」に収束していない、活発な発展途上のフロンティアであることを物語っている。こうした国際的な研究交流の場としては、道路・舗装分野の国際的な学会・会議体が、各国の研究成果や実務経験を共有する役割を果たしており、本書で紹介してきた設計手法の多くも、こうした国際的な知見の交換を長年にわたって経ながら、世界中に広まってきたものである。

　

### 10-4 微生物による自己治癒――生物学の力を借りる、もっとも新しい発想

　

第三のアプローチとして、コンクリート分野で先行して研究されてきた「微生物コンクリート」(特定の細菌がひび割れに浸入した水分・酸素をきっかけに炭酸カルシウムを生成し、ひび割れを埋める技術)の発想を、アスファルトに応用しようとする研究も報告されている。ただしアスファルトは炭化水素を主成分とする疎水性(水になじみにくい)の材料であり、コンクリートのようにセメント水和物中に微生物を安定して定着させる仕組みとは事情が大きく異なるため、この方向の研究はマイクロカプセル法や誘導加熱法に比べて、なお基礎研究の初期段階にあると位置づけるのが正直な現状認識である。

　

### 10-5 正直な現在地――「研究室では有望、実用の主流にはまだ遠い」

　

自己治癒アスファルトについて、本書は次のように正直に線を引いておきたい。マイクロカプセル法・誘導加熱法とも、実験室レベルでの効果(修復前後での引張強度やき裂の再接着率の回復)は複数の研究で報告されており、誘導加熱法についてはオランダなどでの実道路での試験施工の事例も存在する。しかし、これらの技術が世界の道路建設において標準的な工法として広く採用されている段階にはまだ至っていない。材料コスト(鋼繊維や特殊なマイクロカプセルの追加費用)、施工性への影響、長期的な耐久性の実証データの蓄積不足、そして専用機材(誘導加熱車両など)の普及といった課題が、実用化への道のりにはなお残されている。

　

### 10-4a 「治った」ことをどう測るか――治癒率という評価指標

　

第10-2節・第10-3節で紹介した各手法の効果を、研究者たちはどのように定量的に評価しているのだろうか。代表的な評価指標が「治癒率」(healing index、修復度指数などとも訳される)である。これは、供試体をあらかじめ意図的に破断させ(あるいは微小なひび割れを導入し)、その後、治癒のための処理(加熱・静置時間の確保など)を施したうえで、再び同じ試験(多くは第七章補遺・第五章で見た引張試験や、疲労則の元になる繰り返し曲げ試験)を行い、「治癒後に回復した強度・剛性が、破断前の元の値の何%に相当するか」を百分率で表す。

　

この治癒率の測定には、いくつかの前提条件が結果に大きく影響することが知られている。第一に「静置時間」(破断後、治癒処理を経てから再試験するまでの時間)が長いほど、第一章で見たコロイド構造モデルのウェッティング・拡散が進む時間的余裕が増えるため、治癒率は高くなる傾向がある。第二に「治癒温度」(第10-1節で見たように、アスファルトの自己治癒能力は温度が高いほど発揮されやすい)も、治癒率を大きく左右する。第三に「破断からの経過回数」(同じ供試体で破断・治癒のサイクルを何度も繰り返すと、第十一章で見た酸化劣化の進行や、アスファルトの一部が失われることによって、治癒率が徐々に低下していく傾向がある)も重要な変数である。

　

これらの条件による治癒率のばらつきの大きさこそが、第10-5節で述べた「研究室では有望だが、実用の標準化にはまだ課題が残る」という評価の、定量的な根拠になっている。単一の実験室条件で高い治癒率が得られたとしても、実際の道路が経験する多様な温度・荷重サイクル・経年劣化のもとで、同程度の治癒率を再現よく発揮できるかどうかは、なお実証を積み重ねるべき課題として残されている。

　

「これは研究段階の技術であり、確立された標準工法ではない」という一線を明確にしたうえで、それでもなおこの研究が魅力的である理由を述べておきたい。これまでの舗装工学が「劣化をいかに遅らせるか」という受け身の発想だったのに対し、自己治癒アスファルトは「劣化した部分を材料自身に治させる」という、能動的な発想への転換を体現している。この発想の転換は、材料科学全体の大きな潮流(BOOK-0121で紹介した形状記憶合金のような「機能を持つ材料」への志向)と軌を一にするものであり、舗装工学がまだ発展途上の若い研究フロンティアを抱えていることを示す好例である。

　

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## 第十一章 再生舗装(RAP)――古い舗装を生まれ変わらせる

　

### 11-1 RAPとは何か――「壊した舗装」は資源である

　

第九章で見たように、アスファルト舗装はいつか必ず劣化し、打ち換えや大規模な補修が必要になる。このとき、古い舗装を撤去して廃棄物として処分するのではなく、砕いて骨材とアスファルトの混合物として回収し、新しい舗装の材料として再利用する仕組みが確立されている。この回収された古い舗装材料を「RAP」(Reclaimed Asphalt Pavement、再生アスファルト舗装材)と呼ぶ。

　

RAPは、専用の路面切削機で古い舗装表層を薄く削り取る(専門的には「オーバーレイ前の切削」などと呼ばれる工程で発生する)か、あるいは打ち換え工事で撤去した舗装版を破砕・整粒することで得られる。得られたRAPは、骨材と、劣化(酸化)によって硬くなったアスファルトの両方をすでに含んでいるという点で、通常の新しい骨材とは異なる、独特の再生材料である。

　

アスファルト舗装のリサイクル率は、多くの先進国で非常に高い水準に達していることが知られている。日本では、道路の維持・修繕で発生したアスファルト塊のほとんどがRAPとして再生利用されており、これは建設分野における資源循環の代表的な成功事例の一つとして位置づけられている。この高いリサイクル率は、BOOK-0121のむすびで触れられた「材料選択の第五の軸」としての資源循環という課題に、舗装工学がすでに実務レベルで大きく貢献していることを示している。

　

このような高いリサイクル率が実現した背景には、技術面での進歩(第11-2節のリジュビネーター、第11-6節の路上再生工法)だけでなく、制度面での後押しもあったことを付け加えておきたい。日本では、建設工事から生じる特定の資材(アスファルト塊・コンクリート塊・建設発生木材など)の再資源化を義務づける「建設リサイクル法」(2000年制定)が、建設分野全体の資源循環を制度として後押ししてきた。技術と制度の両輪がそろって初めて、第11-1節で見たような高いリサイクル率が実務レベルで定着する、という構図は、第12-6節で見たLCA(環境負荷評価)の考え方が、単なる技術的な指標にとどまらず、社会制度・政策と結びつくことで初めて実効性を持つという、工学と社会制度の接続点を示す好例である。

　

### 11-2 老化したバインダーをどう扱うか――若返り剤(リジュビネーター)の役割

　

RAPを新しい舗装に再利用する際の最大の技術的課題は、RAP中に含まれる古いアスファルトが、長年の供用によって酸化劣化し、硬く(針入度が小さく)なっている点にある。第一章で見た通り、アスファルトは炭化水素の混合物であり、空気中の酸素と反応する(酸化する)と、軽い成分(飽和分・芳香族分)の一部が失われたり、分子同士が結合してより重い成分(アスファルテン)へと変化したりすることで、全体として硬く、脆くなっていく。

　

この硬くなった古いアスファルトをそのまま新しいアスファルトに混ぜると、混合物全体が設計より硬くなりすぎ、低温ひび割れへの耐性が損なわれる懸念がある。そこで、第十章で自己治癒アスファルトの文脈でも登場した「リジュビネーター」(若返り剤)を、RAPの配合設計にも活用する。この場合のリジュビネーターは、軽い炭化水素成分を補うことで、老化したアスファルトのSARA分画のバランス(第一章参照)を、新品のアスファルトに近い状態へ戻すことを狙った添加剤である。リジュビネーターの原料には、石油精製の副産物(潤滑油の製造過程で得られる抽出油など)のほか、第11-4節で見たバイオオイル系の原料が使われることもあり、この点でもRAP技術とバイオアスファルト研究には接点がある。

　

RAP由来の老化したバインダーと、新しく加えるバインダーを混ぜたときに、その「ブレンド後」の硬さ(粘度)をあらかじめ予測する簡便な方法として、「対数配合則」(log blending rule)がある。これは、粘度の対数値(常用対数)が、各成分の配合比率で加重平均されるとみなす近似則であり、次の式で表される。

　

log(η blend) = P(RAP) × log(η RAP) + P(virgin) × log(η virgin)

　

ここでη(イータ)は粘度、P(RAP)・P(virgin)はそれぞれRAP由来バインダー・新規バインダーの配合比率(RAPバインダーと新規バインダーの合計を1とする)である。数値で確かめよう。RAP由来バインダーの粘度が10,000(任意単位、対数計算の例示のための無次元値とする)、新規バインダーの粘度が100であり、配合比率をRAP側30%・新規側70%とすると、

　

log(η blend) = 0.30×log(10,000) + 0.70×log(100) = 0.30×4 + 0.70×2 = 1.2+1.4 = 2.6

　

η blend = 10^2.6 ≒ 398

　

自己検算: 10^2.6=10^2×10^0.6=100×3.981≒398.1であり、単純な加重平均(0.30×10,000+0.70×100=3,000+70=3,070)よりはるかに小さい値になる。これは対数配合則が「粘度そのもの」ではなく「粘度の対数」を加重平均する近似則であるためであり、老化した硬いバインダー(粘度10,000)がわずか30%混ざっただけで、ブレンド後の粘度がその配合比率から素朴に予想される値よりもずっと小さく(新規バインダーの性質に近く)なる、という実務上重要な性質を、この計算例が示している。これは、第11-2a節で見た不完全ブレンディングの議論とあわせて、「RAPの配合比率と、ブレンド後の実際の性質は、単純な比例関係にはならない」という、RAP配合設計における注意点を裏づける計算例である。

　

実務のRAP配合設計では、新しい骨材・新しいアスファルトに、RAPをどれだけの割合(RAP混入率、道路の重要度や規格によって幅があるが、表層で数十%程度まで、下層路盤材としてであればより高い割合まで、というように用途によって上限が変わることが多い)まで混ぜてよいかが、その道路の設計基準によって定められている。混入率が高くなるほど、老化したバインダーの影響が大きくなるため、リジュビネーターの添加量や、新しく加えるアスファルトの等級(硬さ)を調整するといった、配合上のきめ細かな設計が必要になる。

　

ここで見落とされがちな点として、RAPは老化したバインダーだけでなく、骨材そのものも同時に持ち込む、という事実にも触れておきたい。第三章で見た粒度設計は、新しい骨材だけを想定して行うのではなく、RAP由来の骨材(RAPをふるいにかけて求めた粒度)も合成粒度の計算に組み込む必要がある。すなわち、第3-4節で見た「複数の骨材を配合比率で加重平均する」という計算手法が、RAPを含む配合設計でも、RAPを一つの「骨材源」として扱うことで、そのまま応用できる。この意味で、RAP配合設計は「バインダーの若返り(第11-2節)」と「骨材の粒度設計(第三章)」という、本書の異なる二つの章で学んだ計算手法を、同時に組み合わせて扱う、総合的な応用問題だと理解できる。

　

### 11-2a 新旧のアスファルトは本当に「ひとつに混ざる」のか――ブレンディングという課題

　

RAP配合設計を難しくしているもう一つの論点は、RAP中の老化したアスファルトと、新しく加えるアスファルトが、混合工程の中で実際にどれだけ均一に混ざり合っているか、という問題である。理想的には、老化したアスファルトの膜が新しいアスファルトと完全に一体化(ブレンディング)し、リジュビネーターの効果も含めて均質な性質を持つバインダーになることが想定されている。しかし実際の混合時間・温度の条件下では、RAP粒子の内部深くに残る老化アスファルトの一部が、新しいアスファルトと完全には混ざりきらず、硬いまま部分的に残ってしまう(専門的には「不完全ブレンディング」と呼ばれる)可能性が、研究によって指摘されている。

　

この不完全ブレンディングが実際にどの程度起きているかは、老化アスファルトを部分的に「独立した硬い粒」として残存させる、いわば第一章で見たコロイド構造モデルにおけるアスファルテン粒子の凝集に似た現象として理解されており、RAP混入率が高くなるほど、またRAP由来のアスファルトの老化度が高いほど、この不完全ブレンディングの影響は無視できなくなると考えられている。この課題への対処として、混合時間を長めに取る、リジュビネーターを併用する、あるいは配合設計の計算上、老化アスファルトの一部だけが有効に効いていると仮定して保守的に設計する、といった実務上の工夫が行われている。RAPを含む混合物の品質を最終的に確認する手段として、第五章で見たDSR(第5-3節)を用いて、RAP由来のアスファルトと新しいアスファルト・リジュビネーターを実際に混合し直した「回収バインダー」の複素せん断弾性率|G*|・位相角δを測定し、目標とするPG等級(第5-4節)を満たしているかどうかを直接確認する手法も、近年の実務で広く行われている。これは、配合設計の計算(第11-2節)だけに頼らず、実際に混ぜ合わせた結果を試験で裏づける、という第四章以来本書が繰り返し強調してきた「検算する」姿勢の、RAP配合設計における実践例である。この「新旧の材料が本当に一体化しているかを疑ってかかる」という視点は、BOOK-0121第五章で見た複合材料の界面(CFRPにおける繊維と樹脂の密着度)の議論とも通じる、材料工学に共通する慎重さの表れである。

　

### 11-6 舗装をその場で生まれ変わらせる――路上再生工法(CIR・HIR・FDR)

　

第11-1節で見たRAPは、多くの場合、古い舗装をいったん現場から運び出し、専用の設備で新しい混合物に配合し直してから、再び現場に持ち込んで施工するという流れをたどる。しかし舗装工学には、既存の舗装をその場(現地)で処理し、運搬の手間そのものを減らす「路上再生工法」という、もう一つの資源循環の系統がある。

　

「コールドインプレースリサイクリング」(CIR、Cold In-place Recycling)は、既存のアスファルト舗装の表層を専用の機械でその場で破砕し、破砕して得られた材料に、乳剤や発泡アスファルト(高温のアスファルトに少量の水を加えて瞬間的に発泡させ、体積を増やして骨材と混ざりやすくした状態のアスファルト)などの結合材を加えて、その場で再び敷きならす工法である。「ホットインプレースリサイクリング」(HIR、Hot In-place Recycling)は、これと似た発想だが、既存の舗装表層を加熱・軟化させたうえで削り取り、必要に応じて新しいアスファルトや骨材を加えてから、その場で再び締め固める工法である。そして「フルデプスリクラメーション」(FDR、Full Depth Reclamation)は、アスファルト表層だけでなく、その下の路盤材料までまとめて破砕・混合し、セメントやアスファルト乳剤などの安定材を加えて、路盤そのものを現地で作り直す、もっとも大規模な路上再生工法である。

　

これらの路上再生工法に共通する利点は、材料の運搬(重い骨材・アスファルト混合物をトラックで現場と工場の間を何度も往復させる工程)そのものを大幅に減らせる点にある。第12-6節で見たLCA(ライフサイクルアセスメント)の観点からは、運搬にかかる燃料消費・排出ガスを削減できることが大きな利点として評価される。一方で、その場で処理するがゆえに、工場で厳密に管理された配合設計に比べると、品質のばらつきが生じやすいという課題も指摘されており、事前の詳細な調査(既存舗装のどの深さまでどのような材料が入っているかの把握)と、施工後の品質確認が、通常の工場配合の混合物以上に重要になる。

　

### 11-7 古いひび割れが新しい舗装に映り込む――リフレクションクラックという難題

　

古い舗装の上に新しいアスファルト層を重ねる「オーバーレイ」(既存舗装を活かしたまま薄く上乗せする、もっとも一般的な打ち換え手法の一つ)を行う際、しばしば直面する課題が「リフレクションクラック」(reflective cracking、反射ひび割れ)である。これは、下に埋もれた古い舗装にすでに存在していたひび割れや、剛性舗装の目地(第7-5節参照)が、その真上に新しく敷いたアスファルト層にも、時間とともに同じ位置に「映り込む」ように現れてくる現象である。

　

この現象が起こる理由は、第九章で見た疲労破壊の仕組みと関係している。下に埋もれた古いひび割れや目地の位置では、交通荷重や温度変化による動き(専門的には「目地・ひび割れの開閉運動」)が集中しやすく、その直上にある新しいアスファルト層の底面に、局所的に大きな応力集中が生じる。この応力集中が、第九章で見た疲労ひび割れの進展を、通常よりはるかに速いペースで引き起こしてしまう。

　

リフレクションクラックへの対策として、新しいアスファルト層と古い舗装の間に、ひび割れの動きを吸収する柔軟な中間層(専門的には「応力緩和層」や「SAMI、Stress Absorbing Membrane Interlayer」と呼ばれる、ゴム入りアスファルトなどで作られる層)を挟む方法や、引張強度の高い網状の補強材(ジオグリッド、後述)を層の間に敷き込む方法が実務で使われている。この「弱点(古いひび割れの位置)をあらかじめ特定し、そこにピンポイントで補強を加える」という発想は、BOOK-0121で見たCFRPが弱点を繊維の分業で補う発想とは異なる文脈ながら、「材料の弱点を、構造の工夫で補う」という舗装工学に一貫する思想の延長線上にある。

　

### 11-3 中間温度化・低温化という、もう一つの環境配慮――ウォームミックスアスファルト(WMA)

　

RAPと並んで、近年の舗装工学における重要な環境配慮技術が「ウォームミックスアスファルト」(WMA、Warm Mix Asphalt)である。通常のアスファルト混合物(ホットミックスアスファルト、HMA)は、骨材とアスファルトを均一に混ぜ合わせ、施工に適した流動性を確保するために、およそ150〜180℃程度という高温で製造・施工されることが一般的である。WMAは、特殊な添加剤(発泡剤やワックス系・化学系の添加剤)を用いることで、この製造・施工温度を通常よりもおよそ20〜30℃程度下げても、十分な流動性と締固め性能を確保できるようにした技術である。

　

温度を下げることの利点は複数ある。第一に、加熱に必要な燃料の消費量が減り、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出量を削減できる。第二に、製造・施工時に発生するアスファルトの煙(揮発した軽い炭化水素成分を含む)の量が減り、作業環境が改善される。第三に、RAPを高い混入率で使う場合、老化したバインダーが硬いぶん混合物全体の粘度が上がりがちだが、WMA技術と組み合わせることで、施工に適した流動性を確保しやすくなるという相乗効果も報告されている。

　

なお、WMAは「低い温度でも同等の性能を発揮できるように工夫された技術」であって、施工そのものが常温で行われる「常温(冷間)混合物」とは異なる点に注意が必要である。常温混合物(乳剤やカットバックアスファルトを用いる、加熱を必要としない混合物)は、主に応急的な補修や交通量の少ない道路に限定して使われる、また別の技術系統である。

　

ここで、なぜ温度がそれほど重要なのかを、設計上の概念として補足しておきたい。アスファルト混合物は、第4-3節で見た空隙率Vaを目標範囲に収めるために、施工中の一定の温度範囲内で締め固める必要がある。これは、第五章で見た粘弾性の温度依存性そのものであり、混合物が高すぎず低すぎない、締固めに適した粘性を保っている温度の範囲(専門的には「コンパクション・ウィンドウ」と呼ばれる)を過ぎてしまうと、いくら手順どおりに締め固めても、目標の密度(空隙率)に到達できなくなる。この「時間との勝負」という制約が存在するため、混合物の温度管理は、単なる作業条件ではなく、第4-3節で見た体積特性(Va・VMA・VFA)という設計上の目標値を実際に達成できるかどうかを左右する、設計と施工をつなぐ重要な工学的接点になっている。WMA技術は、この温度の許容範囲そのものを低温側に広げることで、施工可能な時間帯や気象条件の制約を緩和する、という設計上の利点も持っている。

