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Student Number 88322076
Author Juei-Mao Wang(王睿懋)
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Department Civil Engineering
Year 2000
Semester 2
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title 不同高分子改質瀝青(PMB)之物理及化學性質初步探討
Date of Defense 2001-07-18
Page Count 130
Keyword
  • Modified Polymer Bitumen
  • Polymer
  • Abstract Two straight asphalt binders, AC-10 and AC-20, have not meet the requirements of pavement materials in Taiwan because the dramatically traffic volume increases and the climate condition is hot and humid. Other than the issue of improving quality control and assurance for material and construction, the polymer-modified asphalt binders have been used and studied to solve this problem domestically. This study aimed at investigating the engineering and chemical properties and aging effects of eight modified asphalt binders, the straight asphalt binder AC-10 with eight types of modifications. The experimental program contained not only conventional tests such as Viscosity, Penetration, Softening Point tests, but also Thin-Layer Chromatography, Flame-Ionization Detector test, Dynamic Shear Rheometer test, Toughness test, and Segregation test. These polymer-modified asphalt binders were evaluated to recommend the suitable asphalts for the use of construction projects.
    Based on the testing results, lower grade of straight asphalt needed much more amount of modification to have the same properties. From the view of engineering, upgrading straight asphalt can benefit the performance and cost-effectiveness of construction projects. Different modifications have different results for improving engineering properties of asphalt binders. Even the same modification possesses different properties when tested at low and high temperatures. For the use of polymer-modified asphalt binders, it is recommended that the different polymer-modified asphalt binders should meet different requirements for Toughness measurements. In addition, because of loading and climate conditions, the viscosity-graded AC-30 and upper grades, or the pen 60/70 or lower grades, were recommended for the use of Taiwan area pavements.
    Table of Content 目 錄
    目 錄I
    圖目錄IV
    表目錄X
    第一章 緒 論1
    1.1前言1
    1.2研究目的1
    1.3研究範圍2
    1.4預期研究成果2
    第二章、文獻回顧3
    2.1高分子改質改質瀝青之種類3
    2.1.1熱塑性橡膠改質瀝青3
    2.1.2橡膠類改質瀝青4
    2.1.3熱塑性樹脂類改質瀝青5
    2.2世界各地區各國改質瀝青使用之現況6
    2.3改質瀝青相容性評估14
    2.3.1相容性與瀝青組成的關係14
    2.3.2相容性與溶解度參數的關係17
    2.3.3改質瀝青性質評估方法18
    2.4各國改質瀝青規範之比較19
    2.4.1試驗項目的不同19
    2.4.2試驗的規定值不同20
    2.4.3台灣地區改質瀝青的分類不足21
    2.5改質瀝青流變行為之評估21
