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系統識別號 U0002-3007201511055200
中文論文名稱 導電瀝青混凝土基本性質與鋪面分析
英文論文名稱 Basic Properties and Pavement Analysis of Conductive Asphalt Concrete
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 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 蕭哲翰
研究生英文姓名 Che-Han Shiau
學號 601380404
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-07-20
論文頁數 123頁
口試委員 指導教授-段永定
共同指導教授-劉明仁
委員-陳式毅
委員-葉怡成
中文關鍵字 導電瀝青混混凝土  導電材料  鋪面分析  KENLAYER 
英文關鍵字 Conductive Asphalt Concrete  Conductive material  Pavement Analysis  KENLAYER 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 世界各國最主要之路面材料為瀝青混凝土(asphalt concrete,又稱為hot mix asphalt, HMA),瀝青混凝土的電阻率約為10⁷~10⁹Ωm,屬於絕緣體材料。通過摻入適量的導電材料,改善瀝青混合料的電學性能,可望獲得多功能的瀝青混凝土。本研究採用導電瀝青混凝土之概念,在瀝青混凝土材料內添加鋼棉與石墨來取代部分的材料,進而提高其導電能力,再進行績效與電學試驗,比較不同配比之導電瀝青混凝土的差異。再進行KENLAYER程式分析,比較實驗式所測得之數值與模擬實際路面之數值差異,期望能找出最優異之配比。
研究結果顯示,石墨與鋼棉對電阻率下降之效果很顯著,但下降之一定程度後效果就非常不明顯,摻量愈高成本也會愈高,只要配比之電阻率小於100Ω.M即可,不需要添加太多。石墨對各項績效性值下降影響很大,但成本則較低;鋼棉對各項力學性值影響較小,但成本則較高。根據各數據之結果選擇G5S1.75、G7.5S1.5及G7.5S1.75這三組配比較為優異。藉由迴歸分析所得之迴歸模式可用於石墨與鋼棉對各項性質之預測,以實驗室所得之疲勞壽命來預測實際路面之疲勞壽命,以及以常溫對低溫來預測回彈模數與模擬路面之明顯疲勞裂縫與車轍破壞。
英文摘要 The main countries of asphalt concrete pavement materials (also known as hot mix asphalt, HMA), the resistivity of the asphalt concrete is about 10⁷ ~ 10⁹Ωm, belong to the insulator material. By incorporating an appropriate amount of conductive material, improving electrical properties of asphalt mixture, asphalt concrete is expected to get versatile. In this study, steel wools and graphite were utilized as ingredients to asphalt concrete material to improve the conductivity of conductive asphalt concrete. Then the performance and electrical test, compare the differences of different proportions of conductive asphalt concrete. Then KENLAYER program analysis, numerical comparison of the empirical formula of numerical simulation measured the difference between the actual road, hoping to find the most outstanding of the proportion.
Based on the results of this study, graphite and steel wool effect on the decline of the resistivity is very significant, but the decline of a certain degree of effect is very obvious, the higher the cost will be higher dosage, as long as the proportion of the electrical resistivity less than 100Ω. M, don’t need to add too much. Graphite on the performance of the value decreased a great impact, but the cost is low; little effect on the mechanical properties of steel wool value, but the cost is high. According to the results of the data of the selection G5S1.75, G7.5S1.5 and G7.5S1.75 proportion of these three groups is more excellent. By regression analysis obtained from regression models were used to predict graphite and steel wool to the character, resulting in fatigue life of the laboratory to predict the fatigue life of the actual road, as well as room temperature to low temperature to predict and simulate pavement resilient modulus the obvious fatigue and rutting.
