阿太堡限度與指數應用於鋪面工程規範說明暨探討

房性中 技師

前言

近日來，陸續有從業人員詢及：「阿太堡(Atterberg)限度與指數應如何運用於鋪面工程規範？」以及「相關注意事項若何？」等提問。

筆者基於教學立場，除分別予以當面立即釋疑之外，尚利用空閒時間逐一蒐集國內外參考文獻及個人工程實務資料，經綜合整理暨歸納後，擬藉本文之發表，完整地呈現阿太堡限度與指數使用於鋪面工程規範應有之全貌，俾利澄清業界混淆之用法或誤用之情形。則幸甚！

另外一方面，筆者並擬針對阿太堡限度與指數試驗時應注意事項、重點以及規範規定阿太堡限度與指數之用意，做進一步之說明與探討，以竟釋疑之全功。 

基本定義

一般而言，阿太堡限度與指數分為兩個部份，茲列述如下。

1.阿太堡限度。

(1)液性限度(Liquid Limit；簡稱LL)。

(2)塑性限度(Plastic Limit；簡稱PL)。

(3)縮性限度(Shrinkage Limit；簡稱SL)。

2.阿太堡指數。

(1)稠度指數(Consistency Index；簡稱CI)。

(2)流性指數(Flow Index；簡稱FI)。

(3)液性指數(Liquidity Index；簡稱LI)。

(4)塑性指數(Plasticity Index；簡稱PI)。

(5)韌性指數(Toughness Index；簡稱TI)。

以上各項僅LL與PI兩者被廣泛運用於鋪面工程規範。

職是之故，本文擬將其定義分別列述如下。

1.LL：定義為土壤自液體狀態進入塑性狀態時之含水量，以百分比(%)表示，一般可省略%之標示。

2.PI：定義為土壤液性限度與塑性限度之差，亦即可採用公式(1)表示之。

         PI=LL-PL   公式(1)

  式中：PL=土壤自塑性狀態進入半固體狀態時之含水量，以百分比(%)表示，一般可省略%之標示。

規範及機構代號名稱說明

  在列述各規範及機構針對LL及PI敘述規定值之前，茲先行說明各代號名稱所代表之意義或全名(含中譯名稱)如下。

　1.AASHTO：American Association of State Highway and Transportation Officials. 美國州公路及運輸協會。

　2.AI MS-1：Asphalt Institute, ”Thickness Design- Asphalt Pavements for

Highway & Streets”,  Manual Series No.1. 美國瀝青學會MS-1設計手冊。

　3.ASTM：American Society for Testing and Materials. 美國材料試驗協會。

　4.FAA：Federal Aviation Administration. 美國聯邦航空署。

規範及機構規定值

有關LL及PI運用於鋪面工程，各規範及機構之規定值詳如下列所示。

　1.一般路基土壤 及路床土壤規定。

　 (1)PI＞6者為塑性土壤。

　 (2)PI≦6者為非塑性土壤。

　2.一般面層瀝青混凝土通過No.200號篩之填充料規定。

　  PI＜4。

　3.AASHTO M147規定：

　 基底層級配料之LL＜25且PI＜6。

　4.AI MS-1規定。

　 (1)基層級配料之LL＜25且PI＜6。

　 (2)底層級配料應為N.P.(Non-plastic；無塑性)之材料。

　5.ASTM D2940規定。

基底層級配料之LL＜25且PI＜4。

　6.FAA規定。

　 (1)基層級配料之LL＜25且PI＜6。

　 (2)底層級配料之LL＜25且PI＜4。

　7.日本瀝青混凝土鋪裝要綱規定。

　  再生粒料之PI＜4。 

試驗時應注意之事項及重點

　1.土壤無塑性之定義如下。

 　(1)土壤塑性偏低而無法做塑性限度PL試驗時，PI值可訂定為N.P.。

 　(2)當PL值大於LL值時，亦可稱之為N.P.。亦即公式(1)產生負值之情況。

　2.PL試驗時之土樣細條直徑應維持在3.0~3.2mm(1/8”)之間。

　3.試驗程序以自較濕點至較乾點比較便利。

　4.不可以在液限儀銅盃內再加水拌和樣品。

　5.非電動式之液限儀，應維持每秒打擊兩次之速率。

　6.液限儀銅盃每起伏一次之落差應維持在1cm，不可忽高忽低(或忽大忽小)。

　7.試驗完成後，應立即進行含水量測求之工作，以避免水份散失。

　8.液限儀打擊次數應介於15~35之間，否則不宜採用；且在試驗進行中，亦不可再加入乾土調拌。

　9.除有機土壤必須以烘箱設定110℃烘乾外，其他各類土壤以氣乾方式烘乾為主，不得已時只可採用烘箱設定60℃以下之溫度烘乾之。

　10.校對或是分析試驗值之正確性時，不可以採用單點式方法試驗之。 

綜合討論暨建議事項

　1.部份從業人員經常詢及：『鋪面工程各層鋪築材料皆已訂定級配規格及CBR、R、M_R或K值強度規定，另行再訂定LL或PI值之目的為何？』筆者擬說明如下。

　 　(1)一般而言，土木及建築工程結構體，除了必須顧及強度值之外，尚須特別注意及加強耐久性之課題。

　　 (2)LL或PI值，依照土壤力學基本分類，PI值≧7者，即屬於中、高塑性土壤；LL值≧25者，則可能具較多黏性土壤之含量或歸類為黏性土壤(CL)，以致壓縮性大幅度增加；以上兩類土壤，皆屬於具備中、高膨脹性或壓縮性不利於鋪面工程穩定之因素，且容易飽含水份又排水困難，進而兩項因素皆可能損及鋪面鋪築層材料之耐久性。

　　 (3)另據筆者親自參與工程研究案之經驗得知：『各鋪築層材料即使強度值皆符合設計值規定，但若LL或PI值超過規定值甚高時，鋪面即有產生嚴重隆起、沉陷或唧水之現象。』而此三種現象，皆起因於高膨脹性或高壓縮性土壤及高地下水位所衍生之惡果。對鋪面工程而言，三者實具累積性之損壞致因。不可不慎呀！

　2.日本瀝青混凝土鋪裝要綱規定再生粒料之PI＜4，屬於最嚴格之規定。設計工程師若擬採用時，建議務必取樣試驗並印證之，方較為妥當。

　3.試驗樣品之試驗值，究應採用何種統計方法進而擬定為設計值，應視狀況而定，不可一招半式即想走遍江湖呀！一般而言，筆者強烈建議：『儘量少用試驗值之平均值做為設計值。』因為如果各位讀者若採用此一作法，即表示工程案必須承擔50%的失敗率，這是任何單位與個人皆無法承擔之重呀！筆者語重心長，殷望讀者切記之！