冬期道路条件下での排水性舗装とSMA 舗装の有効性に

冬期道路条件下での排水性舗装と SMA 舗装の有効性に関する室内試験
高橋尚人 *1、徳永ロベルト *1、田中俊輔 *1、田湯文将 *2、武市靖 *3
1．研究の目的
排水性舗装は、車両後方の水はねの低減、ハイドロプ
TEST1: 試験舗装に散水し、氷膜を作成した後に試験輪
レーニング現象のリスク低下、路面反射の改善、交通騒
を繰り返し走行させ、通過輪数による氷膜厚さ
音の低減などを目的として利用されてきた。しかし、寒
とすべり摩擦係数（μ）を計測
冷な気象条件下では、長所・短所の両方が報告されてい
TEST2: 試験舗装に散水して作成した氷膜に凍結防止
る。たとえば、
剤を散布した後に試験輪を繰り返し走行させ、
長所：
通過輪数による氷膜厚さとμを計測
① 舗装面からの排水により、ブラックアイスの発生や
凍った水たまりの発生を減らす 1),2)。
氷膜厚は簡易デジタル膜厚計（(株)シロ産業、
② 除雪後に排水性舗装上の雪氷が、氷点下でも密粒度
3)
舗装に比較してすぐに消える。
M352-01177G）（図-2）で計測した。
試験舗装の諸元を表-1、試験条件を表-2 に示す。
③ 排水性舗装は、冬期道路状況で従来の舗装表面と同
等かそれ以上のすべり抵抗値を示す 1),4)。
短所：
① 排水性舗装の表面温度は早く低下し、より早い、頻
繁な路面凍結をもたらす 5),6)。
② 空隙をふさがないよう、冬期道路管理ですべり止め
材の使用を推奨しない 1),7)。
③ 排水性舗装の表面は除雪車のブレードに対して弱
いので、除雪を慎重に行う必要がある 8),9)。
④ 凍結防止剤が空隙から排出されるため、密粒度舗装
より多くの散布量を必要とする 10)
図-1
室内走行試験装置
図-2
簡易デジタル膜厚計
このように、排水性舗装の冬期道路環境下での有効性
については明確な結論が得られていない 11),12)。
また、SMA 舗装の冬期道路での有効性については、排
水性舗装より研究事例が少なく
13)
、SMA 舗装の冬期道路
での有効性は排水性舗装と同様に不明である。
本研究は、排水性舗装と SMA 舗装の冬期道路環境下で
の有効性の検証を目的として、室内実験を実施した。
2．研究の手法
試験は、北海道学園大学の室内走行試験装置（図-1）
を用いて行った。本装置は室温を制御可能であり、試験
輪を往復走行させることで道路交通を模擬することがで
表-1
きる。また、試験輪は任意のスリップ率に設定でき、試
験輪をフルロック（100%スリップ）で定速走行させるこ
とですべり摩擦係数（μ）を計測することができる。
本研究では、装置の走行レーンに密粒度舗装
（Dense-Graded Asphalt: DGA）、SMA 舗装（SMA）、排水
MPD (mm)
現場透水係数 (ml/15sec.)
