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1 義守大學 土木與生態工程學系 碩士論文 評估轉爐石應用於再生瀝青混凝土現地鋪面成效 Assessment of basic oxygen furnace slag applied to in-situ recycled asphalt concrete 研究生 : 李韋德指導教授 : 林登峰博士指導教授 : 黃隆昇博士 中華民國九十九年八月

2 評估轉爐石應用於再生瀝青混凝土現地鋪面成效 Assessment of basic oxygen furnace slag applied to in-situ recycled asphalt concrete 研究生 : 李韋德 Student:Wei-Te Li 指導教授 : 林登峰博士 Advisor:Deng-fong Lin 黃隆昇博士 Advisor:Lung-Sheng Huang 義守大學土木與生態工程學系碩士論文 A Thesis Submitted to Department of Materials Science & Engineering I-Shou University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Master degree in Materials Science & Engineering August, 2009 Kaohsiung, Taiwan, Republic of China 中華民國九十九年八月

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4 中文摘要 轉爐石應用於瀝青混凝土經由國內外許多專家學者長期評估研究, 印證添加轉爐石具有可行性, 但是未曾在大眾行駛之市區道路, 對於轉爐石資源再利用受到限制, 本研究主要目的在高雄縣轄區內實際舖設一條試驗道路及中鋼公司廠區道路和便道實際舖設三條道路試驗共 4 條道路以觀測路面長期成效, 提供工程界設計與施工參考 本研究之方法以轉爐石取代部分傳統粒料和刨除料, 以增進鋪面耐久性及兼具資源再利用之成效 ; 重點在評估轉爐石材料應用於瀝青混凝土性質及現場實際舖設之長期品質成效, 包括馬歇爾試驗 回彈模數 潛變試驗等, 並於生產製程中評估轉爐石與瀝青混合料拌合之拌合溫度 均勻性 儲存 混合 運輸等特性, 藉由現場道路試驗平坦度 車轍等檢測鋪面分析, 綜合呈現轉爐石各項特性 研究發現不同轉爐石取代量之混合粒料比例添加越多, 可以取代傳統粒料提升工程性質, 全震動滾壓頻率大於靜態滾壓頻率, 其空隙率大小取決於滾壓次數和震動頻率大小 關鍵詞 : 轉爐石 耐久性 再生瀝青混凝土 I

5 Abstract The recent research shown that Basic Oxygen Furnace (BOF) slag was used displaced as aggregate for asphalt concrete materials, but never practical paving in the urban road in Taiwan. This study practical constructed four recycled asphalt pavement (RAP) in Kaohsiung County and China Steel Corporation plant, which used BOF slag as coarse aggregate of asphalt mixture. To observed the long-term pavement performance. Test pavement used recycled asphalt mixture with different substitution percentages of BOF slag, and estimated the asphalt pavement characterization including Marshell stability, resilient modulus, creep modulus, cooling gradient, flatness, rutting deformation. Test result shown that RAP performance were better with increase the BOF slag substitution percentage. This indicated that BOF slag could use in asphalt mixture effectively. Using vibration rolling mode could increase the compaction than used static rolling mode of RAP mixture with BOF slag. Air void content of RAP mixture with BOF slag were correlation with the rolling cycle and rolling mode. In addition, asphalt mixture with BOF slag could decrease cooling gradient. This indicated that BOF slag had heat retention effectively, to increase the transit time of asphalt mixture. And then increase the workability and pavement performance of asphalt mixture under high temperature conditions. Keyword:Basic Oxygen Furnace (BOF) slag, cooling, vibration, static, recycled asphalt pavement (RAP) II

6 誌謝 碩士兩年期間, 感謝指導教授林登峰老師 黃隆昇老師的教導, 老師對於研究的嚴謹 學術上的創新專精, 使我在求學期間受益良多 在論文審查期間感謝羅煥琳博士與郭文田博士擔任論文口試委員, 並提出寶貴的意見, 使論文更加的完善, 特此感謝 感謝實驗室裏共同生活的夥伴, 感謝畢業的英傑學長 美玲學姊及明篤學長的指導, 也感謝最辛苦的厚邑學弟幫忙, 讓我順利走過這兩年, 實驗室的仰賢 俊麟 昱凱 昕融 呈鈞 冠宇 榮聖 傑龍學弟及妍樺 雁斐學妹們辛苦了, 你們所流下的汗水我銘記在心 在現場試鋪期間承蒙中聯資源公司林平全主任 許伯良工程師 曾益通工程師以及光隆公司羅德義經理 朱文川廠長和 SGS 公司蔡彰庭經理 黃昭雄主任及林志堅主任 在百忙之中還抽空幫忙與協助, 接著感謝光隆公司王忠山主任及郭良謙組長, 在求學生涯上給予我許多經驗與未來展望, 還要感謝南亞的鐘永樑老師及柴希文老師, 當時你們的期望我完成了, 對於你們的恩惠, 學生在此十分感謝, 萬分感激 最後感謝我的父母家人給我無後顧之憂的生活環境及我的女友, 感謝兩年來在精神上給予的鼓勵與支持, 有你們才有現在的我, 讓我能夠順利的完成學業 III

7 目錄 第一章緒論 前言 研究目的... 3 第二章文獻回顧 再生瀝青混凝土成效 轉爐石組成與特性 轉爐石製造過程 轉爐石特性 轉爐石應用於瀝青混凝土之成效 瀝青混凝土溫度變化對鋪面影響 第三章研究流程與方法 研究流程 研究材料 瀝青基本性質 針入度試驗 軟化點試驗 比重試驗 轉爐石與天然粒料基本性質試驗 比重試驗 洛杉磯磨損試驗 粒料扁平率試驗 篩分析 再生瀝青混凝土添加轉爐石之馬歇爾配合設計試驗 IV

8 3.5.1 馬歇爾配合設計特性與原理 馬歇爾配合設計試驗儀器 再生瀝青混凝土添加轉爐石之基本力學試驗 間接張力試驗 回彈模數試驗 動態潛變試驗 靜態潛變試驗 場發射掃描式電子顯微鏡試驗 (SEM Test) 現場不同滾壓方式 第四章研究結果與分析 瀝青基本試驗 刨除料瀝青含油量 瀝青基本性質 轉爐石與天然粒料基本性質 比重與吸水率 洛杉磯磨損試驗 扁平率與破裂面 篩分析 馬歇爾配合設計 最佳瀝青含油量試驗 馬歇爾基本性質試驗 單位重 穩定值 流度值 V.M.A 空隙率 轉爐石比例對於級配之影響 轉爐石比例對於瀝青薄膜厚度之影響 轉爐石比例對於瀝青混凝土強度之影響 V

9 4.8.1 間接張力試驗 殘餘強度 (Tensile Strength Ratio, 簡稱 TSR) 回彈模數 瀝青混凝土潛變試驗 靜態潛變試驗 動態潛變試驗 震動頻率對於轉爐石瀝青混凝土之影響 不同滾壓方式之壓密度 不同滾壓方式之穩定值 不同滾壓方式之流度值 不同滾壓方式之 V.M.A 不同滾壓方式之 V.A 第五章再生瀝青混凝土現地檢測 現地檢測試驗 平坦儀 車轍 ( 三米直規 ) 降溫梯度對於轉爐石瀝青混凝土之影響 場發射掃描式電子顯微鏡試驗 (SEM Test) 紅外線熱影像 熱傳導係數 第六章結論與建議 結論 建議 參考文獻 附錄 VI

10 圖目錄 圖 2.1 轉爐石製成流程圖... 8 圖 2.2 日本轉爐石處理程序... 8 圖 2.3 轉爐石處理程序示意圖... 9 圖 2.4 歐洲地區的鋼碴生產量 (2004) 圖 2.5 德國煉鋼爐石利用狀況 (2001) 圖 2.6 鋼碴材料在日本的再利用情況 (2005) 圖 3.2 篩分析 圖 3.3 比重試驗 圖 3.4 馬歇爾試驗機 圖 3.5 自動夯壓機 圖 3.7 回彈模數儀器 圖 3.8 回彈模數儀器內部 圖 3.9 掃描式電子顯微鏡 圖 3.10 金屬圈鋪設 (A B C D) 圖 4.1 密級配 IVB 之篩分析 ( 澄清路 ) VII

11 圖 4.2 密級配 IVC 之篩分析 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.3 不同轉爐石取代量之級配曲線圖 圖 4.5 不同轉爐石取代量之單位重 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.6 不同轉爐石取代量之穩定值 ( 澄清路 ) 圖 4.7 不同轉爐石取代量之穩定值 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.8 不同轉爐石取代量之流度值 ( 澄清路 ) 圖 4.9 不同轉爐石取代量之流度值 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.10 不同轉爐石取代量之 V.M.A.( 澄清路 ) 圖 4.11 不同轉爐石取代量之 V.M.A( 中鋼廠區 ) 圖 4.12 不同轉爐石取代量之空隙率 ( 澄清路 ) 圖 4.13 不同轉爐石取代量之空隙率 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.14 不同轉爐石取代量穩定值與含油量比較圖 圖 4.15 為不同轉爐石取代量之含油量 圖 4.16 不同轉爐石取代量之瀝青薄膜厚度 圖 4.17 不同轉爐石取代量油膜厚度與 V.M.A 比較圖 VIII

12 圖 4.18 不同轉爐石取代量之吸油率 圖 4.19 不同轉爐石取代量吸油率與油膜厚度比較圖 圖 4.20 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 )( 澄清路 ) 圖 4.21 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 )( 中鋼廠區 ) 圖 4.22 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 )( 澄清路 ) 圖 4.23 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 )( 中鋼廠區 ) 圖 4.24 不同轉爐石取代量之殘餘強度 ( 澄清路 ) 圖 4.25 不同轉爐石取代量之殘餘強度 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.26 不同轉爐石取代量之殘餘強度 圖 4.27 回彈模數 - 澄清路 (25 ) 圖 4.28 回彈模數 - 澄清路 (40 ) 圖 4.29 回彈模數 - 中鋼廠區 (25 ) 圖 4.30 回彈模數 - 中鋼廠區 (40 ) 圖 4.31 靜態模數 - 澄清路 (25 ) 圖 4.32 靜態模數 - 澄清路 (40 ) IX

13 圖 4.33 靜態模數 - 中鋼廠區 (25 ) 圖 4.34 靜態模數 - 中鋼廠區 (40 ) 圖 4.35 動態模數 - 澄清路 (25 ) 圖 4.36 動態模數 - 澄清路 (40 ) 圖 4.37 動態模數 - 中鋼廠區 (25 ) 圖 4.38 動態模數 - 中鋼廠區 (40 ) 圖 4.41 為不同滾壓次數之穩定值 圖 4.42 為不同滾壓次數之流度值 圖 4.43 為不同滾壓次數之 V.M.A 圖 4.44 為不同滾壓次數之空隙率 圖 4.45 為穩定值與壓密度之比較圖 圖 4.46 為 V.A 與壓密度之比較圖 圖 5.1 不同轉爐石取代量之標準差 ( 澄清路 ) 圖 5.2 不同轉爐石取代量之標準差 ( 中鋼廠區 ) 圖 5.3 不同轉爐石取代量之標準差 ( 澄清路 ) X

14 圖 5.4 不同轉爐石取代量之標準差 ( 中鋼廠區 ) 圖 5.5 為不同轉爐石取代量之降溫變化 圖 5.6 為不同轉爐石取代量之降溫變化 圖 5.7 為不同轉爐石取代量之降溫速率 圖 5.8 為不同轉爐石取代量之降溫速率 圖 5.9 為轉爐石取代量 0% 之溫度趨勢圖 圖 5.10 為轉爐石取代量 20% 之溫度趨勢圖 圖 5.11 澄清路取代量 0% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.12 澄清路取代量 0% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.13 澄清路取代量 0% 六個月 SEM 晶像圖 圖 5.14 澄清路取代量 0% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.15 澄清路取代量 20% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.16 澄清路取代量 20% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.17 澄清路取代量 20% 六個月 SEM 晶像圖 圖 5.18 澄清路取代量 20% 九個月 SEM 晶像圖 XI

15 圖 5.19 澄清路取代量 40% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.20 澄清路取代量 40% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.21 澄清路取代量 40% 六個月 SEM 晶像圖 圖 5.22 澄清路取代量 40% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.23 原料一北取代量 60% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.24 原料一北取代量 60% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.25 原料一北取代量 60% 六個月 SEM 晶像圖 圖 5.26 原料一北取代量 60% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.27 煉焦二東取代量 60% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.28 煉焦二東取代量 60% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.29 煉焦二東取代量 60% 六個月 SEM 晶像圖 圖 5.30 煉焦二東取代量 60% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.31 原料二北取代量 20% 取樣 SEM 晶像圖 圖 5.32 原料二北取代量 20% 三個月 SEM 晶像圖 圖 5.33 原料二北取代量 20% 六個月 SEM 晶像圖 XII

