臺灣博碩士論文加值系統

本研究以AR-80瀝青及AC-10和廢輪胎粉末拌合而成橡膠瀝青作為排水瀝青混凝土所使用之瀝青膠泥，依據工程會第0279A章多孔隙瀝青鋪面設計，決定最佳級配與最適含油量。在實驗室製成試體，進行成效試驗評估，並施作動態模數試驗與重覆荷重下之永久變形試驗，並將過去研究所使用相同粒料，添加AC-30於排水性瀝青混凝土之相關試驗數據合併評估比較橡膠瀝青排水混凝土和AR-80、AC-30排水瀝青混凝土抵抗車轍之能力。另外進行間接張力試驗，求取垂直潛變與時間冪次方係數及破裂能量值，分析橡膠瀝青排水混凝土並比較和AR-80排水瀝青混凝土抵抗疲勞之能力。
根據成效試驗結果得知無論AR-80、AC-30或橡膠瀝青排水混凝土，空隙率皆接近於20%，且成效試驗結果皆符合規範值。而橡膠瀝青在各項成效試驗中，除了滯留強度外，其餘均較AR-80、AC-30為佳。
由動態模數主曲線的實驗結果皆顯示，無論試體在有無圍壓下，橡膠瀝青排水瀝青混凝土之動態模數在高溫下皆較AR-80、AC-30排水瀝青混凝土為高，永久應變主曲線亦顯示達到試體所破壞之所需簡化時間也較長，相位角主曲線也顯示所得的相位角較另兩種瀝青膠泥為低，亦即在受外力荷重過程中其能量損失比較小，表示添加橡膠瀝青於排水瀝青混凝土中有較佳抵抗車轍之能力。
由間接張力試驗，比較垂直潛變與時間之冪次方係數及破裂能量與時間關係圖，均顯示橡膠瀝青較AR-80有較低的冪次方係數，以及具有較佳的抵抗破裂能量，上述試驗分析結果顯示出橡膠瀝青較AR-80有較佳的抗疲勞能力。
由上述各項試驗結果可知橡膠瀝青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，因此廢輪胎橡膠瀝青可建議作為日後排水鋪面之瀝青膠泥選擇之參考，此亦符合資源再生利用之目的。

摘要 i
目錄 iii
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 1
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 5
2-2.1 美國相關研究 5
2-2.2 歐洲相關研究 8
2-2.3 日本相關研究 8
2-2.4 國內相關研究 11
2-3 廢輪胎橡膠瀝青 12
2-3.1 橡膠瀝青簡介 13
2-3.2 橡膠粉末對瀝青膠泥之改質反應 14
2-3.3 國外研究CRM對瀝青混凝土的改質成效 15
2-3.4 國外研究橡膠瀝青對於瀝青混凝土之成效 16
2-3.5 國內研究橡膠瀝青對於瀝青混凝土之成效 19
2-4 動態模數試驗 21
2-4.1 動態模數理論 21
2-4.2 動態模數主曲線分析 24
第三章 研究計畫與試驗方法 27
3-1 研究流程 27
3-2 試驗材料 30
3-2.1 粒料 30
3-2.2 瀝青膠泥 30
3-2.3 礦物填充料 30
3-2.4 熟石灰 30
3-2.5 廢輪胎橡膠粉末 31
3-2.6 纖維 31
3-3 粒料基本物性試驗 32
3-3.1 篩分析試驗 32
3-3.2 粗、細粒料及填充料比重及吸水率試驗 32
3-3.3 粒料扁平率 32
3-3.4 破碎面 33
3-3.5 粗粒料洛杉磯磨損率 33
3-3.6 含砂當量 34
3-3.7 健性試驗 35
3-4 瀝青膠泥物性試驗 37
3-4.1 瀝青膠泥比重 37
3-4.2 瀝青膠泥針入度 37
3-4.3 瀝青膠泥軟化點 38
3-4.4 瀝青膠泥延展性 38
3-4.5 瀝青膠泥閃火點與燃燒點 39
3-4.6 瀝青膠泥黏滯度 39
3-4.7 瀝青膠泥滾動薄膜烘箱 41
3-4.8 廢輪胎橡膠瀝青製程 42
