Introduction to Introduction to
Asphalt Pavement Asphalt Pavement
Recycling
Recycling
Advantages Advantages
Reduced Cost of ConstructionReduced Cost of Construction
Conservation of Aggregate and BindersConservation of Aggregate and Binders
Preservation of Existing Pavement Preservation of Existing Pavement Geometrics
Geometrics
Preservation of EnvironmentPreservation of Environment
Conservation of EnergyConservation of Energy
Less User DelayLess User Delay
Recycling is One of the Various Recycling is One of the Various
Rehabilitation Alternatives
Rehabilitation Alternatives
Why Rehabilitate?
Why Rehabilitate?
Why Rehabilitate ? Why Rehabilitate ?
Inadequate Ride QualityInadequate Ride Quality
Excessive Pavement DistressExcessive Pavement Distress
Reduced Surface FrictionReduced Surface Friction
Why Rehabilitate ? Why Rehabilitate ?
(Continued) (Continued)
Excessive Maintenance RequirementExcessive Maintenance Requirement
Unacceptable User CostsUnacceptable User Costs
Inadequate Structural Capacity for Planned Inadequate Structural Capacity for Planned Use or Projected Traffic Volumes
Use or Projected Traffic Volumes
Recycling Methods Recycling Methods
Hot Mix RecyclingHot Mix Recycling
Hot InHot In--Place RecyclingPlace Recycling
Cold InCold In--Place RecyclingPlace Recycling
Full Depth ReclamationFull Depth Reclamation
RAP RAP
Reclaimed Asphalt Pavement
Reclaimed Asphalt Pavement
Hot Mix Recycling: Process Hot Mix Recycling: Process
RAP is Combined with New Aggregate and RAP is Combined with New Aggregate and Asphalt Binder or Recycling Agent in a Hot Asphalt Binder or Recycling Agent in a Hot
Mix Plant. Mix is Transported to Paving Site, Mix Plant. Mix is Transported to Paving Site,
Placed, and Compacted.
Placed, and Compacted.
Virgin RAP
Aggregate
Hot Mix Recycling in a Drum Mix Plant
Hot In
Hot In - - Place Recycling: Process Place Recycling: Process
Existing Asphalt Surface is Heated, Scarified Existing Asphalt Surface is Heated, Scarified to a Depth from 20 to 40 mm, Scarified
to a Depth from 20 to 40 mm, Scarified
Material Combined with Aggregate and/or Material Combined with Aggregate and/or
Asphalt Binder and/or Recycling Agent and Asphalt Binder and/or Recycling Agent and
Compacted. New Overlay may or may not be Compacted. New Overlay may or may not be
Provided.
Provided.
Preheater
Preheater Heater/Scarifier
Paver Roller
Hot In-Place Recycling: Surface Recycling
New Mix Heater
Repaving Machine
Hot In-Place Recycling: Repaving
Hot In-Place Recycling: Remixing
Virgin Material
Heater Scarifier Heater
Remixing Machine
Pugmill Recycled
Mix
Cold In
Cold In - - Place Recycling: Process Place Recycling: Process
Existing Asphalt Pavement Milled (75 to 100 Existing Asphalt Pavement Milled (75 to 100 mm Depth), RAP Reduced if Needed, Mixed mm Depth), RAP Reduced if Needed, Mixed
with Recycling Agent, Placed, and with Recycling Agent, Placed, and
Compacted.
Compacted.
Milling
Machine Crusher
Mixer-Paver Cold In-Place Recycling
Full Depth Reclamation: Process Full Depth Reclamation: Process
All HMA Layers and Predetermined All HMA Layers and Predetermined
Thickness of Underlying Material Pulverized, Thickness of Underlying Material Pulverized,
Stabilized with Additives, Shaped, and Stabilized with Additives, Shaped, and
Compacted. A Surface Course is Applied.
Compacted. A Surface Course is Applied.
