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研究生: 林龍傑
Lung-Chieh Lin
論文名稱: 輕質骨材裹漿技術及其應用於瀝青混凝土鋪面績效之研究
Technical Development and Performance Evaluation of Asphalt Concrete with Lightweight Aggregate Precoating
指導教授: 沈得縣
Der-Hsien Shen
口試委員: 黃兆龍
Hwang, C.L.
劉明仁
Liu, M.J
郭銘峰
Kuo, M.F.
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 185
中文關鍵詞: 鋪面績效瀝青混凝土裹漿技術裹漿厚度輕質骨材
外文關鍵詞: pavement performance, asphalt concrete, technical development of precoating, thickness of precoating, lightweight aggregate precoating
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  • 本研究係將水泥漿包裹輕質骨材(簡稱裹漿粒料)應用於瀝青混凝土中,除探討裹漿粒料應用於瀝青混凝土鋪面之可行性外,並針對裹漿材料之質與量進行系統化研究。本研究第一階段探討粒料裹漿後物化性之差異,以評估裹漿粒料之工程性質。並針對裹漿厚度探討裹漿粒料之特性而綜合評比以建立粒料之裹漿技術。第二階段探討裹漿粒料應用於瀝青混凝土鋪面之可行性,將輕質骨材裹漿/未裹漿全部取代天然粒料,依各種配合設計方式拌製成多種粒料組構型式之瀝青混凝土,包括HMA、SMA及PA,然後進行力學性質、鋪面績效及耐久性質等試驗,最後評估裹漿粒料與未裹漿粒料對鋪面品質之影響。
    本研究透過裹漿粒料各項特性可以判定粒料裹漿之最佳厚度(漿量),分析結果顯示裹漿粒料中包裹漿量之厚度以0.25mm時為最佳。輕質骨材裹漿應用於各型瀝青混凝土包括HMA、SMA及PA時,由力學性質試驗結果顯示:密級配瀝青混凝土(HMA)之穩定值、間接張力強度及直接剪力強度最高,石膠泥瀝青混凝土(SMA)次之,多孔隙瀝青混凝土(PA)最低。在耐久性及鋪面績效方面,石膠泥瀝青混凝土之抗水份侵害、剝脫、老化能力、磨耗、永久變形及抗車轍能力最佳。就整體而言,藉由水泥漿及卜作嵐水泥漿包裹粒料改善輕質骨材之工程性質,有助於提升瀝青混凝土鋪面績效。


    The aim of this study is to apply pre-coated lightweight aggregate as a coarse aggregate to made asphalt concrete. It explored the feasibility of the aggregate precoating applied on the pavement of the asphalt concrete and conducted a systematic quantitative and qualitative survey on the materials of the aggregate precoating. On the first phase, the study explored the materialization of the aggregate precoating in order to evaluate the aggregate precoating influence on the engineering properties. Also the study tried to build up the aggregate precoating method base on the result of the general appraisal for the different thickness of the aggregate precoating. On the second phase, the study explored the feasibility of the aggregate precoating applied on the asphalt concrete pavement. The natural aggregate precoating was replaced by the light-weight aggregate precoating/uncoating and mixed the asphalt concretes with various materials of aggregate precoating including the HMA, SAM and PA. Then the study preceded the tests of engineering, mechanics, pavement performance and endurance to evaluate the impacts of the aggregate precoating and uncoating to the pavement quality.
    By indentifying the characteristics of the aggregate precoating, we can get the benchmark for the best thickness of the PLA (the volume of coating). According the analysis, the best thickness for the aggregate precoating is 0.25mm. The result of the asphalt concrete pavement examination showed that: (1) The values stability, indirect tension intensity and direct shear of HMA are the highest and the vales of SMA are second to HMA the values of PA are the lowest. In terms of the durability and the pavement performance, the SMA has the best performance for stripping resistance and rutting resistance. General speaking, the asphalt concrete pavement performance will be improved by the engineering of the precoating of the cement paste and the pozzolan-cement grout on improving the light-weight aggregate engineering.