16 圖 5.34 原料二北取代量 20% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.36 紅外線之影像圖 ( 烘箱溫度 100 ) 圖 5.37 紅外線之影像圖 ( 烘箱溫度 110 ) XIII

17 表目錄 表 2.1 轉爐石之化學性質 表 2.2 料岩性成分分析表 (%) 表 2.3 轉爐石材料之物理性質 表 3.1 檢測時間表 表 4.1 AC-20 與刨除料瀝青基本性質 表 4.2 天然粒料基本性質 表 4.3 轉爐石設計配合比例 表 4.4 各組配比最佳含油量 表 5.1 紅外線之溫度 表 5.2 熱傳導量測趨勢 XIV

18 第一章緒論 1.1 前言由於近年來公共工程建設積極推動, 天然資源日漸不足, 長年累積大量開採河川砂石, 對於砂石開採已嚴格管理控制, 砂石料源缺乏直接反映於市場上價格上漲, 嚴重衝擊公共工程建設進度 對於資源短缺之危機, 以及永續發展觀念的推動, 尋求新的資源化回收再利用將是未來研究發展之目標 道路鋪面所使用之瀝青混凝土具有回收再利用之效果, 其刨除料經回收處理, 再混合部分新瀝青及粒料, 重新鋪築於鋪面, 即為再生瀝青混凝土鋪面 (Recycled Asphalt Pavement, RAP), 數十年來已成功運用於道路鋪面, 且政府亦推廣使用並予合法化, 行政院公共工程委員會在 84 年 9 月起即開始推動再生材料之應用, 並於 86 年 8 月頒布 再生瀝青混凝土鋪面施工特訂條款,88 年 2 月發布試行 各機關辦理瀝青混凝土再生利用暫行作業要點, 並於 91 年 6 月正式頒布 各機關辦理瀝青混凝土再生利用作業要點, 明確訂定各機關採用熱拌再生瀝青混凝土之年增比例 鋪面養護工作良劣影響行車安全, 工程單位應思考降低養護經費及兼顧鋪面品質, 鋪面設計加入再生瀝青混凝土可降低工程造價, 並經多 1 年之研究, 再生瀝青混凝土可以維持與新瀝青混凝土類似之品 1

19 質, 實際鋪面改善工程多已經有若干比例之再生瀝青混合料, 故發展再生瀝青混凝土可符合市場需求及減少工程預算所需 轉爐石粒料為煉鋼過程之產物, 已被國家認定為資源產物, 可做為鋪面材料替代品, 目前轉爐石每年產量約為 120 萬噸左右, 美國每年鋼碴再利用約 770~830 百萬噸, 絕大部分集中於工程填方與道路的應用, 所以經濟上的成本回收並不是很明顯, 大多是屬於解決轉爐石的處理問題 由於轉爐石比重大能承受載重 硬度高抗磨損 ; 又經軋製過程, 扁平率低及破碎面大 目前砂石料源不足直接反映於價格上漲, 轉爐石具備粒料特性, 適合作為瀝青混凝土粒料使用 瀝青混凝土材料成效之優劣, 於設計階段之材料選擇 到施工階段之鋪築滾壓溫度 方式 開放交通等因素均會影響, 上述有關轉爐石應用於瀝青混凝土之成效評估, 國內外研究都於試驗室進行諸多模擬試驗, 如 Wu et al.(2007) 1 研究發現轉爐石具有多孔隙特性, 可吸附瀝青, 進而降低高溫時永久變形量 Maslehuddin s(2003) 2 發現鋼爐石比石灰岩 limestone 更可增加水泥混凝土抗壓及抗張強度,Xue et al.(2006) 3 以轉爐石做為瀝青混合料粒料, 顯示轉爐石比天然粒料具有較粗糙之紋理, 可增加與瀝青膠泥之凝聚力,Shen et al. (2007) 4 探討轉爐石用於多孔隙級配之成效 (Shu, et al. 2008) 基於全球致力於節能減碳之目標, 再生瀝青混合料 (recycled asphalt 2

20 pavement, RAP) 由於技術已成熟, 普遍應用於瀝青鋪面, 成效與傳統鋪面類似, 甚至有較佳之性能 本研究進行實際道路鋪設之案例及經驗, 依據實際鋪面之狀況, 更可直接評斷轉爐石與之瀝青混凝土結合特性, 並利於推廣轉爐石資源利用 本實驗以瀝青混凝土添加轉爐石, 擇定四條試驗道路實際鋪築, 分別於高雄縣澄清路市區道路鋪築 250 公尺, 另於中鋼廠區內鋪築三條路, 每條路亦大約為 250 公尺, 每條試驗道路均配置不同轉爐石取代比例, 進行現地長期觀測結果, 如三米直規, 平坦儀等檢測項目, 並配合實驗室檢測結果, 如馬歇爾試驗, 間接張力強度試驗 回彈模數 動靜態潛變等實驗, 評估轉爐石應用於現地鋪面的成果 1.2 研究目的 本研究轉爐石可以提升再生瀝青混凝土強度之前提下, 嘗試以不同轉爐石添加比例, 其觀察現場鋪面之成效, 其研究目的如下 : 1. 探討不同配比之成效 2. 探討不同滾壓施工方式 3. 探討於現場取樣於實驗室進行分析, 並與現場鑽心試體進行評估 3

21 第二章文獻回顧 2.1 再生瀝青混凝土成效 瀝青材料為原油提煉過程中的副產品, 瀝青材料具有強大的黏結力 快速的黏合力 高度的防水性及耐久性, 其主要的用途可作為瀝青混凝土鋪面之黏結材料 瀝青為一種可回復性的熱塑性材料, 在高溫時具有相當之流動性, 容易與粒料拌合均勻, 並使瀝青混凝土具有良好的工作性以利鋪築滾壓 在常溫時則具有一定之強度, 以抵抗車輛荷重之能力, 為道路舖面工程重要之材料 再生瀝青混凝土鋪面是由既有路面回收再生材料 (RAP) 及符合品質規範的新材料組成, 原路面回收再生材料係指回收瀝青鋪面材料內之再生粒料及附於粒料顆粒表面之老化瀝青 ; 新材料指新粒料 新瀝青及再生用添加劑 5 ( 蔡攀鰲,2004) 再生粒料過篩後分堆儲放, 其粒料必須分成 19~12.5mm(3/4in ~1/2in) 12.5~4.75mm(1/2in~No.4) 及 4.75mm(No.4) 以下等三種, 或 19~12.5mm(3/4in~1/2in) 及 12.5mm(1/2in) 以下等二種級配貯存 須符合下列條件才能使用 6 ( 中華鋪面工程學會, 2007) 回收瀝青可依照配合設計把回收的瀝青混凝土材料添加軟化劑 4

22 (SA) 或再生劑(RA) 新鮮瀝青以及新鮮粒料拌合成和新( 原 ) 材料性質相似的再生瀝青混凝土 7 (NCHRP,2001), 與傳統瀝青鋪面比較, 其回彈模數 間接張力 動態潛變模數等性質無明顯差異 , 即添加適當回收料, 仍可維持鋪面性質 Huang et al(2005) 12 藉由黏度試驗和 DSR 試驗, 配合疲勞試驗和工程性質試驗結果, 使用有限元素模擬指出發生 black rock 情況之 RAC 其疲勞性質較好, 由於新鮮瀝青無法與老化瀝青完全結合, 如此粒料外層包裹著兩層性質不同的瀝青, 其內層的黏度較外層的高, 當 RAC 受應力時, 因這種複合結構, 可降低應力集中, 使再生瀝青混凝土不易產生疲勞破壞 Chen 等人 (2007) 13 以再生劑添加於刨除料 40% 時, 尚不致產生黑石頭現象 Young 等人 (2008) 14 近來探討回收瀝青與刨除料及新粒料結合情形比較, 經由 GPC 測定, 回收瀝青包裹刨除料比與新粒料包裹其再老化程度更高, 老化瀝青黏度高雖然提昇勁度, 但可能使瀝青混凝土提早龜裂, 如刨除料來源多, 其包覆粒料之瀝青黏度差異更大 為了解決這個黏度不平衡的問題, 新粒料和回收的刨除料過程需要開發為更好的粘合劑混合從而改善復興在回收過程中的混合物 林登峰等人 (2003) 15 依據高雄市及屏東縣數個試驗道路中發現, 南部刨除料經分離及回收之再生瀝青, 其含油量 2.5 %以上用 5

23 於底層, 而用於面層則需 3.0 %以上時, 其路面成效良好 Gui 及 Wing(2007) 16 研究指出, 再生瀝青混凝土潛變應變與潛變勁度模數有關, 較高的潛變應力則有較低的永久變形量 Shu 等人 (2008) 17 探討再生瀝青混合料之疲勞性質, 再生瀝青混合料可增加張力強度及降低後期疲勞勁度 (post-failure tenacity), 導致疲勞週期降低 林晉哲 18 再生瀝青混凝土鋪面之生命週期在驗收至保固階段約為 6~8 個月 ; 而新拌 AC 鋪面之生命週期在驗收至保固階段約為 1.9~2.5 年, 由生命週期來看雖新拌料之價格較再生料貴 300~400 元, 但工程服務時間卻較再生鋪面多 3~4 倍 Wu 等人 (2007) 19 研究使用刨除料之拌合溫度影響因素, 結果指出, 最佳拌合溫度可藉由所有材料組成變化而調整, 若以成本考量, 則可將刨除料預熱, 可符合黏度 - 溫度曲線範圍內之拌合溫度 Hadipour(1998) 20 等人研究指出, 刨除粒料回收添加比例對再生瀝青混凝土間接張力強度和回彈模數等影響頗大 英國道路運輸研究機構 (ITRR) 以 30% 50% 70% 之 RAP 含量分別鋪築四種不同混合料路面, 以現場加速破壞試驗與實驗室試驗, 觀察其成效 結果顯示 RAP 較傳統新鮮料有較高之勁度值, 表示抗車轍能力較強, 然而 RAP 較傳統新鮮料易產生低溫裂縫, 因此建議使用率小於 50%, 將可減少裂縫產生 6

24 2.2 轉爐石組成與特性 轉爐石製造過程 煉鋼爐石就是生產鋼鐵之鐵礦原料所含的粘土雜質, 與石灰石助熔劑在高溫熔爐中反應所產生的熔碴 熔渣自轉爐排出冷卻所得之固體物, 稱為轉爐石 (Basic Oxygen Furnace Slag,BOF) ( 林志棟等人, 2001) 21, 轉爐石在物性方面優於天然碎石, 且為親油性粒料, 能提升抗水分侵蝕的能力, 台灣地區多雨, 故適合取代作為粗粒料 一般煉鋼過程可以分為三種, 各種煉鋼過程得到的結果差別是來自於原料及鋼碴的化學成份的不同 煉鋼過程分為 : 一. 平爐碴 (Open Heart Slag) 是指, 溶碴, 鐵礦石, 冷凝鋼塊與助溶劑 ( 石灰石 ) 在反應爐內且長時間煉鋼過程成之後, 把多餘的碳成份排除 這一種煉鋼過程已經非常少見, 主要是因為提煉過程長且是屬於早期的煉鋼方式 二. 轉爐石是指鐵水 (molten iron), 冷凝鋼塊 (Scrap Metal) 與石灰石在高爐槽溶解之後把溶碴內的二氧化矽排出 為了降低碳成份含量, 在提煉過程會灌入氧化, 如圖 2.1 三. 電弧爐碴是指冷凝鋼塊或金屬礦與石灰石在耐火爐內使用 AC 或 DC 電流進行溶解 7

25 圖 2.1 轉爐石製成流程圖國內目前轉爐石生產及處理過程, 以往是將 100 之轉爐渣推入堆置坑中, 放置 1~5 天齡期, 再予以挖出進行破碎及篩分等動作, 最後形成 6 分及 3 分之轉爐石, 此法與日本大致相同, 日本的轉爐渣也是待其冷卻後, 利用破碎與篩分方式, 取得適合之轉爐石材料 22 如圖 2.2, 而第三代轉爐石處理過程是將剛出渣之轉爐渣至於渣盤, 待其冷卻至 200 ~300 後, 將轉爐渣推入水坑中, 放置 8~10 小時後隨即挖出, 取粒徑 50mm 以下之粒料進行篩分, 形成 6 分 3 分及 2 分之轉爐石, 其處理流程示意如圖 2.3 圖 2.2 日本轉爐石處理程序 8

