第三單元工程材料檢測及判識 課程科目五：瀝青混凝土材料、土壤檢測及判識 「內政部委託辦理營造業工地主任220小時 職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材 第三單元工程材料檢測及判識  課程科目五：瀝青混凝土材料、土壤檢測及判識 主講人:中央大學土木系教授 林志棟

目錄 第二章 瀝青混凝土檢測及判識 第一章 土壤檢測及判識 1.1 物理指數 1.2 土壤分類 1.3 滲透性 1.4 變形性 1.5 第一章 土壤檢測及判識 第二章 瀝青混凝土檢測及判識 1.1 物理指數 1.2 土壤分類 1.3 滲透性 1.4 變形性 1.5 剪力強度 2.1 瀝青混凝土材料 2.2 瀝青混凝土鋪面結構 2.3 級配與壓實度檢測 2.4 平整度與厚度規定 2.5 針入度試驗 2.6 黏度試驗 2.7 馬歇爾穩定值及流度試驗 2.8 工程案例與說明

第一章 土壤檢測及判識

1.1 物理指數 一般土壤物理指數分為七種因其指數間互有相依公式可推導，所以只要先求出獨立的三個指數，便可由該指數推出另外四個指數。 。 可以先求得簡易參數 、 、 即可。

1.1 物理指數

1.1 物理指數 含水量試驗(Moisture Content Test)： 比重試驗(Specific Gravity Test)： 目的：從土壤力學中最基本也是最重要的試驗，進一步認識土壤力學。 定義： 含水量(w) = 比重試驗(Specific Gravity Test)： 目的：取得土粒比重( )。 定義：土粒單位重與4℃純水單位重之比。 濕土單位重(Moist Unit Weight)： 定義：

1.2土壤分類 統一土壤分類(Unified Soil Classification System) 粒徑分佈曲線(Particle-Size Distribution Curve) 篩分析試驗(Sieve Analysis Test) 空氣沉降 比重計分析試驗(Hydrometer Analysis Test) 水中沉降 塑性圖(Plasticity Chart) 液性限度試驗(Liquid Limit Test) LL 塑性限度試驗(Plastic Limit Test) PL PI=LL-PL

1.2土壤分類 粒徑分佈曲線(Particle-Size Distribution Curve) 試驗：篩分析試驗(Sieve Analysis Test) 儀器：搖篩機 目的：測量粗粒土壤的顆粒大小及其所佔百分比，並 繪製粒徑分佈曲線，計算其均勻係數與曲率係 數，以做為土壤分類之參考。 原理：主要用於區分Gravel (G)與Sand (S) 礫石：顆粒大於4.75mm (#4) 砂土：顆粒介於4.75mm (#4)與0.075mm (#200)

1.2土壤分類 比重計分析試驗(Hydrometer Analysis Test) 目的:學習如何比重計測量細粒土壤的顆粒 大小及其所佔百分比。 原理:Stokes定律： 主要為區分粉土(沉泥) Silt (M)與黏土Clay (C) 粉土:顆粒介於0.075mm (#200)與0.002mm 粘土:顆粒小於0.002mm

1.2土壤分類 塑性圖(Plasticity Chart)所需要的試驗有： 液性限度試驗(Liquid Limit Test) 液限(LL)：土壤由液性狀態至塑性狀態間之含水量 塑性限度試驗(Plastic Limit Test) 塑限(PL)：土壤由塑性狀態間至半固體狀態間之含水量 計算出塑性指數PI，以作為細粒土壤Silt(M)與Clay(C)之分類。

1.3滲透性 透水試驗 利用滲透性試驗求土壤之滲透係數k，作為工程估計滲流量、滲流壓力、滲流速度之依據。將試驗尺度分為小尺度(實驗室試驗)、大尺度(現地試驗)，最後並參考經驗公式。

1.4變形性 土壤變形性之探討 夯實試驗(Compaction Test) 排空氣 標準夯實試驗(Standard Proctor Test) 修正夯實試驗(Modisied Proctor Test) 現地夯實試驗(Field Compaction) 壓密試驗(Consolidation Test) 排水 單向度壓密試驗(One-Dimensional Laboratory Consolidation Test)

