國立宜蘭大學土木工程學系 碩士論文 Department of Civil Engineering National Ilan University Master Thesis

國立宜蘭大學土木工程學系 碩士論文

Department of Civil Engineering National Ilan University

Master Thesis

宜蘭縣瀝青混凝土鋪面績效評估之研究

Research of Effectiveness on Asphalt Pavement in Ilan County

研究生：洪 志 文 Zhi-Wen Hong

指導教授：徐 輝 明 博士 Advisor : Hui-Mi Hsu, Ph. D

中華民國九十九年六月

June, 2010

摘要

宜蘭縣位於東北季風多雨地區，近年來又因為雪山隧道通車後，使得 縣內交通量成長驚人，加上所處環境地下水位高又多為軟弱土層，使得宜 蘭縣道路面產生了不少問題。以目前宜蘭縣的現況，各種道路狀況並未有 相對應之評估方法，造成增加未來鋪面維護之困難度。

根據以往前人的研究，柔性鋪面分析大多需要完整之道路基層、底層、

面層之基礎資料，再以 AASHTO 或 AI 柔性鋪面設計方法進行結構分析，

方可畢竟全功。在全國各縣政府層級所管轄的公路，多因非直接新建為道 路，而是由原有等級較差之道路，因交通量日增後逐漸擴寬而成，所以基 本資料上常呈現不齊全，造成研究上之困難度。

是以經分析探討後，研究上決定採行代表性抽樣方法，進行道路破壞 性鑽心取樣，以取得道路面層基本資料，並對鋪面材料進行試驗分析，以 取得面層材料張力強度資料。張力強度在鋪面面層上，為面層產生裂縫時，

主要的力學破壞行為，所以以此為基礎來進行探討，縣政府管轄的道路目 前基本品質特性，較易建立出維修廵查之重點。

本研究取得計 305 組樣本，依柴比雪夫定理(Chebyshev's) 分析，去除 可信度較差的資料後，剩餘 253 組之試體，平均間接張力強度為 15.55 kgf/cm²。再以北部地區的間接張力標準平均值為門檻進行分析，有 22 條道 路在平均值以上，39 條鄉道在平均值以下，以宜 41 線為最低。所以在維護 上，建議將 39 條鄉道進行加強道路廵查，可達成最少人力，產出最大效益 之目的。

關鍵詞：基層、底層、面層、間接張力、柔性鋪面分析。

Abstract

Ilan county is located at Northeast in Taiwan, due to the rainy weather and the completion of Hsuehshan Tunnel had made the traffic volume increasing.

And the ground water level is high and most of the soil are soft, and these problems has cause the roads a lot of trouble. Right now in ilan county there aren’t a standard evaluation method, in this situation to maintain its pavement is difficult.

According to the reference, flexible pavement analysis require these basic data, the base course, the binder course and the surface course, then using AASHTO or AI for flexible pavement structural design. Since most of the roadway aren’t newly construct across the country, instead they were renew from older roadway due to the increasing of traffic volume, in this case, its difficult to gather these basic data and not to mention of studying them.

The study has collect 305 subjects by analyzing through Chebyshev's

theorem, after culling out the data which in bad credibility there are 253 subjects left. And their average tension strength is 15.55 kgf/cm², using it to compare with the average tension strength in Northern area there are 22 roadways above the average, 39 roadways above the average, especially in Ilan Provincial highway No.41. In the conclusion, the study suggest these 39 roadways should strengthen inspection to reduce the manpower and increasing the roadway efficiency.

Keywords: Base Course, Binder Course, Surface Course, Indirect Tension, Flexible Pavement Analysis.

誌謝

在就讀研究所期間有太多太多的感受，一路行來，點滴在心。很高興 我在宜蘭大學所學到的不僅僅是書面上的研究知識，在生活上學到做人處 事的方法與態度。雖然這不是一部完美的論文，但這部論文的完成，要感 謝的真的人很多，僅以此文表達我的誠摯謝意。

首先要萬分感謝我的指導老師 徐輝明 教授的研究指導和人生訓示，

讓學生的視野更開闊，使我獲益良多。也特別感謝陳浩賢 博士的指導和協 助，使學生的研究能順利完成。

研究過程中，感謝學長思宇、穎賜的經驗傳授、幫忙與協助，才能讓 實驗能夠順利進行，許多問題才得以解決，時時刻刻都使我感到無比的溫 馨與感謝。同時，也要感謝同學興正在論文上的幫忙與討論，方能順利完 成，還有學弟正陽時時的鼓勵，令我難以忘懷。此外，感激同學永定及家 欽在課業上的指導與協助。感謝陪伴我一起努力、一起歡笑，互相幫助的 朋友與同學，我會好好珍惜。

最後更要感謝父親 洪榮輝、母親 彭採昭的辛勤養育栽培，以及我的 家人不時地加油與打氣，讓我無後顧之憂的完成碩士學位。感謝所有幫助 過我的人，雖然只是輕輕地鍵入你們的名字，請接受我心裡深深的感謝。