論文目次 目錄
目錄 ......................................................................................................................................... IV
圖目錄 .................................................................................................................................... VII
表目錄 ..................................................................................................................................... IX
附錄目錄 .................................................................................................................................. X
第一章 緒論 ........................................................................................................................... 1
1-1 研究背景與動機 .......................................................................................................... 1
1-2 研究目的 ...................................................................................................................... 2
1-3 研究方法 ...................................................................................................................... 3
1-4 研究流程 ...................................................................................................................... 3
第二章文獻回顧 ....................................................................................................................... 5
2-1 瀝青混凝土 ................................................................................................................... 5
2-1-1 瀝青混凝土之組成及特性 .................................................................................... 5
2-1-2 瀝青膠泥 ................................................................................................................ 7
2-1-3 瀝青混凝土之彈性模數 ........................................................................................ 9
2-1-4 瀝青混凝土之疲勞破壞 ...................................................................................... 11
2-2 導電瀝青混凝土 ......................................................................................................... 12
2-2-1 導電水泥混凝土 .................................................................................................. 12
2-2-2 導電瀝青混凝土 .................................................................................................. 13
2-2-3 導電瀝青混凝土之電學性質 .............................................................................. 15
2-2-4 電阻率 .................................................................................................................. 16
2-2-5 導電瀝青混凝土之自癒合 .................................................................................. 17
2-2-6 導電瀝青混凝土之自診斷 .................................................................................. 19
2-2-7 導電瀝青混凝土之電熱性質 .............................................................................. 20
2-3 KENLAYER分析程式 ............................................................................................. 21
第三章 試驗計畫 ................................................................................................................. 26
3-1 試驗材料 ..................................................................................................................... 26
3-1-1 瀝青膠泥 ............................................................................................................ 26
3-1-2 粒料 .................................................................................................................... 26
3-1-3 導電材料 ............................................................................................................ 27
3-2 瀝青膠泥基本物性 ..................................................................................................... 29
3-3 粒料基本物性試驗 ..................................................................................................... 29
3-3-1 篩分析 ................................................................................................................ 30
3-3-2 比重及吸水率 .................................................................................................... 30
3-3-3 扁長率 ................................................................................................................ 31
3-3-4 洛杉磯磨損試驗 ................................................................................................ 31
3-4 馬歇爾配合設計試驗 ................................................................................................. 32
3-5 製備導電瀝青混凝土試體 ......................................................................................... 37
3-6 試驗配比決定 ............................................................................................................. 40
3-7 電阻率試驗 ................................................................................................................. 41
3-8 績效試驗 ..................................................................................................................... 41