1.4變形性 夯實實驗(Compaction Test) 目的： 效用： 夯實實驗包括『標準夯實實驗』、『修正夯實實驗』及『現地夯實』。 測定土壤含水量與乾土單位重間之關係，進而決定最大乾單位重及最佳含水量作為填土工程之壓實控制之依據。 效用： 增加土密度，進而加強土壤的承載力及抗剪強度。 使土壤的膨脹性、壓縮性及滲透性減少至最低程度。

1.5剪力強度 直接剪力試驗(Direct Shear Test) 快剪試驗(Quick Shear Test) 簡稱Q試驗 慢剪試驗(Slow Shear Test) 簡稱S試驗 試驗模擬黏土受壓後長期強度狀況，或砂土及卵礫石在受靜力後短期及長期強度狀況，超額孔隙水壓均全部消散之剪力強度得c與ψ值加以分析（c：粘滯度、ψ：摩擦角）。

1.5剪力強度 直接剪力試驗

1.5剪力強度 三軸剪力試驗(Triaxial Shear Test) 壓密排水試驗(Consolidated-Drained Test)簡稱CD試驗 壓密不排水試驗(Consolidated-Undrained Test)簡稱CU試驗 不壓密不排水試驗(Unconsolidated-Undrained Test)又稱UU試驗

相對密度（ Dr）試驗 評估粒狀土壤緊密度的指標，亦稱為密度指數，其定義如下： emax：同土壤之最大孔隙比，即該土壤在最疏鬆狀態下之孔隙比。 e min：同土壤之最小孔隙比，即該土壤在最緊密狀態下之孔隙比。 e：現場土樣之孔隙比。

相對密度（ Dr）試驗 相對密度及土壤緊密關係圖

工地密度試驗 試驗儀器 工地密度儀：工地密度儀包括圓錐管，在連接部分設一可由閥門開關，控制標準砂之自由落體下降。 底鈑：盤式底鈑中央開設一圓孔，孔徑與錐筒外徑相同。 標準砂：通過#20篩，停留#30篩之篩。 磅秤：20kg，精確度2g。

工地密度試驗

加州承載比試驗（C.B.R) 目的 土壤之加州載重比（California Bearing Ratio)簡稱C.B.R.試驗，係路基土壤之貫入試驗 C.B.R值可用以設計柔性路面及機場跑道舖面厚度，C.B.R.試驗亦可用於土壤材料施工品質之控制依據。 原理 加州載重比試驗係使用直徑５cm之壓桿，以１mm/min之速率，求貫入土壤所壓力。 加州載重比規定以2.5mm貫入深之載重比表示之，若5.0mm貫入深之載重比大於2.5mm者，則採用5.00mm貫入深之載重比為C.B.R.值。

加州承載比試驗（C.B.R)

第二章　瀝青混凝土檢測及辨識

2.1 瀝青混凝土材料 瀝青混凝土（Asphalt Concrete;簡稱為AC） 是由瀝青膠泥、粗細粒料、填充料、空氣等材料依一定的比例在適當的溫度下均勻攪拌而成。 瀝青膠泥乃作為黏結劑將粗細粒料及填充料包裹黏結而成，經鋪築且適度滾壓後能承受車輪壓力，並保持適當的變形量 瀝青混凝土所鋪築而成的路面又被稱為柔性路面。 此一材料的特點為具有良好的 穩定性（stability） 耐久性（Durability） 抗滑性（Skid Resistance） 工作性（workability） 空隙率（Air void）

2.2瀝青混凝土鋪面結構 瀝青混凝土路面結構係採多層設計，由下往上分別有路基（Subgrade又稱為路床）、基層（Subbase course）、底層（Base course）及面層（Surface course） 工程實務可依需要作適當之調整設計，例如可不設基層，亦有同時不設基層及底層者一般而言越上層所受應力越大，需要越高之材料強度

國內瀝青路面主要構造

透層、黏層 透層（Prime Coat）及黏層（Tack Coat）在瀝 青混凝土施工上均屬於塗層 透層：介于底層表面及面層底面間之一層低稠 度之瀝青防水薄層。透層會滲透入相當深度具 粘結粒料、減少毛細水上升、緩和級配粒料底 層與瀝青層間材料介面劇烈差異等作用。 黏層：又稱為結合層，與透層頗為相似。在瀝 青原有面上灑鋪一層瀝青黏結材料，俾使新舊 瀝青面有較佳之黏結。

