行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
民生物質永續利用—食衣住行--子計畫三：煉鋼爐碴再利 用於低噪音路面之研究(II)
研究成果報告(完整版)
計 畫 類 別 ： 整合型
計 畫 編 號 ： NSC 95-2621-Z-011-002-
執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學營建工程系
計 畫 主 持 人 ： 沈得縣
計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：吳佳銘 碩士班研究生-兼任助理：凃敏雄
處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢
中 華 民 國 96 年 11 月 01 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
※ 民 生 物 質 永 續 利 用 — 食 衣 住 行 ※
※ 子計畫三：煉鋼爐碴再利用於低噪音路面之研究(II) ※
※ Study on Reuse of Steel Slag in ※
※ Low Noise Pavement(II) ※
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
計畫類別： □個別型計畫 ■整合型計畫 計畫編號： NSC 95－2621－Z－011－002 執行期間： 95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 計 畫 主 持 人 ： 沈得縣
參 與 人 員 ： 吳佳銘、凃敏雄
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 ■完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
處理方式： 除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、
列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權，
□一年 □二年後可公開查詢
執行單位：國立台灣科技大學營建工程系 中 華 民 國 九十六年七月三十一日
摘 要
本研究係將煉鋼爐碴部份取代天然粗粒料拌製多孔隙瀝青混凝 土，以探討煉鋼爐碴含量對多孔隙瀝青混凝土低噪音路面工程性質與 吸音特性之影響。本研究分二階段進行，第一階段探討低噪音路面之 配比方式，並建立含煉鋼爐碴低噪音路面配比設計法。第二階段進行 力學性質試驗、鋪面績效試驗、耐久性質試驗及聲學特性試驗等，以 評估煉鋼爐碴應用於低噪音路面之可行性。
研究結果顯示，在力學性質方面，馬歇爾穩定值、間接張力強度 及直接剪力強度等皆隨煉鋼爐碴含量增加而提升。耐久性質及鋪面績 效方面均能符合規範之要求。就聲學特性而言，吸音效果與較大孔隙 率及較大粒徑級配有正向關係，較厚試體其吸音係數峰值之頻率較 低；而孔隙性路面雙層化設計於上層及下層粒料粒徑相異且試體厚度 維持不變時，吸音係數峯值頻率會隨上層材料孔隙率增加而逐漸往高 頻位置移動，此外，若上層試體孔隙率達25%時，則吸音係數頻譜圖 出現「雙峯值頻率」之次數會更加頻繁，而此種現象能減低重車引擎 產生之低頻噪音及高頻率之氣泵噪音。就整體而言，煉鋼爐碴應用於 低噪音路面具有可行性，不但能達到減低路面噪音之目的更能兼顧廢 棄資源再利用之要求。
ABSTRACT
The purpose of this study is to investigate the sound absorption properties of porous asphalt mixture with various replacement proportions of crush furnace slag as coarse aggregate. The study is divided into two stages; Stage 1 develops the mix design method of porous asphalt mixture with furnace slag based on concept of particle packing. In stage 2, laboratory tests were preformed such as mechanical test, pavement performance test, durability test and acoustic property test to evaluate the feasibility of furnace slag application in low noise pavement.
From the test results, in mechanic properties, Marshall stability, indirect tension strength and direct shear strength are increased with increase of furnace slag replacement content. Durability and pavement performance meet the requirement of the standards. In acoustic property, sound absorption characteristic is positively related to larger porosity and larger aggregate grading. In general, the thicker specimen is, the frequency of sound absorption coefficient is tending to lower. In the double layer design when the aggregates size in the upper and lower levels are different and the specimen thickness is the same, sound absorption peak value moves to high frequency position with increase of air voids in upper layer. Moreover, the “two peak frequency