第四章 試驗結果分析與討論
4.3 加州承載比試驗
求貫入桿貫入水泥穩定底渣的阻力與貫入標準碎石的阻力比(承 載比)，作為日後應用於路面或機場跑道鋪面設計之參考。本試驗針 對已選定之水泥配比進行承載力試驗，以了解垃圾焚化底渣材料經水 泥穩定後之 CBR 變化值，試驗參考 ASTM D1883 之相關規範規定。
1.試驗儀器與設備
CBR試驗儀器與設備同 3.4.2 節，在此不再贅述。
2.試體製作程序 實驗試樣準備：
本試驗依據 ASTM D5333 土壤濕陷試驗相關規範執行，主要 為求得水泥穩定底渣之壓縮性質，及其因水份滲入而產生之濕陷量。
1.試體製作
(1)將垃圾底渣試料置入烘箱內烘乾 24 小時。
(2)取出烘乾後之底渣材料，靜置常溫後，調配含水量並充分拌和。
(3)取出調配過含水量之試體，加入配比所需水泥並充分拌勻，準備 進行重模。
(4)準備濕陷模具，其試驗方法與壓密試驗類似。試驗前透水石應以 蒸餾水煮沸 1 小時(或至透水石中無氣泡跑出)，以確保透水石內 無空氣殘存，不影響透水功能。
(5)取一壓密環，其直徑與高度比(D/H)應大於或等於 2.5。將水泥加 入調配過含水量之實驗試樣並充分拌和均勻。
(6)試樣均勻拌和完成後，將試料分三層置入模內並且逐層夯實，如 圖 3-15 所示。
a.每層面完成夯實後，於加入下一試料前，須將試料再均勻攪拌 一次，並依夯實密度要求，將該試體設計夯實密度所需重量試 料完全打入為止。
b.試體夯實完畢後，試體頂部應予以修平，可利用較小顆粒試料 修整填平。
2.試驗方法
(1)將夯實後試體連同壓密環，依序放置乾濾紙及乾透水石於壓密 盒內，最後加上承壓頂座(上有圓球承壓點或鋼珠)，放置壓密試 驗儀上，如圖 3-16 所示。
(2)加上加壓架並調整槓桿，使加壓架微接觸而不接觸試體上方之 承壓頂座。
(3)調整測微計或電子垂直變位計接觸加壓架中心點，並將讀數歸 零。
(4)加上接觸壓力(seating pressure)，五分鐘內判讀測微計讀數，作 為最初讀數。
(5)加上第一級載重，同時啟動碼表，計讀時間與沉陷量。
(6)加載至 200 kPa 完成(24 小時或 100%壓密)後，不移除或增加載 重，並加水入壓密盒內，使水浸沒試體與透水石，記讀時間與沉 陷量，此時產生之沉陷量即為濕陷量。
(7)完成步驟 6 後，再進行 400 kPa 與 800 kPa 兩級載重，得到一濕 陷沉陷曲線。
(8)計算、繪圖。
表 3-1 試驗參考規範 試驗
分類
試驗項目 參考規範
土壤顆粒篩分析及比重計分析 試驗
ASTM D452-80
比重試驗 ASTM D854-83
基本物理性質、骨材品質試驗
土壤分類 ASTM D2487-85
修正夯實試驗 ASTM D1557-78 ASTM D558 工程品質試驗 加州承載比(CBR)試驗 ASTM D1883-73
單軸壓縮試驗 ASTM D2166-66
力學試驗
濕陷試驗 ASTM D5333
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圖 3-1 研究流程及試驗項目
文獻回顧
擬定試驗計畫與資料蒐集
試驗材料與試驗儀器之準備
基本物性試驗
粒徑分析試驗 比重試驗 單位重試驗
修正夯實試驗
穩定底渣配比設計
力學特性測定
單軸壓縮強度
試驗 CBR試驗
試驗結果與分析 濕陷試驗
結論與建議
圖 3-2 試驗用底渣材料
圖 3-3 單軸壓縮試驗儀
圖 3-4 CBR 承載比試驗儀
圖 3-5 濕陷試驗儀
圖 3-6 單軸壓縮試驗試體模具
圖 3-7 壓密試驗組成構件(沈茂松，1998)
圖 3-8 濕陷試驗組成構件
圖 3-9 三段變速土壤攪拌機
圖 3-10 單軸壓縮試驗儀校正結果
圖 3-11 試驗土樣調配含水量後密封放置 24 小時
圖 3-12a 潤滑不足造成拆模後試體破壞之情形
