第三章 研究流程與方法
3.5 馬歇爾配合設計試驗
3.5.2 馬歇爾配合設計試驗儀器
一.拌合設備〆自動控溫拌合機、烘箱。
二.試體夯壓設備〆
1.自動夯壓機〆由鍊條帶動 4.45 ㎏夯錘，提昇至 45.7 ㎝後，以自由落 體方式夯打試體。
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2.鐵模、底座及延伸模等附件。
三.馬歇爾試驗儀
1.荷重元〆內附有測微錶之壓力計，可經由惠思敦電橋的轉換，將受 到的荷重以電壓訊號輸出至面版，以公斤為單位顯示穩定值。
2.流度計〆由導筒及電子千分錶組合而成，可量測試體之垂直變形量 (即流度)，結果亦顯示於面版。
3.試體夾頭〆乃一對半圓形中空鐵模，試體裝於其間進行試驗。
4.油壓千斤頂〆控制試體夾頭的速率升降。
四.其他設備〆 1.頂樣器。
2.最大理論比重用之真空抽氣設備。
五.馬歇爾穩定值、流度值試驗如下〆
依 ASTM D1559 及美國瀝青協會(AI) MS 2 之規定，試體先浸於 60℃
水中 30～40 分鐘，離開水槽後 30 秒內完成試驗。
圖 3.8 自動式馬歇爾試驗機 圖 3.9 頂樣器
3.6 再生瀝青混凝土添加轉爐石之基本力學試驗
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並將之調整至所需之電壓，用以輸出並經此計算真正之荷重與變
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H = 試體厚度 (cm)
圖 3.10 回彈模數儀器 圖 3.11 回彈模數儀器內部
3.6.3 動態潛變試驗
動態潛變試驗為利用重複加壓方式係模擬車輛行經路面時，造成反覆 荷重的試驗。
一、試驗儀器
1.壓力計〆荷重極限 226.8 kgf，±0.1%之 Load Cell(荷重元)。
垂直變形〆量測精度為 0 – 2.5 mm，± 0.1%之 LVDT。
試體固定框定〆固定試體不使試體在荷重時造成偏心移動。
2.加壓設備〆可產生 6kgf/cm2以上壓力之空氣壓縮機。
3.控制與量測系統〆可由 PC 及控制箱控制氣壓加壓與解壓之時間 頻率，並可同時量測荷重，變形之數據。為配合氣壓之工作性，
其有效之工作頻率小於 1Hz。控制箱外可另接記錄器，記錄試驗 期間之荷重變形曲線。
4.儲氣槽〆帄衡穩定氣壓之用。
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將試體置於潛變試驗儀上，調整所欲測試之條件，進行加壓、解 壓各 3600 秒，由電腦記錄變形量。
潛變模數值計算〆將試驗結果由下式
潛變模數(kg〃sec/cm2)＝應力 (kg/cm2)×時間 (sec) /最終應變量
3.6.5 膨脹試驗
由於轉爐石粒料本身有含f-CaO化學成分存在，使得轉爐石粒料使用於 道路工程是否會造成體積不穩定性存在，為了瞭解轉爐石體積不穩定性的 問題，本研究採用ASTM D-4792膨脹試驗如下圖3.12，主要測定轉爐石粒料 在瀝青的包裹情況下分別於海水與淡水中是否有產生體積的膨脹。
圖 3.12 膨脹試驗
3.7 開放交通後檢測
本研究預計於試驗路段鋪築完成開放交通後，至少每隔六個月至現場 進行各項檢測工作，除以鑽心取樣方式進行上述各項強度試驗外，並進行 現場鋪面績效各項檢測，包含車轍量、PCI 鋪面服務指數、摩擦係數、抗 滑度、目視檢測破壞情形等。
3.7.1縱斷面帄坦度試驗
路面鋪築之目的在使鋪面具帄坦性，增進行車舒適感，及減輕車輛耗 損。帄坦度之測試，在檢驗及控制路面之帄坦性，作為路面是否頇進行維 修之資料。
對於帄坦程度之要求，本研究採用高低帄坦儀進行檢測。同時，以目 視選擇檢測點，再採用三公尺直規檢驗最大高差不超過規範值之方式辦理。
圖 3.13 高低帄坦儀
3.7.2摩擦係數試驗
摩擦係數試驗儀係利用鐘擺原理，將一塊橡皮抗滑片附於擺錘下方，
以一定之擺長、錘重，在擺臂呈水帄狀態時，令擺自由落下，當橡皮抗滑 片底面滑過試驗路面時，測定能量之損耗，以決定摩擦係數。
3.7.3現場車轍值量測
公路施工及管理系統一般最常用之三公尺直規，主要以量測路面的高 低起伏為主，著重在路面橫向之高差變化。其量測程序為沿著車道線以內
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80~100 公分左右，與車道垂直線為測線，垂直放置車道兩旁線，在0.75公 尺、1.5公尺、2.25公尺進行量測，紀錄至1 公釐。
圖 3.14 三米尺規 3.8 水質氯鹽分析
