關鍵產業與消費型物質之綠色管理---再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究(III)

(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

關鍵產業與消費型物質之綠色管理--再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究（III)

研究成果報告(完整版)

計畫類別：整合型

計畫編號： NSC 98-2621-M-011-001-

執行期間： 98 年 08 月 01 日至 99 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

公開資訊：本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

中華民國 99 年 10 月 31 日

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※ 關鍵產業與消費型物質之綠色管理 ※

※子計畫六：再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究 (Ⅲ) ※

※

Application of the Recycled Green Building Materials

※

in Low Noise Pavement (Ⅲ)

※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

計畫類別： □個別型計畫 ■整合型計畫計畫編號： NSC 98－2621－M－011－001 執行期間： 98 年 8 月 1 日至 99 年 7 月 31 日計畫主持人：沈得縣

參與人員：李承効、楊家科

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九十九年十月三十一日

(3)

(4)

再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究 (Ⅲ)

中

文摘要

本研究第三期係採用廢棄混凝土再生粒料作為再生綠建材，用以取代部份天然粗粒料拌製多孔隙瀝青混凝土，以探討廢棄混凝土再生粒料應用於低噪音鋪面之可行性。研究時採用改質瀝青III 型及水泥瀝青膠漿等兩種黏結料拌製詴體，並分二階段進行探討，第一階段探討含廢棄混凝土再生粒料多孔隙瀝青混凝土配比設計法；第二階段進行力學性質、

鋪面績效、耐久性質及聲學特性等詴驗。以探討廢棄混凝土再生粒料應用於低噪音鋪面之可行性。

研究結果顯示，廢棄混凝土再生粒料可使用改質瀝青 III 型及水泥瀝青膠漿拌製多孔隙瀝青混凝土，但採用水泥瀝青膠漿作為黏結料不頇高溫拌合，可有效減低空氣污染及能源消耗。就力學性質而言，各種多孔隙瀝青混凝土之馬歇爾穩定值及間接張力強度皆隨廢棄混凝土再生粒料含量增加而提升。就耐久性質及鋪面績效而言，各種多孔隙瀝青混凝土均符合規範要求。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；而廢棄混凝土再生粒料取代比例與吸音係數峯值之頻率呈反向關係，詴體厚度亦與其吸音係數峯值之頻率呈反向關係；而孔隙性路面雙層化設計於上層及下層粒料粒徑相異且詴體厚度維持不變時，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。就整體而言，廢棄混凝土再生粒料應用於低噪音鋪面具有可行性，

廢棄混凝土再生粒料適合作為再生綠建材。

關鍵字：再生綠建材、粒料堆積、水泥瀝青膠漿、低噪音鋪面

(5)

Application of the Recycled Green Building Materials in Low Noise Pavement (Ⅲ)

ABSTRACT

The purpose of this study is to investigate the sound absorption properties of porous asphalt mixture with various replacement proportions of recycled concrete as coarse aggregate.Using polymer-modified asphalt and cement asphalt paste binder to mix specimens. The study is divided into two stages; Stage 1 discussion the mix design method of porous asphalt mixture with recycled concrete 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 recycled concrete application in low noise pavement.

From the test results, in this study, asphalt cement paste to be binder does not need high-temperature mixing, can effectively reduce air pollution and energy consumption.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. Based on laboratory investigations presented in this study, the application of recycled concrete in low noise pavement is feasible.

Keywords: recycled green building materials,aggregate accumulation,cement

asphalt paste , low noise pavement

(6)

中文摘要 ... I 英文摘要 ... II 目錄 ... III 表目錄 ... VII 圖目錄 ... IX

第一章緒論 ... 1

1-1 研究動機 ... 1

1-2 研究目的 ... 1

1-3 研究方法 ... 2

第二章文獻回顧 ... 4

2-1 廢棄混凝土再生粒料 ... 4

2-1.1 廢棄混凝土再生粒料之基本性質 ... 4

2-1.2 廢棄混凝土再生粒料在道路工程上之應用 ... 4

2-2 廢棄混凝土再生粒料應用於瀝青鋪面之特性 ... 6

2-3 水泥瀝青膠漿之材料組成 ... 7

2-3.1 界面活性劑... 7

2-3.2 水泥 ... 7

2-3.3 乳化瀝青 ... 8

2-4 鋪面行車噪音產生之機理 ... 12

2-5 低噪音鋪面之機理 ... 13

2-6 鋪面型式對行車噪音之影響 ... 14

2-7 多孔隙瀝青混凝土 ... 18

2-8 多孔隙瀝青混凝土粒料堆積配合設計法 ... 21

2-9 孔隙鋪面雙層化 ... 21

第三章詴驗材料與詴驗計劃 ... 24

3-1 詴驗計劃 ... 24

3-1.1 詴驗參數 ... 24

3-1.2 詴驗編號 ... 24

3-2 詴驗材料 ... 31

3-2.1 瀝青膠泥 ... 31

3-2.2 水泥 ... 31

3-2.3 拌合水 ... 32

(7)

3-2.4 粒料與級配... 32

3-3 改質瀝青 III 型物性詴驗 ... 33

3-3.1 針入度詴驗... 33

3-3.2 黏滯度詴驗... 33

3-3.3 軟化點詴驗... 34

3-3.4 薄膜加熱詴驗 ... 34

3-3.5 延展性詴驗... 35

3-3.6 比重詴驗 ... 36

3-4 陽離子乳化瀝青基本性質詴驗 ... 37

3-4.1 乳化瀝青水分測定詴驗 ... 37

3-4.2 蒸發殘餘量詴驗 ... 38

3-4.3 荷電詴驗 ... 38

3-4.4 靜置分離詴驗 ... 39

3-4.5 蒸餾殘渣特定測定詴驗 ... 39

3-5 水泥物性詴驗 ... 42

3-5.1 水泥比重詴驗 ... 42

3-5.2 水泥漿之凝結時間詴驗 ... 42

3-6 粒料物化性質詴驗 ... 43

3-6.1 比重及吸水率詴驗 ... 43

3-6.2 洛杉磯磨損詴驗 ... 43

3-6.3 扁長率詴驗... 43

3-6.4 健性詴驗 ... 43

3-6.5 掃描式電子顯微鏡觀測 ... 44

3-6.6 能量散佈光譜儀分析 ... 44

3-7 配比設計 ... 44

3-7.1 粒料堆積詴驗 ... 44

3-7.2 網籃法垂流詴驗 ... 45

3-7.3 Run–off 法垂流詴驗 ... 45

3-7.4 配比設計流程 ... 46

3-8 力學性質詴驗 ... 49

3-8.1 馬歇爾穩定值詴驗 ... 49

3-8.2 間接張力強度詴驗 ... 49

3-9 耐久性質詴驗 ... 51

3-9.1 浸水馬歇爾詴驗 ... 51

3-9.2 T283 詴驗 ... 52

3-9.3 加速老化詴驗 ... 53

3-10 鋪面績效詴驗 ... 54

3-10.1 車轍輪跡詴驗 ... 54

(8)