2.3 級配與壓實度檢測 瀝青混凝土設計方法大多使用馬歇爾配合設計法 此法係由美國布魯斯馬歇爾（Bruce Marshall）於1939年所發明，再經由美國陸軍工兵團（The U.S.Corps of Engineers）加以研究改進修正 目前已成為美國材料試驗協會（ASTM）之試驗標準，標準編號為ASTM D-1599，此標準並被列入美國公路運輸官員協會（AASHTO）規範中，標準編號為AASHTO T-25。 目前世界上大部分國家都將之轉為各該國家的標準，並規定所使用之粒料最大粒徑不得大於1吋。

2.3 級配與壓實度檢測 馬歇爾設計法之主要執行程序如下： 粒料篩分析，配合比例計算，粗、細粒料比重試驗。 瀝青膠泥之針入度、黏滯度、比重等試驗。 製作馬歇爾試體。 馬歇爾試體虛比重測定。 穩定值及流度值之測定。 瀝青混凝土最大理論密度測定。 分析瀝青混凝土之空隙率及粒料間之孔隙率。 計算有效瀝青含量及吸油率。 繪製各種關係曲線圖。 決定最佳瀝青含量。

馬歇爾試驗儀與馬歇爾夯打機

2.3 級配與壓實度檢測 當AC在工程現場鋪設後，應確實滾壓至設計圖所規定之壓實度 美國瀝青學會AI SS-1規定，壓實度個別值至少達到配比設計所得最大理論密度之90％或標準試體密度之94％。 瀝青混凝土壓實度依規範要求，有兩種計算方式： （1）壓實度＝（工地密度/最大理論密度）×100％ （2）壓實度＝（工地密度/標準試體密度）×100％

2.3 級配與壓實度檢測 現地測試瀝青試體之密度時可採用鑽心試體的稱重方式或用核子密度儀直接測試

工地壓實度試驗 透過工地壓實度檢驗，作為滾壓施工品質好壞標準。 工地壓實度的檢測方法有： 核子密度儀檢驗法 鑽心取樣檢驗法

核子密度儀檢驗法 此法屬於非破壞性檢測，可以迅速求出工地壓實度。 核子密度儀之校正曲線為檢測結果精確性的重要因素，需經常進行校核工作。

鑽心取樣檢驗方法 完成瀝青混凝土各層，每鋪築600噸作一次壓實度檢驗。取樣方法依AASHTO T230規定進行。 壓實度之標準值以工地取樣作馬歇爾試驗試體之密度為準。各點壓實度為試驗室馬歇爾試體密度之97+2%。

2.4 平整度與厚度規定 AC路面鋪築完成後，其平整度是否提供良好的服務性及厚度是否達到設計要求，均是品管人員需要了解的情況 三公尺路面平坦儀

2.4 平整度與厚度規定 施工平整度 完成後之路面應具平順、緊密及均勻之表面 當以3m長之直規或平坦儀沿平行或垂直於路中心線之方向檢測時，其任何一點高低差底層完成面不得超過±0.6cm，面層完成面不得超過±0.3cm 所有高低差超過上述規定部分應由承包商改善至合格為止 所有微小之高凸處、接縫及蜂巢表面均應以熱燙板燙平

2.4 平整度與厚度規定 鋪築厚度 鋪面完成後每1,000m2鑽取一件樣品，並依CNS 8755 A3147規定檢測其厚度，鑽取檢測試體之位置須依隨機方法來決定。 經檢測後任何一點之厚度不得少於設計厚度10%以上，其全數之平均值亦不得少於設計厚度。

2.5 針入度試驗 針入度試驗（Penetration of Bituminous Materials） 用一標準針頭在規定溫度及規定時間下，垂直貫入瀝青試樣內 貫入深度以百分之一公分為一單位。利用針入度的大小，來表示瀝青材料的軟硬程度、稠度以及瀝青膏之等級分類； 同時針入度亦為決定瀝青路面穩定度之一主要因素，針入度大者表示瀝青材料質軟；反之，則表示其較硬 此試驗法適用於半固體及固體瀝青材料。

