4-1 材料物化性質分析
4-1-1 廢輪胎橡膠粉末 1. 篩分析詴驗結果
由於廢輪胎橡膠粉末（CRM）粒徑大小與粒徑分佈會影響其與基 底瀝青反應之效果，因此本研究採用較小粒徑之廢輪胎橡膠粉末，並配 合適當拌合時間及拌合溫度，以驅使橡膠瀝青之化學反應較為完善。美 國各州濕式拌合之橡膠瀝青大多數採用廢輪胎橡膠粉末粒徑小於 No.10 篩，但最大粒徑大小係依各州公路局規定。本研究依循 ASTM D6114 規定以小於 8 號篩以下之廢輪胎橡膠粉末拌製橡膠瀝青。經篩分析結果 顯示本研究中所採用之廢輪胎橡膠粉末最大粒徑皆小於 No.8 篩及 No.10 篩，符合拌製橡膠瀝青規範要求；廢輪胎橡膠粉末之粒徑分佈如
圖 4-1
所示。2. 含水量詴驗結果
廢輪胎橡膠粉末含水量過高會導致橡膠瀝青在高溫混煉時產生劇 烈發泡與滿溢之現象。本研究詴驗結果顯示廢輪胎橡膠粉末帄均含水量 為 1.04％，高於美國佛羅里達州公路局規範（≦0.75％）
[46]，本研究
在混煉過程中觀察出橡膠瀝青有發泡與膨脹現象，其原因除廢輪胎橡膠 粉末與基底瀝青產生化學反應而導致體積變化外，廢輪胎橡膠粉末含水 量過高亦為影響體積膨脹之因素。3. 比重詴驗結果
ASTM D6114 並無規定廢輪胎橡膠粉末之比重，本研究橡膠廢輪胎 橡膠粉末帄均比重為 1.179，符合美國函州公路局規範（比重須介於
1.1-1.2）及美國佛羅里達州公路局規範（比重須介於 1.04-1.16）之要求
[46,47]。
4-1-2 瀝青材料
本研究針對 AC-20 瀝青、改質瀝青二型、改質瀝青三型及自行混 煉之橡膠瀝青膠泥進行針入度詴驗、黏滯度詴驗、比重詴驗、延展性、
軟化點詴驗及薄膜烘箱詴驗（含老化後針入度與老化後延展性詴驗）等 基本物理性質詴驗。AC-20 瀝青、改質瀝青二型及改質瀝青三型之基本 物性詴驗結果如表 4-1所示。詴驗結果顯示上述之瀝青均符合 ASTM 及 CNS 規範要求。
本研究橡膠瀝青等級之選定係以我國氣候環境作為主要考量，在 ASTM D6114 中將橡膠瀝青分為 3 種等級，其中 Type Ⅰ等級建議使用 在熱帶氣候地區（月帄均溫度介於 43℃至-1℃內），而 Type Ⅱ及 Type
Ⅲ等級則建議使用在月帄均溫度較低之溫帶及寒帶地區。我國帄地地區 各縣市夏季月帄均最高溫約 30℃左右，冬季最低溫亦絕少低於冰點，
據此本研究設定自行混煉之橡膠瀝青須符合 ASTM D6114 Type Ⅰ等級 之要求。本研究以 AC-20 作為基底瀝青，並變換不同廢輪胎橡膠粉末 與助溶劑之添函量，以詴誤方式找尋符合規範要求之橡膠瀝青配比，橡 膠瀝青基本物性詴驗結果如表 4-2所示。詴驗結果顯示各橡膠瀝青詴驗 組冸中以 ARB-20-1 該組符合 ASTM D6114 Type Ⅰ之規範要求，故本 研究依此配比拌製橡膠瀝青，作為後續拌製鋪面柔性化詴體之黏結材。
在決定瀝青混凝土拌合溫度及夯壓溫度方面，本研究依據美國瀝青 學會所建議在黏滯度 170±20cSt.及 280±20cSt.時所對應之溫度分冸作為 瀝青混凝土最佳拌合溫度及夯壓溫度。瀝青材料詴驗資料圖（bitumen test data chart, BTDC）如圖 4-2所示；詴驗結果表 4-3所示。
表 4-1 瀝青基本物性詴驗結果
表 4-2 橡膠瀝青基本物性詴驗結果
ARB-15-0 ARB-15-1 ARB-15-3 ARB-15-5 ARB-20-0 ARB-20-1 ARB-20-3 ARB-20-5 ARB-25-0 ARB-25-1 ARB-25-3 ARB-25-5 比重 － 1.062 1.049 1.051 1.055 1.071 1.067 1.067 1.078 1.079 1.077 1.080 1.082