phenomenon” has occurred while air voids of the upper layer reaches 25%. Such phenomonen may reduces the low frequcny noise and high frequency air pump noise from heavy vehicles, respectively. Based on laboratory investigations presented in this study, the application of furnance slag in low noise pavement is feasible. The furnace slag not only reduces the road traffic noise but also meets the requirement of recycling of waste resrouce.
Keywords: furnace slag, mix design method, acoustic properties, low noise pavement
目 錄
中文摘要...I 英文摘要... II 目 錄 ...III 圖 目 錄 ...VI 表 目 錄 ...IX
第一章 緒論 ...1
1.1 研究動機...1
1.2 研究目的...2
1.3 研究方法...3
第二章 文獻回顧 ...5
2.1 爐碴來源...5
2.2 爐碴性質概述...6
2.2.1 爐碴特性...6
2.2.2 物理性質...6
2.2.3 化學性質...9
2.3 爐碴資源化再利用處理...11
2.4 煉鋼爐碴應用於鋪面之特性...15
2.5 路面行車噪音產生之機理...16
2.6 低噪音路面之機理...17
2.7 路面型式對行車噪音之影響...19
2.8 多孔隙瀝青混凝土...22
2.9 柔性低噪音路面設計要點...26
2.10 孔隙性路面雙層化...27
第三章 試驗材料與試驗計劃 ...29
3.1 試驗材料...29
3.2 試驗組別配置...30
3.3 瀝青膠泥物性試驗...34
3.4 粒料物化性質試驗...39
3.4.1 比重及吸水率試驗...39
3.4.2 洛杉磯磨損試驗...39
3.4.3 扁長率試驗...39
3.4.4 健性試驗...39
3.4.5 膨脹試驗...40
3.4.7 能量散佈光譜儀（EDS）分析...40
3.5 配合設計...41
3.5.1 粒料堆積試驗...41
3.5.2 網籃法垂流試驗...42
3.6 力學性質試驗...44
3.6.1 馬歇爾穩定值試驗...44
3.6.2 間接張力強度試驗...44
3.6.3 直接剪力強度試驗...46
3.7 耐久性質試驗...47
3.7.1 浸水馬歇爾試驗...47
3.7.2 凍融循環試驗...48
3.7.3 老化試驗...49
3.8 鋪面績效試驗...50
3.8.1 車轍輪跡試驗...50
3.8.2 抗滑試驗...54
3.8.3 Cantabria 磨耗試驗 ...55
3.8.4 透水係數試驗...56
3.9 聲學特性測試...58
第四章 試驗結果分析與討論 ...60
4.1 瀝青膠泥物性試驗結果...60
4.1.1 瀝青膠泥物性...60
4.1.2 拌合溫度及夯壓溫度...60
4.2 粒料物性試驗結果...62
4.3 煉鋼爐碴化性試驗結果...63
4.3.1 掃描式電子顯微鏡觀測...63
4.3.2 能量散佈光譜儀分析...65
4.4 含煉鋼爐碴低噪音路面配合設計結果...66
4.4.1 粒料堆積...66
4.4.2 最佳瀝青含量...79
4.4.3 級配之決定...92
4.5 力學性質試驗結果...99
4.5.1 馬歇爾穩定值...99
4.5.2 間接張力強度...101
4.5.3 直接剪力強度...103
4.6 耐久性質試驗結果...105
4.6.1 浸水剝脫試驗...105
4.6.2 磨耗試驗與老化試驗...108
4.7 鋪面績效試驗結果...110
4.7.1 車轍試驗...110
4.7.2 抗滑試驗...115
4.7.3 透水試驗...117
4.8 聲學特性試驗結果...119
4.8.1 單層試體量測...119
4.8.2 雙層化試體量測...128
第五章 結論與建議 ...141
5.1 結論...141
5.2 建議...142
參考文獻...143
圖 目 錄
圖1.1 研究流程圖...4
圖2.1 輪胎路面噪音形成之機理...17
圖2.2 具反射性路面聲波傳遞示意圖...23
圖2.3 多孔隙瀝青混凝土聲音傳遞示意圖...23
圖2.5 雙層多孔隙瀝青混凝土斷面...28
圖3.1 本研究之流程...33
圖3-2 軟化點試驗 ...38
圖3-3 延展性試驗 ...38
圖3.4 SEM 電子顯微鏡 ...41
圖3.5 ASTM D4253 震動台法示意圖...43
圖3.6 粒料堆積試驗...43
圖3.7 垂流試驗之標準金屬網籃...44
圖3.8 馬歇爾穩定值試驗...45
圖3.9 間接張力強度試驗...46
圖3.10 直接剪力強度試驗...47
圖3.11 Cantabria 磨耗及老化試驗 ...50
圖3.12 車轍輪跡試體及模具...53
圖3.13 車轍輪跡試驗機...53
圖3.14 英式擺錘抗滑儀...55
圖3.15 洛杉磯磨損試驗儀...56
圖3.16 定水頭透水試驗裝置...58
圖3.17 阻抗管試驗儀...59
圖4.1 改質瀝青Ⅲ型 BTDC 圖...61
圖4.2 煉鋼爐碴 SEM 微觀照片(一) ...64
圖4.3 煉鋼爐碴 SEM 微觀照片(二)...64
圖4.4 煉鋼爐碴 SEM 微觀照片(三)...64
圖4.5 煉鋼爐碴 EDS 成分分析圖...66
圖4.6 亁式堆積法示意圖...67
圖4.7 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 0%)...68
圖4.8 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 25%)...69
圖4.9 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 50%)...70
圖4.10 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 75%)...71
圖4.11 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 100%)...72