3-4.9 橡膠瀝青膠泥黏滯度量測 43
3-5 排水性瀝青混凝土配合設計 48
3-5.1選定目標空隙率 48
3-5.2 粒料級配 49
3-5.3 最佳粒料級配之選定 49
3-5.4 最佳瀝青含量之選定 55
3-5.4-1 垂流試驗(網籃法) 55
3-5.4-2 Cantabro磨耗試驗57
3-5.5 成效試驗 59
3-5.5-1 滯留強度試驗59
3-5.5-2 室內滲透試驗61
3-5.5-3 車轍輪跡試驗63
3-6 動態模數試體製程 67
3-7 動態模數試驗 71
3-7.1 試驗步驟與方法71
3-7.2 動態模數之計算75
3-8 重覆荷重下之永久變形試驗 76
3-8.1 試驗步驟與方法76
3-8.2 永久變形應變量之計算76
3-9 間接張力試驗 78
第四章 結果與討論 82
4-1 成效試驗結果與分析 82
4-2 車轍輪跡試驗結果與分析 83
4-3 動態模數試驗結果與分析 86
4-4 三軸重覆荷重下永久變形試驗結果與分析 104
4-5 相位角結果與分析 110
4-6 間接張力結果與分析 121
第五章 結論 128
參考文獻 131


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 7
圖2-2 日本配比設計流程圖 10
圖2-3 不同瀝青等級之動態模數主曲線（Witczak 等人） 18
圖2-4 Dynamic (Complex) Modulus Test 23
圖2-5 時間溫度疊加示意圖(Kim等人，2003) 26
圖3-1 本研究試驗方法流程圖 29
圖3-2 通過30號篩之廢輪胎橡膠粉末 31
圖3-3 木質纖維與礦物纖維 32
圖3-4 比例卡尺量測扁平率 33
圖3-5 洛杉磯磨耗儀與磨耗使用之鋼球 34
圖3-6 含砂當量搖動架 34
圖3-7 瀝青比重瓶 37
圖3-8 25℃水浴下之針入度儀 37
圖3-9 瀝青膠泥軟化點測試 38
圖3-10 瀝青膠泥延展性試驗 39
圖3-11 瀝青膠泥閃火點與燃燒點試驗 39
圖3-12 黏滯度儀與轉子 40
圖3-13 溫度及動黏度關係圖求瀝青混凝土拌合與夯壓溫度 41
圖3-14 薄膜烘箱與其玻璃瓶 42
圖3-15 高剪力拌合機、控溫系統與拌合作業 43
圖3-16 ASTM D2669量測橡膠瀝青膠泥視黏度儀器示意圖 44
圖3-17 HB-3號轉子、黏度儀與試驗情況 45
圖3-18排水性瀝青混凝土 48
配合設計 48
圖3-19 橡膠瀝青之2.36㎜篩孔通過百分率與空隙率關係 52
圖3-20 AR-80之2.36㎜篩孔通過百分率與空隙率關係 53
圖3-21 橡膠瀝青排水瀝青選用級配曲線 54
圖3-22 AR-80排水瀝青選用級配曲線 54
圖3-23 垂流網示意圖 55
圖3-24 橡膠瀝青垂流試驗 56
圖3-25 AR-80瀝青垂流試驗 56
圖3-26 洛杉磯磨損試驗機 57
圖3-27 橡膠瀝青之磨耗試驗 58
圖3-28 AR - 80之磨耗試驗 58
圖3-29 間接張力試驗模與架設試體情形 60
圖3-30 室內透水試驗儀 63
圖 3-31 輪壓機 66
圖3-32 輪跡試驗儀 66
圖3-33 superpave 旋轉揉壓機(SGC) 68
圖3-34 圓柱試體鑽心前後 68
圖3-35 動態模數試體製作流程 69
圖3-36 MTS控制系統 75
圖3-37 永久變形試驗流程圖 77
圖3-38 試體架設量測永久變形之LVDT與放入恆溫箱之情況 78
圖3-39 間接張力試驗流程圖 80
圖3-40 貼於試體兩面之水平與垂直應變計 81
圖3-41 試體於恆溫箱內進行加壓 81