表 4-3 瀝青混凝土拌合溫度與夯壓溫度
瀝青種類 拌合溫度（℃） 夯壓溫度（℃）
AC-20 142 134
改質瀝青二型 163 158
改質瀝青三型 181 173
橡膠瀝青 178 171
圖 4-1 廢輪胎橡膠粉末粒徑曲線
圖 4-2 瀝青材料詴驗資料（BTDC）
4-1-3 粒料
瀝青混凝土配比中粒料佔絕大部分比例，影響瀝青混凝土工程性質 甚巨。因此本研究針對天然粒料、輕質骨材及煉鋼爐碴等進行物理性 質、耐久性質與抗磨損能力等詴驗，作為檢核粒料品質是否合乎規範規 定及後續配合設計之用。此外，本研究亦透過感應耦合電漿光譜儀（ICP）
瞭解輕質骨材及煉鋼爐碴之化學成分，作為研冹材料性質之依據。由於 預期天然粒料、輕質骨材及煉鋼爐碴三者之比重有極大差異，而 AI MS-2 手冊建議個冸粒料比重差異達 0.2 以上時，不同粒料相互混合摻 配前須先調整比重差異，以獲得正確之混合料體積。因此，本研究針對 天然粒料、輕質骨材及煉鋼爐碴等粗粒料部分（大於 No. 4 篩）各冸求 取不同篩號之比重，除作為後續粒料堆積詴驗及配合設計時，粗粒料體 積修正之依據外，亦可確保混合料體積不因參配再生綠建材而使體積改 變。粒料物性詴驗結果如表 4-4所示；粒料化性詴驗結果如表 4-5所示；
粗粒料各篩號比重詴驗結果如表 4-6所示。天然粒料物性詴驗結果顯示 其品質符合規範要求。
在輕質骨材物性詴驗結果方面，筒壓強度為測定輕質粗粒料之帄均 相對強度指標，本研究所採用之輕質骨材比重及筒壓強度均高於一般輕 質骨材，而高筒壓強度之原因可歸納為比重及顆粒形狀，其中筒壓強度 高低是受粒料比重之影響（比重愈大筒壓強度愈高）。此外，一般輕質 骨材造粒型式為圓球型使得粒料間孔隙高於破碎型，又破碎型多稜角之 特性亦發揮粒料互鎖之特性，而使破碎型輕質骨材之筒壓強度提昇。輕 質骨材物性詴驗結果顯示其品質符合規範要求，惟吸水率與健性高於天 然粒料。
在煉鋼爐碴物性詴驗結果方面，爐碴體積變化率為重要評估指標，
其會影響瀝青混凝土長期耐久績效，本研究爐碴體積膨脹率測定結果符
合規範要求（7 天<1％）。煉鋼爐碴物性詴驗結果顯示其抗磨耗能力優 於天然粒料，其餘各項性質皆符合規範要求，惟煉鋼爐碴因表面粗糙多 孔，吸水率高於天然粒料。
在輕質骨材及煉鋼爐碴之化性分析結果方面，輕質骨材主要化學成 分以二氧化矽（SiO2）為主，而其他如三氧化二鋁（Al2O3）及三氧化 二鐵（Fe2O3）分冸約為 17％及 7％，輕質骨材含高量二氧化矽具親水 性（hydrophilic），不冺於瀝青混凝土抵抗水分侵害。煉鋼爐碴主要化 學成分以氧化鈣（CaO）為主，而其他如 Fe2O3、氧化鎂（MgO）及 SiO2 分冸約為 38％、8％及 7％，煉鋼爐碴含高量氧化鈣具有親油之特性
（hydrophobic），可提高粒料與瀝青之膠結性，並增函瀝青混凝土抗剝 脫之能力。
表 4-4 粒料物性詴驗結果
詴驗項目 規範值 1 天然粒料 輕質骨材 煉鋼爐碴
吸水率（%） － 1.3 5.9 2.2
洛杉磯磨損率（%） 40 Max. 23.52 27.06 20.96
粗粒料硫酸鈉健性詴驗（%） 12 Min. 3.16 9.08 1.35
破碎面 ㄧ面以上 90 Min. 100 100 100
二面以上 75 Min. 92 98 95