圖4.12 標稱最大粒徑 1/2”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 0%)...73
圖4.13 標稱最大粒徑 1/2”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 25%)...74
圖4.14 標稱最大粒徑 1/2”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 50%)...75
圖4.15 標稱最大粒徑 1/2”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 75%)...76
圖4.16 標稱最大粒徑 1/2”之粒料間孔隙率曲線(爐碴比例 100%)...77
圖4.17 細粒料之粒料間孔隙率曲線(天然料)...78
圖4.18 多孔隙瀝青混凝土適量粘結料之相關性...80
圖4.19 3/4-0%最佳瀝青含量...81
圖4.20 3/4-25%最佳瀝青含量...82
圖4.21 3/4-50%最佳瀝青含量...83
圖4.22 3/4-75%最佳瀝青含量...84
圖4.23 3/4-100%最佳瀝青含量...85
圖4.24 1/2-0%最佳瀝青含量...86
圖4.25 1/2-25%最佳瀝青含量...87
圖4.26 1/2-50%最佳瀝青含量...88
圖4.27 1/2-75%最佳瀝青含量...89
圖4.28 1/2-100%最佳瀝青含量...90
圖4.29 細粒料含量與孔隙率之關係圖(標稱最大粒徑為 3/4”)...93
圖4.30 細粒料含量與孔隙率之關係圖(標稱最大粒徑為 1/2”)...94
圖4.31 最佳瀝青含量與孔隙率之關係圖(標稱最大粒徑為 3/4”)...95
圖4.32 最佳瀝青含量與孔隙率之關係圖(標稱最大粒徑為 1/2”)...96
圖4.33 馬歇爾穩定值試驗結果...100
圖4.34 25℃之間接張力試驗結果...102
圖4.35 40℃之間接張力試驗結果...103
圖4.36 直接剪力強度試驗結果...104
圖4.37 浸水馬歇爾試驗結果...106
圖4.38 凍融循環試驗結果...107
圖4.39 磨耗試驗結果...109
圖4.40 老化試驗結果...110
表4.41 車轍試驗結果(輪壓為 16.8kgf/cm2) ...113
表4.42 車轍試驗結果(輪壓為 22.2kgf/cm2)...114
圖4.43 抗滑試驗結果(乾燥)...116
圖4.44 抗滑試驗結果(濕潤)...117
圖4.46 最大粒徑 1/2”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 0%) ...120
圖4.47 最大粒徑 1/2”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 25%)...120
圖4.48 最大粒徑 1/2”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 50%)...121
圖4.49 最大粒徑 1/2”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 75%)...121
圖4.50 最大粒徑 1/2”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 100%)...122
圖4.51 最大粒徑 3/4”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 0%)...122
圖4.52 最大粒徑 3/4”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 25%)...123
圖4.54 最大粒徑 3/4”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 75%)...124
圖4.55 最大粒徑 3/4”不同孔隙率及厚度之試體(爐碴含量 100%)...124
圖4.56 孔隙率 15%不同最大粒徑及厚度之試體 ...125
圖4.57 孔隙率 20%不同最大粒徑及厚度之試體 ...126
圖4.58 孔隙率 25%不同最大粒徑及厚度之試體 ...127
圖4.59 相同標稱最大粒徑(3/4") ─上層孔隙率 15%...129
圖4.60 相同標稱最大粒徑(3/4") ─上層孔隙率 20%...130
圖4.61 相同標稱最大粒徑(3/4") ─上層孔隙率 25%...131
圖4.62 相同標稱最大粒徑(1/2") ─上層孔隙率 15%...132
圖4.63 相同標稱最大粒徑(1/2") ─上層孔隙率 20%...133
圖4.64 相同標稱最大粒徑(1/2") ─上層孔隙率 25%...134
圖4.65 上下層標稱最大粒徑 3/4"及 1/2"－上層孔隙率 15%...135
圖4.66 上下層標稱最大粒徑 3/4"及 1/2"－上層孔隙率 20%...136
圖4.67 上下層標稱最大粒徑 3/4"及 1/2"－上層孔隙率 25%...137
圖4.68 上下層標稱最大粒徑 1/2"及 3/4"－上層孔隙率 15%...138
圖4.69 上下層標稱最大粒徑 1/2"及 3/4"－上層孔隙率 20%...139
圖4.70 上下層標稱最大粒徑 1/2"及 3/4"－上層孔隙率 25%...140
表 目 錄
表2.1 國內外爐碴物理性質比較表...8
表2.2 冶煉鋼鐵爐碴化學成份...10
表2.3 台灣地區 25 廠煉鋼爐碴毒性溶出試驗(TCLP)結果 ...14
表2.4 不同形式路面面層行車噪音產生量(世界各國之研究)...19
表2.5 不同形式路面面層行車噪音產生量(美國各州之研究)...21
表2.6 各種不同路面型式降低行車噪音之程度...22
表2.7 路面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土吸音能力之影響...25
表3.1 本研究試驗組別配置...31
表3.2 雙層化試驗組別配置...32
表3.3 溫度 T℃時水之黏性修正係數 ...58
表4.1 改質瀝青Ⅲ型物性試驗結果...60
表4.2 粒料物性試驗結果...63
表4.3 煉鋼爐碴 EDS 成分分析結果...65
表4.4 粒料乾式堆積之試驗結果...79
表4.5 各組級配之最佳瀝青含量及孔隙率...91