圖4-1 滾壓次數與變形量關係曲線 85
圖4-2 荷重、位移與時間之關係曲線(25℃) 86
圖4-3(a) 無圍壓AR-80排水之動態模數與加載時間(1/週期)關係 90
圖4-3(b) 無圍壓AR-80排水之溫度橫移因子 90
圖4-3(c) 無圍壓AR-80排水之動態模數主曲線 90
圖4-4(a) 圍壓200 kPa (30 psi)下AR-80排水之動態模數與加載 93
時間關係圖 93
圖4-4(b)圍壓200 kPa(30 psi)下AR-80排水之溫度橫移因子 93
圖4-4(c)圍壓200 kPa(30 psi)下AR-80排水之動態模數主曲線 93
圖4-5(a) 無圍壓下橡膠瀝青排水之動態模數與加載時間關係圖 96
圖4-5(b) 無圍壓下橡膠瀝青排水之溫度橫移因子 96
圖4-5(c) 無圍壓下橡膠瀝青排水之動態模數主曲線 96
圖4-6(a) 圍壓200 kPa (30 psi)下橡膠瀝青排水之動態模數與加載時間關係圖 99
圖4-6(b)圍壓200 kPa(30 psi)下橡膠瀝青排水之溫度橫移因子 99
圖4-6(c)圍壓200 kPa(30 psi)下橡膠瀝青排水之動態模數主曲線 99
圖4-7 有無圍壓下AR-80排水瀝青混凝土動態模數主曲線比較圖 102
圖4-8 有無圍壓下橡膠瀝青排水瀝青混凝土動態模數主曲線比較圖 102
圖4-9(a) 無圍壓下AC-30、AR-80與橡膠瀝青排水瀝青 103
混凝土動態模數主曲線 103
圖4-9(b) 圍壓下AC-30、AR-80與橡膠瀝青排水瀝青 103
混凝土動態模數主曲線 103
圖4-10 無圍壓40℃下AR-80試體變位、應變與永久變形 對時間之關係圖 104
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 106
(0psi，AR-80 排水性瀝青混凝土) 106
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 107
(圍壓30psi，AR-80 排水性瀝青混凝土) 107
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 107
(0psi，橡膠瀝青排水性瀝青混凝土) 107
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 107
(圍壓30psi，橡膠瀝青排水性瀝青混凝土) 107
圖4-15(a)AR-80 排水瀝青混凝土 圖4-15(b)橡膠瀝青排水混凝土 108
(不同圍壓對永久變形主曲線之影響) 108
圖4-16(a) 0 psi狀態下 圖4-16(b) 30 psi狀態下 109
(不同瀝青膠泥對永久變形主曲線之影響) 109
圖4-17 40℃下排水瀝青混凝土試體破壞後之形狀 109
圖4-18 AC-30、AR-80與橡膠瀝青排水瀝青混凝土試體 110
達4%應變之時間 110
圖4-19相位角主曲線 圖4-20相位角主曲線 119
(0psi，AR-80) (30psi，AR-80) 119
圖4-21相位角主曲線 圖4-22相位角主曲線 120
(0psi，橡膠瀝青) (30psi，橡膠瀝青) 120
圖4-23 不同圍壓對相位角囑曲線 圖4-24不同圍壓對相位角主曲線 120
之影響(AR-80) 之影響(橡膠瀝青) 120
圖4.25 不同瀝青膠泥對相位角 圖4-26 不同瀝青膠泥對相位角 121
主曲線之影響(無圍壓) 主曲線之影響(圍壓30psi) 121
圖4-27 AR-80垂直潛變與時間之冪次方係數關係圖 124
圖4-28 橡膠瀝青垂直潛變與時間之冪次方係數關係圖 125
