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系統識別號 U0002-2008201217460000
中文論文名稱 剛性鋪面面層添加瀝青鋪面刨除料之工程性質研究
英文論文名稱 Properties of Reclaimed Asphalt Pavement-Filled Concrete of Rigid Pavements
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 張博豪
研究生英文姓名 Po-Hao Chang
學號 699380258
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-07
論文頁數 128頁
口試委員 指導教授-劉明仁
委員-林炳森
委員-陳式毅
中文關鍵字 瀝青鋪面刨除料  刨除料混凝土  韌性試驗  剛性鋪面  力學分析 
英文關鍵字 reclaimed asphalt pavement (RAP)  rigid pavements  toughness  stress analysis 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 國內每年產生瀝青鋪面刨除料(RAP)數量龐大,若能粒料化作為混凝土粒料再生利用,可協助解決砂石料短缺與廢棄物處置之問題。剛性鋪面(即水泥混凝土鋪面)之強度與耐久性優於柔性鋪面,惟韌性較差(近似脆性材料),若將RAP添加於剛性鋪面面層中,可增加剛性鋪面材料之韌性,改善其脆性破壞之趨勢。
本研究選用粒徑分佈ASTM No. 4篩∼No. 200篩之瀝青鋪面刨除料,以重量比0%、30%、60%比例取代天然粒料添加於水泥混凝土中,矽灰取代量則為水泥重量之0%及15%,製作水泥混凝土試體,進行含刨除料之水泥混凝土相關工程性質與績效試驗,並針對剛性鋪面面層之水泥混凝土版塊施加輪軸荷重與溫度翹曲,代入有限元素法分析程式進行力學模擬分析,以探討含刨除料之剛性鋪面面層之疲勞壽命特性。根據本研究試驗結果與剛性鋪面力學分析結果,獲得主要結論如下:
1.新拌混凝土性質方面,刨除料取代粒料用量增加時,因刨除料吸水率較天然粒料低,混凝土坍度略為增加。刨除料含有瀝青,比重比天然粒料略低,因此添加刨除料之混凝土單位重略微降低。
2.硬固混凝土力學性質方面,含有刨除料混凝土之抗壓強度、劈裂強度、抗彎強度皆隨刨除料含量增加而降低,其中混凝土抗彎強度隨刨除料降低之比率較抗壓強度低。
3.混凝土績效方面,含有刨除料混凝土破壞時之允許變形量增加,延展性提升,降低脆性破壞且韌性提升。添加刨除料混凝土試體之Cantabira磨耗百分比皆未超過之35%建議值,顯示刨除料混凝土具有抵抗粒料顆粒脫落飛散之能力。
4.剛性鋪面力學分析方面,由於各組彈性模數值較接近(邊緣荷重應力值也較接近),添加刨除料組別之抗彎強度卻較未添加刨除料組別低,因此添加刨除料組別之應力比較高,可能降低疲勞壽命。
英文摘要 Large quantity of reclaimed asphalt pavement (RAP) is produced each year from roadway maintenance work. In addition to current being recycled in HMA, the RAP might be used as aggregates for rigid pavements, and therefore help to alleviate the problems of natural aggregate shortage and waste disposal. Portland cement concrete (PCC) as rigid pavement surface is a brittle material, e.g., low in ductility. The addition of RAP to the PCC in rigid pavements might improve the toughness of concrete.
This study was to investigate the properties of concrete with the inclusion of RAP. RAP (4.75mm~0.075mm in size) were used to replace portions of fine aggregate in concrete. RAP replacement rates of 0%, 30%, and 60% by weight of aggregate and silica fume replacement rates of 0%, and 15% by weight of cement were also arranged. Laboratory tests were performed on mortar, fresh and hardened concrete specimens, and stress analysis was executed for the RAP included concrete pavement. Based on the results of laboratory tests and stress analysis, major conclusions were summarized as follows:
1.The unit weight of of the RAP included concrete generally decreased with increasing RAP content because of the lower specific gravity of RAP.
2.The compressive, splitting, and flexural strengths of the RAP included concrete generally decreased with increasing RAP content. The reduction rate of the flexural strength was lower than that of the compressive strength in our study.
3.The measured deformations at failure of the RAP containing concrete were generally higher than that of the concrete without RAP. This was the indication of the improvement of ductility and toughness of the RAP containing concrete.
4.The results of the stress analysis showed that the stress ratios of the RAP containing concrete were generally higher than that of the concrete without RAP. The fatigue life of the RAP containing concrete might be shorter due to its higher stress ratio.