表4.6 本研究低噪音路面之粒料級配 (標稱最大粒徑 3/4”) ...97
表4.7 本研究低噪音路面之粒料級配 (標稱最大粒徑 1/2”) ...98
表4.8 馬歇爾穩定值試驗結果...100
表4.9 25℃之間接張力試驗結果...101
表4.10 40℃之間接張力試驗結果...102
表4.11 直接剪力強度試驗結果...104
表4.12 浸水馬歇爾試驗結果...106
表4.13 凍融循環試驗結果...107
表4.14 磨耗試驗結果...109
表4.15 車轍試驗結果...112
表4.16 抗滑試驗結果...116
表4.17 透水試驗結果...118
第一章 緒論
1.1 研究動機
都會區綿密之快速道路網連接市區中心與地方生活圈，對區域發 展有絕對正面之助益，但接踵而來之噪音及振動等環境議題，卻也對 週遭居民產生莫大干擾。其中環境噪音主要來自於行車噪音，雖然 目前道路主管機關常以隔音牆之設置來減低行車噪音，但此法除對用 路人造成視覺障礙及環境破壞之外，其造價昂貴且對噪音阻隔亦非完 全有效。若採用低噪音路面則可大幅降低行車噪音，據歐、美、日等 先進國家試鋪結果顯示，低噪音路面可取消隔音牆或至少可降低隔音 屏障之高度，對環境風貌之維持、車道噪音之降低、用路人舒適性及 路面服務品質之提升均有顯著成效。
爐碴為煉鋼時所產生之副產品，經適當篩分、碎化及磁選後可資 源化應用於營建工程領域，爐碴物理性質與天然粒料相近，可應用於 道路、混凝土及地盤改良等方面，其特性為強度佳、表面粗糙、多稜 角及多孔性，其中又以多孔性可發揮吸音與隔熱之特質，極適合推廣 應用於低噪音路面，可循序改善都會區熱島效應，及減輕行車噪音對 人體危害與環境負擔，進而達到防治公害及增進國民健康之願景。
本研究係針對行車噪音公害防治與廢棄物資源化等兩項民生重
要議題進行探討，研究時利用低噪音路面以有效降低噪音公害，維護 國民健康及環境安寧，提高國民生活品質；並以煉鋼爐碴替代傳統砂 石粒料消耗工業廢棄物之儲量，增進資源回收再利用之比例，達到廢 棄物減量（Reduce）、再利用（Reuse）與再循環（Recycle）之 3R 原 則。
1.2 研究目的
本研究係採用煉鋼爐碴替代傳統砂石粒料以製作多孔隙瀝青混 凝土，應用於低噪音路面，而減輕行車噪音對環境之危害。本研究除 針對其力學性質及聲學特性進行驗證外，亦進行相關之鋪面績效評 估，以達成煉鋼爐碴廢棄物資源化之永續發展目標。
本研究之目的如下：
1. 蒐集國內外有關煉鋼爐碴與低噪音路面之文獻資料。
2. 研發含煉鋼爐碴低噪音路面材料之配比技術。
3. 探討含煉鋼爐碴低噪音路面材料之力學性質、鋪面績效及聲學特 性。
4. 評估含煉鋼爐碴低噪音路面之減噪績效。
1.3 研究方法
本研究以改質瀝青Ⅲ型作為黏結材，配合乾式堆積法調整爐碴取 代天然粒料之比例來決定粒料架構及粒料級配，再輔以理論方法求得 目標孔隙率之最佳瀝青含量，透過此配比拌製試體，並針對影響路面 減噪能力之因子(含粒料級配、孔隙率、路面厚度及多層化設計等)進 行測試，然後探討含煉鋼爐碴低噪音路面之力學性質、鋪面績效、聲 學特性及耐久性質，最後評估煉鋼爐碴再利用於低噪音路面之可行 性，研究步驟如圖1.1 之流程圖所示。
國內外文獻蒐集及整理
材料準備及試驗
含爐碴低噪音路面配比研發
試體製作
力 學 性 質 試 驗
耐 久 性 質 試 驗
鋪 面 績 效 試 驗 聲
學 特 性 測 試
結果分析與討論
結論與建議
圖1.1 研究流程圖
第二章 文獻回顧
2.1 爐碴來源
煉鋼爐碴為生產鋼鐵之鐵礦原料及其所含之粘土雜質與石灰石 助熔劑在高溫熔爐中反應而產生之熔碴。一般而言，熔碴組成主要是 來自鐵水與廢鋼中所含之鋁、矽、鐵、鉻、釩、硫、磷、錳等元素氧 化後形成之氧化物；此外尚有金屬料帶入之泥砂等；加入之造碴劑，
如螢石、石灰等；作為氧化劑或冷卻劑使用之鐵礦石、氧化鐵皮、燒 結礦等；侵蝕下來之煉鋼爐耐火材料；脫氧用合金之脫氧產物和熔碴 之脫硫產物
等【1】。
一貫作業煉鋼廠冶煉鋼鐵之過程中，每冶煉一公噸生鐵大約有 310公斤之高爐碴伴隨產出，而在轉爐煉鋼中每吹煉一公噸鋼則約有 140公斤轉爐碴產生。在爐碴資源化方面，高爐石應用於瀝青混凝土 面層之情形甚多，在早期已廣泛被利用及研究，國內外許多文獻認為 以氣冷高爐石粒料取代瀝青混凝土面層粒料值得推廣【2,3】，其物 化性質較安定，服務效能佳，附加價值也較高，已可百分之百利用；
而轉爐碴因物化性質較差，資源化利用仍有待努力。在2001年中國國 家標準(CNS)制定公告有CNS 14446(道路用鋼爐碴)國家標準，轉爐
碴可應用於道路之基層、底層及熱拌瀝青混凝土等。另經由學者之研 究發現，轉爐碴只要經過適當處理，亦可應用於水泥、混凝土、農業 及陶瓷原料等用途。至於脫硫碴經過適當之處理後，亦可應用於水泥 原料、肥料基材及土壤改良劑之用途【4】。
2.2 爐碴性質概述 2.2.1 爐碴特性
爐碴係由多種礦物組成之固熔體，一般表面粗糙，具多孔性與天 然火成岩類似。顏色大致為黑褐色，密度高、韌性大、耐磨性高、並 具有低吸水性及透水性良好等特性，適合應用於路面之鋪設材料【4】。
2.2.2 物理性質
煉鋼爐碴一般具有下列物理性質【5】：
1. 密度
由於煉鋼爐碴含鐵量較高，因此其密度較天然粒料為大，一般約 為3.1～3.6kg/cm3。
2. 單位容積重量
煉鋼爐碴之單位容積重量不但受到成份之影響，還與粒度有關。
一般而言，通過80目標準篩之碴粉，電弧爐爐碴為1.62g/cm3左右，轉
3. 耐磨性
由於煉鋼爐碴結構較為緻密，故較為耐磨。以易磨指數表示，標 準砂為1，高爐碴為0.96，而煉鋼爐碴為0.7。由於煉鋼爐碴較耐磨，
充當路面材料時較高爐碴為佳【6】。
4. 活性
C3S 、 C2S 等 為 活 性 礦 物 ， 具 有 水 硬 膠 凝 性 。 當 煉 鋼 爐 碴 中 CaO/SiO2+P2O3(鹼度)之比值大於1.8時，便含有60～80%之C3S和 C2S，並且隨著比值(鹼度)提高，C3S含量也增加，當鹼度高於2.5之 煉鋼爐碴與10%之石膏研磨，其強度可達大陸之國家標準325標號水
泥 強 度 ( 中 華 人 民 共 和 國 國 家 標 準7 天 抗 壓 強 度 15.0MPa 、 28 天 32.5MPa；7天抗彎強度3.0MPa、28天5.5Mpa)。因此，C3S、C2S含量 高之高鹼度煉鋼爐碴，可作為水泥生產原料和製造建材製品【7】。
5. 外觀
爐碴之外觀與其處理過程有密切之關連因此各國爐碴之外觀不 盡相同，但大致上皆為表面粗糙、凹凸富有菱角且具多孔性與天然火 成岩類似。
6. 比重、吸水率
由表2.1顯示，台灣爐碴比重多介於3.1～3.6之間、吸水率則介於 3～6%之間。外國爐碴方面，大陸爐碴比重3.06～3.57、美國爐碴比