すべり摩擦
係数（μ）
乾燥路面
湿潤路面
試験舗装の諸元
密粒度舗装 SMA舗装排水性舗装
(DGA)
(SMA)
(PA)
0.71
1.42
1.98
0
0
1,300
0.82
0.83
0.82
0.62
0.63
0.62
性舗装（Porous Asphalt: PA）を設置し、以下の試験を
行った。
*1 独立行政法人土木研究所
寒地土木研究所
*2 大成ロテック(株)（研究当時
北海学園大学） *3 北海学園大学
DGA は試験温度にかかわらず 100％に近い値を示し、
表-2
試験条件
散布した水のほぼ全てが凍結したことを意味する。SMA
DGA, SMA, PA
-3℃、 -5℃、-8℃
舗装種類
試験温度
散水量
は、1l 散水の場合、-3℃では約 70％、-8℃では 95%の水
が凍結した。全般に、SMA の率が DGA に比べて低い（散
1 l/m2, 2 l/m2
注：水温1℃
水量に比べて発生する氷量が少ない）のは、SMA の粗な
2
散水量１回 0.5l/m
2
塩ナト 20 g/m *
氷膜厚 (mm)
すべり摩擦係数（ μ ）
0, 100, 1000, 2000 輪通過後
* TEST 2 のみ実施
凍結防止剤
測定項目
計測
表面が、散布された水の一部をとらえたからと考えられ
る。
PA は、 SMA に比べてさらに低い値を示した。こ
れは、 PA の粗で透水性のある表面が、舗装表面上
の水分量を減らしたからと考えられる。
3．試験結果
また、SMA、PA ともに温度が低くなるにつれ、値
(1)発生する氷膜厚
が高くなる傾向にある。低温下では水が速やかに
図 -3 に、散水量に対する氷量の比を示す。たと
2
えば、1.0l/m の水を散水し、全てが氷膜になった
場合、氷量と散水量の比は 100％になる。
120
-3 ℃
-5 ℃
全般に、 PA は、舗装表面で氷膜を形成する水分
量を減らすことについて、DGA より高い効果があり、
SMA は PA と DGA の中間的な特徴を示した。
-8 ℃
100
氷量 / 散水量 (%)
凍結するためと考えられる。
(2)氷膜厚・すべり摩擦係数の変化
80
① TEST1（凍結防止剤散布なしの場合）の結果
60
図-4 に、TEST1（凍結防止剤散布なしの場合）の氷膜
40
厚の変化を示す。
20
0
DGA
SMA
PA
DGA
1.0 l/m2散水
PA
散水量に対する氷量の比率
氷膜厚 (mm)
(a) 試験温度： -3 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
DGA
0
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1000
通過輪数
1500
SMA
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
500
1000
通過輪数
DGA
(d) 試験温度： -5 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
PA
1500
SMA
0
500
1000
通過輪数
(f) 試験温度： -8 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
図-4
2000
DGA
0
500
0
500
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2000
PA
1500
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2000
氷膜厚 (mm)
氷膜厚 (mm)
500
DGA
0
(e) 試験温度： -8 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
(b) 試験温度： -3 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
PA
氷膜厚 (mm)
氷膜厚 (mm)
(c) 試験温度： -5 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
SMA
氷膜厚 (mm)
図-3
SMA
2.0 l/m2散水
DGA
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
DGA
0
氷膜厚の変化（凍結防止剤散布なし）
500
SMA
1000
通過輪数
PA
1500
SMA
1000
通過輪数
PA
1500
SMA
1000
通過輪数
2000
2000
PA
1500
2000
PA の氷膜厚は試験条件にかかわらず最も薄く、ついで、 ②TEST2（凍結防止剤散布ありの場合）の結果
SMA、DGA となった。また、初期の氷膜厚は舗装種によっ
図-6 に、試験舗装上に生じた氷膜に凍結防止剤を散布
て異なるが、氷膜厚の変化には大きな違いが見られなか
した場合の通過輪数による氷膜厚の変化を示す。凍結防
ったのは、散水によって生じた氷膜が舗装のテクスチャ
止剤の効果には温度依存性があるため、温度が低下する
を覆ったためと考えられる。
につれて氷膜厚の変化が小さくなるが、PA の氷膜厚が最
次に、図-5 に発生した氷膜のμの変化を示す。散水量
2
1 l/m では、試験温度-3℃で、2000 輪通過後の PA と SMA
も薄く、ついで SMA、DGA となった。
図 -7 に、凍結防止剤を散布した氷膜の、通過輪
2
の氷膜のμが上昇した。散水量 2 l/m では、試験温度-3℃、数によるすべり摩擦係数の変化を示す。 TEST 1 の
2000 輪通過後の PA の氷膜のμの上昇が確認された。し
結果（図 -5）と対照的に、凍結防止剤を散布する
かし、それ以外の試験条件では、試験温度、散水量、通