論文目次 第1章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法與流程 2
第2章 文獻回顧 5
2-1 瀝青鋪面刨除料於柔性鋪面之應用 5
2-1.1 國內外瀝青鋪面刨除料之相關規定 7
2-1.2 瀝青鋪面刨除料之TCLP試驗分析結果 9
2-2 瀝青鋪面刨除料於剛性鋪面之應用 12
2-2.1 相關研究及成果 13
2-2.2 韌性值改善 19
2-3 剛性鋪面力學分析 23
2-3.1 分析目的及方法 23
2-3.2 刨除料混凝土應用於剛性鋪面之力學分析 25
第3章 研究計畫 29
3-1 實驗室試驗規劃 29
3-1.1 試驗材料 29
3-1.2 試驗規劃與組別配置 32
3-1.3 混凝土配比設計 33
3-1.4 試體規劃與製作 35
3-1.5 試體養護 37
3-2 試驗方法及步驟 37
3-2.1 粒料基本物性試驗 37
3-2.2 新拌混凝土性質試驗 41
3-2.3 硬固混凝土力學性質試驗 42
3-2.4 混凝土績效試驗 46
3-3 剛性鋪面力學分析 50
3-3.1 版塊參數設定 52
3.3.2 有限元素法模型建立 54
3-3.3 作用於剛性鋪面版塊之應力 54
3-3.4 應力比 55
第4章 試驗結果分析與討論 57
4-1 粒料基本物性試驗結果 57
4-2 新拌混凝土性質試驗結果 59
4-3 硬固混凝土力學性質試驗結果 63
4-3.1 硬固混凝土抗壓強度試驗結果 63
4.3.2 硬固混凝土劈裂強度試驗結果 68
4-3.3 硬固混凝土抗彎強度試驗結果 70
4-3.4 硬固混凝土超音波試驗結果 73
4-3.5 硬固混凝土力學性質試驗結果綜合分析 75
4-4 混凝土績效試驗結果 76
4-4.1 混凝土韌性試驗結果 76
4-4.2 Cantabria 磨耗試驗結果 79
4-4.3 混凝土績效試驗結果綜合分析 82
4-5 剛性鋪面力學分析結果 82
4-6 混凝土成本比較 86
第5章 結論與建議 88
5-1 結論 88
5-2 建議 91
參考文獻 93
附錄 96
附錄一、粒料基本物理性質試驗結果 96
附錄二、新拌混凝土性質試驗結果 105
附錄三、硬固混凝土力學性質試驗結果 107
附錄四、混凝土績效試驗結果 114
附錄五、變異數分析與Duncan 多重比較結果 117
附錄六、剛性鋪面力學分析結果 119
圖目錄
圖 1-1 本研究流程 4
圖 2-1 混凝土與添加刨除料之混凝土裂縫擴張比較 13
圖 2-2 計算韌性指標之標準化劈裂試驗曲線圖 21
圖 2-3 混凝土劈裂試驗結果之載重-變形量曲線圖 21
圖 2-4 混凝土之韌性指標比較 21
圖 2-5 混凝土28天齡期之應力-應變(Σ-Ε)曲線圖 22
圖 2-6 混凝土之韌性值比較 22
圖 2-7 典型之邊緣荷重範例 24
圖 2-8 版塊翹曲示意圖 24
圖 2-9 混凝土應力比與疲勞壽命之關係 25
圖 2-10 應力分析之有限元素模型 26
圖 2-11 載重作用於角隅及邊緣示意圖 26
圖 3-1 瀝青鋪面刨除料(RAP) 30
圖 3-2 卜作嵐材料矽灰 31
圖 3-3 混凝土抗壓強度試驗 43
圖 3-4 混凝土劈裂強度試驗 44
圖 3-5 混凝土抗彎強度試驗 45
圖 3-6 超音波試驗儀 46
圖 3-7 CHARPY 衝擊試驗試體 48
圖 3-8 CHARPY 衝擊試驗儀 49
圖 3-9 洛杉磯磨損試驗儀器 50
圖 3-10 CANTABRIA 磨耗試驗試驗前後之試體 50
圖 3-11 KENSLABS 程式操作畫面 51
圖 3-12 剛性鋪面力學分析流程圖 52
圖 3-13 版塊厚度、彈性模數及波松比之輸入界面 53
圖 3-14 邊緣荷重格網示意圖 54
圖 3-15 荷重作用及版塊尺寸示意圖 55
圖 4-1 新拌混凝土各組別坍度試驗結果比較圖 61
圖 4-2 新拌混凝土各組別單位重試驗結果比較圖 62
圖 4-3 硬固混凝土各組別抗壓強度試驗結果比較圖(7天齡期) 64
圖 4-4 硬固混凝土各組別抗壓強度試驗結果比較圖(28天齡期) 65
圖 4-5 28天混凝土抗壓強度兩因子交互影響 65
圖 4-6 硬固混凝土各組別抗壓強度試驗結果比較圖(56天齡期) 67
圖 4-7硬固混凝土各組別劈裂強度試驗結果比較圖 69
