臺灣博碩士論文加值系統

本研究分別以自然石及轉爐石和改質三型瀝青拌合而成排水瀝青混凝土，依據工程會第0279A章多孔隙瀝青混凝土鋪面，決定最佳級配與最適含油量。在實驗室拌製成瀝青混凝土試體，並進行成效試驗評估。另外進行動態模數試驗與重覆荷重下之永久變形試驗，間接張力試驗以及三軸c、ψ值測定試驗以比較自然石及轉爐石應用於排水瀝青混凝土性能之差異。
根據成效試驗結果得知轉爐石排水瀝青混凝土在各項成效試驗中，除了滯留強度指數外，其餘均較自然石排水瀝青混凝土為佳。
由動態模數主曲線的試驗結果顯示，在高溫下轉爐石排水瀝青混凝土之動態模數較自然石排水瀝青混凝土為高，永久應變主曲線亦顯示轉爐石排水瀝青混凝土達到試體4%應變所需簡化時間也較長，相位角主曲線也顯示所得的相位角轉爐石排水瀝青混凝土為低，亦即在受外力荷重過程中其能量損失比較小，表示添加轉爐石於排水瀝青混凝土中有較佳抵抗車轍之能力。
由間接張力潛變試驗及破裂強度試驗結果顯示，轉爐石排水瀝青混凝土具有較低潛變順變的冪次方係數以及張力試驗過程須有較大破裂能量，上述試驗分析結果顯示出應用轉爐石於排水瀝青混凝土有較佳的抗疲勞能力。
根據三軸試驗所得c、ψ值測定試驗結果顯示，轉爐石排水瀝青混凝土具有較高的c、ψ值，表示轉爐石排水瀝青混凝土有較佳抵抗車轍之能力。又由車轍輪跡儀試驗結果顯示在60°C溫度下，轉爐石試體在3000回輾壓次數下，其動態穩定值較大，變形率較低，總變形量較小。
綜合上述試驗結果均顯示轉爐石排水瀝青混凝土擁有較佳抵抗車轍及較佳抵抗疲勞之性能，因此排水鋪面之骨材可參考建議使用轉爐石，此亦符合資源再生利用之目的。

目錄
摘要 II
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XII



第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 1
1-3 研究目的 2
1-4 研究範圍與架構 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 排水性鋪面簡介 5
2-2 國內、外相關研究概況 6
2-2-1 歐洲國家相關研究 6
2-2-2 美國相關研究 6
2-2-3 日本相關研究 9
2-2-4 國內相關研究 11
2-3轉爐石基本介紹 12
2-3-1來源與製程 12
2-3-2組成與特性 15
2-4 動態模數(dynamic modulus)試驗 18
2-4-1 動態模數理論 19
2-4-2 動態模數主曲線分析 21
第三章　研究計畫與試驗方法 24
3-1 研究流程 24
3-2 試驗材料 27
3-2-1 粒料 27
3-2-2 瀝青膠泥 27
3-2-3 礦物填充料 27
3-2-4 纖維(Fiber) 28
3-2-5 熟石灰 28
3-3 粒料基本物性試驗 29
3-3-1 篩分析試驗 29
3-3-2 粗、細粒料及填充料比重及吸水率試驗 29
3-3-3 粗粒料洛杉磯磨損率 29
3-3-4 含砂當量 29
3-3-5 粒料扁平率 30
3-3-6 破碎面 30
3-3-7 健性試驗 31
3-4 瀝青基本物性試驗 34
3-4-1 瀝青膠泥比重 34
3-4-2 瀝青膠泥針入度 34
3-4-3 瀝青膠泥黏滯度 35
3-4-4 瀝青膠泥閃火點與燃燒點 37
3-4-5 瀝青膠泥延展性 37
3-4-6 瀝青膠泥軟化點 38
3-4-7瀝青膠泥試驗結果 39
3-5 排水性瀝青混凝土配合設計 40
3-5-1 選定空隙率目標值 40
3-5-2 粒料級配 40
3-5-3 最佳粒料級配之選定 41
3-5-3-1 比重修正 41
3-5-3-2 選定三個嘗試級配 41
3-5-3-3 計算三組嘗試級配之瀝青用量 41
3-5-3-4 製作瀝青混凝土試體 42
3-5-3-5 計算孔隙率 43
3-5-4 最佳瀝青含量之選定 47
3-5-4-1 垂流試驗(網籃法) 47
3-5-4-2 Cantabro磨耗試驗 50
3-5-5 成效試驗 52
3-5-5-1 室內滲透試驗 52
3-5-5-2 滯留強度試驗 54
3-6 動態模數試體製作 57
3-6-1引導試體空隙率與揉轉數關係 58
3-7 動態模數試驗 65
3-7-1試驗步驟與方法 65
3-7-2動態模數之計算 69
3-8 重覆荷重下永久變形試驗 69
3-8-1試驗步驟與方法 69
3-8-2永久變形應變量之計算 71
3-9 c、ψ值測定試驗 72
3-9-1試驗步驟與方法 72
3-9-2 c、ψ值測定試驗之計算 74
3-10 間接張力試驗 74
3-10-1 試驗步驟與方法 74
3-10-2 垂直潛變與時間之冪次方係數計算 75
3-10-3 間接張力強度破裂能量試驗 76
3-11 車轍輪跡試驗 79
第四章 試驗結果與討論 83
4-1 成效試驗結果與分析 84
4-2 動態模數試驗結果與分析 85
4-3 重覆荷重下永久變形試驗結果與分析 103
4-4 相位角分析 111
4-5間接張力結果與分析 123
4-6 三軸c、ψ值測定試驗結果與分析 129
4-7 車轍輪跡試驗結果與分析 131
第五章 結論 133
參考文獻 136

