JP3740059B2

JP3740059B2 - 割裂試験装置及び割裂試験方法

Info

Publication number: JP3740059B2
Application number: JP2001398800A
Authority: JP
Inventors: 照雄菅原; 幸英田代; 秀哉五十川; 勝島崎; 路登紺野
Original assignee: Kyushu Electric Power Co Inc; Taisei Rotec Corp
Current assignee: Kyushu Electric Power Co Inc; Taisei Rotec Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003194687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アスファルト混合物やコンクリート等の引張強度及びひずみを間接的に計測するための割裂試験装置及び割裂試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アスファルト混合物やコンクリート等の引張強度及びひずみを計測する際に、直接引張試験を行うことが困難な場合には、円柱供試体Ｓ’を用いた割裂試験により間接的に引張強度の計測を行っていた（ＪＩＳＡ１１１３及びＪＩＳＡ１１３２）。この試験方法は、圧縮試験に使用する円柱供試体Ｓ’を、試験装置の載荷板１５’の間に中心軸を水平にして置き、直径の鉛直方向に沿って割裂して破壊が生じるまで荷重を与えるものであり（図４参照）、均一な材料からなる部材や室内作成の供試体については、供試体の作成や切り出しを比較的簡易に行うことができるため、頻繁に行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の施工現場における複数の層を有する既設舗装Ｈ１，Ｈ２等の層間（図５（ａ）参照）の付着強度や、施工ジョイントＪ２，Ｊ３等（図５（ｂ），（ｃ）参照）の付着強度を計測するためには、供試体の整形及び切り出し（以下、「整形等」という）に多くの労力を必要とする。
例えば、上下層Ｈ１，Ｈ２の付着面Ｊ１や、施工ジョイント部Ｊ２，Ｊ３を直径とした供試体を採取するためには、部分的に舗装を切り出し、境界面と直径を一致させた状態で、円柱供試体Ｓ１’〜Ｓ３’を切り出さなければならなかった。
【０００４】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、円柱供試体を用いた割裂試験と同様の試験結果を得ることができる、供試体の整形が容易な割裂試験方法及び割裂試験装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の割裂試験装置は、直方体供試体に荷重を載荷するための載荷手段と、前記直方体供試体を支持するための供試体支持手段と、前記供試体支持手段を載置するための台座とを有する割裂試験装置であって、前記供試体支持手段は、前記直方体供試体の対峙する側面を挟持するための一対の挟着部材と、前記一対の挟着部材と直交する方向であり、前記直方体供試体の底面において直線又は一定幅の細長面で接する支持部とを備え、また、前記載荷手段は、前記直方体供試体の上面において直線又は一定幅の細長面で接する載荷部を備えるとともに、前記支持部の直線又は細長面の軸線方向と、前記載荷部の直線又は細長面の軸線方向とが上面視で一致するように、前記支持部と前記載荷部が対置して設けられていることを特徴としている。
【０００６】
従って、本発明によれば、支持部の直線又は細長面の軸線方向と、載荷部の直線又は細長面の軸線方向とが上面視で一致するように、前記支持部と前記載荷部が対置して設けられていることから、直方体供試体を使用して、割裂試験に必要となる載荷条件の下で、支持部の鉛直上方から効果的に荷重の載荷を行うことができる。
また、前記供試体支持手段は、直方体供試体の対峙する側面を挟持するための一対の挟着部材を備えることから、当該直方体供試体の側方への移動を拘束することが可能となり、荷重の載荷を効果的に補助することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の割裂試験装置において、前記挟着部材に、前記載荷部の移動を案内するためのガイド部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
従って、本発明によれば、挟着部材に、載荷部の移動を案内するためのガイド部が形成されていることから、当該ガイド部により載荷部が偏心することなく、直方体供試体に載荷することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の割裂試験装置において、前記支持部の側方に、前記直方体供試体を載置するための載置部材が設けられていることを特徴としている。