26 圖 2.3 轉爐石處理程序示意圖 轉爐石特性 一. 轉爐石化學特性 23 轉爐石由高爐槽堆置到窪坑並冷卻, 可是因為冷卻速度慢使得轉爐石會形成結晶, 化學成份有 95% 主要來自於矽酸鈣, 氧化鐵, 鐵, 鎂, 錳, 氧化鋁所組成 一般測定轉爐石的化學成份可以使用 X- 光繞射, 轉爐石化學性質同大部分主要是因為製程的方式不一樣所導致, 轉爐石的化學性質由表 2.1 所示 9

27 表 2.1 轉爐石之化學性質 資料來源 : 1. Sustainable and Advanced Materials for Road InfraStructure (SAM-06-DE05). 2. Turner Fairbank Highway Research Center, Material Description for Steel Slag. 3. National Slag Association, Steel Slag-A Premier Construction Aggregate. 由表 2.1 可得知轉爐石之化學成分, 各種化學元素所代表的意義為 : 1. 氧化鈣 (CaO) 氧化鈣為水泥及高爐爐石之主要的成分, 一般而言 CaO 含量越高其活性亦越大 但是過量之 CaO 會使爐石產生析晶 ( 沈澱 ) 現象造成活性降低, 尤其在緩慢冷卻速度下會造成粉塵化 (Dusting) 之現象, 而大大減低爐石的活性 2. 氧化鐵 (Fe 2 O 3 ) 10

28 一般氧化鐵含量均在 1-3% 範圍內, 但在轉爐石之 Fe 2 O 3 含量均 高達 20% 以上, 此對轉爐石是否有不利的影響, 有待進一步實驗與觀 察 3. 二氧化矽氧化矽 (Silica-SiO 2 ) 此成分對於形成玻璃質結構有密切關係, 由於爐石中 CaO 與 MgO 之總含量太少, 使 SiO 2 無法充分結合形成玻璃質結構, 但 SiO 2 含量過多時反而使活性降低 4. 氧化鎂 (Magnesia-MgO) 大多數之氧化鎂與氧化矽及氧化鈣結合成穩定型化合物, 一般而 言含量低於 20% 則無健度問題之顧慮, 同時 MgO 之存在可使爐石之 顯微結構較開放而增加其活性 5. 硫 (Sulphur-S) 硫一般在爐石中呈硫化物存在 (MnS,CaS), 但在 MnO 存在之情 況下較易生成 MnS 而 MnS 與水作用會發生體積膨脹現象, 而使結構 物強度減弱, 一般高爐爐石中硫之含量範圍為 1-2.5% 6. 其他雜質 : 轉爐石內可能仍含有各類物質, 由於含量甚低, 一般認為只會使 爐石微觀結構更加開放, 進而增加其活性 二. 轉爐石岩石特性 24 11

29 由表 2.2 岩性分析結果可清楚看出, 傳統天然碎石中 SiO 2 佔了相當高之比例, 由於 SiO 2 為親水性分子, 當粒料 瀝青及水同時存在時, 粒料容易與水結合, 導致瀝青混凝土剝脫, 粒料與瀝青分離 然而國內目前道路工程所使用的砂石料中, 普遍含高量的 SiO 2, 若粒料外層之瀝青油膜厚度不夠或是包裹不完全, 將會大幅降低路面之壽命及品質 轉爐石中 SiO 2 的比例較傳統天然碎石少, 反而 CaO 佔相當高之比例, 由於 CaO 為親油性, 使得粒料能與瀝青更加緊密結合, 據研究顯示, 瀝青混凝土中添加石灰能提高抗剝脫能力, 因此石灰亦常被作為抗剝劑使用 轉爐石本身之高量 CaO 經試驗證實能提高瀝青混凝土之浸水殘餘強度, 顯示其在抵抗水份侵蝕效果有良好成效 此外, 由岩性分析表亦可以看出轉爐石含大量之金屬氧化物如 Fe 2 O 3 MnO MgO, 為造成轉爐石比重較大之緣故 表 2.2 料岩性成分分析表 (%) 三. 轉爐石物理特性 25 轉爐石是由多種礦物組成的固熔體, 隨化學成份的變化而有所不 12

30 同, 其性質也和化學成份有著密切的關係 一般而言轉爐石普遍具有下列性質, 如表 耐磨性 (Durability) : 轉爐石有堅硬表面及抗磨損能力佳, 抵抗風化及侵蝕能力好, 非常適合用於瀝青混凝土路面 2. 磨擦性質 : 以許多國家認為瀝青混凝土材料需要有好的抗磨損能力, 特別是道路需要承受比較大載重時, 轉爐石材料特性符合這一項之要求 3. 持熱能力 : 轉爐石材料對保留熱的功能比一般天然粒料好, 適合使用在施工溫度比較低的瀝青混凝土 4. 抵抗剝脫能力 : 使用轉爐石材料, 可以有效增加瀝青混凝土抵抗剝脫能力, 主要因為 f-cao 的存在 5. 穩定值 : 以轉爐石材料製成瀝青混凝土, 會使得瀝青混凝土有比較高的穩定值 ( 比一般天然粒料大 1.5~3 倍 ), 而流度值也會比較好 6. 抵抗車轍能力 : 由於轉爐石材料會使得瀝青混凝土穩定值比較高, 瀝青混凝土之穩定值是代表瀝青混凝土本身的強度, 當強度高時, 瀝青混凝土之車轍能力也越好 7. 比重 : 由於轉爐石材料含鐵量高使得比重也高, 轉爐石材料比重大概在 3.2~3.6 之間, 導致瀝青混凝土單位重大於一般天然瀝青混凝土單位重大概 15~25% 13

31 8. 吸油能率 : 轉爐石材料之吸油能力會比一般天然粒料稍微高一些, 使得運用於瀝青混凝土時會造成需要的含油量增加 9. 含水量 : 轉爐石材料因為有比較粗糙的表面且毛細孔比一般天然粒料多, 使得水滯留在毛細孔量比較多, 導致瀝青混凝土經過氧化禍水化過程後, 最後會造成瀝青混凝土體積的不穩定 一般建議轉爐石材料添加於瀝青混凝土時, 含水量不可以超過 5%, 經過烘乾後的含水量不可超過 0.1% 表 2.3 轉爐石材料之物理性質 2.3 轉爐石應用於瀝青混凝土之成效 轉爐石粒料強度中, 具有低磨損率 低扁平率, 若取代碎石應用於面層能得到較佳成效 ; 成分中矽質含量低, 對水分侵害抵抗力較高 ; 高比例的氧化鈣, 抗剝脫能力高 林志棟等人 (2005) 26 研究指出, 轉爐石做為瀝青混凝土粗粒料, 潛變模數高於天然碎石, 可減少重車輾壓產生之變形, 應證轉爐石低磨損率 低扁平率能抵抗車轍變形 就粒料性質比較, 轉爐石在物性方面優於天然碎石, 且為親 14

32 油性粒料能提升抗水分侵蝕的能力, 適合台灣地區多雨特性, 並能減少瀝青成本且穩定值高, 故適合作為瀝青混凝土粗粒料使用 轉爐石做為瀝青混凝土粗粒料, 潛變模數高於天然碎石, 可減少重車輾壓產生之變形, 應證轉爐石低磨損率 低扁平率能抵抗車轍變形 房性中 (2005) 27 進行轉爐石試驗道路, 經試鋪試壓結果, 滾壓 7 次即可達到施工規範壓實度要求, 且轉爐石壓實度略高於碎石級配料 袁家偉 (2007) 28 將轉爐石添加於排水性瀝青混凝土, 添加轉爐石並不會增加用油量, 且都能符合規範之要求, 隨著轉爐石添加百分比的增加, 可增加抵抗車轍能力 表面摩擦力, 並維持空隙率及減少噪音, 黃大衛 (2008) 29 研究指出, 轉爐石粒料會造成瀝青混凝土 V.M.A 降低, 但透過試驗室成效試驗結果,V.M.A 的降低並不影響瀝青混凝土之耐久性, 尤抵抗剝脫能力比傳統粒料好, 此外, 轉爐石瀝青混凝土所需要的滾壓能量比一般天然粒料少 徐英傑 (2008) 30 增加轉爐石添加量能有效降低瀝青使用量, 主要為轉爐石比重大, 設計時是以重量比設計故相對體積會減少, 因而減少瀝青用量 根據歐洲爐石協會 (The European Slag Association) 2004 年資料 15

33 , 煉鋼爐時產生約 1500 萬噸, 利用情況資料 如圖 2.4; 顯示煉鋼爐石以用在道路方面最多, 約有 45%, 其次是暫存 內部回收 肥料與水利工程少量做為取代水泥用 在德國, 煉鋼爐石每年產生超過 350 萬噸, 其中 68% 用營建材料 14% 內部回收 12% 掩埋及 6% 肥料, 如圖 2.5; 根據 USGS 統計資料, 美國 2003 年產生約 880 萬噸煉鋼爐碴,47% 利用於道路材料,17% 使用於替代瀝青混凝土粒料 其他再利用佔 25% 與掩埋 11%, 如圖 2.12 日本鋼鐵爐石協會的資料顯示, 日本使用情形為 47% 營建材料 ( 含混凝土粒料 ) 13% 再利用 26% 道路用 4% 取代水泥用, 剩餘則為地盤改良 掩埋及其他使用等, 如圖 2.6 圖 2.4 歐洲地區的鋼碴生產量 (2004) 31 16

34 圖 2.5 德國煉鋼爐石利用狀況 (2001) 31 圖 2.6 鋼碴材料在日本的再利用情況 (2005) 瀝青混凝土溫度變化對鋪面影響 王金鐘 (2005) 35 實際上鋪面施工, 由於因應交通需求而提早開放通車, 致使養護不足造成鋪面溫度仍高, 在重車輾壓下, 易容易造成瀝青混凝土永久變形, 所以養治溫度及時間成為瀝青混凝土強度影響因素 黃隆昇等人 (2008) 36 再生瀝青混合料添加轉爐石, 能保有其熱能, 添加轉爐石能維持瀝青混合料內部溫度不易散熱, 砂石車運輸至工地比其他瀝青混合料相對提高鋪築及滾壓溫度 17

35 Bahia(2000) 37 指出選定適當的滾壓溫度範圍是非常重要的, 由於瀝青的高溫感性, 滾壓溫度會影響瀝青老化程度 瀝青吸收量 粒料結構 混合料密度, 而這些特性則會影響鋪面績效 Willoughby 等人 (2000) 38 指出, 滾壓溫度下降會導致空氣孔隙率上升及穩定度下降, 因此大部分的壓實作用必須要在溫度下降到中斷溫度之前完成, 因為當時瀝青混凝土仍處於流塑性的情況 若滾壓溫度過低, 瀝青膠漿很有可能在完成滾壓之前就已喪失塑性而開始發揮膠結穩固的作用, 因此即使施以大量的夯實能量亦難達到理想夯實度 林宏偉 (2003) 39 指出在不同鋪面溫度下, 鋪面抵抗車轍之能力隨溫度變化而有顯著差異 針對密級配瀝青混凝土, 當面層溫度降至 60 以下再開放交通, 為降低鋪面變形之最佳溫度 鋪面材料在高溫時降溫相當迅速, 之後降溫速率則漸趨平緩 規範要求滾壓溫度需高於中斷溫度, 受降溫因素影響, 所能滾壓的時間並不長, 尤其是在寒冷氣候的地區更為明顯 一般在密級配中所認定的中斷溫度為 (2000) 18

36 第三章研究流程與方法 3.1 研究流程 本研究係探討轉爐石瀝青混凝土道路實際舖設長期觀測及成效 評估, 在高雄市中鋼產廠區及高雄縣轄區道路進行轉爐石瀝青混凝土 試鋪鋪面之評估 轉爐石本身主要是在取代粒料, 本研究重點在針對 轉爐石粒料性質, 以及拌合廠製造過程再深入探討, 結合產品品質檢 驗 配合設計 拌合廠產製過程 實際試鋪 壓實等過程, 進行品質 管理及鋪面調查, 並於試鋪完成後每 3 個月做現場觀測試驗及非破壞 性檢測, 如表 3.1, 並比較與一般道路耐久性, 仔細評估轉爐石應用 於市區道路之整體成效, 本研究流程圖如圖 3.1 所示 表 3.1 檢測時間表 鋪設 第一次 第二次 第三次 第四次 ( 取樣 ) 澄清路 ( 年. 月 ) 中鋼廠區 ( 年. 月 )

