瀝青混凝土配合設計準則與工地拌和公式釋疑

前言

生活在台灣地區,上至中央、下至地方,由北到南、貫穿東西,相信任何人走到任何地方,皆可見道路工程隨時在刨鋪瀝青混凝土,已成不爭之事實。

雖然瀝青混凝土工程隨處可見,從設計、監造到施工、品管及試驗各階段之從業人員亦多如過江之鯽,以筆者在實務上實際接觸與瞭解之經驗而言,針對瀝青混凝土配合設計準則與工地拌和公式(Job Mix Formula;簡稱JMF)應用之問題,許多工程人員渾然不知所以然,或是誤解理論機理而一路錯到底,若再度這樣子下去,老百姓一再地埋怨鋪面品質的夢魘與詬病,可能將永無休止之日。

職是之故,本文擬將瀝青混凝土配合設計準則與工地拌和公式應用問題之全貌分別列述於下列各章節,祈盼能釐正視聽並提昇施工之品質,則甚幸。

配合設計準則目的

瀝青混凝土係由瀝青膠泥與粗、細粒料拌和而成,必要時須使用填充料及附加劑,以符合設計工程師所釐訂之規範規定。

因鋪面型態之不同,致所需之粒料尺寸及級配規格亦各不相同,依AISS-1【文獻(1)】所揭示,瀝青混凝土可分為八大類型,且必須因用途不同而選用各類適當的級配規定以及瀝青膠泥含油量。

職是之故,配合設計準則乃為提供以上資訊的必要試驗作業,同時,因應交通量之大小,可提供穩定值之數據,俾能符合設計強度暨耐久性。

配合設計準則注意事項

為了達到瀝青混凝土旨揭之目的,在理論機制以及作業程序上尚須注意下列各事項。

1.對於未拌和前的粗粒料及細粒料,應分別加以檢驗。文獻(1)明確規定:『粗粒料應符合ASTM D448或AASHTO M43;細粒料應符合ASTM D1073或AASHTO M229。』台灣地區對於未拌和前之粗粒料及細粒料,則並未規定檢驗之準則。

2.混合粒料必須符合擬用之級配範圍,且各篩號分別訂定不同之區間值,常用之密級配瀝青混凝土規格表詳表1所示。

3.依據表1選定級配規格的同時,必須一併決定最佳之瀝青含量值。

4.瀝青混凝土粒料應避免配成脆弱級配(Tender Mix),亦即通過No.4號篩到No.50號篩之間,級配曲線與FHWA0.45次方之曲線間,不要在No.30號篩處凸出3%以上。詳如圖1所示。

5.依文獻(2)規定,茲列述如下。

(1)級配曲線應儘量吻合FHWA0.45次方之曲線。

(2)級配控制篩有下列四種:

A.最大粒徑篩號。

B.標稱最大粒徑篩號。

C.No.8(2.36mm)粒徑篩號。

D.No.200(0.075mm)粒徑篩號。

(3)級配曲線應避免通過『限制區域』(Restricted Zone),若以標稱最大粒徑19mm (3/4in)為例,其限制區域管制篩號為下列四種:

A.No.8(2.36mm)。

B.No.16(1.18mm)。

C.No.30(0.600mm)。

D.No.50(0.300mm)。

(4)以標稱最大粒徑19mm (3/4in)為例,其級配準則詳如表2及圖2所示。

(5)範例說明如圖3所示。

6.配合設計準則所求得之級配曲線,稱之為『工地拌和公式』。

使用工地拌和公式注意事項

1.依據表1決定工地拌和公式之後,在工地進行品管工作時,表1之規定應捨棄勿再使用,並改以表3為基準。

2.續以標稱最大粒徑19mm (3/4in)為例,文獻(1)依表1進行配合設計作業,求得工地拌和公式,配合表3之各篩號允許許可差規定,可得各篩號工地控制級配之區間值,並整合如表4所示。