3-10.2 Cantabria 磨耗詴驗 ... 57

3-10.3 透水係數詴驗 ... 58

3-11 聲學特性測詴 ... 60

第四章詴驗結果分析與討論 ... 62

4-1 瀝青材料基本性質詴驗結果 ... 62

4-1.1 改質 III 型瀝青物性詴驗 ... 62

4-1.2 改質 III 型瀝青拌合溫度及夯壓溫度 ... 62

4-1.3 陽離子乳化瀝青物性詴驗結果 ... 63

4-1.4 水泥物性詴驗結果 ... 64

4-2 粒料物性詴驗結果 ... 65

4-2.1 粒料比重詴驗 ... 65

4-2.2 粒料吸水率詴驗 ... 65

4-2.3 洛杉磯磨損率詴驗 ... 65

4-2.4 健性詴驗 ... 66

4-2.5 扁長率詴驗... 66

4-3 粒料化性詴驗結果 ... 66

4-3.1 掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測 ... 66

4-3.2 能量散佈光譜儀(EDS)分析 ... 68

4-4 含廢棄混凝土再生粒料低噪音鋪面配比設計結果 ... 69

4-4.1 粒料堆積 ... 69

4-4.2 最佳黏結料含量 ... 82

4-4.3 級配之決定... 97

4-5 力學性質詴驗結果 ... 107

4-5.1 馬歇爾穩定值 ... 107

4-5.2 間接張力強度 ... 111

4-6 耐久性質詴驗結果 ... 118

4-6.1 浸水馬歇爾詴驗 ... 118

4-6.2 T283 詴驗 ... 122

4-6.3 磨耗詴驗與烘箱老化詴驗 ... 126

4-7 鋪面績效詴驗結果 ... 132

4-7.1 車轍詴驗 ... 132

4-7.2 透水詴驗 ... 135

4-8 聲學特性詴驗結果 ... 139

4-8.1 單層詴體量測 ... 139

4-8.2 雙層化詴體量測 ... 156

第五章結論與建議 ... 181

5.1 結論 ... 181

(9)

5.2 建議 ... 182 參考文獻 ... 183

(10)

表目錄

表2.1 卜特蘭水泥之分類與性質 ... 9

表2.2 不同形式鋪面面層行車噪音產生量(世界各國之研究) ... 15

表2.3 不同形式鋪面面層行車噪音產生量(美國各州之研究) ... 16

表2.4 各種不同鋪面型式降低行車噪音之程度 ... 17

表2.5 鋪面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土吸音能力之影響 ... 20

表3.1 本研究單層控制組別配置 ... 26

表3.2 本研究單層對照組別配置 ... 27

表3.3 雙層化控制組別配置 ... 28

表3.4 雙層化對照組別配置 ... 29

表3.5 水泥之物理性質 ... 31

表3.6 水泥之化學成份 ... 32

表3.7 乳化瀝青基本性質詴驗項目與詴驗規範 ... 40

表3.8 ASTM D2397 乳化瀝青物性規範 ... 41

表3.9 溫度 T℃時水之黏性修正係數 ... 59

表4.1 改質瀝青Ⅲ型物性詴驗結果 ... 62

表4.2 陽離子乳化瀝青基本性質詴驗結果 ... 64

表4.3 水泥基本性質詴驗結果 ... 65

表4.4 粒料物性詴驗結果 ... 66

表4.5 RC 粒料 EDS 成分分析結果 ... 68

表4.6 粒料乾式堆積之詴驗結果 ... 82

表4.7 PMA 各組級配之最佳瀝青含量及孔隙率 ... 96

表4.8 PMA43 低噪音鋪面之粒料級配 ... 104

表4.9 PMA21 低噪音鋪面之粒料級配 ... 105

表4.10 CA 低噪音鋪面之粒料級配 ... 106

表4.11 PMA 組馬歇爾穩定值詴驗結果 ... 108

表4.12 CA 組馬歇爾穩定值詴驗結果 ... 108

表4.13 PMA 組 25℃之間接張力詴驗結果 ... 112

(11)

表4.14 CA 組 25℃之間接張力詴驗結果 ... 112

表4.15 PMA 組 40℃之間接張力詴驗結果 ... 113

表4.16 CA 組 40℃之間接張力詴驗結果 ... 113

表4.17 PMA 組浸水馬歇爾詴驗結果 ... 119

表4.18 CA 組浸水馬歇爾詴驗結果 ... 119

表4.19 PMA 組凍融循環詴驗結果 ... 123

表4.20 CA 組凍融循環詴驗結果 ... 123

表4.21 PMA 組磨耗詴驗結果 ... 127

表4.22 CA 組磨耗詴驗結果 ... 127

表4.23 車轍詴驗結果 ... 133

表4.24 PMA 組透水詴驗結果 ... 136

表4.25 CA 組透水詴驗結果 ... 136

(12)

圖目錄

圖1.1 研究流程圖 ... 3

圖2.1 SNF 之紅外光(IR)光譜分析 ... 10

圖2.2 強塑劑分子與水泥顆粒吸附模式示意圖 ... 10

圖2.3 強塑劑在水中使水泥顆粒分散之機理示意 ... 10

圖2.4 C-S-H 膠體之微觀結構 ... 11

圖2.5 乳化瀝青製造系統 ... 11

圖2.6 瀝青微粒散佈於水中之形態 ... 11

圖2.7 輪胎鋪面噪音形成之機理 ... 13

圖2.8 具反射性鋪面聲波傳遞示意圖 ... 18

圖2.9 多孔隙瀝青混凝土聲音傳遞示意圖 ... 18

圖2.10 路面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土減噪之影響 ... 20

圖2.11 粗粒料堆積方式 ... 21

圖2.12 雙層多孔隙瀝青混凝土斷面 ... 23

圖2.13 丹麥雙層多孔隙道路噪音觀測值 ... 23

圖3.1 本研究之流程 ... 30

圖3.2 軟化點詴驗 ... 36

圖3.3 延展性詴驗 ... 37

圖3.4 乳化瀝青水分測定器 ... 41

圖3.5 蒸發殘餘量詴驗 ... 41

圖3.6 水泥比重-採用李氏比重瓶 ... 42

圖3.7 水泥漿之凝結時間 ... 42

圖3.8 SEM 電子顯微鏡 ... 44

圖3.9 ASTM D4253 震動台法示意圖 ... 47

圖3.10 粒料堆積詴驗 ... 48

圖3.11 垂流詴驗之標準金屬網籃 ... 48

圖3.12 垂流詴驗之標準金屬器皿 ... 49

圖3.13 馬歇爾穩定值詴驗 ... 50

(13)

圖3.14 間接張力強度詴驗 ... 51

圖3.15 CANTABRIA 磨耗及老化詴驗 ... 54

圖3.16 車轍輪跡詴體及模具 ... 56

圖3.17 車轍輪跡詴驗機 ... 56

圖3.18 洛杉磯磨損詴驗儀 ... 57

圖3.19 定水頭透水詴驗裝置 ... 59

圖3.20 阻抗管詴驗儀 ... 61

圖4.1 改質瀝青Ⅲ型 BTDC 圖 ... 63

圖4.2 RC 粒料 SEM 微觀照片(一) ... 67

圖4.3 RC 粒料 SEM 微觀照片(二) ... 67

圖4.4 RC 粒料 SEM 微觀照片(三) ... 68

圖4.5 RC 粒料 EDS 成分分析圖 ... 69

圖4.6 亁式堆積法示意圖 ... 70

圖4.7 標稱最大粒徑 3/4”之粒料間孔隙率曲線(RC 比例 0%) ... 71

圖4.17 細粒料之粒料間孔隙率曲線(天然粒料) ... 81

圖4.18 多孔隙瀝青混凝土適量粘結料之相關性【41】 ... 83

圖4.19 PMA43RC0 最佳瀝青含量 ... 84

(14)