ここで、載置部材は、その上部に直方体供試体を安定的に載置するために設けるものであり、軟質材料から形成されていることが好ましい。また、載置部材は、支持部の側方の全域に設けるものであっても、或いは、側方の一部に設けるものであってもよい。
【００１０】
従って、本発明によれば、支持部の側方に直方体供試体の載置部材を設けたことにより、安定的に直方体供試体を支持した状態で割裂試験を実施することができる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の割裂試験装置を使用した割裂試験方法であって、前記直方体供試体の対峙する側面が前記挟着部材に挟持されるように前記直方体供試体を前記供試体支持手段に設置した後、前記載荷手段により、一定の変位速度で前記直方体供試体の上面に載荷し、最大荷重を計測することを特徴としている。
【００１２】
従って、本発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の割裂試験装置を使用することにより、直方体供試体を使用した割裂試験を行うことが可能となる。
なお、本発明の割裂試験方法によれば、供試体の整形等が容易な直方体供試体を用いて、円柱供試体を使用した割裂試験方法と略同様の試験結果を得ることができるため、割裂試験を容易に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、左右方向とは、図１に示す割裂試験装置の正面図における左右方向を意味する。また、直方体供試体Ｋの幅とは、図２における上方向の長さ（符号ｄ）であり、高さとは、底辺の長辺方向の長さ（符号ｈ）をいう（ここで、底辺の短辺方向の長さ（符号ｗ）と前記幅ｄとの関係はｄ≦ｗである）。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明の割裂試験装置Ｋは、載荷装置１０（載荷手段）、供試体支持部材２０（供試体支持手段）、台座３０及び支持箱体３５を主要部として構成されている。
支持箱体３５は、前面部が開口されている箱体である。この支持箱体３５を形成する上板３５ａの中央部には載荷装置１０を構成する昇降シリンダ１１が固設されており、そのロッド１２は当該上板３５ａを貫通しており、上下方向に移動可能となっている。
【００１５】
載荷装置１０は直方体供試体Ｓに荷重を載荷するための装置であり、前記昇降シリンダ１１と当該昇降シリンダ１１のロッド１２の先端部が取り付けられている押圧体１３と、当該押圧体１３の押圧力を支持棒１４を介して伝達するための当接板１５（載荷部）と、から構成されている。
当接板１５は、直方体供試体Ｓの上面部に当接して荷重を加えるための部材であり、正面視で押圧体１３の中央部の下面に形成されている凹部１３ａに遊挿され、支持棒１４により支持されている。また、当接板１５は、直方体供試体Ｓの全長に渡って荷重を載荷するために、当該直方体供試体Ｓの高さ（長さ）に形成されている。
【００１６】
さらに、直方体供試体Ｓに載荷する荷重を線荷重とするために、当接板１５の先端部は、直方体供試体Ｓの上面において直線で接する構造となっており、全長にわたり正面視で曲率を有する形状（以下、「上部曲率部１５ａ」という）に形成されている。
上部曲率部１５ａは、円弧面の一部を形成する形状であり、その直径は使用する直方体供試体Ｓの幅（ｄ）に対して（ｄ／３）を最大値として、最小値５ｍｍの範囲で定めると好適である。なお、上部曲率部１５ａは、直方体供試体Ｓの上面において一定幅の細長面で接する構造でもよいため、若干の載荷幅（０ｍｍ〜１０ｍｍ）を有していてもよい。また、前記上部曲率部１５ａに代えて、くさび形状に形成してもよい。
【００１７】
供試体支持部材２０は、直方体供試体Ｓの高さ（長さ）方向の移動を拘束するために、直方体供試体Ｓの対峙する側面Ｓ１，Ｓ２を挟持するための部材であり、前後の一対の挟着部材２１，２２と、当該挟着部材２１，２２と直交する方向であり、その下部に横設されている下板２３と、当該下板２３の上部における幅方向に突出して形成されている下部曲率部２３ａ（支持部）とから構成されている。
下部曲率部２３ａは、直方体供試体Ｓの下面を支持し、その上面において直線で接する構造とするために、上部曲率部１５ａと同様に、全長にわたり正面視で曲率を有する形状に形成されている（形状の制限等は、上部曲率部１５ａと同様）。なお、下部曲率部２３ａは、直方体供試体Ｓの下面において一定幅の細長面で接する構造でもよい。
【００１８】
また、供試体支持部材２０における下部曲率部２３ａの両側面部の全域には、ポリ塩化ビニル系のシール材（軟質材料）で形成されている、細長矩形形状の載置部材２５が設けられている。この載置部材２５は、下部曲率部２３ａの突出高さと略同一高さで形成されているが、上部曲率部１５ａと下部曲率部２３ａとの間に作用する荷重が偏心することなく、線荷重の状態で直方体供試体Ｓに載荷することを妨げないように形成する必要がある。