雖然只是碩士論文，但誠摯邀請你們與我分享這份喜悅。

目錄

第一章 緒 論

1.1 前言 ...1

1.2 研究目的 ...1

1.3 研究方法 ...1

1.4 預期成果 ...2

第二章 文獻回顧

2.1 瀝青材料與特性 ...3

2.1.1 粒料選用...3

2.1.2 瀝青材料...4

2.2 瀝青混凝土配合設計 ...4

2.2.1 馬歇爾配合設計...5

2.2.2 配合設計步驟解釋...6

2.3 再生瀝青混凝土配合設計 ...27

2.3.1 再生瀝青混凝土配合設計步驟 ...29

2.4 瀝青混凝土之力學評估 ...35

第三章 研究計畫

3.1 試驗材料 ...37

3.2 試驗流程與試驗項目 ...38

3.2.1 瀝青混凝土試體基本資料建立及整理 ...38

3.2.2 瀝青混凝土成效試驗 ...39

3.2.2.1 間接張力強度試驗 ...39

3.2.2.2 浸水殘餘強度試驗 ...41

3.3 資料分析方法 ...44

第四章 試驗結果分析討論

4.1 試驗樣本資料 ...47

4.2 間接張力強度試驗結果 ...47

4.3 試驗資料分析 ...48

4.3.1 管制圖分析...48

4.3.2 試驗結果分析...58

4.4 浸水殘餘強度試驗結果 ...62

第五章 結論與建議

5.1 結論 ...65

5.2 限制 ...65

5.3 建議 ...66

參考文獻 ... 67

附錄一 ... 68

附錄二 ... 82

圖目錄

圖 2.1、瀝青混凝土(馬歇爾方法)配合設計流程圖...6

圖 2.2、以圖解法求各粒料配合比例(範例)...10

圖 2.3、瀝青混凝土粒料級配曲線圖 ...11

圖 2.4、粒料比重、空隙率及有效瀝青含量等涵義示意圖 ...21

圖 2.5、瀝青混凝土各種體積涵義示意圖 ...22

圖 2.6、再生瀝青混凝土配合設計基本架構圖 ...28

圖 2.7、再生瀝青混凝土配合設計流程 ...29

圖 2.8、黏滯度與新瀝青膠泥或再生劑添加百分比關係圖 ...32

圖 2.9、針入度與黏滯度等級瀝青膠泥比較參考圖 ...33

圖 2.10、馬歇爾試驗結果 ...36

圖 2.11、間接張力試驗結果...36

圖 3.1、間接張力試驗儀 ...40

圖 3.2、恆溫水槽 ...42

圖 4.1、X bar 管制圖第一次分析 ...49

圖 4.2、X bar 管制圖第二次分析 ...50

圖 4.3、X bar 管制圖第三次分析 ...51

圖 4.4、X bar 管制圖第四次分析 ...52

圖 4.5、X bar 管制圖第五次分析 ...53

圖 4.6、X bar 管制圖第六次分析 ...54

圖 4.7、X bar 管制圖第七次分析 ...55

圖 4.8、X bar 管制圖第八次分析 ...56

圖 4.9、X bar 管制圖第九次分析 ...57

表目錄

表 2.1、馬歇爾配合設計所需相關試驗 ...8

表 2.2、粗細粒料及填充料篩分析結果(範例)...9

表 2.3、校正計算表(粒料體積比重量比計算)...12

表 2.4、試料準備量(範例)...13

表 2.5、瀝青含量對粒料百分比(範例)...14

表 2.6、夯壓次數 ...16

表 2.7、馬歇爾穩定值校正表 ...18

表 2.8、1933 年版馬歇爾配合設計準則 ...26

表 2.9、V.M.A.規定值...27

表 3.1、宜蘭縣鄉道鑽心編號里程調查/取樣彙整一覽表(空白表格) 37 表 3.2、鑽心試體間接張力值(空白表格)...39

表 4.1、各鄉道間接張力強度值(1/3)...59

表 4.2、各鄉道間接張力強度值(2/3)...60

表 4.3、各鄉道間接張力強度值(3/3)...61

表 4.4、浸水殘餘強度試驗結果(未浸泡)...63

表 4.5、浸水殘餘強度試驗結果(浸泡於 60℃水中 24 小時) ...64

表 4.6、浸水殘餘強度試驗結果 ...64

第一章 緒 論

1.1 前言

宜蘭縣近年來交通發展迅速，由於交通成長量驚人，上所處環境為台 灣降雨量最多地區，使得宜蘭縣的瀝青路面產生了不少問題。由於交通發 展迅速，造成道路受到前所未有的考驗，在交通流量、車輛載重及輪胎壓 力不斷的增加下，路面發生坑洞破裂、剝脫與變形的現象日益嚴重，因此 本研究針對鄉道道路系統之承載力及浸水衰減程度加以探討。

根據以往的研究，水對鋪面底層及路基土壤之穩定性會造成相當之影 響，另外水亦會造成面層含水量太高而造成瀝青混凝土的剝脫，進而縮短 路面壽命。據了解，目前宜蘭縣大部分道路乃是沿用原有路基不斷填築而 成，所使用的瀝青材料、配合設計要求上，雖然尊循國內大部分道路工程 單位採行之馬歇爾配合設計，但因本法為經驗法則，對於操作步驟上只要 有些許錯誤，即可能造成耐久性問題。

以宜蘭縣的現況，除了交通量日漸具增外，各種道路系統也有其不同 的特性及要求，同時在民眾對道路品質要求日益提升的情況下，顯然已必 要了解目前鄉道鋪面強度狀況，來進行維修決策時之參考。

1.2 研究目的

本研究目的如下列三項所示：

1.整理馬歇爾配合設計，詳細分析釐清其作業流程問題。

2.調查宜蘭縣鄉道的鋪面間接強度，以判斷鋪面承受反覆承載之能力。

3.建立以間接強度來作為鄉道維修決策時之重點廵查位置。

1.3 研究方法

本研究方法包括：

一、瀝青混凝土配合設計

二、宜蘭縣鄉道瀝青混凝土鋪面全厚度鑽心試體之量測。

三、瀝青混凝土間接張力試驗。

四、試驗驗證及探討。

1.4 預期成果

優良平順的道路系統是帶動經濟發展的先決條件之一，隨著生活水準 的提高、工程技術的增進與土木材料的發展，鋪面的工程品質也必需隨之 提高。預期經由瀝青混凝土間接強力試驗的評估，以了解宜蘭縣鄉道鋪面 可承受車輛載重之情形，並依此初步分析出維護之門檻值，建立廵查重點 區域。

第二章 文獻回顧

2.1 瀝青材料與特性

瀝青混凝土(Asphalt Concrete)為瀝青膠泥與粒料之複合材料，具有黏彈 性質之可承受載重變形量、耐久性、具防水性、耐酸鹼等特性。因具有良 好的可回復性，在高溫時具有相當的流動性，提供良好的工作性，易於施 工之熱塑性材料。在室溫時，瀝青具有一定之強度，與粒料拌合為瀝青混 凝土鋪面，有易於維修及行車舒適性，且具有抵抗交通荷重的能力，故瀝 青混凝土在道路鋪面上佔有相當重要的地位【1,2】。

2.1.1 粒料選用

依粒料的來源分類，可分為天然粒料(Natural Aggregate)及工業產製粒 料(Artificially or Industrally Aggregates)兩類。

一般而言，粒料約佔瀝青混凝土體積之80%或佔瀝青混凝土重量之 90%至 95%，故粒料之品質及特性直接影響路面成敗。對於粒料性質之需 求，一般有下列幾項【1,2,3】：

1.級配及與粒徑(Gradation and Size)

2.粒料之強度(Strength)與韌性(Toughness) 3.粒料形狀(Shape)

4.粒料孔隙性(Void) 5.粒料表面組織(Texture) 6.粒料親油性(Hydrophobic)

7.粒料潔淨度(Cleanliness and Purity)

在目前粒料來源逐漸匱乏下，原有路面上之再生粒料成為主要來源，

故粒料之品質及特性直接影響路面成敗，因宜蘭縣蘭陽溪為全國砂石主要 產區之一，其粒料之品質亦冠於全國。

2.1.2 瀝青材料

瀝青為黏彈性材料，具強度、耐久性、可防水、耐酸鹼及可回復性的 熱塑性材料，在高溫時具有相當的流動性，具良好的工作性，易於施工。

在室溫時，瀝青具有一定的強度，與粒料拌合成瀝青混凝土鋪面，容易維 修及行車舒適，具有抵抗交通荷重的能力。由於它功效良好且價格低廉，

故瀝青混凝土在道路鋪面上佔有相當重要的地位【1,2】。

瀝青係由各種不同分子量的碳氫化合物所構成，其次為硫元素，再加 上少數的氮、氧及一些重金屬；如釩、鎳、鐵、鎂、鈣等，所佔的比例為：

碳82～88％；氫 8～11％；硫 0～6％；氧 0～1.5％；氮 0～1％。

2.2 瀝青混凝土配合設計

自1956 年美國瀝青協會（Asphalt Institude, AI）發行第一版瀝青混凝 土配合設計手冊，迄今已修訂到第六版，其中包含了馬歇爾配合設計法、

哈八斗法、威氏法及史密斯法，但目前唯獨馬歇爾配合設計法仍被沿用至 今，而其他多已捨棄不用，而瀝青混凝土馬歇爾配合設計法，係由布魯思- 馬歇爾(Bruce Marshall)所發明，再經美國陸軍工兵團研究改良，並由 ASTM 納入其試驗標準，建立之編號為ASTM D-1559，為世界大部分國家所採用，

為瀝青混凝土配合設計法中重要標準之一。此法的特色有【2,4】：

1.瀝青混凝土試體之夯實方法，採用重錘自由落體夯打，依交通量因素可採 取不同之夯實次數。

2.瀝青混凝土中各成份之控制及配合，與拌合廠之作業程序極為相類似。

3.試驗過程中，對瀝青混凝土進行單軸壓力試驗，以半圓圍壓測定穩定值與 流度值，穩定值代表抵抗變形大小之能力而流度值表示變之大小。

4.試驗過程中，測定瀝青混凝土的空隙率、有效瀝青含量及粒料間空隙率。

5.對瀝青混凝土試體量測其虛比重，係配合工地瀝青混合料之壓實度而設置 的，藉此可控制壓實度。

2.2.1 馬歇爾配合設計

馬歇爾配合設計法雖為瀝青最普遍採行之配合方法，但試驗細節上之 說明常失之簡略，造成僅閱讀文件時，無法探究其內容，故重行整理其設 計步驟流程圖說明如圖2.1，程序共計為 16 內容如下【2,4,5】。