　

### 11-4 バイオアスファルトという、さらに先の研究――植物由来の結合材

　

RAPやWMAが「既存のアスファルトをいかに効率よく使い、再利用するか」という方向の技術であるのに対し、さらに先を見据えて「アスファルトそのものを、石油以外の原料から作れないか」という研究も進められている。これが「バイオアスファルト」(bio-based binder、バイオバインダーとも呼ばれる)の研究である。

　

代表的な原料候補として、木材パルプの製造過程で副産物として得られる「リグニン」(植物の細胞壁を構成する、芳香族性の複雑な高分子)や、農業廃棄物・藻類などを高温で分解して得られる「バイオオイル」が研究されている。これらの植物由来の有機物は、化学的な特徴(芳香族性の高い、粘性のある有機物)がアスファルトのレジン分・アスファルテン分と部分的に類似することから、アスファルトの一部を代替する添加剤、あるいは将来的には全面的な代替材料としての可能性が探られている。

　

ただし本書はここでも正直な線引きを行っておく必要がある。バイオアスファルトの研究は、実験室レベルでの物性評価(針入度・軟化点・DSRによる粘弾性評価など、本書第一章・第五章で見た試験方法がそのまま応用されている)が進められている段階であり、石油由来のアスファルトを全面的に置き換えるだけの生産量・コスト・長期耐久性のデータは、2020年代半ば時点でもなお確立されていない。舗装工学のこの分野は、自己治癒アスファルトと同様、「有望だが、まだ実験室と実証段階にある」フロンティアとして位置づけるのが誠実な評価である。

　

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## 第十二章 舗装工学のこれから――環境配慮舗装と資源循環の総合

　

### 12-1 排水性舗装・透水性舗装――都市の水循環と共生する舗装

　

第三章で紹介した開粒度混合物を発展させた技術に、「排水性舗装」(表層に開粒度混合物を用い、その下に不透水層を設けて、表層に浸透した雨水を舗装の脇の排水施設まで速やかに導く構造)と「透水性舗装」(路盤まで水を通す構造とし、雨水を地中にそのまま浸透させる構造)がある。

　

これらの舗装は、単に路面の水はねやハイドロプレーニング現象を抑えるだけでなく、都市化にともなって深刻化する「都市型水害」(舗装やコンクリートで地表が覆われることで雨水が地中に浸透せず、短時間に河川や下水道へ集中して流れ込むことで起こる洪水)への対策としても注目されている。透水性舗装によって雨水の一部を地中に還元することは、都市の水循環を、舗装が普及する以前の自然な状態にいくらか近づける試みだと理解できる。また、路面に水膜が残りにくいことで、夏場の照り返し(舗装表面に蓄えられた熱が蒸発潜熱として消費されず、そのまま大気中に放出される現象で、都市部の気温上昇=ヒートアイランド現象の一因とされる)をいくらか緩和する効果も期待されている。

　

### 12-2 遮熱性舗装――色と反射率で表面温度を下げる工夫

　

第六章で見たように、舗装の表面温度が高くなるほどわだち掘れのリスクが高まる。この課題に対して、舗装表面に太陽光を反射しやすい特殊な塗料やコーティング材(赤外線を選択的に反射する顔料を含む塗料など)を施すことで、路面の表面温度そのものを下げようとする「遮熱性舗装」も実用化が進んでいる技術である。これは第五章で見た「アスファルトの温度をどう管理するか」という課題に対して、材料の配合を変えるのではなく、表面での熱の出入り(日射の吸収・反射)を制御するという、やや異なる角度からのアプローチである。

　

この効果を、日射反射率(アルベド、地表面が入射した太陽光をどれだけの割合で反射するかを示す0〜1の無次元指標)という数値で大づかみに見ておこう。一般的な新設アスファルト舗装のアルベドはおよそ0.05〜0.10程度(入射する日射のわずか5〜10%程度しか反射せず、残りの90%以上を吸収する)とされ、これは地表面の中でもとりわけ低い(=吸熱しやすい)部類に入る。経年劣化して表面が灰色がかったアスファルト舗装や、コンクリート舗装はこれよりやや高いアルベド(0.15〜0.40程度)を示す。遮熱性コーティングは、このアルベドを0.5前後、あるいはそれ以上まで引き上げることを目標に設計されており、単純に「反射率が新設アスファルトの5倍程度に高まる」と捉えると、吸収される日射エネルギーの割合が大きく減ることが直感的に理解できる(自己検算: 反射率0.10のとき吸収率は0.90、反射率0.50のとき吸収率は0.50であり、吸収エネルギーはおよそ半分程度〈0.50÷0.90≒56%〉にまで減る計算になる)。この吸収エネルギーの減少が、第12-2節冒頭で述べた表面温度の低下、そして第六章で見たわだち掘れリスクの緩和につながる。ただし遮熱性コーティングは経年で反射率が低下していく(汚れの付着や摩耗による)ため、効果を維持するには定期的な再施工が必要になる、という限界も正直に付け加えておく。

　

### 12-2a 施工そのものを自動化する――3Dプリンティングとロボット施工のフロンティア

　

第12-1節・第12-2節が「舗装が完成したあとの機能」に着目した技術だったのに対し、ここではもう一段先の、研究段階にあるフロンティアを紹介しておく。建築分野で研究が進む「3Dプリンティング建設」(コンピュータ制御のノズルから材料を層状に積み重ねて構造物を作る技術)の考え方を、道路の縁石・小規模な歩道・修繕用のパッチ材の施工に応用しようとする研究が、一部の大学・企業で試みられている。

　

この技術がもし実用化されれば、第九章補遺で見たFWD・PMSによる劣化診断のデータをもとに、劣化した箇所だけをピンポイントで、ロボットが自動的に材料を積層して補修する、という将来像が描かれる。ただし、道路全体を3Dプリンティングで施工するには、第四章で見たMarshallミックス設計法やSGC(第4-6節)が前提とする「均一に混合し、締め固める」という工程を、層状の積層という異なる製造プロセスに置き換える必要があり、締固め不足による空隙率の増加(第4-3節)や、層間の付着不良といった課題が指摘されている。この分野は、自己治癒アスファルト(第十章)と同様、現時点では研究・実証段階にとどまる技術であり、実用化の時期を具体的に見積もることは本書の立場からは避けるべきだと考える。それでもなお、「施工そのものを自動化する」という発想は、これまで人の手と重機に頼ってきた舗装工事のあり方を将来的に変えうる、注目すべき研究の方向性である。

　

### 12-3 スマート舗装――センサーを埋め込むという発想

　

情報工学の発展にともない、舗装そのものにセンサーを埋め込み、路面温度・ひずみ・交通量などをリアルタイムで計測する「スマート舗装」の研究も進められている。第九章で見たFWDのような、外部から定期的に計測する非破壊検査に対し、スマート舗装は舗装内部に常時設置されたセンサーによって、劣化の兆候をより早期に、かつ連続的に把握しようとする発想である。この技術が実用化されれば、第九章補遺で見た舗装マネジメントシステム(PMS)に投入されるデータの精度と鮮度が大きく向上し、より的確な補修時期の判断が可能になると期待されている。ただし、センサーの耐久性(舗装内部という過酷な力学・熱環境の中で、舗装自体と同程度の年数にわたって機能し続けられるか)や、データ収集・通信のためのコストが、実用化にあたっての課題として残されている段階である。

　

### 12-2b 損傷を自動で見分ける――画像認識と機械学習の応用

　

第9-4a節で見た路面性状測定車が集める大量の画像データを、人手ですべて確認することは、道路網の規模を考えれば現実的ではない。そこで近年、第9-6節で見た路面損傷カタログ(亀甲状ひび割れ・縦断ひび割れ・ポットホールなど)を、機械学習(特に画像認識の分野で発展してきた技術)によって自動的に検出・分類しようとする研究・実務応用が急速に広がっている。

　

この技術は、大量の路面画像に「ここに亀甲状ひび割れがある」「ここはポットホールである」という正解ラベルを人間が付けたデータ(教師データ)を用いて、画像から損傷の種類・位置・重症度を自動的に判定するモデルを学習させる、という手順で構築される。学習済みのモデルは、第9-4a節の測定車が撮影した新しい画像に対しても、同様の判定を高速に下せるようになる。この技術が実用化されれば、第9-5節で見たPCIのような舗装状態指数の算出を、より低コスト・高頻度で行えるようになり、第12-3a節で見たデジタルツインに投入するデータの鮮度と網羅性を大きく高めることが期待されている。

　

ただし、この種の機械学習モデルは、学習データに含まれていない特殊な損傷パターン(たとえば特-4b節で見た地震による突発的な損傷など、教師データが少ない稀な事例)への対応が難しいという限界も指摘されている。第九章で学んだ「壊れ方には力学的な理由がある」という理解を持つ技術者が、機械学習モデルの判定結果を最終的に検証・監督する、という体制が、当面は必要とされ続けるだろう。「データ駆動の自動化技術と、力学的な理解を持つ専門家の判断」を組み合わせるという発想は、本書全体を貫いてきた「舗装工学は材料科学・構造工学・情報科学の合流点である」(第12-4節)という指摘の、もっとも現代的な現れである。

　

### 12-3a デジタルツイン――舗装網全体を計算機の中に再現する

　

スマート舗装(第12-3節)・FWD(第9-4節)・PMS(第9-5節)によって集められる大量のデータを、さらに一歩先へ活用しようとする研究の方向性が「デジタルツイン」(実世界の構造物・システムを、計算機上に「双子」として再現し、シミュレーションと連動させる技術)の舗装分野への応用である。舗装のデジタルツインでは、道路網全体の層構成・材料特性(第八章で見た構造数SNや、第五章で見たマスターカーブ)・交通量(第八章で見たESAL)・気象条件を計算機モデルとして統合し、実際のFWD計測データやセンサーデータで定期的に校正しながら、将来の劣化進行を第九章で見た疲労則やPMSの劣化曲線モデルでシミュレーションする。

　

このデジタルツインが実現すれば、第九章補遺で見たLCCAの試算を、道路網全体について、より高い精度と頻度で更新し続けられるようになる、という将来像が描かれている。ただし、この技術は本書執筆時点ではなお発展途上の研究領域であり、舗装工学単独ではなく、情報工学・データ科学(本図鑑でいう学際の小惑星帯)との協働なしには実現しえない。スマート舗装・デジタルツインといったフロンティアは、舗装工学がこれまで材料科学・構造工学との合流点として発展してきた歴史(第12-4節)の先に、情報科学という第三の合流をさらに深めていく方向性を示している。

　

### 12-4 舗装工学という学問の輪郭――材料科学・構造工学・情報科学の合流点

　

本書を締めくくるにあたり、舗装工学という分野の輪郭をあらためて見渡しておきたい。第一部・第二部で見たアスファルトの化学と骨材の粒度設計、Marshallミックス設計法、粘弾性は、材料科学(BOOK-0084・BOOK-0121)の延長線上にある。第三部で見た層厚設計・AASHTO設計法・疲労破壊解析は、橋梁や建築物の構造設計と地続きの構造工学の領域である。そして第九章補遺・第十二章で見たFWD・PMS・スマート舗装は、情報科学・データ科学との学際領域に踏み出している。

　

舗装工学は、この三つの学問領域――材料科学・構造工学・情報科学――が交わる場所に立つ、複合的な工学分野である。BOOK-0121のむすびで、材料科学は「化学の言葉で始まり、物理学の言葉に橋を架け、最後には試験と防食という実務の言葉にまで届く、学問の合流点」だと述べられていた。舗装工学は、この合流点からさらに一歩進んで、力学的な構造設計と、社会全体のインフラをどう維持管理するかという情報科学・意思決定科学までを一体として扱う、いわば「合流点のさらに下流」に位置する学問だと言える。

　

### 12-0a 自転車道・歩道の舗装――軽い荷重、しかし異なる要求

　

車道の舗装を中心に扱ってきた本書の締めくくりに、自転車道・歩道の舗装にも短く触れておきたい。これらは車道に比べて交通荷重がはるかに小さいため、第八章で見た構造数SNの要求は車道よりずっと小さく、薄い舗装構造で十分な場合が多い。しかし、要求される性能が車道より単純というわけではない。歩行者・自転車利用者は、車両の乗員よりも路面の凹凸・すべりやすさを直接的に感じ取るため、第2-6節で見たスキッド抵抗性や、平坦性(第九章補遺で見たIRI)への要求は、むしろ車道以上に重視されることがある。また、樹木の根が舗装を持ち上げる(路床の不均一な隆起という、本書で扱ってきた交通荷重・凍上とは異なる第三の変形要因)といった、歩道特有の損傷モードも存在する。「荷重が小さいから設計が簡単になるとは限らない」という、この歩道の例は、第7-5b節で見た路肩の議論とあわせて、舗装工学における設計対象の多様性を、あらためて印象づけてくれる。

　

### 12-1a 「いつか再生されること」を見越して設計する

　

第十一章で見たRAPの活用は、これまで「古い舗装をどう再利用するか」という、既存の舗装を前提にした話として説明してきた。しかし近年の舗装工学では、これを一歩進め、「新しく作る舗装そのものを、将来のリサイクルのしやすさを見越して設計する」という発想(専門的には「Design for Recyclability」、再生を見越した設計と訳される)も議論されるようになっている。

　

たとえば、第1-6節で見た改質アスファルト(SBS・CRMなど)は、第十一章で見た通常のRAP配合設計において、老化とは異なる形でリサイクル時の性質を複雑にすることがある(改質材の種類によっては、再生時にリジュビネーターとの相性や、加熱時の性状変化が、ストレートアスファルトとは異なるふるまいを示す場合がある)。将来の再生利用のしやすさまで見据えるなら、改質材の選定においても、性能の向上だけでなく、「何十年後かに、この舗装がどう解体・再生されるか」までを視野に入れる、という考え方である。

　

類似の発想は、第七章で見た路肩(第7-5b節)や、本節冒頭で見た自転車道・歩道(第12-0a節)のような、車道以外の舗装にも応用できる。これらは車道に比べて交換・更新の頻度や規模が異なるため、Design for Recyclabilityの観点からの最適な材料選定も、車道とは異なる答えになりうる。「舗装工学の答えは、対象となる舗装の性格(車道か歩道か、新設かリサイクルを見越すか)に応じて、その都度組み立て直されるべきものである」という認識は、本書がここまで繰り返し示してきた、唯一絶対の正解ではなくトレードオフの中で最適解を探るという設計思想の、最後の確認になる。

　

この発想は、BOOK-0084・BOOK-0121のむすびで触れられた「材料選択の第五の軸としての資源循環」を、舗装工学がさらに一歩先取りした形だと言える。第12-6節で見たLCAが「作ってしまった舗装の環境負荷を事後的に評価する」視点だったのに対し、Design for Recyclabilityは「設計の最初の段階から、将来の資源循環を織り込む」という、より上流の視点である。この発想はまだ舗装工学全体で標準化されているわけではないが、資源循環という課題が、舗装工学のフロンティアにおいて今後さらに重要性を増していくであろう方向性を示す、示唆に富む視点として本書の締めくくり近くに記しておきたい。

　

### 12-4a 気候帯によって変わる舗装工学――熱帯・乾燥帯・寒冷帯

　

本書はここまで、主に温帯の気候(日本やアメリカ本土の多くの地域)を念頭に舗装の話を進めてきたが、舗装工学が直面する課題は気候帯によって大きく様相を変える。

　

熱帯地域では、年間を通じて高温にさらされ続けるため、第六章で見たわだち掘れがもっとも支配的な破壊モードになる。PG分類(第5-4節)でいえば高温側の等級(本書で例示したPG 64-22よりさらに高温に耐える等級)が求められ、改質アスファルト(第1-6節)の使用がほぼ標準的な選択になる地域も多い。一方、低温ひび割れ(第六章)はほとんど設計上の懸念にならないため、PG分類の低温側の等級には比較的余裕を持たせられる。

　

乾燥・砂漠地域では、わだち掘れに加えて、激しい日射による酸化劣化(第五章・第十一章で見たバインダーの老化)が加速する。また水資源が乏しいため、第十二章で見た透水性舗装のような雨水管理の技術的な優先順位は下がる一方、砂を多く含む骨材の品質管理(第二章で見た骨材の物性)や、砂塵の吹きだまりによる路面摩耗への対策が、より重要な課題になる。

　

寒冷地域では、本書第八章で見た凍上対策が構造設計の主要な柱になり、低温ひび割れへの対策(PG分類の低温側等級、伸度の高いアスファルトの選定)が高温側対策以上に重視される。また寒冷地特有の課題として、道路の凍結防止のために散布される塩化物系の凍結防止剤(融雪剤)が、舗装や周辺の金属構造物の腐食(BOOK-0121で見た腐食のメカニズム)を促進する影響も、寒冷地の舗装維持管理における重要な論点になる。

　

「同じ設計式(Marshall法・AASHTO設計法・疲労則)が、入力するパラメータ(PG等級・CBR・凍結指数)を変えるだけで、まったく異なる気候帯の道路にも適用できる」という事実は、本書で学んだ設計体系が、特定の地域に限定されない、普遍性の高い枠組みであることを示している。

　

### 12-4b もっと深く知りたい読者のために――主要な設計指針の名前

　

本書は多くの設計式を紹介してきたが、実務でこれらを適用する際は、必ずその時点で有効な公式の設計指針・仕様書を参照する必要がある。参考までに、本書が扱った内容に対応する代表的な指針の名称を挙げておく(内容そのものは各指針の最新版を参照すべきであり、本書はこれらの指針の要約書ではない)。日本では公益社団法人日本道路協会が発行する「舗装設計施工指針」「舗装設計便覧」「舗装再生便覧」が実務の中心的な参照文献である。アメリカではAASHTOの「Guide for Design of Pavement Structures」(1993年版など)、およびその後継にあたる力学‐経験的設計法のソフトウェア「Pavement ME Design」、アスファルト協会(Asphalt Institute)の各種マニュアル(MS-2配合設計マニュアルなど)が広く参照される。イギリスなど欧州の一部では「Design Manual for Roads and Bridges」、オーストラリアでは道路機関連合Austroadsの「Guide to Pavement Technology」が、それぞれの国の標準的な設計指針として使われている。これらの指針はいずれも定期的に改訂されるため、実務者は常に最新版を確認する必要がある、という点も付け加えておく。

　

### 12-5 「壊れる前に薄く手を入れる」という発想――予防的維持のための表面処理

　

第九章補遺で見たライフサイクルコスト分析(LCCA)の考え方を、材料の面から具体化した技術群が「予防的維持のための表面処理」である。これは、舗装がまだ致命的に劣化する前の段階で、ごく薄い(数ミリメートルから数センチメートル程度の)処理を路面に施すことで、劣化の進行を遅らせ、大規模な打ち換えの時期を先送りする技術の総称である。

　

代表的な手法に「シールコート」(アスファルト乳剤を路面に薄く散布し、微細なひび割れへの水の浸入を防ぐ処理)、「チップシール」(アスファルト乳剤を散布した直後に、小粒径の砕石を撒いて軽く締め固め、表面の骨材を新しくすると同時にすべり抵抗性を回復させる処理)、「マイクロサーフェシング」(改質アスファルト乳剤と細かい骨材・フィラーを工場で事前に配合したものを、専用の機械で薄く路面に敷きならす処理で、比較的短時間で交通開放できることが特徴とされる)などがある。これらはいずれも、第四章で見たような本格的なアスファルト混合物の打ち換えに比べてはるかに低コストであり、第九章補遺のPMS(舗装マネジメントシステム)において、劣化がまだ軽微な段階の道路に優先的に適用される、費用対効果の高い選択肢として位置づけられている。

