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研究生: 張書嘉
Shu-chia Chang
論文名稱: 轉爐石裹漿技術及其應用於石膠泥水泥瀝青混凝土鋪面之研究
Study of the Stone Matrix Cement Asphalt Concrete Pavement with the Precoated Basic Oxygen Furnace Slag
指導教授: 沈得縣
Der-hsien Shen
口試委員: 黃兆龍
Chao-lung Hwang
郭銘峰
Ming-feng Kuo
劉明仁
Ming-jen Liu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 159
中文關鍵詞: 轉爐石裹漿轉爐石水泥瀝青膠漿石膠泥瀝青混凝土石膠泥水泥瀝青混凝土
外文關鍵詞: Basic Oxygen Furnace Slag, Precoated Basic Oxygen Furnace Slag, Cement Asphalt Paste, Stone Matrix Asphalt, Stone Matrix Cement Asphalt Concrete
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本研究除探討爐石粉水泥漿包裹轉爐石簡稱裹漿轉爐石(SPB),以強化轉爐石之粒料性質外,並探討裹漿轉爐石應用於石膠泥水泥瀝青混凝土鋪面(SMCAC)之成效。本研究第一階段探討轉爐石(B)與SPB粒料性質之差異。第二階段探討水泥瀝青膠漿(CAP)之配比及物理性質。第三階段以SPB取代部分天然粗粒料利用改質瀝青Ⅲ型(MA3)熱拌成傳統石膠泥瀝青混凝土(SMA)作為控制組,並利用CAP冷拌成石膠泥水泥瀝青混凝土(SMCAC)作為對照組。然後SMA及SMCAC藉由力學性質、鋪面績效、耐久性質及聲學特性等試驗結果進行比較,以評估SPB應用於SMCAC之成效。
研究結果顯示;在裹漿轉爐石方面,SPB因表面附著一層爐石粉水泥漿,具有填補轉爐石表面毛細孔之功能,可降低轉爐石吸水膨脹性及提升轉爐石各種粒料性質。在水泥瀝青膠漿方面,根據CAP新拌性質及力學性質之綜合考量結果,採用水泥/乳化瀝青(C/A)為1.2及界面活性劑/乳化瀝青(FSP/A)為4%時CAP品質最佳。在SPB應用於SMCAC方面,經由力學性質、鋪面績效、耐久性質及聲學特性等試驗結果綜合評估得知,SPB取代天然粗粒料愈高所獲得之SMCAC品質愈佳。就整體而言,利用爐石粉水泥漿之裹漿轉爐石可提升轉爐石之各種粒料性質且利用裹漿轉爐石拌製之石膠泥水泥瀝青混凝土具有優良之成效,並可達到節能減廢之目的。


The study used Basic Oxygen Furnace Slag wrapped with blast furnace slag grout, referred as SPB. In addition to the physical properties of SPB, the effects of SPB applied on the pavement made of Stone Matrix Cement Asphalt concrete were also explored. In the first stage of this study, the different physical properties between Basic Oxygen Furnace Slag (B) and SPB were explored. The ratio of Cement Asphalt Paste, CAP, and its physical properties were explored the second stage. The third stage took SPB, which replaced parts of natural coarse granular materials, to be hot mixed with modified asphalt III, MA3, becoming Stone Matrix Asphalt (SMA), as control group and to be cold mixed with Cement Asphalt Paste, CAP, becoming Stone Matrix Cement Asphalt Concrete, SMCAC, as the experimental group. SMA and SMCAC were compared with tests in terms of mechanical properties, pavement performance, durability properties, and acoustic characteristics to evaluate the effects of SPB applied on SMCAC.
The study results showed that SPB has the function to fill the pores on the surface of Basic Oxygen Furnace Slag for that it attaches with a layer of blast furnace slag grout, which can reduce the swelling and improve various physical properties of Basic Oxygen Furnace Slag. In terms of Cement Asphalt Paste, according to the results of considering both new mixed properties of CAP and mechanical properties, the best ratio of CAP is C/A = 1.2 (cement/asphalt) and FSP/A = 4% (surfactant/asphalt). In terms of SPB applied on SMCAC, from the combining evaluations by test results for mechanical properties, pavement performance, durability properties, and acoustic characteristics, we learned that the higher SPB substitution of natural coarse granular materials, the better quality of SMCAC obtains. On the whole, the SMCAC containing SPB has excellent effects and can achieve the purpose of energy saving and waste reduction.