    目 錄 中文摘要I 英文摘要II 誌謝IV 目錄V 圖目錄IX 表目錄XIII 第一章 緒論1 1.1 研究動機5 1.2 研究目的5 1.3 研究範圍與方法5 1.4 研究流程5 第二章 文獻回顧5 2.1水泥6 2.2卜作嵐材料9 2.2.1爐石9 2.2.2飛灰12 2.3天然粒料18 2.4輕質骨材21 2.4.1國內輕質骨材之發展21 2.4.2輕質骨材之種類5 2.4.3輕質骨材之基本性質5 2.4.4輕質骨材之製程5 2.4.5輕質骨材之應用26 2.5裹漿粒料31 2.6粒料表面積36 2.7瀝青混凝土配合設計方法39 2.7.1密級配瀝青混凝土(HMA)40 2.7.2石膠泥瀝青混凝土(SMA)41 2.7.3多孔隙瀝青混凝土(PA)5 第三章 試驗材料與試驗計劃5 3.1 試驗材料46 3.2 試驗流程47 3.2.1 裹漿粒料配比設計48 3.2.2 瀝青混凝土配比設計50 3.3 試驗組別配置56 3.3.1 試驗編號56 3.3.2 試驗組別配置及試驗項目58 3.4 水泥漿抗壓強度試驗61 3.5 瀝青膠泥基本物性試驗62 3.5.1 針入度試驗62 3.5.2 比重試驗62 3.5.3 黏滯度試驗63 3.5.4 軟化點試驗63 3.5.5 延展性試驗63 3.5.6 薄膜烘箱試驗 64 3.6 粒料基本物化性試驗66 3.6.1 比重試驗66 3.6.2 吸水率試驗66 3.6.3 健性試驗67 3.6.4 洛杉磯磨損試驗68 3.6.5 筒壓強度試驗 68 3.6.6 扁長率試驗70 3.7 瀝青混凝土配合設計方法72 3.7.1 馬歇爾配合設計法72 3.7.2 石膠泥瀝青混凝土配合設計法77 3.7.3 多孔隙瀝青混凝土配合設計法79 3.8 力學性質試驗82 3.8.1 馬歇爾穩定值試驗83 3.8.2 間接張力強度試驗83 3.8.3 直接剪力強度試驗84 3.9 耐久性質試驗86 3.9.1 浸水馬歇爾試驗86 3.9.2 浸水剝脫試驗 87 3.9.3 烘箱老化試驗 88 3.10 鋪面績效試驗90 3.10.1 Cantabria磨耗試驗90 3.10.2 車轍輪跡試驗91 3.11 透水機能試驗94 第四章 試驗結果分析與討論97 4.1 水泥及卜作嵐摻料基本物性97 4.2 水泥漿體硬固性質97 4.3 AC-20瀝青膠泥試驗分析99 4.4 裹漿粒料物化性試驗結果100 4.4.1 比重與吸水率試驗101 4.4.2 健性試驗102 4.4.3 洛杉磯磨損試驗103 4.4.4 筒壓強度試驗 103 4.4.5 扁長率試驗104 4.5 瀝青混凝土配合設計結果111 4.5.1 密級配瀝青混凝土配合設計結果112 4.5.2 石膠泥瀝青混凝土配合設計結果113 4.5.3 多孔隙瀝青混凝土配合設計結果113 4.6 力學性質試驗結果123 4.6.1 馬歇爾穩定值試驗結果124 4.6.2 間接張力強度試驗結果125 4.6.3 直接剪力強度試驗結果127 4.7 耐久性質試驗結果134 4.7.1 浸水馬歇爾試驗結果134 4.7.2 浸水剝脫試驗結果135 4.7.3 烘箱老化試驗結果136 4.8 鋪面績效試驗結果142 4.8.1 Cantabria磨耗試驗結果142 4.8.2 車轍輪跡試驗結果143 4.9 透水機能試驗結果149 4.10 可行性評估150 4.10.1 績效評估150 4.10.2 經濟效益評估151 第五章 結論與建議157 5.1 結論157 5.2 建議160 參考文獻162 圖目錄 圖1-1 研究步驟流程圖 5 圖2-1 水泥主要熟料礦物之水化速率 8 圖2-2 典型卜特蘭水泥之水化放熱曲線圖 8 圖2-3 水泥主要熟料礦物之抗壓強度發展 8 圖2-4 爐石粉用量對混凝土強度之影響 16 圖2-5 飛灰形狀與透明程度和在爐中時間關係圖 