瀝青混凝土鋪面加鋪作業溫降量測之開放交通時機研究

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林宏偉(Hung-Wei Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

瀝青混凝土鋪面加鋪作業溫降量測之開放交通時機研究

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摘要(中)

由於台灣地區交通流量增加，使得台灣地區高速公路之路面整修作業，採用夜間離峰時段來進行，為了避免影響白天車流，常需於早上六時前開放車道。因為夜間施工，路面降溫較快，影響路面結構強度發展，又因提早開放通車，使得養治時間不足，對路面結構強度發展有不良影響，包括開放交通後的變形、車轍以及剪力破壞等現象。因此探討在加鋪工程最佳開放交通時機，進行現地量測與試驗室模擬是有必要性。
在現地量測作業部分包括現地降溫曲線量測與現地勁度量測，量測地點包含了南投台21線60k (密級配瀝青混凝土)、國一線333k台南地區(密級配瀝青混凝土)、國三線新竹北上94K(SMA)與國三線苗栗後龍段北上132k(PA)等四段路。而實驗室模擬量測方面是以現地取料方式來進行實驗室模擬，實驗包括模擬戶外降溫曲線量測及力學成效分析，其對瀝青混凝土種類包含傳統密級配瀝青混凝土、SMA、PA等三種瀝青混凝土。將現地量測作業結果與實驗室模擬結果兩者作進一步結合分析，以求出最佳開放交通時機。在最佳開放交通時機方面，本研究採用多層彈性理論分析以及車轍試驗評估兩者進行分析比對，進而求得最佳開放交通時機溫度與時間。
研究成果顯示，SMA開放時機為路面表面溫度70℃以下或養治時間100分鐘以上；PA開放時機為路面表面溫度70℃以下或養治時間60分鐘以上；密級配路面表面溫度60℃以下或養治時間150分鐘以上。由以上說明可知，使用改質瀝青可提早開放交通，縮短封閉交通過長所造成的問題。

摘要(英)

In Taiwan, highway pavement repair usually carry out at night in order not to influence the heavy traffic at daytime, and engineers should make the traffic open to public use before 6:00 am. Owing to work at night time, the pavement temperature changes rapidly, thus influence the development of structural strength. Furthermore, the curing time is not sufficient because of open up traffic earlier. These will cause unfavorable influences on pavement such as crack, rutting and shear failure. Therefore, research the best occasion to open traffic on overlay engineering, inclusive of on-site measurement and laboratory test are quite necessary.
The on-site measurement data inclusive of temperature changing curve and material stiffness. The data is from provincial highway No.21, 60k, Nantau(DGAC); national highway No.1, 333k, Tainan(DGAC); national highway No.3, northern 94k, Xinzhu(SMA), and northern 132k(PA). Laboratory samples are taken from the construction site. Experiments are temperature changing curve measurement and material mechanic analysis, it should be notice that the temperature is simulate as the construction site. Combine data both from on-site and laboratory, by using multi-layer theory and analyzing data from rutting experiment, we can obtain the best curing time and pavement temperature while open traffic.
Result shows that, the best occasion of SMA: pavement temperature lower then 70℃,curing time should more then 100 min.; best occasion of PA: pavement temperature lower then 70℃, curing time more then 60 min.; best occasion of DGAC: pavement temperature lower then 60℃, curing time more then 150 min. We can notice that using of polymer modified asphalt can sufficiently resolve the problem caused by shutting traffic.