　

### 12-6 環境負荷を測る――ライフサイクルアセスメント(LCA)という視点

　

舗装が環境に与える影響を評価する枠組みとして、近年重要性を増しているのが「ライフサイクルアセスメント」(LCA、Life Cycle Assessment)である。これは、材料の採取・製造・運搬・施工・供用・維持補修・最終的な解体再利用まで、舗装の一生涯を通じて排出される温室効果ガス(二酸化炭素換算量、CO2eという単位で表されることが多い)やエネルギー消費量を定量的に積算する手法である。

　

第十一章で見たWMA(ウォームミックスアスファルト)技術を例に、この環境負荷削減の効果を簡単な数値で見積もってみよう。通常のホットミックスアスファルト(HMA)の製造温度をおよそ160℃、WMA技術によって製造温度を30℃引き下げ130℃としたとする。骨材・アスファルトの加熱に必要な燃料消費量は、おおむね加熱すべき温度差に比例すると近似できる(実際には水分の蒸発潜熱など他の要因も影響するため、これはあくまで概算のための単純化である)。仮に周囲の外気温を15℃とすると、HMAで必要な温度上昇幅は160−15=145℃、WMAで必要な温度上昇幅は130−15=115℃となる。

　

燃料消費量の削減率(概算) = (145 − 115) ÷ 145 × 100 = 30 ÷ 145 × 100 ≒ 20.7%

　

自己検算: 115 ÷ 145 = 0.7931…であり、1 − 0.7931 = 0.2069、百分率に直すと20.69%となり、先の計算(20.7%)とほぼ一致する。この概算によれば、製造温度を30℃引き下げるWMA技術は、単純な温度差の比例だけを考えても、加熱に必要な燃料消費量(およびそれに比例する二酸化炭素排出量)をおよそ2割程度削減しうる可能性を持つ、という大づかみの見積もりが得られる。実際の削減率は、混合所の設備効率や燃料の種類、外気温の季節変動などによって変わるため、この数値はあくまで「温度を下げることの効果の大きさを直感的につかむための概算」であり、特定の実測データを示すものではない点を明記しておく。

　

LCAの考え方は、第十一章で見たRAPの活用(新しい骨材・新しいアスファルトの採取・製造そのものを減らす)や、第12-1節で見た透水性舗装(都市の水循環の回復)ともあわせて、「舗装工学は道路の性能だけでなく、地球規模の資源・エネルギー循環の中でどう振る舞うべきか」という問いに、材料科学的な裏づけを持って答えようとする試みだと位置づけられる。

　

### 12-7 三つの実践解――家庭でできる、舗装のひび割れとの安全な付き合い方

　

ここまで見てきた「舗装は必ず劣化する」という舗装工学の宿命を、自宅の駐車場や私道の維持管理という、安全に実践できる身近な場面に落とし込んで三つ紹介する。高温のアスファルトを扱う工程や、重機・専門機材の操作は一切含めない。

　

1. 【材料: 市販の常温式クラックフィラー(ホームセンターなどで入手できる、加熱を必要としないひび割れ充填材)】工程: 私道や駐車場のアスファルト舗装に生じた細いひび割れ(幅数ミリメートル程度)を見つけたら、まずひび割れの中のごみや雑草をブラシで取り除き、乾いた状態を確認したうえで、常温式のクラックフィラーを製品の表示どおりにひび割れへ流し込む。なぜ効くか: 第六章で見た低温ひび割れ・疲労ひび割れは、いずれも「そこから水が浸入すること」でさらに悪化が加速する(浸入した水が凍結融解や路盤の軟弱化を招く)。ひび割れをふさぐことは、この水の浸入経路を断つ、もっとも基本的で効果の高い予防的維持(第12-5節で見た表面処理の家庭版)である。効果と限界: あくまで表面的なひび割れの水密化であり、舗装内部の構造的な弱まり(第九章で見た疲労損傷の蓄積)そのものを修復するものではない。ひび割れが広範囲・深部に及ぶ場合や、舗装が沈み込んでいる場合は、専門業者による診断が必要である。

　

2. 【材料: ほうきと水(家庭にあるもの)】工程: 定期的に路面の落ち葉やごみを掃き、雨上がりには水はけの悪い箇所(水たまりができやすい箇所)がないかを観察する。なぜ効くか: 第2-4節で見たはく離や、第六章で見た凍結融解の被害は、いずれも「舗装内部・表面に水が長時間とどまること」で悪化する。水はけの悪い箇所を早期に見つけておけば、次の補修のタイミング(第12-5節の表面処理や、勾配の見直しなど)を専門業者に相談する際の重要な情報になる。効果と限界: 観察と早期発見の効果にとどまり、水はけそのものを改善する工事(勾配の是正など)は専門業者の領域である。

　

3. 【材料: 目視と写真記録(スマートフォンのカメラなど、家庭にあるもの)】工程: ひび割れやわだち掘れ(車が通る位置がへこんでいないか)の状態を、同じ場所から定期的(たとえば季節ごと)に写真で記録しておく。なぜ効くか: 第九章補遺で見たPMS(舗装マネジメントシステム)の考え方――劣化の進行度を定点観測し、劣化が加速する前の段階で手を打つ――を、自宅の駐車場という小さなスケールで実践する発想である。写真記録があれば、ひび割れが「広がっているのか」「安定しているのか」を客観的に判断でき、専門業者に相談すべきタイミングをより的確に見極められる。効果と限界: あくまで観察記録であり、記録そのものが舗装を修復するわけではない。急激な悪化(大きな陥没や広範囲のひび割れ)が見られた場合は、記録を待たずすぐに専門業者に相談すべきである。

　

### 12-8 世界の道路網を眺める――規模の桁を身体で感じる

　

最後に、これまで学んだ設計の理屈を、世界の道路網という大きなスケールに当てはめて眺めておこう。数字の桁を身体で感じることは、GAKUMON_UNIVERSE.mdが掲げる「単位の連鎖定義+身体アンカー」の精神にも通じる、理解を深める良い手段である。

　

日本の道路の総延長は、高速道路・国道・都道府県道・市町村道を合わせておよそ120万キロメートル程度にのぼるとされる。これは地球の赤道一周(約4万キロメートル)のおよそ30周分に相当する長さである。アメリカの道路総延長はさらに桁が大きく、州間高速道路網(インターステートハイウェイシステム)だけでもおよそ7万5千キロメートルに及び、これは1950年代のAASHOロードテスト(第8-1節)の成果を土台に、1956年以降、数十年をかけて建設が進められてきた、20世紀最大級の土木事業の一つである。

　

ドイツの高速道路網「アウトバーン」は、速度無制限区間があることで知られるが、舗装工学の観点からも興味深い特徴を持つ。アウトバーンの多くの区間は、本書第7-5節で紹介した剛性舗装(コンクリート舗装)で作られており、これは高速走行時の高い荷重・速度に対する耐久性と、長期的なライフサイクルコストの両面を考慮した選択だと説明されることが多い。一方、日本や多くの国の高速道路は、たわみ性舗装(アスファルト舗装)を主体としており、初期建設費の抑制や、補修時の交通規制の容易さ(部分的な打ち換えがしやすい)が理由として挙げられる。この違いは、第7-5節で見た「たわみ性舗装と剛性舗装のどちらを選ぶか」という設計判断が、国ごとの交通事情・気候・建設コストの構造によって異なる答えを導いてきた、実例だと理解できる。

　

日本の高速道路網の建設史も、本書の内容と深く結びついている。日本初の本格的な高速道路である名神高速道路(栗東〜尼崎間)は1963年に一部区間が開通し、これに続く東名高速道路(東京〜小牧間)は1969年に全線開通したと伝えられる。これらの建設にあたっては、当時の日本にまだ蓄積の乏しかった高速道路の設計・施工技術を確立するため、世界銀行からの技術協力・融資を受けたことが知られており、当時最新であったアメリカのAASHOロードテスト(第8-1節)の知見や、CBR試験(第7-3節)に基づく設計法が、日本の高速道路建設に本格的に導入される契機になったとされる。この一件は、第8-4節で述べた「各国の設計法がそれぞれの歴史的経緯を反映している」ことの、日本における具体的な出発点を示す好例である。当時導入された技術・設計思想は、その後の日本国内での長期観測データの蓄積を経て、日本独自の設計基準へと発展・改良されていった。これは、第8-3節で見たLTPPのような長期観測プロジェクトが、AASHOロードテストという一つの実験結果を、より広い気候・材料条件に対応できる形へと磨き上げてきた過程と、規模こそ異なるものの、同じ「観測データの蓄積による経験式の継続的な更新」という構図を、日本国内でもたどってきたことを示している。

　

こうした世界の道路網の規模を思い浮かべながら本書を振り返ると、第一部で見た「アスファルトは重量の4〜6%にすぎない、のりのような材料である」という事実の重みが変わって見えてくる。日本の道路網120万キロメートルという長さに、仮に幅5メートル・厚さ10センチメートルの表層を敷き詰めたとすれば、その体積はおよそ6億立方メートルにのぼる計算になる(120万km=12億m×5m×0.1m=6億m³)。この途方もない量のアスファルト混合物の一つひとつが、本書で見てきたMarshallミックス設計法や粒度設計の計算を経て、日々何十億回という車両の通過に耐え続けている、という事実は、「地味だが、あらゆる場所に潜んでいる」という舗装工学の面白さを、あらためて実感させてくれる。

　

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## 第四部の休憩所――ここまでの要点

　

第四部では、舗装工学のフロンティアを、研究の確立度合いを正直に区別しながら見てきた。自己治癒アスファルトは、マイクロカプセル法・誘導加熱法・微生物法という複数のアプローチが研究されているが、いずれも実験室レベルまたは限定的な実証段階にあり、標準工法としては確立していない(第十章)。再生舗装(RAP)は、老化したバインダーをリジュビネーターで若返らせる技術と、製造温度を下げるWMA技術によって、すでに高いリサイクル率という形で実務に深く根づいている、舗装工学における資源循環の成功例である(第十一章)。そして排水性・遮熱性・スマート舗装は、都市環境との共生という、舗装工学が今後さらに発展させていくべき方向性を示している(第十二章)。

　

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# 特別章 総合設計事例――ある地方都市の幹線道路更新計画

　

ここまでの各章は、それぞれ独立した式と数値例を扱ってきた。本書の締めくくりとして、これらすべてを一本につなげた仮想の設計事例を、最初から最後まで検算しながら通しで見ておこう。これは特定の実在プロジェクトのデータではなく、本書で学んだ設計式が実務でどうつながるかを示すための、教育目的の統合例である。

　

**事例設定**: 地方都市の幹線道路(2車線、設計期間20年)が、供用年数の経過により更新時期を迎えている。既存の路床(現地の土)のCBR値は5%、交通量調査の結果、設計車線において大型車がおおむね1日300台通行しており、これらの大型車1台あたりの損傷は、第8-7節の考え方に基づき平均で2.2ESAL相当(複数の軸構成を持つ車種構成の加重平均値)と見積もられたとする。乗用車などの軽車両は、第8-6節の4乗則により損傷への寄与が無視できるほど小さいため、実務の慣例に従い本計算からは除外する。

　

**第一段階: 設計期間中の累積ESALを求める。**

　

1日あたりのESAL = 300台 × 2.2ESAL/台 = 660 ESAL/日

　

自己検算: 300×2=600、300×0.2=60、600+60=660で一致する。

　

20年間の累積ESAL(簡略化のため交通量の年変化は考慮せず、年間を通じて一定の交通量と仮定する)は、

　

累積ESAL = 660 × 365 × 20

　

まず660×365を計算する。660×365 = 660×300 + 660×65 = 198,000 + 42,900 = 240,900。これに20を掛けると、240,900×20 = 4,818,000。

　

自己検算: 240,900×20は240,900×2×10=481,800×10=4,818,000で一致する。したがって設計交通量W18 ≒ 4.82×10⁶ ESAL(20年間・設計車線)となる。

　

**第二段階: 路床の強さと必要構造数SNを求める。**

　

CBR = 5%の路床について、第8-2節で見た近似式MR ≒ 1500 × CBR(psi)を用いると、MR ≒ 1500 × 5 = 7500psiとなる。設計の信頼性は、幹線道路としての重要度を踏まえてR = 90%を採用する(第8-1節で見た標準正規偏差ZRは、R=90%のときおよそ−1.282という代表値が広く紹介されている。R=95%のときの−1.645〈第8-1節で既出〉より絶対値が小さく、要求される余裕がやや控えめになることに対応する)。これらの入力値(W18=4.82×10⁶、MR=7500psi、R=90%・ZR=−1.282、標準偏差So=0.45、許容使用性低下ΔPSI=1.9〈供用開始時4.2から供用終了時2.5までの低下を許容〉)を、AASHTOの設計経験式(第8-1節)に投入すると、必要構造数はSN(必要)≒4.0程度と算出される(この経験式そのものは対数を含む複雑な非線形式であり、実務では設計図表または専用ソフトウェアで解かれる。第8-1節で述べた通り、本書ではこの算出過程そのものの再現ではなく、算出された値を設計の出発点として使う)。

　

**第三段階: 層厚を仮定し、達成SNを検算する。**

　

表層・基層(アスファルト混合物、a1=0.44/インチ)を12センチメートル、上層路盤(良質砕石、a2=0.14/インチ、m2=1.0)を25センチメートル、下層路盤(砕石、a3=0.11/インチ、m3=1.0)を20センチメートルと仮定する。

　

インチへの換算: D1 = 12÷2.54 = 4.724インチ、D2 = 25÷2.54 = 9.843インチ、D3 = 20÷2.54 = 7.874インチ。

　

SN(達成) = (0.44×4.724) + (0.14×9.843×1.0) + (0.11×7.874×1.0)

　

各項を計算する。第一項: 0.44×4.724 = 2.079。第二項: 0.14×9.843 = 1.378。第三項: 0.11×7.874 = 0.866。

　

SN(達成) = 2.079 + 1.378 + 0.866 = 4.323 ≒ 4.32

　

自己検算(センチメートル単位での別経路計算): 0.44÷2.54=0.1732/cm×12cm=2.079、0.14÷2.54=0.05512/cm×25cm=1.378、0.11÷2.54=0.04331/cm×20cm=0.866。合計4.323となり、インチ経由の計算と一致する。SN(達成)=4.32はSN(必要)=4.0を上回り(余裕率4.32÷4.0=1.08)、この層構成は構造上妥当である。

　

**第四段階: 表層のMarshallミックス設計で最適アスファルト量を決める。**

　

この幹線道路の表層に使う密粒度アスファルト混合物について、骨材合成比重Gsb=2.700、アスファルト比重Gb=1.030を用い、3種類のアスファルト量(4.5%・5.0%・5.5%)で試験を行ったとする。理論最大密度Gmmは第4-3節の式で各アスファルト量ごとに計算でき、実測されたかさ密度Gmbとあわせて空隙率Vaを求めると、次のようになる。

　

Pb=4.5%のとき: Gmm=100÷[(95.5÷2.700)+(4.5÷1.030)]=100÷[35.370+4.369]=100÷39.740=2.516。実測Gmb=2.370とすると、Va=100×(2.516−2.370)÷2.516=100×0.146÷2.516=5.80%。

　

Pb=5.0%のとき: Gmm=100÷[(95.0÷2.700)+(5.0÷1.030)]=100÷40.039=2.498(第4-5節と同じ計算経路)。実測Gmb=2.410とすると、Va=100×(2.498−2.410)÷2.498=100×0.088÷2.498=3.52%。

　

Pb=5.5%のとき: Gmm=100÷[(94.5÷2.700)+(5.5÷1.030)]=100÷[35.000+5.340]=100÷40.340=2.479。実測Gmb=2.420とすると、Va=100×(2.479−2.420)÷2.479=100×0.059÷2.479=2.38%。

　

目標空隙率を4.0%とすると、Pb=4.5%(Va=5.80%)とPb=5.0%(Va=3.52%)の間に目標値がある。この二点を直線で結んで線形補間すると、

　

最適アスファルト量 = 4.5 + (5.80−4.0)÷(5.80−3.52) × (5.0−4.5) = 4.5 + (1.80÷2.28)×0.5 = 4.5 + 0.789×0.5 = 4.5+0.395 = 4.895 ≒ 4.9%

　

自己検算: Pb=4.9%におけるGmbを、4.5%(2.370)と5.0%(2.410)の間で同様に線形補間すると、Gmb(4.9%)=2.370+(2.410−2.370)×(4.9−4.5)÷(5.0−4.5)=2.370+0.040×0.8=2.402。Gmm(4.9%)=100÷[(95.1÷2.700)+(4.9÷1.030)]=100÷[35.222+4.757]=100÷39.979=2.501。Va=100×(2.501−2.402)÷2.501=100×0.099÷2.501=3.96%となり、目標の4.0%にほぼ一致する(線形補間の近似誤差の範囲内)。VMA=100−(2.402×95.1÷2.700)=100−84.61=15.39%、VFA=100×(15.39−3.96)÷15.39=74.3%であり、いずれも一般的な基準範囲に収まる。したがって最適アスファルト量はおよそ4.9%と決定できる。

　

**第五段階: 疲労寿命を検算し、設計交通量と比較する。**

　

この層構成(表層・基層12cm)のもとで、多層弾性理論(第8-3節)によりアスファルト層底面に生じる引張ひずみがεt=150マイクロひずみ(0.00015)、混合物の剛性率がE=350,000psiと計算されたとする(第9-3節の例〈厚さ10cm・εt=200マイクロひずみ〉より層が厚いぶん、ひずみが小さく計算される)。

　

log₁₀(Nf) = log₁₀(0.0796) + (−3.291)×log₁₀(1.5×10⁻⁴) + (−0.854)×log₁₀(3.5×10⁵)

　

log₁₀(0.0796) ≒ −1.0991(第9-3節と共通)。log₁₀(1.5×10⁻⁴) = log₁₀(1.5)−4 ≒ 0.1761−4 = −3.8239、これに−3.291を掛けると(−3.291)×(−3.8239) ≒ 12.5845。log₁₀(3.5×10⁵) = log₁₀(3.5)+5 ≒ 0.5441+5 = 5.5441、これに−0.854を掛けると(−0.854)×5.5441 ≒ −4.7347。

　

log₁₀(Nf) ≒ −1.0991+12.5845−4.7347 = 6.7507

　

Nf = 10^6.7507 ≒ 5.63×10⁶(10^0.7507はおよそ5.63)

　

自己検算: log₁₀(5.63×10⁶) = log₁₀(5.63)+6 ≒ 0.7505+6 = 6.7505となり、先に求めたlog₁₀(Nf)≒6.7507とほぼ一致する(丸め誤差の範囲内)。

　

得られたNf ≒ 563万回は、第一段階で求めた設計交通量W18 = 482万回(4.82×10⁶)を上回っており(余裕率563÷482 ≒ 1.17)、この舗装構造は疲労の観点からも20年間の設計期間に対して妥当であると判断できる。

　

**第六段階: 更新方法そのものの選択――全面打ち換えか、切削オーバーレイか。**

　

最後に、第九章補遺・第十二章で見たライフサイクルコストの視点を加えておく。今回のように既存舗装の路床・路盤に大きな損傷がなく、主に表層・基層の疲労ひび割れとわだち掘れが劣化の主因である場合、実務ではしばしば「全面打ち換え(既存の全層を撤去し、上記のように新設同様の設計をやり直す)」と「切削オーバーレイ(表層・基層のみを切削し、第十一章で見たRAPを活用した混合物で薄く敷き直す)」という二つの選択肢が比較検討される。全面打ち換えは構造的な信頼性がもっとも高い反面、材料費・工期の面でもっとも費用がかかる選択肢であり、切削オーバーレイは既存の健全な路盤をそのまま活用できるため、同等の設計期間を確保しながら費用を大きく抑えられる場合が多い。どちらが適切かは、第9-4節で見たFWDによる既存路盤の残存強度の診断結果次第であり、「壊れていない部分まで壊して作り直さない」という、第十二章で繰り返し強調してきた資源循環の思想が、この最終判断の場面でも生きてくることになる。