37 圖 3.1 研究流程圖 相關文獻收集 馬歇爾配合設計 最佳含油量 澄清路 中鋼廠區 BOF0% RAP20% BOF20% RAP20% BOF40% RAP0% BOF60% RAP0% BOF20% RAP20% 道路實際舖設及檢測 不同配比 不同滾壓方式 室內試驗 現場試驗 微觀實驗 金屬圈 車轍輪跡 動態潛變 靜態潛變 回彈模數 磨耗率 流度值 穩定值 單位重 鑽心試體 降溫變化 三米直規 高低差平坦儀 SEM 試驗結果與分析 3.2 研究材料 一. 轉爐石 : 由中聯資源公司所提供, 來源取自取小港區煉鋼廠 轉爐石為鋼鐵廠煉鋼過程之副產品, 目前以中聯資源公司專業處理轉爐石之資源利用, 本研究以該公司提供轉爐石粒料作為研究材料, 依瀝青混合料粒料級配需求, 粗粒料分別依破碎程度區分為六分料 三分料 二分料 20

38 二. 天然粒料及刨除料 : 由瀝青拌合廠提供 再生瀝青混合料之取得則向瀝青拌合廠洽取, 由於再生瀝青混合料為來源不明確且任意混合, 品質無法掌控, 本研究協調數家瀝青拌合廠提供高雄地區單一刨除路段之再生料, 先予以萃取了解瀝青老化程度及粒料降格程度, 若瀝青老化或粒料破損降格嚴重, 則更換另批再生料 三. 瀝青膠泥 : 本研究採用由中國石油公司所生產之 AC-20 等級瀝青膠泥 中鋼廠區內原料二北路研究採用由台塑公司所生主之 AC-20 等級瀝青膠泥 3.3 瀝青基本性質 針入度試驗 一. 試驗目的 : 其主要目的在於表示瀝青黏結料的軟硬程度與稠度, 以及做為瀝青等級分類的依據 二. 試驗儀器 : 針入度試驗儀 標準針 瀝青容器 恆溫水箱 三. 試驗方法 : 本試驗方法密級配依照 CNS 和 ASTM D5 之規定進行 軟化點試驗 一. 試驗原理 : 軟化點是表示瀝青材料達流動性之溫度, 可與當地氣 21

39 溫作配合以防軟化 依據 CNS 2486, 將瀝青加熱使其逐漸軟化, 當 其所承之容器因溫度升高漸漸達底部時之溫度即為軟化點 二試驗方法 : 1. 將加熱之銅環, 置於塗有甘油 凡士林或水銀之瓷板上, 再將熔融冷至 100 之樣品傾入該環內, 小心勿產生氣泡, 放冷使之硬化, 以稍熱之小刀切去多出部分, 使瀝青與銅環呈現水平狀態, 再將其放入約 5 之水中, 至少 30 分鐘 2. 取出銅環並放置於銅環架上, 將全部裝置放在 800ml 之燒杯中, 杯中裝 5 之蒸餾水 600ml, 軟化點在 80 以上者, 改裝 32 之甘油, 並將鋼球放置於同環內之樣品中央 3. 利用加熱器, 以每分鐘升高 5.0±0.5 之速率加熱, 樣品逐漸軟化下降, 當其接觸到底板時, 所示之溫度即為軟化點 比重試驗 一. 試驗原理 : 依據 AASHTO T228,ASTM D70 之規範, 瀝青比重主要用於工程設計之用, 於鋪面設計中可依其重量換算成體積 二. 試驗方法 : 紀錄比重瓶重量, 將比重瓶注入一定之 25 水量達一定刻度並量其重量, 之後把水到掉並注入 25 之瀝青材料至一定刻度並量其重量, 兩者重量之比值即為瀝青材料之比重 22

40 3.4 轉爐石與天然粒料基本性質試驗 比重試驗 此試驗係依據 ASTM C127 與 ASTM C128 規範進行粗細粒料之 比重試驗, 測定粒料面乾飽和或乾燥狀態下之比重, 以為瀝青混凝土 配合設計及拌和參考 洛杉磯磨損試驗 依據 ASTM C 規範進行, 表示粒料在瀝青路面中, 於車 輛之衝擊及磨損作用下之抵抗能力, 規範如表 3.2 所示 磨損率 (%) WB W W B A 100 W B : 試驗前試料重 W A : 試驗後試料重 表 3.2 磨損公式 粒料扁平率試驗 一. 試驗目的 : 依據 BS 812 規範進行試驗 測定扁長骨材含量 二. 試驗儀器 : 1.BS 篩網 :6.3mm 10mm 14mm 20mm 28mm 37.5mm 50mm 63mm 各一個 2. 厚度 :33.9mm 26.3mm 19.7mm 14.4mm 10.2mm 7.2mm 4.9mm 23

41 3. 烘箱 4. 磅秤 三. 試驗方法 : 1. 取具代表性之粗骨材樣品及數量, 以烘箱烘乾 (110±5 ) 至恆重或 24 小時 2. 以 BS 標準篩篩分 3. 稱取各篩個別留篩質量 Xi( 大於 60.3mm 或小於 6.3mm 者捨棄 ) 4. 以下式計算各篩個別留篩百分比 : M2= 各組留篩質量總和, 不包含個別留篩百分率 5% 部份 M3= 通過厚度規篩骨材總重 篩分析 一. 試驗原理 : 依據 CNS 486, 之規範, 以 12 個篩網測定粒料之顆粒大小分佈狀態, 以利配合設計之用 二. 試驗儀器 : 篩分析儀 篩網 (1 3/4 1/2 3/8 #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200 底盤) 電子秤 三. 試驗方法 : 將 3~5 公斤之粒料置入篩分析儀之篩網上, 搖動 15 分鐘, 以電子秤量取每個篩號之重量, 並繪製粒徑分佈圖 24

42 圖 3.2 篩分析 圖 3.3 比重試驗 3.5 再生瀝青混凝土添加轉爐石之馬歇爾配合設計試驗 馬歇爾配合設計特性與原理 馬歇爾配合設計主要是測定不同瀝青含量之瀝青混凝土穩定值 流度值 單位重 孔隙率及 VMA 等數值來決定最經濟之粒料級配及瀝青之含油量, 其最主要之目的為維持足夠瀝青含量, 以確保路面耐久性 ; 維持足夠之穩定性, 使其在交通在重下不致產生大變形 ; 具有一定之孔隙, 以避免開放交通後增加壓力 ; 具足夠之緊密以避免水份之侵入 ; 具有足夠之工作性, 以便鋪築時不發生析離或冒油現象 馬歇爾配合設計試驗儀器 一. 拌合設備 : 1. 自動控溫拌合機 25

43 2. 烘箱二. 試體夯壓設備 : 1. 自動夯壓機 : 由鍊條帶動 4 45 kg夯錘, 提昇至 45 7 cm後, 以自由落體方式夯打試體 2. 鐵模 底座及延伸模等附件 三. 馬歇爾試驗儀 1. 荷重元 : 內附有測微錶之壓力計, 可經由惠思敦電橋的轉換, 將受到的荷重以電壓訊號輸出至面版, 以公斤為單位顯示穩定值 2. 流度計 : 由導筒及電子千分錶組合而成, 可量測試體之垂直變形量 ( 即流度 ), 結果亦顯示於面版 3. 試體夾頭 : 乃一對半圓形中空鐵模, 試體裝於其間進行試驗 4. 油壓千斤頂 : 控制試體夾頭的速率升降 四. 其他設備 : 1. 頂樣器 2. 最大理論比重用之真空抽氣設備 五. 馬歇爾穩定值 流度值試驗如下 : 依 ASTM D1559 及美國瀝青協會 (AI) MS.2 之規定, 試體先浸於 60 水中 30~40 分鐘, 離開水槽後 30 秒內完成試驗 26

44 圖 3.4 馬歇爾試驗機 圖 3.5 自動夯壓機 圖 3.6 恆溫水槽 3.6 再生瀝青混凝土添加轉爐石之基本力學試驗 間接張力試驗 間接張力強度試驗又稱圓柱劈張試驗, 係測定材料張力強度的方 法之一 間接張力試驗可測得瀝青混凝土的張力強度 波松比 張力 應變 彈性模數及勁度 27

45 一. 試驗原理在圓形試體側面施加均於的線載重, 在直徑平面上會發生劈張破壞, 依彈性理論可以計算得到中心部分的張應力值 下式為計算材料的張應力值公式 : St 2Pt D H 其中 : St = 間接張力強度 (kgf/cm 2 ) Pt = 極限加載荷重 (kg) D = 試體直徑 (cm) H = 試體高度 (cm) 二. 試驗儀器 1. 試體夾具 : 包括上下兩片寬度 13mm 承壓墊條, 其與試體接觸面之曲率和試體圓周曲率相同, 使能荷重均勻分佈於試體 LVDT 記錄器 2. 恆溫箱三. 試驗步驟 1. 試體製作 2. 測定試體單位重 3. 測定最大張力強度與變形值 28

46 a. 試驗前先將試體至於恆溫烘箱中, 固定所欲測試之溫度, 於試驗前最少養治 2 小時 b. 由恆溫烘箱中取出試體, 置於馬歇爾試驗儀中, 加壓並記錄荷重與變形曲線, 整個試驗於試體取出烘箱後 30 秒內試驗完成 回彈模數試驗 一. 試驗目的 : 1. 疲勞年限隨瀝青混凝土之回彈模數值增高而延長, 太高的回彈模數對溫度龜裂較敏感, 太低的回彈模數則容易引起路面車轍 2. 可用於評估不同材料間相對的品質及作為路面厚度設計評估與分析之資料, 也可用以研究溫度 荷重大小 作用速率 加壓時間對材料特性之影響 3. 本方法係模擬路面受瞬時荷重時所引起彈性變形, 以測得回彈模數 二. 試驗儀器 : 如圖 所示 1. 壓力計 : 荷重極限 1000 kgf 之壓力計 2. 水平變位計 : 二支可量測精度為 mm 之 LVDT 3. 試體固定框 : 固定試體使試體在荷重時不致造成偏心移動 4. 試體夾頭 5. 加壓設備 : 可產生 6kgf/cm 2 以上壓力之空氣壓縮機 29

47 6. 控制與量測系統 : 可由電腦及控制箱控制氣壓加壓與解壓之時間頻率, 並可同時量測荷重, 變形之數據 為配合氣壓之工作性, 其有效之工作頻率小於 l Hz 控制箱外可另接 X-Y 記錄器, 記錄試驗其間之荷重變形曲線 7. 儲氣槽 : 平衡穩定氣壓之用 8. 轉換器 : 位於控制箱內, 用以放大壓力計與 LVDT 之電壓訊號, 並將之調整至所需之電壓, 用以輸出並經此計算真正之荷重與變形量, 連接於 PC 內 A/D 卡, 可得電壓訊號轉換由 PC 代為計算 Mr 值 9. 氣壓控制閥 : 可調整加壓荷重之大小 三. 試驗方法 : 依據 ASTM D 製作試體, 每組三個試體 2. 測定試體單位重 3. 測定重覆荷重與回彈變形量 a. 由配置表上決定所欲測試之試體之變因, 如荷重大小, 頻率, 溫度以及加壓與解壓之時間比例等 b. 試驗前先將所欲測試之試體置於恆溫烘箱或冷凍箱中養治, 固定所欲測試之溫度, 於試驗前最少養治 24 小時 c. 由恆溫箱中取出試體, 置於回彈模數試驗儀上, 調整欲測試之條件, 再行試驗 若試體溫度與室溫相差很大, 於試驗時, 為避免降溫 30

48 發生, 應儘速試驗 如試驗超過五分鐘時 應將試體取出再置於恆溫 箱中養治半小時後, 方可再行試驗 四. 試驗結果 : Mr 值之計算 : 先求出回彈變形量 δh 與重覆荷重之大小 P, 再代入 下式, 即可計算 Mr 值 : Mr P( ) h H 式中 : Mr = 回彈模數 (kgf/cm 2 ) P = 垂直荷重 (kgf) ν = 波松比 δh = 水平回彈變形量 (cm) H = 試體厚度 (cm) 31

49 圖 3.7 回彈模數儀器 圖 3.8 回彈模數儀器內部 動態潛變試驗 動態潛變試驗為利用重複加壓方式係模擬車輛行經路面時, 造成反覆荷重的試驗 一 試驗儀器 1. 壓力計 : 荷重極限 kgf,±0.1% 之 Load Cell 垂直變形 : 量測精度為 mm,± 0.1% 之 LVDT 試體固定框定 : 固定試體不使試體在荷重時造成偏心移動 試體夾頭 2. 加壓設備 : 可產生 6kgf/cm 2 以上壓力之空氣壓縮機 3. 控制與量測系統 : 可由 PC 及控制箱控制氣壓加壓與解壓之時間頻率, 並可同時量測荷重, 變形之數據 為配合氣壓之工作性, 其有效 32

