談 用砂率之問題

房性中  技師

一、前言

「用砂率」一詞，慣常應用於土木工程中水泥混凝土級配料篩分析作業上，除可藉此一數據之高低值，來判斷級配料之混拌規格，尚可進一步評判其運用上之成效、與掌控結構體之施工品質。

職是之故，如何善用「用砂率」的觀念，乃成為設計工程師以及各從業人員至為重要的一個環節。本文擬扼要說明其基本定義、使用機制、使用成效，以及部分錯誤樣態之探討。殷盼得以釐清業界混淆之視聽，並分享諸先進，敬請指正是幸。

二、基本定義

在水泥混凝土粒料級配之篩分析數據中，選取通過No.4號篩細粒料的重量、與停留在No.4號篩以上粗粒料的重量，其重量的比值百分率稱之為「用砂率」。因「用砂率」用語，經常使用於水泥混凝土工程之分析作業上，致有些工程師習慣將其定義為：「水泥混凝土級配料篩分析數據中，選取通過No.4號篩細砂的重量與停留在No.4號篩以上粗粒料的重量的比值百分率。」

在實務上，級配料仍屬於土壤分類之系統；而水泥混凝土之粒料混合料，又勢必要篩洗除去大部分黏土、粉土及沉泥等不利之土壤種類，只保留砂土及粗粒料為主，故旨揭定義皆可運用，並無欠妥之處。

「用砂率」表示方式為：

(S/A)=【(通過No.4篩砂土的重量)÷(停留在No.4篩以上粗粒料的重量)】x100%

三、使用機制

1.「用砂率」使用於水泥混凝土材料居多。

2.一般而言，抗壓水泥混凝土之「用砂率」為32%±5%；抗彎水泥混凝土「用砂率」為42%±5%；高速公路剛性鋪面專案曾使用「用砂率」為47%±5%。

3.因抗壓水泥混凝土的「用砂率」值，一定會落在27%~37%的區間值內，所以，抗壓水泥混凝土的設計準則與施工規範均不會列出此一項目及數據。然而，抗彎水泥混凝土的「用砂率」值，必須落在37%~47%或42%~52%，亦即必須增加砂土的使用量，因此，使用抗彎水泥混凝土材料時，一般抗彎混凝土或高速公路剛性路面必須增訂「用砂率」為42%±5%或47%±5%之項目及數據，材料試驗品管與品保工作方能合格。

四、使用成效

1.抗彎水泥混凝土的「用砂率」值若低於37%或42%時，則剛性鋪面易衍生斷裂及裂縫之損壞狀況，且水泥混凝土硬化後，不易達到設計抗彎強度值。

2.抗彎水泥混凝土的「用砂率」值符合37%~47%或42%~52%時，才能保障施工品質並提昇鋪面整體之耐久性與使用績效。

五、使用上之錯誤樣態說明

部分從業人員將「用砂率」使用於瀝青混凝土材料工程上，事實上是錯誤的，其理由彙整以下：

1.所有的瀝青混凝土材料之設計準則及相關規範中，均未見「用砂率」之用詞。

2.準則或規範訂定「用砂率」之用意，在於規定級配粒料中細砂之使用量，然而，以瀝青混凝土混合料而言，其中若拌入過多的細砂含量，乃不利於提升穩定值之強度，另外，亦會增加瀝青含油之使用量，以至於有可能衍生完工後之冒油、車轍或側擠之損壞狀況。換言之，「用砂率」一詞非屬瀝青混凝土材料之控制項目。

3.瀝青混凝土材料的設計機理，特別強調的是材料粗顆粒互鎖力優於空隙填充率及細粒料之含量，故其級配粒料之選擇，若粒徑越大且粗顆粒含量越高，將有利於提升粒料顆粒互鎖力、瀝青膠泥包裹粗粒料完整之程度、提高穩定值強度並可減少瀝青含油量之使用量，且可降低完工後瀝青混凝土之鋪面衍生冒油、車轍或側擠之損壞狀況。

六、結語

1.「用砂率」之於抗壓強度機制的水泥混凝土材料，一般準則及規範雖未予以規定之，係基於其合格率幾乎是百分之百，故不須贅列。然而，「用砂率」之於瀝青混凝土材料，一般準則及規範亦未予以規定。工程人員應明辨不可混淆使用。

2.「用砂率」之於抗彎強度機制的水泥混凝土材料，其值一定要在37 %或42%以上，才能保障良好的使用成效，並且防止由水泥混凝土底部所衍生的張應力及張應變所造成的拉裂性損壞狀況。