    2.5.1剪變率指數(shear index c)與瀝青流體種類21
    2.5.2瀝青黏彈行為中各參數之關係23
    2.5.3潛變分析25
    2.6瀝青膠泥機械性質評估27
    2.6.1拉伸性質與聚合物分子結構之關係28
    2.6.2影響拉伸試驗之因素29
    2.6.3改質瀝青之韌性試驗30
    第三章 研究計畫與流程32
    3.1試驗材料32
    3.2研究流程34
    3.2.1試驗流程34
    3.2.2試驗配置36
    3.2.3試驗項目36
    3.3瀝青膠泥基本性質試驗36
    3.3.1拌合設備36
    3.3.2針入度試驗38
    3.3.3軟化點試驗38
    3.3.4黏滯度試驗39
    3.3.5韌性試驗41
    3.3.6流變行為試驗42
    3.3.7薄層火焰離子分析儀(TLC/FID)44
    3.3.8離析試驗47
    3.3.9滾動薄膜烘箱(RTFOT)短期老化試驗48
    3.3.10壓力老化烘箱(PAV)長期老化試驗49
    第四章 試驗結果分析與討論52
    4.1 瀝青膠泥基本物理性性質試驗結果52
    4.1.1針入度53
    4.1.2針入度指數(PI)55
    4.1.3黏滯度56
    4.1.4韌性58
    4.1.5各國規範比較(ASTM、日本、德國、CNS)72
    4.2瀝青膠泥化學性質分析77
    4.2.1瀝青組成77
    4.2.2與改質劑相容性評估79
    4.3 瀝青膠泥流變行為試驗結果分析80
    4.3.1流動模式分析80
    4.3.2潛變模式分析85
    4.3.3動態掃描分析92
    4.4 CNS 14184改質瀝青規範、針入度等級、黏滯度等級與PG GRADE比較103
    4.5 相同黏滯度等級性質比較108
    4.5.1黏滯度等級2000 (Poise)108
    4.5.2黏滯度等級3000 (Poise)115
    4.6 離析試驗結果分析121
    第五章 結論與建議129
    5.1結論129
    5.2建議130
    參考文獻131
    圖目錄
    圖2.1目前歐洲各種改質劑的使用比例8
    圖2.2針入度試驗10
    圖2.3 60℃黏滯度(poise)試驗11
    圖2.4 135℃動黏滯度(cSt)試驗11
    圖2.5離析試驗12
    圖2.6 RTFOT後彈性回復率試驗12
    圖2.7 RTFOT後針入度試驗13
    圖2.8基底瀝青的組成與SBS改質劑的相容性關係圖15
    圖2.9各成份對改質瀝青相容性影響16
    圖2.10 TLC分析結果(AC-10)16
    圖2.11 HP-GPC分析結果(AC-10)17
    圖2.12不同流動特性材料的剪變率與剪應力之相對關係22
    圖2.13損失角之示意圖24
    圖2.14各參數之相對關係示意圖25
    圖2.15瀝青膠泥韌性示意圖28
    圖2.16硬脆型材料之應力-應變曲線29
    圖2.17 PVC在不同拉伸速率下之應力-應變圖30
    圖2.18醋酸纖維在不同溫度下之應力-應變圖30
    圖2.19 SBS改質瀝青受拉力而斷裂之示意圖31
    圖2.20改質瀝青受拉力之變形示意圖31
    圖3.1本研究試驗流程圖35
    圖3.2改質瀝青拌合設備37
    圖3.3瀝青膠泥黏滯度儀40
    圖3.4韌性試驗儀42
    圖3.5流變行為試驗儀43
    圖3.6火焰游離檢示器46
    圖3.7滾動薄膜烘箱示意圖49
    圖3.8 PAV壓力老化器示意圖50
    圖3.9 PAV壓力老化器51
    圖4.1添加不同改質劑之針入度比較圖55
    圖4.2不同改質劑添加量針入度指數比較圖56
    圖4.3不同改質劑添加量60℃黏滯度比較圖57
    圖4.4傳統瀝青韌性圖59
    圖4.5添加不同改質劑之韌性圖61
    圖4.6不同改質劑及添加量韌性試驗最大拉伸強度比較圖63
    圖4.7不同改質劑及添加量韌性試驗最大拉伸強度發生位置比較圖64
    圖4.8不同改質劑添加量韌性值比較圖66
    圖4.9不同改質劑添加量強韌性值比較圖66
    圖4.10不同改質劑添加量黏結力比較圖67
    圖4.11強韌性與60℃黏滯度關係圖67
    圖4.12(a) 添加SIS1之PAV老化韌性圖69
    圖4.12(b) 添加SIS2之PAV老化韌性圖69
    圖4.12(c) 添加SBS之PAV老化韌性圖70
    圖4.12(d) 添加SBR之PAV老化韌性圖70
    圖4.12(e) 添加EGA之PAV老化韌性圖71
    圖4.12(f) 添加EVAc之PAV老化韌性圖71
    圖4.13添加EGA之改質瀝青在老化後呈現單邊破壞情形72
    圖4.14 TLC/FID試驗結果示意圖78
    圖4.15 (a) 添加EGA之黏滯度分析圖81
    圖4.15 (b) 添加EVAc之黏滯度分析圖81
    圖4.15 (c) 添加SBS之黏滯度分析圖82
    圖4.15 (d) 添加SEBS之黏滯度分析圖82
    圖4.15 (e) 添加SIS1之黏滯度分析圖83
    圖4.15 (f) 添加SIS2之黏滯度分析圖83
    圖4.15 (g) 添加SBR之黏滯度分析圖84
    圖4.15 (h) 添加岩瀝青之黏滯度分析圖84
    圖4.16不同改質劑添加量瀝青膠泥剪感性指數(C Index)比較圖85
    圖4.17市售瀝青剪感性指數比較圖85
    圖4.18 25℃SEBS不同添加量潛變比較圖86
    圖4.19 40℃SEBS不同添加量潛變比較圖87
    圖4.20 60℃SEBS不同添加量潛變比較圖87
    圖4.21 80℃SEBS不同添加量潛變比較圖88
    圖4.22 25℃潛變彈性恢復率比較圖89
    圖4.23 40℃潛變彈性恢復率比較圖89