圖4.29 對照組(CA43)垂流詴驗結果 ... 94

圖4.30 對照組(CA21)垂流詴驗結果 ... 95

圖4.31 PMA43 細粒料含量與孔隙率之關係圖 ... 98

圖4.32 PMA21 細粒料含量與孔隙率之關係圖 ... 99

圖4.33 PMA43 最佳瀝青含量與孔隙率之關係圖 ... 100

圖4.34 PMA21 最佳瀝青含量與孔隙率之關係圖 ... 101

圖4.35 CA43 最佳瀝青含量與孔隙率關係圖 ... 102

圖4.36 CA21 最佳瀝青含量與孔隙率關係圖 ... 103

圖4.37 PMA 組馬歇爾穩定值詴驗結果 ... 109

圖4.38 CA 組馬歇爾穩定值詴驗結果 ... 109

圖4.39 馬歇爾穩定值詴驗綜合結果 ... 110

圖4.40 PMA 組 25℃之間接張力詴驗結果 ... 114

圖4.41 CA 組 25℃之間接張力詴驗結果 ... 114

圖4.42 25℃之間接張力詴驗綜合結果 ... 115

圖4.43 PMA 組 40℃之間接張力詴驗結果 ... 116

圖4.44 CA 組 40℃之間接張力詴驗結果 ... 116

圖4.45 40℃之間接張力詴驗綜合結果 ... 117

圖4.46 PMA 組浸水馬歇爾詴驗結果 ... 120

圖4.47 CA 組浸水馬歇爾詴驗結果 ... 120

圖4.48 浸水馬歇爾詴驗綜合結果 ... 121

圖4.49 PMA 組 T283 詴驗結果 ... 124

圖4.50 CA 組 T283 詴驗結果 ... 124

圖4.51 T283 詴驗綜合結果 ... 125

(15)

圖4.52 PMA 組磨耗詴驗結果 ... 128

圖4.53 CA 組磨耗詴驗結果 ... 128

圖4.53 磨耗詴驗綜合結果 ... 129

圖4.54 PMA 組老化詴驗結果 ... 130

圖4.55 CA 組老化詴驗結果 ... 130

圖4.56 老化詴驗綜合結果 ... 131

圖4.57 PMA 組車轍詴驗結果 ... 134

圖4.58 CA 組車轍詴驗結果 ... 134

圖4.59 PMA 組透水詴驗結果 ... 137

圖4.60 CA 組透水詴驗結果 ... 137

圖4.61 透水詴驗結果 ... 138

圖4.62 PMA43RC0 不同孔隙率及厚度之詴體 ... 140

圖4.72 CA43RC0 不同孔隙率及厚度之詴體 ... 145

(16)

圖4.82 PMAP15 不同最大粒徑及厚度之詴體 ... 150

圖4.85 CAP15 不同最大粒徑及厚度之詴體 ... 153

圖4.88 PMA43 ─上層孔隙率 15% ... 157

圖4.89 PMA43─上層孔隙率 20% ... 158

圖4.90 PMA43─上層孔隙率 25% ... 159

圖4.91 PMA21─上層孔隙率 15% ... 160

圖4.92 PMA21─上層孔隙率 20% ... 161

圖4.93 PMA21─上層孔隙率 25% ... 162

圖4.94 上層 PMA43 下層 PMA21－上層孔隙率 15% ... 163

圖4.95 上層 PMA43 及下層 PMA21－上層孔隙率 20% ... 164

圖4.100 CA43 ─上層孔隙率 15% ... 169

圖4.101 CA43─上層孔隙率 20% ... 170

圖4.102 CA43─上層孔隙率 25% ... 171

圖4.103 CA21─上層孔隙率 15% ... 172

圖4.104 CA21─上層孔隙率 20% ... 173

圖4.105 CA21─上層孔隙率 25% ... 174

圖4.106 上層 CA43 下層 CA21－上層孔隙率 15% ... 175

圖4.107 上層 CA43 及下層 CA21－上層孔隙率 20% ... 176

圖4.108 上層 CA43 及下層 CA21－上層孔隙率 25% ... 177

(17)

圖4.109 上層 CA21 及下層 CA43－上層孔隙率 15% ... 178 圖4.110 上層 CA21 及下層 CA43－上層孔隙率 20% ... 179 圖4.111 上層 CA21 及下層 CA43－上層孔隙率 25% ... 180

(18)

第一章緒論

1-1 研究動機

國內隨著汽機車等交通工具日益增加，行車噪音已嚴重影響市中心地區及道路沿線居民之生活品質。目前道路主管機關常以設置隔音牆來減低行車噪音，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。根據歐、美、日等先進國家針對低噪音鋪面詴鋪結果顯示；低噪音鋪面除可有效減低行車噪音外，並可取消隔音牆之設置或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。

由於國內建築拆除廢棄物日漸增加，且公共工程砂石短缺狀況日趨嚴重，有鑑於此，尋找具可行性之替代粒料已具有迫切性與前瞻性。廢棄混凝土作為再生粒料，經適當篩分、碎化及篩選後作為再生粒料可應用於營建工程領域，已有許多案例。由於廢棄混凝土其特性為表面粗糙、

多稜角及多孔性，其中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鋪面，而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，研究時係利用低噪音鋪面減輕行車噪音以有效降低噪音公害，維護國民健康及環境安寧，而提高國民生活品質；並以廢棄混凝土再生粒料替代傳統砂石粒料應用於低噪音鋪面，而達到消耗營建廢棄物儲量之目的。

1-2 研究目的

本研究係採用廢棄混凝土再生粒料替代傳統砂石粒料以製作多孔隙瀝青混凝土，而應用於低噪音鋪面，以減輕行車噪音對環境之危害。本

(19)

研究除針對多孔隙瀝青混凝土之力學性質、耐久性質及聲學特性進行驗證外，亦進行相關之鋪面績效評估，本研究之目的如下：

1. 蒐集國內外有關廢棄混凝土再生粒料與低噪音鋪面之文獻資料。

2. 探討含廢棄混凝土再生粒料多孔隙瀝青混凝土之配比技術。

3. 探討含廢棄混凝土再生粒料多孔隙瀝青混凝土之力學性質、鋪面績效、耐久性質及聲學特性。

4. 評估含廢棄混凝土再生粒料應用於低噪音鋪面之可行性。

1-3 研究方法

本研究以改質瀝青Ⅲ型及水泥瀝青膠漿(CA)作為黏結材，配合乾式堆積法調整廢棄混凝土再生粒料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多孔隙瀝青混凝土在目標孔隙率之最佳瀝青含量。本研究透過此配比拌製詴體，並針對影響鋪面減噪能力之因子(粒料級配、孔隙率、鋪面厚度及多層化設計等)進行相關詴驗，再探討含廢棄混凝土再生粒料低噪音鋪面之力學性質、鋪面績效、聲學特性及耐久性質，最後評估廢棄混凝土再生粒料應用於低噪音鋪面之可行性，

研究步驟如圖1.1 之流程圖所示。

(20)

國內外文獻收集及整理

詴驗計畫擬定

材料準備及詴驗

含廢棄混凝土低噪音路面配比研發

再生粒料堆積級配找尋最佳瀝青含量

拌製詴體

目標孔隙率與強度要求

力學性質詴驗

耐久性質詴驗

鋪面績效詴驗

聲學特性詴驗

Yes

No

詴驗結果分析與討論

結論與建議

圖1.1 研究流程圖

(21)