　

**第七段階(補足): 路床がもっと弱かったら、設計はどう変わるか。** 最後に、第二段階で仮定したCBR=5%という路床条件を、仮にCBR=3%(より軟弱な路床)に変えた場合、設計にどう影響するかを簡単に確認しておこう。MR ≒ 1500×3 = 4500psiとなり、第二段階のMR=7500psiより小さくなる(路床が弱いほどMRは小さい)。AASHTOの設計式にこの小さいMRを入力すると、同じ交通量・信頼性のもとでも、必要構造数はSN(必要)がおよそ4.6程度まで増加すると算出される(路床が弱いほど、舗装側でより多くの構造的な強さを負担する必要があるため)。この増加分(4.0→4.6、約15%の増加)を吸収するには、第三段階の層構成のうち、たとえば表層・基層を12cmから15cmへ厚くする(D1=15÷2.54=5.906インチ、第一項=0.44×5.906=2.599)などの追加設計が必要になる。この補足計算は、第7-3a節で見た「路床が弱いほど、層厚を増やすか路床を改良するかの判断が重要になる」という指摘を、具体的な数値の変化として裏づけている。

　

以上の七段階を通じて、本書がこれまで個別に示してきたESAL計算(第8-7節)・AASHTO構造数設計(第8-2節)・Marshallミックス設計(第4-5節)・疲労則(第9-3節)・LCCA的な意思決定(第九章補遺・第12-5節)が、実際の一つの設計プロジェクトの中で、どのように一本の筋でつながっているかを確認できた。これこそが、本書が目指す「専門職のトップと技術討論できる」水準の実践的な姿である。

　

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# 特別章 対照事例――交通量の少ない道路では設計はどう変わるか

　

先の総合設計事例は、大型車の多い幹線道路を想定していた。舗装構造設計が交通量に応じてどれだけ変化するかを実感するため、対照的な事例として、交通量の少ない農村地域の生活道路(設計期間10年)を、同じ手順でもう一度検算しておこう。

　

**事例設定**: この道路の大型車交通量は1日あたり50台程度と少なく、車種構成も比較的軽い(1台あたりの平均損傷を1.5ESAL相当と見積もる)。路床のCBR値は8%(先の事例より良好)とする。

　

**第一段階: 累積ESALを求める。** 1日あたりのESAL = 50台 × 1.5ESAL/台 = 75 ESAL/日。設計期間10年の累積ESAL = 75 × 365 × 10。75×365=27,375(自己検算: 75×300=22,500、75×65=4,875、合計27,375)。27,375×10=273,750 ≒ 2.74×10⁵ ESAL。これは先の幹線道路事例(4.82×10⁶ESAL)のおよそ17分の1という、桁の違う交通量である。

　

**第二段階: 必要構造数を求める。** CBR=8%より、MR ≒ 1500×8 = 12,000psi(先の事例の7500psiより高い、良好な路床)。生活道路であることから、信頼性レベルはR=75%を採用する(AASHTO設計指針において、交通量の少ない道路ほど低い信頼性レベルが許容される代表例。R=75%に対応する標準正規偏差ZRはおよそ−0.674という代表値が広く紹介されている。先の事例のR=90%・ZR=−1.282、本文中のR=95%・ZR=−1.645と比べ、絶対値が小さいほど要求される設計余裕が小さくなる)。これらの値を設計式に投入すると、必要構造数はSN(必要)≒2.0程度と算出される(先の幹線道路の必要SN=4.0の半分程度であり、交通量が桁違いに少ないことと、路床がより良好であることの両方が反映された結果である)。

　

**第三段階: 層厚を設計する。** 生活道路であるため、下層路盤を省略し、表層(アスファルト混合物、a1=0.44/インチ)と上層路盤(良質砕石、a2=0.14/インチ、m2=1.0)の二層構成とする。表層6センチメートル、路盤20センチメートルと仮定すると、D1=6÷2.54=2.362インチ、D2=20÷2.54=7.874インチ。

　

SN(達成) = (0.44×2.362) + (0.14×7.874×1.0) = 1.039 + 1.102 = 2.141 ≒ 2.14

　

自己検算(センチメートル単位): 0.44÷2.54=0.1732/cm×6cm=1.039、0.14÷2.54=0.05512/cm×20cm=1.102、合計2.141で一致する。SN(達成)=2.14はSN(必要)=2.0を上回り(余裕率2.14÷2.0=1.07)、この薄い層構成でも構造上妥当である。

　

**第四段階: 疲労寿命を検算する。** 表層が薄い(6cm)ため、アスファルト層底面のひずみは先の事例より大きくなる。多層弾性理論によりεt=350マイクロひずみ(0.00035)、E=300,000psiと計算されたとする。

　

log₁₀(Nf) = −1.0991 + (−3.291)×log₁₀(3.5×10⁻⁴) + (−0.854)×log₁₀(3×10⁵)

　

log₁₀(3.5×10⁻⁴)=log₁₀(3.5)−4≒0.5441−4=−3.4559、(−3.291)×(−3.4559)≒11.373。log₁₀(3×10⁵)≒5.4771(先の練習問題と共通)、(−0.854)×5.4771≒−4.677。

　

log₁₀(Nf) ≒ −1.0991+11.373−4.677 = 5.597

　

Nf = 10^5.597 ≒ 3.96×10⁵ ≒ 40万回

　

自己検算: log₁₀(3.96×10⁵)=log₁₀(3.96)+5≒0.5977+5=5.5977で、先に求めた5.597とほぼ一致する。得られたNf≒40万回は、第一段階の設計交通量2.74×10⁵(27万4千)回を上回っており(余裕率3.96÷2.74≒1.45)、この薄い舗装構造でも10年間の設計期間に対して疲労の観点から妥当である。

　

**この対照事例からわかること**: 交通量が17分の1になったことで、必要構造数はおよそ半分(4.0→2.0)にまで下がり、実際に必要な層厚も大幅に薄くできた(表層・基層12cm+路盤2層45cm→表層6cm+路盤1層20cmの計26cm)。さらに、このような交通量の少ない道路では、密粒度アスファルト混合物によるMarshall配合設計そのものを省略し、第12-5節で見たチップシールのような、より簡易で安価な表面処理(骨材とアスファルト乳剤を現地で撒き重ねるだけの構造)を表層として採用する選択肢も、実務では広く使われている。「舗装構造設計とは、交通量に応じて必要最小限の構造を見極める作業である」という第7-5節の指摘が、この対照事例によって、具体的な数字の桁の違いとして裏づけられたことになる。

　

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# 特別章 特殊環境の舗装――道路だけが舗装工学の舞台ではない

　

本書はここまで、一般的な道路を念頭に置いて舗装工学を説明してきた。しかしアスファルト舗装が使われる場所は道路だけにとどまらない。最後に、特殊な荷重条件・環境条件のもとで、これまで学んだ設計の考え方がどう応用・修正されるかを見ておこう。

　

### 特-1 空港の舗装――一点に集中する、桁違いの荷重

　

空港の滑走路・誘導路・エプロン(駐機場)の舗装は、道路とはまったく異なる荷重条件にさらされる。航空機の車輪にかかる荷重は、大型旅客機であれば1脚あたり数十トンに達することがあり、これは第7-2節で見た乗用車・トラックの車輪荷重とは桁違いに大きい。一方で航空機の通行回数(離着陸の回数)は、一般道路の交通量に比べればはるかに少ない。

　

この「少ない回数だが、桁違いに重い荷重」という条件に対応するため、空港舗装の設計では、道路のCBR設計法やAASHTO設計法とは別に、航空機の重量・脚の構成(車輪の数と配置)に応じた専用の分類体系が使われる。代表的な枠組みが「ACN/PCN方式」(Aircraft Classification Number/Pavement Classification Number)であり、航空機側の重さ・脚構成から算出される「航空機分類数」(ACN)が、舗装側の強さから算出される「舗装分類数」(PCN)を超えないことを確認する、という考え方で運用される。この「荷重側の要求値」と「構造側の供給能力」を、それぞれ一つの数値に集約して比較するという発想そのものは、第八章で見たAASHTO構造数SN(供給能力)と設計交通量W18(要求値)を比較する考え方と、発想の骨格を共有している。ACNがPCNを上回る航空機は、その舗装への乗り入れが制限される(あるいは低頻度・低速度などの条件つきでのみ許可される)という運用が取られ、これは第8-2節で見た「達成SNが必要SNを上回るかどうかで設計の妥当性を判定する」という考え方の、いわば運用段階への応用である。空港舗装は、荷重が非常に重いことに加え、航空機の脚がほぼ同じ経路を繰り返し通ることが多いため、わだち掘れ・疲労への耐性がとりわけ厳しく求められる。

　

### 特-1a 検算してみる――静荷重下のクリープ変形を概算する【港湾舗装への橋渡し】

　

次節で扱う港湾舗装の理解を助けるため、ここで第5-5節のケルビン・フォークトモデルを使って、静荷重下でのクリープ変形の考え方を具体的に確認しておこう。ケルビン・フォークトモデルでは、一定応力σ₀を受け続けたときのひずみε(t)は、時間tの関数として次のように表される。

　

ε(t) = (σ₀ ÷ E) × [1 − exp(−t ÷ τ)]

　

ここでEはばね要素の弾性率、τ(タウ)は「遅延時間」と呼ばれる、そのモデル特有の時定数(ダッシュポットの粘性係数をEで割った値に相当し、変形がどれだけの時間をかけて進むかを特徴づける)である。exp(−t÷τ)は、時間tが遅延時間τに比べて十分大きくなると0に近づく(すなわちひずみが最終的な値σ₀÷Eに収束していく)ことを表す。

　

数値で確かめよう。ある港湾舗装のアスファルト層に、コンテナの積み重ねによる静荷重で応力σ₀=0.5MPaが持続的にかかっているとする。この温度・荷重条件での弾性率E=800MPa、遅延時間τ=100日と仮定する。1年後(t=365日)のひずみを求めると、

　

t÷τ = 365÷100 = 3.65

　

exp(−3.65)を概算する。exp(−3.65)=exp(−3)×exp(−0.65)。exp(−3)≒0.0498、exp(−0.65)≒0.522(自己検算の目安としてexp(−0.7)≒0.497、exp(−0.6)≒0.549であり、−0.65はその中間に近いためおよそ0.522は妥当な値)。したがってexp(−3.65)≒0.0498×0.522≒0.0260。

　

ε(365日) = (0.5MPa÷800MPa) × [1−0.0260] = 0.000625 × 0.974 = 0.000609 ≒ 0.061%

　

自己検算: 最終的な平衡ひずみ(t→∞のときの値)はσ₀÷E=0.5÷800=0.000625=0.0625%であり、1年後のひずみ0.061%はこの平衡値の97.4%(=1−0.0260)に達している。t÷τ=3.65という比較的大きな値であることから、1年程度でほぼ平衡状態に近づいているという結果は、モデルの構造(遅延時間の3〜4倍程度の時間が経過すると変形の大部分が完了する、という指数関数の一般的な性質)と整合している。

　

この結果は、静荷重下でのアスファルト舗装の沈下が、荷重をかけ始めた直後に急激に進むのではなく、遅延時間という時定数にしたがって、数か月から1年程度かけてゆっくりと平衡状態に近づいていく、という粘弾性特有のふるまいを具体的に示している。次節で見る港湾舗装の設計上の懸念は、まさにこの「ゆっくりと、しかし着実に進む」変形をどう管理するかという問題である。

　

### 特-2 港湾・コンテナヤードの舗装――静荷重という別の敵

　

港湾のコンテナヤードやコンテナターミナルの舗装は、走行する車両荷重に加えて、積み重ねられたコンテナの重み(専門的には「静荷重」、動かない荷重)を長期間支え続けなければならない、という道路とは異なる課題を抱えている。第九章で見た疲労破壊が「繰り返し荷重」による損傷蓄積であったのに対し、静荷重の問題は、たとえ荷重が一定であっても、粘弾性体であるアスファルト混合物(第五章)が長期間にわたってゆっくりと変形し続ける「クリープ」(第5-5節・特-1a節参照)による沈下・変形が主要な懸念になる。このため、港湾施設の舗装にはコンクリート舗装(剛性舗装、第7-5節)が採用されることも多く、アスファルト舗装を採用する場合には、クリープ変形に強い(高温でも硬さを保つ)改質アスファルトや、非常に厚い構造設計が求められる。

　

コンテナを何段にも積み重ねた際の接地圧の大きさを、大づかみに確認しておこう。標準的な大型コンテナ(満載時の総重量がおよそ30トン程度)を4段積み重ねると、最下段の接地脚には合計およそ120トン相当の荷重がかかりうる。この荷重が、コンテナの脚部(サイズはコンテナの規格でおおむね決まっている、比較的小さな接地面積)に集中するため、局所的な接地圧は、第7-2節で見た一般的な車両のタイヤ接地圧(700kPa程度)を大きく上回ることも珍しくない。特-1a節で見たクリープ計算例の応力σ₀=0.5MPa(500kPa)という設定は、こうしたコンテナヤードの荷重条件を念頭に置いた、控えめな代表値である。

　

### 特-3 橋の上の舗装――たわむ床版との相性

　

橋梁の床版(BOOK-0060で扱われる橋の構造の一部)の上に施すアスファルト舗装は、また別の特有の課題を持つ。橋の床版そのものが、交通荷重や温度変化によって、路面よりも大きく、かつ路面とは異なる周期でたわんだり伸縮したりするため、床版と舗装の間の付着(第2-4節で見たはく離と似て、異なる材料間の界面の問題)や、床版の伸縮に舗装が追従できずに生じるひび割れが課題になる。また、鋼製の床版の場合は、路面からの水の浸入が床版の腐食(BOOK-0121第八章で見た腐食のメカニズムがそのまま当てはまる)を引き起こすリスクがあるため、防水層(舗装と床版の間に設ける、水を通さない層)の性能が、橋梁舗装の耐久性を大きく左右する。

　

橋梁舗装のもう一つの特有部位が「伸縮装置」(エキスパンションジョイント)と、それに接する舗装部分である。橋の桁(BOOK-0060で扱われる橋の構造部材)は、気温の変化によって長さがわずかに伸び縮みする(専門的には「熱伸縮」と呼ばれ、鋼材・コンクリートいずれも温度変化に応じてわずかに膨張・収縮する性質を持つ)。この伸縮を吸収するため、橋桁と橋台(橋を支える両端の構造物)の間、あるいは複数の桁が接続する部分には、意図的にすき間(伸縮装置)が設けられている。このすき間をまたぐ舗装部分は、橋の熱伸縮のたびに繰り返し引き伸ばされたり圧縮されたりする、舗装の中でもとりわけ過酷な変形を受け続ける箇所であり、第11-7節で見たリフレクションクラックとも異なる独自の破損モードが生じやすい区間として、橋梁の維持管理において重点的に点検される。

　

### 特-4 トンネル・急勾配路――安全上の特別な要求

　

トンネル内の舗装には、一般道路にはない要求が加わる。トンネル内で火災が発生した場合、舗装材料自体が燃料になって延焼を助長することがないよう、一般の道路舗装よりも燃えにくい(難燃性の高い)舗装が求められる場合がある。第一章で見たようにアスファルトは炭化水素の混合物であり本質的には可燃性の材料であるため、トンネル内では不燃性の高いコンクリート舗装が選ばれる場合や、アスファルト舗装を用いる場合でも、火災時の煙・有害ガスの発生を抑える工夫が検討される。この点は、本書冒頭の安全境界(§16.18)で述べた「高温のアスファルトに触れる危険性」とは別の、材料そのものの可燃性という観点からの安全設計の一例である。

　

急勾配の山岳道路では、坂道を下る車両の急ブレーキによって、通常の道路以上に大きな水平方向のせん断力(第九章補遺の押し出し・シービングを誘発しやすい力)が路面に加わる。このため急勾配区間では、第2-6節で見たスキッド抵抗性の高い骨材の選定に加え、第3-2節で見たギャップ粒度・SMAのようなかみ合わせ重視の混合物が、より積極的に採用される傾向がある。

　

### 特-4a 路面のきめ細かさを測る――マクロテクスチャとミクロテクスチャ、そして走行音

　

第2-6節で見たスキッド抵抗性を、もう一段深く見ておくと、路面の表面の凹凸には、実は二つの異なるスケールがあることがわかる。

　

一つは「マクロテクスチャ」と呼ばれる、骨材の粒そのものの大きさ(ミリメートル単位)に由来する、比較的大きな凹凸である。マクロテクスチャは、路面とタイヤの間にある水を排出する経路の広さを左右し、第3-2節で見た開粒度・排水性舗装が高いハイドロプレーニング抵抗性を持つのは、このマクロテクスチャが大きい(粗い)ためである。マクロテクスチャの大きさは、路面に一定量の砂を撒いて広げ、その広がった円の直径から凹凸の平均的な深さを逆算する「砂パッチ試験」(サンドパッチ法)という、簡便で古くから使われている試験によって測定できる。

　

もう一つは「ミクロテクスチャ」と呼ばれる、骨材の表面そのものの微細な粗さ(マイクロメートル単位)に由来する凹凸である。ミクロテクスチャは、乾燥時・低速時のタイヤと路面の直接的な摩擦力に強く影響し、第2-6節で見たPSV試験や差別摩耗が対象としているのは、主にこのミクロテクスチャである。

　

この二つのテクスチャは、路面から発生する走行音(ロードノイズ)にも影響する。タイヤが路面のマクロテクスチャの凹凸を踏むたびに、タイヤの溝の中の空気が押し出されたり(空気柱共鳴)、タイヤのゴムが振動したりすることで音が発生する。第3-2節・第十二章で見た排水性舗装がしばしば「低騒音舗装」とも呼ばれ、走行音の低減効果を併せ持つことが知られているのは、その開粒度構造が、この空気の押し出しによる音の発生を緩和する効果を持つためである。代表的な報告例では、開粒度・排水性舗装は、一般的な密粒度舗装と比較して、タイヤ・路面騒音をおよそ3〜5デシベル(dB、音の大きさを対数目盛で表す単位)程度低減できるとされる。デシベルは対数目盛であるため、3dBの低減は音のエネルギーがおよそ半分になることに相当し、体感的にも明瞭にわかる差である。この騒音低減効果は、沿道の住環境への配慮が特に求められる市街地の幹線道路で、排水性舗装が採用される動機の一つになっている。「同じ開粒度構造が、排水性・低騒音性・そして第3-2節で見た耐流動性(SMAの場合)という、複数の機能に同時に効いてくる」という事実は、舗装工学における粒度設計(第三章)が、単一の目的ではなく複数の要求を同時に満たす、多目的最適化の作業であることを、あらためて印象づけてくれる。

　

### 特-4b 地震と舗装――日本の道路が向き合うもう一つの荷重

　

本書はここまで、車両荷重・温度・水という、繰り返し発生する日常的な作用を中心に舗装の破壊を扱ってきた。地震国である日本の舗装工学にとって、もう一つ避けて通れない作用が地震動である。

　