圖 4-8 28天混凝土抗壓強度之添加矽灰及刨除料含量比較 69
圖 4-9 混凝土各組別抗彎強度試驗結果比較圖(28天齡期) 71
圖 4-10 28天混凝土抗彎強度兩因子交互影響 71
圖 4-11 混凝土各組別抗彎強度試驗結果比較圖(56天齡期) 73
圖 4-12 混凝土各組別超音波試驗結果比較圖 75
圖 4-13 28天齡期混凝土應力-應變曲線 78
圖 4-14 水泥砂漿各組別衝擊試驗結果比較 79
圖 4-15混凝土各組別磨耗試驗結果比較 80
圖 4-16 磨耗係數之因子交互影響 81
圖 4-17 混凝土各組別應力比分析結果比較(第一類) 84
圖 4-18 混凝土各組別應力比分析結果比較(第二類) 85
表目錄
表 2-1 再生資源應用於營建工程 6
表 2-2 國內各工程單位刨除料使用狀況及規定比較 8
表 2-3 一般廢棄物品質分類標準 10
表 2-4伊利諾州TCLP試驗結果 11
表 2-5 佛羅里達州TCLP試驗結果 12
表 2-6 瀝青鋪面刨除料添加於混凝土相關研究整理 14
表 2-7 瀝青鋪面刨除料應用於水泥混凝土之相關試驗研究 18
表 2-8 剛性鋪面最大拉應力和應力比計算(角隅荷重) 27
表 2-9 剛性鋪面最大拉應力和應力比計算(邊緣荷重) 28
表 3-1 刨除料回收瀝青性質之試驗結果 30
表 3-2 瀝青鋪面刨除料抽油後篩分析之試驗結果 31
表 3-3 矽灰成分 32
表 3-4 強塑劑說明 32
表 3-5 水泥混凝土試驗規劃表 33
表 3-6 水泥砂漿與混凝土組別配置名稱及說明 33
表 3-7 水泥砂漿試驗配比組別總表 34
表 3-8 混凝土試驗配比組別總表 35
表 3-9 水泥砂漿試驗組別之砂漿試體數量計算 35
表 3-10 混凝土試驗組別之圓柱試體數量計算 36
表 3-11 混凝土試驗組別之抗彎樑試體數量計算 36
表 3-12 混凝土試驗組別之馬歇爾試體數量計算 37
表 3-13 粒料基本物性試驗 38
表 3-14 五度循環硫酸鈉試驗所秤取之試樣重 40
表 3-15 新拌混凝土性質試驗 41
表 3-16 硬固混凝土力學性質試驗 42
表 3-17 混凝土績效試驗 47
表 3-18 力學分析版塊參數設計 53
表 3-19 版塊頂部及底部溫度差 55
表 4-1 採用一般鋪面之混凝土級配 58
表 4-2 瀝青鋪面刨除料篩分析 58
表 4-3 粒料基本物性試驗結果 59
表 4-4 新拌混凝土坍度試驗結果 61
表 4-5 新拌混凝土單位重試驗結果 62
表 4-6 混凝土抗壓強度試驗結果(7天齡期) 64
表 4-7 混凝土抗壓強度試驗結果(28天齡期) 65
表 4-8硬固混凝土抗壓強度之二因子變異數分析結果 66
表 4-9 刨除料含量多重比較結果 66
表 4-10 硬固混凝土抗壓強度試驗結果(56天齡期) 67
表 4-11 混凝土彈性模數及波松比試驗結果(28天齡期) 68
表 4-12 硬固混凝土劈裂強度試驗結果(28天齡期) 69
表 4-13 混凝土抗彎強度試驗結果(28天齡期) 71
表 4-14 硬固混凝土抗彎強度之二因子變異數分析結果 72
表 4-15 刨除料含量多重比較結果 72
表 4-16 混凝土抗彎強度試驗結果(56天齡期) 73
表 4-17 28天齡期混凝土超音波試驗與抗壓強度關係 74
表 4-18 混凝土超音波試驗結果(28天齡期) 75
表 4-19 硬固混凝土韌性試驗結果 77
表 4-20 水泥砂漿試體衝擊試驗結果 79
表 4-21 混凝土試體磨耗試驗結果 80
表 4-22 混凝土磨耗係數之二因子變異數分析結果 81
表 4-23 刨除料含量多重比較結果 82
表 4-24 剛性鋪面承受18-KIP邊緣荷重力學分析結果(第一類) 84
表 4-25 剛性鋪面承受18-KIP邊緣荷重力學分析結果(第二類) 85
表 4-26 本研究使用之材料價格 87
表 4-27 試驗組別之初步成本 87
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32.行政院環保署,廢棄物代碼查詢網址:http://ivy5.epa.gov.tw/epalaw/
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