大粒料瀝青混凝土使用成效簡介
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材料試驗部 主任工程師 |
房性中 |
摘 要
一、前言
大粒料瀝青混凝土(Large Stone Asphalt Mixtures；簡稱LSAM)筆者於TRB 1259(文獻u)首先閱讀到，經過本工程司之規劃及成立研究案，已於1996年11月完成專案研究期末報告，並於1998年先後使用於高雄和台東機場跑滑道加鋪工程，同時由本工程司建議納入本省高速公路施工規範之條款，經歷最近五年來的實務印證，可解決部份鋪面工程之難題。
本文擬扼要說明LSAM定義、級配規格、使用目的、施工規範重點、配合設計準則及預期成效等內容，俾供同仁暨業界參考、使用。
二、大粒料瀝青混凝土定義與級配規格
(一)定義
大粒料瀝青混凝土，顧名思義，在於其所採用之粒料尺寸比傳統的密級配瀝青混凝土為大，一般其規定，最大粒徑必須等於1 1/2吋或2吋者(相當於標稱最大粒徑1吋或1 1/2吋者)，同時配合設計準則必須依據AI MS-2(文獻v)之改良式馬歇爾方法試驗，亦即是試體尺寸為6×3.75吋，而非傳統的4×2.5吋。
(二)級配規格
2. FHWA FP-85施工規範使用之規格：列於表2(文獻w)。
3.交通部民航局施工技術規範使用之規格：列於表3(文獻x)。
4.高速公路施工技術規範建議使用之規格：列於表4(文獻y)。
5.中華顧問工程司研發之規格亦是公共工程施工網要規範之規格：列於表5(文獻z)。
三、大粒料瀝青混凝土使用目的
將現用之底層瀝青混凝土的標稱最大粒徑由0.5吋或3/4吋改用為1吋或1 1/2吋(最大粒徑由3/4吋或1吋改用為1 1/2吋或2吋)，除可增加其馬歇爾穩定值，馬歇爾勁度模數值(EM)以及鋪面結構強度之外，同時可減少車轍之產生、降低瀝青使用量而節省工程材料，又因每層必須鋪築10cm以上，故可縮短鋪築AC工期一半而節省管理費用及施工費用。
四、施工規範要點
(一)瀝青與粒料規定
1. 瀝青
與一般密級配瀝青混凝土所採用者相同，機場道路使用殘餘黏滯度AR-4000之等級，公路路面使用黏滯度分類AC-10或AC-20兩類為主。
2. 粒料
(1)一般物性與粗級配或廠拌瀝青處理底層所使用者相同。
(2)級配規格可用表2之A或B類、表3之(A)類或表4之A、B或C類
(二)工地檢驗頻率
1.高速公路工程
(1)依文獻y第02004.2(5)節規定辦理。
2.中華顧問工程司承辦之工程
(1)級配規格使用表5，且每層最少之鋪設完成厚度要在10公分以上。
(三)配合設計方法
配合設計作業除了依據AASHTO T245規範規定之外，其試驗儀器及夯壓次數必須依照AI MS-2(1997)之改良馬歇爾方法為之，其要項如下：
1.鐵模尺寸為H3.75〞×6〞∮。
2.試體高度為3.75〞。
3.夯壓落距為18〞。
4.夯鍾重量為22.5 lb。
5.上、下端各夯打次數為112下。
(四)配合設計準則
1.高速公路工程
(1)試體上、下每端各夯打次數為112下。
(2)穩定值最小為4500 lb。
(3)流度(1/100吋)為10∼20。
(4)空隙率為3∼5％。
2.中華顧問工程司承辦之工程
(1)試體上、下每端各夯打次數為112下。
(2)穩定值最小值：
j機場工程為：4000lb。
k公路工程為：4500lb。
(3)流度(1/100吋)為10∼20。
(4)空隙率為3∼5％。
(5)V.M.A最小為11％。
(五)施工要求輯要
1.氣溫低於10℃(公路)或4℃(機場)以及現場情況不適合施工時，均不得鋪築LSAM。
2.所有施工設備及機具，均可與熱拌瀝青混凝土所採用者相同。
3.瀝青膠泥拌入時之溫度不得低於120℃、亦不得高於163℃，粒料拌入時之溫度不得低於135℃，亦不得高於163℃，拌合後出料之瀝青混凝土混合物溫度不得高於163℃。
4.倒入鋪裝機前拌合料之溫度應在120℃以上，壓實工作應於所鋪築之拌合料溫度降至90℃之前，完成續壓工作。
5.每層鋪築厚度不得少於標稱最大粒徑的1.5倍，亦不得超過20公分，若承包商機具性能經試鋪後能達到配合設計準則之要求，則每層鋪築之完成厚度可以提高至25公分。同時採用之最小完成厚度亦不宜小於10公分。
6.壓實度應達試驗室以改良馬歇爾試驗夯壓試體所得密度之97％以上(文獻y)，另文獻u則規定由10個試體平均值的控制帶所定的目標值不得大於97%以上，亦不得小於93％以下，而最小可接受之值：單一值為96％，10個試體的移動平均值為98％。
7.測定壓實度鑽心樣品之深度應與該次拌合鋪設之厚度相同，且直徑不得小於10公分。