重3.2～3.6，吸水率3%左右、英國爐碴比重3.4～3.5、吸水率0.5～
1.5%。各國爐碴比重及吸水率顯示，爐碴之比重及吸水率均較一般天 然骨材大。
7. 洛杉磯磨損率
表2.1所示，國內煉鋼爐碴洛杉磯磨損率約在25%上下，大陸 煉鋼爐碴洛杉磯磨損率約在22～30%、英國煉鋼爐碴洛杉磯磨損率為 15%。因此就洛杉磯磨損率而言，爐碴具有相當之耐磨性。
8. 乾搗單位重
表2.1所示，國內爐碴之乾搗單位重約在1600～1800 kg/m3，國 外方面，大陸爐碴則約在1320～1360 kg/m3、美國爐碴1600～1920 kg/m3、英國爐碴1700～1800 kg/m3。結果顯示，國內爐碴與美國及 英國爐碴之乾搗單位重相當接近，而大陸爐碴相對略低20%左右【7】。
表2.1 國內外爐碴物理性質比較表【5】
物理性質 國別 比重 吸水率
(%)
洛杉磯磨損率 (%)
乾搗單位重 (kg/cm3) 傳統碎石 2.50~2.65 1.5~3.5 25~35 1550~1850
台灣 3.10~3.60 3.0~6.0 25 1600~1800 大陸 3.06~3.57 - 22~30 1320~1360 美國 3.20~3.60 3.0 - 1600~1920 英國 3.40~3.50 0.5~1.5 15 1700~1800
2.2.3 化學性質
爐碴之主要成分如表2.2所示：
1. 氧化鈣(CaO; lime)【8】
氧化鈣為水泥及高爐爐石之主要成分，一般而言CaO含量越高其 活性亦越大。但過量之CaO會使爐碴產生析晶(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 低爐碴之活性。
2. 氧化矽(SiO2; Silica)
此成分對於形成玻璃質結構有密切關係，由於爐碴中CaO與MgO 之總含量太少，使SiO2無法充分結合形成玻璃質結構，但SiO2含量過 多時反而使活性降低。
3. 氧化鎂(MgO; Magnesia)
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之存在可使爐碴之顯 微結構較開放而增加其活性【9】。
4. 氧化鐵(Fe2O3)
一般氧化鐵含量均在1～3%範圍內，但在電弧爐爐碴之Fe2O3(包 括FeO)含量均高達30%以上，此對電弧爐爐碴混凝土是否有不利影 響，有待進一步實驗與觀察。
5. 硫(S; Sulphur)
硫一般在爐碴中呈硫化物存在(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
爐碴內可能仍含有各類物質，由於含量甚低，一般認為只會使爐 碴微觀結構更加開放，進而增加其活性【6,10】。鋼鐵冶煉過程所產 生之爐碴化學成分比較如表2.2【11,12】所示。
表2.2 冶煉鋼鐵爐碴化學成份【11,12】
電弧爐碴 成分
(%) 高爐碴 轉爐碴
氧化碴 還原碴 山土 安山岩 卜特蘭 水泥 SiO2 33.4 10.9 25.2 28.2 59.6 59.6 22.1 CaO 41.0 42.9 40.4 49.4 0.4 5.8 64.6 Al2O3 14.5 1.5 4.8 11.8 22.0 17.3 5.4
FeO 0.4 20.7 18.5 2.1 - 3.1 3.1 MgO 6.0 7.2 3.7 7.6 0.8 2.8 1.4
S 1.0 0.1 0.1 0.3 - - 2.0 MnO 0.7 5.2 6.5 0.2 0.1 0.2 - TiO2 1.5 1.4 0.3 - - 0.8 - 鹽基度
Ca/SiO2 1.0-1.3 2.5-5.0 1.2-3.0 1.5-3.5 - - 0.34
2.3 爐碴資源化再利用處理 2.3.1 毒性溶出試驗【8】
為暸解爐碴再利用對環境之影響，因此藉由毒物溶出試驗(TCLP) 來檢測爐碴中是否含有有害物質之溶出，結果如表2.3所示，各項檢 驗項目之濃度皆符合行政院環保署所公佈之有害廢棄物環保法規標 準，故可知爐碴不具毒性而可以視為一般事業廢棄物，並加以資源化 利用。
2.3.2 安定化技術
由於爐碴中存在之氧化鈣及氧化鎂會引起膨脹現象而造成體積 不穩定，影響爐碴應用於土木相關工程。為使爐碴達到工程所需之粒 料要求，因此資源化再利用前必須提高其穩定性，其穩定化處理技術 說明如下【13,14】：
1. 水淬法
利用壓力水泵噴出高壓水柱，將高溫熔碴流沖碎、冷卻成粒碴。
水淬法又分爐前水淬和室外水淬兩種方式。
2. 氣淬法
氣淬法與水淬法之處理機構稍有類似，不同處在於水淬法係直接 以高壓水柱沖碎高溫熔碴，而氣淬法則以高壓氣體代替高壓水柱沖碎
高溫熔碴。
3. 餘熱自解法
煉鋼爐碴餘熱自解，一般是利用400～800℃之高溫煉鋼爐碴淋水 後產生溫度應力及f-CaO吸水(水蒸汽)消解後產生之體積膨脹應力等 使煉鋼爐碴冷卻、龜裂及粉化。餘熱自解法有以下幾種方式：碴桶自 解、碴堆自解、封閉倉常壓自解、密封罐加壓自解。
4. 熱潑法
熱潑法是將煉鋼爐排出之熔碴先用碴桶運送到熱潑場，再將熔碴 倒在坡度為3～5%的熱潑床上，待熔碴自流成碴餅稍冷後，噴水使之 急冷，碴餅因溫度應力等而龜裂成大塊，待溫度降到300～400℃時，
在其上潑第二層、第三層…，碴餅也因為溫度反覆變化而進一步龜 裂，當碴層總厚度達到500～600 mm時，用推土機推起，用磁盤吊選 出大塊殘鋼，塊碴便可送去加工。
5. 淺盤潑法
淺盤潑法也稱為淺盤水淬法，煉鋼爐排出流動性佳之熔碴，由碴 桶倒入特製大盤中，熔碴自流成碴餅後，噴水使之急冷，碴餅龜裂成 大塊碴，當碴溫降到約500℃時，將塊碴由淺盤倒進受碴車進行第二 次噴水冷卻，碴塊繼續龜裂粉化，最後，待碴塊溫降到約200℃時，
再把碴塊由受碴車倒入碴池進行第三次冷卻，碴塊也進一步龜裂粉
化，水碴由池中取出脫水後，即可進一步加工處理。
6. 快速處理法
利用CO2及溫水對爐碴進行快速穩定化處理，CO2可來自石灰窯 廢氣或其他來源，溫度250℃，經過48小時處理後，風化膨脹率從5.1%
減少到0.2%，低於用溫水處理後之膨脹率，此法之原理是使CaO不僅 變成Ca(OH)2，而且變成CaCO3，從而提高煉鋼爐碴之穩定性。
7. 改質法
煉鋼爐出碴前將改質劑飛灰或赤土加入碴罐中，採用機械攪拌，
使碴中f-CaO降到1%以下，此法之原理是使CaO變成2CaO．SiO2和 2CaO．Fe2O3，抑制煉鋼爐碴風化膨脹。
8. 自然風化法
將煉鋼爐碴運送到碴場有規律地堆放，使煉鋼爐碴自然降溫、淋 雨、吸潮，以達到粉化目的。利用時，以挖掘機開採即可。
比較上述處理技術，改質法是提高煉鋼爐碴穩定性之最佳方法，
因為改質法使f-CaO變成鈣鹽，其穩定性優於鈣之氫氧化物。
