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瀝青的成效分級制(PG Grades) 用新的瀝青成效分級(Performance Grade, PG)規範,得以避免選錯瀝青過早出現的鋪面變形/龜裂而獲益,德州運輸研究中心(Texas Transportation Institute, TTI)估算每年州公路單位將可節省四億八千萬至七億八千萬美金,愈早採用新的規範,就可以節省愈多的養路經費[1]。 鋪面瀝青的成效關鍵在於高溫能抗變形、低溫能抗龜裂、中間溫度則需抗疲勞開裂,這些工程成(績)效特性及破壞的臨界點是共通的;不同氣候變化的地區性影響在於不同的老化程度和服務溫度,故瀝青的成效應以不同的「成效檢測溫度」分級。SHRP提出的所謂「成效分級(Performance Graded)」規範,與以往「不同等級規定不同的材料特性」的觀念,有相當大的改變;瀝青黏結料所需具備的抗車轍、抗疲勞、抗低溫龜裂等特性,無論是在那一個地區都是相同的,然因各不同地區之環境狀況不同,需使用不同等級的瀝青黏結料,因此,所謂不同等級乃指「適用的環境溫度狀況不同」,所以,規範中所列的「應檢成效性質」都相同,不同等級乃指符合成效規定的溫度不同。 SHRP提出量測瀝青流變特性的試驗方法 面對日益惡化的公路狀況,美國國會於1987年通過執行策略性公路研究計畫(SHRP),由1987年10月至1993年3月間,長達五年半,耗資五千萬美元的此項大型研究案,主要集中在(1)瀝青材料,(2)混凝土結構物,(3)公路養護及養護工區的安全性維持,(4)鋪面長期績效研究等四個領域,在瀝青材料方面主要用於發展與鋪面績效相關的試驗方法及品質規範,此一研究計畫的主要成果稱Superpave,國內有學者譯為「超級鋪面」,整合了以往路面工程界的經驗,並設法將這些可貴經驗以理論將之定量化,以便於消除地域性因素造成的不同績效;Superpave系統主要由(1)瀝青黏結料PG級規範,(2)以瀝青混合料的體積特性為基礎的設計分析方法,及(3)分析瀝青混合料的試驗及績效預估模型,共三大部份所組成,這樣的一個結合理論與經驗的模型,必須經由往後更多的試驗路面來加以精煉,才能達到其「放之四海皆準」的理想;目前AASHTO已將Superpave採用的瀝青膠泥試驗法列入標準規範,並期望能於進入21世紀時全面採行[2]。 Superpave乃依據瀝青的流變學原理( 詳作者另文 理解 瀝青使用績效...
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理解瀝青使用績效-流變學的基本原理 前一個世紀末美國路面工程界大力推廣「策略性公路研究計劃」(Strategic Highway Research Program,SHRP)之瀝青膠泥成效分級(Performance Grade, PG)規範,乃以流變學(Rheology)為基礎,針對瀝青膠泥在不同溫度範圍內顯現的流變特性,選擇適當的量測儀器,如圖1所示,以便將瀝青膠泥的行為合理地量化,並應用於品質規範中。本文介紹流變學的基本原理。   圖1、美國策略性公路研究計劃提出量測瀝青膠泥流變性之儀器示意圖[1] 流變學定義為研究物體變形及流動的一門科學,最早由E. C. Bingham[3] 使用此一名詞,以別於傳統的固體力學與流體力學;瀝青膠泥為塑性的高分子材料,在低溫時,黏度相當高,呈現固體行為,力學特性由彈性行為主導,在高溫時則呈現黏度低的流體行為,其變形狀態主要由黏性行為控制;在一般使用溫度範圍內,具有固體與液體之雙重特性,在學理上,只有以流變學的觀點才能完整地描述。 1、層狀流動與黏度之定義 流變學上最重要的流動型態為層狀流動(Laminar Flow),如圖2所示[4],由於層狀流動為一均勻穩定的流動,各層的流速固定,層間的流速變化即等於剪應變率 ,為流變學者據以求得黏度的基本流動型態。最常用以代表流體之性質者為黏度(Viscosity),為流體分子間摩擦力的量度值,若分子間的摩擦力大則不易流動,所以黏度即代表流動難易程度,又因代表相同分子間的作用力,是為凝聚力(Cohesion),不是分子間互相黏結的附著力(Adhesion)。  圖2、層狀流動:A為簡單剪力流(平面流);B為旋轉層流; C為管狀層流:D為扭剪層流[4]  黏度之明確定義由牛頓藉平面層流以簡單剪力流(即圖2之A)提出[5],流體置於兩平行面間,如圖3所示,此兩平面相距dx,且因剪力的作用,各以V1和V2之速度流動,牛頓假設維持此一速度差所需施的力正比於兩面間的流速差,即:                                           ...