Performance Evaluation of Full Depth Reclamation Mixes Stabilized with Bitumen Emulsion
本研究は、ビットメン・エマルションおよび1%のセメントで安定化されたインドの全層再生混合物に向けた標準化された配合設計および厚さ設計の手順を確立し、性能基準を満たす特定の陰イオン性エマルション処方を特定するとともに、残留弾性係数および永久ひずみ試験に基づいた低交通量道路用の厚さカタログを提供するものである。
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道路は現代生活の動脈であり、人や物の日常的な流れを運んでいるが、多くの場所では、タイヤの下にある舗装がその耐用年数の終焉を迎えている。道路に亀裂が入り、崩壊した際、伝統的な対応策は、それを掘り起こして新しい材料と入れ替えることであるが、このプロセスは膨大な量の新しい石材とエネルギーを消費する。より持続可能な代替案として知られる「全層再生（フルデプス・リクラメーション）」は、異なる道筋を提示している。それは、古い道路を運び去る代わりに、作業員が既存のアスファルト、砂利の路盤、さらにはその下にある土壌の一部までも、その場に留まったまま粉砕するという手法である。この砕かれた混合物は、結合剤と混ぜ合わされ、圧縮されて、新しく強固な基礎を形成する。この手法は世界のいくつかの地域では一般的であるが、インドのエンジニアたちは課題に直面してきた。そこでの標準的な慣行は、道路を硬化させるためにセメントを混ぜることに依存していることである。セメントは強いが、硬くて脆く、新しい路面上にまで達する亀裂を生じさせやすい。研究者たちは以前から、微細なビットメン（瀝青）の粒子を水の中に浮遊させた混合物である「液状ビットメン乳剤」を使用すれば、より柔軟で亀裂に強い代替案を提供できると考えてきたが、どのように混合すべきかという明確なルールがなかったため、この技術は十分に活用されてこなかった。
国立技術大学ワランガル校とセイントギッツ工科大学のエンジニアチームは、既存の場所にある材料に、ビットメン乳剤と少量のセメントを混ぜるだけで、損傷した低交通量の道路を再建できるかどうかをテストすることで、この空白を埋めるべく着手した。彼らはまず、摩耗したアスファルト、砂利の路盤、および下層土を含む古い道路の粉砕された残骸を取り出し、それを単一の100パーセントの再生原料として扱った。最適なレシピを見つけるために、彼らは3種類の異なる緩慢硬化性ビットメン乳剤をテストした。2種類は負の電気電荷を持ち、1種類は正の電荷を持っていた。従来の常識では、必要な乳剤のタイプは土壌の化学的性質に依存するとされている。例えば、酸性土壌には付着させるために正の電荷を持つ乳剤が必要であり、アルカリ性土壌には負の電荷を持つものが必要である。本研究の土壌は鉄とシリカが豊富であり、これは通常、正の電荷を持つ結合剤を必要とすることを示唆している。しかし、研究者たちは乳剤の選択を、化学に基づいた推測としてではなく、性能の実際的なテストとして扱った。
チームは、再生された道路の塵と各乳剤を混合し、混合物を固めるために適度な水分とごく少量のセメントを加えた。その後、これらのサンプルに対して厳格な試験を行い、乾燥状態での結合力、水に浸した後の強度保持力、および繰り返される荷重に対する耐亀裂性を検証した。結果は驚くべきものであった。土壌の化学組成が求めていたはずの正の電荷を持つ乳剤は、混合物を効果的に保持することに失敗した。それは粒子を適切にコーティングできず、湿潤時に強度が低下しすぎたのである。一方、負の電荷を持つ乳剤のうちの一つは、非常に強い乾燥混合物を作ったものの、水分にさらされると著しく崩壊した。唯一、重量比で約64パーセントのビットメンを含んでいた、もう一つの負の電荷を持つ乳剤だけが、すべてのテストに合格した。この特定の混合物（乳剤5.02パーセント、セメント1パーセント含有）は、乾燥および湿潤の両方の条件下で必要な強度を達成しており、古い道路の粒子に既に付着していた経年変化したビットメンが、生の土壌の化学特性よりも結合プロセスに大きな影響を与えていたことを証明した。
正しい混合物が特定されると、研究者たちは新しい材料が交通量の重みに対してどのように振る舞うかを理解するために作業を進めた。彼らは安定化された路盤の剛性を測定し、それが693から1,399メガパスカルの間で変化することを発見した。その平均値は、荷重を効果的に分散させることができる材料であることを示唆していた。また、彼らは重い圧力の下で材料がどの程度永久に変形するか、すなわち「わだち掘れ」についてもテストした。テストの結果、材料は中程度のストレス下では良好に耐えたが、圧力が上昇するにつれて顕著な変形を示し始めた。これは、エンジニアが道路の厚さを設計する際に考慮しなければならない挙動である。これらの測定された特性を用いて、チームはエンジニアのための設計ガイドを作成した。このガイドは、土壌の強度が異なる条件下での、様々な交通量（軽微なローカル利用からより重い農村部の輸送まで）を運ぶ道路に対する具体的な厚さの推奨事項を提供している。
完成した設計カタログは、道路建設業者にとっての実践的な現実を明らかにしている。テストされたほとんどの交通レベルと土壌条件において、構造計算は、道路が沈下するのを防ぐためには非常に薄い層で十分であることを示唆していた。しかし、研究者たちは、計算上の要求によるものではなく、建設機械が一度の工程で効果的に混合・転圧できる実用的な限界として、150ミリメートルの最小厚さを課した。その結果、最終的な設計では、新しい路盤を150から205ミリメートルの厚さに設定し、その上に薄い新鮮なアスファルト層を重ねることを求めている。このアプローチにより、道路は荷重を支えるのに十分な強さを持ち、かつ標準的な設備で施工可能であることが保証される。研究は、ビットメン乳剤を用いた全層再生が、低交通量の道路を修復するための実行可能かつ柔軟な解決策であり、セメントに伴う亀裂の問題を起こさずに既存の材料を再利用する方法であることを結論づけている。これらの知見は有望ではあるものの、研究者たちは、結果は単一の種類の道路材料に基づいているため、長年の天候や交通の中でこれらの混合物がどのように機能するかを確認するには、さらなるフィールドテストが必要であると述べている。
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