關鍵字(中)

★ 溫降曲線
★ 加鋪工程

關鍵字(英)

★ temperature changing curve
★ overlay engineering

論文目次

目錄
目錄 i
圖目錄 iv
表目錄 viii
附圖目錄 xi
附表目錄 xiii
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究範圍 1
1.4 預期研究成果 2
第二章文獻回顧 4
2.1 國內高速公路常用各種瀝青混凝土及溫度之量測 4
2.1.1 國內高速公路常用各種瀝青混凝土 4
2.1.2 國內外鋪面溫度之量測 11
2.2 瀝青混凝土養治時機與硬固速率 18
2.2.1 養治時機： 18
2.2.2 硬固特性 20
2.2.3 影響瀝青混凝土強度發展因子 20
2.3 勁度量測儀器 23
2.4 迴歸分析原理 25
第三章研究計畫 27
3.1 研究流程 27
3.1.1 研究主流程 27
3.1.2 現地量測評估流程 28
3.1.3 試驗室評估流程 29
3.2 現地量測計畫 30
3.2.1 代表性鋪面之選取 30
3.2.2 現地量測項目及計畫 30
3.2.3 現地量測作業使用之儀器 35
3.3 試驗室模擬計畫 38
3.3.1 試驗室評估預計項目 38
3.3.2 試驗室評估配合使用之儀器 41
第四章試驗結果與分析 54
4.1 現地降溫量測結果分析 54
4.2 現地勁度量測試驗結果分析 59
4.4 現地瀝青混凝土配合設計 63
4.5 實驗室模擬現地成效試驗結果分析 68
4.5.1 回彈模數試驗 68
4.5.2 間接張力試驗 71
4.5.3 車轍試驗 76
4.6 試驗室降溫試驗結果分析 82
4.6.1 車轍試體降溫試驗 82
4.6.2 SGC試體降溫試驗 84
第五章現地量測與試驗室模擬試驗整合分析 86
5.1 現地降溫與試驗室降溫試驗關係探討 86
5.2 以多層彈性理論分析開放交通之時機 90
5.2.1 勁度與FWD撓度回算之關係 90
5.2.2 勁度與回彈模數之關係 92
5.2.3 開放交通勁度分析 95
5.3 以車轍試驗評估瀝青混凝土開放交通時機 99
5.3.1 現地勁度試驗與瀝青混凝土抗車轍能力之關係 99
5.3.2 開放交通時機之通估 104
5.4 建議適當開放交通時機之預估 106
第六章結論與建議 109
6.1 結論 109
6.2 建議 110
參考文獻 111
附錄一實驗室模擬戶外降溫試驗之降溫曲線表 114
附錄二實驗室模擬戶外降溫試驗之降溫曲線圖 138
附錄三 GeoGauge儀器規格表及功能 162
圖目錄
圖1.1 研究架構圖 3
圖2.1 不同結構之瀝青混合料 5
圖2.2 SMA結構示意圖 7
圖2.3 瀝青混凝土試體降溫速率曲線 13
圖2.4 車轍試體降溫曲線 14
圖2.5 鋪面表層溫度和平均5天的氣溫與各種深度溫度之關係圖 17
圖2.6 高速公路路面整修作業流程圖 19
圖2.7 脆弱級配壓實不良示意圖 20
圖2.8 Geogauge勁度量測儀 23
圖2.9 Geogauge勁度量測儀構造圖 23
圖2.10 各種相關圖 26
圖2.11 迴歸模式示意圖 26
圖3.1 研究主流程 27
圖3.2 現地量測作業流程圖 28
圖3.3 試驗室評估作業流程圖. 29
圖3.4 量測內容示意圖 30
圖3.5 分層隨機抽樣法 32
圖3.6 加鋪5cm量測點配置圖 33
圖3.7 加鋪10cm量測點配置圖 33
圖3.8 現地量測作業說明圖 34
圖3.9 雷射式測溫槍量測示意圖 35
圖3.10 改良式測溫探針示意圖 36
圖3.11 Geogauge勁度量測示意圖 37
圖3.12 試驗室降溫模擬設備 39
圖3.13 黏滯度儀(Brookfield) 42
圖3.14 軟化點試驗儀 42
圖3.15 流變行為試驗儀 43
圖3.16 閃火點(C.O.C.)試驗 45
圖3.17 剪力壓實機 47
圖3.18 回彈模數試驗 49
圖3.19 間接張力試驗 51
圖3.21 單層車轍壓實示意圖 52
圖3.22 雙層車轍壓實示意圖 52
圖4.1 現地降溫量測示意圖 56
圖4.2 新竹SMA(國三線北上94K)現地降溫量測圖 56
圖4.3 苗栗後龍PA(國三號北上132K)現地降溫量測圖 57
圖4.4 南投(台21線)密級配瀝青混凝土現地降溫量測圖 57
圖4.5 台南(國一線333 K)密級配瀝青混凝土現地降溫量測圖 58
圖4.6 現地勁度量測試驗 60
圖4.7 新竹SMA(國三線北上94K)勁度量測結果 60
圖4.8 苗栗後龍PA(國三號北上132K)勁度量測結果 61
圖4.9 南投(台21線)密級配瀝青混凝土勁度量測結果 61
圖4.10 台南(國一線333 K)密級配瀝青混凝土勁度量測結果 62
圖4.11 瀝青膠泥剪應變指數(C Index) 65
圖4.12 模擬不同戶外溫度密級配瀝青混凝土回彈模數之變化 69
圖4.13 模擬不同戶外溫度SMA回彈模數之變化 70
圖4.14 模擬不同戶外溫度PA回彈模數之變化 70
圖4.15 模擬不同戶外溫度密級配瀝青混凝土間接張力之變化 73
圖4.16 模擬不同戶外溫度SMA間接張力之變化 73
圖4.17 模擬不同戶外溫度PA間接張力之變化 74
圖4.18 模擬不同戶外溫度密級配瀝青混凝土間接張力-功之變化 74
圖4.19 模擬不同戶外溫度SMA間接張力-功之變化 75
圖4.20 模擬不同戶外溫度PA間接張力-功之變化 75
圖4.21 密級配瀝青混凝土在模擬溫度20℃時車轍輪跡試驗沉陷量 77