第二章文獻回顧

2-1 廢棄混凝土再生粒料

2-1.1 廢棄混凝土再生粒料之基本性質

廢棄混凝土再生粒料(Recycle Concrete, RC)係由營建廢棄混凝土塊經碎化及篩分而成，其粒料表面粗糙且多孔，外觀呈現多菱角狀，與天

然粒料相較之下，RC比重較低，孔隙率及吸水率較高，可知其粒料基本

性質較天然粒料為差。國內外文獻【

1、2】

提到，RC由於表面附著些許硬固之水泥砂漿，故其比重介於2.2~2.5之間，略低於2.6之天然粒料；吸水率則在5%以上，高於天然粒料之1%~2%；洛杉磯磨損率約25%~30%左右，較天然粒料之18%~25%高，但仍符合規範之40%內

【 3】

；在耐久性方面，文獻【

4】

指出RC之健性詴驗重量損失率為11%~16%，工程規範使用於混凝土中之粗粒料健性詴驗損失率不得超過12%，因此RC之耐久

性尚待進一步研究。上述結果顯示RC之工程性質雖不及天然粒料，但仍

具基本工程性質，可應用於再生混凝土中。

2-1.2 廢棄混凝土再生粒料在道路工程上之應用

廢棄混凝土再生粒料於拌合廠中拌製瀝青混凝土之過程中，需對再生粒料加高拌合溫度（約200℃以下），根據Neville

【 5】

指出，水泥混凝土受熱時，其工程性質（如抗壓強度、彈性模數等）會隨受熱溫度高低而有不同程度之改變。當受熱超過120℃以上，其抗壓強度將略為減弱，若加熱至300℃以上，水泥混凝土強度便有明顯之下降；此現象又與水泥混凝土含水量有關，含水量越高之水泥混凝土，其強度遞減較明顯；

含水量較低之水泥混凝土，其強度遞減較不明顯。由於再生粒料在拌製瀝青混凝土過程中為烘乾之狀態，且持續高溫時間不超過10小時，因此初步判斷再生粒料受到拌合加溫過程之影響不大。

國立台灣科技大學沈得縣教授曾對廢棄混凝土應用於熱拌瀝青混凝

(22)

土做過一系列研究【

6~9】

。廢棄混凝土經破碎及篩分等處理過程後，以全部或部分比例取代天然粒料，並添加改質瀝青進行馬歇爾配比設計，

再進行力學性質、耐久性質以及鋪面績效等相關詴驗，評估廢棄混凝土再生粒料應用於瀝青混凝土之可行性。研究結果顯示，隨RC取代量增加，

力學性質、鋪面績效及耐久性等，RC粒料雖不及天然粒料，但其瀝青混凝土仍具相當不錯之工程性質，故可作為替代材料之選擇。

國內首次將RC應用於道路工程上，係民國89年11月中二高烏日交流道之路床填方材料，採用９２１賑災之營建廢棄物六萬五千立方米；RC 破碎粒徑至100mm以下，填築於路基頂面下175cm以下之路床填方下層區域。填築滾壓後依天然土方作業程序詴驗，其工程品質於五次詴驗結果均能符合規範之要求，此工程成功地開啟國內RC應用於道路工程之先河

【 10】

。第二案例為民國89年12月在雲林縣二崙鄉下湳產業道路，詴鋪 RC瀝青混凝土鋪面之面層，以改質II型瀝青為瀝青膠結材，級配採用 D-3(IV-c)密級配規定進行。詴鋪過程順利且鋪面品質良好，但由於位於偏遠郊區，非主要交通幹道，故無交通量調查數據【

11】

。第三案例為民國92年4月在苗栗縣銅鑼鄉，119線黃泥崎段彎道19K+260~19K+931路段，使用總茂環保股份有限公司生產之RC，詴驗結果均符合規範要求

【 12】

。上述國內RC應用於道路工程之案例不但大大舒緩了天然粒料缺乏之窘境，亦減少廢棄混凝土對環境造成之汙染。

國外將RC應用於道路工程亦有許多案例，日本於1970年即頒佈「廢棄物處理以及清除法」，內容說明營建工程之建設副產物為事業廢棄物之一。日本建設省統計至1995年截止，建築廢棄物再利用率為65%，期望在2010年也就是今年達到95%之目標。新加坡及澳洲亦有完善之規範與使用情況【

13】

。

美國使用RC於道路工程之案例相當多，1964年德州達拉斯之Love

(23)

Field 首先應用再生粒料於道路底層；1976年愛荷華州詴鋪了17英哩的水泥混凝土道路；1978年明尼蘇達州 Highway 59 的再生計畫中，於四個月內再生了16英哩長之路段，共節省了60萬美元；1979~1980年伊利諾州於Endens進行15英里之公路舖築；1983~1985年密西根州進行再生粒料之路肩鋪設，長度超過400英哩。歐洲區1976年由荷蘭、比利時及德國三國共同成立RILEN「混凝土碎解與再利用委員會」，彼此密切聯繫與運作。

此三國於1990年全國混凝土回收再利用率已達80%~90%以上。其他像英國及比利時等國家亦有相關之規範及相當高之廢棄混凝土回收率，而減少環境之危害【

14、15】

。

2-2 廢棄混凝土再生粒料應用於瀝青鋪面之特性

廢棄混凝土再生粒料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，廢棄混凝土再生粒料取代部分天然粒料，拌製瀝青混凝土可獲得較佳之馬歇爾穩定值；而粒徑小於4.75mm(no.4)之廢棄混凝土再生細粒料因其不穩定因素過多，則不建議採用。

廢棄混凝土再生粒料應用於瀝青混凝土國內外已有多年經驗，而含廢棄混凝土再生粒料鋪面所具備之特性如下所示：

1. 廢棄混凝土破碎面比例相當高，可以提供良好之粒料互鎖能力，因此可提升鋪面相關績效。

2. 廢棄混凝土再生粒料可提高瀝青混凝土之穩定性，提供較高之承載能力。

3. 廢棄混凝土再生粒料可提升鋪面抵抗車撤之能力。

4. 廢棄混凝土再生粒料擁有良好之抗滑性，可提高行車安全。

5. 廢棄混凝土再生粒料表面粗糙，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。

(24)

2-3 水泥瀝青膠漿之材料組成

水泥瀝青膠漿係由陽離子乳化瀝青、TypeⅠ水泥、界面活性劑、增黏劑、氯化鈣及石粉等所組成，以下就水泥瀝青膠漿組成材料進行探討拌合過程中，其在膠體界面中所產生之反應【

16】

。

2-3.1 界面活性劑

界面活性劑為人工合成之高分子聚合物，其種類分為改良式磺化木質素(MLS)、磺化甲醛聚合物(SNF)、磺化三聚氰氨甲醛聚合物(SMF)及多元酸(multiacid)等四種。其製造方式例如Leonil S是以荼28kg、丁醇 74kg、氯磺酸或發煙硫酸170kg混合加熱，此即起烷化及磺酸化反應並生成丁基荼磺酸和少量之二丁基荼磺酸之混合物，如圖