1.取樣 → 2.粒料篩分析 → 3.決定各種粒料配比 → 4.(1)各種粒料一般物 理性試驗及4.(2)瀝青材料一般物理性試驗 → 5.按配合比決定各種粒料之 重量 → 6.混合各種粒料烘箱加溫 → 7.瀝青加入 4~7.5%及拌合 → 8.最 大理論密度 → 9.夯壓試體 → 10.馬歇爾試驗 → 11.計算分析 → 12.繪 圖 → 13.決定最佳瀝青含量 → 14.滯留強度試驗 → 15.各種試驗值與配 合計準則比較 → 16.撰寫報告。

圖 2.1 瀝青混凝土(馬歇爾方法)配合設計流程圖

2.2.2 配合設計步驟解釋

1.取樣

(1)粒料及瀝青材料取樣原則，視決定用料來源決定，由拌合廠或碎石場送 來為主，料源最好為加蓋之儲料倉，以避免天氣雨晴不定，影響粒料含 水量，且不可以從熱斗料(Hot Bin)取樣。

(2)粒料取樣最少重量除了依 AASHTO T2 用量之規定外，仍須考慮實際之 使用量；現建議取樣重量為粗粒料25kg，細粒料 25kg，及填充料為 10kg。

(3)瀝青要依照 AASHTO T40 方法取樣，取樣時最少要先留出 1 公升不用，

然後取4 公升即可。

2.粒料篩分析

(1)粗細粒料、填充料之篩分析，須依下表 2.1 相關試驗方法，並應注意烘 乾 → 沖洗 → 烘乾 → 篩分析試驗等步驟。

(2)只有粗粒料之試樣經過篩分析後可作為比重及吸水率，洛杉機磨損及健 度試驗(細粒料及填充料等不可以)，但不可以再與細粒料等混合作為瀝青 混合物之試體或阿太堡試驗。

(3)篩分析所用之篩號必須依據施工規範所規定之篩號；各種篩分析試驗結 果範例列於表2.2。

表 2.1 馬歇爾配合設計所需相關試驗 試驗方法 試驗項目

CNS AASHTO ASTM (1)粒料試驗(Aggregate)

篩分析(粗、細粒料) 486 T27 C136

填充料篩分析 T37 D546

粗粒料比重及吸水率 488 T85 C127

細粒料比重及吸水率 487 T84 C128

填充料比重 T100

T133

D854 C188

洛杉磯磨損率 3408 T96 C131

健度試驗 1167 T104 C88

含砂當量 T176 D2419

阿太堡試驗 5087 T89 及 T90 (2)地瀝青膠泥(Asphalt Coment)

針入度 T49 D92

粘度：絕對黏度(Absolute) 動粘度(Kinematic)

T202 T201

D2171 D2170

閃光點 T48 D92

薄膜加熱損失(Thin Film Oven Test) T179 D1754 滾動膜加熱損失(Rolling Thin Film) T240 D2872

延性試驗 T51 D113

溶解度 10092 T44 D2042

比重 T228 D70

軟化點 T53 D36

(3)瀝青混合料試驗

瀝青含量 T164 D2172

瀝青回收試驗 T170 D1856

最大密度理論試驗 T209 D2041

單位重試驗 T166 D1188

表 2.2 粗細粒料及填充料篩分析結果(範例) 篩號 2cm 1cm 0.5cm 細砂 石粉 規範界限

(密級配 4C) 1in 100 100 100 100 100 100 3/4in 55.0 100 100 100 100 80~100 3/8in 0.0 16.0 76.6 100 100 60~80

#4 0.0 29.5 99.0 100 48~65

#8 0.3 93.5 100 35~50

#30 0.0 61.4 100 19~30

#50 39.4 98.5 13~23

#100 19.0 89.0 7~15

#200 7.7 68.9 0~8

3.決定各種粒料配比

(1)決定各種粒料混合之百分率，可用個人電腦 PC 或用圖解法 (2)粒料有三種以上之圖解法，可依照圖 2.2，現列述如下：

A.取一張方格紙，在 Y 軸上標定粒料通過百分率 0~100%，即為縱座標。

B.X 軸長度不限，但以 Y 軸長度之 1.5 至 2 倍左右為宜 C.經 Y 軸 0％及 100％繪一左下右上對角線。

D.在 X 軸上標出各篩號之位置：

依照施工規範各篩號上下限之平均值，在縱座標上找出後繪一水平線 與對角線相交，然後繪垂直線與X 軸相交之點，即是該篩號之位置，例 如3/4 吋之上下限平均值為 1/2(80+100)=90，在縱座標 90％處給水平線，

與對角線線相交於一點，從此點繪一直線垂直於橫座標，然後與X 軸相 交之點即是3/4 吋篩號之位置，其他篩號如此類推。

E.將 A、B、C、D、E 五種粒料曲線繪出。

F.用一支透明直尺，保持垂直方向，由右而左緩緩移動，當各種石料級配 分佈曲線之重疊部份之上下間距相等時，劃一垂直線，如圖，例如a 線之8.5+28=36.5，b 線之 22.5=20+2.5。然後此一垂直線與對角線相交，

於相交點繪一水平線與Y 軸相交，於即為 2cm 粒料要用之百分率，如 圖2.2。

G.同法可得到其它粒料使用百分率。

H.利用此種方法最後求得之粒料使用率，再計算所有粒料配合後之級配。

I.配合後之級配須再調整至施工規範之級配範圍內才行。

圖 2.2 以圖解法求各粒料配合比例(範例) 【5】

(3)評估瀝青混合料之性質

各種粒料用百分率算決定後所配成之級配，在夯製試體前可先由圖2.3 予以評估分析該瀝青混合料之性質如何。其評估方法為：

A.篩號在 X 軸位置之決定方法：

以粒料通過最大尺寸之直徑為100%，其他尺寸較小之篩號百分率為 最大顆粒尺寸直徑任一篩號之直徑 ×100

例如表2.2粒料之最大尺寸為 1吋(通過)，那麼通過 3/4吋篩號在X軸

上之位置，其百分率為 100 75%

14

3 × = ，亦即X 軸上75％之位置為通過

3/4吋之篩號，其他篩號位置類推之。

B.將配合後之級配代入圖2.3 內即可評估該瀝青混合料之材質。

圖 2.3 瀝青混凝土粒料級配曲線圖【5】

4.(1)各種粒料一般物性試驗

粒料一般物理性試驗值如磨損率、健度、及含砂當量等合乎施工規範 後才可以配料夯置試體。試驗項目與方法請看表2.1。

4.(2)瀝青膠泥一般物理性試驗

瀝青膠泥一般物理性試驗項目中，除校核瀝青品質是否合乎規範外，

配合設計時需用之項目如下：

A.針入度及粘度：評判瀝青等級類別是否合乎設計所訂定。

B.比重：計算孔隙率及粒料間孔隙(V.M.A)。

C.粘度：決定拌合溫度為動粘度170±20CST，夯壓溫度為280±30CST。

5.按配合比決定各種粒料之重量 體積比與重量比

如果粗細粒料之比重值，相差超過0.2時(如使用飛灰)，為了使體積比與 重量比相等，必須重新調整配合比例，現舉例說明：

已知：

粒料之虛比重 校正前原配比％

G1=2.60 60

G2=2.62 35

G3=2.28 5

表 2.3 校正計算表(粒料體積比重量比計算)

粒料別 校正前配合百

分率，(V) 比重 重量(I)

=V×SP. Gr.