3.8.1 硝酸汞滴定法
一、方法概要水樣調整 pH 值至 2.3 ～ 2.8 範圍內，以硝酸汞溶液滴定，滴定過程 中，氯離子與硝酸汞生成不易解離之氯化汞，當到達滴定終點時，多餘之 汞離子即與指示劑二苯卡巴腙（Diphenylcarbazone）形成藍紫色複合物。 水 樣中氯離子濃度可由滴加之硝酸汞標準溶液體積及濃度求得。
二、適用範圍
本方法適用飲用水水質、飲用水水源水質、地面水體（除海水外）、
地下水、放流水及廢(污)水中氯鹽之檢驗。
三、設備及材料 : 微量滴定管。
四、試劑
（一）試劑水〆蒸餾水或去離子水。
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藍色之水樣），在加入指示劑 ─ 酸化試劑之前應調整 pH 值至 8 (Rt)，來計算水中實用鹽度(Practical salinity scale)。
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（二）IAPSO(International association for the physical science of the ocean)標準海水〆市售標準品，鹽度分別約等於 38、35、30 及 10 psu
第四章 研究成果與分析
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表 4.3 轉爐石瀝青混凝土配合設計值
項目 試驗室配合設計 現場鋪築機取樣 規範值
建議瀝青含量(%) 4.5 4.275 4.0~7.0
設計目標黏度 (poise) 9,800 9,800 >8,000
夯壓後試體單位重(kg/m3) 2,730 2,770 -
理論最大單位重(kg/m3) 2,852 2,810 -
穩定值 (kgf) 2,380 2,311 ＞816
流度值(0.25mm) 11.5 11.6 8~14
空隙率-V.A (%) 4.5 4.36 3~5
粒料間空隙率-V.M.A (%) 16.3 16.07 ≧13.0
瀝青填充率-V.F.A (%) 72 72 65~75
粒料帄均比重 3.105 3.15 -
粒料吸油率(%) 0.032 0.036 -
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圖 4.2 轉爐石及傳統瀝青混凝土之常溫抗裂
4.4.2 殘餘強度
由於南星道路位於海邊附近，其海水中的氯鹽通常會降低工程品質，
在此試驗中進行瀝青混凝土其淡水與海水之浸入破壞，模擬現地鋪面情 況。本試驗將其轉爐石與傳統瀝青混凝土試體分別放入淡水與海水之中，
在 60℃的水溫浸泡 24 小時並進行殘餘強度實驗，再進行氯鹽分析。圖 4.3 為不同水質之殘餘強度。傳統瀝青混凝土試體在淡水與海水中分別殘餘強 度為 2.215kgf/cm2及 2.115 kgf/cm2，而轉爐石瀝青混凝土在淡水與海水分別 為 3.145kgf/cm2及 2.68 kgf/cm2，發現瀝青混凝土於海水中，工程品質會下 降，其中轉爐石瀝青混凝土浸泡海水與淡水之差異最為明顯，相差約 0.5 kgf/cm2，雖然轉爐石瀝青混凝土之殘餘強度較傳統瀝青混凝土佳，但轉爐 石瀝青試體之殘餘強度在淡水與海水的變化相差卻是最大。
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圖 4.3 不同水質之殘餘強度
4.4.3 回彈模數
回彈模數(Resisient Modulus，簡稱 Mr)係物體受力後所能夠回復之最大 強度，對瀝青混凝土而言，在溫度較低時會具有較高的黏塑性以承受應力 與應變，能夠維持適當的柔韌度，減少裂縫產生。
圖 4.4 為轉爐石與天然粒料 25℃時之回彈模數，由實驗數據可得知轉 爐石瀝青混凝土優於傳統瀝青，其值約為 11,800kgf/cm2，而傳統瀝青則約 為 9,500 kgf/cm2，兩者約差為 2,300 kgf/cm2。
圖 4.4 不同粒料之回彈模數(25℃)
4.4.4 動態潛變
本試驗探討轉爐石與天然粒料應用於鋪面之動態潛變，利用重覆加壓 方式模擬瀝青混凝土鋪面受到車輛行進時荷重反覆作用之情形，試驗結果 表示出應變越小即抗變形能力越好。實驗針對南星道路之兩條鋪面上都分
別在轉爐石瀝青混凝土與傳統瀝青混凝土進行鑽心，把試體分別進行不同 溫度 25℃及 40℃實驗，加壓次數設定為 1,000 次，由於考量南星道路重車 比一般道路還要多，所以另外區分輪跡與非輪跡以進行比較分析，以這些 數據結果分析觀察鋪面情況，作為未來鋪面情況的參考。