50 之工作頻率小於 1Hz 控制箱外可另接 X.Y 記錄器, 記錄試驗期間之荷重變形曲線 4. 儲氣槽 : 平衡穩定氣壓之用 5. 轉換器 : 位於控制箱內, 用以放大 Load Cell 與 LVDT 之電壓訊號, 並將之調整之所需之電壓, 用以輸出並經此計算真正之荷重與變形量 連接於 PC 內 A/D 卡, 可得電壓訊號轉換由 PC 代為計算 Mr 值 6. 氣壓控制閥 : 可調整加壓載重之大小 7. 恆溫箱 : 控制瀝青混凝土試體試驗時的溫度, 使保持恆溫 二 試驗步驟 1. 馬歇爾試體製作完成 2. 加載條件 : a. 調整恆溫箱溫度, 使保持恆溫, 試驗溫度為 b. 以一般道路設計值 800kgf 為試驗加載重量 c. 選定正弦波形, 荷重頻率為 1Hz, 試驗次數 1000 次 d. 架設 LVDT 於試體中點, 量測加載時試體的變位, 加載前必須將 LVDT 歸零並於加載後記錄 靜態潛變試驗 瀝青混凝土之潛變行為與車轍有相當的關聯, 由於材料太過堅 硬, 當其受外力時, 造成面層下的材料疲勞龜裂, 而導致車轍的發生 33

51 以瀝青膠泥而言, 其流變行為相當明顯, 但以瀝青混凝土而言, 粒料會因本身的互鎖力 (Interlock), 造成較大的內摩擦力, 可減少潛變的發生 一 試驗儀器 : 潛變試驗所使用之儀器與回彈模數試驗相同 二 試驗步驟 1. 馬歇爾試體製作完成 2. 測定試體厚度 3. 將試體放置於恆溫箱, 調整所欲測試的溫度, 恆溫 24 小時以上 將試體置於潛變試驗儀上, 調整所欲測試之條件, 進行加壓 解壓各 3600 秒, 由電腦記錄變形量 4. 潛變模數值計算 : 將試驗結果由下式, 潛變模數 (kg.sec/cm 2 )= 應力 (kg/cm 2 ) 時間 (sec) / 最終應變量 場發射掃描式電子顯微鏡試驗 (SEM Test) 一 試驗目的 : 以場發射掃描式電子顯微鏡觀察其瀝青混凝土結構及表面孔隙結構, 藉由其呈像來探討轉爐石與瀝青混凝土試體中之作用及行為 二 分析原理 : 場發射掃描式電子顯微鏡的原理為利用電子束掃描方式來觀察物體表面行為, 當電子束擊中觀測物時, 產生各種繞射 散射 吸收以穿透電子等, 而其中電子束將觀測物傳導能帶電子擊出, 34

52 其所形成的低能量二次電子經由二次電子偵測器測得後, 轉換為 CRT 陰極射線管掃描信號, 將掃描區以明暗方式呈現於 CRT 上, 再配合攝像方式取得觀測物電子顯為影像 本試驗所採用之場發射掃描式電子顯微鏡, 機型為 Hitachi.4700, 如圖 3.9 所示, 試驗場所為義守大學貴重儀器室 ; 在 SEM 觀測前需一下列步驟進行 : 1. 中止水化及抽真空和乾燥處理過之試體固定於試體座上 2. 將試體抽真空乾燥及鍍金 3. 將試體放置於掃描式電子顯微鏡柱中, 並再次抽真空以達儀器為真空狀態 4. 發射電子束掃描試體, 以便顯像觀察並照相 圖 3.9 掃描式電子顯微鏡 35

53 3.6.6 現場不同滾壓方式 瀝青混凝土壓實緊密程度多於試驗室以馬歇爾夯壓機設定不同壓實次數模擬現場壓實狀況, 圖 3.10 為研究嘗試直接於道路鋪設時, 以滾壓機滾壓來一次回一次就馬上取樣, 總滾壓次數為 15, 於數個斷面分別以靜態滾壓及全震動 半震動滾壓方式, 設定不同滾壓次數評估現地壓實狀況對瀝青混凝土特性之影響 (a) (b) (c) (d) 圖 3.10 金屬圈鋪設 (a b c d) 36

54 第四章研究結果與分析 4.1 瀝青基本試驗 刨除料瀝青含油量 瀝青含油量試驗最主要係將刨除料所包含瀝青含量以甲苯浸泡 清洗, 進而可以去了解刨除料所含的瀝青含量多寡, 並且利用篩分析 試驗結果應用於再生瀝青混凝土配合設計 由試驗結果顯示刨除料中 的瀝青含量為 4.2%, 而刨除料多寡會對再生瀝青混凝土之最佳含油 量有影響 瀝青基本性質 由表 4.1 實驗結果, 刨除料之瀝青比重較大於 AC-20 瀝青, 主要 原因為刨除料瀝青雖經由高速離心機萃取, 但仍含有些許極小之粉末 顆粒 ; 針入度由於刨除料老化作用所以低於 AC-20 瀝青, 但軟化點 卻因老化作用較 AC-20 瀝青高 ; 刨除料黏度為 26500poise 之黏度 表 4.1 AC-20 與刨除料瀝青基本性質 瀝青種類 比重 針入度 (1/100cm) 軟化點 ( ) 60 黏度 (poise) AC 刨除料瀝青

55 4.2 轉爐石與天然粒料基本性質 比重與吸水率 一般天然粒料比重約為 2.6~2.7 左右, 轉爐石比重約為 3.2~3.5 左右, 其比重較重於天然粒料 由表 4.2 結果, 轉爐石比重 3.31 較天然粒料大, 預期可以提供穩定值, 降低流度值 一般天然粒料吸水率約為 1.5%~3.5%, 因轉爐石燒結時會形成多孔隙, 故轉爐石吸水率較高於天然粒料, 約為 2%~3% 由表 4.2 結果, 轉爐石吸水率高於天然粒料, 因轉爐石為親油性材料, 經瀝青包裹後應可改善吸水率過高情況, 其加強體積穩定性 洛杉磯磨損試驗 洛杉磯磨損試驗主要在測試粗粒料之抵抗抗磨損之能力, 由表 4.2 結果因轉爐石硬度高於天然粒料, 故能提高抵抗車轍能力 轉爐石粒料比天然粒料較接近方形, 加入鋪面後有互鎖作用, 能提升再生瀝青混凝土之力學及耐久性 扁平率與破裂面 扁平率試驗為粒料形狀之參考之一, 是以粒料之長軸與短軸之比 為依據, 比例越大粒料扁平較差, 容易造成架橋現象使孔隙增加, 透 水性上升, 由表 4.2 結果, 轉爐石幾乎沒有扁平率問題存在, 而天然 38

56 粒料約有 7% 過於扁平之粒形, 故其添加轉爐石可提高再生瀝青混凝 土抵抗車轍與延長生命週期 破裂面試驗為粒料形狀之參考之一, 破裂面數越多則粒料形狀呈 現方形或多角形, 越少則呈現圓形 由表 4.2 結果天然粒料三分料三 面以上以佔 79%, 而轉爐石三分料三面以上以佔 97%, 轉爐石粒料 形狀較接近於方形, 故加入鋪面後能夠增強達到互鎖作用, 提高再生 瀝青混凝土之力學及鋪面耐久性 綜合以上結果, 轉爐石本身空隙較多吸水率較高可能會影響穩定 性, 轉爐石於比重 磨損率 破裂面及扁平率方面皆優於天然粒料, 適合發展轉爐石鋪面技術 表 4.2 天然粒料基本性質 試驗類別 轉爐石 天然粒料 比重 吸水率 (%) 洛杉磯磨損試驗 (%) 破裂面三分料 三面以下 (%) 三面 ( 含 ) 以上 (%) 扁平率三分料 1:3 以下 (%) :3( 含 ) 以上 (%) 篩分析 圖 4.1 為澄清路不同轉爐石取代量之混合粒料的級配粒徑曲線 39

57 圖, 由圖中得知不同轉爐石取代量之混合粒料的級配粒徑曲線中皆有符合於密級配 IVb 規範內, 但在 #4 #16 #30 之篩號隨著轉爐石取代量增加而有粒徑集中之趨勢, 且 #50 到 #200 號篩之粒徑皆偏向規範值下限 圖 4.1 密級配 IVb 之篩分析 ( 澄清路 ) 圖 4.2 為中鋼廠區內不同轉爐石取代量之混合粒料的級配粒徑曲 線圖, 由圖中得知不同轉爐石取代量之混合粒料的級配粒徑曲線中皆 有符合於密級配 IVc 規範內 40

58 圖 4.2 密級配 IVc 之篩分析 ( 中鋼廠區 ) 圖 4.3 為不同轉爐石取代量之混合粒料級配曲線圖, 由圖中得知不同轉爐石取代量之混合粒料比例添加越多時, 級配曲線會有往下降的趨勢, 在以 1/2 到 #30 號篩中可以明顯看出粒料的粒徑偏大 由實驗結果得知密級配 IVc 粒徑分布情形大於密級配 IVb, 可能會影響到現地鋪面耐久性之影響 41

59 圖 4.3 不同轉爐石取代量之級配曲線圖 4.3 馬歇爾配合設計 馬歇爾配合設計主要是以篩分析之結果, 依照適當比例調整各粒料間之多寡, 使其馬歇爾配合設計符合規範要求標準值 本研究主要採用 IVC IVB 密級配方式, 表 4.3 為配合設計及各粒料添加比例, 其添加比例分配後皆符合規範之規範值之內 42

60 表 4.3 轉爐石設計配合比例 轉爐 轉爐 轉爐 天然 天然 天 填 刨 石 石 石 石 石 然 充 除 6 分料 3 分料 2 分料 3 分料 2 分料 砂 料 料 原料一北煉焦二東原料二北澄清路 0% 澄清路 20% 澄清路 40% (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 最佳瀝青含油量試驗 最佳瀝青含油量以最大穩定值含油量 最大單位重含油量及 4% 空隙率含油量之平均做標準, 表 4.4 為各組最佳含油量, 主要是在避免瀝青混凝土因為含油量偏高而會產生冒油現象 穩定值過低及流度值偏高會導致粒料黏結不佳的情況發生 ; 含油量偏低則瀝青包裹不足而產生車轍等現象 由表 4.4 可以得知轉爐石取代量越高, 含油量會隨著減少, 以轉爐石取代量 60% 為最低 43

61 表 4.4 各組配比最佳含油量 最佳含油量 (%) 原料一北 ( 轉爐石 60%+ 刨除料 0%) 煉焦二東 ( 轉爐石 60%+ 刨除料 0%) 原料二北 ( 轉爐石 60%+ 刨除料 0%) 澄清路 ( 轉爐石 0%+ 刨除料 20%) 澄清路 ( 轉爐石 20%+ 刨除料 20%) 澄清路 ( 轉爐石 40%+ 刨除料 0%) 馬歇爾基本性質試驗 單位重 圖 4.4 為澄清路不同轉爐石取代量之單位重, 試驗結果顯示轉爐石添加越多其本身單位重有增加趨勢, 其中轉爐石取代量 0% 為最低, 其值為 2.28~2.37kg/cm 3, 反之轉爐石取代量 40% 為最高, 其值為 2.51~2.63kg/cm 3, 兩者相差為 0.23~0.26kg/cm 3 之間 44

62 圖 4.4 不同轉爐石取代量之單位重 ( 澄清路 ) 圖 4.5 為中鋼廠區內不同轉爐石取代量之單位重, 其中轉爐石取代量 20% 為最低, 其值為 2.38k~2.47kg/cm 3, 反之轉爐石取代量 60% 為最高, 其值為 2.63~2.8 kg/cm 3, 兩者相差為 0.25~0.33 kg/cm 3 之間 45

63 圖 4.5 不同轉爐石取代量之單位重 ( 中鋼廠區 ) 轉爐石本身比重皆大於天然粒料, 轉爐石粒料含有氧化鐵的成分, 導致轉爐石粒料比重較大, 由圖 研究結果顯示轉爐石取代量 60%, 單位重高達 2.8 kg/cm 3 與傳統再生瀝青混凝土比重大約都在 2.4 kg/cm 3 左右是有偏高的趨勢 試驗結果顯示轉爐石添加越多其本身單位重有增加趨勢, 其中主要原因為轉爐石粒料比重高於天然粒料, 若比重太大時, 可能會造成粒料析離的現象, 屆時可能會影響到現地鋪面粒料都集中於鋪面底層, 導致荷重承受能力下降, 造成車轍問題, 鋪面的生命周期可能也會因此而降低 單位重會影響再生瀝青混凝土之運費, 越重者運費則較高, 越輕者反之 46