ことで μ は著しく変化する。たとえば、 -3℃ 、散
過輪数にかかわらず、μが 0.2 以下の低い値のままだっ
水量 1l/m 2 の場合、各舗装の μ は 0.6 に達した。試
た。
験舗装の湿潤時の μ が 0.6 程度なので、氷膜が解
μが向上した時の氷膜厚は、いずれも 0.4mm 程度より
消し、雪氷で覆われていない（露出状態になった）
ことを意味する。
薄い場合であった。
しかし、温度低下と散水量増加ともにμの変化
は小さくなり、-8℃ 、2l/m 2 散水では、μ は低い値
のまま推移した。 -8℃ でも氷膜厚は通過輪数の増
に伴って薄くなっていることから、氷膜厚がある
値より薄くならないとμが上昇しないと考えられ
る。
(a) 試験温度： -3 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
1.0
DGA
SMA
(b) 試験温度： -3 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
PA
0.6
0.4
0
1.0
500
DGA
1000
通過輪数
1500
0.4
SMA
0
(d) 試験温度： -5 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
PA
1.0
0.6
0.4
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
PA
0.8
すべり摩擦係数
すべり摩擦係数
0.6
2000
0.8
0.6
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0
1.0
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
0
2000
(f) 試験温度： -8 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 0 g/m2
PA
1.0
0.6
0.4
0.2
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
PA
0.8
すべり摩擦係数
0.8
すべり摩擦係数
PA
0.0
0.0
(e) 試験温度： -8 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
SMA
0.2
0.2
(c) 試験温度： -5 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 0 g/m2
DGA
0.8
すべり摩擦係数
すべり摩擦係数
0.8
1.0
0.6
0.4
0.2
0.0
0
500
図-5
1000
通過輪数
1500
2000
0.0
0
すべり摩擦係数の変化（凍結防止剤散布なし）
500
1000
通過輪数
1500
2000
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
DGA
0
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1000
通過輪数
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
SMA
500
1000
通過輪数
DGA
0
500
1000
通過輪数
1.0
DGA
1500
(f) 試験温度： -8 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
1500
SMA
(b) 試験温度： -3 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
PA
1.0
1000
通過輪数
PA
1500
SMA
1000
通過輪数
PA
1500
SMA
1000
通過輪数
2000
2000
PA
1500
2000
0.4
DGA
SMA
PA
0.8
すべり摩擦係数
すべり摩擦係数
500
SMA
氷膜厚の変化（凍結防止剤散布あり）
0.6
0.6
0.4
0.2
0.0
0
1.0
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
0
(d) 試験温度： -5 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
PA
1.0
0.6
0.4
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
PA
0.8
すべり摩擦係数
0.8
すべり摩擦係数
500
DGA
0
0.0
0.2
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0
1.0
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
0
(f) 試験温度： -8 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
PA
1.0
0.6
0.4
0.2
500
DGA
1000
通過輪数
1500
SMA
2000
PA
0.8
すべり摩擦係数
0.8
すべり摩擦係数
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2000
500
DGA
0
0.2
(e) 試験温度： -8 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2000
PA
DGA
0
(d) 試験温度： -5 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
0.8
(c) 試験温度： -5 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
