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研究生：	蕭坤煜 Shiau, Kun-Yu
論文名稱：	牡蠣殼粉應用於密級配瀝青混凝土之可行性評估 Evaluation of Oyster Shell Powder as Filler in Dense Grade Asphalt Concrete
指導教授：	蕭志銘 Shiau, Jih-Min
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2017
畢業學年度：	105
語文別：	中文
論文頁數：	85
中文關鍵詞：	密級配瀝青混凝土、牡蠣殼粉、填充料
外文關鍵詞：	Dense grade asphalt concrete, Oyster shell powder, Filler
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近年環保意識抬升，資源再利用成為全球發展方向，若能有效利用牡蠣殼，即可減少其他天然材料的使用，朝永續經營方向發展。
本研究將牡蠣殼粉添加於密級配瀝青混凝土中作填充料的功能，比較其成效與使用水泥之密級配瀝青混凝土差異。牡蠣殼粉以不同比例(0%、25%、50%、75%、100%)取代水泥，進行配合設計及工程性質試驗，評估牡蠣殼粉應用於密級配瀝青混凝土之可行性。
綜合試驗結果，當添加比例50%以下時，各工程性質試驗結果均下滑，添加比例達75%時，能與僅添加水泥時持平，但當添加比例達100%時，部分工程性質結果能比僅添加水泥時更優。
經由DSR試驗分析，當添加牡蠣殼粉達100%時，有助於提升瀝青混凝土鋪面抵抗車轍及疲勞裂縫之能力，且從瀝青膠漿微觀結果可得知，當牡蠣殼取代少量比例時，瀝青膠漿結構鬆散，當取代比例提升後，膠漿結構有趨於緊密之趨勢，當添加量達100%時，膠漿組織結構最為緻密，有助於提升結構強度。
綜觀試驗結果，牡蠣殼粉添加比例需至少達75%以上為佳，此添加比例下對瀝青混凝土之抗水侵害能力有提升效益，且力學性質亦不下降太多。

This research is investigated to use the oyster shell powder as filler in Hot Mix Asphalt (HMA). In this research , oyster shell powder is added in dense grade asphalt concrete. Marshall specimens are made to conduct several experiments.

In the DSR test , as we add 100% oyster shell powder in asphalt mortar , it could help to enhance the ability of resisting rutting and fatigue cracking.

From the other test results , when we add oyster shell powder in HMA , there are no significant difference on mechanical properties and all of results are qualified. But when we add more than 75% oyster shell powder in HMA , it helps to arise the value of Resilient Modulus (MR) and Index of Retained Strength (ISR). So , adding more than 75% oyster shell powder can enhance the specimens’ strength and the ability of resisting moisture damage.

In this research we assume that the best replacement ratio of oyster shell powder is more than 75% , the mechanical properties will not drop too much and it also can arise the ability of resisting moisture damage.

