粒料的破裂面(稜角性)與扁長顆粒
因砂石組成水泥混凝土及瀝青混凝土之骨幹，故以往稱為「骨材」，目前國內相關規範中大都稱為「粒料」，是土木工程不可或缺的材料。簡言之，粒料的品質要求為潔淨、不含泥及有害物，以免影響膠結，堅硬、強度足、粒形好、級配佳，以組成主要骨架，耐久性強以抗外在環境侵蝕等特性；其中有害物、強度、耐久性等，受母岩材質及料源控制，而潔淨、粒形、及級配，則受軋石製程影響(詳參「揭穿砂石製程的魔鬼細節—破碎比」)。瀝青混凝土之膠結料為高感溫性的熱塑性聚合物，在溫度與荷重時間雙重作用下，有可能產生流動，因此，瀝青路面之抗變形能力，主要由粒料間形成的主架構提供，不良製程生產的粒料，粒形及級配不佳，對路面車轍的發生有關鍵性的影響。
粒料的共同特性與料源特性
依據SHRP的定義，砂石粒料的特性中，稜角性、扁長顆粒、及黏土含量之限制，為所有路面專家共同認定，甚至有一致的標準值，是用於瀝青混凝土之粒料必需具有的特性，稱為共同特性(Consensus Properties)，其粒料特性對瀝青混凝土也有重要影響，但不同地區之要求不同，無法界定一致品質建議值者，稱為料源恃性(Source Properties)。(瞭解SHRP可參「瀝青的成效分級制(PG Grades)」)
由河川開採的礫石與經軋製後的碎石的差異，如圖1所示，就是「粒形與破裂面」。
為使瀝青混凝土具良好的抗變形能力，粒料應提供強而有力的主架構，圖3-18顯示分別由立方形及圓形顆粒組成之骨架狀況，兩者具有相同的孔隙及材質，理論上應具有相同強度，如圖3-18A，然立方形顆粒傾向於互相契合而鎖住，可有較強的抗變形能力，而圓形顆粒因互相滑動而契合度較差，荷重後沿剪力面滑動而產生變形，如圖3-18B所示，這種現象，在一般的砂石料堆中可以清楚發現，圓形礫石堆的安息角(Angle of Repose)較小，無法像立方形碎石般，堆得較陡、較高如圖3-18C所示。
粗粒料的稜角性 - 破裂面
砂石場生產的粒料，可能同時含有自然形成的礫石、天然砂及碎石顆粒，工程上通常以稜角性(Angularity)來要求，所謂粗粒料的稜角性，依美國策略性公路研究計劃(Strategic Highway Research Program, 簡稱SHRP)，乃指所有粒料混合後之停留於4.75mm(#4篩)以上的部份中，具一面或一面以上破裂面的顆粒，佔所有此部份粒料的重量百分比，而所謂破裂面之定義，則指該破裂面之面積佔顆粒外觀面積之25%以上者，有些礫石顆粒偶有一小部份破裂面，但由於該破裂面之面積，佔顆粒外觀面積之25%以下，不屬於SHRP定義之破裂面。
選擇具破裂面的粒料，即控制粒料具較粗的表面紋理，和較佳的粒形，直接影響組成瀝青混凝土的粒料顆粒間的內摩擦力，使粒料間契合良好，提供較佳的抗變形能力，至於規範值應採用多少？SHRP建議應依該材料使用於路面結構層中的位置，及需承受的交通荷重狀況使用表1選定，交通荷重愈大或使用於愈上層，則粒料之稜角性要求愈高。
細粒料的稜角性試驗
細粒料也應具粗的表面紋理與較好的粒形，以提供較高的粒料契合力，天然砂如河砂及海砂，因經水流搬運過程之磨蝕，呈圓形且表面光滑，大量使用於瀝青混凝土粒料的主架構中，具有因容易滾動而使粗粒料顆粒間發生「潤滑作用」的效果，以往文獻中曾提出限制瀝青混凝土中的天然砂含量，以防止路面車轍之發生；細粒料若以粗粒料的方式，一顆顆判斷破裂面，費時費力，SHRP建議採用美國砂石協會(National Aggregates Association)之試驗方法，將細粒料的稜角性用混合粒料中小於4.75mm部份，盛於固定體積容器中的空隙率，作為控制參數，此空隙率愈高，代表具較多的破裂面，使顆粒間的摩擦較大，不容易在裝入容器時，互相滑動而變密實，亦即粒料的稜角性較高。