圖目錄
圖1- 1 研究架構圖 4
圖2- 1 NCAT建議OGFC的配合設計流程 8
圖2- 2 日本配比設計流程圖[14] 10
圖2- 3 爐石生產流程圖(中聯公司提供) 13
圖2- 4轉爐石生產示意圖(中聯公司提供) 13
圖2- 5日本轉爐石處理程序 14
圖2- 6中聯轉爐石處理程序示意圖 14
圖2- 7 粒料成分示意圖 17
圖2- 8 Dynamic (Complex) Modulus Test 20
圖2- 9 時間溫度疊加示意圖(Kim等人，2003) 23
圖3- 1 本研究試驗方法流程圖 26
圖3- 2 木質纖維與礦物纖維 28
圖3- 3 含砂當量搖動架 30
圖3- 4 比例卡尺量測扁平率 31
圖3- 5 瀝青比重瓶 34
圖3- 6 25℃水浴下之針入度儀 34
圖3- 7 黏滯度儀與轉子 35
圖3- 8 改質三型溫度及動黏度關係圖求瀝青混凝土拌合與夯壓溫度 36
圖3- 9 瀝青膠泥閃火點與燃燒點試驗 37
圖3- 10 瀝青膠泥延展性試驗 37
圖3- 11 瀝青膠泥軟化點測試 38
圖3- 12 自然石之2.36㎜篩孔通過百分率與空隙率關係 44
圖3- 13 轉爐石之2.36㎜篩孔通過百分率與空隙率關係 45
圖3- 14 自然石排水瀝青選用級配曲線 46
圖3- 15 轉爐石排水瀝青選用級配曲線 47
圖3- 16 垂流網示意圖 48
圖3- 17 自然石之垂流試驗 49
圖3- 18 轉爐石之垂流試驗 49
圖3- 19 洛杉磯磨損試驗機 50
圖3- 20 自然石之磨耗試驗 51
圖3- 21 轉爐石之磨耗試驗 51
圖3- 22 室內透水試驗儀 54
圖3- 23 間接張力試驗模與架設試體情形 55
圖3- 24 排水性瀝青混凝土配合設計流程 56
圖3- 25 自然石試體揉轉次數與空隙率之關係曲線圖 59
圖3- 26 轉爐石試體揉轉次數與空隙率之關係曲線圖 60
圖3- 27( a ) Superpave旋轉揉壓機(SGC) 61
圖3- 27( b ) 圓柱試體切割前與切割後 61
圖3- 28 動態模數試體製作流程 62
圖3- 29 MTS控制系統 66
圖3- 30 動態模數試驗流程圖 68
圖3- 31 試體架設量測永久變形之LVDT 70
圖3- 32 永久變形試驗流程圖 71
圖3- 33 c、ψ值測定之試體架設情形 73
圖3- 34 c、ψ值測定試驗流程圖 73
圖3- 35 貼於試體兩面之水平與垂直應變計 77
圖3- 36 試體於恆溫箱內進行加壓 77
圖3- 37 間接張力試驗流程圖 78
圖3- 38 輪壓機 82
圖3- 39 輪跡試驗儀 82
圖4- 1 荷重、位移與時間之關係曲線(25℃) 85
圖4- 6 在0圍壓及30psi圍壓下自然石排水瀝青混凝土 101
圖4- 7 在0圍壓及30psi圍壓下轉爐石排水瀝青混凝土 101
圖4- 8 無圍壓下自然石與轉爐石排水瀝青混凝土 動態模數主曲線比較圖 102
圖4- 9 圍壓下自然石與轉爐石排水瀝青混凝土 動態模數主曲線比較圖 102
圖4- 10 無圍壓40℃下自然石試體變位、應變與永久變形 對時間之關係圖 103
圖4- 11( a) 應變與時間關係圖 圖4-11( b)應變與簡化時間關係圖 105
圖4- 12( a) 應變與時間關係圖 圖4-12( b)應變與簡化時間關係圖 105
圖4- 13( a) 應變與時間關係圖 圖4-13( b)應變與簡化時間關係圖 106
圖4- 14( a) 應變與時間關係圖 圖4-14( b)應變與簡化時間關係圖 106
圖4- 15 不同圍壓對永久變形主曲線之影響比較圖 107
圖4- 16 不同粒料對永久變形主曲線與簡化時間之關係圖 108
圖4- 17 25℃下自然石與轉爐石試體於無圍壓下 109
圖4- 18 自然石與轉爐石排水瀝青混凝土試體 110
圖4- 19 相位角主曲線(無圍壓，自然石) 120
圖4- 20 相位角主曲線(圍壓30psi，自然石) 120
圖4- 21 相位角主曲線(無圍壓，轉爐石) 120
圖4- 22 相位角主曲線(圍壓30psi，轉爐石) 121
圖4- 23 不同圍壓對相位角主曲線之影響(自然石) 122
圖4- 24 不同圍壓對相位角主曲線之影響(轉爐石) 122
圖4- 25 自然石與轉爐石對相位角主曲線影響比較圖(無圍壓) 122
圖4- 26 自然石與轉爐石對相位角主曲線影響比較圖(圍壓30psi) 123
圖4- 27 自然石垂直潛變與時間之冪次方係數關係圖 126
圖4- 28 轉爐石垂直潛變與時間之冪次方係數關係圖 126
圖4- 29 自然石應力應變下之破裂能量關係圖 127
圖4- 30 轉爐石應力應變下之破裂能量關係圖 127
圖4- 31 自然石試體 圖4- 32 轉爐石試體 128
圖4- 33 自然石之莫爾庫倫破壞曲線 130
圖4- 34 轉爐石之莫爾庫倫破壞曲線 130
圖4- 35 滾壓次數(回)與變形量關係曲線 132