校正後配合之 百分率，(II) G1

G2 G3

60 35 5

2.60 2.62 2.28

60×2.62=156 35×2.62=91.7 5×2.28=11.4

60.2 35.4 4.4

合計 100 - 259.1 100

(I)重量=體積乘比重

(II) = (I)×100 總重

重量比 最初重量

6.混合各種粒料烘箱加溫

在大型烘箱內，以攝氏 110±5℃(230±9℉)之溫度，將粒料烘乾至 重量不變，再以篩分析法將粒料篩分成適用尺寸之五組，相當拌合廠 之熱斗料。

1~ 3/4 吋 (25.0~19.0mm) 3/4~3/8 吋 (19.0~8.5mm) 3/8 吋~ NO.4 號篩 (9.5~4.76mm) NO.4 號飾~NO.8 號篩 (4.76~2.38mm)

NO.8 號飾以下 (2.38mm 以下)

7.瀝青加入 4~7.5%及拌合

(1)預估每個試體重量(l,000~l,200g)，粒料標稱直徑愈大所需重量亦愈重，

如粗級配約1200g，密級配約 1100~1130g，細級配約 1030g；如下表 2.4、

2.5。

表 2.4 試料準備量(範例)

不經修正配合比之粒料準備 經修正後粒料

配合比重量準備 標準號篩

總重(g) 百分比 配料(g) 百分比 配料(g) 1〞~3./4〞 1120 100-88.9

=11.1% 124.3 11.1% 124.3 3/4〞~3/8〞 1120 88.9-71.3

=17.6% 197.1 18.5% 207.2 3/8〞~NO.4 1120 71.3-54.9

=16.4% 183.7 17.0% 190.4 NO.4~NO.8 1120 54.9-37.9

=17.0% 190.4 18.1% 202.7 NO.8 以下 1120 37.9-8.0

29.9% 334.9 27.3% 305.8

石粉 1120 8.0% 89.6 8% 89.6

總計 1120 1120 1120

表 2.5 瀝青含量對粒料百分比(範例)

瀝青對粒料百分比 瀝青重量(粒料重 1120g) 瀝青混合料重量

4.0% 44.8 1164.8g

4.5% 50.4 1170.4g

5.0% 56.0 1176.0g

5.5% 61.6 1181.6g

6.0% 67.2 1187.2g

6.5% 72.8 1192.8g

7.0% 78.4 1198.4g

7.5% 84.0 1204.0g

(2)將配好的各盤粒料放入烘箱或加熱鈑上加熱，加熱之溫度對瀝青膠泥及 柏油而言，不得超過拌合溫度28℃，對油溶瀝青而言不得超過拌合溫度 14℃。若不用烘箱加熱，而用加熱鈑時，必須利用石棉網或砂槽，以使 溫度均勻，不致於發生局部過熱之現象，以防止瀝青材料變質。

(3)將加熱完畢之粒料傾入拌合鉢(Mixing Bowl)，並加以充分攪拌。然後將 乾粒料堆成火山錐貌，中間有一凹坑。依照規定加入所需要之瀝青量(需 加的瀝青含量可參考表2.5 之資料分別填加之)。

(4)開始用瀝青混凝土拌合機或人工將粒料及瀝青材料拌合。此時粒料及瀝 青材料之溫度必須合乎規範之規定。拌合時應儘可能徹底和迅速，以使 瀝青材料均勻地包裹於粒料周圍。對於瀝青材料之預先加溫，應特別注 意不得保持其拌合溫度一小時以上，否則影響材料之結合力。

8.最大理論密度（Max Bulk SP. Gr) Gmm 計算公式 A D-E

Gmm A

= + (2.1)

公式中：

Gmm=瀝青混合物最大理論比重(密度) A=試樣在空氣中乾重，g

D=玻璃瓶充滿蒸餾水在 25℃時之重量，g E=玻璃瓶加試樣加蒸餾水在 25℃時之重量，g 9.夯壓試體

(1)試體通常分為 5 組，每組 3 只共 15 只；每組的瀝青含量相差 0.5%，但 細級配及瀝青砂要相差1.0%。

(2)瀝青加熱要用小型鋁碗，加熱到使用溫度後不可以超過 1 小時，否則會 因氧化過多而造成各種試驗值不穩定。

(3)瀝青含量表示方法有對混合料及對粒料兩種，配合設計以對粒料比較方 便，檢驗時則以對混合料較宜。

(4)粒料加熱不要超過瀝青 10℃，以 160℃左右為宜，約 1.0~1.5 小時後才開 始夯製試體。

(5)粒料要加瀝青前，先挖成凹面，然後再加瀝青。拌合用人工或機械皆可。

(6)夯錘及夯模使用前皆要加溫，但別放置太久且其溫度大約高於瀝青混合 物28℃即可。

(7)放料前先放濾紙，放料時先放較細混合料，然後均勻放入模內，最後也 留些較細的混合料在上面。

(8)在未夯壓前先用刮刀在鐵模周邊先插 15 下及中間 10 下，然後再放濾紙。

(9)試體上下夯打之次數要依據施工規範。美國瀝青學會依照交通量大小而 異，如ELA＜104 時上下各打 35 次，104~106 為 50 次，而 EAL＞106 以 上時，則上下各打75 次，如下表 2.6。

表 2.6 夯壓次數

交通量

EAL 交通狀況 試體上下面

夯壓次數

瀝青混凝土 最少厚度(cm) 少於10⁴ 輕量級交通量，如停車場，

社區道路，鄉村道路 35 7.5

10⁴~10⁶ 中級卡車交通量 50 10

10⁶或10⁶以上 重級卡車交通量 75 12.5

(10)夯打用人工與機械皆可，人工夯打之試體，單位重可能較大，必須注意 夯錘垂直。

(11)試體夯打後要立即編號，俟冷卻後才頂出，不可以放在水中冷卻，急用 可用電風扇吹之。

10.馬歇爾試驗

(1)試體面乾虛比重試驗(單位重)：

A.將 15 個試體頂出後，先用刮刀約略刮平，然後以兩條對角線量 4 個高 度而平均之，並記錄其尺寸。

B.若試體表面組織尚密：不易透水之求法：

依照AASTHO T166，ASTM D2726 方法求之，其公式為 C

- B Gr) A Sp.

虛密度(Bulk =

(2.2)

公式中：

A=瀝青及粒料混合物在空氣中重，g

B=瀝青及粒料混合物面乾內飽和在空氣中之重，g C=瀝青及粒料混合物試體在水中之重，g

C.若試體表面組織較為鬆疏、易於透水之求法：

使用石臘包裹，依照AASHTO T275，ASTM D1188，其公式為

F A - -D E - D - A Gr) SP.

面乾虛密度(Bulk =

(2.3) 公式中：

A=瀝青及粒料混合物在空氣中重，g

D=瀝青及粒料混合物試體表面塗臘在空氣中之重，g E=瀝青及粒料混合物試體表面塗臘在水中之重，g F=石臘比重(在25℃時)

(2)穩定值及流度試驗

A.將試體浸泡於恆溫水箱內，水之溫度控制在60±l℃，時間為30~40分 鐘。

B.將馬歇爾試驗之弧形鐵模內面擦乾淨，導引桿加潤滑油，壓力錶校正對 零。

C.試體從恆溫水箱提出後，用破布擦乾，即刻置於半弧形鐵模內，流度錶 放置於導引桿上對零。

D.開啟穩定儀開關，在試體破壞時讀出流度及穩定值壓力錶讀數(部份儀

器、壓力錶之千分錶為固定不轉回的，流度表應注意與穩定值最大時讀 出)。

E.本試驗時間規定試體從恆溫水箱取出後30秒鐘內完成。

F.試體高度若不是正好在63.5公厘(2.50吋)，應以表2.7 校正係數求知。

表 2.7 馬歇爾穩定值校正表

試體高度 試體高度

吋 mm 校正係數

吋 mm 校正係數 1.0 2.54 5.56 2 50.8 1.47 1 1/16 27.0 5.00 2 1/16 53.4 1.39

1 1/8 28.6 4.55 2 1/8 54.0 1.32 1 3/16 30.2 4.17 2 3/16 55.6 1.25 1 1/4 31.8 3.85 2 1/4 57.2 1.19 1 5/16 33.3 3.57 2 5/16 58.7 1.14 1 3/8 34.9 3.33 2 3/8 60.3 1.09 1 7/16 36.5 3.03 2 7/16 61.9 1.04 1 1/2 38.1 2.78 2 1/2 63.5 1.00 1 9/16 39.7 2.50 2 9/16 64.0 0.96 1 5/8 41.3 2.27 2 5/8 65.1 0.93 1 11/16 42.9 2.08 2 11/16 66.7 0.89 1 3/4 44.4 1.92 2 3/4 68.3 0.86 1 13/16 46.0 1.79 2 13/16 71.4 0.83 1 7/8 47.6 1.67 2 7/8 73.0 0.81 1 15/16 49.2 5.56 2 15/16 74.6 0.78

