隨著人類文明的發展，卜特蘭水泥的使用越來越普遍，且消耗量亦隨各類型工程大量增加。然而，根據統計，全球整年度碳排放量7%是來自卜特蘭水泥製造生產過程，如將水泥業視為一個國家，其年度碳排放量僅次於美國及中國為世界第三大碳排放產生國，故降低卜特蘭水泥製程之溫室氣體排放，或減少卜特蘭水泥用量已成為世界各國共同努力的目標。鋪面工程中卜特蘭Ⅰ型水泥的使用亦非常普遍，其被用於瀝青混凝土中當作防剝劑，以抵抗水份侵害。而鋪面工程為公共工程中之重要元素之一，其影響範圍廣泛，鋪面工程耗用之天然資源亦相當可觀。因此，如能將瀝青混凝土鋪面所使用之卜特蘭Ⅰ型水泥材料改為較環保之替代材料，對於降低全球暖化效應有顯著之助益。本研究試圖以鋼鐵業之副產物水淬高爐石粉(Grounded Granulated Blast Furnace Slag, GGBFS)，以填充料之方式添加於瀝青混合料中並測定工程性質，評估其替代卜特蘭Ⅰ型水泥應用於密級配瀝青混凝土防剝劑之可行性。
由於填充料可改變瀝青膠泥的流動性，可以讓瀝青膠泥形成溫感性較低、黏度較大之膠漿，故會對瀝青膠漿或瀝青混合料產生不同程度的影響。本研究設定試驗組使用兩個廠牌之100級與120級水淬高爐石粉，對照組則使用以業界常用之卜特蘭Ⅰ型水泥，分別探討不同細度之GGFBS填充料對瀝青混凝土工程性質之影響，並比較其與卜特蘭Ⅰ型水泥之抗剝脫成效，並且評估其可行性。而在可行性的評估上，本研究除了以工程性質方面做為主要評估依據之外，又分別以混合料添加GGFBS填充料後，計算每公噸混合料生產至拌合階段之碳排放量，以及材料成本花費，藉以不同面向之因素，來輔助評估其GGFBS與卜特蘭水泥以填充料方式添加於混合料當中，替代卜特蘭Ⅰ型水泥之可行性。
根據試驗室結果，無論添加100級或120級水淬高爐石粉，馬歇爾穩定值、流度值、間接張力試驗等工程性質皆通過規範要求值；而添加120級水淬高爐石粉者其工程性質皆優於添加100級者，可判斷因填充料細度的不同，對於膠漿勁度的提升能力也不相同；依試驗結果推斷，添加120級水淬高爐石粉者，其膠漿獲得較高的勁度，使混合料有較好的抗變形能力；而在殘餘強度方面，添加120級水淬高爐石粉者與添加卜特蘭Ⅰ型水泥者相差甚小。相關試驗結果顯示，120級水淬高爐石粉殘餘強度成效與抗剝脫性能均優於卜特蘭Ⅰ型水泥，在溫度較高的養治環境下，添加B牌120級水淬高爐石粉之混合料較不受溫度影響，而100級水淬高爐石粉之各項成效指標與卜特蘭Ⅰ型水泥亦無顯著差距，因此於工程性質方面故以水淬高爐石粉，替代卜特蘭Ⅰ型水泥作為瀝青混凝土之防剝劑應有相當之可行性，而在成本以及碳排放量方面，在混合料添加120級水淬高爐石粉後，其每公噸混合料成本花費為最低廉，且所產生之碳排放量也低於使用其他填充料之混合料，因此綜觀各種不同面向上之因素，包含工程性質成效以及材料成本花費與碳排放量計算分析結果，120級水淬高爐石粉確實有其替代卜特蘭水泥可行性。