圖4.22 密級配瀝青混凝土在模擬溫度30℃時車轍輪跡試驗沉陷量 77
圖4.23 密級配瀝青混凝土在模擬溫度40℃時車轍輪跡試驗沉陷量 78
圖4.24 SMA在模擬溫度20℃時車轍輪跡試驗沉陷量 78
圖4.25 SMA模擬溫度30℃車轍輪跡試驗沉陷量 79
圖4.26 SMA在模擬溫度40℃時車轍輪跡試驗沉陷量 79
圖4.27 PA在模擬溫度20℃時車轍輪跡試驗沉陷量 80
圖4.28 PA在模擬溫度30℃時車轍輪跡試驗沉陷量 80
圖4.29 PA在模擬溫度40℃時車轍輪跡試驗沉陷量 81
圖4.30 不同溫度各級配之降溫速率 83
圖4.31 不同溫度各級配之降溫速率(SGC試體) 85
圖5.1 SMA現地量測溫度與實驗室量測溫度之關係 88
圖5.2 PA現地量測溫度與實驗室量測溫度之關係 89
圖5.3 密級配一現地量測溫度與實驗室量測溫度之關係 89
圖5.4 密級配二現地量測溫度與實驗室量測溫度之關係 90
圖5.5 SMA鋪面FWD撓度回算值與勁度值之關係 91
圖5.6 PA鋪面FWD撓度回算值與勁度值之關係 92
圖5.7 重複荷重下之應變關係 93
圖5.8 密級配回彈模數與勁度之關係 94
圖5.9 SMA回彈模數與勁度之關係 94
圖5.10 PA回彈模數與勁度之關係 95
圖5.11 路面結構模型 96
圖5.12 SMA現地勁度與車轍變形量之關係 100
圖5.13 PA現地勁度與車轍變形量之關係 100
圖5.14 密級配一現地勁度與車轍變形量之關係 101
圖5.15 密級配二現地勁度與車轍變形量之關係 101
圖5.16 SMA現地勁度與動穩定值之關係 102
圖5.17 PA現地勁度與動穩定值之關係 103
圖5.18 密級配一現地勁度與動穩定值之關係 103
圖5.19 密級配二現地勁度與動穩定值之關係 104
圖5.20 以車轍試驗動穩定值評估瀝青混凝土開放交通時機 105
圖5.21 建議適當開放交通時機之預估 107
表目錄
表2.1 瀝青混凝土試體降溫速率試驗結果 12
表2.2 Geogauge勁度量測儀規格表 24
表3.1 隨機抽樣方法的特性 32
表3.2 分層隨機抽樣法 32
表3.3 本研究將進行車轍進行之溫降曲線 38
表3.4 本研究將進行之SGC試體溫降曲線 38
表3.5 本研究將進行之模擬現地雙層車轍試驗 39
表3.6 本研究將進行之模擬現地回彈模數試驗 40
表3.7 本研究將進行之模擬現地間接張力試驗 40
表4.1 不同瀝青混凝土在90℃～70℃及70℃～50℃的降溫速率 58
表4.2 90℃～70℃降溫速率雙因子變異數分析 59
表4.3 70℃～50℃降溫速率雙因子變異數分析 59
表4.4 勁度與溫度之關係 62
表4.5 不同瀝青混凝土於不同表面溫度勁度值 62
表4.8 瀝青膠泥基本物性試驗結果 64
表4.9 瀝青膠泥剪感性(C Index) 65
表4.10 南投密級配瀝青混凝土粒料基本物性試驗結果 66
表4.11 SMA粒料基本物性試驗結果 66
表4.12 PA粒料基本物性試驗結果 66
表4.13 各瀝青級配之過篩百分率總表 67
表4.14 密級配瀝青混凝土配合設計結果 67
表4.15 SMA配合設計結果 67
表4.16 PA配合設計結果 68
表4.17 密級配瀝青混凝土回彈模數(kgf/cm2)試驗結果 69
表4.18 SMA回彈模數(kgf/cm2)試驗結果 69
表4.19 PA回彈模數(kgf/cm2)試驗結果 69
表4.20 密級配瀝青混凝土間接張力(kgf/cm2)試驗結果 71
表4.21 SMA間接張力(kgf/cm2)試驗結果 71
表4.22 PA間接張力(kgf/cm2)試驗結果 72
表4.23 密級配瀝青混凝土間接張力-功(kgf*m)試驗結果 72
表4.24 SMA間接張力-功(kgf*m)試驗結果 72
表4.25 PA間接張力-功(kgf*m)試驗結果 72
表4.26 表面溫度於50、70、90時之車轍最終變形量(mm) 76
表4.27 不同模擬溫度之動穩定值(次/mm) 82
表4.28 車轍試體降溫試驗90℃～70℃降溫速率變異數分析 83
表4.29 車轍試體降溫試驗70℃～50℃降溫速率變異數分析 83
表4.30 不同深度溫度與表面溫度之相關係數 84
表4.31 SGC試體降溫試驗90℃～70℃降溫速率變異數分析 85
表4.32 SGC試體降溫試驗70℃～50℃降溫速率變異數分析 85
表5.1 SMA現地與實驗室降溫溫度比對 87
表5.2 PA現地與實驗室降溫比對 87
表5.3 密級配一現地與實驗室降溫比對 87
表5.4 密級配二現地與實驗室降溫比對 88
表5.5 密級配勁度與溫降時間表 97
表5.6 SMA勁度與溫降時間表 97
表5.7 PA勁度與溫降時間表 97
表5.8 高速公路(北部)日交通量分佈 97
表5.9 密級配鋪面面層溫度在冷卻時間內受交通荷載之表面壓應變量 97
表5.10 SMA鋪面面層溫度在冷卻時間內受交通荷載之表面壓應變量 98
表5.11 PA鋪面面層溫度在冷卻時間內受交通荷載之表面壓應變量 98
表5.12 各種瀝青混凝土車轍深度度與勁度關係式對照表 100
表5.13 各種瀝青混凝土動穩定值與勁度關係式對照表 102
表5.14 日本動穩定值的要求 104
表5.15 各種瀝青混凝土動穩定值與勁度關係式對照表 105
表5.16 多層彈性理論分析與車轍試驗評估評估開放交通結果 107
表5.17 開放交通時間(計算結果) 108