圖 3-12b 潤滑不足造成拆模後試體破壞之情形
圖 3-13 試料添加水泥拌合
圖 3-14 試體夯實完成情形
圖 3-15 濕陷試驗試體夯實安裝完成
圖 3-16 濕陷試驗試體之安裝
4.2.1 水泥配比與單軸壓縮強度之關係水泥配比與單軸壓縮強度之關係水泥配比與單軸壓縮強度之關係水泥配比與單軸壓縮強度之關係
圖 4-3 所示為各種水泥含量及齡期對應之單軸壓縮強度。由試驗 結果得知底渣未添加水泥前其單軸壓縮強度為 46kPa，添加水泥後其 2天齡期強度，依水泥含量的增加(2.5%、5.0%、7.5%)其單軸壓縮強 度依序為 366 kPa、882 kPa、1560 kPa，如圖 4-4 所示。此結果與無 添加水泥之垃圾底渣試體相比較，添加水泥後的底渣試體抗壓強度之 增幅分別為 7.9、19.1、33.9 倍。
7天齡期強度依水泥含量的增加(2.5%、5.0%、7.5%)其單軸壓縮 強度依序為 421 kPa、1214 kPa、1782 kPa，如圖 4-5 所示。抗壓強度 之增幅分別為 9.1、26.4、38.7 倍。
28 天齡期強度依水泥含量的增加(2.5%、5.0%、7.5%)其單軸壓 縮強度依序為 693 kPa、1428 kPa、2006 kPa，如圖 4-6 所示。抗壓強 度之增幅分別為 15、31、42.6 倍。
根據以上趨勢可知，以水泥處理底渣材料之效果隨著水泥含量之 增加而增加，顯示增加水泥含量能直接有效地提升底渣材料強度。主 要是因為底渣內部水泥水化反應產生固化膠結作用，使底渣顆粒與顆 粒間結合，進而提供底渣試體抗壓強度。但是當水泥含量由 5.0%增 加至 7.5%時，可觀察出其單軸壓縮強度之增加幅度將趨於平緩(圖 4-7)。
比較張育維(2001)之研究結果顯示，以水泥穩定山級配時，若對 試體不採取養護動作，其單軸壓縮強度與以水泥穩定垃圾底渣有相同 之趨勢。觀察以上關係推測原因為試體本身含水量有限，加上本研究 進行單軸壓縮強度時，為了模擬現地施工之惡劣養治及施工狀態，因 此試體完全未予以養護，故在相同含水量狀態下，2.5%含水泥量之試 體能提供較充足水分供給內部水泥水化反應，即使後期試體本身水分
散失仍足以提供內部水泥進行水化反應。
但 5.0%及 7.5%含泥量之試體初期藉由試體本身水分進行水化而 能提供較高之抗壓強度，但後期因為試體未泡水養護致使內部水泥無 法水化完成，造成後期強度增幅趨於平緩。
4.2.2 水泥用量與趨勢線分析之關係水泥用量與趨勢線分析之關係水泥用量與趨勢線分析之關係水泥用量與趨勢線分析之關係
針對水泥處理底渣試體進行單軸壓縮試驗，求得單軸壓縮強度以 及水泥含量間關係，並以統計趨勢分析結果如圖 4-8 至圖 4-10 所示。
通常水泥混凝土路面下路基頂部所受到的壓力在 0.05MPa 以內；而柔 性路面下路基頂部所承受之壓力約為 0.05~0.3MPa(徐家鈺、程家駒，
1995)。
利用單軸壓縮試驗求得之各齡期強度皆能符合此一要求，故將各 齡期強度對應水泥含量之結果代入迴歸方程式，整理如表 4-2。由表 可知齡期 2 天、7 天、28 天之判定係數(R2)值依序為 0.9939、0.991、
0.9915。
判定係數介於 0 與 1 之間，當 R2值愈接近 1，則表示迴歸關係能 力愈強或者迴歸模型的能力解釋愈高(張育維，2001)。由此可知以水 泥穩定處理垃圾底渣作為設計路基材料時，可將設計抗壓強度值代入 迴歸公式中求得所需水泥用量，若考慮所有齡期強度皆符合設計規 定，則選取三種水泥含量之最大值。
4.3 加州承載比試驗 加州承載比試驗 加州承載比試驗 加州承載比試驗
本研究以 CBR 承載比試驗作為評估水泥處理底渣承載力優劣之 依據。加州承載比試驗主要用於決定路基材料在不同密度下承受載重 之能力，可以用來做為路基填築施工時品質控制的依據。本研究以水 泥含量 2.5%、5.0%、7.5%為配比進行 CBR 試驗。