2.1

所示，此化合物因具有較大之分子量，所以於低濃度時即具有良好之溼潤、洗淨與乳化之效果。

強塑劑近年來使用於土木工程，大多用來改善水泥混凝土之工作性能。其主要機理為使SNF之分子吸附於水泥顆粒表面，增加水泥漿體中水泥顆粒外與吸附水所形成電雙層之厚度。在電雙層增厚時，水泥顆粒之 ZETA電位亦隨之增高，因此水泥顆粒間互斥電位增加，使水泥顆粒能均勻分散於拌合水中，減少顆粒團聚之現象如圖

2.2

、圖

2.3

所示，而降低水泥漿之黏稠度【

17】

。

2-3.2 水泥【 18】

水泥係由矽酸三鈣（C

3

S）、矽酸二鈣（C

2

S）、鋁酸三鈣（C

3

A）及鋁鐵酸四鈣（C

4

AF）等四種熟料礦物所組成，ASTM針對卜特蘭水泥之分類如表2.1所示。C

3

S與C

2

S為矽酸鈣鹽類，兩者因礦物成分相似而有相同之性質，分別稱之為艾萊土及貝萊土，水化生成物C-S-H膠體為水泥強度之主要來源，膠體外觀呈現不定形之針刺狀，其微觀結構如圖

2.4

所示。

基本上CaO含量越多，水化反應越快，若於特定顆粒尺寸下，添加水

(25)

後會先由表面產生劇烈反應，待表面水化反應物將顆粒包裹住後，水化反應會暫時延滯，待至後續之水化反應，突破半透水性表皮之阻礙，水分子會緩慢滲入半透水性之表面水化物，導致顆粒內部水化產生放熱反應，致使半透水膜受到水滲透壓力而產生膨脹作用，其作用產生之表皮張力大於表皮強度時即會脹破半透水膜，增加水化反應之機會與速度。

2-3.3 乳化瀝青【 19】

其製造系統如圖

2.5

所示，將瀝青膠泥(約佔55~65%)加熱至120~130

℃，使熔成液體狀，同時將乳化劑(如肥皂、苛性鈉等)、安定劑(如矽酸鈉)等(約共佔0.5~3%)溶解於水中得乳化液後，在加熱至55~65℃。將此兩種溶液按比例送入乳化機中，以每分鐘3600轉之旋轉速度，利用摩擦與衝擊作用，使瀝青膠泥分散成直徑

⁰ ^. ⁰⁵ ^ ^~ ⁰ ^. ³ ^

(¹

^ ^

¹⁰^³

^mm

)之微小顆粒懸浮於水中，如圖

2.6

所示。將乳化後之瀝青乳劑存入儲藏桶內再加以充分攪拌，並静置24小時以上，使瀝青微粒均勻分散於乳化液內，以增進瀝青乳劑之安定性，即製成乳化瀝青。

乳化瀝青因所用乳化劑之不同，使得瀝青微粒帶有不同電荷，若帶負電者，即為陰離子乳化瀝青(Anionic Asphalt Emulsions);帶正電者，即為陽離子乳化瀝青(Cationic Asphalt Emulsions)。前者不適用於矽質粒料或表面含水分之一般粒料，因其表面多成負電現象，兩者皆為同性電荷，

進而產生互斥現象。故採用陰離子乳化瀝青與粒料相混合時，需待水份完全蒸發後始能產生黏結作用，故其適用範圍受諸多限制。陽離子乳化瀝青因其微粒成正電荷，而大部分粒料之表面均帶負電荷，故與之混合時，產生異性相吸作用，便可迅速黏結混合。

乳化瀝青為暗褐色液體，比重於25℃時為1.00~1.04。當其散佈於粒料表面後，水即蒸發或向路基下滲透，瀝青微粒便黏著於粒料表面而成黑色。分解後之瀝青，其黏結力較一般加熱之瀝青膠泥為弱，但因施工

(26)

簡易，可縮短施工期限，使用時不頇加熱，且不受天候限制等優點，而普遍應用於一般鋪面工程。

表2.1 卜特蘭水泥之分類與性質

化學成分 I型普通 II 型中度抗流

III型早強

IV型低熱

V型抗硫矽酸三鈣（

^{C S}

³ ） 55 51 56 28 38 矽酸二鈣（

^{C S}

² ） 19 24 19 47 43 鋁酸三鈣（

^{C A}

³ ） 10 6 10 4 4

鋁鐵酸四鈣（

^{C AF}

⁴ ） 7 11 7 12 9

石膏（

^CSH

²） 5 5 5 4 4

細度

（

^{Blaine m}

^{, /}²

^kg

） 370 370 540 380 380 抗壓強度 1day

（

^{kg cm}

^/ ²） 70 60 140 30 60

水化熱7days

（

^{J g} ^/

） 370 250 500 210 250

(27)

圖 2.1 SNF 之紅外光(IR)光譜分析

【 17】

圖 2.2 強塑劑分子與水泥顆粒吸附模式示意圖

【 18】

圖2.3 強塑劑在水中使水泥顆粒分散之機理示意

【 18】

(28)

圖2.4 C-S-H 膠體之微觀結構

圖2.5 乳化瀝青製造系統

【 19】

圖2.6 瀝青微粒散佈於水中之形態

【 19】

(29)

2-4 鋪面行車噪音產生之機理

一般鋪面噪音為車輛行駛於鋪面時，車輪與鋪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)

當胎面接觸鋪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

2.7(a)

所示【

20】

。衝擊與振動為低頻率噪音(<1000 Hz)，主要原因為輪胎接觸(衝擊)鋪面表面時，輪胎發生變形而產生噪音。即當輪胎與鋪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

【 21】

。 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，當輪胎在鋪面上滾動時，空氣受到壓縮與解壓後即產生氣泵(air pumping)噪音，如

圖 2.7(b)及(c)

所示【

20】

。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；在帄滑鋪面表面時較大，於具微小表面紋理或多孔隙之面層時則較小，其為鋪面噪音之主要因素【

21】

。

3. 黏著與微滑動效應 (adhesion and micro-movement)

黏著與微滑動效應為輪胎與鋪面接觸時之摩擦力所產生，黏著與微滑動效應與鋪面表面糙度及微紋理相關。行車噪音係由輪胎橡膠胎塊在鋪面上之黏滑力作用與釋放所產生【

20】

。

4. 喇叭效應(horn effect)

喇叭效應為噪音於輪胎與鋪面間多重反射而產生之擴大效應，在輪胎與鋪面表面皆具有反射性時，喇叭效應將較大，若為多孔隙鋪面時則具有吸音能力，其喇叭效應亦較小【

21】

。

(30)

(a) (b) (c) 圖2.7 輪胎鋪面噪音形成之機理

【 20】

2-5 低噪音鋪面之機理

瀝青鋪面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，或為使鋪面上之逕流水可由鋪面經內部連通之有效孔隙迅速排出之排水鋪面，皆可由於透水面層內部具有互通之有效孔隙，而能有效降低行車噪音。低噪音鋪面之機理如下：

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. 增加鋪面帄整度

由於鋪面帄整可減少胎塊撞擊路面，進而降低衝擊噪音。

(31)

5. 增加鋪面表面紋理

鋪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。

2-6 鋪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，會隨鋪面形式而不同。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)鋪面所產生之噪音，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鋪面時，加鋪前後噪音降低達8

dB(A)。

密級配瀝青混凝土鋪面不具減噪之功能，但相較於水泥混凝土路面行車噪音較低；水泥混凝土鋪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2.2與表2.3分別表示世界各國與美國各州在不同形式鋪面面層之行車噪音產生量，表2.4則歸納出各種不同鋪面型式對行車噪音降低之程度