表2.3 台灣地區25廠煉鋼爐碴毒性溶出試驗(TCLP)結果【8】
2.4 煉鋼爐碴應用於鋪面之特性
煉鋼爐碴可依照不同粒徑分佈，分成特定之料堆放置，依照級配 要求拌製成瀝青混凝土。研究顯示，煉鋼爐碴經過適當處理，在拌合 廠經過加熱與受到瀝青膠泥之包覆後，可降低爐碴膨脹之特性，對於 使用粒徑較大之爐碴(＞19mm)，應用於瀝青混凝土時，相關公路單 位建議堆置時間至少須達到30天才可使用。
煉鋼爐碴應用於瀝青混凝土在國外已有多年經驗，而含爐碴鋪面 所具備之特性如下所示【15】：
1. 煉鋼爐碴裂面比例相當高，可以提供良好之粒料互鎖能力，因此 可提鋪面相關績效。
2. 煉鋼爐碴可提高瀝青混凝土之穩定性，提供較高之承載能力。
3. 煉鋼爐碴為親油性材料，可與瀝青膠泥良好結合並提高耐久性，
降低鋪面受水分侵害而產生剝脫。
4. 煉鋼爐碴可提升鋪面抵抗車撤之能力。
5. 爐碴顏色接近灰黑色，因此使鋪面色澤更深，可使標線更為醒目，
增加用路人安全性。
6. 煉鋼爐碴擁有良好之抗滑性，可提高行車安全。
7. 煉鋼爐碴擁有較低之比熱，其保溫時間較一般粒料高，故能增加 道路鋪築及滾壓時間。
8. 煉鋼爐碴鋪面可回收再利用於再生混凝土。
9. 煉鋼爐碴表面粗糙，經鋪築滾壓後具有較大之內摩擦力作用，可 提升鋪面穩定性。
2.5 路面行車噪音產生之機理
輪胎路面噪音為車輛行駛於路面時，車輪與路面間相互作用下所 產生之噪音，形成之機理可以區分為三類：
1. 衝擊與振動 (impact and shock)
當胎面接觸路面時由於衝擊力引起輪胎結構逕向振動進而產生 噪音，而空氣在各單獨胎紋之區塊間承受壓力，如圖2.1(a)所示【16】。
衝擊與振動為低頻率噪音(<1000 Hz)，主要原因為輪胎接觸(衝擊)路 面表面時，輪胎發生變形而產生噪音。即當輪胎與路面接觸時輪胎受 到擠壓後產生振動噪音，隨之輪胎離開接觸面後再次引發振動而衍生 噪音【17】。
2. 空氣動力過程 (aerodynamic processes)
輪胎碾壓於道路表面時，空氣將陷入胎紋之區塊間，當輪胎在路 面上滾動時，空氣受到壓縮與解壓後即產生氣泵(air pumping)噪音，
如圖2.1(b)及(c)所示【16】。氣泵噪音為高頻率噪音(>1000 Hz)，且 其大小隨車速之增加而增加；在平滑路面表面時較大，於具微小表面
紋理或多孔隙之面層時則較小，其為輪胎路面噪音之主要因素【17】。
3. 輪胎路面之黏著與微滑動效應 (adhesion and micro-movement) 黏著與微滑動效應為輪胎與路面接觸時之摩擦力所產生，黏著與 微滑動效應與路面表面糙度及微紋理相關。行車噪音係由輪胎橡膠胎 塊在路面上之黏滑力作用與釋放所產生【16】。
4. 喇叭效應(horn effect)
喇叭效應為噪音於輪胎與路面間多重反射而產生之擴大效應，在 輪胎與路面表面皆具有反射性時，喇叭效應將較大，若為多孔隙路面 時則具有吸音能力，其喇叭效應亦較小【17】。
(a) (b) (c) 圖2.1 輪胎路面噪音形成之機理【16】
2.6 低噪音路面之機理
原本為增加摩擦力以促進行車安全所鋪築之開放級配瀝青混凝 土摩擦層，或為使路面上之逕流水可由路面經內部連通之有效孔隙迅 速排出之排水路面，皆由於透水面層內部具有互通之有效孔隙，能有
效降低行車噪音。低噪音路面之機理如下：
1. 增加面層孔隙之吸音作用
除了吸收引擎與傳動系統傳播至路面之噪音外，還可吸收通過車 身底盤反射回路面之輪胎噪音及其它經路面反射之噪音；其吸音之機 理類似於多孔隙吸音材料之吸音作用。
2. 降低氣泵噪音
由於面層具有互通之孔隙，輪胎與路面接觸時表面花紋槽溝中之 空氣可透過孔隙向四周溢出，因而可減少空氣壓縮膨脹所產生之噪 音，同時也可使得氣泵噪音之頻率由高頻轉為低頻。
3. 降低黏滑噪音
多孔隙路面與密級配路面兩者相較之下，多孔隙路面之輪胎與路 面接觸面積較小，有助於黏滑噪音之降低。
4. 增加路面平整度
由於路面平整可減少胎塊撞擊路面，進而降低衝擊噪音。
5. 增加路面表面紋理
路面表面紋理可減少輪胎與路面接觸而產生黏著與微滑動效應。
2.7 路面型式對行車噪音之影響
車輛行駛於道路所產生之噪音大小，會隨路面形式而不同。依據 美國與世界各國噪音量測資料顯示，車輛行駛於卜特蘭水泥混凝土 (Portland Cement Concrete, PCC)路面所產生之噪音，一般皆大於密級 配熱拌瀝青混凝土(Hot Mix Asphalt, HMA)路面約3 dB(A)左右。此 外，在一些實際案例中顯示以瀝青混凝土加鋪於水泥混凝土路面時，
加鋪前後噪音降低達8 dB(A)。
密級配瀝青混凝土路面不具減噪之功能，但相較於水泥混凝土路 面行車噪音較低；水泥混凝土路面之行車噪音大小受到糙度、掃紋方 向性，溝紋深度及寬度影響。因此，選擇路面面層型式將有助於降低 路面噪音。表2.4與表2.5分別表示世界各國與美國各州在不同形式路 面面層之行車噪音產生量，表2.6則歸納出各種不同路面型式對行車 噪音降低之程度【19】。
表2.4 不同形式路面面層行車噪音產生量(世界各國之研究)【18】
國家/單位 (提出報告年 份)
評估面層型式 一般性結論
世界道路協會
（1993）
HMA, OGFC, PCC, Chip Seal
1. HMA 72-79.5 dB(A) 2. OGFC 69-77 dB(A) 3. PCC 76-85 dB(A)
4. 噪音量測結果顯示 HMA 較 PCC 最小 能減少4 dB(A)之噪音量
比利時
（1994）
HMA, OGFC, PCC
1. HMA 噪音量低於 PCC（舊路面）3.4 dB(A)
2. OGFC 噪音量低於 PCC 7.5 dB(A) 3. OGFC 噪音量低於 PCC（採橫向掃紋）
10.5dB(A) 英國
（1993）
Rolled Asphalt 1. OGFC 噪音量低於熱滾瀝青混凝土面 層
2. OGFC 噪音量低於 PCC 6-7 dB 英屬哥倫比亞,
加拿大（1999）
HMA, OGFC 路面經 3 年服務後，OGFC 噪音量低於 HMA 3-5 dB(A)
義大利
（1990）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 3 dB(A) 德國
（1990）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 4-5 dB(A) 瑞典
（1990）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 3.5-4 dB(A) 法國
（1990）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 3-5 dB(A) 荷蘭