Full Depth Reclamation
Reclaiming Machine Water
Tanker Roller
Primary Distress Primary Distress
SurfaceSurface
DeformationDeformation
CrackingCracking
Raveling
Bleeding
Polished Aggregate
Corrugation
Rutting
Thermal Cracking
Summary Summary
Recycling Techniques are Available to Address Specific Pavement Distress and/or Pavement Structural Requirement
Introduction to Asphalt Introduction to Asphalt
Pavement Recycling Pavement Recycling
??? ???
材料因子探討 材料因子探討
路基土壤 路基土壤
基層材料 基層材料
底層材料 底層材料
面層材料 面層材料
路基土壤 路基土壤 探討 探討
路基之土壤取樣 路基之土壤取樣
土壤分類 土壤分類
土壤壓實 土壤壓實
路基土壤 路基土壤 ( ( 變化大,僅下達 變化大,僅下達 1.5m) 1.5m)
固態 固態
液態 液態
氣態 氣態
類別 通過以下篩號的百分比 通過No.40(0.425mm)篩 土壤的性質
土壤說明 No.10
(2.00mm) No.40
(0.425mm) No.200
(0.075mm) 液性限度
(LL) 塑性指數
(Pl)
A-1 最大值50 最大值50 最大值25 最大值6 級配優良礫石或砂,略含
細料
A-2 最大值35 砂與礫石含較多細料
AASHTO路基土壤分類表(單位:%)
路基土壤之優劣比較 路基土壤之優劣比較
優劣比較 優至良 尚可至不良 不適
土壤類別 A-1, A-2, A-3 A-4, A-5, A-6, A-7 A-8
評估 評估 路基土壤 路基土壤 性質方法 性質方法
1.1. 液性限度液性限度((土壤分類土壤分類)):求液性與:求液性與塑性間之含水量塑性間之含水量
2.2. 塑性塑性限度限度((土壤分類土壤分類)):求:求塑塑性與半固態性與半固態間含水量間含水量
3.3. 塑性指數塑性指數((土壤分類土壤分類)):求其:求其塑塑性態性態間含水量範圍間含水量範圍
4.4. 篩分析篩分析((土壤分類土壤分類))
5.5. 壓密試驗壓密試驗((求含水量與密度之關係求含水量與密度之關係) )
6.6. CBRCBR法法((路面厚度設計路面厚度設計)):承載能力:承載能力
7.7. RR值法值法((路面厚度設計路面厚度設計)):承載能力:承載能力
8.8. 回回彈彈模數模數MMRR值法值法((路面厚度設計路面厚度設計)):承載能力:承載能力
路基土壤取樣位置之選定,應使用 路基土壤取樣位置之選定,應使用
隨機取樣法選定。
隨機取樣法選定。
1. 1. CBR CBR 法: 法: 100 100 公尺至 公尺至 200 200 公尺。 公尺。
2. 2. R R 值法: 值法: 60 60 公尺至 公尺至 150 150 公尺。 公尺。
3.M 3.M
RR值法: 值法: 60 60 公尺至 公尺至 150 150 公尺。 公尺。
HW(HW(一一): ):
U11 55.3%×3650= 2018.5(總數)×1.79= 3613(計) U12 10.7%×3650= 390.6(總數)×1.44 = 562(計) U21 1.9%×3650= 69.4(總數)×2.63 = 182(計) S112 28.8%×3650= 1051.2(總數)×5.04= 5298(計) S122 0.6%×3650 = 21.9(總數)×2.57 = 56(計) F2111 0.4%×3650= 14.6(總數)×5.18 = 76(計) F1211 2.3%×3650= 83.9(總數)×4.9 = 411(計) S113 0.01%×3650= 0.36(總數)×10.2 = 3.7(計)