表5.18 初步建議開放交通時機表 108
表6.1 開放交通時機時機表 109
附圖目錄
附圖1.1 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 138
附圖1.2 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 138
附圖1.3 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 139
附圖1.4 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 139
附圖1.5 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 140
附圖1.6 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 140
附圖1.7 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 141
附圖1.8 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 141
附圖1.9 SMA車轍試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 142
附圖1.10 SMA車轍試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 142
附圖1.11 SMA車轍試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 143
附圖1.12 SMA車轍試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 143
附圖1.13 SMA車轍試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 144
附圖1.14 SMA車轍試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 144
附圖1.15 SMA車轍試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 145
附圖1.16 SMA車轍試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 145
附圖1.17 PA車轍試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 146
附圖1.18 PA車轍試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 146
附圖1.19 PA車轍試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 147
附圖1.20 PA車轍試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 147
附圖1.21 PA車轍試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 148
附圖1.22 PA車轍試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 148
附圖1.23 PA車轍試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 149
附圖1.24 PA車轍試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 149
附圖1.25 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 150
附圖1.26 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 150
附圖1.27 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 151
附圖1.28 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 151
附圖1.29 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 152
附圖1.30 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 152
附圖1.31 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 153
附圖1.32 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 153
附圖1.33 SMASGC試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 154
附圖1.34 SMASGC試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 154
附圖1.35 SMASGC試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 155