3.0 76.2 0.76

11.計算分析 (1)瀝青含量

一般瀝青含量之表示方法共有兩種

A.對混合料(Percent by Weight of Total Mix)

100

%= + ×

粒料重量 瀝青重量

瀝青含量 瀝青重量

(2.4) B.對粒料(Percent by Weight of Aggregate)

100

%= × 粒料重量 瀝青含量 瀝青重量

(2.5) 以上2.4、2.5公式皆可使用，公式2.4 比較適合於拌合廠計算瀝青使 用重量，公式2.5對於配合設計比較方便，而不易發生錯誤。

(2)粒料比重

粒料的比重有四種試驗值，除面乾虛比重(SDD)外，其餘皆有可能用到：

A.烘乾虛比重(Bulk SP. Gr. based on Oven)，Gsb：

Gsb用於瀝青混凝土，計算Pba及VMA及壓實度試驗。

B.面乾內飽和虛比重(Bulk SP. Gr.)：用於混凝土。

C.有效比重(Effective SP. Gr.)，Gse：

Gse用於計算瀝青混凝土最大理論密度 Gmm，及瀝青被粒料吸收量，

須以下列公式求得：

Gb Pb Gmm

Pmm Pb Gse Pmm

−

= −

(2.6) 公式中：

Gse=粒料有效比重

Pmm=瀝青混凝土總體積，100％

Pb=瀝青含量，%(對混合料而言，% by Total Weight of Mix)

Gmm=最大理論密度 Gb=瀝青比重

D.視比重(Apparent SP. Gr. )，Gsa：

Gsa用於基礎工程。當沒有儀器可作最大理論密度試驗時，假設有效比 重=1/2(烘乾虛比重＋視比重)，勉強可在不重要或較為偏僻地區使用，

唯仍以實際求出Gmm為宜。

E.各種比重值大小：

視比重＞有效比重＞面乾內飽和虛比重＞烘乾虛比重

(3)粒料虛比重計算公式(對重量而謂，by Weight)

Gn ... Pn G3

P3 G2

P2 G1

P1

Pn P3...

P2 Gsb P1

+ +

+

+ +

= +

(2.7)

公式中：

Gsb=粒料虛比重

Pl、P2、P3……Pn=各種粗細粒料及填充料之百分比 G1、G2、G3……Gn=各種粗細粒料及填充料之虛比重

(4)空隙率(Air Voids)Pa：

空隙率=100-(粒料所佔之體積百分率+有效瀝青所占體積百分率)。從圖 2.4壓實後之瀝青混合料之VMA 空隙率與瀝青含量示意圖及圖2.5夯壓 後瀝青混合料之體積等可知其涵義。其計算公式：

Gmm 100 Gmb Pa=Gmm− ×

(2.8)

公式中：

Pa=瀝青混合料壓實後之空隙率，%

Gmm=瀝青混合料最大理論密度

Gmb=瀝青混合料夯壓後之虛比重(單位重)

圖 2.4 粒料比重、空隙率及有效瀝青含量等涵義示意圖【5】

圖 2.5 瀝青混凝土各種體積涵義示意圖【5】

(5)粒料填充率 VMA(Void in the Mineral Agg.)

計算公式因瀝青含量的表示方法不同而有兩種計算公式：

A.瀝青含量對混合料時：

Gsb Ps 100 Gmb

VMA= −

(2.9)

B.瀝青含量對粒料時：

Pb 100

100 Gsb

100 Gmb

VMA= − × +

(2.10)

公式中：

Gsb=粒料虛比重

Gmb=瀝青混合料夯壓後之虛比重

Ps=粒料在瀝青混合料中所佔之百分率(對混合料) Pb=瀝青含量在瀝青混合料中所佔之百分率(對粒料)

(6)瀝青損失量(Asphalt Absorption)Pba

瀝青被粒料所吸收量，以佔粒料重之百分率表示之

Gsb Gb Gse

Gsb 100 Gse

Pba ×

×−

−

= (2.11)

公式中：

Pba=瀝青損失量(％ by Weight of Agg.) Gse=粒料有效比重

Gsb=粒料虛比重 Gb=瀝青比重

(7)有效瀝青含量(Effective Asphalt of a Paving Mix)Pbe：

A.對混合料而言，公式為：

100 Ps Pb Pba

Pbe= − ×

(2.12)

公式中：

Pbe=有效瀝青含量，%(對混合料) Pb=瀝青含量，％(對混合料) Pba=瀝青損失量(對粒料)

Ps=粒料所佔百分率(對混合料) B.若對粒料而言，其公式為：

Pba Gb Pb

Pbe= × − 公式中：

Pbe=有效瀝青含量，%(對粒料) Pb=瀝青所佔百分率(對粒料) Gb=瀝青比重

Pba=瀝青損失量(對粒料重量) (8)瀝青填充率(VFA)：

VMA 100

VFA=VMA−空隙率×

(2.13)

12.繪圖

(1)試體單位重及馬歇爾試驗值經計算分析後，需要繪製各種相關圖，才能 決定最佳瀝青含量及各種試驗值，而訂定工地拌合公式。

(2)馬歇爾試驗各種曲線 A.單位重與瀝青含量關係 B.穩定值與瀝青含量關係 C.流度與瀝青含量關係 D.空隙率與瀝青含量關係 E.VMA 與瀝青含量關係 F.VFA 與瀝青含量關係 (3)繪製各種相關曲線之方法

A.由三個試體之平均值繪製曲線

B.將各試體試驗值點出後，由主程師自行選擇較適宜之曲線 13.決定最佳瀝青含量方法

(1)決定瀝青含量有兩種方法，第一種方法由空隙率中問值之瀝青含量，再 求穩定值流度，Va、VMA 及 VFA 等是否符合配合設計準則，第二種方 法乃考慮道路型態、氣候及材料性質等因素，以經驗來評判。

(2)使用第二種經驗式參考因子如下：

A.道路行駛的車輛以重型卡車居多者，瀝青含量取穩定值較大，亦即瀝青 含量取少些，反之若小型汽車居多者，瀝青含量取多些。

B.該地區雨量較多，氣溫較冷，瀝青含量取多一些，反之雨量較少，氣候 較熱者取少一些。

C.粒料磨損率大，風化程度較大者，瀝青含量取多些。

D.粒料含光滑面較多，如黑矽石(chert)，宜取較多瀝青含量。

E.滯留強度不合格或較低者，宜取較多瀝青含量。

F.無論如何最佳瀝青含量值應在最大穩定值及最大單位重之間。

14.滯留強度試驗(Retained Strength)

滯留強度試驗為評判粒料與瀝青的親合性(Hydrophobic)有否問題，近 來部份施工規範已將它列入，而規定要75％以上才合乎要求。國內交通部 施工規範率先予以納入，惟須作試驗與否視該工程之施工規範而定。

(1)利用馬歇爾改良方法，其公式如下：

S 100 滯留強度=Si×

(2.14)