さらに、挟着部材２１，２２は、間隔を有して立設している２本の板状部材２１ａと２１ｂ，２２ａと２２ｂから構成されており、その間隙部は、当接板１５の端部がその内部を移動可能な間隔で設けられており、当該当接板１５の移動を案内するためのガイド部２１ｃ，２２ｃの役割を果たしている。なお、下部曲率部２３ａは、前記間隙部の最下部に設けられている。
【００１９】
ここで、上部曲率面１５ａにおける直方体供試体Ｓの当接部から形成される直線方向と下部曲率面２３ａにおける直方体供試体Ｓの当接部から形成される直線方向とが上面視で一致する（鉛直方向で同一軸上に位置している）ように、当接板１５と供試体支持部材２０の下板２３とが対置して設けられている。なお、上部曲率面１５ａ又は下部曲率面２３が一定の載荷幅を有している場合には、当該載荷幅を形成している細長面の軸線方向とが上面視で一致するように、設けられていることが必要となる。
【００２０】
このように構成されているため、昇降シリンダ１１のロッド１２が昇降することにより、当接板１５が上下し、ガイド部２１ｃ，２２ｃにより当該当接板１５が偏心することなく、直方体供試体Ｓに載荷することができるようになっている。
さらに、供試体支持部材２０における下板２３の下部には台座３０が設けられており、さらに当該台座３０は支柱３１により支持されている。
【００２１】
なお、昇降シリンダ１１は、毎分１ｃｍ以上の垂直変位（載荷速度）が得られる装置であることが好ましく、また、必要により、荷重検出装置（ロードセル等）及び、直方体供試体Ｓの変位検出装置（鉛直変位及び水平変位が検出可能な装置）が付設されていてもよい。また、アスファルト混合物のように試験温度により、強度特性が変化する供試体の試験を行う場合には、試験温度を一定にコントロール可能な恒温槽内に、前記割裂試験装置Ｋを設けるか、或いは、試験室を一定温度にすることができる温度調節装置を設置することが必要となる。この恒温槽は、温度を０℃以下に設定可能であり、供試体の温度を設定温度±０．１℃単位で調節して、試験を行うことができることが好ましい。
【００２２】
このように、本発明の割裂試験装置Ｋによれば、上部曲率面１５ａにおける直方体供試体Ｓの当接部から形成される直線方向と下部曲率面２３ａにおける直方体供試体Ｓの当接部から形成される直線方向とが上面視で一致する（鉛直方向で同一軸上に位置している）ように、当接板１５と下板２３とが対置して設けられていることから、割裂試験に必要となる載荷条件の下で、直方体供試体Ｓの鉛直上方から効果的に荷重の載荷を行うことができる。
また、前記供試体支持手段２０は、直方体供試体Ｓの対峙する側面を挟持するための一対の挟着部材２１，２２を備えることから、当該直方体供試体Ｓの側方への移動を拘束することが可能となり、荷重の載荷を効果的に補助することができる。なお、直方体供試体Ｓは挟持部材２１，２２により、前後方向の移動は拘束されているが、左右方向の移動は拘束されていない状態となる。
【００２３】
さらに、挟着部材２１，２２に、当接板の移動を案内するためのガイド部２１ｃ，２２ｃが形成されていることから、当該ガイド部２１ｃ，２２ｃにより当接板１５が偏心することなく、直方体供試体Ｓに載荷することができる。
また、台座３０が軟質材料で形成されていることから、直方体供試体Ｓを供試体支持部材２０に設置した場合に、当該台座３０が適切に変形することにより安定的に直方体供試体Ｓを支持することができる。
また、下部曲率面２３ａの側方両側に、軟質材料で形成されている直方体供試体Ｓの載置部材２５を設けたことにより、安定的に直方体供試体Ｋを支持することができる。
【００２４】
［割裂試験方法］
以下に、前記割裂試験装置Ｋ及び直方体供試体Ｓを使用した割裂試験方法について説明する。
【００２５】
（１）直方体供試体の作成
室内作成した直方体供試体Ｓ、又は、現地から採取して成形した直方体供試体Ｓを使用する。供試体寸法は、一辺が３０ｍｍ〜１５０ｍｍに成形する。
【００２６】
（２）直方体供試体寸法の測定
作成した直方体供試体Ｓの寸法を０．１ｍｍ単位まで測定する。
【００２７】
（３）直方体供試体の設置
直方体供試体Ｓの対峙する側面Ｓ１，Ｓ２を、挟着部材２１，２２に挟持させるとともに、その上面部及び下面部を長手方向に２等分する直線Ｓ３と、上部曲率部１５ａと下部曲率部２３ａが当接するように、供試体支持部材２０に設置する。
【００２８】
（４）載荷
載荷装置１０のロッド１２を伸張させ、当接板１５を介して衝撃を与えないように、一定の変位速度で直方体供試体Ｓの上面に載荷し、直方体供試体Ｓが破壊するまでに載荷される最大荷重を計測する。
【００２９】
