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瀝青混凝土材料特性及其熱力學參數量測方法之研究

為了解決硅藻土使用年限的問題，作者黃三哲 這樣論述：

摘要 近年來全球暖化日趨嚴重，暴冷、暴熱與暴雨的極端氣候已經對我國鋪面工程的耐久與耐候性造成衝擊性影響，已破壞之路面不能僅是表面之修復處理，採用刨鋪或加封同性質材料，造成週而復始之破壞與維修，如此除增加政府每年維修、養護之經費負擔外，更容易引發民怨，亦有浪費公帑之嫌。本研究擬藉由試驗室試驗來探討瀝青混凝土熱力學特性，並研擬試驗加入新的摻料於瀝青混凝土中，以評估求得可增加抵抗破壞能力的瀝青混凝土材料。 本研究材料主要有改質瀝青及瀝青混凝土兩大類，先將兩大類分別進行基本性質試驗。改質瀝青係以添加

水泥、泥岩兩種無機材質作為改質材，兩改質材分別以重量比添加5%、10%、20%、30%到基底瀝青膠泥（AC-20）中，均勻混合而成水泥瀝青膠體(cement asphalt, CA)與泥岩瀝青膠體(mudstone asphalt, MA)，並於實驗室進行改質瀝青之物性試驗，試驗項目包括黏滯度、軟化點、比重、延展性、針入度、回彈試驗等，經試驗結果顯示黏滯度、比重、軟化點及彈性回復率等性質會隨添加比增加而增加。另瀝青混凝土則有熱拌瀝青混凝土(hot mix asphalt concrete,HAC)、再生瀝青混凝土(recycled asphalt concrete,RAC)與轉爐石瀝青混凝土(

slag asphaltconcrete, SAC)三種試樣，由基本物性試驗發現本研究之三種試樣其穩定值和間接張力強度均為RAC>SAC>HAC。 再以本研究所研發加溫式霍普金森壓桿 (temperature split Hopkinson pressure bar, TSHPB)試驗儀，對兩大類材料進行熱—動力學試驗。本研究方法，首先備製直徑50mm25mm CA/MA 與100mm60mm HAC/RAC/SAC試體，再使用TSHPB進行不同溫度和衝擊載重下試驗(瀝青膠漿溫度為4°C和19°C，衝擊載重為2.5kg/cm2空氣壓;瀝青混凝土試體溫度為35°C、50°C和70°C

，衝擊載重為2.5、3.5、4.5和5.5kg/cm2)。研究結果顯示:5%含量的MA強度優於CA，並較具抗龜裂性。此外，由TSHPB試驗所獲得評估本研究之三種AC試樣之熱—動力學參數評估，其優劣序為RAC 與SAC相當且優於HAC。傳統AC設計以經驗公式法為主，現今設計已經趨向力學分析方法，美國AASHTO[2008]年出版mechanistic-empirical pavement design guide, MEPDG其瀝青混凝土設計已朝向力學經驗方式發展，對於熱力學參數已考量為影響瀝青混凝土設計之重要因素。一般探求熱力學參數儀器複雜不方便使用，本研究依據熱傳導與熱彈性力學理論推導中空圓

柱試體的熱應變，再設計以加熱探針加熱，並用應變計來測量馬歇爾瀝青混凝土中空試體的試驗設備與試驗程序，以探求其熱膨脹、熱縮收係數與熱傳導係數。研究結果顯示：因為探針加熱後試體的溫度場具有非均勻性，故加熱應力所造成的影響應加以考量，而經由本方法試驗與分析，可獲得本瀝青混凝土的熱膨脹係數為21.93±2.85ppm/°C，熱收縮係數為25.29±1.84ppm/°C，熱收縮比熱膨脹係數大約3.36 ppm/℃；熱傳導係數約介於1.207W/mK~2.047W/mK之間。此外與文獻相互比較，也落在文獻值區段，因此證明本新試驗方法具有方便性和可行性。