公式中：

Si=浸水在 49℃水中養護 4 天，或浸入 60℃水中養護 1 天後所求得之穩 定值。

S=以標準方法所求得之穩定值(浸水 60℃ 30~40 分鐘)。

(2)滯留強度不合格的改良辦法 A.增加瀝青含量

B.使用滯性較高之瀝青 C.使用防剝劑

D.增添填充料如熟石灰 E.調整粒料級配

F.粒料要潔淨不含粘土成份 15.各種試驗值與配合設計準則比較

(1)最佳瀝青含量若決定後，可從步驟 12.各類關係曲線圖得到穩定值、空隙 率、流度、VMA 及 VFA。

(2)在最佳瀝青含量下所得之各種試驗值，必須符合表 2.8 配合設計準則(台 灣地區部分機構尚未使用表2.8 之規定)。

表 2.8 1933 年版馬歇爾配合設計準則 交通量等

級 重級 中級 輕級

使用層別 面層或底層

試體上下

夯壓次數 75 50 35

試驗項目 最小 最大 最小 最大 最小 最大

穩定值 lb(N)

1800

(8006) - 1200

(5338) - 750

(3336) - 流度

(1/100 吋) 8 14 8 16 8 18

空隙率% 3 5 3 5 3 5

V.M.A.% 如表2.9

V.F.A.% 65 76 65 78 70 80

註：台灣地區部分機構規定滯留強度指數要到達75%以上

表 2.9 V.M.A.規定值 V.M.A.(最少%)

粒料最大標秤直徑

空隙率設計值，%

mm in 3.0 4.0 5.0

備註

1.18 NO.16 21.5 22.5 23.5 2.36 NO.8 19.0 20.0 21.0 4.75 NO.4 16.0 17.0 18.0 9.5 3/8 14.0 15.0 16.0 12.5 1/2 13.0 14.0 15.0 19.0 3/4 12.0 13.0 14.0 25.0 1.0 11.0 12.0 13.0 37.5 1.5 10.0 11.0 12.0 50.0 2.0 9.5 10.5 11.5 60.0 2.5 9.0 10.0 11.0

篩號依據AASHTO M92、ASTM E11 粒料最大標秤直徑

可用內差法求出V.M.A.值

16.撰寫報告

試驗報告型態可自行決定，惟內容必須涵蓋下列項目：1.工程名稱、2.

委辦單位、3.級配類別及料源、4.瀝青類別及料源、5.一般物理性試驗、6.

馬歇爾試驗(包括夯壓次數、夯壓溫度、粒料虛比重、粒料有效比重、瀝青 被吸收量)、7.最大理論密度、8.在最佳瀝青含量下之試驗值(包括穩定值、

流度、空隙率、單位重、V.M.A.、V.F.A.)。

2.3 再生瀝青混凝土配合設計

熱拌再生瀝青混凝土是將處理後之回收瀝青鋪面材料（RAP）依配合 設計添加新瀝青材料、新粒料、再生劑或軟化劑等，經加熱重新拌合均勻 而成。再生瀝青混凝土與傳統熱拌瀝青混凝土之配合設計方法，其實原理 幾乎大同小異，甚至所使用的材料亦相近【6,7,8】。

依據國內工程施工單位合約規範要求，有關再生瀝青混凝土配合設計 基本架構及流程圖如圖2.6、圖 2.7。

圖 2.6 再生瀝青混凝土配合設計基本架構圖

圖 2.7 再生瀝青混凝土配合設計流程

2.3.1 再生瀝青混凝土配合設計步驟

RAP 配合設計步驟說明如下：

1.將新瀝青及新粒料進行相關試驗，評估是否符合工程標準，並依工程合約 或設計需求決定所選用的級配。

2.測定回收瀝青鋪面材料(RAP)之瀝青含油量(離心機法、回流抽出器法、蕭 氏萃取器法、核子儀試驗法等試驗方法)、瀝青膠泥黏滯度及級配料篩分 析資料。

3.測定回收粒料(RAM)或新粒料之篩分析資料。

4.粒料配比計算：依圖解法或數值法決定再生瀝青混凝土中 RAP 或新粒料 之百分比。其中新粒料及(或)RAM 之總和佔再生瀝青混合物中總粒料的 重量百分比值稱為r。

5.計算瀝青混凝土近似總含油量

以經驗公式(2.15)計算近似瀝青含油量。

P_b＝0.035a＋0.045b＋K c＋F (2.15) 式中

Pb=再生瀝青混合物中所需的近似瀝青總含油量 a=停留在 No.8 號篩的粒料重量百分比

b=通過 N0.8 號篩，停留在 N0.200 號篩粒料重量百分比 c=通過 No.200 號篩粒料重量百分比

K＝0.15，c 值於 11～15％

＝0.18，c 值介於 6～10％

＝0.20，c 值＜5％

F＝0～2，依據輕質或重質粒料的吸油率而定，若無可靠資料，一般 採用0.7。

6.估計再生瀝青混合物中新加瀝青膠泥百分比(％)，或是新加瀝青膠泥與再 生劑混合之重量百分比(％)。

依公式（2.16）可計算新加瀝青膠泥或再生劑之百分比。

sb sb sb

b sb

nb 100 P

P ) r 100 ( ) P - 100(100

)P 2rP P (100

−

− −

= (2.16)

公式中：

P_nb=新加瀝青膠泥與(或)再生劑之重量百分比

r=新加粒料與(或)回收粒料材料(RAM)佔再生瀝青混合物中總粒料的 重量百分比

P_b=利用離心機法、回流抽出器法、蕭氏萃取器法(依 ASTM D2172，

D4125 及 AASHTO T164)等試驗方法，或經驗公式計算所得之近似總 含油量，%

P_sb=回收瀝青鋪面材料(RAP)中瀝青含油量，%

公式(2.17)中 P_nb為總混合物的百分比，若以粒料重量百分比表示，則可 採用公式(2.16)

100 P ) 100 P (

Pnb= b− −r ^sb

(2.17) 7.決定新瀝青膠泥之等級

(1)以圖解法決定新瀝青膠泥之等級，使用該圖 2.8 時一般需假設一目標黏 滯度；通常以AC~20 級的中間值黏滯度 2000 泊斯(Poises)。其他相對等 級的瀝青膠泥可參考圖2.9 所示。新瀝青膠泥所佔總瀝青含油量之百分比

R 通常以公式(2.18)表示。

b nb

P R=100P

(2.18)

圖 2.8 黏滯度與新瀝青膠泥或再生劑添加百分比關係圖【3】

圖 2.9 針入度與黏滯度等級瀝青膠泥比較參考圖【3】

(2)以公式法決定新瀝青膠泥之等級，其公式為：

㏒(㏒ η_Tar) = a[㏒(㏒ η_RAP)]+b[㏒(㏒ η_NEW)] (2.19) 公式中：

η_Tar =目標黏度(poises)

η_RAP =RAP 料瀝青回收黏度(poises) η_NEW =新瀝青黏度(poises)

a+b=1

a=RAP 之瀝青含量佔總瀝青量之比(以小數表示) b=新瀝青佔總瀝青量之比(以小數表示)

8.瀝青混合料試配(以馬歇爾法試配)

依拌合公式JMF(Job-Mix Formula)比例配料，試配五組不同瀝青含油量

的混合物，一般以計算所得再生瀝青混合物之近似含油量(P_b)上下各選二 組含油量(一般至少 5 組)試配試驗試體。

9.撰寫報告

配比設計試驗報告應具備包含基本項目：

(1)試驗結果

A.粒料配合比例(工作拌合公式 JMF，再生拉料≦40%) B.瀝青含量，%

C.再生粒料，%：≦40 D.新粒料，%：≧60 E.新瀝青添加量，%

F.試體密度，kg/m³ G.穩定值，kgf

H.流度值(0.25mm、0.1in) I.粒料間空隙率(V.M.A.，%) J.瀝青填充率(V.F.A.，%) K.空隙率(Va，%)