美國砂石協會之試驗方法如圖3所示，將樣品經由一標準漏斗以一定的落差卸入已知容積之容器中(容積為V)，求出裝滿該容器之樣品重量(W)，以該樣品的虛比重(Gsb)，可計算空隙率：
扁長顆粒
SHRP定義扁長顆粒，乃指顆粒外觀之最大與最小長度的比值超過5者(扁長比為1/5)，這些細長的顆粒，極有可能在施工的滾壓過程，或開放交通後的外在荷重而斷裂，判斷的方式乃依ASTM D4791之規定，用如圖4之比例卡尺(Proportional Caliper)，此卡尺之支點固定於底座上，可以該支點轉動，底座上另有兩固定點A及B，判定時先以粒料顆粒之最長方向之一端固定於A點，旋轉卡尺之迴旋臂，使其尖端接觸顆粒最長部份的另一端，此時將卡尺固定不動，則卡尺另一端與B點形成間隙，若粒料可以最扁之角度通過此間隙，則判定該顆粒為扁長顆粒(即扁長比小於1/5之顆粒)；SHRP建議使用於設計交通荷重大於1106ESALs的瀝青混凝土，其混合粒料之大於4.75mm部份(即粗粒料部份)，不得有超過10%重量百分比為扁長顆粒，亦即粗粒料顆粒之扁長比小於1/5之扁長率必須在10%以內，對於設計交通荷重小於此者，則不予設限。
國內規範之類似規定中，公路局以概括性規定「不含扁平細長及風化之石料」，高速公路局則定義細長材料為「顆粒之長或寬大於寬或厚之三倍而佔有重量比10%(開放級配為7%)以上之粗料應以拒絕使用」，若改寫成標準的寫法，應為扁長比小於1/3之扁長率必須在7%以內，比SHRP的規定嚴格。依據中華大學對高公局、省公路局、住都局等單位資深工程師之訪談，除專供高公局使用之砂石場產品，經由駐場工程師之要求，粒形稍佳外，國內碎石產品大部份未清洗乾淨，扁長顆粒佔有頗大比例，稜角性及粒形為主要的品質缺陷。
以圖4的比例卡尺一顆顆檢測粗粒料的扁長比，在實務應用上相當不容易，歐洲各國傾向於使用英國扁平指數及狹長指數測定法，這個列於BS 812 PART1的實驗方法實際上是由量測粒料的扁平指數(Flakiness Index)及狹長指數(Elongation Index)所組成。扁平指數測定法適用於63 mm至6.3 mm的粗粒料，其原理是將粒料使用BS標準篩篩分成各篩號分部，各篩號分部都有其各自對應的特殊扁平試驗篩（如圖5）或金屬厚度規孔洞（圖6）以量測粒料之扁平狀況，扁平試驗篩的篩孔及金屬厚度規孔洞，乃經過特別設計成一長橢圓形，其篩孔及孔洞寬度大小，是依照其對應的BS標準篩留篩的粒料之最大粒徑與最小粒徑平均值的0.6倍，如表2「厚度規孔寬」欄所示，例如通過BS標準篩63mm篩且留在50 mm篩上的粒料，粒徑最大為63mm，最小為50 mm，故對應BS標準篩50 mm篩的扁平試驗篩篩孔，或金屬厚度規孔洞的寬度大小應為（63 mm＋50 mm）÷2 ×0.6＝33.9 mm，也就是說對於通過63mm篩且停留在50 mm篩上的粒料顆粒，若其最小可通過寬度小於33.9 mm，就會通過對應的扁平試驗篩或金屬厚度規孔洞，而被判斷為扁平顆粒。
英國扁平指數測定法的執行步驟為先將粒料烘乾後，依照粒料的最大標稱粒徑，參照表2之 「BS標準篩標稱孔徑」欄，及「試樣最少質量」欄，使用四分法或分樣器取得足量的試驗樣品，使用BS標準篩篩分試驗樣品為各篩號分部，捨去停留於63.0 mm篩與通過6.30 mm篩的過大及過小粒料，分別秤取其餘各篩分部留篩之粒料重，然後分別倒入盆中，並加以標示篩號分部及重量，計算各盆粒料的總重量得一值M1，計算各盆粒料重佔總重量之百分比，若該百分比小於或等於5%，則捨棄該盆粒料，另計算存留的總重量得一M2值，選擇使用英國扁平試驗篩或金屬厚度規孔洞其一方式量測，若選用英國扁平試驗篩(即圖5)，則將各粒料分部倒入其相對應的試驗篩，以手工加以搖動，先篩除大部份扁平顆粒，然後再用手工逐一測試留篩顆粒是否真通不過篩孔，通過者即判斷為扁平顆粒；若使用金屬厚度規，則將各粒料分部以其對應之金屬厚度規孔洞，以手工逐一測量各顆粒是否通過金屬厚度規孔洞，通過者即判斷為扁平顆粒；混合各粒料分部中被判斷為扁平顆粒者，秤得一質量M3，則扁平指數即為 M3 ×100 ÷M2，也就是扁平顆粒佔所有顆粒重量的百分比值。