綜合討論暨建議事項

1.由表1及表4得知實務資訊歸納如下。

(1)表4中之工地拌和公式各篩號通過率均符合表1中標稱最大粒徑19mm (3/4in)之規定。

(2)工地拌和公式配合表3各篩號允許許可差規定,所得到表4中各篩號工地控制級配之區間值若與表3相互比對,已明白揭示上述勿再使用表1之真諦。

2. 據瞭解在實務上,許多從業人員利用表1進行瀝青混凝土級配料的配合設計準則作業,俟獲得工地拌和公式後,雖以表3作為工地品管工作之依據,但是,卻仍然以表1作為工地控制級配之區間值,顯然違背表4之精義。本文特別予以釐正視聽並殷切企盼能夠導正錯誤行止。

3.資深、有經驗且負責任的設計工程師應針對粗粒料及細粒料分別訂定拌和前之試驗準則的特定條款,以保障瀝青混凝土混合拌和料整體成品及施工之品質。

六、參考文獻

1.Asphalt Institute Specification Series No.1(AI SS-1), "Model Construction Specifications for Asphalt Concrete and other Plant-mix Types", Oct.,1992.

2.Federal Highway Administration(FHWA),"Background of Superpave Asphalt Mixture Design and Analysis" ,FHWA-SA-95-003,1995.

表1  密級配瀝青混凝土粒料級配及瀝青含量表

試驗篩(mm) 通過方孔試驗篩之重量百分率
37.5mm 25.0mm 19.0mm 12.5mm 9.5mm
(1 1/2in) (1in) (3/4in) (1/2in) (3/8in)
50.0(2in) 100        
37.5(1 1/2in) 90~100 100      
25.0(1in) 90~100 100    
19.0(3/4in) 56~80 90~100 100  
12.5(1/2in) 56~80 90~100 100
9.5(3/8in) 56~80 90~100
4.75(No.4) 23~53 29~59 35~65 44~74 55~85
2.36(No.8) 15~41 19~45 23~49 28~58 32~67
0.30(No.50) 4~16 5~17 5~19 5~21 7~23
0.075(No.200) 0~6 1~7 2~8 2~10 2~10
瀝青含量,(%)(以瀝青混合料之總重量計算) 3~8 3~9 4~10 4~11 5~12
附註:本表係參考ASTM D3515之規定。

表2  標稱最大粒徑19mm (3/4in)之級配準則表

級配控制項目 篩號尺寸mm(in) 最小(%) 最大(%)
控制點 25.0(1in) 100 100
19.0(3/4in) 90 100
2.36(No.8) 23 49
0.075(No.200) 2 8
限制區域 2.36(No.8) 34.6 34.6
1.18(No.16) 22.3 28.3
0.600(No.30) 16.7 20.7
0.300(No.50) 13.7 13.7

表3  瀝青混凝土混合料每一試樣之各項許可差規定表

篩分析通過試驗篩mm(in) 許可差(%)
12.5及12.5以上(1/2in及1/2in以上) [±8][  ]
9.5及4.75(3/8in及No.4) [±7][  ]
2.36及1.18(No.8及No.16) [±6][  ]
0.60及0.30(No.30及No.50) [±5][  ]
0.15(No.100) [±4][  ]
0.075(No.200) [±3][  ]

表4  標稱最大粒徑19mm (3/4in)之工地拌和公式及工地控制級配區間值範例表【文獻(1)】

篩號尺寸mm(in) 工地拌和公式 許可差(%) 工地控制級配區間值
25.0(1in) 100 ±8 100
19.0(3/4in) 97 ±8 89~100
9.5(3/8in) 75 ±7 68~82
4.75(No.4) 50 ±7 43~57
2.36(No.8) 32 ±6 26~38
0.30(No.50) 8 ±5 3~13
0.075(No.200) 5 ±3 2~8
 
圖1  脆弱級配(Tender Mix Gradation)示意圖   圖2  標稱最大粒徑19mm (3/4in)之脆弱級配示意圖
     
   

圖3:粒料級配曲線範例說明圖

   

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