L.混合料最大理論密度，kg/m³ M.目標黏度，poises

N.滯留強度指數，%：≧75%

(2)各項材料料源及試驗結果：

A.粗粒料：篩分析、比重、磨損、扁平率、狹長率、破碎顆粒。

B.細粒料：篩分析、比重。

C.填充料：篩分析、比重。

D.再生料：回收瀝青針入度、黏度、比重，篩分析、比重。

E.新瀝青：等級、針入度、黏度、比重、拌合溫度、夯實溫度、吸油率。

(3)圖及表：

A.瀝青膠泥黏度選取分析圖。

B.在不同瀝青含量（至少五種）之瀝青混凝土性質與瀝青含量關係曲線（瀝 青含量與單位重、穩定值、流度、Va、VMA、VFA 之關係圖）。

C.粒料配合比計算表(工作拌合公式 JMF)。

D.不同瀝青含量之瀝青混合料夯實試體密度與理論密度值。

E.工程審核上所需之其他資料或工程司所要求之材料樣品。

2.4 瀝青混凝土之力學評估

在瀝青混凝土的力學性質評估方面，傳統的馬歇爾試驗無法提供此 混合物其特殊性質要求的明確指標，對於力學性質，尤其是強度方面，

根據實驗指出亦很難判定出其變形量與最大荷重值之關係，如圖2.10 所 示；若使用間接張力取代穩定值來試驗，則可有一明顯的高峰值出現，

如圖2.11 所示。故在本研究中，關於瀝青混凝土強度之評估，將採用間 接張力試驗來進行【9】。

Marshell Stablility ? OGFC

Usual Asphalt Mixer

Displacement (mm) Displacement (mm)

OGFC

Tensile Strength L

o a d i n g

L o a d i n g

圖 2.10 馬歇爾試驗結果 圖 2.11 間接張力試驗結果

第三章 研究計畫

3.1 試驗試體

由宜蘭縣政府提供取自宜蘭縣鄉道鑽心試體，建立基本資料有路線編 號、鑽心里程數、試體寬度、厚度……等，如表 3.1 所示(詳附錄一)。

表 3.1 宜蘭縣鄉道鑽心編號里程 調查/取樣彙整一覽表(空白表格) 二分帶座標點

鑽心編 號

路線編 號

鑽心里程

數 X Y 試體寬度(吋) 試體厚度

(MM)

3.2 試驗流程與試驗項目

本研究之試驗流程主要分成兩個部份，第一部份進行瀝青混凝土試體 基本資料建立及整理；第二部份則進行瀝青混凝土成效試驗分析鋪面張力 強度及浸水殘餘強度，以作為後續分析之依據。

3.2.1 瀝青混凝土試體基本資料建立及整理

以鬃毛沾水刷輕刷瀝青混凝土試體表面，能清楚看出編號，並量測試 體厚度與宜蘭縣政府所提供之資料比對，確認其厚度是否一致。若與資料 相符，則歸納為有編號之試體。

若瀝青混凝土試體表面編號明確，而厚度與宜蘭縣政府所給之資料後 度不符合時，經研究判斷後極有可能是因長期放置於室外而導致毀損斷 裂，且歸納為有編號之試體。

若試體表面編號糢糊，量測其厚度與縣府所提供之資料交叉比對。若 確認其厚度相符，且編號號碼相近，則歸納為有編號之試體。

瀝青混凝土厚度採「CNS 8755 A3147 瀝青鋪面混合料壓實試體之厚度 或高度試驗方法」，進行將試體分為八等份，取其每一等份之厚度平均之，

將上述瀝青混凝土試體，依照編號整理歸納後，建立如表 3.2 所示(詳附錄 二)之基本資料表。

表 3.2 鑽心試體間接張力值(空白表格) 厚度 (cm)

路線 編號

鑽心

里程數 1 2 3 4 5 6 7 8

平均厚度 (cm)

直徑 (cm)

承載力 (KG)

間接張力強度

（Kgf／cm²）

3.2.2 瀝青混凝土成效試驗 3.2.2.1 間接張力強度試驗

1.試驗目的：又稱為圓柱劈張試驗，為測定材料張力強度的方法之一。間接 張力試驗可測得瀝青混凝土的抗張強度、卜松比、抗張應變、彈性模數 及勁度。以上諸參數對瀝青混凝土路面的彈性及黏彈性厚度設計頗為重 要。

2.試驗儀器：

(1)間接張力試驗儀，如圖 3.1

(2)試體夾具：包括上下二片寬度 13mm 承壓墊條，其與試體接觸面之曲率 和試體圓周曲率相同，使荷重均勻分佈於試體

(3)LVDT、紀錄電腦

(4)恆溫箱

圖 3.1 間接張力試驗儀

3.試驗方法：

(1)將試體放置在恆溫箱中，設定所欲測試之溫度，於試驗前最少養治 2 小 時。

(2)於恆溫烘箱中取出試體，放置於馬歇爾實驗儀上，墊上墊條，加壓並記 錄其荷重與變形曲線，整個試驗應於試體取出烘箱後 30 秒內完成。

(3)將所得之極限加載荷重代入下式中，即可求得張應力值。

St=2Pt / (π×D×H) (3.1)

式中：

St=間接張力強度(kg/cm2) Pt=極限加載荷重(kg) D=試體直徑(cm) H=試體高度(cm)

3.2.2.2 浸水殘餘強度試驗

1.試驗目的：為了解水分對瀝青混凝土的破壞影響，以作為描述瀝青混凝土 的剝脫行為試驗。

2.試驗儀器：

(1)間接張力試驗儀，如圖 3.1

(2)試體夾具：包括上下二片寬度 13mm 承壓墊條，其與試體接觸面之曲率 和試體圓周曲率相同，使荷重均勻分佈於試體

(3)LVDT、紀錄電腦 (4)恆溫水槽，如圖 3.2

圖 3.2 恆溫水槽

3.試驗方法：

(1)依據 ASTM D4867 之規定進行，將試體放入 60±1℃之恆溫水槽中，使其 完全覆蓋試體，浸泡 24 小時，模擬實際路面於下雨過後浸泡於水中之 情形。

(2)經 60±1℃恆溫水槽養治 24 小時後，再調整恆溫水槽之溫度到 25±1℃，

繼續養治 2 小時。

(3)於恆溫水槽中取出試體，放置於馬歇爾實驗儀上，墊上墊條，加壓並記 錄其荷重與變形曲線。

(4)將所得之極限加載荷重代入下式中，即可求得張應力值。

IRS=S1 /S2 × 100% (3.2)

式中：

IRS=間接張力殘餘值

S1=浸泡 60℃水中 24 小時試體之間接張力強度值 S2=未浸泡水試體之間接張力強度值

3.3 資料分析方法

對於資料分析，需要對幾個統計手法具有基本了解，資料之離散程度，

以對於資料之可靠性加以分析。對於量測後之取樣值，我們可以用變異數 來表示取樣值的差異性，就變異數(variance)的定義一般為，各資料值 與 平均數的差(樣本平均數為

xi

x)稱為對平均數的離差(deviation about the mean)。

對樣本而言，離差寫成^xi-^x，在計算變異數時，將對平均數的離差平 方，以 s 代表樣本標準差。在 n 個樣本資料時，而且以^x代表它的平均數，

則變異數可以寫成如下：

變異數：

( )

n X

S Xⁱ

2

*=∑ −

(3.3) 在大部分的統計的應用，能得到的資料通常是樣本值，但是樣本的均 方差(average squared deviation)有低估(underestimate)母體變異數的情形，所 以 3.3 式是一偏誤的估計值(biased estimate)。

但是幸運的是，我們只要將離差值的平方和除以 n-1，代替 n 時，就可 以得到樣本統計量對母體變異數的不偏估計值(unbiased estimate)。

樣本變異數(sample variance)：

( )

1

2 2

−

−

= ∑ n

X

s Xⁱ

(3.4)