無法通過扁平試驗篩或金屬厚度規孔洞的顆粒，也有可能因為太過狹長而屬於粒形不良的顆粒，因此，除了扁平指數外，英國的規範還有狹長指數的測定規範，狹長指數測定法乃將前述各粒料分部，使用如圖7的金屬長度規逐一量測粒料顆粒是否過於狹長，在金屬長度規上有不同的柱間距，對應不同的粒料分部，如表3所示，柱間距長度是依照其對應的粒料分部的最大粒徑與最小粒徑平均值的1.8倍，如表3中的「長度規間距」欄所示，例如通過50mm篩而停留在37.5 mm篩之粒料部份，粒徑最大為50mm，最小為37.5 mm，故其對應的金屬長度規柱間距為(50 mm＋37.5 mm)÷2 ×1.8＝78.7 mm，也就是說，對於此部份的粒料顆粒，若其最大長度大於78.7 mm，就會無法通過金屬長度規柱間距，而被判斷為狹長顆粒。
在英國扁平指數及狹長指數測定的標準試驗方法中，是將扁平及狹長指數分開量測，所以依照扁平指數量測法所得留於英國扁平試驗篩或無法通過金屬厚度規的粒料可能含有相當長度的顆粒，而依照狹長指數量測法所得通過金屬長度規的粒料，也可能含有相當扁平的顆粒，歐洲大部份國家應用此一規範時，大都只是規定「不得有扁平或狹長的顆粒」，也就是必需同時通過兩種測定法的檢驗。
無論量在測粒料扁平指數或狹長指數時，都是使用英國標準篩將粒料篩分，國內工程界慣用的ASTM篩與英國標準篩的比較如表4所示。在中華大學土木系的研究中[13]，以國內慣用的ASTM標準篩代替英國BS標準篩，以前述的英國扁平指數測定篩及金屬厚度規，合併使用扁平指數及狹長指數測定，該研究中重新定義粒料的「扁長指數」，其試驗方法是將粒料烘乾後，依照粒料的標稱粒徑，參對表2之BS標準篩標稱孔徑欄，及試樣最少質量欄，使用四分法或分樣器取得足量的試驗樣品，使用ASTM標準篩篩分試驗樣品為各篩號分部，捨去大於50.0 mm篩與小於6.30 mm篩的粒料，秤取其餘各篩留篩之粒料重，然後分別倒入盆中，並加以標示篩號及重量，計算各盆粒料的總重量得一值M1，計算各盆粒料重佔總重量之百分比，若該百分比小於或等於5%，則捨棄該盆粒料，另計算存留的總重量得一值M2，將各BS標準篩篩網留篩之粒料，選擇其對應的扁平試驗篩或金屬厚度規孔洞，挑(篩)出扁平顆粒，秤重得一值M3，剩餘留於扁平試驗篩或無法通過金屬厚度規的粒料，再分別測量其粒料顆粒之最長距是否能夠通過其對應的金屬長度規柱間距，將各篩號不能通過金屬長度規之狹長粒料混合秤重得一值M4，扁長指數即為（M3＋M4） ×100 ÷M2。
經過理論計算，各BS標準篩篩網分部顆粒中，會留於其對應的扁平試驗篩，且通過對應的金屬長度規柱間距的粒料顆粒，其扁長比約略大於1/3，以通過BS標準篩50mm篩留於37.5mm篩之粒料為例，會留於對應之扁平篩網的最小寬度為26.3mm，會通過其對應之金屬長度規柱間距的最大長度為78.7mm ，依扁長比定義計算其扁長比為26.3 mm/78.7mm，大約為1/3。(資料來源：陳兆鑫，石膠泥瀝青混凝土配比設計之研究，中華大學碩士論文，中華民國八十八年六月。)
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