17 圖2-6 飛灰燒失量與用水量之關係 17 圖2-7 飛灰混凝土含碳量與輸氣劑添加量關係 17 圖2-8 不同礦物摻料強度產生之齡期 18 圖2-9 人造輕質骨材類型 29 圖2-10 造粒型輕質骨材製程 29 圖2-11 非造粒型輕質骨材製程 30 圖2-12 破碎型輕質骨材製程 30 圖2-13 未包裹輕質骨材外觀 35 圖2-14 水泥漿包裹輕質骨材外觀 35 圖2-15 瀝青包裹輕質骨材外觀 35 圖2-16 密級配、石膠泥及多孔隙瀝青混凝土粒料架構示意圖 45 圖3-1 第一階段試驗流程圖 54 圖3-2 第二階段試驗流程圖 54 圖3-3 裹漿粒料配比設計流程圖 55 圖3-4 裹漿/未裹漿粒料成品 55 圖3-5 裹漿/未裹漿粒料級配曲線 56 圖3-6 試體模及搗棒 61 圖3-7 電子式萬能試驗機 62 圖3-8 針入度試驗儀 64 圖3-9 黏滯度試驗儀 65 圖3-10 延展性試驗儀 65 圖3-11 薄膜烘箱 65 圖3-12 洛杉磯磨損試驗機 71 圖3-13 承壓筒 72 圖3-14 自動夯壓機 76 圖3-15 馬歇爾試驗儀器 76 圖3-16 最大理論比重試驗儀器 77 圖3-17 瀝青垂流試驗結果作圖決定最適瀝青含量上限值 81 圖3-18 Cantabria 磨耗試驗結果作圖決定最適瀝青含量下限值 82 圖3-19 暫定粒料級配 82 圖3-20 間接張度強度試驗儀器 85 圖3-21 直接剪力強度試驗儀器 86 圖3-22 真空抽氣試驗儀 90 圖3-23 車轍輪跡試體及模具 93 圖3-24 車轍輪跡試驗機 94 圖3-25 定水頭透水試驗裝置 96 圖4-1 卜作嵐摻料水泥漿體不同齡期抗壓強度比較 99 圖4-2 1/2”篩號粒料面乾內飽和比重試驗結果比較 107 圖4-3 3/8”篩號粒料面乾內飽和比重試驗結果比較 107 圖4-4 No.4篩號粒料面乾內飽和比重試驗結果比較 107 圖4-5 1/2”篩號粒料真比重試驗結果比較 108 圖4-6 3/8”篩號粒料真比重試驗結果比較 108 圖4-7 No.4篩號粒料真比重試驗結果比較 108 圖4-8 1/2”篩號粒料吸水率試驗結果比較 109 圖4-9 3/8”篩號粒料吸水率試驗結果比較 109 圖4-10 N0.4篩號粒料吸水率試驗結果比較 109 圖4-11 健性試驗結果比較 110 圖4-12 洛杉磯磨損100轉試驗結果比較 110 圖4-13 洛杉磯磨損500轉試驗結果比較 110 圖4-14 筒壓強度試驗結果比較 111 圖4-15 扁長率試驗結果比較 111 圖4-16 最佳瀝青含量之比較 116 圖4-17 HMA-N瀝青混凝土馬歇爾配合設計各項性質試驗結果 117 圖4-18 HMA-LA瀝青混凝土馬歇爾配合設計各項性質試驗結果 118 圖4-19 HMA-PP-PLA瀝青混凝土馬歇爾配合設計各項性質試驗結果 119 圖4-20 HMA-FP-PLA瀝青混凝土馬歇爾配合設計各項性質試驗結果 120 圖4-21 HMA-SP-PLA瀝青混凝土馬歇爾配合設計各項性質試驗結果 121 圖4-22 控制組石膠泥瀝青混凝土之垂流試驗結果 122 圖4-23 對照組石膠泥瀝青混凝土之垂流試驗結果 122 圖4-24 控制組多孔隙瀝青混凝土之垂流試驗結果 123 圖4-25 對照組多孔隙瀝青混凝土之垂流試驗結果 123 圖4-26 HMA馬歇爾穩定值試驗結果比較 128 圖4-27 SMA馬歇爾穩定值試驗結果比較 129 圖4-28 PA馬歇爾穩定值試驗結果比較 129 圖4-29 三種鋪面型式穩定值試驗結果比較 129 圖4-30 HMA流度值試驗結果比較 130 圖4-31 SMA流度值試驗結果比較 130 圖4-32 PA流度值試驗結果比較 130 圖4-33 三種鋪面型式流度值試驗結果比較 131 圖4-34 HMA間接張力強度試驗結果比較 