計算變異數的另一公式： ¹

2 2

−

−

= ∑ n

X n

S Xⁱ

(3.5) 我們找出變異數的最大目的是，要看出資料的離散程度。當比較兩個 樣本時，變異數較大的樣本，離散度也較大。

標準差(standard deviation)是變異數的正平方根。

我們以 s 代表樣本標準差。

樣本標準差：

( )

1

2

−

−

= ∑ n

X

s Xⁱ

(3.6)

以標準差來代替變異數在於計算變異數時，各數值的單位都是取平 方。也就是說，運用標準差來衡量比較時，更容易與平均數或其他和原始 資料有相同單位的統計值，可以相互來比對。

次數分配不對稱時稱之為偏態（Skewness），一般來說眾數、算術平 均數、與中位數合一，為對稱分配；眾數及算術平均數與中位數分別向相 反的方向，即有偏態（Skewness）產生。

( )

( )( )

∑

⎝

⎛ ⎟

⎠

− ⎞

−

−

= +

3

2 1

1

s x x n

n n

n _i

偏態 (3.7)

當其值等於 0 時為對稱，大於 0 時為右偏，小於 0 時為左偏

峰度（kurtosis）是指顯示與常態分配峰度相較時，次數分配曲線的峰 度之高低程度。正峰度值顯示相對上分佈較為尖峰集中，而負峰度值顯示 相對上分佈較為平坦。

( )

( )( )( ) ( )

( 2)( 3)

1 3 3

2 1

1 ^{4 2}

−

−

− −

⎪⎩

⎪⎨

⎧

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎜⎜

⎝

⎛ ⎟

⎠

− ⎞

−

−

−

= _n ⁿ_nⁿ+ _n

∑

峰態 (3.8)

s 是樣本標準差

當其值等於0 時分配為標準常態峰，大於0 時為高狹峰，小於0時為 低闊峰。

在分析資料前，統計上經常採不同方式檢視，以確保資料的可靠性，

在研究時，資料記錄錯誤或電腦輸入錯誤常會發生。辨認分析異常值即是 檢查資料可信度的一種方法。

依柴比雪夫定理(Chebyshev's)及經驗法(empirical rule)分析，有多少資 料會落於與平均值相距於某特定個標準差之區間內。柴比雪夫定理至少有 75%的資料與平均數相距在二個標準差之內，89%在三個標準差之內；而經 驗法則可知，大約95%的資料與平均數相距在二個標準差之內，99.7%資料

項都與平均數相距在三個標準差之內。柴比雪夫定理適用於任一種資料集 合，經驗法則是當如果已知資料集合近似於鐘形分配時使用。

以本研究目前取得之資料，採取柴比雪夫定理來對於本次樣本集合分 析，並採取較原有75%嚴格之資料可信度，以 100%在平均數相距在二個標 準差之內之資料，才進行分析，應可獲得絕對可信之評估資料。

第四章 試驗結果分析與討論

4.1 試驗樣本資料

本試驗之瀝青混凝土鑽心日期為民國九十六年一、二月份，因試體長 期放置於宜蘭縣政府室外而導致外觀毀損、風化、破裂、編號遺失……等 情形，因此將試體回收至實驗室作分類整理。瀝青混凝土鑽心試體，經基 本分類如下：

蘭陽溪以北：包括，頭城、礁溪、狀圍、宜蘭、員山等。

路線編號為：宜 1~宜 20，鑽心試體數量：160 個。

蘭陽溪以南：包括，五結、羅東、三星、冬山、蘇澳等，

路線編號為：宜 22~宜 49，鑽心試體數量：131 個。

南澳地區：

路線編號為：宜 55~宜 58，鑽心試體數量：14 個。

上述鑽心取樣數計有：305 個。

4.2 間接張力強度試驗結果

本研究將所有瀝青混凝土試體，置於 25℃恆溫烘箱恆溫 24 小時後，置 於間接張力試驗儀中進行間接張力試驗，記錄荷重並計算間接張力強度 值，其試驗結果如附表 2 所示(詳附錄二)。

25℃間接張力強度經變異數分析後，在α=0.05 水準下，各瀝青種類間 有顯著差異，經誤差研判分析，從試驗誤差及人為誤差排除後，因本次試 驗試體經三年置於室外，試體本身己呈現老化，部分試體外觀毀損頗為嚴

重；故將其試體試驗值以統計學之方法，進行剔除不合理之數據，以期數 據呈現可進行分析之可靠性。

4.3 試驗資料分析

本研究之瀝青混凝土試體共計組，依資料之離散程度，對於資料之可 靠性加以分析，本研究目前取得之資料，採取柴比雪夫定理來對於本次樣 本集合分析，並採取較原有 75%嚴格之資料可信度，以 100%在平均數相距 在二個標準差之內之資料，才進行分析，應可獲得絕對可信之評估資料。

4.3.1 管制圖分析

依此原則，經由製作x(平均數)管制圖剔除可信度較差之數據，其篩選 方法為先計算出間接張力強度平均值，及標準差(standard deviation)，

再剔除超出平均值±標準差兩倍外範圍之值，如圖 4.1 所示。

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287

間接張力值 UCL：23.78 LCL：6.50 CL：15.14

X bar 管制圖

圖 4.1 X bar 管制圖第一次分析

經 X bar 管制圖第一次分析 305 組數據資料其平均數為 15.14、標準差 為 4.32、上限為 23.78、下限為 6.50，超出範圍外之數據有 19 組，將此 19 組範圍外之數據剔除後(宜 1 線 5K+000、宜 5 線 9K+000、宜 5 線

12K+000(1)、宜 7 線 6K+000(2)、宜 14 線 4K+000、宜 16-1 線 2K+000(2)、

宜 17 線 6K+000、宜 18 線 15K+000(2)、宜 22 線 5K+000、宜 25-2 線 1K+000(2)、宜 26 線 11K+000(2)、宜 28 線 5K+000(2)、宜 30 線 4K+000、

宜 30 線 14K+000(1)、宜 44 線 1K+000(1)、宜 46 線 2K+000、宜 49 線 3K+000、

宜 49 線 4K+000(2)及宜 55 線 3K+000(2))，再繼續進行管制圖分析，直到分 析至無超出範圍外之數據，詳如圖 4.1 所示。

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265

間接張力值 UCL：22.34 LCL：8.02 CL：15.18

X bar 管制圖

圖 4.2 X bar 管制圖第二次分析

X bar 管制圖第二次分析 286 組數據資料詳圖 4.2 所示，其平均數為 15.18、標準差為 3.58、上限為 22.34、下限為 8.02，超出範圍外之數據有 11 組，將 11 組範圍外之數據剔除後(宜 1 線 8K+000(3)、宜 2 線 1K+000、

宜 3-3 線 1K+000(2)、宜 5 線 11K+000(2)、宜 5-2 線 3K+000(2)、宜 8 線 8K+000(2)、宜 18 線 3K+000、宜 18-2 線 6K+000(2)、宜 23 線 5K+000、宜 46 線 1K+000(2)及宜 56 線 1K+000(3))，再繼續進行管制圖分析。

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265

間接張力值 UCL：22.02 LCL：8.98 CL：15.50

X bar 管制圖

圖 4.3 X bar 管制圖第三次分析

X bar 管制圖第三次分析 275 組數據資料詳圖 4.3 所示，其平均數為 15.50、標準差為 3.26、上限為 22.02、下限為 8.98，超出範圍外之數據有 11 組，將 11 組範圍外之數據剔除後(宜 1 線 10K+000(3)、宜 5 線 1K+000、

宜 9 線 1K+000、宜 11 線 3K+000(3)、宜 13 線 5K+000(2)、宜 18 線 8K+000(1)、

宜 18-2 線 3K+000(3)、宜 18-2 線 5K+000(2)、宜 26 線 13K+000、宜 30 線 14K+000(2)及宜 42 線 4K+000(2))，再繼續進行管制圖分析。