なお、低温で試験を行う際には、直方体供試体Ｓを養生槽に入れ、試験温度で２０時間以上養生するとともに、恒温槽内で割裂試験を行う。
【００３０】
（５）結果の整理
下式により、引張強さ（σ）を算出する。
σ＝２Ｐ／（πｈｄ）
σ：引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）
Ｐ：最大荷重（Ｎ）
ｄ：供試体幅
ｈ：供試体高さ
【００３１】
後記するように、本発明の割裂試験方法によれば、供試体の整形等が容易な直方体供試体Ｓを用いて、円柱供試体Ｓ’を使用した割裂試験方法と略同様の試験結果を得ることができるため、割裂試験を容易に行うことができる。
【００３２】
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。前記実施形態では、ガイド部２１ｃ，２２ｃは供試体支持部材２０の挟着部材２１，２２の間隙部がその役割を果たしているが、別途、ガイド部材を備えるような構成であってもよい。
また、載置部材２５は所定の間隔で、下板２３の上面に部分的に設ける等としてもよい。
【００３３】
【実施例】
本発明の割裂試験装置Ｋ及び直方体供試体Ｓを用いて、割裂試験を行った結果について示す。
使用した直方体供試体Ｓは、幅５ｃｍ×長さ５ｃｍ×高さ１０ｃｍであり、試験温度はマイナス１０（℃）、荷重の載荷速度は５０（ｍｍ／分）である。
一方、直方体供試体Ｓと対比するために、従来使用されている円柱供試体Ｓ’（直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍ）を使用して、同一の条件で割裂試験を行った。
図３はその結果を示したものであり、縦軸は引張強度、横軸は載荷中心Ｏからの幅方向Ｘの距離（図１参照）を示している。これによると、直方体供試体Ｓと円柱供試体Ｓ’では、ほぼ同一の試験結果が得られることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の割裂試験方法によれば、直方体供試体を使用することにより、円柱供試体と同様な試験結果を得ることができるため、非常に簡便な割裂試験方法を提供することができる。
また、本発明の割裂試験装置によれば、容易に本発明の割裂試験を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の割裂試験装置を示す正面図である。
【図２】本発明の割裂試験装置を示す要部を拡大した斜視図である。
【図３】本発明の割裂試験方法と従来の割裂試験方法との試験結果の比較を示すグラフである。
【図４】従来の割裂試験方法を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）ともに、既設舗装から円形供試体を作成する場合を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｋ割裂試験装置
Ｓ直方体供試体
１０載荷装置（載荷手段）
１１昇降シリンダ
１３押圧体
１５当接板（載荷部）
１５ａ上部曲率部
２０供試体支持部材（供試体支持手段）
２１，２２挟着部材
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ板状部材
２１ｃ，２２ｃガイド部
２３下板
２３ａ下部曲率部（支持部）
２５載置部材
３０台座

Claims

直方体供試体に荷重を載荷するための載荷手段と、前記直方体供試体を支持するための供試体支持手段とを有する割裂試験装置であって、
前記供試体支持手段は、前記直方体供試体の対峙する側面を挟持するための一対の挟着部材と、
前記一対の挟着部材と直交する方向であり、前記直方体供試体の底面において直線又は一定幅の細長面で接する支持部とを備え、また、
前記載荷手段は、前記直方体供試体の上面において直線又は一定幅の細長面で接する載荷部を備えるとともに、
前記支持部の直線方向又は細長面の軸線方向と、前記載荷部の直線方向又は細長面の軸線方向とが上面視で一致するように、前記支持部と前記載荷部が対置して設けられていることを特徴とする割裂試験装置。
前記挟着部材に、前記載荷部の移動を案内するためのガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の割裂試験装置。
前記支持部の側方に、前記直方体供試体を載置するための載置部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の割裂試験装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の割裂試験装置を使用し、
対峙する側面が前記挟着部材に挟持されるように前記直方体供試体を前記供試体支持手段に設置した後、
前記載荷手段により、一定の変位速度で前記直方体供試体の上面に載荷し、最大荷重を計測することを特徴とする割裂試験方法。