地震そのものが、道路の路面に短時間で急激な変形を与えることは比較的まれだが、地震によって引き起こされる二次的な現象が、舗装に深刻な被害をもたらすことが知られている。代表的なものが「液状化」(地下水位の高い、緩く堆積した砂質地盤が、地震の強い揺れによって一時的に液体に近い状態になる現象)である。液状化が生じた地盤の上の舗装は、路床そのものが不均一に沈下・変形するため、第七章で見た「路床の強さを前提に層厚を設計する」という舗装構造設計の大前提そのものが崩れてしまう。液状化による舗装の被害は、第九章で見た疲労ひび割れのような漸進的な劣化とは異なり、地震という単発の事象によって突発的に生じる点で、本書がこれまで扱ってきた破壊モードとは性格を異にする。

　

液状化のリスクが高い地域では、舗装の設計段階で、路床の地盤改良(第7-3a節で見た石灰・セメント安定処理とは別に、地盤工学の分野で発展してきた、締固めや排水を目的とした地盤改良工法が用いられることが多いが、これはBOOK-0153の他部・地盤工学の専門書の領域であり、本書はこれ以上立ち入らない)が検討されることがある。また、活断層(将来ずれ動く可能性のある断層)が横切る区間では、断層のずれそのものによって道路が引き裂かれるように損傷する可能性があり、こうした区間では、第九章補遺で見たPMS・FWDによる平時の点検に加えて、地震後の緊急点検体制(道路管理者が被災直後にどの区間から優先的に点検・啓開〈通行できるよう応急的に片付ける作業〉を行うか、という計画)が、防災計画の一部として整備されている。

　

地震後の点検では、第9-4節で見たFWDのような精密な計測機器を、被災した広範囲の道路網すべてに即座に投入することは現実的でないため、多くの場合、まず技術者による目視の緊急点検(第九章補遺で見た路面損傷カタログの分類を、応急的な優先順位づけに使う)が先行し、その後、優先度の高い区間から順にFWD等による詳細調査が行われる、という段階的な調査体制が取られる。この「まず広く粗く見て、優先度の高い箇所から詳しく調べる」という段階的なアプローチは、限られた人員・機材を、もっとも被害の大きい箇所に効率よく投入するための、実務上の知恵である。

　

応急復旧の現場では、本設(恒久的な)舗装を施工する時間的余裕がないことが多く、第11-3節で見た常温混合物や、第12-5節で見たチップシールに類する簡易な応急工法によって、まず最低限の交通機能を回復させ、後日あらためて本設の打ち換えを行う、という二段階の復旧が一般的である。この「まず機能を回復し、恒久対策は後で行う」という復旧の考え方は、第九章補遺で見たPMSが平時に扱う「劣化にどう優先順位をつけて対処するか」という発想を、非常時の「どの区間から復旧させるか」という、より切迫した意思決定に応用したものだと理解できる。

　

「舗装は必ず壊れる」という本書冒頭の背骨は、地震という突発的な作用の前では、「いつ、どのように壊れるかを事前に見積もる」という平時の発想だけでは足りず、「壊れた後、どれだけ早く機能を取り戻せるか」という、レジリエンス(回復力)の観点をも必要とすることを、この節は示している。この視点は、第九章補遺で見たPMSが、平時の劣化管理だけでなく、非常時の道路網の機能維持という、より広い社会インフラ管理の一部でもあることを、あらためて浮かび上がらせる。

　

### 特-5 特殊環境が教えてくれること

　

これら四つの特殊環境――空港・港湾・橋梁・トンネル/急勾配――に共通するのは、いずれも本書で学んだ基本原理(荷重分散・粘弾性・はく離・スキッド抵抗性・可燃性)がそのまま応用されている、という点である。特殊環境の舗装工学とは、まったく新しい理論を必要とするものではなく、「その環境で、どの基本原理がもっとも厳しく効いてくるかを見極め、そこに設計上の重点を置き直す」という、応用力の実践だと理解できる。この「基本原理の組み合わせを、状況に応じて重み付けし直す」という考え方は、BOOK-0084第六章で見た材料選択のトレードオフの考え方と、根っこを同じくするものである。

　

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# 特別章 腕だめし――自分の手で解いてみる三問

　

本書で学んだ式を、もう一度自分の手で使ってみよう。ここでは、本文中の数値例とは異なる条件を与えた三つの練習問題を、解答つきで示す。まず自分で計算してから、下の解答で照合することを勧める。

　

**問題1: 別の配合でMarshall体積計算をやってみる。** 骨材合成比重Gsb=2.750、アスファルト比重Gb=1.020、アスファルト量Pb=4.8%(したがってPs=95.2%)、実測かさ密度Gmb=2.395としたとき、空隙率Va・骨材間隙率VMAを求めよ。

　

解答: まずGmmを求める。Gmm=100÷[(95.2÷2.750)+(4.8÷1.020)]。95.2÷2.750=34.618、4.8÷1.020=4.706、合計39.324。Gmm=100÷39.324=2.543。次にVa=100×(2.543−2.395)÷2.543=100×0.148÷2.543=5.82%。自己検算: 2.543×(1−0.0582)=2.543×0.9418=2.395で、与えられたGmbと一致する。VMA=100−(2.395×95.2÷2.750)=100−(227.984÷2.750)=100−82.90=17.10%。この結果、Va=5.82%は一般的な目標範囲(3〜5%)を上回っており、この配合はアスファルト量がやや不足気味であると判断できる(第4-5節で見た目標範囲との比較を、初めから合格する配合ばかりでなく、調整が必要な配合でも練習しておくことに意味がある)。実務ではこの結果を受け、アスファルト量をわずかに増やして再試験することになる。

　

**問題2: 別の条件で疲労寿命を計算してみる。** アスファルト層底面のひずみεt=250マイクロひずみ(0.00025)、混合物剛性E=300,000psiのとき、疲労寿命Nfを求めよ。

　

解答: log₁₀(Nf)=log₁₀(0.0796)+(−3.291)×log₁₀(2.5×10⁻⁴)+(−0.854)×log₁₀(3×10⁵)。log₁₀(0.0796)≒−1.0991。log₁₀(2.5×10⁻⁴)=log₁₀(2.5)−4≒0.3979−4=−3.6021、これに−3.291を掛けると(−3.291)×(−3.6021)≒11.854。log₁₀(3×10⁵)=log₁₀(3)+5≒0.4771+5=5.4771、これに−0.854を掛けると≒−4.677。合計: −1.0991+11.854−4.677=6.078。Nf=10^6.078≒1.196×10⁶≒120万回。自己検算: log₁₀(1.196×10⁶)=log₁₀(1.196)+6≒0.0778+6=6.0778で、先に求めた6.078とほぼ一致する。第9-3節の例(εt=200マイクロひずみでNf≒195万回)と比べ、ひずみが25%増えただけでNfがおよそ38%減少しており(195万→120万、(195−120)÷195≒38.5%)、これも第9-2節で述べた「べき乗的な感度の高さ」を裏づける結果である。

　

**問題3: 4乗則を逆向きに使ってみる。** 軸重を100kN(標準軸重80kNの1.25倍)から90kN(標準軸重の1.125倍)に減らすと、損傷係数はどれだけ減るか。

　

解答: LEF(90kN)=(90÷80)⁴=(1.125)⁴。まず1.125²=1.265625。次に1.265625²を計算する。1.265625×1.265625=1.601812(自己検算: 1.265625×1.2=1.518750、1.265625×0.065625=0.083062、合計1.601812)。したがってLEF(90kN)≒1.602。第8-6節で求めたLEF(100kN)=2.441と比較すると、損傷係数の減少率は(2.441−1.602)÷2.441×100≒34.4%。つまり、軸重をわずか10%(100kNから90kNへ)減らすだけで、その車両1台あたりの舗装への損傷はおよそ34%も減る計算になる。過積載の取り締まりが、車両重量のわずかな超過にも厳格に対応する理由を、この数値がもう一度裏づけている。

　

**問題4: 対数配合則を別の配合比率で使ってみる。** 第11-2節の例(RAP粘度10,000・新規粘度100)と同じバインダーを、RAP側50%・新規側50%で配合すると、ブレンド後の粘度はいくつになるか。

　

解答: log(η blend)=0.50×log(10,000)+0.50×log(100)=0.50×4+0.50×2=2.0+1.0=3.0。η blend=10³=1,000。自己検算: 10³=1000であり、単純な加重平均(0.50×10,000+0.50×100=5,000+50=5,050)の5分の1程度にとどまる。第11-2節の例(RAP30%で398)と比べると、RAP比率を30%から50%に増やすと、ブレンド後の粘度は398から1,000へ、およそ2.5倍に上昇する計算になる。RAP比率が高くなるほど、ブレンド後のバインダーが老化した性質に近づいていく(粘度が上昇する)という傾向を、この練習問題は具体的な数字で確認させてくれる。

　

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# 特別章 想定問答――専門職との技術討論を疑似体験する

　

本書がめざす「専門職のトップと技術討論できる水準」を、最後に具体的な問答の形で疑似体験しておこう。ここに挙げる問いは、実際に舗装技術者同士の議論で交わされうる、複数の章の知識を組み合わせないと答えられない、実践的な問いばかりである。それぞれの答えの中で参照している節番号を頼りに、必要なら本文に立ち返って確認してほしい。

　

**問1: Marshall法とSuperpave法(SGC)、結局どちらを使うべきか。**

答え: 「どちらが絶対的に優れているか」という問い自体が、実は工学的にはやや不適切な問いの立て方である(第4-6節)。Marshall法は装置が安価で長年の実績とデータ蓄積があり、多くの国の既存の設計基準・仕様書がMarshall法の指標(安定度・流値)を前提に組み立てられている。Superpave法(SGC)は締固め過程をより力学的に再現でき、交通量に応じた設計の柔軟性(Ndesignの調整)に優れる。実務上の答えは、「その地域・その発注機関がどちらの設計体系を標準としているか」「過去の実績データがどちらの指標で蓄積されているか」によって決まる。新しい手法が古い手法を置き換えるのではなく併存する、という第4-6節の指摘そのものが、この問いへの答えである。

　

**問2: 疲労則の指数(−3.291)がなぜそこまで大きいのか、物理的な意味は何か。**

答え: 第9-2節・第9-3節で確認したように、この指数の絶対値の大きさは、疲労破壊が「損傷の線形な足し算」ではなく「べき乗的な蓄積」であることを意味する。物理的には、繰り返しひずみによって材料内部に生じる微視的な損傷(第九章で見たボトムアップひび割れの起点となる、分子・骨材レベルの微細な損傷)が、ひずみの大きさに対して非線形に(不釣り合いに大きく)増えることの表れである。この非線形性ゆえに、第8-6節・第8-7節で見た4乗則・ESALの計算とあわせて、「舗装設計ではひずみ・荷重をわずかに減らす努力が、線形な直感以上に大きな寿命延長効果を持つ」という、舗装工学に一貫する実務上の教訓が導かれる。

　

**問3: RAP混入率を上げていくと、技術的にどこで壁にぶつかるか。**

答え: 第十一章で見たように、壁は主に三つある。第一に、老化したバインダーの硬さそのものによる低温ひび割れ耐性の低下(第11-2節)。第二に、リジュビネーターを加えても新旧のアスファルトが完全には混ざりきらない不完全ブレンディングの問題(第11-2a節)。第三に、混入率が高いほど配合ごとの品質のばらつき(RAPの供給源が均一でないこと)の影響が大きくなる点である。これらはいずれも「壁を超えられない」という意味ではなく、「混入率を上げるほど、リジュビネーターの配合設計・混合時間・品質管理により多くの技術的な手当てが必要になる」という、コストとのトレードオフの問題として理解するのが正確である。

　

**問4: 自己治癒アスファルトは、あと何年で実用化されると考えられるか。**

答え: 本書はこの問いに具体的な年数で答えることを避ける(第十章、SYSTEM.md §16.5の「未確定は正直に明記する」という方針そのものである)。誠実な答え方は、「誘導加熱法はすでにオランダなどで実道路での試験施工の実績があり、実用化にもっとも近い候補の一つだが、材料コストと専用機材の普及という経済的な壁が残っている。マイクロカプセル法は実験室レベルの効果検証が中心で、実道路での長期実績はまだ限定的である。微生物法はさらに基礎研究の段階にある」という、手法ごとの確立度合いの違いを正確に区別して答えることである(第10-5節)。「有望だが年数は言い切れない」という答え方自体が、専門家としての誠実さの証である。

　

**問5: AASHTO設計法(経験式)と多層弾性理論、どちらが「正しい」設計法か。**

答え: この二つは対立する選択肢ではなく、補完関係にある(第8-3節)。AASHTO設計法は実際の道路の長期観測データに基づく経験式であり、「現実に起きたこと」を土台にしている強みがあるが、観測された条件(材料・気候・交通)の範囲を超えた外挿には弱い。多層弾性理論は力学の第一原理に基づくため、AASHOロードテストが行われなかった条件(新しい材料、異なる気候)にも理論的に対応できる一方、疲労則のような経験的な破壊モデルと組み合わせなければ、実際の寿命予測にはつながらない。現代の力学‐経験的設計法(MEPDG)は、まさにこの二つの強みを組み合わせる試みである。

　

**問6: わだち掘れ対策(硬いバインダー)と低温ひび割れ対策(柔らかいバインダー)が矛盾する場合、どう判断するか。**

答え: 第6-2節で見たように、この矛盾はPG分類(第5-4節)の二つの数字(高温側・低温側)の両立という形で、すでに設計の枠組みに組み込まれている。判断の基本は、その地域の気候(夏の最高舗装温度・冬の最低舗装温度)から必要なPGグレードの範囲を決め、その範囲内でもっとも経済的なバインダーを選ぶことである。両立が難しい場合(寒暖差が非常に大きい地域)には、第1-6節で見た改質アスファルト(SBSなど)によって、高温側・低温側の両方の性能を単純なストレートアスファルトより底上げする、という第三の道が使われる。

　

**問7: 舗装のライフサイクルコストで、もっとも効果の大きい一手は何か。**

答え: 第9-5節・第12-5節で見たように、多くのPMS・LCCA研究が示す答えは、「劣化が加速し始める前の、予防的維持のタイミングを逃さないこと」である。舗装状態指数が急激に低下し始めてから手を打つのではなく、まだ軽微な段階でシールコート・チップシールのような低コストの表面処理(第12-5節)を施すことが、生涯費用を大きく左右する。これは個々の設計式の精度よりも、むしろ「いつ手を入れるか」という意思決定のタイミングの問題であり、舗装工学が構造設計だけでなく情報科学・意思決定科学(第九章補遺)を必要とする理由でもある。

　

**問8: 日本とアメリカで舗装の設計思想が異なるのはなぜか。**

答え: 第8-4節で見たように、これは物理法則の違いではなく、各国の道路整備の歴史的経緯の違いである。日本は狭い国土・多い降水量・地震という条件のもとで独自の設計体系(等値換算厚法)を発展させ、アメリカはAASHOロードテストという大規模実験に基づく経験式を国全体の標準とした。「正しい設計法は一つ」ではなく、「その国の地盤・気候・交通事情・過去のデータ蓄積に最適化された設計体系がそれぞれ存在する」というのが実情であり、この多様性は、BOOK-L系(言語シリーズ)の各国語がそれぞれの歴史を持つのと同じ構造だと第8-4節で指摘した通りである。

　

**問9: 気候変動は、今後の舗装設計にどう影響すると考えられるか。**

答え: 確立した事実と、今後の見通しを区別して答える必要がある。確立した事実として、第5-4節で見たPG分類は「その地域の想定気候」に基づいてバインダーを選ぶ仕組みである以上、その地域の夏季最高気温が長期的に上昇すれば、より高温側に強いPGグレード(たとえばPG 64-XXからPG 70-XXへ)への見直しが必要になるという理屈は、既存の設計の枠組みの中で自然に導かれる。また、第8-5節で見た凍上設計や、豪雨の増加に伴う排水性舗装(第12-1節)の重要性の高まりも、気候条件の変化が舗装工学の入力条件を変えるという意味で、理屈の上では説明できる。一方で、「具体的にどの地域で何年後にどのグレード変更が必要になるか」という定量的な予測は、気候科学(地球科学の惑星、GAKUMON_UNIVERSE.md全体マップ参照)の予測モデルとの連携が必要な、現時点では確立しきっていない研究領域であり、本書はここでも「理屈は説明できるが、定量的な将来予測は未確立」という一線を正直に引いておく。

　

**問11: PWL仕様のような統計的品質管理は、なぜ単純な合否判定より優れているのか。**

答え: 第4-7節で見たように、単純な合否判定(規格を満たすか満たさないか)は、「規格をぎりぎり満たした製品」と「規格を大きく上回る安定した製品」を同じ扱いにしてしまう。PWL仕様は、測定値の平均・標準偏差から規格内に収まる確率を連続的に評価するため、製造者がより安定した(標準偏差の小さい)製品を作るほど高い評価(対価)を得られる、という経済的なインセンティブを組み込める。これは、単なる技術的な優劣ではなく、統計学的な評価の仕組みが、現場の品質改善行動そのものを動機づける、という制度設計上の工夫である。

　

**問12: 本書で紹介した数々の「べき乗則」(4乗則・疲労則)には、共通する物理的な背景があるのか。**

答え: 完全に同一の物理現象ではないが、共通する構造的な背景を指摘できる。4乗則(第8-6節)は、多層弾性理論における応力・ひずみと荷重の非線形な関係、および材料の損傷が応力のべき乗に応じて蓄積するという性質に由来する経験則である。疲労則(第9-2節)のひずみ指数(−3.291)も、同様に微視的な損傷蓄積の非線形性に由来する。どちらも「材料が壊れるまでの過程が、単純な比例関係ではなく、閾値を超えると急激に進行する非線形現象である」という共通の物理的背景を持つ、という説明が、両者の類似性に対する誠実な答えになる。ただし、この二つの経験式が同一の理論から導出されているわけではなく、それぞれ独立した実験データの回帰分析から得られた経験式である、という限界も付言しておく。

　

**問13: 港湾舗装のように静荷重が支配的な場面と、道路のように繰り返し荷重が支配的な場面で、設計の考え方はどう変わるか。**

答え: 特-1a節で見たケルビン・フォークトモデルのクリープ式が示す通り、静荷重下では「時間とともにゆっくり進行する変形」が主要な懸念になり、設計は弾性率Eだけでなく、遅延時間τ(変形の進行速度)まで考慮する必要がある。これに対し道路のような繰り返し荷重下では、第九章で見た疲労則のように「荷重の繰り返し回数」が主要な変数になり、一回あたりの荷重の作用時間そのものより、その荷重が何回繰り返されるかが支配的になる。同じ粘弾性材料(アスファルト混合物)を扱いながら、静荷重か繰り返し荷重かによって、注目すべき力学量(遅延時間か、繰り返し回数か)がまったく異なる、という点が、この問いの答えの核心である。

　

**問14a: 歩道・自転車道の舗装は、車道の縮小版と考えてよいか。**

答え: 第12-0a節で見た通り、単純な縮小版とは言い切れない。荷重規模(交通量・軸重)は車道よりはるかに小さく、第八章で見た構造数SNの要求も小さくなるが、利用者が路面を直接感じ取る度合い(スキッド抵抗性・平坦性への感度)はむしろ車道以上に重視される場面があり、樹木根による隆起のような、車道にはない独自の損傷モードも存在する。「荷重が小さい=設計が単純」という短絡的な図式ではなく、「その舗装が何に使われ、誰がどう利用するか」に応じて、重視すべき性能指標そのものが入れ替わる、という理解が正確な答えになる。

　

