「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 1

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

• 剪力強度

目錄

第二章 瀝青混凝土檢測及判識

2 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

3

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。 

m

、 

d

、

S

、

n

、

e

、

w

、

G s



m G s

。

w



m



W V



d



W s V

即可。

n



V v V G s

  

s w e



V v V s w



w w w s S



V w V v

4

1.1 物理指數

5

1.1 物理指數

   含水量試驗(Moisture Content 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) =

W s W w

比重試驗(Specific Gravity Test)：     目的：取得土粒比重( )。

s

定義：土粒單位重與4℃純水單位重之比。

G s



s w

濕土單位重(Moist Unit Weight)：  定義： 

m



W V

6

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 7

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) 8

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：

D

(

mm

) 

k



t L

(

cm

) (min)    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

9

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。 10

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。 11

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) 12

1.4

變形性

   夯實實驗(Compaction Test)  夯實實驗包括『標準夯實實驗』、『修正夯實實驗』 及『現地夯實』。 目的：  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。 13

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  試驗過程中不允許超額孔隙水壓消散，以模擬滲透性很 小的黏土，在加載初期時，來不及排水之強度。得c與ψ 值分析。 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）。 14

1.5

剪力強度

 直接剪力試驗 15

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 16

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：

D r



e e

max max  

e e

min    e max ：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。 17

相對密度（ Dr ）試驗

 相對密度及土壤緊密關係圖 18

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。 19

工地密度試驗

20

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１ mm/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。 21

加州承載比試驗（ C.B.R)

22

第二章 瀝青混凝土檢測及辨識

23

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） 24

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 25

國內瀝青路面主要構造

26

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。 27

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。 28

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。 29

馬歇爾試驗儀與馬歇爾夯打機

30

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％ 31

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 32

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 33

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。 34

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% 。 35

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 36 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 37

2.4

平整度與厚度規定

 鋪築厚度   鋪面完成後每1,000m 2 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。 38

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。 39

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

0℃＝32℉ 25℃＝77℉ 46℃＝115℉

標準針頭重量（公克）

200 100 50

針入時間（秒）

60 5 5 40

瀝青膠泥的針入度試驗

41

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 42

量測瀝青黏度的黏度管

43

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 44

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 45

2.8.1 施工要領

一.

氣候條件

  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。

二.

施工機具 三.

舖築路段之整理與清掃 四.

瀝青混凝土產製 五.

保護現有構造物

46

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 整

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 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 47

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

48

2.8.3 滾壓作業

49

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 50

路面維修步驟

51

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。 52

檢驗結果與配合設計值間之許可差

篩號 12.5mm

（ 1/2 ）以上 9.5mm

（ 3/8in.

）及 4.75mm

（ No.4

） 2.36mm

（ No.8

）及 1.18mm

（ No.16

） 600μm （ No.30

）及 300μm （ No.50

） 75μm （ No.200

） 瀝青含量（對混合料重量比％） 許可差，％ ±8 ±7 ±6 ±5 ±3 ±0.5

53

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 拆除重建

• 品質偏差超出 許可在一定範 圍內且無礙安 全使用 • 品質偏差超出 許可差在一定 範圍外 54