附圖1.36 SMASGC試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 155
附圖1.37 SMASGC試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 156
附圖1.38 SMASGC試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 156
附圖1.39 SMASGC試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 157
附圖1.40 SMASGC試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 157
附圖1.41 PASGC試體模擬戶外溫度10(1)降溫曲線 158
附圖1.42 PASGC試體模擬戶外溫度10(2)降溫曲線 158
附圖1.43 PASGC試體模擬戶外溫度20(1)降溫曲線 159
附圖1.44 PASGC試體模擬戶外溫度20(2)降溫曲線 159
附圖1.45 PASGC試體模擬戶外溫度30(1)降溫曲線 160
附圖1.46 PASGC試體模擬戶外溫度30(2)降溫曲線 160
附圖1.47 PASGC試體模擬戶外溫度40(1)降溫曲線 161
附圖1.48 PASGC試體模擬戶外溫度40(2)降溫曲線 161
附表目錄
附表1.1 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 114
附表1.2 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 115
附表1.3 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 116
附表1.4 密級配瀝青混凝土車轍試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 117
附表1.5 SMA車轍試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 118
附表1.6 SMA車轍試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 119
附表1.7 SMA車轍試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 120
附表1.8 SMA車轍試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 121
附表1.9 PA車轍試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 122
附表1.10 PA車轍試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 123
附表1.11 PA車轍試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 124
附表1.12 PA車轍試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 125
附表1.13 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 126
附表1.14 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 127
附表1.15 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 128
附表1.16 密級配瀝青混凝土SGC試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 129
附表1.17 SMASGC試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 130
附表1.18 SMASGC試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 131
附表1.19 SMASGC試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 132
附表1.20 SMASGC試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 133
附表1.21 PASGC試體模擬戶外溫度10℃降溫試驗表 134
附表1.22 PASGC試體模擬戶外溫度20℃降溫試驗表 135
附表1.23 PASGC試體模擬戶外溫度30℃降溫試驗表 136
附表1.24 PASGC試體模擬戶外溫度40℃降溫試驗表 137

參考文獻

參考文獻
1. 林志棟，〝改質瀝青及瀝青混凝土評估之研究〞，瀝青混凝土路面特性研討會，民國八十一年。
2. 吳昭煌，〝拌合廠回收細料對瀝青混凝土抵抗車轍影響方析〞，國立中央大學碩士論文，民國八十年六月。
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指導教授

林志棟(Jyh Dong Lin)

審核日期

2003-7-11

推文