**問14: 本書はなぜ、これほど多くの「未確定」「研究段階」という言葉を使うのか。それは自信のなさの表れではないか。**

答え: むしろ逆である。第十章の自己治癒アスファルトや第11-4節のバイオアスファルトについて、実用化の時期を断定してしまうことのほうが、専門職としては信頼を損なう行為である。第九章補遺・第12-6節で見たように、舗装工学は長期観測データ(LTPPのような数十年単位のプロジェクト)の蓄積によって、経験式そのものを繰り返し更新し続けてきた分野である。「確立していないことを、確立していないと正直に言えること」こそが、専門職としての誠実さの証であり、SYSTEM.md §16.5が本図鑑全体に課している規律でもある。本書がこの姿勢を貫いているのは、自信のなさではなく、むしろ舗装工学という分野そのものの成熟した自己認識を反映したものである。

　

**問15: デジタルツインや機械学習による損傷検出が普及すれば、本書で学んだ手計算の設計式は不要になるのか。**

答え: いいえ、むしろ逆である。第12-2b節で見たように、機械学習モデルは大量のデータからパターンを学習することには優れるが、「なぜその損傷が生じたのか」という力学的な理由(第九章で見た疲労則、第六章で見たわだち掘れ・低温ひび割れのメカニズム)を説明する力を持たない。デジタルツイン(第12-3a節)がシミュレーションに用いる劣化モデルそのものも、結局は本書で見た疲労則・AASHTO設計法・多層弾性理論といった、力学的に裏づけられた経験式や理論式を土台にしている。データ駆動の技術が発展すればするほど、そのデータが何を意味するのかを解釈し、モデルの出力が物理的に妥当かどうかを判断できる、本書で学んだような力学的直感を持つ技術者の価値は、むしろ高まっていくと考えられる。「計算機がデータを処理する力」と「技術者が現象を理解する力」は、代替関係ではなく補完関係にある、というのがこの問いへの誠実な答えである。

　

**問10: 舗装工学を学ぶうえで、最初に身につけるべき直感は何か。**

答え: 本書全体を通じて繰り返し述べてきた一言に尽きる。「舗装は必ず壊れる。設計とは、いつ・どのように壊れるかを見積もり、限られた資源でその時期を最大限先延ばしする作業である」という直感である(はじめに・第九章の休憩所を参照)。この直感さえ身についていれば、Marshall法の体積計算も、AASHTO設計法の構造数も、疲労則のべき乗も、自己治癒アスファルトの研究も、すべて「どう壊れるかを、より正確に・より安く・より長く先延ばしするための、それぞれ異なる角度からの工夫」として、一本の筋で理解できるようになる。

　

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# 付録 主要設計式一覧――本書に登場した式を一望する

　

本書は数多くの設計式を扱ってきた。専門職との技術討論の場で即座に式を思い出せるよう、ここに一望できる形でまとめておく。各式の詳しい導出・適用条件は、参照先の節に戻って確認してほしい(辞書型専門書としての見出し語アンカーの役割を、この付録が兼ねる)。

　

**フラーの最大密度曲線(第3-3節)**: P(d) = 100 × (d ÷ D)^n。d=ふるいの目の開き、D=最大粒径、n≒0.45(Superpaveの0.45乗曲線)。骨材配合が最密充填にどれだけ近いかの目安線。

　

**理論最大密度Gmm(第4-3節)**: Gmm = 100 ÷ [(Ps÷Gsb) + (Pb÷Gb)]。Ps=骨材重量%、Pb=アスファルト重量%、Gsb=骨材合成比重、Gb=アスファルト比重。

　

**空隙率Va(第4-3節)**: Va = 100 × (Gmm − Gmb) ÷ Gmm。Gmb=供試体のかさ密度。密粒度混合物の目標はおおむね3〜5%。

　

**骨材間隙率VMA(第4-4節)**: VMA = 100 − (Gmb × Ps ÷ Gsb)。骨材以外(アスファルト+空隙)が占める体積割合。

　

**アスファルト充填率VFA(第4-4節)**: VFA = 100 × (VMA − Va) ÷ VMA。VMAのうちアスファルトで満たされている割合。

　

**フックの法則(BOOK-0084由来、第5-1節で継承)**: σ = E × ε。粘弾性体では時間‐温度換算則により、この関係が周波数・温度に依存する形へ拡張される。

　

**WLF式(第5-2節)**: log₁₀(aT) = −C1(T−Tr)÷[C2+(T−Tr)]。時間‐温度換算則を定量化する、高分子物理学由来の式。アスファルトにも経験的によく当てはまる。

　

**複素せん断弾性率と関連指標(第5-3節)**: 耐わだち掘れ指標 |G*|÷sinδ(未劣化で1.0kPa以上、RTFO後2.2kPa以上が代表的基準)、耐疲労指標 |G*|×sinδ(PAV後5000kPa以下が代表的基準)。

　

**タイヤ接地圧の近似(第7-2節)**: 接地面積 ≒ 荷重 ÷ タイヤ空気圧。

　

**CBR(第7-3節)**: CBR = (試料の貫入荷重強さ ÷ 標準荷重強さ) × 100。

　

**AASHTO構造数SN(第8-1節・第8-2節)**: SN = a1×D1 + a2×D2×m2 + a3×D3×m3 + …。ai=層係数(アスファルト表層≒0.44/inch、良質砕石路盤≒0.14/inch、砕石下層路盤≒0.11/inchが代表値)、mi=排水係数、Di=各層厚(インチ)。

　

**アスファルト協会疲労則(第9-2節)**: Nf = 0.0796 × (εt)^(−3.291) × (E)^(−0.854)。εt=アスファルト層底面の引張ひずみ、E=混合物剛性率(psi)、Nf=疲労寿命(荷重繰り返し回数)。

　

**4乗則(第8-6節)**: 損傷係数 ≒ (実軸重 ÷ 標準軸重)⁴。標準軸重は多くの場合80kN(約8トン)。

　

**熱応力の概算式(第6-2a節)**: σ = E×α×ΔT。E=低温時の弾性率、α=線膨張係数、ΔT=温度変化幅。拘束された材料に生じる収縮応力の上限的な見積もり。

　

**荷重等価係数LEF(第8-7節)**: LEF = (対象軸重÷標準軸重)⁴。4乗則そのものをESAL計算に応用した形。

　

**ケルビン・フォークトモデルのクリープ式(特-1a節)**: ε(t) = (σ₀÷E)×[1−exp(−t÷τ)]。静荷重下での時間依存的な変形(クリープ)を表す式。τは遅延時間。

　

**対数配合則(第11-2節)**: log(η blend) = P(RAP)×log(η RAP) + P(virgin)×log(η virgin)。RAPバインダーと新規バインダーを混ぜたときの粘度を予測する近似則。

　

**アレニウスの式(第5-6節)**: k = A×exp(−Ea÷RT)。反応速度定数kが絶対温度Tに対して指数関数的に増加する一般則。RTFO・PAVによる加速劣化試験の理論的背景。

　

これら11個の式のうち、Gmm・Va・VMA・VFA(Marshall法)、SN(AASHTO構造設計)、Nf(疲労則)、そして4乗則の計7つについては、本文中で具体的な数値を代入した検算を行い、いずれも自己検算(逆算・別経路での再計算)によって整合性を確認済みである。

　

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# 付録 記号一覧――本書で登場した記号を一望する

　

本書は数式を多用したため、記号の意味を一覧できる索引をここに置く。同じ記号でも文脈によって意味が異なる場合(たとえば第五章のGと第四章のGは別の意味である)には、その旨を明記する。

　

| 記号 | 意味 | 単位 | 初出節 |

|---|---|---|---|

| σ(シグマ) | 応力 | MPa, N/mm² | 第5-1節(BOOK-0084由来) |

| ε(イプシロン) | ひずみ | 無次元(比率) | 第5-1節(BOOK-0084由来) |

| E | 弾性率・混合物剛性率 | MPa または psi | 第5-1節、第9-2節 |

| ν(ニュー) | ポアソン比 | 無次元 | 第8-3節 |

| Pb | アスファルト量(混合物全体重量に対する%) | % | 第4-3節 |

| Ps | 骨材量(混合物全体重量に対する%、100−Pb) | % | 第4-3節 |

| Gsb | 骨材の合成比重(かさ比重) | 無次元 | 第4-3節 |

| Gb | アスファルトの比重 | 無次元 | 第4-3節 |

| Gmm | 理論最大密度(Rice比重) | 無次元 | 第4-3節 |

| Gmb | 供試体のかさ密度 | 無次元 | 第4-3節 |

| Va | 空隙率 | % | 第4-3節 |

| VMA | 骨材間隙率 | % | 第4-4節 |

| VFA | アスファルト充填率 | % | 第4-4節 |

| |G*| | 複素せん断弾性率 | kPa | 第5-3節 |

| δ(デルタ) | 位相角 | 度 | 第5-3節 |

| S | 曲げクリープ試験のクリープこわさ | MPa | 第6-2節 |

| ZR | 標準正規偏差(信頼性係数) | 無次元 | 第8-1節 |

| R | 設計の信頼性レベル | % | 第8-1節 |

| So | 標準偏差(AASHTO式) | 無次元 | 第8-1節 |

| ΔPSI | 許容使用性低下量 | 無次元 | 第8-1節 |

| SN | 構造数 | 無次元 | 第8-1節 |

| ai | 層係数 | /インチ | 第8-1節 |

| mi | 排水係数 | 無次元 | 第8-1節 |

| Di | 各層厚 | インチまたはcm | 第8-1節 |

| MR | レジリエントモジュラス | psi | 第8-1節 |

| CBR | カリフォルニア支持力比 | % | 第7-3節 |

| εt | アスファルト層底面の引張ひずみ | 無次元(マイクロひずみ) | 第9-2節 |

| Nf | 疲労寿命(荷重繰り返し回数) | 回 | 第9-2節 |

| LEF | 荷重等価係数 | 無次元 | 第8-6節・第8-7節 |

| ESAL・W18 | 等価単軸荷重回数 | 回 | 第8-7節 |

| DS | 動的安定度 | 回/mm | 第6-4節 |

| n | フラー曲線の指数 | 無次元 | 第3-3節 |

| d, D | ふるいの目の開き、最大粒径 | mm | 第3-3節 |

　

この記号一覧は、本書全体の数式を横断的に参照する際の道しるべとして、通読後の辞書的な利用(SYSTEM.md §16.19の辞書型専門書の思想)を意図して作成した。

　

# 付録 本書で用いた近似・単純化の一覧――正確さの限界を正直に示す

　

本書は「専門職と技術討論できる水準」をめざす一方で、検算可能な数値例を示すために、いくつかの近似・単純化を意図的に用いてきた。読者が実務でこれらの式を使う際に、単純化の存在を忘れないよう、ここに一覧としてまとめておく。SYSTEM.md §16.5が求める「未確定は正直に明記する」という方針を、数式のレベルでも徹底するための付録である。

　

- **接地圧≒空気圧という近似**(第7-2節): 実際のタイヤの接地圧は、荷重・空気圧・タイヤの構造(サイドウォールの剛性など)によって空気圧からわずかにずれるが、本書は概算のため両者を等しいものとして扱った。

- **MR≒1500×CBRという近似式**(第8-1節): このMRとCBRの換算式は、多くの設計指針で広く紹介される簡便な代表値であり、実際の相関は土質によって幅がある。精密な設計ではMRを直接測定する試験が推奨される。

- **AASHTO必要SNの「与えられた値」としての扱い**(第8-2節・特別章): 本書はAASHTOの複雑な非線形経験式を実際に解く過程を再現せず、算出された代表的な値を設計の出発点として与えた。実務では設計図表・専用ソフトウェアで解く。

- **疲労則の代表係数**(第9-2節): Nf=0.0796×εt⁻³·²⁹¹×E⁻⁰·⁸⁵⁴という式は、教科書に広く引用される代表的な一形態であり、ひび割れ判定基準やシフトファクターの設定によって異なる版が存在する。

- **ESAL計算の一律成長率省略**(特別章・総合設計事例): 実務では交通量の年間成長率を考慮した幾何級数的な積算(成長係数)を用いることが多いが、本書は計算の見通しを優先し、一定の交通量を仮定した単純化を行った。

- **WMAの燃料削減率概算**(第12-6節): 温度差に単純比例するという仮定であり、実際には水分の蒸発潜熱・設備効率など他の要因も影響する。

- **道路網の舗装体積の概算**(第12-8節): 全国一律の幅・厚さを仮定した単純化であり、実際の道路は幅員・構成が区間ごとに大きく異なる。

　

これらの近似は、いずれも「桁を大きく外さない、実務的に妥当な範囲の単純化」として選んだものであり、本書の数値例が示す結論の方向性(たとえば「ひずみをわずかに減らすと疲労寿命が大きく延びる」)そのものを揺るがすものではない。しかし、実際の設計業務においては、これらの近似に頼らず、その時点で有効な公式の設計指針・実測データ・専用ソフトウェアを用いるべきである、という点を最後にもう一度強調しておく。

　

## コラム よくある誤解を正す・第二弾――もう少し踏み込んだ「うそ・ほんと」

　

**誤解6「アスファルトは石油会社が儲けるために作った、比較的新しい材料だ」**――第一章・序章で見たように、天然アスファルトの利用そのものは古代文明にまでさかのぼり、道路用途としても19世紀後半にはすでに実用化されていた(第1章・序章参照)。石油由来のストレートアスファルトが主流になったのは、あくまで石油精製技術の発展という、天然資源の制約に応じた技術的な必然の結果であり、「儲けるために作られた新素材」という見方は歴史的な経緯を単純化しすぎている。

　

**誤解7「Marshall法とAASHTO設計法は同じ目的の、競合する設計法だ」**――これは第4-6節・第8-3節で見た通り、正確ではない。Marshall法(第四章)は「配合設計」(骨材とアスファルトをどう混ぜるか)を扱う手法であり、AASHTO設計法(第八章)は「構造設計」(層をどう積むか)を扱う手法である。両者は競合するのではなく、実務では両方とも必要な、異なる階層の設計作業である。

　

**誤解8「疲労則の指数(−3.291など)は、どんな混合物にも通用する普遍定数だ」**――第9-2節・練習問題2で見たように、この係数は代表的な文献値であり、混合物の種類(骨材・アスファルトの種類、改質の有無)によって実際の係数は変動しうる。より精密な設計では、その混合物固有の疲労試験データから係数を再校正することが望ましい、という点は本書がたびたび強調してきた通りである。

　

**誤解9「RAPを使えば使うほど、環境に良い」**――第11-2節・第11-2a節・第12-6節で見たように、RAP混入率を上げることは資源循環の観点では望ましいが、リジュビネーターの追加投入や、不完全ブレンディングへの対処のための追加工程が必要になる場合があり、環境負荷の総合的な評価(LCA)は、単に混入率だけでなく、これらの追加工程まで含めて行う必要がある。「混入率が高いほど無条件に環境に良い」という単純化は、LCAが本来目指す総合的な評価の精神からは外れている。

　

**誤解10「舗装工学の数式は、力学だけで完結している」**――本書を通読した読者はすでに気づいているはずだが、第8-1節・第4-7節で見たように、舗装工学は統計学(信頼性ZR・PWL仕様)なしには成立しない。力学と統計学という、一見畑違いに見える二つの形式科学(GAKUMON_UNIVERSE.mdの全体マップでいう「形式科学の恒星」)が、舗装工学という一つの応用分野の中で、分かちがたく組み合わさっている。

　

# 付録 単位の換算――本書で登場した単位を身体で結びつける

　

本書は日本の実務(メートル法、センチメートル・メガパスカルなど)とアメリカのAASHTO・アスファルト協会の実務(ヤード・ポンド法、インチ・psiなど)の両方の式を扱ったため、ここで単位の連鎖を整理しておく(GAKUMON_UNIVERSE.mdが定める「単位の連鎖定義+身体アンカー」の作法にならう)。

　

**長さ**: 1インチ = 2.54センチメートル(親指の幅ひとつ分がおよそ1インチに近いとされる)。1メートル = 100センチメートル = 大人の一歩半ほど。1キロメートル = 1000メートル = 徒歩でおよそ12〜15分ほどの距離。

　

**圧力・応力**: 1メガパスカル(MPa) = 1ニュートン毎平方ミリメートル(N/mm²) = 約10.2キログラム重毎平方センチメートル(体感的には、1円玉〈直径2cm、面積約3.1cm²〉ほどの面積に、成人男性ひとり分の体重〈約60〜70kg〉が乗っているときの圧力に近いオーダー)。1キロパスカル(kPa) = 0.001メガパスカル。1psi(重量ポンド毎平方インチ) ≒ 0.00689メガパスカル(自己検算: 1平方インチ=6.4516平方センチメートル=645.16平方ミリメートル、1重量ポンド=4.448ニュートンなので、1psi = 4.448N ÷ 645.16mm² ≒ 0.006894N/mm² = 0.006894MPaとなり、整合する)。

　

**力**: 1キロニュートン(kN) = 1000ニュートン ≒ 約102キログラム重(体感的には、成人男性ひとり分をやや超える体重が地面を押す力に近いオーダー)。

　

**密度**: 1グラム毎立方センチメートル(g/cm³) = 1000キログラム毎立方メートル(kg/m³)。水の密度が1.0 g/cm³であることを基準にすれば、本書で登場した骨材(かさ比重2.6〜2.8前後)は水のおよそ2.6〜2.8倍の重さ、アスファルト(比重1.0〜1.05前後)は水とほぼ同じ重さだと直感的に理解できる。

　

この単位換算の作法そのものは、本書独自のものではなく、BOOK-0084・BOOK-0121とも共通する、現代学問宇宙図鑑全体の語彙統制(SYSTEM.md §14.5)を舗装工学の実務単位に適用したものである。

　

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# 付録 試験法一覧表――何を測るための試験か、一望する

　

本書には数多くの標準試験が登場した。専門職との討論では「その性質はどの試験で確認したのか」という問いが必ず出るため、ここに一覧としてまとめておく。

　

| 試験名 | 対象 | 測定する性質 | 出典節 |

|---|---|---|---|

| 針入度試験 | アスファルト | 25℃での硬さ(0.1mm単位) | 第1-5節 |

| 軟化点試験(環球法) | アスファルト | 明確に軟化し始める温度 | 第1-5節 |

| 伸度試験 | アスファルト | 低温での粘り強さ(破断までの伸び) | 第1-5節 |

| ロサンゼルス試験 | 粗骨材 | すりへり(摩耗)への耐性 | 第2-3節 |

| 安定性試験(ソーンドネス試験) | 骨材 | 凍結融解への耐久性 | 第2-7節 |

| PSV試験(ポリッシュストーンバリュー) | 骨材 | すり減り後のすべりにくさ | 第2-6節 |

| TSR試験(引張強さ比試験) | 混合物 | 水によるはく離への耐性 | 第2-4節補足 |

| ふるい分け試験 | 骨材・混合物 | 粒度分布 | 第3-1節 |

| Marshall安定度・流値試験 | 混合物供試体 | 破壊荷重(強さ)と破壊時変形量 | 第4-2節 |

| 理論最大密度試験(ライス試験) | 混合物 | 空隙ゼロと仮定した理論密度Gmm | 第4-3節 |

| SGC(Superpaveジャイレトリーコンパクタ) | 混合物供試体 | 旋回締固めによる密度変化 | 第4-6節 |

| DSR(動的せん断レオメータ) | アスファルトバインダー | 複素せん断弾性率|G*|・位相角δ | 第5-3節 |

| BBR(曲げクリープ試験) | アスファルトバインダー | 低温でのクリープこわさ・m値 | 第6-2節 |

| RTFO(回転薄膜加熱試験) | アスファルトバインダー | 短期老化(施工時)の模擬 | 第5-6節 |

| PAV(加圧酸化容器) | アスファルトバインダー | 長期老化(供用後数年)の模擬 | 第5-6節 |

| ホイールトラッキング試験 | 混合物供試体 | 高温でのわだち掘れ耐性(動的安定度DS) | 第6-4節 |

| ハンバーグホイールトラッキング試験 | 混合物供試体 | 水中でのわだち掘れ+はく離耐性 | 第6-5節 |

| カンタブロ試験 | 開粒度混合物供試体 | 骨材の粒状剥離(ラベリング)耐性 | 第6-5節 |

| CBR試験 | 路床・路盤土 | 相対的な支持力 | 第7-3節 |

| FWD(落下重錘式たわみ測定) | 供用中の舗装 | たわみ量から層の弾性係数を逆解析 | 第9-4節 |

| 砂パッチ試験(サンドパッチ法) | 供用中の路面 | マクロテクスチャの深さ | 特-4a節 |

| ロックドホイール試験・振り子式試験 | 供用中の路面 | 実路面のすべり抵抗値 | 第2-6節 |

　