The use of cement has become more and more common, and the consumption has increased significantly with various types of projects. However, according to statistics, 7% of the global annual carbon emissions are due to the cement manufacturing process. If the cement industry is a country, its annual carbon emissions are second only to the United States and China. Therefore, reducing the greenhouse gas emissions of the cement manufacturing process, or reducing the consumption of cement has become the goal of the joint efforts of countries around the world. The use of cement in pavement is also very common. It is used as an anti-stripping agent in asphalt concrete to prevent water damage. Pavement is one of the important elements in public works. Its scope of influence is wide: under the jurisdiction of the Taiwan Highway Administration. The natural resources consumed by the pavement projects are also considerable. Therefore, if the cement material used in asphalt concrete pavement can be changed to a more environmentally friendly alternative, it should have a significant benefit in mitigating global warming. This study attempts to utilize the grounded granulated blast furnace slag (GGBFS), a by-product of the iron and steel industry, adding into the asphalt mixture as filler. Basic engineering properties of DGAC, which uses GGBFS powder as filler, are measured to evaluate the feasibility of replacing cement with GGBFS powder for dense grade asphalt concrete (DGAC).
This study use two brands of grade 100 and 120 GGBFS powder (A-100、A-120、B-100、B-120), and the control group uses cement to examine the impact of different filler fineness on the asphalt concrete engineering properties, especially the moisture susceptibility According to the test results, no matter whether grade 100 or grade 120 GGBFS powder is added, the engineering properties such as Marshall stability value, flow value, and indirect tension met the specification criteria . DGAC with Grade 120 GGBFS powder has the better engineering properties than those who with Grade 100. The result justified that the different fineness of the filler has different effects on improving the stiffness and other mechanic behavior of the mastic. DGAC which added Grade 120 GGBFS powder have a stiffer mastic, makes the DGAC mixture have better resistance against deformation. In terms of tensile strength residual (TSR), the difference between of Grade 120 GGBFS powder and cement is very small. Relevant test results show that the anti-stripping performance of Grade 120 GGBFS powder are better than cement. Under the high-temperature curing environment, the DGAC with B-120 GGBFS powder is less affected by temperature. There is no significant difference between the performance indicators of Grade 100 GGBFS powder and cement Therefore, using GGBFS powder to replace cement as an anti-stripping agent for asphalt concrete should be feasible.

摘要 i
Abstract iii
目錄 v
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 研究範圍 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 密級配瀝青混凝土基本性質 3
2.1.1 密級配瀝青混凝土規範 3
2.2 瀝青混凝土組成材料 6
2.2.1 瀝青黏結料 6
2.2.2 粒料 8
2.3 填充料對瀝青混凝土之影響 10
2.3.1 填縫理論 10
2.3.2 膠漿理論 10
2.4 填充料加勁效應 11
2.4.1 填充料比表面積之影響 11
2.5 比表面積 12
2.6 水淬高爐石 13
2.6.1 水淬高爐石化學性質 14
2.6.2 水淬高爐石物理性質 16
2.7 瀝青混凝土剝脫 17
2.7.1 水侵害造成瀝青混凝土剝脫之成因 18
2.7.2 防止水侵害造成瀝青混凝土剝脫之方法 19
2.8 殘餘強度試驗 20
第三章 試驗材料及研究流程 24
3.1 研究流程 24
3.2 試驗材料 26
3.2.1 粒料與級配 26
3.2.2 黏結料 27
3.2.3 填縫料 27
3.3 粒料基本物性試驗 27
3.3.1 比重及吸水率試驗 27
3.3.2 扁平含量試驗 28
3.3.3 洛杉磯磨損試驗 28
3.3.4 健性試驗 28
3.3.5 篩分析試驗 28
3.4 瀝青膠泥基本物性試驗 29
3.4.1 針入度試驗 29
3.4.2 延展性試驗 30
3.4.3 黏滯度試驗 30
3.4.4 軟化點試驗 30
3.4.5 比重試驗 31
3.4.6 溶解度試驗 31
3.4.7 閃火點試驗 31
3.4.8 薄膜烘箱試驗 31
3.5 馬歇爾配合設計 32
3.5.1 密級配瀝青混凝土配合設計步驟 34
3.5.3 容積比重試驗 35
3.6 瀝青混凝土成效試驗 37
3.6.1 穩定值與流度值試驗 37
3.6.2 間接張力試驗 38
3.6.3 殘餘強度值-夯打次數嘗試 39
3.6.4 浸水間接張力強度比試驗 39
第四章 試驗結果及分析 41
4.1 基本物性試驗 41
4.1.1 粒料物性試驗 41
4.1.2 瀝青黏結料物性試驗 42
4.2 密級配瀝青混凝土配合設計結果 43
4.2.1 級配曲線 43
4.2.2 填充料比表面積 45
4.2.3 最佳含油量結果 45
4.2.4 空隙率 46
4.2.5 馬歇爾穩定值試驗 49
4.2.6 馬歇爾流度值試驗 52
4.2.7 最大理論密度試驗 55
4.3 密級配瀝青混凝土成效試驗 57
4.3.1 馬歇爾穩定值 57
4.3.2 馬歇爾流度值試驗 58
4.3.3 間接張力試驗 59
4.3.4 間接張力-功 60
4.3.5 殘餘強度值-夯打次數嘗試 61
4.3.6 殘餘強度值-短期老化40分鐘 66
4.3.7 殘餘強度值-短期老化2小時 67
4.3.8 25°C與60°C間接張力 68
4.4 水淬高爐石粉作為填充料替代材料之可行性探討 70
4.4.1 成本比較 70
4.4.2 各填充料碳排放量估算 74
4.4.3 可行性分析 77
第五章 結論與建議 78
5.1 結論 78
5.2 建議 79
參考文獻 79

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