3-8-1 穩定值試驗 ........................................................................................................ 41
3-8-2 間接張力強度試驗 ............................................................................................ 42
3-8-3 車轍輪跡試驗 .................................................................................................... 43
3-8-4 彈性模數試驗 .................................................................................................... 47
3-8-5 疲勞試驗 ............................................................................................................ 51
第四章 試驗分析與結果 ..................................................................................................... 53
4-1 瀝青膠泥基本物性結果 ............................................................................................ 53
4-2 粒料基本物性試驗結果 ............................................................................................ 54
4-3 電阻率試驗結果 ........................................................................................................ 54
4-4 瀝青混凝土績效試驗結果 ........................................................................................ 56
4-4-1 穩定值試驗結果 ................................................................................................ 56
4-4-2 間接張力強度試驗結果 .................................................................................... 58
4-4-3 車轍輪跡試驗結果 ............................................................................................ 60
4-4-4 彈性模數試驗結果 ............................................................................................ 63
4-4-5 疲勞試驗結果 .................................................................................................... 70
4-6 KENLAYER程式分析結果 ..................................................................................... 72
第五章 結論與建議 ............................................................................................................. 83
5-1 結論 ............................................................................................................................ 83
5-2 建議 ............................................................................................................................ 85
參考文獻 ................................................................................................................................ 86
附錄 ........................................................................................................................................ 90

圖目錄
圖 1- 1 研究流程圖 ................................ ................................ ...................... 4
圖 2- 1 電阻率示意圖 ................................ ................................ ................ 17
圖 2- 2 感應發熱瀝青混凝土 ................................ ................................ .... 18
圖 2- 3 層布式鋼纖維導電瀝青混凝土 ................................ .................... 19
圖 2- 4 自診斷與普通檢測點提出的養護後延長路面使用壽命對比 .... 20
圖 2- 5 等電壓升溫 -時間圖 時間圖 ................................ ................................ ....... 21
圖 2- 6 等摻量升溫 -時間圖 時間圖 ................................ ................................ ....... 21
圖 2- 7 KENLAYER 7 KENLAYER7 KENLAYER7 KENLAYER7 KENLAYER 7 KENLAYER程式操作畫面 程式操作畫面 ................................ ........................... 23
圖 2- 8 鋪面典型斷示意圖 ................................ ................................ .... 23
圖 2- 9 單軸雙輪載重之程式輸入畫面 ................................ .................... 23
圖 2- 10 典型鋪面 斷性質之程式輸入畫................................ .......... 24
圖 3- 1石墨粉末 ................................ ................................ ......................... 28
圖 3- 2 鋼棉 ................................ ................................ ................................ 29
圖 3- 3 扁長率比例卡尺 ................................ ................................ ............ 31
圖 3- 4 洛杉磯磨損試驗儀 ................................ ................................ ........ 32
圖 3- 5 導電瀝青混凝土製作流程 ................................ ............................ 40
圖 3- 6 量測電阻示意圖 ................................ ................................ ............ 41
圖 3- 7 間接張力強度試驗示意圖 ................................ ............................ 43
圖 3- 8 車轍輪跡試驗體滾壓機 ................................ ............................ 45
圖 3- 9 車轍輪跡試驗儀 ................................ ................................ ............ 47
圖 3- 10 回彈模數試驗儀 ................................ ................................ .......... 49
圖 3- 11 11 回彈模數試驗之重複載與變形示意圖 回彈模數試驗之重複載與變形示意圖 ................................ .. 50
圖 3- 12 勁度模數試驗儀 ................................ ................................ .......... 51
圖 3- 13 疲勞試驗儀 ................................ ................................ .................. 52
圖 4- 1 不同導電材料摻量之阻率圖 ................................ .................... 55