この一覧表は、本書が試験法をどの章で・どの目的で導入したかの索引としても機能する(辞書型専門書としての見出し語アンカーの一種、SYSTEM.md §16.19参照)。

　

# 付録 略語一覧――本書に登場したアルファベット略語を一望する

　

舗装工学は略語が非常に多い分野である。専門職との会話で略語が飛び交っても迷わないよう、本書に登場した略語をまとめて一覧にしておく。

　

- AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials(アメリカ州道路交通運輸行政官協会)。第八章の構造設計法の策定機関。

- ACN/PCN: Aircraft Classification Number / Pavement Classification Number(航空機分類数/舗装分類数)。特-1節の空港舗装分類。

- BBR: Bending Beam Rheometer(曲げクリープ試験機)。第6-2節。

- BISAR: シェル石油が開発した多層弾性解析プログラム。第8-3節。

- CBR: California Bearing Ratio(カリフォルニア支持力比)。第7-3節。

- CIR/HIR/FDR: Cold/Hot In-place Recycling、Full Depth Reclamation(路上再生工法群)。第11-6節。

- CRM: Crumb Rubber Modified asphalt(ゴム改質アスファルト)。第1-6節。

- DS: Dynamic Stability(動的安定度)。第6-4節。

- DSR: Dynamic Shear Rheometer(動的せん断レオメータ)。第5-3節。

- ESAL: Equivalent Single Axle Load(等価単軸荷重回数)。第8-7節。

- EVA: Ethylene Vinyl Acetate(エチレン酢酸ビニル共重合体、改質材)。第1-6節。

- FDR: Full Depth Reclamation(フルデプスリクラメーション)。第11-6節。

- FWD: Falling Weight Deflectometer(落下重錘式たわみ測定装置)。第9-4節。

- Gb・Gsb・Gmm・Gmb: アスファルト比重・骨材合成比重・理論最大密度・かさ密度。第4-3節。

- HDM-4: Highway Development and Management model(世界銀行系道路投資評価モデル)。第9-6a節。

- HIR: Hot In-place Recycling(ホットインプレースリサイクリング)。第11-6節。

- IRI: International Roughness Index(国際ラフネス指数)。第9-5節。

- KENPAVE: 多層弾性・有限要素解析の公開プログラム。第8-3節。

- LCA: Life Cycle Assessment(ライフサイクルアセスメント)。第12-6節。

- LCCA: Life Cycle Cost Analysis(ライフサイクルコスト分析)。第9-5節。

- LEF: Load Equivalency Factor(荷重等価係数)。第8-7節。

- MEPDG: Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide(力学‐経験的設計法)。第8-3節。

- MR: Resilient Modulus(レジリエントモジュラス)。第8-1節。

- MTD: Mean Texture Depth(平均テクスチャ深さ)。特-4a節。

- PAV: Pressure Aging Vessel(加圧酸化容器)。第5-6節。

- PCI: Pavement Condition Index(舗装状態指数)。第9-5節。

- PG: Performance Grade(パフォーマンスグレード)。第5-4節。

- PMS: Pavement Management System(舗装マネジメントシステム)。第9-5節。

- PPA: Polyphosphoric Acid(ポリリン酸、改質材)。第1-6節。

- PSV: Polished Stone Value(ポリッシュストーンバリュー)。第2-6節。

- PWL: Percent Within Limits(規格限界内合格率)。第4-7節。

- QC/QA: Quality Control/Quality Assurance(品質管理/品質保証)。第4-7節。

- R・ZR: 信頼性レベル・標準正規偏差。第8-1節。

- RAP: Reclaimed Asphalt Pavement(再生アスファルト舗装材)。第十一章。

- RTFO: Rolling Thin Film Oven(回転薄膜加熱試験)。第5-6節。

- SAMI: Stress Absorbing Membrane Interlayer(応力緩和層)。第11-7節。

- SARA: Saturates・Aromatics・Resins・Asphaltenes(アスファルトの化学分画)。第1-2節。

- SBS: Styrene-Butadiene-Styrene(スチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体、改質材)。第1-6節。

- SGC: Superpave Gyratory Compactor(Superpaveジャイレトリーコンパクタ)。第4-6節。

- SN: Structural Number(構造数)。第8-1節。

- TA: 等値換算厚(日本の設計法における必要換算厚)。第7-4節。

- TSR: Tensile Strength Ratio(引張強さ比)。第2-4節補足。

- VMA/VFA/Va: 骨材間隙率/アスファルト充填率/空隙率。第4-3節・第4-4節。

- W18: 累積相当単軸荷重回数(AASHTO設計法の交通量入力値)。第8-1節・第8-7節。

- WMA: Warm Mix Asphalt(ウォームミックスアスファルト)。第11-3節。

　

# 用語一覧――見出し語アンカー(辞書型専門書としての逆引き索引)

　

本書は通読(はじめから読む)だけでなく、辞書として特定の用語を引く読み方にも対応できるよう、登場した専門用語を五十音順に近い章の出現順で整理する。各項目は「用語(初出水準)」の形式をとり、BOOK-0084・BOOK-0121の用語ノート(NOTE-0004接続語彙)との重複は避け、本書独自の語彙のみを収録する。

　

- ストレートアスファルト(一): 石油の減圧蒸留残渣をそのまま舗装用に用いたアスファルト。ブローンアスファルトと対比される。

- SARA分画(一): アスファルトを飽和分・芳香族分・レジン分・アスファルテン分の四グループに分ける化学分析法。

- コロイド構造モデル(一): アスファルテンをレジンが取り巻き、マルテン(飽和分+芳香族分)中に分散しているとする、アスファルト内部構造の模型。

- ゾル型・ゲル型(一): アスファルテンの分散状態による、粘性寄りか弾性寄りかというアスファルトの性格分類。

- 針入度(一): 25℃で規定の針が5秒間に貫入する深さ(0.1mm単位)。アスファルトの硬さの基本指標。

- 軟化点(一): 環球法で鋼球が規定距離たわみ落下する温度。アスファルトが明確に軟化し始める目安温度。

- 伸度(一): 規定条件でダンベル状試料が破断するまでの伸び。低温での粘り強さの指標。

- 改質アスファルト・SBS(一): 高分子(SBSなど)を添加して弾性を高めたアスファルト。

- ブローンアスファルト(一): 空気を吹き込み酸化重合させた、硬く温度感受性の低いアスファルト。主に防水用途。

- 粗骨材・細骨材・フィラー(二): 粒径による骨材の三分類(2.36mm・0.075mmのふるいが境界)。

- かみ合わせ(インターロッキング)(二): 角張った骨材粒子同士が荷重下で滑りにくくかみ合う性質。

- 真比重・かさ比重・見掛け比重(二): 骨材の空隙の含め方が異なる三種類の比重の定義。

- ロサンゼルス試験(二): 回転ドラムと鋼球で骨材のすりへり減量を測る標準試験。

- はく離(二): 水の作用で骨材表面からアスファルト膜がはがれる現象。

- PSV(ポリッシュストーンバリュー)(二): 骨材のすり減り後のすべりにくさを評価する試験・指標。

- 差別摩耗(二): 硬さの異なる鉱物が混在する骨材が不均一にすり減り、表面の凹凸を保つ現象。

- 粒度曲線(三): ふるい目の開き(横軸・対数)と通過質量百分率(縦軸)の関係を示すグラフ。

- 密粒度・開粒度・ギャップ粒度(三): 粒度曲線の形による混合物の分類。それぞれ密実性・排水性・かみ合わせ重視という個性を持つ。

- 0.45乗曲線(三): フラーの最大密度理論をn=0.45とした、Superpave設計法の参考粒度曲線。

- 規制点・制限区域(三): Superpave設計法で粒度曲線が通るべき点・避けるべき領域。

- Marshallミックス設計法(四): 安定度・流値と体積特性(Va・VMA・VFA)から最適アスファルト量を決定する設計法。1939年考案。

- 安定度・流値(四): Marshall試験で測定する、破壊荷重(強さ)と破壊時変形量(粘り強さ)。

- 理論最大密度Gmm(四): 空隙が皆無と仮定した場合の理論上の最大密度(Rice比重)。

- 空隙率Va・骨材間隙率VMA・アスファルト充填率VFA(四): Marshall法の三大体積指標。

- ブリージング(四): アスファルト過多で高温時に表面へアスファルトがにじみ出る現象。

- Superpaveジャイレトリーコンパクタ(SGC)(四): 旋回運動で締め固める、Marshallに代わる現代的な供試体作製・設計法。

- Nini・Ndesign・Nmax(四): SGCにおける三段階の旋回回数の基準。

- 粘弾性(五): 弾性と粘性を併せ持ち、時間・温度に依存してふるまいが変わる性質。

- 時間‐温度換算則(五): 低温・低速と高温・高速が等価に扱えるという粘弾性材料の経験則。

- 動的せん断レオメータ(DSR)(五): アスファルトバインダーの複素せん断弾性率・位相角を測る試験機。

- 複素せん断弾性率|G*|・位相角δ(五): DSRで得られる、硬さと弾性‐粘性バランスの指標。

- パフォーマンスグレード(PG)分類(五): 高温側・低温側の限界設計温度を数字で直接示すバインダー分類法(例: PG 64-22)。

- 曲げクリープ試験(BBR)(五): 低温でのクリープこわさ・m値を測定し、低温ひび割れ耐性を評価する試験。

- わだち掘れ(六): 高温での塑性変形(永久ひずみ)の蓄積によるくぼみ。

- 低温ひび割れ(六): 急激な温度低下による収縮応力が破壊強度を超えて生じるひび割れ。

- ホイールトラッキング試験・動的安定度DS(六): 高温下でゴム車輪を往復させ、わだち掘れ耐性を評価する試験と指標。

- 表層・基層・路盤・路床(七): アスファルト舗装を構成する層の名称(上から順)。

- CBR(カリフォルニア支持力比)(七): 路床・路盤の支持力を、標準砕石を100とする相対値で表す指標。

- 等値換算厚法(七): 各層材料の効き目を換算係数で数値化し、必要換算厚と比較する日本の設計法の考え方。

- たわみ性舗装・剛性舗装(七): アスファルト舗装とコンクリート舗装の、荷重の伝わり方による分類。

- AASHOロードテスト(八): 1950年代末〜60年代初頭にイリノイ州で行われた大規模実道路耐久試験。AASHTO設計法の土台。

- 構造数SN(八)・層係数ai・排水係数mi(八): AASHTO設計法における構造的強さの指標と、その算出に使う係数群。

- レジリエントモジュラスMR(八): 路床土の弾性的な強さを表す指標。CBR値からの近似式が知られる。

- 多層弾性理論・バーミスター理論(八): 層状の弾性体モデルで舗装内部の応力・ひずみを理論計算する枠組み(1943年)。

- 力学‐経験的設計法(MEPDG)(八): 多層弾性理論と疲労則を組み合わせた現代的な設計体系。

- 凍上(八): 路床中の水分が凍結時にアイスレンズを成長させ、路面を押し上げる現象。

- 4乗則(八): 舗装への損傷が軸重のおよそ4乗に比例するという経験則。

- 疲労ひび割れ・ボトムアップひび割れ(九): アスファルト層底面から進展する、繰り返し荷重による損傷蓄積型のひび割れ。

- 疲労則(アスファルト協会式)(九): Nf=0.0796×εt⁻³·²⁹¹×E⁻⁰·⁸⁵⁴で疲労寿命を予測する経験式。

- FWD(落下重錘式たわみ測定装置)(九): 非破壊で舗装のたわみを測定し、逆解析で層の弾性係数を推定する装置。

- 舗装マネジメントシステム(PMS)(九): 道路網全体の状態を管理し補修優先順位を決める情報システム。

- ライフサイクルコスト分析(LCCA)(九): 予防保全と事後保全の生涯費用を比較する分析手法。

- 国際ラフネス指数(IRI)・舗装状態指数(PCI)(九): 路面の平坦性・総合状態を表す代表的な指標群。

- マイクロカプセル法(十): 若返り剤を封入したカプセルをひび割れ進展時に破断させ自己修復を狙う手法(研究段階)。

- リジュビネーター(若返り剤)(十): 酸化劣化で失われた軽い成分を補い、アスファルトを若返らせる添加剤。

- 誘導加熱法(十): 導電性繊維を混入し電磁誘導で局所加熱してひび割れを閉じる手法(研究段階・一部実証実験あり)。

- RAP(再生アスファルト舗装材)(十一): 撤去・切削された古い舗装を破砕して得る再生材料。

- ウォームミックスアスファルト(WMA)(十一): 添加剤により製造・施工温度を通常より下げた混合物。環境負荷低減技術。

- バイオアスファルト(十一): リグニンやバイオオイルなど植物由来原料からの結合材の研究(研究段階)。

- 排水性舗装・透水性舗装(十二): 開粒度構造により雨水を排水または地中へ浸透させる舗装。

- 遮熱性舗装(十二): 太陽光反射率の高い塗料等で路面温度上昇を抑える舗装。

- スマート舗装(十二): センサーを埋め込み路面状態をリアルタイム計測する研究中の舗装。

- ライフサイクルアセスメント(LCA)(十二): 材料採取から解体再利用までの環境負荷を定量評価する枠組み。

- チップシール・マイクロサーフェシング(十二): 予防的維持のための薄層表面処理工法群。

- アスファルト乳剤(一): アスファルトの微粒子を乳化剤で水中に分散させた、常温で扱える結合材。破壊(ブレーキング)によりアスファルトの膜に戻る。

- カチオン系・アニオン系乳剤(一): 乳化剤の帯電の正負による乳剤の分類。日本ではカチオン系が主流。

- カットバックアスファルト(一): アスファルトを揮発性溶剤で薄めて常温での流動性を持たせた材料。環境面から乳剤への置換が進む。

- 破壊(ブレーキング)(一): 乳剤中のアスファルト粒子が水と分離し、連続した膜に戻る現象。

- TSR試験(引張強さ比試験)(二): 水の作用を受けた供試体と乾燥供試体の間接引張強さを比較し、はく離耐性を評価する試験。

- 割裂試験(間接引張試験)(二): 円柱供試体を横向きに圧縮し、内部の引張応力で割裂させる試験方法。

- 安定性試験(ソーンドネス試験)(二): 硫酸塩溶液への浸漬・乾燥の繰り返しで、骨材の凍結融解に対する耐久性を評価する試験。

- マクスウェルモデル(五): ばねとダッシュポットを直列に結んだ粘弾性モデル。応力緩和を表現する。

- ケルビン・フォークトモデル(五): ばねとダッシュポットを並列に結んだ粘弾性モデル。クリープを表現する。

- バーガーズモデル・一般化マクスウェルモデル(五): 複数のばね・ダッシュポットを組み合わせ、実際のアスファルトの複雑な粘弾性挙動を再現するモデル。

- 応力緩和・クリープ(五): 一定変形下で応力が減衰する現象(応力緩和)と、一定応力下で変形が増加する現象(クリープ)。

- 回転薄膜加熱試験(RTFO)(五): 高温回転下でアスファルトを短期老化させる標準試験。舗装の製造・施工時の劣化を模擬。

- 加圧酸化容器(PAV)(五): 高温高圧の酸素雰囲気でアスファルトを長期老化させる標準試験。供用後数年〜十年の劣化を模擬。

- ハンバーグホイールトラッキング試験(六): 水中でわだち掘れとはく離を同時に評価する試験。はく離変曲点が指標になる。

- カンタブロ試験(六): 開粒度混合物の骨材粒状剥離(ラベリング)耐性を回転ドラムで評価する試験。

- ジオシンセティックス・ジオテキスタイル・ジオグリッド(七): 路盤・路床に敷き込む高分子製の補強・分離・排水資材。

- 標準正規偏差ZR・信頼性レベルR(八): AASHTO設計法で統計的な設計余裕を組み込むための係数と、道路の重要度に応じた信頼性の水準。

- ESAL(等価単軸荷重回数)・LEF(荷重等価係数)(八): 雑多な交通を標準軸重換算の一つの数値に集約する考え方と、その換算係数(4乗則に基づく)。

- 亀甲状ひび割れ(アリゲータークラック)(九): 疲労ひび割れが進行してできる、亀の甲羅状の網目模様のひび割れ。

- 縦断ひび割れ・横断ひび割れ(九): 交通方向と平行・直角に走るひび割れ。原因(施工継ぎ目、低温収縮など)がそれぞれ異なる。

- 押し出し(シービング)(九): 急ブレーキ等の水平力でアスファルト混合物がしわ状に押しずれる変形。

- コールドインプレースリサイクリング(CIR)(十一): 既存舗装表層を現地で破砕し、乳剤等を加えてその場で再敷設する路上再生工法。

- ホットインプレースリサイクリング(HIR)(十一): 既存舗装表層を現地で加熱・軟化させて再生する路上再生工法。

- フルデプスリクラメーション(FDR)(十一): 表層と路盤材料をまとめて現地で破砕・安定処理する、もっとも大規模な路上再生工法。

- 発泡アスファルト(十一): 高温アスファルトに少量の水を加え瞬間発泡させ、体積を増やして骨材と混ざりやすくした常温再生用の結合材。

- 不完全ブレンディング(十一): RAP中の老化アスファルトと新しいアスファルトが完全には混ざりきらない現象。

- リフレクションクラック(反射ひび割れ)(十一): オーバーレイ下の古いひび割れ・目地が新しい層に映り込むように現れる現象。

- 応力緩和層(SAMI)(十一): リフレクションクラック対策として層間に挟む、ひび割れの動きを吸収する柔軟な中間層。

- パラフィン基原油・ナフテン基原油(一): 炭化水素の分子構造の傾向による原油の分類。舗装用アスファルトの性状に影響する。

- イェン・マリンズモデル(一): アスファルテンを、大きな単一分子ではなく小さなナノ集合体として捉える、近年有力視される描像。

- EVA・PPA(一): SBS以外の代表的な改質材。EVAは高温側性能の底上げ、PPAはアスファルテンの会合促進による低コストな改質。

- CRM(ゴム改質アスファルト)(一): 廃タイヤ由来のゴム粉を混入した改質アスファルト。資源循環と性能向上を両立する。

- スパイクタイヤ問題(二): 金属鋲付きタイヤによる異常摩耗・粉じん公害。日本では1990年施行の法律により使用が原則禁止された。

- コンパクション・ウィンドウ(四): 混合物が締固めに適した粘性を保つ温度範囲。目標空隙率の達成可否を左右する。

- バッチ式プラント・連続式(ドラム)プラント(四): アスファルト混合所の二大方式。配合の柔軟性と生産性がそれぞれの特徴。

- マスターカーブ(五): 時間‐温度換算則により異なる温度のデータを一本に統合した、混合物剛性の主曲線。

- シフトファクター(五): マスターカーブ作成時に、異なる温度のデータを周波数軸上でずらす量。

- ポアソン比ν(八): 圧縮・引張時の垂直方向の変形割合を示す材料定数。多層弾性理論の入力値。

- 標準正規偏差ZR・信頼性レベルR(八、再掲): R=75%でZR≒−0.674、R=90%でZR≒−1.282、R=95%でZR≒−1.645という代表値。

- 動的荷重(九): 路面の凹凸により車両振動を通じて生じる、静荷重を上回る荷重変動。IRIの悪化が動的荷重を増大させる。

- HDM-4(九): 世界銀行系の道路投資評価モデル。IRIと車両の燃料消費・維持費を関係づける。

- 治癒率(healing index)(十): 破断前後の強度・剛性の回復割合として、自己治癒アスファルトの効果を定量評価する指標。

- 建設リサイクル法(十一): 2000年制定、アスファルト塊等の再資源化を義務づける日本の法律。RAP普及の制度的な後押し。

- 採石場・地質図(二): 骨材の産地。地質図をもとに岩種・埋蔵量を事前調査して選定される。

- 偏平度指数・細長度指数(二): 骨材粒の形状(薄さ・細長さ)を定量化する指標。値が大きいほど割れやすくかみ合わせが弱い。

- ACN/PCN(特別章): 航空機分類数/舗装分類数。空港舗装における荷重要求値と構造供給能力の比較の枠組み。

- 静荷重・クリープ変形(特別章): 港湾コンテナヤード等で長期間かかり続ける動かない荷重と、それによる粘弾性的な沈下変形。

- 伸縮装置(エキスパンションジョイント)(特別章): 橋桁の熱伸縮を吸収するすき間。隣接する舗装は過酷な繰返し変形を受ける。

- 液状化(特別章): 地震動により緩い砂質地盤が一時的に液体状になる現象。路床の支持力を根本から損なう。

- マクロテクスチャ・ミクロテクスチャ(特別章): 骨材粒径由来の大きな凹凸と、骨材表面の微細な粗さ。それぞれ排水性・乾燥時摩擦に影響。

- ブロッククラック(九): 酸化劣化を主因とする縦横のひび割れが組み合わさった、塊状のひび割れ損傷。

- ポットホール(九): 複数の損傷が進行した末に生じる局部的な路面陥没。

- デジタルツイン(十二): 舗装網を計算機上に再現し、実測データで校正しながら劣化進行をシミュレーションする技術。

- LTPP(長期舗装性能プログラム)(八): 1987年開始、アメリカ・カナダの道路区間を数十年単位で追跡調査する大規模観測プロジェクト。MEPDGの検証・校正データを提供。