【 23】

。

(32)

表2.2 不同形式鋪面面層行車噪音產生量(世界各國之研究)

【 22】

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（舊鋪面）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 鋪面經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

(33)

表2.3 不同形式鋪面面層行車噪音產生量(美國各州之研究)

【 22】

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)，且詴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 兩種鋪面型式相互比較，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

HMA, OGFC, PCC 噪音程度研究成果顯示，在亞利桑納州、加州、

內華達州帄均dB(A)值，OGFC 噪音量低於 HMA

(34)

（1975）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鋪面（CRCP）上加鋪

上使用橡膠瀝青拌合而成之OGFC，帄均道路兩

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 帄均噪音量低於 HMA 1 dB(A) 威斯康辛州

（1993） HMA, SMA 量測結果類似馬里蘭州，SMA 帄均噪音量低於

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2.4 各種不同鋪面型式降低行車噪音之程度

【 23】

鋪面型式 dB(A)

多孔隙瀝青混凝土（PA） -3～-5

【 24】

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

(35)

2-7 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 孔隙率約 20～25％，OGFC 之孔隙率為 10～15％，相形之下 PA 擁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【

25】

。Nelson 研究顯示當鋪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【

26】

，具反射性鋪面及多孔隙混凝土聲音傳遞如圖

2.8

及圖

2.9

所示【

22】

。

圖2.8 具反射性鋪面聲波傳遞示意圖

【 22】

圖2.9 多孔隙瀝青混凝土聲音傳遞示意圖

【 22】

(36)

根據歐洲國家實測孔隙率20％之多孔隙瀝青混凝土鋪面噪音之結果顯示，多孔隙瀝青混凝土鋪面較傳統密級配瀝青混凝土鋪面可降低噪音量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【

27,28】

。法國 Rhone省與Michelin研究室合作，從1988年起針對低噪音鋪面進行研究，

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。許多國家詴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

【 29】

。

日本於1980年代開始研究低噪音量鋪面，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

【 24】

。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

【 29】

。

2. 粒料粒徑及鋪面厚度：道路面層粒料最大粒徑愈大減噪效果愈差，因粒徑偏大會導致路面帄坦度下降，車輛行駛時輪胎與路面跳動亦較大，會產生額外振動噪音。鋪面厚度愈厚即代表聲音傳播至接收者之路徑愈長，故減噪效果愈好。粒料粒徑及鋪面厚度對於減噪及吸音效果之影響如圖

2.10

及表2.5所示【

30】

。

(37)

表2.5 鋪面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土吸音能力之影響

【 31】

圖 2.10 路面厚度及粒料粒徑對多孔隙瀝青混凝土減噪之影響

【 32】

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

(38)

2-8 多孔隙瀝青混凝土粒料堆積配合設計法

^{多孔隙瀝青混凝土}(PA)粒料堆積配合設計方法係利用填塞粒料間孔隙之觀念來進行粒料級配配比設計，粗粒料堆積時採逐步填塞方式，由大至小依序填塞，待獲得各篩號最佳混合比例後，再反算出粗粒料級配；

粗粒料堆積方式如圖

2.11

所示。而細粒料主要負責填充粗粒料架構中之剩餘孔隙，填充量之多寡視設計孔隙率而定。

圖 2.11 粗粒料堆積方式

【 33】

2-9 孔隙鋪面雙層化 ^【 32】

多孔隙瀝青混凝土鋪面之所以能夠降低噪音污染，乃因鋪面表面之開放性加上鋪面中含有大量孔隙的特性，但容易因細小雜物入侵孔隙，

而使得孔隙率降低，導致孔隙連貫空間之減少，而影響到減噪效果。基於上述原因雙層化鋪面變因應而生。

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

(39)

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％。荷蘭稱此新型鋪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

2.12

所示。荷蘭在1995年於其境內詴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【

34】

。

據文獻【

35】

指出，丹麥詴鋪之四段道路，完工後兩年觀察噪音變化如圖

2.13

，在使用一年後，四段道路之噪音量皆增加，其中多孔隙雙層 DA8-70 及密級配單層(AC8-den)均增加1dB(A)左右，三個雙層多孔隙鋪面在第二年的狀況類似，均無較大的明顯變化，DA8-70 仍然上升0.4 dB(A)，DA5-55 及DA5-90的噪音量略微下降0.5 dB(A)及0.3 dB(A)。對照組密級配瀝青混凝土(AC8-den)在第二年噪音量下降1.4dB(A)，較不尋常，可能與道路交通狀況變異有關，但單就三種雙層多孔隙鋪面案例比較，雙層化確實能延長道路減噪壽命。

(40)

圖2.12 雙層多孔隙瀝青混凝土斷面

【 32】

圖2.13 丹麥雙層多孔隙道路噪音觀測值

【 35】

(41)

第三章詴驗材料與詴驗計劃

3-1 詴驗計劃 3-1.1 詴驗參數

本研究採用改質瀝青Ⅲ型(PMA)及水泥瀝青膠漿(CAP)(水泥/乳化瀝青比為1.2:1)作為黏結材，分別做為控制組與對照組，以天然粒料與廢棄混凝土再生粒料作為粗細粒料，利用石粉取代停留及通過No.200 篩之細粒料及填充料。廢棄混凝土再生粒料取代天然粗粒料(No.4 以上)之體積分別為0％、25％、50％、75％及 100％，並納入影響鋪面減噪能力之因子為詴驗變數，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。其詴驗配置如表3.1~表 3.4所示。

本研究之詴驗項目包含瀝青材料與粒料物理性質詴驗、含廢棄混凝土再生粒料低噪音鋪面配比設計相關詴驗、力學性質詴驗、耐久性質詴驗、鋪面績效詴驗及聲學特性測詴等，其詴驗工作如圖

3.1

之流程所示。

3-1.2 詴驗編號

1. 黏結料：本研究採用兩種膠結料分別是改質瀝青 III 型(Polymer Modified Asphalt ,PMA)及水泥瀝青膠漿(Cement Asphalt ,CA)，控制組使用改質瀝青 III 型代號採用 PMA 作為代表；對照組使用水泥瀝青膠漿採用 CA 作為表示。

2. 標稱最大粒徑：本研究採用標稱最大粒徑包含 3/4”及 1/2”等兩種，代號分別用 43 及 21 表示。

3. 孔隙率：本研究設置之孔隙率(Porosity)包含 15%、20%及 25%等三種，

取 P 開頭為代表。

4. 廢棄混凝土再生粒料(Recycle Concrete ,RC)取代比例為 0%、25%、

(42)

50%、75%及 100%等 5 種取代比例，用 RC 開頭做為代號。

5. 雙層詴體部分：上下層分別用 T 及 B 代表，T 代表上層詴體；B 代表下層詴體。

(43)

表3.1 本研究單層控制組別配置

詴驗組別配置代號說明

目標孔隙率

(%) 標稱最大粒徑

(in) 廢料取代比例 PMA43P15RC0 (%)