（1990）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 約 3 dB(A) 北歐國家
（1994）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 3-5 dB(A) 丹麥道路學會
（1992）
HMA, OGFC OGFC 噪音量低於 HMA 4 dB(A) 義大利
（1998）
HMA, SMA 在車輛行駛速度為 110 km/h 時，量測 SMA 與 HMA 之面層噪音量比較後，
SMA 可減少 7 dB(A)之噪音量 德國
（1991 與 1998）
HMA, SMA SMA 噪音量低於 HMA 2.0-2.5 dB(A)
註：HMA：密級配熱拌瀝青混凝土 OGFC：開放級配瀝青摩擦層 PCC：卜特蘭水泥混凝土 SMA：石膠泥瀝青混凝土
表2.5 不同形式路面面層行車噪音產生量(美國各州之研究)【18】
州/單位
（提出報告年 份）
評估面層型式 一般性結論
美國聯邦運輸 部
（1995）
HMA, OGFC, PCC
美國聯邦運輸部國家運輸中心量測並蒐 集許多州之行車噪音資料，並為美國聯 邦公路總署建立噪音模式，以汽車量測 噪音結果顯示：
1. PCC 噪音量大於 HMA 約 3 dB(A) 2. OGFC 噪音量低於 HMA 約 1.5 dB(A) 威斯康辛州
（1997）
HMA, PCC HMA 噪音量低於 PCC 約 2-5 dB(A) 密西根州
（2002）
HMA, SMA, PCC
使用CPX 法（close proximity method），
考慮蒐集之噪音資料在行車速率為 60 mph 時(約 96 km/h)，且試驗輪胎具有明 顯胎紋，量測噪音結果顯示：
1. HMA=98.8 dB(A)、SMA=98.3 dB(A) 2. PCC=98.9-100.8 dB(A)，其中 PCC 表 面若以鑽石刀刨磨處理，噪音量測值 為98.9，大約與 HMA 相等
奧勒岡州
（1994）
OGFC, PCC OGFC 與 PCC 兩種路面型式相互比較，
OGFC 噪音量低於 PCC 5.7-7.8 dB(A) 馬里蘭州
（1990）
OGFC, PCC OGFC 噪音量低於 PCC 2.3-3.6 dB(A) 紐澤西州
（1994）
HMA, SMA, PCC
分別將 HMA 與 PCC 加鋪 SMA 面層，
量測加鋪前後噪音值改變情形，量測環 境為下午交通忙碌時段，量測噪音結果 顯示：
1. SMA 噪音量小於 PCC 4.1dB(A)，小 於HMA 2.1dB(A)
2. 加 鋪 前 HMA 之 噪 音 量 小 於 PCC 4.1dB(A)
明尼蘇達州
（1979, 1987 and 1995）
HMA, OGFC, PCC
1. OGFC 噪音量低於 HMA（於 1979 年 之研究）
2. 在這三次研究結果顯示，OGFC 噪音 量低於PCC
美國聯邦 公路總署
（1975）
HMA, OGFC, PCC
噪音程度研究成果顯示，在亞利桑納 州、加州、內華達州平均dB(A)值，OGFC 噪音量低於HMA 約 2 dB(A)，HMA 噪
音量低於PCC 2 dB(A) 德州
（2003）
OGFC, PCC 於現存連續式鋼筋混凝土路面（CRCP）
上 加 鋪 上 使 用 橡 膠 瀝 青 拌 合 而 成 之 OGFC，平均道路兩旁噪音由 85 減低至 71 dB。
密西根州
（2000, 2001）
HMA, SMA,
PCC 1. 第一個研究案例顯示，底特律西方 275 號 洲 際 公 路 ， 使 用 Superpave HMA 噪音量低於 PCC 4-5 dB(A) 2. 第二個研究案例顯示，安那寶市西方
94 號洲際公路，使用 12.5mm 粒徑大 小之 SMA 噪音量低於 12.5mm 粒徑 大小之Superpave HMA 大約 4 dB(A) 馬里蘭州
（1994）
HMA, SMA SMA 平均噪音量低於 HMA 1 dB(A) 威斯康辛州
（1993）
HMA, SMA 量測結果類似馬里蘭州，SMA 平均噪音 量低於HMA 1 dB(A)
註：HMA：密級配熱拌瀝青混凝土 OGFC：開放級配瀝青摩擦層 PCC：卜特蘭水泥混凝土 SMA：石膠泥瀝青混凝土
表2.6 各種不同路面型式降低行車噪音之程度【19】
路面型式 dB(A) 多孔隙瀝青混凝土（PA） -3～-5【20】
開放級配瀝青摩擦層（OGFC） -4 石膠泥瀝青混凝土（SMA） -2 密級配熱拌瀝青混凝土（HMA） 0（參考組）
卜特蘭水泥混凝土（PCC） +3
2.8 多孔隙瀝青混凝土(PA)
多孔隙瀝青混凝土(PA)之粒料級配係以大量粗粒料及少量細粒 料所組成，級配類型屬於殘缺級配，藉以產生較大孔隙率；通常 PA
有良好之排水或透水能力。PA 在 1970 年代中期於西班牙、英國、法 國、荷蘭、瑞士、比利時等歐洲國家已廣泛使用，亞洲國家中最早為 日本於 1980 年引進並從事相關研究與發展。使用 PA 之主要目的為 提高行車舒適與安全性，增加雨天路面摩擦力，減低車輪所帶起之水 霧。此外，PA 由於具有大量之連通孔隙，因此具有較高吸音係數可 減低行車噪音【21】。Nelson 研究顯示當路面面層為多孔隙時聲音傳 播至接收者之路徑較長，路基亦可吸收部分噪音【22】，具反射性路 面及多孔隙混凝土聲音傳遞如圖2.2 及圖 2.3 所示【18】。
圖2.2 具反射性路面聲波傳遞示意圖【18】
圖2.3 多孔隙瀝青混凝土聲音傳遞示意圖【18】
根據歐洲國家實測孔隙率20％之多孔隙瀝青混凝土路面噪音之 結果顯示，多孔隙瀝青混凝土路面較傳統密級配瀝青混凝土路面可降 低噪音量3～6 dB(A)，雨天甚至可降低約8 dB(A)。比利時與瑞士等國 在使用多孔隙瀝青混凝土時之經驗亦發現有降低行車噪音之能力
【23,24】。法國Rhone省與Michelin研究室合作，從1988年起針對低 噪音路面進行研究，研究結論是採用加厚多孔隙瀝青混凝土路面可降 低噪音約10dB。許多國家試驗結果顯示使用多孔隙瀝青混凝土(厚度 為4公分，孔隙率介於15至20％間)，可以降低3至6dB(A)噪音量【25】。
日本於1980年代開始研究低噪音量路面，初步評估多孔隙瀝青混 凝土新工完成後可減少3~5dB(A)噪音量，可是經過開放通車一年後減 噪能力下降1dB(A)，但研究發現可以有效回復排水績效，然而無法回 復減噪績效；研究結果亦證明PA具有良好減低行車噪音之效果【20】。
影響多孔隙瀝青混凝土吸音及減噪效果因素可歸納如下：
1. 孔隙率：一般而言多孔隙瀝青混凝土孔隙率愈大減噪效果愈好，