單向年交通量:800000×0.5×365=1.46×108 單向年平均重車量:1.46×108 ×0.25=3.65×107
HW(HW(一一): ):
目前年軸荷重當量 =[6313+562+182+、、、]×10000
=1.02×108ESAL
十年之成長倍數[(1+r)n-1] ÷r =11.46 (r=3%) 十年之設計單軸當量=1.02×108×0.5×11.64
=5.85×108ESAL
M M
RR( ( 路基土壤強度值)之推求 路基土壤強度值)之推求
1.1.無無MMRR值試驗資料值試驗資料
若是無若是無MMRR值試驗資料,可參考值試驗資料,可參考AASHTOAASHTO設計方設計方 法之建議公式:
法之建議公式:
((11))CBRCBR::
MMRR ((MpaMpa))=10.3 =10.3 ××CBRCBR
MMRR ((psipsi))=1500 =1500 ××CBRCBR
使用上述兩式時,路基土壤需為細顆粒土壤使用上述兩式時,路基土壤需為細顆粒土壤
,且,且CBRCBR值要小於值要小於1010。。
M M
RR( ( 路基土壤強度值)之推求 路基土壤強度值)之推求
1. 1. 無 無 M M
RR值試驗資料 值試驗資料
若是無 若是無 M M
RR值試驗資料,可參考 值試驗資料,可參考 AASHTO AASHTO 設計方 設計方 法之建議公式:
法之建議公式:
( ( 2 2 ) ) R R 值: 值:
M M
RR( ( Mpa Mpa ) ) =8+3.8R =8+3.8R 值 值
M M
RR( ( psi psi ) ) =1155+555R =1155+555R
使用上述兩式時,
使用上述兩式時,MMRR值要小於值要小於30000psi30000psi。。
路基土壤壓實標準 路基土壤壓實標準
1. 1. 距路基頂層面 距路基頂層面 30 30 公分以內者,路基土壤 公分以內者,路基土壤 壓實度不得小於用
壓實度不得小於用 AASHTO T180 AASHTO T180 ( ( 改良夯壓 改良夯壓 試驗法)所得最大乾密度之
試驗法)所得最大乾密度之 95% 95% 。 。 ( ( 填方適 填方適 用 用 ) )
2. 2. 距路基頂層面大於 距路基頂層面大於 30 30 公分者,路基土壤 公分者,路基土壤 壓實度不得小於用
壓實度不得小於用 AASHTO T180 AASHTO T180 ( ( 改良夯壓 改良夯壓 試驗法)所得最大乾密度之
試驗法)所得最大乾密度之 90% 90% 。 。 ( ( 挖方、 挖方、
填方適用 填方適用 ) )
MR值推求對照表格
M M
RR( ( 路基土壤強度值)之選定 路基土壤強度值)之選定
M M
RR值選定依交通量設計: 值選定依交通量設計:
交通量 設計ESAL 路基土壤%
輕 10000↓ 60 %
中 10000至1000000 75 %
重 1000000↑ 87.5 %
●路基土壤之改良:
可加入石灰、飛灰、瀝青、水
泥材料與土壤。
基層材料探討 基層材料探討
基層材料之級配 基層材料之級配
基層材料之品質 基層材料之品質 : : 基層粗粒料 基層粗粒料 停留於( 停留於( 10 10 號篩( 號篩( No.10 No.10 )) )) 上應為 上應為 質地堅韌之石料,經洛杉磯磨耗試驗,
質地堅韌之石料,經洛杉磯磨耗試驗,
其磨損率不得超過
其磨損率不得超過 50% 50% 。 。
基層材料之級配 基層材料之級配
試驗篩(mm)
容許級配範圍 實際級配與所選定級配之許可差
通過方孔試驗篩之重量百分率(%)
50.0 100 -3
37.5 90-100 ±5
4.75(No.4) 30-60 ±10
0.075(No.200) 0-12 ±5
基層材料之品質 基層材料之品質
試驗 最小CBR值 最小R值 最大液性限度 最大塑性指數 最小含砂當量