中文摘要I 英文摘要II 誌謝III 目錄IV 表目錄IX 圖目錄XII 第一章 緒論1 1-1研究動機1 1-2研究目的2 1-3研究範圍3 1-4研究方法與流程4 第二章 文獻回顧6 2-1 轉爐石材料性質6 2-1.1轉爐石之來源6 2-1.2 轉爐石之化學性質8 2-1.3 轉爐石之物理性質11 2-1.4 轉爐石之膨脹性13 2-1.5轉爐石安定化技術15 2-2 裹漿粒料17 2-2.1 粒料裹漿厚度之設計理論 19 2-2.2裹漿粒料配比設計23 2-2.3轉爐石裹漿技術24 2-3水泥瀝青膠漿26 2-3.1水泥27 2-3.2乳化瀝青29 2-3.3界面活性劑31 2-4石膠泥瀝青混凝土33 2-5瀝青混凝土粒料堆積配合設計方法34 第三章 試驗材料與試驗計畫38 3-1試驗計畫38 3-2 試驗材料40 3-3 轉爐石最佳裹漿材料之決定42 3-4 試驗組別配置43 3-5 水泥瀝青膠漿配比設計45 3-5.1 最佳CAP配比之決定45 3-5.2水泥瀝青膠漿性質試驗47 3-6 試驗材料物性試驗計畫51 3-6.1改質瀝青Ⅲ型物性試驗51 3-6.2 乳化瀝青物性試驗57 3-6.3 水泥及爐石粉之比重試驗 61 3-6.4 粒料基本物性試驗62 3-7 石膠泥瀝青混凝土配合設計70 3-7.1 傳統石膠泥瀝青混凝土(SMA)配合設計70 3-7.1.1材料選擇及規定70 3-7.1.2 SMA配合設計71 3-7.2 石膠泥水泥瀝青混凝土(SMCAC)配合設計77 3-7.2.1 材料選擇及規定77 3-7. 2.2 SMCAC配合設計77 3-8 力學性質試驗83 3-8.1 馬歇爾穩定值試驗83 3-8.2 間接張力強度試驗84 3-9 鋪面績效試驗87 3-9.1 Cantabria磨耗試驗88 3-9.2 車轍輪跡試驗 89 3-10 耐久性質試驗92 3-10.1 烘箱加速老化試驗92 3-10.2 浸水馬歇爾試驗94 3-10.3 浸水剝脫試驗95 3-11 聲學特性測試(雙麥克風法)97 第四章 試驗結果分析與討論102 4-1瀝青材料物性分析102 4-1.1 改質瀝青Ⅲ型物性試驗結果102 4-1.2乳化瀝青物性試驗結果104 4-2水泥及爐石粉之比重試驗結果104 4-3 爐石粉水泥漿裹漿轉爐石(SPB)製作105 4-4粒料物性分析106 4-5 水泥瀝青膠漿配比設計111 4-5.1 水泥瀝青膠漿新拌性質分析111 4-5.2水泥瀝青膠漿力學性質分析117 4-5.3 最佳CAP配比之決定122 4-6 石膠泥瀝青混凝土配合設計結果分析123 4-6.1 傳統石膠泥瀝青混凝土(SMA)配合設計123 4-6.2 石膠泥水泥瀝青混凝土(SMCAC)配合設計125 4-7 力學性質試驗結果分析129 4-7.1 馬歇爾穩定值試驗129 4-7.2 間接張力強度試驗130 4-8 鋪面績效試驗結果分析132 4-8.1 Cantabria磨耗試驗132 4-8.2車轍輪跡試驗133 4-9耐久性質試驗結果分析136 4-9.1烘箱加速老化試驗136 4-9.2浸水馬歇爾試驗139 4-9.3浸水剝脫試驗141 4-10聲學特性試驗結果分析143 4-11 最佳SMCAC 齡期效應試驗結果分析144 4-11.1 最佳SMCAC之評估145 4-11.2最佳SMCAC 齡期效應試驗146 第五章 結論與建議152 5-1結論152 5.2建議154 參考文獻155

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