目錄 Ⅰ
表目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅴ
第一章	緒論 1
     1.1 前言 1
     1.2 研究動機 1
     1.3 研究目的 2
     1.4 研究範圍 2
第二章 文獻回顧 3
     2.1 密級配瀝青混凝土之基本性質 3
         2.1.1 密級配瀝青混凝土 4
         2.1.2 ASTM D3515 密級配瀝青混凝土規範 4
     2.2 瀝青混凝土組成材料 6
         2.2.1 瀝青黏結料 7
         2.2.2 粒料 9
         2.2.3 填充料 9
     2.3 牡蠣殼粉介紹 10
         2.3.1 牡蠣殼廢棄物再利用 10
         2.3.2 牡蠣殼粉製造過程 13
         2.3.3 牡蠣殼粉製造性質 13
         2.3.4 牡蠣殼粉化學成分組成 13      
     2.4 瀝青質流行為 14
第三章 研究計畫 15
     3.1 研究流程 15
     3.2 試驗材料 17
         3.2.1 瀝青黏結料 17
         3.2.2 粒料級配 18
         3.2.3 填充料 19
         3.2.4 牡蠣殼粉 20
         3.2.5 牡蠣殼粉研磨流程 21
     3.3 瀝青基本物性試驗 24
         3.3.1 針入度試驗 24
         3.3.2 延展性試驗 24
         3.3.3 閃火點試驗 24
         3.3.4 比重試驗 25
         3.3.5 三氯乙烯可溶成分試驗 25
         3.3.6 黏滯度試驗 25
     3.4 粒料基本物性試驗 26
         3.4.1 比重及吸水率試驗 26
        3.4.2 扁平率及破碎面試驗 26
        3.4.3 健性試驗 26
        3.4.4 洛杉磯磨損試驗 27
        3.4.5 含砂當量試驗 27
        3.4.6 篩分析試驗 27
        3.4.7 粒料單位重與空隙試驗 27
     3.5 密級配瀝青混凝土配合設計 28
        3.5.1 馬歇爾配合設計 28
        3.5.2 馬歇爾配合設計步驟 28
     3.6 動態剪切流變儀 31
        3.6.1 動態剪切流變儀之原理 31
        3.6.2 瀝青膠漿準備 32
        3.6.3 頻率掃描試驗 33
     3.7 光學顯微鏡 33
        3.7.1 使用目的 33
        3.7.2 試樣準備 34
     3.8 工程性質試驗 35
        3.8.1 馬歇爾穩定值試驗 35
        3.8.2 馬歇爾流度值試驗 36
        3.8.3 回彈模數試驗 37
        3.8.4 間接張力試驗 39
        3.8.5 滯留強度試驗 41
        3.8.6 Cantabro 磨耗試驗 42
第四章 試驗結果與討論 43
     4.1 試驗材料之基本物性試驗 43
        4.1.1 骨材粒料基本物性試驗 43
        4.1.2 瀝青基本物性試驗 47
     4.2 密級配瀝青混凝土馬歇爾配合設計 48
        4.2.1 決定拌合及滾壓溫度 48
        4.2.2 骨材級配曲線 49
     4.3 最佳瀝青含量 50
     4.4 動態剪切質流儀(DSR)試驗結果 53
        4.4.1 各比例牡蠣殼粉取代水泥之瀝青膠泥 G*變化 53
        4.4.2 各比例牡蠣殼粉取代水泥之瀝青膠泥相位角(δ)變化 59
        4.4.3 各比例牡蠣殼粉取代水泥之瀝青質流參數與鋪面績效之關係 61
     4.5 瀝青膠漿微觀分析 63
     4.6 工程性質試驗結果 66
        4.6.1 馬歇爾穩定值試驗結果 66
       4.6.2 馬歇爾流度值試驗結果 68
       4.6.3 間接張力試驗結果 70
       4.6.4 回彈模數試驗結果 72
       4.6.5 Cantabro 磨耗試驗結果 74
       4.6.6 滯留強度試驗結果 76
     4.7 試驗結果總結 79
第五章 結論與建議 80
     5.1 結論 80
     5.2 建議 81
參考文獻 83



表目錄
表2-1 ASTM D3515密級配規範 5
表2-2  粒料間空隙率（VMA）規定值 6
表2-3  牡蠣殼粉與水泥之基本物理性質 13
表2-4  牡蠣殼粉與水泥之化學成分 13
表3-1  AC-20 規範值 17
表3-2  粗粒料性質規範 18
表3-3  細粒料性質規範 19
表3-4  礦物填縫料級配規範 19
表4-1  骨材基本物性試驗結果 44
表4-2  粗骨材試驗結果與規範值 44
表4-3  細骨材試驗結果與規範值 45
表4-4  填充料比重試驗結果 45
表4-5  水泥篩分析試驗結果 45
表4-6  牡蠣殼粉研磨前篩分析試驗結果 46
表4-7  牡蠣殼粉研磨後篩分析試驗結果 46
表4-8  AC-20 瀝青之物性試驗結果與規範值 47
表4-9  第一類型密級配瀝青混凝土粒料級配過篩百分比 50
表4-10 馬歇爾配合設計試驗結果及規範 52
表4-11 不同頻率下之複合模數 G*(25℃) 55
表4-12 不同頻率下之複合模數 G*(60℃) 57
表4-13 牡蠣殼粉不同取代比例之馬歇爾穩定值 66
表4-14 牡蠣殼粉不同取代比例之馬歇爾穩定值 ANOVA 分析 67
表4-15 牡蠣殼粉不同取代比例之馬歇爾流度值 68
表4-16 牡蠣殼粉不同取代比例之馬歇爾流度值 ANOVA 分析 69
表4-17 牡蠣殼粉不同取代比例之間接張力值 70
表4-18 牡蠣殼粉不同取代比例之間接張力值 ANOVA 分析 71
表4-19 牡蠣殼粉不同取代比例之回彈模數值 73
表4-20 牡蠣殼粉不同取代比例之回彈模數值 ANOVA 分析 73
表4-21 牡蠣殼粉不同取代比例之磨耗值 75
表4-22 牡蠣殼粉不同取代比例之磨耗值 ANOVA 分析 75
表4-23 浸水前與浸水一天後之馬歇爾穩定值與滯留強度值 77
表4-24 牡蠣殼粉不同取代比例之浸水一天穩定值 ANOVA 分析 78