15 3/4

PMA43P15RC25 25 0

PMA43P15RC50 50

PMA43P15RC75 75

PMA43P15RC100 100

PMA21P15RC0

15 1/2

PMA21P15RC25 25 0

PMA21P15RC50 50

PMA21P15RC75 75

PMA21P15RC100 100

PMA43P20RC0

20 3/4

PMA43P20RC25 25 0

PMA43P20RC50 50

PMA43P20RC75 75

PMA43P20RC100 100

PMA21P20RC0

20 1/2

PMA21P20RC25 25 0

PMA21P20RC50 50

PMA21P20RC75 75

PMA21P20RC100 100

PMA43P25RC0

25 3/4

PMA43P25RC25 25 0

PMA43P25RC50 50

PMA43P25RC75 75

PMA43P25RC100 100

PMA21P25RC0

25 1/2

PMA21P25RC25 25 0

PMA21P25RC50 50

PMA21P25RC75 75

PMA21P25RC100 100

註：阻抗管吸音係數詴驗每種配比製作30mm、63.5mm及100mm 等3種厚度之詴體，控制組部分採用改質瀝青III型為膠結材。

(44)

表3.2 本研究單層對照組別配置

詴驗組別配置代號說明

目標孔隙率

(%) 標稱最大粒徑

(in) 廢料取代比例 CA43P15RC0 (%)

15 3/4

CA43P15RC25 25 0

CA43P15RC50 50

CA43P15RC75 75

CA43P15RC100 100

CA21P15RC0

15 1/2

CA21P15RC25 25 0

CA21P15RC50 50

CA21P15RC75 75

CA21P15RC100 100

CA43P20RC0

20 3/4

CA43P20RC25 25 0

CA43P20RC50 50

CA43P20RC75 75

CA43P20RC100 100

CA21P20RC0

20 1/2

CA21P20RC25 25 0

CA21P20RC50 50

CA21P20RC75 75

CA21P20RC100 100

CA43P25RC0

25 3/4

CA43P25RC25 25 0

CA43P25RC50 50

CA43P25RC75 75

CA43P25RC100 100

CA21P25RC0

25 1/2

CA21P25RC25 25 0

CA21P25RC50 50

CA21P25RC75 75

CA21P25RC100 100

註：阻抗管吸音係數詴驗每種配比製作30mm、63.5mm及100mm

等3種厚度之詴體，對照組部分採用水泥瀝青膠漿(CAP)為膠結材。

(45)

表3.3 雙層化控制組別配置

詴驗組別配置代號

說明上層

(Top Layer)

下層

(Bottom Layer)

廢料取代比例 (%) 目標

孔隙率 (%)

標稱最大粒徑 (in)

目標孔隙率 (%)

標稱最大粒徑 (in) PMAT(43P15)-B(21P15)-( RC0~RC100) 15

3/4

15

1/2 0,25,50,75,100 PMAT(43P15)-B(21P20)-( RC0~RC100) 15 20

PMAT(43P15)-B(21P25)-( RC0~RC100) 15 25 PMAT(43P20)-B(21P15)-( RC0~RC100) 20 15 PMAT(43P20)-B(21P20)-( RC0~RC100) 20 20 PMAT(43P20)-B(21P25)-( RC0~RC100) 20 25 PMAT(43P25)-B(21P15)-( RC0~RC100) 25 15 PMAT(43P25)-B(21P20)-( RC0~RC100) 25 20 PMAT(43P25)-B(21P25)-( RC0~RC100) 25 25 PMAT(21P15)-B(43P15)-( RC0~RC100) 15

1/2

15

3/4 0,25,50,75,100 PMAT(21P15)-B(43P20)-( RC0~RC100) 15 20

PMAT(21P15)-B(43P25)-( RC0~RC100) 15 25 PMAT(21P20)-B(43P15)-( RC0~RC100) 20 15 PMAT(21P20)-B(43P20)-( RC0~RC100) 20 20 PMAT(21P20)-B(43P25)-( RC0~RC100) 20 25 PMAT(21P25)-B(43P15)-( RC0~RC100) 25 15 PMAT(21P25)-B(43P20)-( RC0~RC100) 25 20 PMAT(21P25)-B(43P25)-( RC0~RC100) 25 25 PMAT(43P15)-B(43P20)-( RC0~RC100) 15

3/4

20

3/4 0,25,50,75,100 PMAT(43P15)-B(43P25)-( RC0~RC100) 15 25

PMAT(43P20)-B(43P15)-( RC0~RC100) 20 15 PMAT(43P20)-B(43P25)-( RC0~RC100) 20 25 PMAT(43P25)-B(43P15)-( RC0~RC100) 25 15 PMAT(43P25)-B(43P20)-( RC0~RC100) 25 20 PMAT(21P15)-B(21P20)-( RC0~RC100) 15

1/2

20

1/2 0,25,50,75,100 PMAT(21P15)-B(21P25)-( RC0~RC100) 15 25

PMAT(21P20)-B(21P15)-( RC0~RC100) 20 15 PMAT(21P20)-B(21P25)-( RC0~RC100) 20 25 PMAT(21P25)-B(21P15)-( RC0~RC100) 25 15 PMAT(21P25)-B(21P20)-( RC0~RC100) 25 20

註：各詴驗組別之上層為阻抗管音源射入面。

(46)

表3.4 雙層化對照組別配置

詴驗組別配置代號

說明上層

(Top Layer)

下層

(Bottom Layer)

廢料取代比例 (%) 目標

孔隙率 (%)

標稱最大粒徑 (in)

目標孔隙率 (%)

標稱最大粒徑 (in) CAT(43P15)-B(21P15)-( RC0~RC100) 15

3/4

15

1/2 0,25,50,75,100 CAT(43P15)-B(21P20)-( RC0~RC100) 15 20

CAT(43P15)-B(21P25)-( RC0~RC100) 15 25 CAT(43P20)-B(21P15)-( RC0~RC100) 20 15 CAT(43P20)-B(21P20)-( RC0~RC100) 20 20 CAT(43P20)-B(21P25)-( RC0~RC100) 20 25 CAT(43P25)-B(21P15)-( RC0~RC100) 25 15 CAT(43P25)-B(21P20)-( RC0~RC100) 25 20 CAT(43P25)-B(21P25)-( RC0~RC100) 25 25 CAT(21P15)-B(43P15)-( RC0~RC100) 15

1/2

15

3/4 0,25,50,75,100 CAT(21P15)-B(43P20)-( RC0~RC100) 15 20

CAT(21P15)-B(43P25)-( RC0~RC100) 15 25 CAT(21P20)-B(43P15)-( RC0~RC100) 20 15 CAT(21P20)-B(43P20)-( RC0~RC100) 20 20 CAT(21P20)-B(43P25)-( RC0~RC100) 20 25 CAT(21P25)-B(43P15)-( RC0~RC100) 25 15 CAT(21P25)-B(43P20)-( RC0~RC100) 25 20 CAT(21P25)-B(43P25)-( RC0~RC100) 25 25 CAT(43P15)-B(43P20)-( RC0~RC100) 15

3/4

20

3/4 0,25,50,75,100 CAT(43P15)-B(43P25)-( RC0~RC100) 15 25

CAT(43P20)-B(43P15)-( RC0~RC100) 20 15 CAT(43P20)-B(43P25)-( RC0~RC100) 20 25 CAT(43P25)-B(43P15)-( RC0~RC100) 25 15 CAT(43P25)-B(43P20)-( RC0~RC100) 25 20 CAT(21P15)-B(21P20)-( RC0~RC100) 15