2000
PA
SMA
図-6
(a) 試験温度： -3 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
1500
氷膜厚 (mm)
氷膜厚 (mm)
500
DGA
0
(e) 試験温度： -8 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
(b) 試験温度： -3 ℃
散水量： 2 l/m2
散布量： 20 g/m2
PA
氷膜厚 (mm)
氷膜厚 (mm)
(c) 試験温度： -5 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
SMA
氷膜厚 (mm)
氷膜厚 (mm)
(a) 試験温度： -3 ℃
散水量： 1 l/m2
散布量： 20 g/m2
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0
500
図-7
1000
通過輪数
1500
2000
0
すべり摩擦係数の変化（凍結防止剤散布あり）
500
1000
通過輪数
1500
2000
DR ILT 値の計算結果を図 -8 に示す。左側が 1l/m 2
(3)凍結防止剤の有効性の検証
次に、凍結防止剤散布の有効性を検証する。凍
散水、右側が 2l/m 2 散水の結果を示す。図 -8 に示
結防止剤の有効性は、どのくらい多くの氷を溶か
すように、 DR ILT 値は温度の低下とともに減少し、
すかによって評価できるので、TEST1（凍結防止剤
融氷剤の温度依存性のある効果が明確である。一
散布なし）と TEST2（凍結防止剤散布あり）の氷膜
般に、 PA の DR ILT 値は最も大きく、 SMA は DGA と
厚の変化の差を比較する。
PA の中間である。
舗装種類によって、散水後に発生する氷膜厚さ
しかし、試験温度 -3℃・散水量 1l /m 2 (図 -8 (a))、
が違うため、これを考慮するため氷膜厚減少率の
試験温度 -3℃ ・散水量 2l/m 2 (図 -8 (b))、そして
差（ DR ILT ）を導入した。 n 輪通過時の氷膜厚減少
試験温度 -5℃・散水量 1l/m 2 (図 -8 (c))では、2000
率の差（ DR ILT, n ）は式 (1)で表すことができる。
輪通過後の PA の DR ILT 値は急減し、 SMA の DR ILT
値より小さくなった。
,
,0
⁄
,
,0
,0
,
⁄
,0
(1)
無散布の場合でも、1000 輪通過後の路面には 20g
の融氷剤が溶かせるより少ない氷しか残っていな
ここで、 T w,0 ＝散布路面の初期氷膜厚（ mm）、
かったからと考えられる。言い換えると、これら
T w, n ＝散布路面の n 輪通過後の氷膜厚（ mm）、T wo,0
の試験条件では、より少ない凍結防止剤散布量で
＝無散布路面の初期氷膜厚（ mm）、 T wo, 0 ＝無散布
PA 上に生じた氷膜を溶かすことができたと考えら
路面の n 輪通過後の氷膜厚（ mm）。
れる。
1.0
DGA
SMA
(b) 試験温度： -3 ℃
散水量： 2 l/m2
PA
0.8
0.6
0.6
SMA
PA
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0
1.0
500
1000
1500
Number通過輪数
of wheel passes
DGA
SMA
2000
0
(d) 試験温度： -5 ℃
散水量： 2 l/m2
PA
1.0
0.8
0.6
0.6
500
1000
1500
Number通過輪数
of wheel passes
DGA
SMA
2000
PA
DRILT
DRILT
0.8
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0
1.0
500
1000
1500
Number通過輪数
of wheel passes
DGA
SMA
0
2000
(f) 試験温度： -8 ℃
散水量： 2 l/m2
PA
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
500
1000
1500
Number通過輪数
of wheel passes
DGA
SMA
2000
PA
DRILT
DRILT
(e) 試験温度： -8 ℃
散水量： 1 l/m2
DGA
DRILT
0.4
(c) 試験温度： -5 ℃
散水量： 1 l/m2
1.0
0.8
DRILT
(a) 試験温度： -3 ℃
散水量： 1 l/m2
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0
500
1000
1500
Number通過輪数
of wheel passes
図-8
2000
氷膜厚減少率の変化
0.0
0
1500
500
1000
Number通過輪数
of wheel passes
2000
(4)氷膜厚と μ の関係
参考文献
本試験で得られたデータを用い、氷膜厚とμの
1)
Isenring, T. et al. I. Experiences with Porous Asphalt in
関係性を検証する。図 -9 に、横軸を氷膜厚、縦軸
Switzerland. Transportation Research Record 1265,
をμとした散布図を示す。
TRB, pp. 41–53, 1990.
1.0
2)
DGA
DGA DGA
SMA SMAPA
Porous Pavement with Underground Recharge Beds,
0.8
すべり摩擦係数
Cahill Associates. Stormwater Management Systems:
1993.
