瀝青混凝土類別與設計粒料結構 顆粒大小與級配 粒料的「級配(gradation)」乃指顆粒大小分佈的狀況,以體積百分比表示顆粒大小分佈的狀況雖較合理,但因求算不容易,一般皆以重量百分比表示,設若各種顆粒大小粒料之比重相近,以重量百分比或以體積百分比表示顆粒大小分佈的狀況是相同的。級配乃由篩分析試驗而得,亦即將不同孔徑之篩網疊在一起,大孔徑置於上面,將粒料置於其上,如圖1所示,經篩分成各部份後,分別稱得留在各篩網上的粒料重量,即可求得該粒料的級配,通常以「過篩百分比」表示。 圖1、篩分析示意圖 常用於瀝青混凝土之美國標準篩如表1所示,3/8英吋篩表示該方孔篩網之網目開口大小為3/8英吋,而8號篩乃指該篩網每一英吋有8個開口,因為尚需考慮網線之直徑,8號篩的網目開口一定小於1/8英吋,標準全篩連續兩篩號間之網目開口差異通常為二倍,以便將網目開口繪於對數座標軸上時,相鄰兩篩間的距離約略相等。粒料的級配狀況,一般皆以將各篩之過篩百分比繪製於橫座標為網目開口之對數,而縱座標為過篩百分比之圖上,如圖2所示[1],在此圖中,平滑連續的曲線表示顆粒大小分佈均勻,稱為密級配或良好級配,如圖2偏左的曲線所示,含有中間平台的曲線表示缺少平台部份的顆粒,稱為跳躍級配(Gap-graded),國內慣稱為「越級配」,如圖2偏右的曲線所示,而圖2中間由高點急降至低點的曲線代表粒料顆粒相當集中在某粒徑範圍內(本例中在1/2英吋與4號篩間),稱為均勻級配或開放級配(Open-graded)。 表1、瀝青混凝土採用之標準方孔篩之稱號與孔徑 圖2、三種不同的粒料級配曲線[1] 瀝青混凝土中粒料的級配可能是最重要的品質恃性,幾乎所有瀝青混凝土的重要性質如穩定性、勁度、耐久性、透水性、工作性、抗疲勞性、抗滑性、甚至抗水份侵害能力,都受到粒料級配的影響,因此,粒料級配不僅為配比設計時的主要考慮項目,也是各工程單位執行瀝青混凝土的品質控制時,最重要的一項管制項目。 許多研究人員曾對會有最大密度的「理想級配」進行探討,其中最有名的是由Fuller與Thompson提出的富氏最大密度曲線方程式[2]: 理論上,使粒料顆粒堆疊最緊密的級配,應使顆粒間空隙(Voids in Mineral Aggregate, VMA)降至最低,且顆粒間緊密接觸而使穩定性最高,應是最理想的級配,但瀝青混凝土的耐久性必需依靠足夠的瀝青膠
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