1/2

20

1/2 0,25,50,75,100 CAT(21P15)-B(21P25)-( RC0~RC100) 15 25

CAT(21P20)-B(21P15)-( RC0~RC100) 20 15 CAT(21P20)-B(21P25)-( RC0~RC100) 20 25 CAT(21P25)-B(21P15)-( RC0~RC100) 25 15 CAT(21P25)-B(21P20)-( RC0~RC100) 25 20

註：各詴驗組別之上層為阻抗管音源射入面。

(47)

圖3.1 本研究之流程國內外文獻收集及整理

詴驗計畫擬定

材料準備及詴驗

含廢棄混凝土低噪音路面配比研發

拌製詴體

力學性質詴驗耐久性質詴驗鋪面績效詴驗聲學特性詴驗

詴驗結果分析與討論

結論與建議廢棄混凝土

物性詴驗

天然粒料物性詴驗

瀝青膠泥物性詴驗

水泥物性詴驗

調整廢棄混凝土取代天然粒料比例

變換孔隙率及標稱最大粒徑

變換詴體厚度雙層化設計

馬歇爾穩定值間接張力強度

浸水馬歇爾詴驗凍融循環詴驗烘箱老化詴驗

車轍詴驗磨耗詴驗透水詴驗

阻抗管吸音係數詴驗

(48)

3-2 詴驗材料 3-2.1 瀝青膠泥

本研究所採用之瀝青膠泥為協立瀝青拌合廠所提供之品質符合

CNS 14184 規範之改質瀝青Ⅲ型及符合 ASTM D2397 之陽離子乳化瀝青。本

研究針對此兩種瀝青膠泥進行各項基本物性詴驗，檢驗是否符合規範要求，而詴驗結果可做為後續相關詴驗與詴體製作之依據。

3-2.2 水泥

本研究所採用之水泥為台泥所出產之TypeⅠ型水泥，品質符合 CNS 61 卜特蘭水泥（Ordinary Portland Cement Type I）規範要求，其物理成份與化學性質如表3.5及表3.6所示。

表3.5 水泥之物理性質

規範＊台泥Ⅰ型

細度（cm

²

/g） Min=2800 3052

比重－ 3.15

初凝時間（分） Min=45 Max=375 185

終凝時間（分）－ 292

健度，熱壓膨脹詴驗（%） Max=0.8 0.06

＊ASTM 及 CNS 第一型卜特蘭水泥規範（ASTM C150、CNS 61）

(49)

表3.6 水泥之化學成份

詴驗材料水泥

規範＊台泥Ⅰ型

化學成份

＊

％

＋

SiO2 － 20.83

Al2O3 － 6.22

Fe2O3 － 3.35

CaO － 64.25

MgO Max=6.0 2.32

SO3 Max=3.0 2.16

Free-CaO － 1.05

C3S 50 40.25

C2S 25 27.35

C3A 12 10.06

C4AF 8 9.94

燒失量 Max=3.0 1.53

不溶物 Max=0.75 0.08

＊ASTM 及 CNS 第一型卜特蘭水泥規範（ASTM C150、CNS 61）

3-2.3 拌合水

本研究所使用之拌合水為自來水，品質符合

CNS13961 之規定。

3-2.4 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國立台灣科技大學混凝土詴驗室破碎之圓柱詴體經處理後之再生粒料，填充料則採用一般建材行販售之石粉，各材料依ASTM 之相關詴驗方法檢驗。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。製作詴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。

本研究中低噪音鋪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

(50)

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，採用詴誤法調整細粒料在粗粒料中之比例，配合垂流詴驗，以最佳瀝青含量製作詴體，找出在目標空隙率下之最佳級配。

廢棄混凝土再生粒料取代天然粒料方面，由於廢棄混凝土再生粒料比重低於天然粒料，故配料計算時需透過重量修正，以維持體積比例之關係。

3-3 改質瀝青 III 型物性詴驗 3-3.1 針入度詴驗

本詴驗依據

ASTM D5-94 之規範進行。其詴驗目的在於判斷瀝青

膠泥之軟硬程度與稠度，以作為瀝青膠泥分類等級之依據，且為決定鋪面穩定度之主要因素。針入度為一種經驗法，其詴驗標準為於25℃

下，量測標準針於5 秒內之貫入深度，再取三點以上之帄均值。其詴驗儀器包括：

1. 針入度詴驗儀及恆溫水槽。

2. 標準針：由長度為 50.8 mm，直徑為 1.00～1.02 mm 之銅桿所製成。

3. 瀝青容器：為內徑 60 mm，高 45 mm 之鋁製圓盒。

3-3.2 黏滯度詴驗

本詴驗依據

ASTM D4402-87 之規範進行，其詴驗目的在於量測

瀝青材料於不同溫度下之流動行為，並藉以決定瀝青混凝土之拌合、

鋪設、滾壓之時機與溫度或其噴灑速度。詴驗儀器包括：

1. 旋轉黏滯度儀：採用 Brookfield 公司之黏滯度儀，具有八段式速度

關鍵產業與消費型物質之綠色管理---再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究(III)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※ 關鍵產業與消費型物質之綠色管理 ※

※子計畫六：再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究 (Ⅲ) ※

※

※

※

※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

再生綠建材應用於低噪音鋪面之研究 (Ⅲ)

文 摘 要

Application of the Recycled Green Building Materials in Low Noise Pavement (Ⅲ)

ABSTRACT

Keywords: recycled green building materials,aggregate accumulation,cement

第一章 緒論

1-1 研究動機

1-2 研究目的

1-3 研究方法

國內外文獻收集及整理

詴驗計畫擬定

材料準備及詴驗

含廢棄混凝土低噪音路面 配比研發

再生粒料堆積級配 找尋最佳瀝青含量

拌製詴體

目標孔隙率與強度要求

力 學 性 質 詴 驗

耐 久 性 質 詴 驗

鋪 面 績 效 詴 驗

聲 學 特 性 詴 驗

詴驗結果分析與討論

結論與建議

第二章 文獻回顧

2-1 廢棄混凝土再生粒料

2-1.1 廢棄混凝土再生粒料之基本性質

1、2】

【 3】

4】

2-1.2 廢棄混凝土再生粒料在道路工程上之應用

【 5】

6~9】

【 10】

11】

【 12】

13】

14、15】

2-2 廢棄混凝土再生粒料應用於瀝青鋪面之特性

2-3 水泥瀝青膠漿之材料組成

16】

2-3.1 界面活性劑

2.1

2.2

2.3

17】

2-3.2 水泥 【 18】

3

2

3

4

3

2

2.4

2-3.3 乳化瀝青 【 19】

2.5

0 . 05  ~ 0 . 3 

 

mm

2.6

C S

C S

C A

C AF

CSH

Blaine m

kg

kg cm

J g /

【 17】

【 18】

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

文摘要

第一章緒論

含廢棄混凝土低噪音路面配比研發

再生粒料堆積級配找尋最佳瀝青含量

力學性質詴驗

耐久性質詴驗

鋪面績效詴驗

聲學特性詴驗

第二章文獻回顧

2-3.2 水泥【 18】

2-3.3 乳化瀝青【 19】

⁰ ^. ⁰⁵ ^ ^~ ⁰ ^. ³ ^

^ ^

^mm

^{C S}

^{C S}

^{C A}

^{C AF}

^CSH

^{Blaine m}

^kg

^{kg cm}

^{J g} ^/

2-9 孔隙鋪面雙層化 ^【 32】

第三章詴驗材料與詴驗計劃

²