圖 4- 2 不同導電材料摻量之間接張力強度圖 ................................ ........ 59
圖 4- 3 不同導電材料摻量之車轍圖 ................................ ........................ 61
圖 4- 4 不同導電材料摻量之動態穩定值圖 ................................ ............ 62
圖 4- 5在 10 ℃時不同導電材料摻量之回彈模數圖 ................................ 64
圖 4- 6 在 25 ℃時不同導電材料摻量之回彈模數圖 ............................... 65
圖 4- 7 不同導電材料摻量之勁度模數圖 ................................ ................ 68
圖 4- 8 不同導電材料摻量以 28.33kgf 28.33kgf作用之疲勞壽命圖 作用之疲勞壽命圖 .................... 71
圖 4- 9 本研究之斷面性質示意圖 ................................ ............................ 73
圖 4- 10 不同導電材料摻量之 10 ℃𝑁𝑓圖 ................................ ................ 75
圖 4- 11 11 不同導電材料摻量之 不同導電材料摻量之 25 ℃𝑁𝑓圖 ................................ ................ 75
圖 4- 12 不同導電材料摻量之 10 ℃𝑁𝑑圖 ................................ ................ 79
圖 4- 13 不同導電材料摻量之 25 ℃𝑁𝑑圖 ................................ ................ 80

表目錄
表 2- 1 瀝青組成分表 ................................ ................................ .............. 8
表 3- 1 本研究採用之級配規範與試驗值 ................................ ................ 27
表 3- 2 AC 2 AC -20 瀝青膠泥基本物性 瀝青膠泥基本物性 ................................ .............................. 29
表 3- 3 粒料基本物性試驗項目 ................................ ................................ 30
表 3- 4導電材料摻量 ................................ ................................ ................. 40
表 4- 1 AC 1 AC -20 瀝青膠泥基本物性試驗結果 瀝青膠泥基本物性試驗結果 ................................ .............. 53
表 4- 2 粒料基本物性試驗結果 ................................ ................................ 54
表 4- 3不同導電材料摻量之阻率 ................................ ......................... 55
表 4- 4 不同導電材料摻量之穩定值 與流度................................ ........ 57
表 4- 5 不同導電材料摻量之間接張力強度 ................................ ............ 58
表 4- 6 不同導電材料摻量之動態穩定值( DS )、變形率( )、變形率( RD )與壓密 變形量( d0) ................................ ................................ ...................... 61
表 4- 7 不同導電材料摻量之回彈模數 ................................ .................... 63
表 4- 8 10 ℃與 25 ℃回彈模數迴歸分析結果 ................................ ............ 66
表 4- 9不同導電材料摻量之勁度模數 ................................ ..................... 67
表 4- 10 在 25 ℃時回彈模數 與勁度................................ ................. 69
表 4- 11 勁度模數與回彈之不同試驗條件 勁度模數與回彈之不同試驗條件 ................................ ....... 69
表 4- 12 回彈模數與勁度之迴歸分析 ................................ .............. 69
表 4- 13 一般瀝青混凝土之完整疲勞試驗 ................................ .............. 70
表 4- 14 以 28.3kgf 作用之疲勞壽命 作用之疲勞壽命 ................................ ........................ 71
表 4- 15 不同導電材料摻量之路面達到明顯疲勞裂縫允許載重複 作用次數與實驗室得出之疲勞壽命 ................................ .................. 74
表 4- 16 實驗室得出之疲勞壽命對 25 ℃之𝑁𝑓做迴歸分析結果 ............ 77
表 4- 17 25 ℃之𝑁𝑓對 10 ℃之𝑁𝑓迴歸分析結果 ................................ ........ 78
表 4- 18 不同導電材料摻量之 路面達到明顯車轍之允許載重複作用次 數與動態穩定值 ................................ ................................ .................. 78
表 4- 19 動態穩定值對 25 ℃之𝑁𝑑做迴歸分析 ................................ ........ 81
表 4- 20 25 ℃之𝑁𝑑對 10 ℃之𝑁𝑑迴歸分析 ................................ ............... 82

附錄目錄
附錄 1 粗粒料扁平率、細長試驗結果 ................................ 90
附錄 2 粗粒料洛杉磯磨損試驗結果 ................................ ........................ 90
附錄 3 粒料比重及吸水率試驗結果 ................................ ........................ 91
附錄 4 軟化點試驗結果 ................................ ................................ ............ 91
附錄 5 AC-20馬歇爾配合設計最佳瀝青含量設計結果 ......................... 92
附錄 6 拌合及夯壓溫度圖 ................................ ................................ ........ 93
附錄 7 馬歇爾配合試驗圖組 ................................ ................................ .... 93
附錄 8間接拉伸式疲勞試驗測報告 ................................ ..................... 97
附錄 9間接拉伸式勁度模數測試報告 ................................ ................... 100
附錄 10 電阻率之迴歸分析結果 ................................ ............................ 102
附錄 11 11 間接張力強度之迴歸分析結果 ................................ ................ 104
附錄 12 動態穩定值之迴歸分析結果 ................................ .................... 106
附錄 13 10 ℃回彈模數之迴歸分析結果 ................................ ................. 107
附錄 14 25 ℃回彈模數之迴歸分析結果 ................................ ................. 109
附錄 15 勁度模數之迴歸分析結果 ................................ ........................ 110
附錄 16 疲勞壽命之迴歸分析結果 ................................ ........................ 112
附錄 17 10 ℃𝑁𝑓之迴歸分析結果 ................................ ........................... 114
附錄 18 25 ℃𝑁𝑓之迴歸分析結果 ................................ ........................... 115
附錄 19 10 ℃𝑁𝑑之迴歸分析結果 ................................ ........................... 117
附錄 20 25 ℃𝑁𝑑之迴歸分析結果 ................................ ........................... 118
附錄 21 電阻率之雙因子變異數分析 ................................ .................... 120
附錄 22 間接張力之單因子變異數分析 ................................ ................ 122
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