標準值 20 55 25 6 25
通過200號篩(No.200)之最大百分比:12%
底層材料探討 底層材料探討
底層材料之級配 底層材料之級配
底層材料之品質 底層材料之品質 : :
1.1.底層粗粒料停留於(底層粗粒料停留於(4號篩(4號篩(No.4No.4))上應為堅韌之石料或上應為堅韌之石料或 卵石,經洛杉磯磨耗試驗,其磨損率不得超過
卵石,經洛杉磯磨耗試驗,其磨損率不得超過50%50%。。
2.2.底層細粒料(通過底層細粒料(通過4號篩(4號篩(No.4No.4))為砂及通過為砂及通過200200號篩(號篩(
No.200
No.200))之細粒土壤。通過之細粒土壤。通過200200號篩(號篩(No.200)No.200)之材料數之材料數 量須在通過
量須在通過40號篩(40號篩(No.40No.40))之之2/3以下。2/3以下。
底層材料之品質 底層材料之品質
試驗 最小CBR值 最小R值 最大液性限度 最大塑性指數 最小含砂當量標準值 80 78 25 NP 35
通過200號篩(No.200)之最大百分比:7%
瀝青材料面層
瀝青材料面層 探討 探討
全厚度瀝青路面優點 全厚度瀝青路面優點
1. 1. 無滯留水之顧慮,對底層及路床具最 無滯留水之顧慮,對底層及路床具最 好保護 好保護
2. 2. 施工期限可縮短 施工期限可縮短
3. 3. 鋪設厚度 鋪設厚度 〉〉 〉〉 10cm 10cm 時,鋪築作業不 時,鋪築作業不 受低溫影響
受低溫影響
4. 4. 總路面厚度較薄,減少砂石用量 總路面厚度較薄,減少砂石用量
HW(二): MR(Mpa)=8+3.8R (R =29.5)
HW(HW(二二): ):
M
R(Mpa)=8+3.8R (R =29.5) =120.9 Mpa T.I. = 13 → → =2.145×10
7ESAL
使用MAAT設計圖(全厚度瀝青路面) 查出
=385mm
重交通量(ESAL≧1000000)其試驗 R值
87.5 % ≧設計 R值
MAAT(
MAAT( 年 年 平均氣溫 平均氣溫 ) )
2424。。CC
設計軸重當量
路基土壤MR
108 107
106 105
104 103
102
101
121Mpa
2.145*107
375mm
400mm
水泥混凝土面層 水泥混凝土面層
1.1.
疲勞分析( 疲勞分析( Fatigue Analysis Fatigue Analysis ) ) 2. 2. 侵蝕分析( 侵蝕分析( Erosion Analysis Erosion Analysis ) )
抗彎 抗彎 ( ( 疲勞 疲勞 ) ) 強度 強度
破裂模數(modulus of rupture,MR),
Sc,為其抗壓強度平方根之8-10倍。
在決定設計期間、交通量及載重安全因素(Load Safety Factor)下,考慮水泥混凝土路面之疲 勞及侵蝕因素,做為路面厚度之設計依據。
典型路面材料彈性模數
(psi)Portland cement concrete 4x106 Cement-treated base 2x106 Soil cement materials 1x106 Lime-fly ash materials 1x106 Stiff clay 12000 Medium clay 8000 Soft clay 5000 Very soft clay 3000
不同材料彈性模數(typical)
水泥混凝土 4×106 psi 水泥處理底層 2×106 psi 土壤水泥材料 1×106 psi
石灰飛灰材料 1×106 psi硬黏
土 12000 psi中度黏土
8000 psi軟黏土 5000
psi很軟黏土 3000 psi
典型路面材料波松比