圖目錄
圖2-1  複合模數與相位角之關係圖 14
圖3-1  研究流程圖 16
圖3-2  牡蠣殼粉研磨前圖 20
圖3-3  牡蠣殼粉研磨後圖 20
圖3-4  粉碎機 21
圖3-5  粉碎機篩網 22
圖3-6  粉碎機集塵袋 22
圖3-7  球磨機研磨用氧化鋁陶瓷磨球 23
圖3-8  球磨機研磨用陶瓷桶 23
圖3-9  球磨機 23
圖3-10 動態剪切流變儀 32
圖3.11 光學顯微鏡 33
圖3.12 瀝青膠漿試樣 34
圖3-13 馬歇爾穩定值試驗儀 36
圖3-14 馬歇爾流度值試驗儀 37
圖3-15 回彈模數試驗儀 39
圖3-16 間接張力試驗儀 40
圖3-17 Cantabro 磨耗試驗機 42
圖4-1  瀝青黏滯度與溫度之關係圖 48
圖4-2  骨材級配曲線(密級配、最大標稱粒徑 19mm) 49
圖4-3  密級配瀝青混凝土瀝青含量與各相關試驗結果 51
圖4-4  複合模數(G*)與不同頻率範圍之關係圖(25℃) 54
圖4-5  複合模數(G*)與不同頻率範圍之關係圖(60℃) 55
圖4-6  各比例牡蠣殼粉取代水泥與複合模數(G*)之關係圖(25℃,0.8Hz) 56
圖4-7  各比例牡蠣殼粉取代水泥與複合模數(G*)之關係圖(25℃,1.6Hz) 57
圖4-8  各比例牡蠣殼粉取代水泥與複合模數(G*)之關係圖(60℃,0.8Hz) 58
圖4-9  各比例牡蠣殼粉取代水泥與複合模數(G*)之關係圖(60℃,1.6Hz) 59
圖4-10 各比例牡蠣殼粉取代水泥時與相位角(δ)之關係圖(25℃) 60
圖4-11 各比例牡蠣殼粉取代水泥時與相位角(δ)之關係圖(60℃) 60
圖4-12 不同比例牡蠣殼粉含量與 G*/sinδ之關係 62
圖4-13 不同比例牡蠣殼粉含量與 G*sinδ之關係 62
圖4-14 牡蠣殼粉0%取代之瀝青膠漿微觀圖(20X10倍) 64
圖4-15 牡蠣殼粉25%取代之瀝青膠漿微觀圖(20X10倍) 64
圖4-16 牡蠣殼粉50%取代之瀝青膠漿微觀圖(20X10倍) 64
圖4-17 牡蠣殼粉75%取代之瀝青膠漿微觀圖(20X10倍) 65
圖4-18 牡蠣殼粉100%取代之瀝青膠漿微觀圖(20X10倍) 65
圖4-19 牡蠣殼粉不同比例取代之馬歇爾穩定值比較圖 67
圖4-20 牡蠣殼粉不同比例取代之馬歇爾流度值比較圖 69
圖4-21 牡蠣殼粉不同比例取代之間接張力強度值比較圖 71
圖4-22 牡蠣殼粉不同比例取代之回彈模數值比較圖 73
圖4-23 牡蠣殼粉不同比例取代之磨耗值比較圖 75
圖4-24 牡蠣殼粉不同比例取代之滯留強度值比較圖 77 
                                    

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