0.6
3)
Houle, K. M. Winter Performance Assessment of
Permeable Pavements, THESIS Submitted to the
0.4
University of New Hampshire in Partial Fulfillment of
0.2
the Requirements for the Degree of Master of Science
0.0
0.0
0.5
図-9
1.0
氷膜厚 (mm)
1.5
in Civil Engineering, 2008.
2.0
4)
氷膜厚とすべり摩擦係数の関係
Applications
μ は氷膜厚（ D ）を用いて式（ 2）で近似でき、
μ と D の間には、高い相関関係（ R 2 = 0.9031）が
4
0.7912
3
5)
1.7043 2
1.5759
6)
0.6478
7)
Pavements,
Gibbs, D. et al. Quiet Pavement Systems in Europe,
として重回帰分析を行い、当てはまりの良い回帰
Alvarez, A.E. et al. Synthesis of Current Practice on
Friction Courses, FHWA TX-06/0-5262-1, 2006.
8)
Putman, B. J. Evaluation of Open-Graded Friction
Courses: Construction, Maintenance, and Performance,
モデルを構築した（決定係数 0.837）
0.017 2 0.100 3
0.648 4 0.012 5 0.202
Root, R. E. Investigation of the Use of Open-Graded
the Design, Construction, and Maintenance of Porous
温度、散水量、凍結防止剤、通過輪数を独立変数
1
Graded
Friction Courses in Wisconsin, WHRP 09-01, 2009.
(2)
氷膜厚を従属変数、 MPD、現場透水係数、試験
0.385
Open
FHWA-PL-05-011, 2005.
(5)重回帰分析の実施
0.278
on
FHWA-OR-RD-06-12, 2006.
あることが確認された。
0.1337
Martinez, F.C. and Poecker, R.A. Evaluation of Deicer
FHWA-SC-12-04, 2012.
6
(3)
ここで、 D ＝氷膜厚（ mm）、 x 1 ＝ MPD（ mm）、 x 2
9)
Moore, L.M. et al. Construction, and Maintenance
Guidelines
for
Porous
Asphalt
Pavements,
＝現場透水係数（ ml/15sec）、x 3 ＝気温（ ℃ ）、x 4
Transportation Research Record No. 1778. TRB, pp.
＝散水量（ l/m 2 ）、x 5 ＝凍結防止剤（ g/m 2 ）、x 5 ＝
91–99, 2001.
通過輪数（ 1000 輪）。
10) Yildirim, Y. et al. M. Winter Maintenance Issues
Associated
4．まとめ
本試験の結果をまとめると、以下のとおり。
1) PA は、発生する氷膜厚の抑制・減少に有効で、
SMA は DGA と PA の中間的な性質をもつ。
2) 凍結防止剤を散布した場合、 PA の氷膜厚減少
率が最も大きく、ついで SMA、 DGA となった。
3) PA と SMA の DGA に対する優位性は、温度低下
と水分量の増に伴って減少する。
4) 氷膜厚は MPD、現場透水係数、試験温度、散水
量、凍結防止剤および通過輪数から予測可能
であり、氷膜厚とμには高い相関関係がある。
with
New
Generation
Open-Graded
Friction Courses, FHWA/TX-07/0-4834-1, 2006.
11) Padmos, C. Over Ten Years Experience with Porous
Road Surfaces, Ninth International Conference on
Asphalt Pavements, International Society of Asphalt
Pavements, 2002.
12) Fay, L. and Akin, M. Snow and Ice Control on Porous
and Permeable Pavements: Literature Review and
State of the Practice, TRB 93rd Annual Meeting Paper
#14-2839, 2014.
13) Jahren, C. et al. Thin Maintenance Surfaces: Phase
Two Report with Guidelines for Winter Maintenance on
本研究で試験した条件は限られているが、一定
Thin Maintenance Surfaces, Iowa Department of
のサービス水準を保つために必要な凍結防止剤散
Transportation and Iowa Highway Research Board,
布量を、舗装種類、気象条件および交通量から決
Project TR-435, 2003.
定できる可能性がある。

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