64 4.5.2 穩定值 穩定值為再生瀝青混凝土主要參考值之一, 規範規定須大於 817kg 圖 4.6 為澄清路不同轉爐石取代量之穩定值, 實驗結果顯示添加轉爐石越多則穩定值較高 其中轉爐石取代量 0% 為最低, 其值為 930~1490kg, 反之轉爐石取代量 40% 為最高, 其值為 1380~1780kg, 兩者相差約為 290~450kg 之間 圖 4.7 為中鋼廠內不同轉爐石取代量之穩定值, 其中轉爐石取代 20% 為最低, 其值為 1150~1540kg, 反之轉爐石取代量 60% 為最高, 其值為 1360~2310kg, 兩者相差約為約為 210~770kg 之間 由級配曲線圖裡面研究結果顯示在密級配 IVc 級配曲線皆大於密級配 IVb, 篩號 1/2 到 #50 都有明顯的大於密級配 IVb 在密級配 IVb 裡, 轉爐石取代量越高時, 粒徑會有偏大的趨勢, 粒徑較大, 加上轉爐石材料比重本身就比天然粒料高, 而能夠提升道路鋪面耐久性之影響 取樣試體於實驗室檢測穩定值結果皆高於現場取樣實驗結果, 影響可能為現地鋪設於鐵膠輪滾壓機和橡膠輪滾壓機與實驗室馬歇爾夯打機的壓實能量之不同, 取樣粒料的粒徑分布差異性, 而在現場進行鑽心時對於試體結構的破壞性差異, 諸列影響原因可能都會造成穩定值對於現地與實驗室的差異性 47

65 綜合實驗結果顯示添加轉爐石越多能提高穩定值之效能, 其中主要原因為轉爐石本身粒料堅固 硬度大皆優於一般天然粒料, 能夠添加轉爐石來取代天然粒料, 應用於道路實際鋪設可以增長鋪面之耐久性 圖 4.6 不同轉爐石取代量之穩定值 ( 澄清路 ) 48

66 圖 4.7 不同轉爐石取代量之穩定值 ( 中鋼廠區 ) 流度值 流度值主要是為再生瀝青混凝土受壓到破壞之變形量, 過大容易造成車轍, 過小則容易造成粒料黏結不足 圖 4.8 為澄清路不同轉爐石取代量之流度值, 以實驗顯示結果轉爐石取代量 20% 為最低, 其值為 7.89~8.33(0.25mm), 反之轉爐石取代量 0% 為最高, 其值為 8.29~8.39(0.25mm), 兩者相差約為 0.06~0.4(0.25mm) 之間 49

67 圖 4.8 不同轉爐石取代量之流度值 ( 澄清路 ) 圖 4.9 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之流度值, 實驗結果顯示轉爐石取代量 20% 為最低, 其值為 8.26~8.96(0.25mm), 反之轉爐石取代量 60% 為最高, 其值為 8.4~9.49(0.25mm), 兩者相差約為 0.14~0.53(0.25mm) 之間 50

68 圖 4.9 不同轉爐石取代量之流度值 ( 中鋼廠區 ) 4.5.4V.M.A. 粒料間空隙率 (Void in the mineral agg. 簡稱 V.M.A.), 係指粒料之間不加瀝青經過壓實後所佔的空隙率百分比, 以規範規定最少為 14%, 過少則會產生車轍問題 圖 4.10 為澄清路不同轉爐石取代量之 V.M.A., 以實驗結果顯示轉爐石取代量增加時 V.M.A. 會有下降之趨勢 ; 其中以轉爐石取代量 40% 為最低, 其值為 14.7~15.3%, 反之轉爐石取代量 0% 為最高, 其值為 16.3~17.3%, 兩者相差者為 1.6~2% 之間 51

69 圖 4.10 不同轉爐石取代量之 V.M.A.( 澄清路 ) 圖 4.11 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之 V.M.A. 以實驗結果顯示, 轉爐石取代量 60% 為最低, 其值為 14.3~15.5%, 反之轉爐石取代量 20% 為最高, 其值為 15.3~16.4%, 兩者相差為 0.9~1.0% 之間 52

70 圖 4.11 不同轉爐石取代量之 V.M.A( 中鋼廠區 ) 綜合實驗結果顯示, 以 V.M.A. 觀看轉爐石取代量,V.M.A 為轉爐石取代量 0% 為最大, 目前實驗結果顯示其轉爐石取代量 0% 高於所有轉爐石取代量 20~60%, 其原因為轉爐石本身粒料皆屬於多孔隙粒料所導致, 但實驗顯示結果來看轉爐石取代傳統粒料都還在規範內, 印證轉爐石可以取代傳統粒料之可行性, 增加資源再利用之推廣 空隙率 空隙率係粒料混合瀝青後空隙所佔的比例, 規範規定為 3%~5%, 過大透水率增加影響耐久性, 過低無變形空間易造成車轍 圖 4.12 為澄清路不同轉爐石取代量之孔隙率, 轉爐石取代量 0% 53

71 為最低, 其值約為 3.0~3.5%, 反之轉爐石取代量 40% 為最高, 其值 約為 4.7~5.3%, 兩者相差為 1.7~1.8% 之間 圖 4.12 不同轉爐石取代量之空隙率 ( 澄清路 ) 圖 4.13 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之孔隙率, 轉爐石取代量 20% 為最低, 其值約為 4.0~4.5%, 反之轉爐石取代量 60% 為最高, 其值約為 5.0 ~5.7%, 兩者相差為 1.0~1.2% 之間 實驗結果顯示轉爐石取代量 40% 高於超過規範值 5%, 其主要原因為轉爐石本身是多孔隙之粒料, 因此孔隙率隨著取代量增加而增加 54

72 圖 4.13 不同轉爐石取代量之空隙率 ( 中鋼廠區 ) 4.6 轉爐石比例對於級配之影響 含油量對於瀝青混凝土之穩定值會有明顯影響, 若含油量過低則粒料容易因為瀝青包裹不足而產生車轍與龜裂的現象, 而導致穩定值降低 圖 4.14 為轉爐石瀝青混凝土穩定值與含油量比較圖, 實驗結果顯示以不同轉爐石取代量之含油量對於穩定值的影響, 穩定值之變化會隨著含油量的增加而增大, 但是影響穩定值還是為級配不同所導致 55

73 圖 4.14 不同轉爐石取代量穩定值與含油量比較圖圖 4.15 為不同轉爐石取代量之含油量, 經由洗油後代入公式所取得之最佳含油量, 含油量會隨著時間增加而減少, 主樣原因有鋪面車輛碾壓車輪吸附著些許瀝青導致含油量下降, 但是含油量並沒有太大的下降趨勢, 若含油量過低則粒料容易因為瀝青包裹不足而產生車轍與龜裂的現象 56

74 圖 4.15 為不同轉爐石取代量之含油量 4.7 轉爐石比例對於瀝青薄膜厚度之影響 包裹粒料表面之瀝青薄膜厚度, 取決於本身粒料顆粒的直徑大小 瀝青添加量及粒料本身的吸收性, 使用 Hveen 所發展之經驗公式來計算包裹粒料表面的平均瀝青薄膜厚度, 瀝青薄膜厚度與鋪面所發生的破壞有很大的關係, 對瀝青混凝土之耐久性而言, 圖 4.16 為不同轉爐石取代量之瀝青薄膜厚度, 瀝青薄膜厚度最高為轉爐石取代量 57

75 0%, 薄膜厚度值約為 9.9(μm), 而瀝青薄膜厚度最低為轉爐石取代量 60%, 薄膜厚度值約為 9.1(μm), 兩者相差約為 0.8(μm), 並於明顯差異性 以實驗結果顯示隨著轉爐石取代量增加而瀝青薄膜厚度有下降的趨勢, 最主要原因為轉爐石本身為親油性之材料, 因此瀝青薄膜厚隨著轉爐石取代量增加而下降之趨勢, 且隨著時間的增加而瀝青薄膜厚度也是下降的趨勢, 主要為車輛行駛於路面輪胎會有吸附表面瀝青油膜導致時間增長而薄膜厚度下降 圖 4.16 不同轉爐石取代量之瀝青薄膜厚度 58

76 圖 4.17 瀝青薄膜厚度與 V.M.A. 破壞有很大的關係, 對瀝青混凝土之耐久性而言, 如果薄膜厚度太小, 加速黏結料老化, 而且水分也較輕易穿透過瀝青薄膜, 發生粒料剝脫的問題, 雖然較多的瀝青厚度能夠有效抵抗瀝青老化及水的侵害, 若瀝青混凝土之薄膜厚度過多時, 工程性質則會下降, 瀝青薄膜厚度與鋪面績效有良好的相關性 圖 4.17 不同轉爐石取代量油膜厚度與 V.M.A 比較圖 圖 4.18 為不同轉爐石取代量之吸油率, 最高為轉爐石取代量 60%, 其值約為 1.9~2.1%, 反之最低為轉爐石取代量 0%, 其值約為 1.1~1%, 兩者相差約為 0.8~1%, 吸油率最主要為瀝青薄膜厚度大小 59

77 之影響, 吸油率高則薄膜厚度會有降低的趨勢, 反之吸油率低則薄膜 厚度會有上升的趨勢 圖 4.18 不同轉爐石取代量之吸油率 圖 4.19 當瀝青被粒料所吸收的量高時, 油膜厚度就會降低, 當瀝青被粒料所吸收的量高時, 使得可用來包裹粒料之油膜厚度就會降低, 反之瀝青被粒料所吸收的量低時, 用可用來包裹粒料之油膜厚度就會增加 60

78 圖 4.19 不同轉爐石取代量吸油率與油膜厚度比較圖 4.8 轉爐石比例對於瀝青混凝土強度之影響 間接張力試驗 強度之物理意義為混凝土受到荷重作用時, 造成壓力區壓應力未達到極限應力, 但材料張應力已先達到極限應力而破壞, 此破壞張應力值即為材料之極限應力, 而達到極限應力時將產生應變則稱為破壞應變 圖 4.20 為澄清路不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 ), 轉爐石取代量 40% 為最低, 其值為 6~9(kgf/cm 2 ), 反之轉爐石取代量 0% 為 61

79 最高, 其值為 10~13(kgf/cm 2 ), 兩者相差約為 4(kgf/cm 2 ) 之間 圖 4.21 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 ), 轉爐石取代量 60% 為最低, 其值為 4~8(kgf/cm 2 ), 反之轉爐石取代量為 20% 最高, 其值為 8~12(kgf/cm 2 ), 兩者相差約為 4(kgf/cm 2 ) 之間 圖 4.20 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 )( 澄清路 ) 62

80 圖 4.21 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 未浸水 )( 中鋼廠區 ) 圖 4.22 為澄清路不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 ), 轉爐石取代量 40% 為最低, 其值為 4~7(kgf/cm 2 ), 反之轉爐石取代量 0% 為最高, 其值為 8~11(kgf/cm 2 ), 兩者相差約為 4(kgf/cm 2 ) 之間 圖 4.23 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 ), 轉爐石取代量 60% 為最低, 其值為 3~6(kgf/cm 2 ), 反之轉爐石取代量為 20% 最高, 其值為 6~10(kgf/cm 2 ), 兩者相差約為 3~4 (kgf/cm 2 ) 之間 綜合以上實驗結果, 轉爐石取代量 0% 為最佳取代量, 並不會隨著轉爐石取代量增加而提升趨勢, 故瀝青混凝土之間接張力值並不會因轉爐石取代量增加而提升, 轉爐石本身粒料為多角塊狀性, 加上表 63

81 面較粗糙, 以理論推測, 轉爐石取代量越多時, 能夠隨著提升極限應力, 但實驗結果顯示與理論推測並不符合, 此現象與 Noureldin 等人 (1990) 41 的試驗結果相似, 表示材料本身具有良好特性, 若沒有適當薄膜厚度提供良好的黏著力與粒料間的互鎖能力, 依然沒有辦法展現出良好的間接張力 圖 4.22 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 )( 澄清路 ) 64