圖 4.5、圖 4.6 分別係 X 與 Y 段鋪面鑽心試體之 25℃動態潛變。由圖 4.5 得知，X 段鋪面之 2 號試體(天然粒料非輪跡)垂直變位約 0.58mm，而 6 號試體(天然粒料輪跡)垂直變位 0.02mm，另外 7 號試體(轉爐石輪跡)與 8 號試體 (轉爐石非輪跡)分別是 0.09mm 及 0.15mm々另外由圖 4.6 得知 Y 段 鋪面之 23 號試體(天然粒料非輪跡)垂直變位 0.61mm 為最大，而最小為 24 號試體(天然粒料輪跡)垂直變位 0.3mm，轉爐石的 16 號試體(轉爐石輪跡) 與 17 號試體(轉爐石非輪跡)分別為 0.4mm 及 0.49mm。
圖 4.5 X 段路面鑽心試體之動態潛變(25℃)
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圖 4.6 Y 段路面鑽心試體之動態潛變(25℃)
圖 4.7、圖 4.8 分別係 X 與 Y 段鋪面鑽心試體之 40℃動態潛變。由圖 4.7 得知，X 段鋪面之 2 號試體(天然粒料非輪跡)垂直變位約 0.79mm，而 6 號試體(天然粒料輪跡)垂直變位 0.04mm，另外 7 號試體(轉爐石輪跡)與 8 號試體 (轉爐石非輪跡)分別是 0.32mm 及 0.22mm々另外由圖 4.8 可以得知 Y 段鋪面之 23 號試體(天然粒料非輪跡)垂直變位 0.61mm 為最大，而最小 為 24 號試體(天然粒料輪跡)垂直變位 0mm，轉爐石的 16 號試體(轉爐石輪 跡)與 17 號試體(轉爐石非輪跡)分別為 0.12mm 及 0.18mm。
圖 4.7 X 段路面鑽心試體之動態潛變(40℃)
圖 4.8 Y 段路面鑽心試體之動態潛變(40℃)
4.4.5 靜態潛變
潛變模數值會影響材料的永久變形量的大小，若加壓時間越長，所累 積之變形量就越大，而潛變模數值也與變形量的大小成正比，潛變模數越 小則變形量就越大，因此潛變模數的大小可以預測是否容易產生車轍問 題。以下試驗結果於圖 4.9、圖 4.10、圖 4.11、圖 4.12 所示。
圖 4.9、圖 4.10 分別係 X 與 Y 段路面鑽心試體之靜態潛變(25℃)。圖 4.9 中可以看到 6 號試體(輪跡天然粒料)不可回復彈性為最高的，垂直變位 為 0.58mm，另外同樣天然粒料但非輪跡的 2 號試體不可回復彈性的垂直變 位為 0.05mm，轉爐石瀝青混凝土的輪跡(8 號試體)與非輪跡(7 號試體)則分 別為 0.19mm 與 0.11mm，這張圖可以看出傳統瀝青混凝土經過車子反覆的 滾壓，會使得不可回復的垂直變位提高許多，然而轉爐石瀝青混凝土的輪 跡雖然比非輪跡增加一些，但沒有很明顯的差異々另外可以看出傳統瀝青 在輪跡處的試體回復彈性為最多，垂直變位從 0.78 回復到 0.58，但也是永 久變形量為最高，推測可能因為變位量大所以回復也大。
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圖 4.9 X 段路面鑽心試體之靜態潛變(25℃)
圖 4.10 係另一路段道路，這部份比較特別在於傳統瀝青取樣接近於轉 彎處，所以 23 號傳統瀝青試體為輪跡，而 24 號試體是非輪跡。由圖可以 明顯看出 23 號試體之永久變形量在 0.52mm 與 24 號試體(輪跡)在 0.09mm 相差很大，而轉爐石瀝青混凝土的輪跡與非輪跡之永久變形分別為 0.37mm 及 0.04mm，與圖 4.1 所呈現出來結論的差異不大，都表示出轉爐石瀝青混 凝土不會因為車子行駛下有太大變異，而傳統瀝青混凝土會因為車子行駛 會有極大的差異。也可以看出彈性回復量，就最大變形量與彈性回復比例 下，非輪跡的傳統瀝青混凝土、與輪跡及非輪跡的轉爐石瀝青混凝土彈性 回復比例差異不大，也代表轉爐石瀝青混凝土在使用過程中保有最佳的效 用，將使用年限提高。
圖 4.10 Y 段路面鑽心試體之靜態潛變(25℃)
圖 4.11 係 X 段路面鑽心試體 40℃之靜態潛變。由圖中可以看到當溫 度升高時，彈性回復量也提高々其中除了傳統瀝青混凝土輪跡處的鑽心試 體變化不大，推測可能因為粒料破碎或是其它原因使瀝青混凝土減少粒料 互鎖作用，在 25℃的情況下就使變位量提高，彈性回復量也提升々另外我
圖 4.11 係 X 段路面鑽心試體 40℃之靜態潛變。由圖中可以看到當溫 度升高時，彈性回復量也提高々其中除了傳統瀝青混凝土輪跡處的鑽心試 體變化不大，推測可能因為粒料破碎或是其它原因使瀝青混凝土減少粒料 互鎖作用，在 25℃的情況下就使變位量提高，彈性回復量也提升々另外我