(poisson ratio)Hot mix asphalt 0.35 Portland cement concrete 0.15 Untreated granular materials 0.35 Cement-treated granular materials 0.15 Cement-treated fine-grained soils 0.25 Lime-stablilized materials 0.20 Lime-fly ash mixtures 0.15 Loose sand or silt sand 0.30 Dense sand 0.35 Fine-grained soils 0.40 Saturated clay 0.45
不同材料Poisson Ratio (典型)
瀝青混凝土 0.35 水泥混凝土 0.15 未處理粒狀材料 0.35 水泥處理粒狀材料 0.15 水泥處理細粒狀土壤 0.25 石灰穩定材料 0.20 石灰飛灰拌合料 0.15 鬆砂或沉泥砂 0.30
緻密砂 0.35
細粒狀土壤 0.40 飽和軟黏土 0.45
MAAT(
MAAT( 年 年 平均氣溫 平均氣溫 ) )
7 7
。。C C 15.6
15.6
。。C C 24 24
。。C C
設計軸重當量
路基土壤MR
108 107
106 105
104 103
102
101
121Mpa
2.145*107
AASHTO AASHTO 柔性路面設計法 柔性路面設計法
式中,W18:設計當量軸次 ZR:常態標準差(可靠度)
S0 :總標準偏值
△PSI:P0-Pt(初始服務指數與終極服務指數之差值)
MR:路基土壤強度(psi)
SN:結構係數
AASHTO
AASHTO 依上式製成設計諾莫圖( 依上式製成設計諾莫圖( Nomograph Nomograph ) )
結構係數 結構係數 ( ( SN SN ) ) 之計算 之計算
=a
1D
1+a
2D
2m
2+a
3D
3m
3式中,
a1、a2、a3:面層、底層及基層等材料強度係數 m2、m3 :底層、基層之排水係數
D1、D2、D3:面層、底層及基層等厚度(英吋)
五種材料強度層係數:瀝青混凝土面層、碎石級配料 底層、碎石級配料基層、水泥處理底層及瀝青處理底 層。
M
R值推求對照表格:
若有調查當地詳細的MR 值資料,則可經由右圖 之計算表配合一旁的對 照尺度推得每月不同月 之MR值所對應之μf (破 壞力係數),再將所有 的μf 加總予以平均,反 推得當地之MR值。
各層材料強度係數之求法 各層材料強度係數之求法
以a
1面層瀝青混凝土為例,有公式解及查圖 兩種求法。
(1)公式解
a
1=0.394×log|E
AC|-1.787
式中E
AC=密級配瀝青混凝土彈性模數
(2)由圖2.5 查之可得a
1值
2.a
2之求法
以碎石級配料底層為例,有公式解及查圖 兩種求法。
(1)公式解
a
2=0.249×logE
BS-0.977
式中E
BS=底層碎石級配料之彈性模數
(2)由圖2.6查之可得a
2值
3.a
3之求法
以礫石級配料基層為例,有公式解及查圖 兩種求法。
(1)公式解
a
3=0.227×logE
BS-0.839
式中E
BS=底層碎石級配料之彈性模數
(2)由圖2.7查之可得a
3值
圖2.8 AASHTO水泥處理底層層係數建議值查詢圖
圖2.9 AASHTO瀝青處理底層層係數建議值查詢圖
R R 值法 值法
設計瀝青路面厚度,可使用之數種材料,作比較 設計瀝青路面厚度,可使用之數種材料,作比較
設計,以求得最適切之路面。
設計,以求得最適切之路面。
卵石當量厚度
(ft);
G.E. = 0.0032×
T.I.×
(100 – R) 路面結構材料 強度規格 卵石當量係數瀝青混凝土面層 略 2.00
瀝青處理底層 略 1.70
水泥穩定處理底層 略 1.40
石灰穩定處理底層 略 1.30
碎石級配料 CBR》100 1.25 混合料基層 CBR》20 1.00
HW(HW(三三): ):
卵石當量厚度
G.E. = 0.0032×
T.I.×
(100 – R) G.E. = 0.0032×
13×
(100 – 29.5) =2.933ft全厚度瀝青路面 =2.933÷2.00 = 1.4664ft