2.5 針入度試驗 針入度之試驗，一般可分為三種不同條件，若未特別註明，則以溫度25℃，荷重100公克，時間為5秒之針入度為標準 試驗溫度 標準針頭重量（公克） 針入時間（秒） 0℃＝32℉ 200 60 25℃＝77℉ 100 5 46℃＝115℉ 50

瀝青膠泥的針入度試驗

2.6 黏度試驗 瀝青黏度試驗（Viscosity test）係以真空毛細管黏度計（Vacuum Capillary Viscometers）在溫度60℃時，測定瀝青材料之絕對黏度（Absolute Viscosity） 此方法乃適用於試驗黏度42泊斯（Poise）至2000000泊斯之間的瀝青材料。 絕對黏度之選用為溫度60℃，係基於此溫度是接近瀝青路面在夏天的最高溫度

量測瀝青黏度的黏度管

2.7 馬歇爾穩定值及流度試驗 穩定值（Stability Value）係表示瀝青混凝土試體在60℃承受施加於側面之最大荷重，可用來表示瀝青混凝土承受交通荷重時抵抗塑性變形之能力 流度值（Flow Value）則係表示瀝青混凝土承受最大荷重時之變形量

2.8 工程案例與說明 針對瀝青混凝土於施工實務上所應注意之相關管理要領，包括對鋪築、滾壓、路面維修及檢測某作業之執行基準說明。如下所述 2.8.1 施工要領 2.8.2 舖築作業 2.8.3 滾壓作業 2.8.4 路面維修 2.8.5 檢驗基準

2.8.1 施工要領 氣候條件 施工機具 舖築路段之整理與清掃 瀝青混凝土產製 保護現有構造物 應於晴天及施工地點之氣溫須在10℃以上，並底層、基層、路基或原有路面須完全乾燥無積水現象時，方可舖築。 霧天及雨天不得施工。 施工機具 舖築路段之整理與清掃 瀝青混凝土產製 保護現有構造物

2.8.2 舖築作業 瀝青混凝土混合料應以瀝青鋪築機鋪築 鋪築前，應先測訂準線 鋪築機之速度必須妥為控制，鋪築時瀝青混合料不得有析離現象發生，並使完成後之表面均勻平整 鋪築機鋪築時瀝青混合料之溫度不得低於120℃ 瀝青混凝土路面如係分層鋪築時，應於鋪築前兩小時內，先將前一層之表面清理潔淨，並均勻噴灑黏層，以增強兩層間之黏結效果

2.8.3 滾壓作業 瀝青拌合料之滾壓作業包括六種情況，分別為： 橫向接縫 初步滾壓 縱向接縫 續壓 邊緣 修正滾壓

2.8.3 滾壓作業

2.8.4 路面維修 瀝青路面可能產生龜裂、破損、凹陷或推擠等破壞，若係大面積者需要刨除重鋪，若係小面積者可作局部維修，其程序如下 （1）以切割機切割路面，各邊至少超出破壞面 30cm，並清除損壞材料。 （2）噴灑瀝青黏層。 （3）鋪上AC 料。 （4）刮平AC 料。 （5）以震動夯時機夯實。 （6）以直規檢測平坦度

路面維修步驟

2.8.5 檢驗基準 道路鋪面施工所用之瀝青混凝土需定時抽樣檢驗其粒料級配及瀝青含量，通常每半天抽驗一次 國內普遍採用抽取粒料之篩析法AASHTO T30及AASHTO T164瀝青路面混合料瀝青含量試驗法-溶劑萃取法，目前並已有引進燃燒法。

檢驗結果與配合設計值間之許可差 篩號 許可差，％ 12.5mm（1/2）以上 ±8 9.5mm（3/8in.）及4.75mm（No.4） ±7 2.36mm（No.8）及1.18mm（No.16） ±6 600μm（No.30）及300μm（No.50） ±5 75μm（No.200） ±3 瀝青含量（對混合料重量比％） ±0.5

檢驗基準 各項品質檢驗結果若有不合格情形，則應依照契約規定處理，通常可採以下處理方式： 再行加強施工改善 碎石級配底層壓實度不足時 另外加封補足 厚度不足 減價收受 品質偏差超出許可在一定範圍內且無礙安全使用 拆除重建 品質偏差超出許可差在一定範圍外