    圖4.24 25℃彈性恢復率與60℃黏滯度關係圖90
    圖4.25 40℃彈性恢復率與60℃黏滯度關係圖91
    圖4.26 60℃時剪應力與G*/sin(δ)比較93
    圖4.27 80℃時剪應力與G*/sin(δ)比較93
    圖4.28 60℃剪應力與相位角比較94
    圖4.29 80℃剪應力與相位角比較94
    圖4.29 60℃與80℃頻率掃描比較圖96
    圖4.30 60℃頻率掃描與相位角比較96
    圖4.31 80℃頻率掃描與相位角比較97
    圖4.33 SEBS不同添加量溫度掃描比較圖98
    圖4.34 (a) SIS1不同添加量相位角-溫度比較圖99
    圖4.34 (b) SIS2不同添加量相位角-溫度比較圖99
    圖4.34 (c) SBS不同添加量相位角-溫度比較圖100
    圖4.34 (d) SEBS不同添加量相位角-溫度比較圖100
    圖4.34 (e) EVAc不同添加量相位角-溫度比較圖101
    圖4.34 (f) EGA不同添加量相位角-溫度比較圖101
    圖4.34 (g) SBR不同添加量相位角-溫度比較圖102
    圖4.34 (h) SBR不同添加量相位角-溫度比較圖102
    圖4.35 25℃針入度與60℃G*/sin(δ)關係圖106
    圖4.36傳統瀝青黏滯度與60℃G*/sin(δ)關係圖107
    圖4.37改質瀝青黏滯度與60℃G*/sin(δ)關係圖107
    圖4.38 PG Grade溫度與60℃黏滯度關係圖108
    圖4.39 25℃潛變試驗比較圖111
    圖4.40潛變試驗變形量比較圖112
    圖4.41潛變試驗彈性恢復率比較圖112
    圖4.42不同頻率下相位角變化比較圖113
    圖4.43不同頻率下G*/sin(δ)變化比較圖113
    圖4.44不同溫度相位角變化比較圖114
    圖4.45不同溫度G*/sin(δ)變化比較圖114
    圖4.46 25℃潛變試驗比較圖116
    圖4.47 25℃潛變試驗變形量比較圖117
    圖4.48 25℃潛變試驗彈性恢復率比較圖118
    圖4.49不同頻率下相位角變化比較圖119
    圖4.50不同頻率下G*/sin(δ)變化比較圖119
    圖4.51不同溫度相位角變化比較圖120
    圖4.52不同溫度G*/sin(δ)變化比較圖120
    圖4.53 SBS添加1.5%之改質瀝青流變行為122
    圖4.54 SBS添加3.0%之改質瀝青流變行為123
    圖4.55 SBS添加4.5%之改質瀝青流變行為123
    圖4.56 SEBS添加1.5%之改質瀝青流變行為124
    圖4.57 SEBS添加3.0%之改質瀝青流變行為125
    圖4.58 SEBS添加4.5%之改質瀝青流變行為125
    圖4.59 SIS1添加1.5%之改質瀝青流變行為126
    圖4.60 SIS1添加3.0%之改質瀝青流變行為126
    圖4.61 SIS1添加4.5%之改質瀝青流變行為127
    圖4.62 SIS2添加1.5%之改質瀝青流變行為128
    圖4.63 SIS2添加3.0%之改質瀝青流變行為128
    圖4.64 SIS2添加4.5%之改質瀝青流變行為128
    表目錄
    表2.1歐洲國家改質瀝青使用狀況7
    表2.2中央大學土木品保中心改質瀝青委託試驗資料10
    表2.3不同流體種類之比較23
    表2.4流變行為各參數之意義25
    表3.1岩瀝青基本性質33
    表3.2各類型Spindle可量測黏度範圍及所需試樣體積41
    表4.1拌合改質瀝青基本物性試驗結果52
    表4.2市售改質瀝青基本物性試驗結果53
    表4.3-1韌性試驗結果58
    表4.3-2韌性試驗結果59
    表4.4 PAV老化後韌性試驗結果68
    表4.5熱塑性橡膠各國規範比較74
    表4.6試驗組別符合熱塑性橡膠改質瀝青規範比較表74
    表4.7熱塑性橡膠各國規範比較75
    表4.8試驗組別符合橡膠類改質瀝青規範比較表75
    表4.9熱塑性橡膠各國規範比較76
    表4.10試驗組別符合改質瀝青規範比較表77
    表4.11 AC-10四族成分試驗結果78
    表4.12市售瀝青四族成分試驗結果79
    表4.13 AAPT理論相容性佳之瀝青組成79
    表4.14不同SEBS添加量在不同溫度施力階段變形量86
    表4.15台北測站氣溫資料及鋪面設計溫度103
    表4.16各大城市氣候條件比較表(1961~1990)104
    表4.17針入度等級、黏滯度等級及PG Grade比較表105
    表4.18黏滯度等級2000 (Poise)之瀝青基本試驗結果109
    表4.19黏滯度等級2000 (Poise)之瀝青韌性試驗結果110
    表4.20 25℃潛變試驗結果111
    表4.21黏滯度等級3000 (Poise)之瀝青基本試驗結果115
    表4.22黏滯度等級3000 (Poise)之瀝青韌性試驗結果116
    表4.23 25℃潛變試驗結果117
    表4.24添加SBS之改質瀝青離析試驗結果122
    表4.25添加SEBS之改質瀝青離析試驗結果124
    表4.26添加SIS1之改質瀝青離析試驗結果126
    表4.27添加SIS2之改質瀝青離析試驗結果127
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    Advisor
  • Jyh-Dong Lin(林志棟)
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    Date of Submission 2001-07-18

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