概述

透水沥青混凝土源自于1950年代的欧洲，具有高孔隙率、高比例粗粒料含量的特性，约20%的孔隙率可以获得较佳排水性及抗滑能力，并可降低行车噪音，适合多雨地区的使用。公路单位对使用多孔隙性沥青混凝土路面的认识及使用意愿逐渐提高，是因PAC较传统密级配可有效减少水膜现象，有助于提升交通安全，无论是高速公路或市区道路都有发挥的空间。然而，多孔路面也可能产生破坏的情形，主要来自于环境因素和交通影响，其中路面的老化会使混合物变脆并且容易松散，水侵害也可能是透水沥青混凝土耐久性下降的关键之一中国沥青网sinoasphalt.com。经由相异材料介电常数不同的原理，对路面进行介电性质的量测，可计算出路面的孔隙和内部含水量，使用这种非破坏性的检测，对实验室或现场在水侵害的预防及改善上，有相当的益处。由建立介电常数和孔隙、含水量等相关性，评估路面使用情况，进而提高PAC强度和耐久性。

本文检测了沥青薄膜和粒料间及孔隙内水分含量，建立沥青混凝土含水量与介电常数的相关性，并以非破坏性方式检测不同孔隙水含量的透水沥青混凝土试件的介电常数值，考虑含水量因子而将理论－经验公式加以扩展。

研究方法

本研究进行介电性质的量测，建立含水量与介电系数的关系。使用同轴探棒介电量测设备来检测透水沥青混凝土试件的含水量，进而建立PAC含水量和介电性质间的理论－经验介电公式。

介电常数量测

使用HP8719D网络分析仪与Agilent85070E介电探棒进行量测，它们由具SMA接头的高频缆线连接，提供良好传输电磁波的能力，阻绝外在干扰。利用网络分析仪所发出不同频率的电磁波，量测材料的S参数(能量反射与传输的情况)，由软件转换为介电常数。为消除电磁波在不连续处所产生的反射信号，介电常数测量前需先执行仪器系统校正，使用空气、短路与纯水三种已知介质作为进行三点校正。校正完后进行纯水介电常数量测，确认介电量测数值的正确性。量测过程中，必须注意待测物与探棒接触面的平整，避免因探棒与待测物无法密合而产生实验误差。量测所使用电磁波的频率范围为200MHz～13GHz，量测251个点，得随频率不同而变化的介电常数。

试验材料

本研究使用70号沥青进行介电常数量测。粒料的介电常数量测分为粗、细粒料两部分。粗粒料以量测页岩的介电常数，代表19、13.2、9.5、4.75、2.36mm共5个筛号的粒料，而细粒料则以量测砂岩成分的介电常数，代表1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm及底盘六个筛号的粒料。沥青混凝土的部分，将切割的密级配沥青混凝土试件进行介电常数测量，试件直径为10cm，高约为6.3cm。沥青混凝土试件数量为69个，都有不同孔隙率，沥青含量分别为4%、5%、6%，其中4%沥青含量试件有27个、5%有18个、6%有24个。因沥青混凝土试件为非均质材料，故对每一试件求得15个量测点以上的介电常数值，并将最高与最低的介电常数值去除后取平均值，得试件介电常数值。

试验结果与讨论

含水率与PAC介电量测

由于PAC试件孔隙较大，且试件内部材料变异性较高，故采取多重点位量测，本研究中每次量测20点，去除过于偏离平均值的点位后进行分析。每个点位完成量测后会显示该点位自20MHz～3GHz不等的频率下所量测的，且选取变化较稳定的介电常数值，本研究以1.09GHz下所量测的介电常数为主。而在试件含水率量测上，为避免表面附着水分过多影响准确度，故在试件面干内饱和状态下进行。

本研究在25℃下对不同含水率PAC试件进行介电常数量测，试件采用最大公称粒径13.2mm，70号直馏沥青制作(沥青含量5%)，并以频率1.09GHz下得到的介电常数进行分析。可知，随试件含水率增加，介电常数有明显上升趋势，这是因水具有高极化性，当其分布在PAC试件内，易与粒料或沥青表面产生界面极化反应，因其介电常数80远高于干燥PAC试件的3.5～4.0，因此含水的PAC试件介电常数呈现增加趋势。使用与PAC试件相同黏结料与最大公称粒径但不同粒料级配制作的DGAC试件，来比较两者中含水率与介电常数的关系。可发现，DGAC试件在面干内饱和状况下所能量测的最大含水率只有4%以下，这是由于试件孔隙率仅约4%，远低于PAC试件的20%所致。在含水率增加时，两者的介电常数虽都呈现出增加的趋势，为减少试件间差异性对介电量测所带来的影响，故以各试件中该含水率状况下与其干燥状况下的介电常数差Δε'r为轴，探讨PAC和DGAC试件的介电常数增量与含水率关系，以文献中二次多项式的方式来描述两者间的关系，PAC介电常数增量与含水率的R2值达0.8。DGAC试件在体积含水率每提高1%的情形下，介电常数约增加0.08，远高于PAC试件的0.02，这可能是由于PAC试件的渗透性良好，在低含水率的状态时，大部分水分子经由孔隙渗透而积聚在试件底部，又由于介电探棒量测深度上的限制，无法穿透至孔隙水含量较多的区域，仅能量测到位于表面或附着于粒料上受极化的水分子，所以在体积含水率4%以下的区间两者介电常数增加比率会有明显的差距。

PAC含水率介电混合模型

PAC是由粒料、沥青、空气孔隙等所组成的非均质材料，文献中经由组成材料及其所占的体积比例可推估出沥青混凝土的介电常数值。

为评估含水条件下PAC试件的介电常数，其中含水重量百分率在12%以下(对PAC及DGAC而言分别占体积百分率24%及28%以下)，水分子以吸附水状态存在，介电常数值为20左右。以本研究中所使用的64.5%粗集料、10.5%细集料、5%沥青及20%孔隙的PAC试件，量测0%体积含水率下的介电常数约3.60，相加后可以得到该体积含水率下的介电常数实验计算值，并与修正CRI、LLL、LIC模型分别所得介电常数比较。另外，再以本研究中所使用33.7%粗集料、57.3%细集料、5%沥青含量与4%孔隙含量的DGAC试件，介电常数约4.335。

可以发现:无论是PAC或DGAC试件，都以LIC模型最接近实际量测所回归出的结果，因此以LIC模型为基础，经过修正以符合实验量测及回归结果，可分别得到PAC及DGAC试件含水介电混合模型。

利用修正后的PAC及DGAC含水率介电混合模型，再与不同含水率试件的实际量测结果比较，可得到含水介电模型与本研究中样本的实际量测值的相关性。因此，在得知组成成分的体积分率及个别介电常数的情形下，即可利用此模型推估本研究中所使用的试件在不同含水率下的介电常数。在应用方面，则可经由往后大量的量测数据来得到更准确的模型，在实际量测沥青混凝土介电常数后，与模型的预测值比较，可估计现场路面的含水率。

结论

①沥青混凝土试件在内部含水情形下，介电常数会随着含水率增加而上升，在DGAC试件中每上升1%含水率则介电常数约上升0.08，PAC试件则约为0.02，会造成此现象是由于PAC试件有较多的孔隙，大部分水分子经其渗透至底部，而使介电探棒仅能量测到少数附着于粒料表面的极化水所致。

②修正后的PAC与DGAC含水率介电混合模型，与实验样本量测值有良好的相关性，R2值分别为0.73与0.77，因此可经由实际量测沥青混凝土介电常数值，推估该试件的含水率。