82 圖 4.23 不同轉爐石取代量之間接張力 ( 浸水 )( 中鋼廠區 ) 殘餘強度 (Tensile Strength Ratio, 簡稱 TSR) TSR 試驗主要目的是在量測瀝青混凝土對於水份浸入的情況下是否對瀝青混凝土試體造成影響的傷害, 受到外在物理作用, 如水分 空氣 溫度 交通量等影響因素, 會使瀝青黏結料本身的內聚力或瀝青與粒料之間的黏結力降低, 使得瀝青混凝土的結構強度降低, Kanitpong(2003) 等人 42 指出間接張力試驗所造成的破壞是以黏結材本身的內聚力為主, 當試體浸水後, 由瀝青和粒料間黏結力與瀝青內聚力兩者控制間接張力的破壞 圖 4.24 為澄清路不同轉爐石取代量之殘餘強度, 轉爐石取代量 65

83 40% 為最低, 其值為 70%~82%, 反之轉爐石取代量 0% 為最高, 其值為 79%~86%, 兩者相差為 4~9% 轉爐石取代量 40% 之殘餘強度皆符合國內交通部國道高速公路局及國道新建工程局所規定的規範值 75% 圖 4.24 不同轉爐石取代量之殘餘強度 ( 澄清路 ) 圖 4.25 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之殘餘強度, 轉爐石取代量 60% 為最低, 其值為 67%~79%, 反之轉爐石取代量 20% 為最高, 其值為 73%~84%, 兩者相差為 5~6% 取樣試體皆符合規範值 75%, 但隨著鋪設時間增加而下降, 主要原因為中鋼本身為十大建設廠區內載重量極大, 一台爐渣車都百噸以上, 加上廠內因環境安全衛生須每 66

84 天定時 2 小時進行灑水作業等因素造成, 進而影響到殘餘強度下降 圖 4.25 不同轉爐石取代量之殘餘強度 ( 中鋼廠區 ) 綜合以上實驗結果, 由圖 4.26 實驗結果得知最佳取代量為轉爐石取代量 0%( 澄清路 ), 轉爐石取代量增加並不會增強殘餘強度, 其次為瀝青薄膜厚度也會影響到殘餘強度試驗結果,Burak(2007) 43 提出 TSR 隨著瀝青薄膜厚度的增加而上升之結果之印象 轉爐石屬於親油性之材料, 若轉爐石取代量增加時, 因轉爐石的化學特性影響, 會提升抗剝脫的能力, 使得轉爐石化學特性與瀝青之間的黏結, 會導致殘餘強度的變化 67

85 圖 4.26 不同轉爐石取代量之殘餘強度 回彈模數 回彈模數 (Resilient Modulus, 簡稱 Mr) 係物體受力後所能回復之最大強度, 對於最佳的瀝青混凝土而言, 在溫度較低時會具有較高的黏塑性以承受應力與應變, 能夠維持適當的柔韌度, 避免裂縫產生, 即回彈模數值在低溫時不希望太高 ; 在高溫時應具有足夠的彈性以抵抗推擠所造成之變形, 並保有適當強度, 即在高溫時希望有較高的回 68

86 彈模數值 圖 4.27 回彈模數 - 澄清路 (25 ) 圖 4.27 為澄清路不同轉爐石取代量之回彈模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 57000kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 kg/cm 2 兩者差約為 kg/cm 2 69

87 圖 4.28 回彈模數 - 澄清路 (40 ) 圖 4.28 為澄清路不同轉爐石取代量之回彈模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 26000kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 kg/cm 2 兩者差約為 8000 kg/cm 2 70

88 圖 4.29 回彈模數 - 中鋼廠區 (25 ) 圖 4.30 回彈模數 - 中鋼廠區 (40 ) 71

89 圖 4.29 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之回彈模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 64000kg/cm 2, 最低為轉爐石 20% 取代量, 其值約為 kg/cm 2 兩者差約為 kg/cm 2 圖 4.30 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之回彈模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 32000kg/cm 2, 最低為轉爐石 20% 取代量, 其值約為 kg/cm 2 兩者差約為 kg/cm 2 綜合以上實驗結果得知, 中鋼廠區內轉爐石取代量 60% 為最佳取代量, 但隨著時間的增長而有下降的趨勢, 最主要原因為轉爐石本身硬度大, 隨著轉爐石的取代量增加而增高 瀝青混凝土潛變試驗 在進行潛變試驗前, 將瀝青混凝土試體依據試驗溫度 (25 及 40 ) 放置控溫槽內進行養治, 為確保瀝青混凝土內部溫度均勻達到試驗溫度, 一般養治時間是 24 小時以上 瀝青混凝土潛變模數值會影響材料永久變形量的大小, 潛變模數值在 Burger s model 中為線性假設, 若時間愈長, 所累積之變形量就會愈大, 而潛變模數值與變形量的大小成反比, 潛變模數值愈小則變形量就愈大, 潛變模數值的大小可以用來評估瀝青混凝土路面是否容易有車轍現象發生 72

90 4.8.5 靜態潛變試驗 潛變模數值會影響材料的永久變形量的大小, 若時間愈長, 所累積之變形量就愈大, 而潛變模數值與變形量的大小成正比, 潛變模數愈小則變形量就愈大, 因此由潛變模數值的大小可以預估是否容易產生車轍 一般來說, 由於瀝青是高感溫性的材料, 因此潛變模數值會隨溫度的提高而降低是可以預期的 圖 4.31 靜態模數 - 澄清路 (25 ) 73

91 圖 4.32 靜態模數 - 澄清路 (40 ) 圖 4.31 為澄清路不同轉爐石取代量之靜態模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 82000sec. kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 sec. kg/cm 2 圖 4.32 為澄清路不同轉爐石取代量之靜態模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 sec.kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 sec. kg/cm 2 兩者差約為 sec. kg/cm 2 74

92 圖 4.33 靜態模數 - 中鋼廠區 (25 ) 圖 4.34 靜態模數 - 中鋼廠區 (40 ) 75

93 圖 4.33 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之靜態模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 76000sec. kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 6000 sec.kg/cm 2 圖 4.34 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之靜態模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 sec.kg/cm 2, 最低為轉爐石 20% 取代量, 其值約為 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 5000 sec.kg/cm 動態潛變試驗 動態潛變試驗與靜態潛變試驗之主要差異在於應力作用方式不同, 利用重複加壓方式模擬瀝青混凝土鋪面受到車輛行經時荷重反覆作用之情形, 與車轍輪跡試驗受壓情形類似 實驗室加壓頻率與車輛行經速度有關, 即車輛速度愈快, 鋪面受壓時間愈短, 在實驗室的試驗加壓時間也愈短, 試驗結果以應變表示, 應變愈小即抗變形能力愈好 76

94 圖 4.35 動態模數 - 澄清路 (25 ) 圖 4.36 動態模數 - 澄清路 (40 ) 77

95 圖 4.35 為澄清路不同轉爐石取代量之動態模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 0.67 sec.kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 0.46 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 0.2 sec.kg/cm 2 圖 4.36 為澄清路不同轉爐石取代量之動態模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 40% 時為最高, 其值約為 0.3 sec.kg/cm 2, 最低為轉爐石 0% 取代量, 其值約為 0.12 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 0.18 sec.kg/cm 2 圖 4.37 動態模數 - 中鋼廠區 (25 ) 78

96 圖 4.38 動態模數 - 中鋼廠區 (40 ) 圖 4.37 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之動態模數 (25 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 0.75 sec. kg/cm 2, 最低為轉爐石 20% 取代量, 其值約為 0.55 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 0.2 sec.kg/cm 2 圖 4.38 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之動態模數 (40 ), 由實驗結果可以得知轉爐石取代量 60% 時為最高, 其值約為 0.35 sec.kg/cm 2, 最低為轉爐石 20% 取代量, 其值約為 0.24 sec.kg/cm 2, 兩者差約為 0.11 sec.kg/cm 2 79

97 4.9 震動頻率對於轉爐石瀝青混凝土之影響 瀝青混凝土壓實緊密程度多於試驗室以馬歇爾夯壓機設定不同壓實次數模擬現場壓實狀況, 斷面分別以靜態滾壓及全震動 半震動滾壓方式, 設定不同滾壓次數評估現地壓實狀況對瀝青混凝土特性之影響 不同滾壓方式之壓密度 圖 4.40 為不同滾壓次數之壓密度, 不同壓實次數現場壓實狀況, 壓密度皆有到達 100% 以上, 最佳為震動滾壓方式其值約為 103%, 最主要為震動不同頻率大小所導致, 其全震動方式頻率為最大則其壓密度為最大 80

98 圖 4.40 不同滾壓次數之壓密度 不同滾壓方式之穩定值 圖 4.41 為不同滾壓次數之穩定值, 最佳為靜態滾壓方式, 其值約為 1300kg, 最低為震動滾壓方式, 其值約為 1000kg, 兩者相差約為 300kg 震動滾壓在第九次滾壓之後開始低於半震動滾壓方式, 最主要原因為全震動滾壓方式震動頻率過大導致粒料開始有降級配的現象, 因此在於現場現場壓實狀況需注意震動頻率大是否會影響到級配降格的現象 81

99 圖 4.41 為不同滾壓次數之穩定值 不同滾壓方式之流度值 流度值主要是為再生瀝青混凝土受壓到破壞之變形量, 過大容易造成車轍, 過小則容易造成粒料黏結不足 圖 4.42 為不同滾壓次數之流度值, 半震動滾壓方式為最佳, 其值約為 9.3~10.3(0.25mm), 靜態滾壓方式為低, 其值約為 9~10.5(0.25mm), 兩者相差約為 0.2~0.3 (0.25mm) 82

100 圖 4.42 為不同滾壓次數之流度值 不同滾壓方式之 V.M.A 圖 4.43 為不同滾壓次數之 V.M.A, 半震動滾壓方式為最佳, 其值約為 16.2~16.5%, 反之靜態滾壓方式為最低, 其值約為 16.2~16.4, 兩者相差約為 0~0.2% 主要原因 V.M.A 是在探討粒料之間不加瀝青經過壓實後所佔的空隙率百分比, 轉爐石本身是個多孔隙粒料所導致 83

101 4.9.4 不同滾壓方式之 V.A 圖 4.43 為不同滾壓次數之 V.M.A 圖 4.44 為不同滾壓次數之空隙率, 靜態滾壓方式為最高, 其值約為 4.6~7.8%, 反之震動滾壓方式為最低, 其值約為 3.9~7.8, 兩者相差約為 0~0.7% 實驗結果得知全震動方式使得震動 16 次後空隙率達到 4% 左右, 主要原因為全震動滾壓方式其震動頻率大於靜態滾壓方式, 空隙率大小取決於滾壓次數和震動頻率大小 84

102 圖 4.44 為不同滾壓次數之空隙率綜合以上 4.9.1~4.9.4 小節實驗結果得知壓密度對於穩定值和 V.A 有些許關係存在, 圖 4.45 為穩定值與壓密度之比較圖, 壓密度越大時穩定值也會隨著提升, 但是不同滾壓方式有著不同之影響, 靜態滾壓方式對於穩定值還是最好的滾壓方式 85

103 圖 4.45 為穩定值與壓密度之比較圖圖 4.46 為 V.A 與壓密度之比較圖, 當空隙率降低時壓密度隨著增加, 空隙率最低為震動滾壓方式, 震動頻率大會使得空隙率有明顯降低的情況, 三個不同滾壓方式其結果皆符合規範空隙率 3~5% 之範圍內 86

104 圖 4.46 為 V.A 與壓密度之比較圖 87

105 第五章再生瀝青混凝土現地檢測 5.1 現地檢測試驗 平坦儀 路面鋪築之目的在鋪面具平坦性, 增進乘客舒適感, 及減輕車輛耗損 平坦度之測試, 在檢驗及控制路面最後鋪築面之平坦性, 或檢驗在使用中路面平坦度, 以作為路面維修之資料 本研究以高低平坦儀為新工道路平坦度檢測, 計算參數採平坦度標準差, 就平行路線方向檢驗平坦度, 平坦度標準差不得大於規範之 4mm, 超過規定者應改善至合格為止 圖 5.1 不同轉爐石取代量之標準差 ( 澄清路 ) 88

106 圖 5.2 不同轉爐石取代量之標準差 ( 中鋼廠區 ) 圖 5.1 為澄清路不同轉爐石取代量之標準差, 鋪築後約進行檢測, 實驗結果顯示轉爐石取代量 0% 20% 40% 鋪築後其值皆符合規範值, 圖 5.2 為中鋼廠區不同轉爐石取代量之標準差, 鋪築後約進行檢測, 實驗結果顯示轉爐石取代量 0% 60% 鋪築後其值皆符合規範值 因開放通車大約一年評比轉爐石對於實際道路鋪設平坦度之影響, 以目前實際檢測結果來看平坦度並無大幅變化, 但仍需以長期觀察的角度進行評比, 了解道路整體平坦度之變化 89