根據日本研究顯示以同厚度(5公分)之密級配瀝青混凝土及孔隙 率分別為20％及25％之多孔隙瀝青混凝土相較之下，孔隙率愈高 減噪效果愈佳【26】。
2. 粒料粒徑及路面厚度：道路面層粒料最大粒徑愈大減噪效果愈
表2.7 路面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土吸音能力之影響【28】
面層型式 粒料粒徑 (mm)
厚度 (mm)
最大吸音頻率 (Hz)
最大吸音率
（%）
密級配AC 0-16 - - -
多孔隙AC 8-11 50 900 87 多孔隙AC 6-16 55 840 89
多孔隙AC 4-8 60 810 95
雙層多孔隙
AC 4-8 (top) 25（頂層）
40（底層） 600 92
圖2.4 路面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土減噪之影響【28】
2.9 柔性低噪音路面設計要點
選擇合適之柔性路面型式可有效降低行車噪音，現階段常應用 於高交通量之柔性減噪路面，如開放級配摩擦層(OGFC)、多孔隙瀝 青混凝土(PA)及石膠泥瀝青混凝土(SMA)等路面，但需針對不同道路 等級及路面材料特性進行路面減噪設計，以發揮最佳之減噪績效。通 常柔性低噪音路面設計要點為【18】：
1. 若車輛以高速行駛，路面材料最高吸音係數峯值頻率域需設計在 1 kHz。反之，若車輛行駛速率較慢時，路面材料最高吸音係數峯值 頻率域則需設計在 600Hz。設計時可藉由調整減噪路面之厚度，
以改變設計之頻率域。
2. 選擇具有表面開口或孔隙率高之柔性路面，可大幅降低由於輪胎 碾壓至路面時所產生之空氣動力(aerodynamic)影響，亦即降低胎塊 間 空 氣 受 壓 與 解 壓 之 氣 泵(air pumping) 噪 音 及 喇 叭 效 應 (horn effect)。典型具有表面開口之柔性路面諸如開放級配摩擦層與多孔 隙瀝青混凝土等。
3. 儘量維持路面之平整性，以減低輪胎接觸路面時所產生衝擊 (impact)與振動(vibration)噪音。可採用較小之最大粒徑之粒料提高 路面之平整性。
4. 柔性低噪音路面除需要具備優良之減噪能力外，亦需兼顧安全、
耐久及低成本等設計要求。
2.10 孔隙性路面雙層化【29】
孔隙性路面雙層化之理念首先由荷蘭在1990年代提出，主要是將 鋪設於路面單層之多孔隙瀝青混凝土，區分為上層與下層兩部分，通 常上層所採用之粒料粒徑較小，底層所採用之粒料粒徑較大，且各層 間孔隙率至少為20％。荷蘭稱此新型路面材料為雙層多孔隙瀝青混凝 土(two-layer porous asphalt)，其發展緣由主要為避免鋪設於都市環境 中之多孔隙瀝青混凝土開口孔隙被落塵及雜物堵塞，進而降低路面排 水及減噪之績效；典型雙層多孔隙瀝青混凝土斷面如圖2.5所示。荷 蘭在1995年於其境內試鋪結果顯示其具有良好之耐久性與減噪能 力，爾後義大利、丹麥、德國及日本等國家亦採用雙層多孔隙瀝青混 凝土，作為減輕行車噪音之參考方法【30】
圖 2.5 雙層多孔隙瀝青混凝土斷面【29】
第三章 試驗材料與試驗計劃
3.1 試驗材料 3.1.1 瀝青膠泥
本研究所採用之瀝青膠泥為勇宗瀝青公司所提供之品質符合 CNS 14184 規範之改質瀝青Ⅲ型。本研究針對此瀝青膠泥進行各項基
本物性試驗，檢驗是否符合規範要求，而試驗結果可做為後續相關試 驗與試體製作之依據。
3.1.2 粒料與級配
本研究所採用之粒料有兩種，分別為力泰拌合廠提供之天然碎石 粒料及中聯公司提供之氣冷高爐石，填充料則採用市面上之石粉，各 材料依ASTM 之相關試驗方法檢驗。於確定粒料符合規範要求後，
將粒料分批清洗、烘乾及篩分，並依各篩號分桶儲放。製作試體時按 設計級配之各篩號停留百分比重量逐一秤取，以期符合設計級配之要 求。
本研究中低噪音路面所採用之粒料級配基於提高粒料間點接觸 面積增加單位體積中粒料用量，提高粒料間互鎖效應及摩擦力而達到 整 體 粒 料 架 構 最 穩 定 。 因 此 粒 料 級 配 採 乾 式 堆 積 法(dry packing method, DPM)決定，並透過振動壓實之方法以確保粒料間緊密接觸。
最大堆積密度係利用ASTM D4253震動台法找出。孔隙率係參考日本
排水性鋪裝技術指針之精神，採用試誤法調整細粒料在粗粒料中之比 例，配合垂流試驗，以最佳瀝青含量製作試體，找出在目標空隙率下 之最佳級配。
爐碴取代天然粒料方面，由於爐碴比重高於天然粒料，故配料計 算時需透過重量修正，以維持體積比例之關係。
3.2 試驗組別配置
本研究採用改質瀝青Ⅲ型作為黏結材，以天然粒料與煉鋼爐 碴作為粗細粒料，利用石粉取代停留及通過No.200 篩之細粒料及 填充料。煉鋼爐碴取代天然粗粒料(No.4 以上)之體積分別為 0％、25
％、50％、75％及 100％，並納入影響路面減噪能力之因子為試驗變 數，其中標稱最大粒徑含3/4＂及 1/2＂；孔隙率有 15%、20%及 25%；
厚度有30mm、63.5mm 及 100mm；雙層化設計則為變換上、下層標 稱最大粒徑及孔隙率之排列組合。其試驗配置如表 3.1 及表 3.2 所示。
本研究之試驗項目包含瀝青材料與粒料物理性質試驗、含爐碴低 噪音路面配比設計相關試驗、力學性質試驗、耐久性質試驗、鋪面績 效試驗及聲學特性測試等，其試驗工作如圖3.1 之流程所示。
表3.1 本研究試驗組別配置 試驗組別配置代號 目標孔隙率 說明
(%) 標稱最大粒徑
(mm) 爐石取代比例 (%)
15%-3/4-0% 0 15%-3/4-25% 25 15%-3/4-50% 50 15%-3/4-75% 75 15%-3/4-100%
15 19 100
15%-1/2-0% 0 15%-1/2-25% 25 15%-1/2-50% 50 15%-1/2-75% 75 15%-1/2-100%
15 12.7
100
20%-3/4-0% 0 20%-3/4-25% 25 20%-3/4-50% 50 20%-3/4-75% 75 20%-3/4-100%
20 19 100
20%-1/2-0% 0 20%-1/2-25% 25 20%-1/2-50% 50 20%-1/2-75% 75 20%-1/2-100%
20 12.7 100
25%-3/4-0% 0 25%-3/4-25% 25 25%-3/4-50% 50 25%-3/4-75% 75 25%-3/4-100%
25 19 100
25%-1/2-0% 0 25%-1/2-25% 25 25%-1/2-50% 50 25%-1/2-75% 75 25%-1/2-100%
25 12.7 100 註：阻抗管吸音係數試驗每種配比製作30mm、63.5mm及100mm
等3種厚度之試體。