131 圖4-35 SMA間接張力強度試驗結果比較 131 圖4-36 PA間接張力強度試驗結果比較 132 圖4-37 三種鋪面型式25℃間接張力強度試驗結果比較 132 圖4-38 三種鋪面型式40℃間接張力強度試驗結果比較 132 圖4-39 HMA直接剪力強度試驗結果比較 133 圖4-40 SMA直接剪力強度試驗結果比較 133 圖4-41 PA直接剪力強度試驗結果比較 133 圖4-42 三種鋪面型式直接剪力強度試驗結果比較 134 圖4-43 HMA浸水馬歇爾試驗結果比較 138 圖4-44 SMA浸水馬歇爾試驗結果比較 138 圖4-45 PA浸水馬歇爾試驗結果比較 138 圖4-46 三種鋪面型式浸水馬歇爾試驗結果比較 139 圖4-47 HMA浸水剝脫試驗結果比較 139 圖4-48 SMA浸水剝脫試驗結果比較 139 圖4-49 PA浸水剝脫試驗結果比較 140 圖4-50 三種鋪面型式浸水剝脫試驗結果比較 140 圖4-51 HMA烘箱老化試驗結果比較 140 圖4-52 SMA烘箱老化試驗結果比較 141 圖4-53 PA烘箱老化試驗結果比較 141 圖4-54 三種鋪面型式烘箱老化結果比較 141 圖4-55 HMA Cantabria磨耗試驗結果比較 146 圖4-56 SMA Cantabria磨耗試驗結果比較 146 圖4-57 PA Cantabria磨耗試驗結果比較 146 圖4-58 三種鋪面型式Cantabria磨耗試驗結果比較 147 圖4-59 HMA車轍輪跡試驗結果比較 147 圖4-60 SMA車轍輪跡試驗結果比較 148 圖4-61 PA車轍輪跡試驗結果比較 148 圖4-62 透水機能試驗結果比較 149 圖4-63 績效評估之總評比 156 圖4-64 經濟效益評估 156 表目錄 表2-1 F級及C級飛灰化學成分 16 表2-2 台灣地區河川粗骨材比重資料 20 表2-3 台灣地區北中部主要河川粗骨材磨損率 20 表2-4 依抗壓強度區分岩石之等級 20 表2-5 台灣陸上砂石資源岩心性質 21 表2-6 粒料之比表面積 39 表3-1 裹漿粒料配比設計結果 52 表3-2 粒料級配 53 表3-3 粗粒料性質試驗組別配置及試驗項目 59 表3-4 瀝青混凝土試驗組別配置及試驗項目 60 表3-5 瀝青材料物性試驗項目與試驗規範 64 表3-6 粒料物化性試驗項目與試驗規範 71 表3-7 洛杉磯磨損試驗試樣規格 71 表3-8 溫度T℃時水之黏性修正係數 96 表4-1 水泥及卜作嵐摻料基本物性試驗結果 97 表4-2 添加卜作嵐摻料水泥漿體抗壓強度 98 表4-3 AC-20瀝青膠泥基本物性試驗結果 100 表4-4 裹漿/未裹漿粒料物化性質試驗結果 105 表4-5 純水泥漿裹漿粒料綜合評比 106 表4-6 飛灰水泥漿裹漿粒料綜合評比 106 表4-7 爐石水泥漿裹漿粒料綜合評比 106 表4-8 最佳瀝青含量之比較 114 表4-9 HMA配合設計試驗結果 115 表4-10 SMA配合設計結果 115 表4-11 PA最佳瀝青含量與穩定值 116 表4-12 馬歇爾試驗結果 127 表4-13 間接張力強度試驗結果 128 表4-14 直接剪力強度試驗結果 128 表4-15 浸水馬歇爾試驗結果 137 表4-16 浸水剝脫試驗結果 137 表4-17 烘箱老化結果 137 表4-18 Cantabria磨耗試驗結果 144 表4-19 車轍輪跡試驗結果 145 表4-20 透水機能試驗結果 149 表4-21 績效評分表 153 表4-22 各組瀝青混凝土之材料數量(kg/m3) 154 表4-23 各組瀝青混凝土之平均成本(元/m3) 155

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