= 44.70cm
三層路面 =2.933
×
30.48 – 30×
1.00 –30×
1.25= 21.90 (cm)卵石當量厚度
= 10.95cm瀝青混凝土面層
碎石級配料
HW(HW(三三): ):
假設三層路面:
其面層M
R=400000psi(查圖2.5得a
1=0.42),底層 M
R=30000psi (查圖2.6得a
2=0.14) ,
基層M
R=11000psi (查圖2. 7得a
3=0.08)
基層排水係數m
2與底層排水係數m
3數值查表
濕度 排水品質
小於1% 1%-5% 5%-25% 大於25%
優良 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20
良好 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00
普通 1.25-1.15 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80
較差 1.15-1.05 1.05-0.8 0.80-0.60 0.60
極差 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
HW(HW(三三): ):
=0.42 × 4.31in.面層 +0.14 × 11.81in. 底 層
+0.08 × 11.81in.基層 = 4.408
HW(HW(三三):):瀝青處理底層瀝青處理底層30cm30cm
卵石當量厚度
G.E. = 0.0032×
T.I.×
(100 – R) G.E. = 0.0032×
13×
(100 – 29.5) =2.933ft全厚度瀝青路面 =2.933÷2.00 = 1.4664ft
= 44.70cm
三層路面 =2.933
×
30.48 – 30×
1.00 –30×
1.70= 8.40 (cm)卵石當量厚度
= 4.2cm瀝青混凝土面層
瀝青處理底層
HW(HW(三三):):瀝青處理底層瀝青處理底層30cm30cm
=0.42 × 1.65in.面層 +0.14 × 11.81in. 底 層
+0.08 × 11.81in.基層 = 3.29
AASHTO柔性路面厚度之設計:
首先分別推估SN1、SN2及SN3之值,再由以下計算公式設計基層、底 層、面層之厚度。
AASHTO柔性路面厚度之設計
環境因子探討 環境因子探討
霜凍膨脹 霜凍膨脹 (frost heave) (frost heave) 發生於路基土壤 發生於路基土壤
1.易受霜凍膨脹的土壤 2.緩慢下降的氣溫
3.水源供給
環境因子探討 環境因子探討
霜凍膨脹→路基土壤 霜凍膨脹→路基土壤
冰凍時
雪融時 正常模數
冰凍開始 12個月
第五章 路面排水工程設計
目的:排水工程設計目的旨在防 止地面水造成道路損壞、影響行 車安全,並兼顧原有排水功能及
環境品質。
排水工程設計基本原則
一、路面排水系統之設計,以立即排水為原 則,依所研選之頻率降雨強度、道路之種類等 級、地區降雨特性、排水構造物、風險損失等
因素,採合理公式方法推算。
二、路面排水設施之佈設,以不使積水侵入車 道、不妨礙行車安全及易於清理維護為原則。
三、於路肩或中央分隔帶設淺溝、明溝、明溝
加蓋或暗溝、進水口。
公路排水設置位置示意圖5-1 淺溝、
明溝、
明溝加蓋 或暗溝、
吊溝、
集水井、
人孔、
進水出口
雨量記錄設計逕流量
計算雨水逕流量得考慮排水面積、地表特 性、降雨強度等因素,逕流量計算公式如下。
Q:逕流量(立方公尺/秒)
C:為逕流係數
I:為降雨持續時間t 分鐘內之平均降雨率(公 釐/小時)
A:為排水面積(公頃)
暴雨持續時間(分)
逕流係數 C值
不透水地面 透水地面
5 0.50 0.10
10 0.60 0.20
20 0.80 0.34
30 0.85 0.40
45 0.90 0.45
60 0.94 0.50
註:瀝青路面逕流係數採用固定值0.85