8.滾壓完成後，以3公尺直規或高低平坦儀測定平坦度，其高低差不得大於6mm(機場工程為3mm)。
五、使用LSAM之特點及預期成效
(一)使用特點
1. 提昇鋪面結構強度
傳統之廠拌瀝青處理底層皆礙於4吋試驗鐵模之限制•故鮮少採用最大粒徑1吋以上之粒料，致其穩定值均介於1800∼3000lb之譜，而未能發揮粗粒料級配應有之功能。反觀LSAM，其穩定值雖然訂定為4000lb或4500lb以上，惟從研發及實務所得，其實際穩定值可達6000~7000lb之高，且馬歇爾勁度模數亦為傳統密級配AC的2.4倍以上，顯示的確具有提昇鋪面結構強度之功效。
2. 節省瀝青用量
本省除高速公路之外，大部分機構仍以AI SS-1之1969年版所列述的Ⅵ-a、Ⅵ-b、Ⅵ-c類密級配為主，經與LSAM比較可得知Ⅵ-a∼Ⅵ-c類瀝青混凝土較LSAM多用約1.0∼2.0％之瀝青含量，故採用LSAM可相對節省瀝青之使用量、且當工程數量龐大時尤見成效。
3.減少施工時間
LSAM規定每層最少要鋪10公分，實務上已用過14公分及15公分，若機具性能允許，可用到25公分，經與密級配5公分或7.5公分鋪乙層相互比較，可節省1倍甚至4倍的施工鋪設時間。
(二)預期成效
1.減少車轍產生
承前所述，LSAM的馬歇爾勁度模數比傳統的瀝青混凝土高出2.4倍，復因本省車輛超載之情況非常嚴重，惟未見改善，故導致現有鋪面的車轍及龜裂現象屢見不鮮；若能推廣採用LSAM，將有助於減少車轍及龜裂產生之成效。
2.壓實度及平坦度可合乎施工規範之要求
從台東機場及高雄機場之實務印證，LSAM的壓實度及平坦度均可合乎施工規範之要求。
3.施工操作程序
除拌合廠多用一個1.5或2吋之篩網，其他要求皆與一般密級配AC或底層粗級配AC之要求相同。
六、鋪築結構配置
(一)新工工程
1. AC厚度≧20公分：LSAM10cm＋DGAC5cm＋SAM5cm且交通量亦大，致鋪面常用AC達30cm厚。
DGAC：密級配瀝青混凝土。
SMA：石膠泥瀝青混凝土。
2. AC厚度≧25公分：
(1)LSAM20cm＋DGAC5cm＋SMA5cm
(2)LSAM15cm＋DGAC5cm＋SAM5cm＋PA4cm
PA：多孔隙排水瀝青混凝土。
3. AC厚度≧30公分：
(1)LSAM20cm＋DGAC5cm＋SMA5cm＋PA4cm。
(2)LSAM25cm＋SMA5CM＋PA4cm。
(二)既有路面加鋪AC
當加鋪或刨除重鋪厚度達到2.5cm以上時，必須經由加鋪設計校核鋪築結構之強度。
1. AC厚度≧5cm：SAM5cm
2. AC厚度10cm：
(1)DBAC5cm＋SMA5cm
(2)SMA8cm＋PA4cm
(3)DGAC10cm
3. AC厚度15cm
(1)LSAM10cm＋SMA5cm
(2)LSAM10cm＋DGAC5cm
(3)DGAC5cm＋SMA5cm＋PA4cm
七、結論與建議
1. 當新工工程使用瀝青混凝土厚度達到20公分(含)以上或加鋪工程AC厚度達到15公分(含)以上時，建議採用LSAM較妥當亦具成效。
2. LSAM使用之粒料較諸傳統AC，只增列1 〞或2〞之篩號管制，但其穩定值卻可提昇為2∼4倍；馬歇爾勁度模數增加2.4倍以上，若併同考慮節省瀝青用量，縮短工期、減少車轍產生等優點，其使用績效不言可喻。
3. 研定LSAM的施工規範或設計準則時，除可參考公共工程施工綱要第02711章外及傳統AC之方式外，尤須側重材料調查與本土化各項事宜，以避免直接套用國外模式或參數之垢病。
八、參考文獻
(1) Prithui S Kandhal,〝Design of Large-Stone Asphalt mixes to Minimize Rutting〞, TRB 1259, 1990
(2) AI MS-2,〝Mix Design Methods for Asphalt Conorete and other Hot-Mix Types〞,1997
(3) Federal Highway Administration, 〝Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects〞,FHWA FP-85, 1985
(4)交通部民用航空局，〝機場工程施工技術規範第一冊〞，1990年6月。
(5)交通部台灣區國道高速公路局，〝國道高速公路施工技術規範研修計畫期末報告定稿〞，1998年8月。
(6)中華顧問工程司，〝底層鋪築大顆粒瀝青混凝土研究報告〞，1996年11月。
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