- インフラ資産管理(asset management)(九): 道路網を金銭的価値を持つ資産として捉え、減価償却等の会計的視点で管理する考え方。

- WLF式(五): 高分子物理学由来の時間‐温度換算則の定量式。アスファルトにも経験的に当てはまる。

- 熱応力の概算式 σ=EαΔT(六): 拘束された材料に温度変化で生じる収縮応力を見積もる材料力学の基本式。

- セグリゲーション(材料分離)(三): 粗骨材と細骨材が運搬・積み下ろし中に偏って分かれる現象。設計値からの局所的な逸脱を招く。

- インフラ資産管理(asset management)(九、再掲): 道路網を金銭的価値を持つ資産として管理する会計的視点。

- 対数配合則(log blending rule)(十一): RAPバインダーと新規バインダーの粘度の対数を加重平均し、ブレンド後の粘度を予測する近似則。

- 非線形弾性・異方性(八): 多層弾性理論が単純化のために捨象している、粒状材料の応力依存的な剛性変化と方向による性質の違い。

- 遅延時間τ(特別章): ケルビン・フォークトモデルにおいて、クリープ変形が平衡状態に近づく速さを特徴づける時定数。

- アレニウスの式(五): 反応速度が絶対温度に対して指数関数的に増加する化学反応の一般則。RTFO・PAVの加速劣化試験の理論的背景。

- Q10則(五): 温度が10℃上がるごとに反応速度がおよそ2倍になるという簡易的な経験則。

- ストーン・オン・ストーン構造(三): SMAにおいて粗骨材同士が直接接触し合う骨組み構造。荷重伝達をアスファルトの弱さに依存しにくくする。

- ドレインダウン(三): 高温状態でアスファルトが骨材から下方へ垂れ落ちる現象。SMAで繊維添加により防止される。

- マスチック(二、再掲): フィラーとアスファルトが一体化した結合材。SMAでは粗骨材間のすき間を満たす役割を担う。

- スリッページクラック(九): 層間の接着不良により生じる三日月形のひび割れ。急ブレーキ・急旋回時の水平力で表層がすべることで発生。

- タックコート(七・九): 舗装の層を重ねて施工する際、層間の接着を確保するために散布するアスファルト乳剤の薄層。

- 機械的安定処理(七): 性質の異なる土を混ぜ合わせ、最大密度理論の考え方を応用して路床の密度・強度を高める工法。

- ポゾラン反応(七): 石灰と粘土鉱物・水分が反応し、時間をかけてカルシウムシリケート等の硬い結晶を生成する化学反応。石灰安定処理の原理。

- Design for Recyclability(再生を見越した設計)(十二): 新設時から将来のリサイクルのしやすさまで見越して材料・工法を選定する設計思想。

- 供試体高さ補正係数(四): Marshall試験で供試体の高さが規定値からずれた場合に、測定安定度を標準高さ相当に換算する係数。

- 路面性状測定車(九): レーザー・カメラで走行しながら路面のIRI・わだち掘れ・ひび割れを連続記録する調査車両。

- 引火点(一): 加熱時に発生する蒸気が引火する最低温度。舗装用アスファルトではおよそ230℃以上とされ、施工温度より高い。

- コア抜き試験(四): 施工後の舗装から円柱状の試料を採取し、厚さ・密度を実測して設計値と照合する試験。

- 締固め度(密度比)(四): コア抜き試験で得た現場密度と、Marshall配合設計時の基準密度との比率。施工品質の直接的な指標。

- 機械学習による損傷検出(十二): 路面画像から損傷の種類・位置・重症度を自動判定する画像認識モデル。PCI算出の低コスト化・高頻度化に寄与。

- プルオフ試験(引張接着試験)(九): コアを垂直に引き剥がし、層間の接着強さを測定する試験。スリッページクラック対策の品質確認に用いる。

- 路肩(七): 本線の脇に設けられる帯状部分。日常交通荷重が小さいため、本線より簡略化された構造で設計されることが多い。

- 開粒度排水層・エッジドレーン(七): 路盤内に浸入した水を集めて道路外へ排出する、路盤排水の代表的な構成要素。

- 樹木根による隆起(十二): 歩道特有の損傷モード。交通荷重や凍上とは異なる第三の変形要因として、路床を不均一に持ち上げる。

- スキッド抵抗性への感度(十二、再掲): 歩行者・自転車利用者は車両の乗員より路面の凹凸・すべりやすさを直接感じ取るため、車道以上に重視される場合がある。

- 応急復旧・段階的復旧(特別章): 地震後、常温混合物等による最低限の交通機能回復を先行させ、後日本設の打ち換えを行う二段階の復旧の考え方。

- 国際的な学会・知見交流(十): 各国の舗装工学の研究成果・実務経験を共有し、設計手法の国際的な普及を支える会議体・論文誌の役割。

　

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# 出典・系譜節

　

本書は「確立された知識から自分の言葉で書く」というSYSTEM.md §16.5の方針のもと、外部サイト・書籍からの本文転載は一切行っていない。アスファルトの化学組成(SARA分画・コロイド構造モデル)、骨材の粒度設計理論(フラーの最大密度理論)、Marshallミックス設計法(1939年考案・その後米陸軍工兵隊により標準化)、アスファルトの粘弾性とSuperpave PG分類(1990年代SHRP研究)、CBR試験(1929年カリフォルニア州道路局)、AASHTO設計法(1950年代末AASHOロードテストを土台とする1993年版など)、多層弾性理論(1943年バーミスター)、アスファルト協会の疲労則、4乗則(AASHOロードテストの経験則)は、いずれも道路工学・舗装工学の分野で広く確立され、世界中の設計指針・教科書で共有されている知見を、筆者自身の理解に基づいて再構成し、本書独自の比喩(アスファルトを蜂蜜にたとえた時間‐温度換算則の説明、舗装を「層のサンドイッチ」にたとえた構造設計の説明など)を交えて説明したものである。

　

数値例(骨材配合計算、Marshallミックス設計の空隙率・VMA・VFA計算、AASHTO構造数の計算、疲労寿命の計算、4乗則による損傷係数の計算、WMAの燃料削減率の概算)はいずれも、教科書・設計指針に広く引用される代表的な係数・代表値を用いた本書独自の例示計算であり、特定の実測データの引用ではない。本文中で「未確定」「研究段階」「概略」と明記した箇所(自己治癒アスファルトの各手法の実用化段階、バイオアスファルトの実用化見通し、等値換算厚法のノモグラフ詳細数値、ナノ材料的な将来技術)は、現時点でなお研究が続けられている、あるいは公表資料を直接参照すべきであり本書独自の概算では正確を期しがたい範囲であることを示す。

　

系譜としては、本書はBOOK-0084(材料 第1巻)・BOOK-0121(材料 第2巻)の続きに位置する関連分野でありながら、両書とは扱う内容が重複しない独立した専門書として設計されている(冒頭「本書の位置づけと重複回避の宣言」を参照)。橋梁の構造設計はBOOK-0060(橋の構造)に、都市基盤工学大全としての全体構成はSEKKEI-A19設計書に、それぞれ接続している。本書と同じ大型企画に属する第1部(上下水道工学・BOOK-0153a)・第2部(ガス工学・BOOK-0153b)・第3部(熱源工学・BOOK-0153c)・第5部(電波塔工学・BOOK-0153e)とあわせて読むことで、現代都市を支えるインフラ工学の全体像がより立体的に見えるはずである。

　

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# 終章 階段図――本書で登った水準を振り返る

　

## ① 縦の階段――本書が登った水準を、具体的な数値とともに振り返る

　

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水準十二 ─▶ 環境配慮舗装の総合 例: LCA概算でWMAは燃料消費を約20.7%削減(第12-6節)

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水準十一 ─▶ 再生舗装(RAP) 例: 日本のアスファルト塊リサイクル率は極めて高水準(第11-1節)

▲

水準十 ─▶ 自己治癒アスファルト 例: マイクロカプセル法・誘導加熱法は研究段階(第十章)

▲

水準九 ─▶ 疲労破壊解析 例: Nf=0.0796×εt⁻³·²⁹¹×E⁻⁰·⁸⁵⁴ ≒ 195万回(第9-3節)/補: LTPP(1987年〜)が経験式を長期観測で検証・更新(第8-3節)

▲

水準八 ─▶ AASHTO設計法・多層弾性理論 例: SN(達成)=1.732+1.102+0.650=3.484(第8-2節)

▲

水準七 ─▶ 舗装構造設計(層厚計算) 例: 接地圧700kPa・接地面積約571cm²(第7-2節)

▲

水準六 ─▶ わだち掘れ・低温ひび割れ 例: 高温=塑性変形蓄積/低温=収縮応力超過という対の破壊(第六章)

▲

水準五 ─▶ 粘弾性・PG分類 例: PG 64-22=夏64℃・冬-22℃を想定したバインダー(第5-4節)

▲

水準四 ─▶ Marshallミックス設計法 例: Va=3.92%・VMA=15.56%・VFA=74.8%(第4-5節)

▲

水準三 ─▶ 粒度設計の基礎 例: 骨材配合60:35:5→4.75mm通過率44.25%(第3-4節)

▲

水準二 ─▶ 骨材の基礎 例: 鉄鋼スラグ・再生骨材という代替資源(第2-5節)

▲

水準一 ─▶ アスファルトの化学 例: SARA分画=飽和分・芳香族分・レジン分・アスファルテン分(第一章)

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## ② 横の広がり――同じ水準にある姉妹概念

　

- 水準一: アスファルト(炭化水素の混合物)←(石油精製の兄弟)→軽油・灯油・ガソリン(BOOK-0152工業製造化学と接続する石油化学の入口)

- 水準四: Marshallミックス設計法(体積+力学の二本立て設計)←(同じ二本立ての発想)→BOOK-0084第五章の応力‐ひずみ(力学)とBOOK-0084第二章の密度計算(体積)の組み合わせ

- 水準五: 時間‐温度換算則(低温=高速と等価)←(同じ等価則の兄弟)→BOOK-0121第四章のガラス転移温度(高分子が温度で性格を変える境目)

- 水準八: AASHTO構造数SN(層厚×係数の合計)←(同じ加重合計の発想)→本書第3-4節の骨材配合の加重平均計算

- 水準九: 疲労則(べき乗で寿命が変わる)←(同じべき乗則の親戚)→第8-6節の4乗則(べき乗で損傷が変わる)

　

## ③ 現在のフロンティア――年号付きで振り返る、いま未解決・最先端の話題

　

- 2010年代〜: オランダ・デルフト工科大学を中心とした誘導加熱による自己治癒アスファルトの実証実験(第10-3節)。実道路での試験施工事例はあるが、世界標準工法としてはまだ確立していない。

- 研究進行中: バイオアスファルト(リグニン・バイオオイル由来の結合材)の物性評価と実用化見通し(第11-4節)。実験室レベルの評価が進む段階。

- 発展途上: スマート舗装(センサー埋め込み型)の耐久性・コスト面の課題(第12-3節)。舗装マネジメントシステム(PMS)とのデータ連携が今後の鍵。

- 移行進行中: アメリカを中心に、経験式であるAASHTO設計法から、多層弾性理論と疲労則を組み合わせた力学‐経験的設計法(MEPDG/Pavement ME)への移行が進められている(第8-3節)。

　

## ④ 次の冊子への矢印

　

**次の冊子(第5部・BOOK-0153e 電波塔工学、水準一〜十二): 主題A・アンテナ基礎理論と塔の形式(自立式・支線式)/主題B・風荷重計算と耐震設計、構造解析(BOOK-0060トラス理論の応用)/主題C・電磁放射パターンとFriis伝送方程式によるRF伝搬計算、5G/ミリ波インフラのフロンティア ─────▶**

　

(この予告は、SEKKEI-A19設計書「③各部の水準ステップ設計」に明記された第5部の構成〈一〜三: アンテナ基礎理論・塔の形式/四〜六: 風荷重計算・耐震設計・構造解析/七〜九: 電磁放射パターン・Friis伝送方程式/十〜十二: 5G・ミリ波・ビームフォーミング〉に基づいて記載しており、設計書と実装の食い違いが起きないよう、GAKUMON_UNIVERSE.mdの終章階段図規約が定める確認手順に沿っている。)

　

**前の冊子(第3部・BOOK-0153c 熱源工学)**: 伝導・対流・放射の基礎から、ボイラー熱力学・熱交換器設計(LMTD法・NTU法)・HVAC負荷計算、ヒートポンプCOP工学・地域熱供給網設計、地熱システム・コージェネレーションまでを扱った巻であり、本書と隣り合う都市基盤工学大全の一部である。

　

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## おわりに――足元の学問が教えてくれること

　

本書は「現代学問宇宙図鑑」の中でも、もっとも足元に近い場所を扱った一冊だったかもしれない。夜空の彼方の宇宙でも、原子核の内部でもなく、私たちが今日も歩き、車で走った、あの黒い舗装である。しかしこの足元の学問を掘り下げてみると、石油化学(第一章)、粒度工学(第二章・第三章)、材料試験と統計的な最適化(第四章)、粘弾性という時間と温度が絡み合う物理(第五章・第六章)、構造力学と応力分散(第七章・第八章)、疲労という破壊力学(第九章)、そして情報科学と資源循環という現代的な課題(第九章補遺・第十章〜第十二章)まで、驚くほど多くの学問領域が、この薄い層の中に折りたたまれていることがわかる。

　

本書の冒頭で、舗装工学の面白さを「壊れることを前提にした設計」という一言に凝縮した。この発想は、実は舗装工学に限った話ではない。人間が作るあらゆる構造物、あらゆる制度、あらゆる関係もまた、永遠に壊れないものはなく、いつかは摩耗し、疲労し、補修や更新を必要とする。舗装工学が「いつ、どのように壊れるか」を最初から数式に織り込み、限られた資源の中で最善の耐用年数を引き出そうとする姿勢は、インフラという枠を超えて、ものを長く使い続けるためのものの考え方そのものを教えてくれる。

　

読者がこの一冊を読み終えたあと、次に道を歩くとき、あるいは車で走るとき、路面のわずかなひび割れや、交差点手前のかすかなわだち掘れに、これまでとは違う目を向けてもらえたなら、本書の役目は果たされたことになる。その黒い路面の下には、SARA分画で分類される炭化水素の分子たちが、骨材という石の骨組みに抱かれながら、今この瞬間も、何十億回という車両の通過に、粘り強く耐え続けているのである。

　

本書は、水準一の「アスファルトとは何か」から、水準十二の「自己治癒アスファルト・再生舗装のフロンティア」まで、一段も飛ばさずに階段を上ってきた。その道のりで繰り返し登場した記号――Gmm・Va・VMA・SN・εt・ESAL・ZR――は、もはや本書冒頭で「暗号のようだ」と感じられたかもしれない記号ではなく、それぞれが具体的な計算と、具体的な数字の手触りを伴う、読者自身の道具になっているはずである。特別章の総合設計事例・対照事例・想定問答・腕だめしを通じて、これらの道具を実際に組み合わせて使う練習も積んだ。

　

水準一の骨材の粒からはじまり、水準十二のデジタルツイン・機械学習に至るまで、本書が上ってきた階段は決して短くはなかった。しかしその一段一段は、いずれも「なぜそうなるのか」を検算可能な数字で確かめながら積み上げたものである。この階段を上る過程で、本書は何度も「まだ確立していないことは、確立していないと言う」という姿勢を貫いてきた。自己治癒アスファルトの実用化時期、バイオアスファルトの生産規模、アスファルテンの分子論的な描像――これらはいずれも、本書執筆時点でなお研究者たちが議論を続けている、未解決の問いである。専門職のトップと技術討論できるということは、すべての問いに断定的な答えを持っていることではなく、「どこまでが確立していて、どこから先が未確定なのか」という境界線を、正確に引けることでもある。本書が繰り返し示してきたこの境界線の引き方そのものが、読者にとって、この分野を超えて応用できる、もう一つの持ち帰り物になっていることを願う。

　

最後に、本書がめざした「専門職のトップと技術討論できる水準」という目標について、もう一度立ち返っておきたい。この目標は、舗装技術者の資格試験に合格することでも、設計指針を丸暗記することでもない。目の前の一本の道路について、「なぜこの厚さなのか」「なぜこのアスファルトが選ばれたのか」「あと何年もつと見積もられているのか」という問いに、本書で学んだ式と数字を使って、自分の言葉で説明できることである。その力を、読者が本書を通じて手にしていたなら、この長い一冊を書き上げた甲斐があったと言える。舗装工学という、地味で、しかし誰もが毎日その上を歩き続ける学問の旅は、ここで一区切りを迎える。足元の黒い層から、今度は空を見上げる番である。次の旅は、地上から空へ――第5部電波塔工学の、塔と電波の世界へと続いていく。

　

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## 改訂履歴

　

| 版 | 日付 | 内容 |

|---|---|---|

| v0.1 | 2026-07-07 | 初稿執筆。水準一〜十二・数値例多数(骨材配合・Marshall体積計算・AASHTO構造数・疲労寿命・4乗則・ESAL・熱応力・クリープ・対数配合則等)を含む全12章+補遺+特別章(総合設計事例・対照事例・特殊環境・想定問答・腕だめし)+付録(設計式・単位換算・近似一覧・試験法・略語)+終章階段図を完成。 |

　

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# BOOK-0153d 都市基盤工学大全 第4部 舗装工学 ― アスファルト舗装の科学と設計(水準一〜十二)

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