表目錄
表2- 1 爐石之物理特性 13
表2- 2 爐石化學分析比較表[20] 16
表2- 3 各粒料岩性成分分析表[20] 17
表3- 1 礦物填充料級配 27
表3- 2( a )自然石骨材篩分析試驗結果 32
表3- 2( b )轉爐石骨材篩分析試驗結果 32
表3- 3 粒料比重、吸水率試驗結果 33
表3- 4 粒料其他物性試驗結果 33
表3- 5 改質三型瀝青膠泥黏滯度試驗結果 36
表3- 6 改質三型瀝青膠泥物性試驗 39
表3- 7 多孔隙瀝青混凝土粒料級配表 40
表3- 8 粒料通過某篩號與累積百分率的關係 42
表3- 9 嘗試級配含油量 42
表3- 10 自然石之嘗試級配空隙率 44
表3- 11 轉爐石之嘗試級配空隙率 45
表3- 12 最佳級配配比 46
表3- 13 試驗水溫T℃與20℃水溫之uT/u20℃之滲透性係數修正值 53
表3- 14 自然石改質瀝青排水混凝土直徑4in.引導試體高度與空隙率之關係 59
表3- 15 轉爐石改質瀝青排水混凝土直徑4in.引導試體高度與空隙率之關係 60
表3- 16( a ) 瀝青混凝土動態模數試驗試體相關資料統計表 63
表3- 16( b ) 瀝青混凝土動態模數試驗－試體資料 64
表3- 17 動態模數試驗所使用LVDT架構尺寸及精確度 66
表3- 18 動態模數試驗加載應力 67
表3- 19 動態模數試驗荷重頻率及次數 67
表4- 1 成效試驗結果 84
表4- 2( a ) 無圍壓下自然石改質瀝青排水混凝土動態模數 87
表4- 2( b ) 無圍壓下自然石改質瀝青排水混凝土動態模數統計分析表 88
表4- 3( a ) 圍壓30 psi下自然石改質瀝青排水混凝土動態模數 90
表4- 3( b ) 圍壓30 psi下 91
表4- 4( a ) 無圍壓下轉爐石改質瀝青排水混凝土動態模數 93
表4- 4( b ) 無圍壓下轉爐石改質瀝青排水混凝土動態模數統計分析表 94
表4- 5( a ) 圍壓30 psi下轉爐石改質瀝青排水混凝土動態模數 96
表4- 5( b ) 圍壓30 psi下 97
表4- 6( a ) 動態模數之測量值與預測值 99
表4- 6( b ) 動態模數主曲線之預測參數 99
表4- 7 自然石與轉爐石排水瀝青混凝土達應變4%之時間 109
表4- 8( a ) 無圍壓下自然石改質瀝青排水混凝土相位角 112
表4- 8( b ) 無圍壓下自然石改質瀝青排水混凝土相位角統計分析表 113
表4- 9( a ) 圍壓30 psi下自然石改質瀝青排水混凝土相位角 114
表4- 9( b ) 圍壓30 psi下 115
表4- 10( a ) 無圍壓下轉爐石改質瀝青排水混凝土相位角 116
表4- 10( b ) 無圍壓下轉爐石改質瀝青排水混凝土相位角統計分析表 117
表4- 11( a ) 圍壓30 psi下轉爐石改質瀝青排水混凝土相位角 118
表4- 11( b ) 圍壓30 psi下 119
表4- 12 自然石與轉爐石之冪次方係數(n) 127
表4- 13 自然石與轉爐石破裂能量之比較 128
表4- 14 自然石與轉爐石之C、ψ值 129
表4- 15 滾壓次數與變形量(mm)之關係 131
表4- 16 車轍試驗結果 132
表4- 15 滾壓次數與變形量(mm)之關係 131
表4- 16 車轍試驗結果 132

參考文獻
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