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路基粘性土壤添加乳化沥青及水泥之效果研究.doc

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路基粘性土壤添加乳化沥青及水泥之效果研究

路基粘性土壤添加乳化沥青及水泥之效果研究 刘文宗、张伟哲、黄仲弘 高苑科技大学土木工程系 摘 要 有鉴于传统道路铺面所使用之热拌沥青混凝土所造成之环境污染比常温冷拌乳化沥 青混凝土为大,且其成本亦较高。使用乳化沥青来改良某些路基工程有其迫切之必要性。 本研究在于探讨土壤所添加之乳化沥青及第一类水泥对于改善基层材料因其力学行为之 变化而对基层耐久性产生之影响。藉由无围抗压试验、加州载重试验(CBR)、马歇尔试验 等数据之分析,积极改善道路基层之耐久性及降低其成本以提高经济性。 从研究结果得知,采用之配比应用在基层之中,均能减少道路开挖厚度,即弃 土的数量将大幅减少,可大量减少新土之用量,为一可行之改良材料。 关键词:常温冷拌乳化沥青混凝土、路基工程、力学行为 一、前言 台湾地区热拌沥青混凝土中,砂石占其中约 95%。限采砂石后,即面临料源不足之问 题。使用乳化沥青处理土壤可解决部分问题。传统道路铺面所采用之热拌沥青混凝土,在 施工过程中,会产生大量有毒气体造成空气环境污染且其成本相当昂贵。若采用冷拌乳化 沥青混凝土,则能降低其污染程度且其成本大幅降低。另外,都市道路常因管线问题需开 挖,致使路基土壤因含水量过高而不易滚压到设计(施工规范所订)之压实度。若适当使 用乳化沥青处理土壤,可解决此问题。 台湾地区之表土以低塑性粉土(ML)及低塑性黏土(CL)居多,CBR 值在 2~5%为多。 以乳化沥青改良之土壤可当基层使用,并减少铺面材料厚度来降低成本。冷拌乳化沥青混 凝土之施工应用于国内工程界不采用之原因甚多,但其主要原因乃是其施工方式及质量未 受肯定。如能针对施工质量加以提升,未来必能使乳化沥青混凝土受到青睐。 二、文献回顾 在欧美国家及中国大陆,冷拌乳化沥青对于铺面工程施工及维护之效果,并不逊于传 统热拌沥青。故有逐渐取代传统热拌沥青(HMA,Hot Mixed Asphalt)之趋势。而在国内, 乳化沥青并不受重视,其使用时机只在于黏层及透层。施工方式及质量控管的不确定是工 程界不采用的主因。 因乳化沥青的成本低及施工方便,欧美国家及中国大陆之应用甚广。国内几年前因并 无适当的施工方法,导致施工不良,未达预期之要求,造成许多施工单位不再使用乳化沥 青混凝土甚为可惜。本节先就乳化沥青用途、设计方式及面层与底层之施工方法进行探讨。 美国沥青学会(Asphalt Institute)在 1979 出版乳化沥青基本手册 MS-19 (A Basic Asphalt Emulsion Manual) 其中阐述乳化沥青之特性及应用,并配合 1981 年出版之沥青路面厚度设计手册MS-1(Thickness Design Asphalt Pavement for Highways Streets) 其中包括乳化沥青拌合 厚度设计。但至今乳化沥青配合设计并没有统一之标准规范可遵循。 大陆于 1997 年发布之「公路沥青路面设计规范」及「沥青路面施工及验收规范」,针 对二、三级路面使用乳化沥青拌合设计及施工方法进行规范,但其面层或底层配合设计之 描述亦无一定方法可遵循。 2.1 美国设计方法 MS-1 设计手册归纳乳化沥青拌合有三种方式: I型—密级配拌合; Ⅱ型—碎、砂石级配拌合; Ⅲ型—河砂、泥沙拌合。 配合设计虽没有统一之标准可供遵循,但不外乎求得最佳含油量。 2.2 中国大陆设计方法 配合设计时是按热拌沥青用量折算,或依照已有道路之成功经验试拌而确定配合 比,大抵上粗粒级配沥青用量约 2.5~4.5%;中、细粒级配沥青用 3.0~4.5%,拌合前应加 水约 5%湿润粒料,机械拌合时间不宜超过 30 秒,铺设完成后需养护 2~6 小时。 2.3 沈得县(1998)曾就乳化沥青拌合做以下建议 (1) 乳化沥青制程之质量要求需确立。 (2) 建立适合国内可依循之配合设计或遵循 ASTM 的方法。 (3) 水份含量多寡影响强度甚巨,施工时避免加水。 (4) 铺筑时温度及溼度影响养护时间长短。 (5) 适当添加剂缩短养护时间及增加早期强度。 (6) 铺筑前后应避免雨水冲刷。 2.4 吴学礼(1983)曾就乳化沥青拌合做下列结论及建议 (1) 台北市使用多年之乳化沥青处理底层,如今因效果不彰而停止使用,主要原因在于 我们不了解乳化沥青混合物,需要长时间之养治还原,在市区拓宽道路铺筑后即行 驶车辆,是严重之致命伤,因此在无法封闭交通情况下不可以设计此种铺筑材料, 而乳化沥青本身之试验,亦应加强,因市场上已有多家厂商出售,产品难免优劣不 齐。 (2) 寻找一种适合于既经济又能在设计年限内服务大众之路面铺筑结构,一直是公路工 程师所努力之目标。文中指出,对于高塑性路基土壤,以 5~10 ㎝ 密级配沥青混凝 土,10~20 ㎝ 乳化沥青混凝土底

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