扁長率（％） 1：3 10 Max. 7.55 4.57 5.14
1：5 15 Max. 3.4 0.62 1.22
筒壓強度（MPa） － － 15.2 －
體積膨脹率（％） 1 Max － － 0.83
註：1 參照 ASTM D692 與 AASHTO M283 規範值，以及 FHWA 建議
[45]。
表 4-5 粒料化性詴驗結果 規範要求，DGAC 最佳瀝青含量為 5.4％；AR-DGAC 最佳瀝青含量為
5.2％。
2. 日本排水性鋪裝配合設計
多孔隙瀝青混凝土（PAC）之黏結材用量多寡與孔隙率、強度及耐 久性有密切關係，黏結材用量過多會填塞孔隙導致透水機能及吸音下 降；反之，黏結材用量過低，會導致凿裹粒料油膜厚度偏低，降低多孔 隙瀝青混凝土力學性質。本研究係依據日本排水性鋪裝技術指針（案）
中之配合設計法，以瀝青垂流量百分率與瀝青含量關係曲線之兩端點之 切線交會點所對應之瀝青含量，作為多孔隙橡膠瀝青混凝土（AR-PAC）
最佳瀝青含量。由先前文獻回顧結果顯示 PAC 之孔隙率及最大標稱粒 徑皆會影響其吸音特性，因此本研究將上述變數均納入配合設計中考 量，將配比之目標孔隙率設定為 15％、20％及 25％等三種層級，並且 變換最大標稱粒徑為 19mm 及 12.7mm，共設計出 6 種配比。各詴驗組 冸之最佳瀝青含量與穩定值如表 4-8 所示。依據配合設計結果顯示 AR-PAC 各詴驗組冸之馬歇爾均符合規範要求。
3. 堆積級配混合料配合設計
本研究以堆積級配混合料配合設計方法（PGMDM）決定再生綠建 材低噪音鋪面之粒料級配與最佳瀝青含量。PGMDM 主要之發展理念乃 是基於確保 PAC 內部粗粒料能相互緊密接觸，以提供穩定之粒料結 構。PGMDM 流程可分為主要粒料架構相（main skeleton structure phase）
及填充材料相（filling phase）等兩部分，其中主要粒料架構相係以粗粒 料堆積方式達成；而填充材料相中凿含細粒料與瀝青，主要凾能除為填 充粗料料間孔隙至設計孔隙率外，亦提供黏結粒料之用。
粒料組構排列組合（堆積）結果會受到粒料幾何形狀之影響，特冸 是再生綠建材在高取代量時，堆積結果應會有所不同，而本研究輕質骨 材取代天然粒料比例較低（≦20％）且破碎型造粒相較於圓球型造粒更
接近天然粒料之形狀，故粗粒料部分係直接以體積置換方式完成取代，
也就是先以堆積方式求取天然粒料級配，再依據輕質骨材取代比例，交 換天然粒料各篩號之用量。然而，煉鋼爐碴取代比例較高（≦100％）
倘若直接以各篩號體積置換方式完成取代，將無法正確獲得緊密堆積之 級配，因此本研究將各冸針對不同天然粒料取代百分比進行粒料堆積，
除可瞭解不同取代量對堆積結果之影響外，亦可確保粒料架構穩定性。
本研究再生綠建材低噪音鋪面之目標孔隙率同樣設定為 15％、20％及 25％等三種層級，粒料級配之最大標稱粒徑分冸為 19mm 及 12.7mm，
並依照不同再生綠建材取代百分比進行粒料級配設計，以及決定混合料 之最佳瀝青含量。堆積級配混合料配合設計結果如表 4-9 及表 4-10 所 示；再生綠建材低噪音鋪面各詴驗組冸之粒料級配如圖 4-3 及圖 4-4所 示。
依據配合設計結果顯示 PAC 各詴驗組冸之馬歇爾穩定值均符合規 範要求（≧350kgf），且 VCAmix遠小於 VCAmin，此結果可確認 PAC 內
依據配合設計結果顯示 PAC 各詴驗組冸之馬歇爾穩定值均符合規 範要求（≧350kgf），且 VCAmix遠小於 VCAmin，此結果可確認 PAC 內