4.3.1 加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果
研究使用之垃圾底渣經土壤分類歸納為級配優良砂土(SW)。依 據試驗規範，砂質土壤因吸水後回脹量不顯著，故試樣夯實後可不經 浸水試驗，直接進行貫入試驗求得 CBR 值，因此本研究將其視為砂 質土壤，夯打完成後不浸水，靜置一天，然後進行 CBR 試驗。
圖 4-11 至圖 4-13 為各試體貫入度與承載力之關係。圖 4-14 至圖 4-16則為乾密度與 CBR 值的關係曲線。
依據交通部及高速公路局施工規範規定，路基土壤之壓實度至少 須到達 95%，對應本研究之乾密度約為 15.2 kN/m3。
由試驗結果可知，不含水泥之垃圾底渣其 CBR 值為 25；添加 2.5%
水泥之試體，壓實度 95%時 CBR 值提升為 65.9，而壓實度為 90%以 及 85%時 CBR 值則分別為 42.6 及 19.3。
水泥含量 5.0%壓實度 95%時之 CBR 值為 95.7，而壓實度為 90%
以及 85%時 CBR 值則分別為 70.5 及 45.2。
水泥含量 7.5%壓實度 95%時之 CBR 值達到 115.6，壓實度為 90%
以及 85%時 CBR 值則分別為 83.8 及 52。
研究結果顯示水泥處理底渣材料經由水泥穩定處理後，在相同條 件之下，其 CBR 值會隨著添加之水泥含量及夯實度之增加而增加，
其水泥含量對應不同壓實度之 CBR 值如圖 4-17 所示。.
4.3.2 加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果加州承載比試驗結果與規範值之關係與規範值之關係與規範值之關係與規範值之關係
交通部針對基層級配料第二類級配之 CBR 值規定最小為 20，第 三類級配(A 類)35、(B 類)20、(C 類)10，底層碎石級配料第二、三類 則分別為 80 及 85；而高速公路局規定基層級配料之 CBR 值規定最 小為 35，底層碎石級配料為 85；AI MS-1 規定基層級配料之 CBR 值 規定最小為 20，底層碎石級配料為 80。
表 4-3 為不同壓實度以及水泥量下對應之 CBR 承載比值，當水 泥含量 7.5%壓實度為 95%時，其 CBR 值為 115.6，高於基層級配料 之規範甚多，即便夯實度為 90%以及 85%之試樣，其 CBR 值仍能符 合基層級配料之相關要求，惟若以考量經濟性為出發點，則不符合要 求。
水泥含量 5.0%之試體於 95%、90%、85%壓實度時，對應之 CBR 值分別為 95.7、70.5、45.2。可觀察得知壓實度為 95%時，此一配比 之 CBR 值能符合交通部底層碎石級配料規範值，且各壓實度狀態下 之 CBR 值皆能符合交通部基層級配料相關規定，故若以水泥含量 5.0%之配比應用於底層碎石級配料時，必須嚴格執行夯實作業，且達 壓實度 95%以上。
水泥含量 2.5%之試體於 95%、90%、85%壓實度時，對應之 CBR 值分別為 65.9、42.6、19.3。此一配比於壓實度 95%及 90%時，能符 合基層級配料之要求，惟現場壓實度低於 90%時，水泥穩定底渣試體 無法提供規範所需之最低 CBR 值。
推測造成承載力不足之原因，乃底渣試體內所添加水泥量不足，
水泥水化形成膠體不足以使整體強度提升，且壓實度 85%時，相當於 模擬現場毫無夯實作業，試體顆粒之間鬆散排列，因此造成水泥含量 2.5%之配比於 85%壓實度狀態下，無法提供符合規範要求之承載力。
基於經濟性考量，後續研究僅針對水泥含量 2.5%及 5.0%之水泥 穩定處理底渣試體進行濕陷性試驗，以觀察水泥穩定底渣試體在水分 進入後會否造成嚴重沉陷情形。表 4-4 為承載比試驗各水泥含量之回 歸公式。