107 5.1.2 車轍 ( 三米直規 ) 車轍為位在輪跡處之縱向表面下陷, 沿著車轍邊可能發生鋪面上舉, 也可能併有橫向位移, 一般係由交通荷重所引起之壓密或側向位移 由圖 以實際檢測結果顯示添加轉爐石對於近期路面平坦度並沒有很大的影響關係, 最主要原因為轉爐石粒料本身硬度大, 有益延長路面舒適度 目前並無實際規範, 註 :ASTM D6433( 公路及停車場路況指數調查實務 ) 44 低嚴重性水準:6~13mm 圖 5.3 不同轉爐石取代量之標準差 ( 澄清路 ) 90

108 圖 5.4 不同轉爐石取代量之標準差 ( 中鋼廠區 ) 91

109 5.2 降溫梯度對於轉爐石瀝青混凝土之影響 圖 5.5~5.6 為不同轉爐石取代量之降溫變化, 實驗結果顯示轉爐石取代量 0% 20% 40% 降溫趨勢並沒有很明顯的差異性 鋪設初期時轉爐石取代量 40%>20%>0%, 量測結果顯示添加轉爐石可以有聚積熱能功效, 降溫數率較慢, 而經過 30 分鐘後轉爐石取代量 40 % 開始有了明顯的產生降溫現象, 主要原因是轉擄石取代量 40% 現地實際鋪設時間以接近傍晚溫度影響因子所導致, 故不能去評比轉爐石取代量 40% 產生溫度劇降 因此量測降溫變化會受到天氣溫度之影響, 故量測記錄會有變異性 圖 5.5 為不同轉爐石取代量之降溫變化 92

110 圖 5.6 為不同轉爐石取代量之降溫變化 圖 5.6~5.7 為不同轉爐石取代量之降溫變化, 以實驗結果顯示, 不同轉爐石取代量 20% 為降溫速率最低, 反之降溫速率最高者為不同轉爐石取代量 0% 為最高, 以整體看起來在 50~70 分鐘降溫速率為最高 最主要素是升溫期間影響因子為日照 氣溫及風速, 降溫期間影響因子為氣溫及風速 93

111 圖 5.7 為不同轉爐石取代量之降溫速率 圖 5.8 為不同轉爐石取代量之降溫速率 圖 5.9~10 為轉爐石不同取代量之溫度區試圖, 鋪面溫度變化規律 94

112 和氣溫變化規律相近, 接近鋪面表面溫度的變化幾乎與氣溫同步變化, 但陽光照射時間有些許差距, 隨鋪面深度的增加, 溫度上升明顯的遲滯, 於一天之中, 鋪面表面的最高溫幾乎與當日最高溫同時出現, 於日出時段, 鋪面內部各深度的溫度大致相同, 並隨氣溫及日照量增加而使鋪面溫度上升, 於日落後鋪面散發出白天所吸收之熱能, 此時鋪面表面溫度開始降低, 而面層底部溫度為最高, 隨鋪面熱能散失其溫度趨近於氣溫 圖 5.9 為轉爐石取代量 0% 之溫度趨勢圖 95

113 圖 5.10 為轉爐石取代量 20% 之溫度趨勢圖 5.3 場發射掃描式電子顯微鏡試驗 (SEM Test) 本實驗室以場發射掃描式電子顯微鏡試驗來觀察瀝青混凝土之結構及表面孔隙結構, 藉由電子顯微鏡來呈現來討論瀝青 刨除料及轉爐石添加 0% 20% 40% 60% 試體中之作用及行為 96

114 (a)1000x (b)5000x 圖 5.11 澄清路取代量 0% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.12 澄清路取代量 0% 三個月 SEM 晶像圖 97

115 (a)1000x (b)5000x 圖 5.13 澄清路取代量 0% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.14 澄清路取代量 0% 九個月 SEM 晶像圖 98

116 (a)1000x (b)5000x 圖 5.15 澄清路取代量 20% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.16 澄清路取代量 20% 三個月 SEM 晶像圖 99

117 (a)1000x (b)5000x 圖 5.17 澄清路取代量 20% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.18 澄清路取代量 20% 九個月 SEM 晶像圖 100

118 (a)1000x (b)5000x 圖 5.19 澄清路取代量 40% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.20 澄清路取代量 40% 三個月 SEM 晶像圖 101

119 (a)1000x (b)5000x 圖 5.21 澄清路取代量 40% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.22 澄清路取代量 40% 九個月 SEM 晶像圖 102

120 (a)1000x (b)5000x 圖 5.23 原料一北取代量 60% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.24 原料一北取代量 60% 三個月 SEM 晶像圖 103

121 (a)1000x (b)5000x 圖 5.25 原料一北取代量 60% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.26 原料一北取代量 60% 九個月 SEM 晶像圖 104

122 (a)1000x (b)5000x 圖 5.27 煉焦二東取代量 60% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.28 煉焦二東取代量 60% 三個月 SEM 晶像圖 105

123 (a)1000x (b)5000x 圖 5.29 煉焦二東取代量 60% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.30 煉焦二東取代量 60% 九個月 SEM 晶像圖 106

124 (a)1000x (b)5000x 圖 5.31 原料二北取代量 20% 取樣 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.32 原料二北取代量 20% 三個月 SEM 晶像圖 107

125 (a)1000x (b)5000x 圖 5.33 原料二北取代量 20% 六個月 SEM 晶像圖 (a)1000x (b)5000x 圖 5.34 原料二北取代量 20% 九個月 SEM 晶像圖 圖 5.11~5.34 為轉爐石取代量 0% 20% 40% 60% 取樣與不同 時間鑽心試體, 由圖 為轉爐石取代 20% 外觀結構, 可知表面組 108

126 成元素是由以六角針狀的鈣釩石與片狀結晶之氫氧化鈣為主 由電子顯微鏡觀察出不同添加量轉爐石會造成孔隙的現象, 隨著轉爐石取代量越多會有更多的孔隙, 但是時間越久孔隙率會有減少現象, 最主要本研究為道路實際鋪設, 經由每天車子滾壓造成孔隙隨著時間而減少, 若試體過於緊密可能會造成車轍現象發生, 轉爐石取代量多寡, 對於轉爐石瀝青混凝土強度會有所影響 5.4 紅外線熱影像 本研究以固定時間 50 分鐘, 不同的烘箱溫度為 , 轉爐石取代量為澄清路 0% 20% 40% 原料一北 60% 原料二北 20% 煉焦二東 60%, 以馬歇爾試體十字為中心, 共 5 個點位 ( 編號 : 中心為 1 上為 2 下為 3 左為 4 右為 5), 瞭解轉爐石添加於再生瀝青混凝土中之表面溫度 以圖 5.35~5.37 結果顯示, 以十字中心點代號 1 為溫度最高, 此點也是位於試體之中心點, 結果顯示試體中心點為吸熱效果最佳 以表 5.1 結果顯示, 同一溫度變化會隨著轉爐石取代量增加, 但在 110 溫度並明顯的趨勢, 最主要為實驗進行中, 對於溫度變化之影響因子, 如室內溫度 風力大小 室內濕度都會影響測量 109

127 (a) 澄清路 0% (b) 澄清路 20% (c) 澄清路 40% (d) 原料一北 60% (e) 煉焦二東 60% (f) 原料二北 20% 圖 5.35 紅外線之影像圖 ( 烘箱溫度 90 ) 110

128 (a) 澄清路 0% (b) 澄清路 20% (c) 澄清路 40% (d) 原料一北 60% (e) 煉焦二東 60% (f) 原料二北 20% 圖 5.36 紅外線之影像圖 ( 烘箱溫度 100 ) 111

129 (a) 澄清路 0% (b) 澄清路 20% (c) 澄清路 40% (d) 原料一北 60% (e) 煉焦二東 60% (f) 原料二北 20% 圖 5.37 紅外線之影像圖 ( 烘箱溫度 110 ) 112

130 表 5.1 紅外線之溫度 澄清路 0% 澄清路 20% 澄清路 40% 原料一北 60% 煉焦二東 60% 原料二北 20% 測溫點編號 溫度 ( 加熱 50 分 烘箱設定 90 ) 測溫點編號 溫度 ( 加熱 50 分 烘箱設定 100 ) 測溫點編號 溫度 ( 加熱 50 分 烘箱設定 110 ) 熱傳導係數 以表 5.2 為不同轉爐石取代量之熱傳導, 以實驗結果顯示, 轉爐 石取代量越多而增大, 但是轉爐石取代量 60% 卻比轉爐石取代量 0% 還要低, 以轉爐石取代量 20% 為最高, 其值約為 1.7 (w/m.k) 澄清路 0% 1.19 (w/m.k) 澄清路 20% 1.63 (w/m.k) 澄清路 40% 1.58 (w/m.k) 原料一北 60% 1.09 (w/m.k) 煉焦二東 60% 094 (w/m.k) 原料二北 20% 1.72 (w/m.k) 表 5.2 熱傳導量測趨勢 113

131 第六章結論與建議 6.1 結論 1. 轉爐石比重較重於天然粒料, 預期可以提供穩定值, 降低流度值, 轉爐石粒料比天然粒料較接近方形, 加入鋪面後有互鎖作用, 能提升再生瀝青混凝土之力學及耐久性 2. 轉爐石幾乎沒有扁平率問題存在, 而天然粒料約有 7% 過於扁平之粒形, 轉爐石本身空隙較多吸水率較高可能會影響穩定性, 轉爐石於磨損率 破裂面及扁平率方面皆優於天然粒料, 適合發展轉爐石鋪面技術 3. 不同轉爐石取代量之混合粒料比例添加越多時, 級配曲線會有往下降的趨勢, 可能會影響到現地鋪面耐久性之影響 4. 轉爐石添加越多其本身單位重有增加趨勢, 其中主要原因為轉爐石粒料比重高於天然粒料, 屆時可能會影響到現地鋪面粒料都集中於鋪面底層, 導致荷重承受能力下降 5. 取樣試體於實驗室檢測穩定值結果皆高於現場取樣實驗結果, 影響原因可能為現地鋪設於鐵膠輪滾壓機和橡膠輪滾壓機與實驗室馬歇爾夯打機的壓實能量之不同, 取樣粒料的粒徑分布差異性, 而在現場進行鑽心時對於試體結構的破壞性差異, 諸列影響原因可能都會造成穩定值對於現地與實驗室的差異性 114

132 6. V.M.A. 觀看轉爐石取代量, 原因為轉爐石本身粒料皆屬於多孔隙粒料所導致, 但實驗顯示結果來看轉爐石取代傳統粒料都還在規範內, 印證轉爐石可以取代傳統粒料之可行性, 增加資源再利用之推廣 7. 瀝青薄膜厚隨著轉爐石取代量增加而下降之趨勢, 且隨著時間的增加而瀝青薄膜厚度也是下降的趨勢, 主要為車輛行駛於路面輪胎會有吸附表面瀝青油膜導致時間增長而薄膜厚度下降 8. 吸油率最主要為瀝青薄膜厚度大小之影響, 吸油率高則薄膜厚度會有降低的趨勢, 反之吸油率低則薄膜厚度會有上升的趨勢 9. 轉爐石屬於親油性之材料, 若轉爐石取代量增加時, 因轉爐石的化學特性影響, 會提升抗剝脫的能力 10. 潛變模數值由於瀝青是高感溫性的材料, 因此潛變模數值會隨溫度的提高而降低是可以預期的 11. 全震動滾壓方式大於靜態滾壓方式, 空隙率大小取決於滾壓次數和震動頻率大小 12. 量測降溫變化會受到天氣溫度之影響, 故量測記錄會有變異性盡量降低, 以增進實驗的準確性 115

133 6.2 建議 1. 本研究係以金屬圈應用於不同滾壓方式, 嘗試應用於更多不同道路及不同材料, 以增加工作性及節能減碳之成效 2. 取樣試體須經由實驗室進行馬歇爾夯打能量產生級配降格的影響, 建議在馬歇爾配合設計應考慮夯打能量所產生降格所帶來之影響 116

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137 Lots Pavement Condition Index Surveys. 120

138 附錄 澄清路 0% 配合設計 121

139 澄清路 20% 配合設計 122

140 澄清路 40% 配合設計 123

141 原料二北 - 配合設計表 124

142 煉焦二東 原料一北 - 配合設計 125

143 澄清路 BOF0% 時間瀝青溫度 ( ) 表面 內部 5 15: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 澄清路 0% 降溫變化 126

144 澄清路 BOF20% 時間瀝青溫度 ( ) 表面 內部 5 17: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 澄清路 20% 降溫變化 127

145 澄清路 BOF40% 時間瀝青溫度 ( ) 表面 內部 5 16: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 澄清路 40% 降溫變化 128