圖4-29 AR-80 破裂能量與時間關係圖 125
圖4-30 橡膠瀝青 破裂能量與時間關係圖 126
圖4-31 AR-80破裂現象 圖4-32 橡膠瀝青破裂現象 126

表目錄
表2-1 亞利桑納州、加州及佛州採用橡膠瀝青混合料的狀況統計 18
表3-1 礦物填充料級配 30
表3-2骨材篩分析試驗結果 35
表3-3 粒料比重、吸水率試驗結果 36
表3-4 粒料其他物性試驗結果 36
表3-5 AR-80瀝青膠泥黏滯度試驗結果 40
表3-6 AR-80瀝青膠泥物性試驗 45
表3-7 AC-10瀝青膠泥物性試驗 46
表3-8廢輪胎橡膠瀝青物性試驗結果與ASTM D6114規範比較 47
表3-9 多孔隙瀝青混凝土粒料級配表 49
表3-10 粒料通過某篩號與累積百分率的關係 50
表3-11 嘗試級配含油量 50
表3-12 橡膠瀝青之嘗試級配空隙率 52
表3-13 AR-80之嘗試級配孔隙率 52
表3-14 最佳級配配比 53
表3-15 試驗水溫T℃與20℃水溫之uT/u20℃之滲透性係數修正值 62
表3-16(a) 瀝青混凝土動態模數試驗-試體資料 70
表3-16(b) 瀝青混凝土動態模數試驗試體相關資料統計表 71
表3-17動態模數試驗所使用LVDT架構尺寸及精確度 72
表3-18 動態模數試驗加載應力 74
表3-19 動態模數試驗荷重頻率及次數 74
表4-1 成效試驗結果 83
表4-2 滾壓次數與變形量(mm)之關係 84
表4-3 車轍試驗結果 85
表4-4(a) 無圍壓下AR-80排水瀝青混凝土動態模數 88
表4-4(b)無圍壓下AR-80排水瀝青混凝土動態模數統計分析表 89
表4-5(a) 圍壓下AR-80排水瀝青混凝土動態模數 91
表4-5(a) 圍壓200 kPa(30 psi)下AR-80排水瀝青混凝土動態模數 91
表4-6(a) 無圍壓下橡膠瀝青排水瀝青混凝土動態模數 94
表4-6(a) 無圍壓下橡膠瀝青排水瀝青混凝土動態模數 94
表4-7(a) 圍壓200 kPa (30 psi)下橡膠瀝青排水瀝青混凝土 97
表4-7(a) 圍壓200 kPa (30 psi)下橡膠瀝青排水瀝青混凝土 97
動態模數 98
表4-8(a) 動態模數之測量值與預測值 99
表4-8(b) 動態模數主曲線之預測參數 100
表4-9.1 AC-30與AR-80排水瀝青混凝土達4%應變破壞之時間 105
表4-9.2 橡膠瀝青排水瀝青混凝土達4%應變破壞之時間 105
表4-10(a) 無圍壓下AR-80排水瀝青混凝土相位角 111
表4-10(b) 無圍壓下AR-80排水瀝青混凝土相位角統計分析表 112
表4-11(a) 圍壓200 kPa (30 psi)下AR-80排水瀝青混凝土相位角 113
表4-11(b) 圍壓200 kPa (30 psi)下AR-80排水瀝青混凝土 相位角統計分析表 114
表4-12(a) 無圍壓下橡膠瀝青排水瀝青混凝土相位角 115
表4-12(b) 無圍壓下橡膠瀝青排水瀝青混凝土相位角統計分析表 116
表4-13(a) 圍壓200 kPa(30 psi)下橡膠瀝青排水瀝青混凝土相位角 117
表4-13(b) 圍壓200 kPa (30 psi)下橡膠瀝青排水瀝青混凝土 相位角統計分析表 118
表4-14 應變計常數表Kim and Wen[50] 123
表4-15 AR-80與橡膠瀝青之冪次方係數(n) 125
表4-16 AR-80與橡膠瀝青破裂能量之比較 126

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