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 以廢輪胎橡膠推動道路養護資源循環減碳技術 邱垂德1 涂哲維2 許承煜3 陳東興4 1社團法人台灣輪胎循環經濟協進會秘書長 2財團法人台灣營建研究院工程服務組專案經理 3保綠資源股份有限公司(台灣分公司)總經理 4保綠資源股份有限公司董事長 RECA-114-021 摘要 本研究以「輪胎循環高值化、道路養護低碳排」為願景,結合輪胎回收業與熱拌瀝青業,應用鋪路工程的新式技術,執行為期兩年的「以廢輪胎橡膠推動道路養護資源循環減碳技術」,開發創新橡膠瀝青低碳鋪路材料;在研發創新、化解疑慮、輔導扎根、及成果推廣四大方向,展開完成(1)開發橡膠瀝青混合料的平衡式配比設計、(2)以創新方法檢測橡膠瀝青混凝土成效、(3)實做納入橡膠瀝青的瀝青改質規範、(4)溫拌橡膠瀝青混合料納入路面刨除料、(5)用溫拌技術降低異味、(6)工廠化免除特殊機具需求、(7)實證含橡膠瀝青刨除料再利用、(8)辦理橡膠瀝青研討會、(9)觀摩溫拌橡膠瀝青養路減碳技術、(10)輔導熱拌廠產品碳足跡認證、(11)研擬橡膠瀝青低碳養路技術指引、(12)低碳橡膠瀝青路面鋪築、(13)提出成功典範及具體成效數據、及(14)推動道路養護成效式規範等共14項工作;在實驗室與試辦專案案中充份應用開發的材料設計方法及品質檢測方式,完善品管檢驗與材料設計試驗的一致性及有效性;突破資源限制委託美國瀝青科技中心以成效分級體系對國內瀝青材料進行檢測,引進AASHTO M323規範,檢測黏結料的抗車轍與抗開裂特性,促進選對材料及優化環保材料;鋪築二段溫拌橡膠瀝青越級配路面,有效降低製程溫度消除瀝青煙及異味,試鋪一段工廠化橡膠瀝青鋪面免除特殊拌合機具的需求,也紀錄實證老舊的橡膠瀝青路面得以順利刨除再利用回路面工程;成果推廣方面,則綜合擬訂「橡膠瀝青低碳養路技術指引」,指引國內鋪面工程人員參照先進技術規範,據以執行高效低碳的道路鋪面養護工作,邁向道路養護低碳排的目標。 關鍵詞: 橡膠瀝青,橡膠改質瀝青,溫拌技術,內含碳,營運碳 一、前言及研究目的 面對2050年淨零排放目標,美國聯邦公路總署(Federal Highway Administration, FHWA)以「通膨削減法(Inflation Reduction Act, IRA)」預算中的20億美元執行低碳交通建材(Low Carbon Transportation ...
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 鋼床鈑鋪面換鋪溫拌橡膠瀝青越級配-新北大橋經驗 邱垂德1    簡士傑2 張德弘3    游淳名4    鄭立輝5 1台灣輪胎循環經濟協進會秘書長 2新北市政府工務局養護工程處養護一科工程員 3新北市政府工務局養護工程處養護一科科長 4新北市政府工務局養護工程處主任秘書 5新北市政府工務局養護工程處處長 摘要 針對鋪面材料無法迎合載重對鋼床鈑產生的變形而頻繁龜裂造成的養護負擔,國內亦於上世紀末引進日本實證成效的「底層使用熱鑄型瀝青混凝土(GUSS)、上層使用熱拌改質瀝青混凝土」之雙層式特殊鋪面設計,類比長壽鋪面(Perpetual Pavement)概念,底層固蝕(GUSS)保護鋼床鈑且能迎合變形避免結構破壞,只要選用耐用的面層,即可符合「在少量的表面層維修下可無限期使用的路面。」以公路局台4線崁津大橋鋼床鈑鋪面為例,40mmGUSS+40mm改質AC,自2002年完工通車至今,23年未有刨鋪紀錄;相較之下,新北大橋的40mmGUSS+40mm改質AC鋪面,完工通車15年雖未有刨鋪紀錄,但已出現縱向裂縫必須刨鋪以避免惡化。顧問公司提出刨除40mm改質AC,鋪回40mm標稱最大粒徑19mm的改質AC的方案。本團隊基於:(1)橡膠瀝青越級配(Asphalt Rubber Gap-Graded, ARGG) 抗開裂能力高,(2)越級配完成面紋理深較抗滑,(3)標稱最大粒經12.5mm鋪40mm壓實性較佳,(4)使用廢輪胎膠粉替代改質劑符合低碳環保,(5)ARGG已經是成熟的技術加上發泡溫拌工作性提昇等,多項優點決定採用溫拌橡膠瀝青越級配方案。本文詳實紀錄這個特殊的新式鋼床鈑鋪面換鋪案執行過程及材料檢測紀錄,以為後續相關工程參考。 關鍵詞: 鋼床鈑鋪面、 熱鑄型瀝青混凝土(GUSS) 、橡膠瀝青越級配(ARGG)、長壽鋪面、抗裂指數 一、前言 以鋼床鈑作為橋樑上部結構,由於單位靜載重比混凝土版小,故單位面積可以承載的荷重較大,適用於大跨度的橋梁;但鋼床鈑荷重產生之局部變形較大,若未針對其上鋪面材料的變形迎合能力進行考慮,常出現結構性的疲勞開裂,造成養護單位的沉重負擔。新北大橋的「40mm固蝕+40mm改質AC」鋪面,完工通車15年雖未有刨鋪紀錄,但已出現縱向裂縫必須刨鋪以避免惡化,研究團隊引用美國長...
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 控制再生瀝青混凝土中黏結料的量(RBA)與質(RBR) 刨除料中的粒料品質不太可能因為使用多年的老化或是一再刨除再製而降級,反而是一而再地受到嚴格的管制而具有可靠的品質;需要較多關注的是刨除料中的瀝青,包括因老化而改變的物理性質(針入度、黏度)及前次裹覆在粒料表面上的體積(瀝青含量),亦即再生黏結料的「量」與「質」。 選用較低的RBA確保黏結料的量 最糟的狀況是刨除料(RAP)中的瀝青失去黏結料的作用,仍可視為「黑粒料」再用回瀝青混凝土,其實,再老的瀝青經加熱或添加再生劑「激活(activated)」後,大都能有黏結料的部份性質;美國路面工程界以「再生瀝青黏結效率(Recycled Binder Availability, RBA)」代表加入熱拌瀝青混凝土的RAP中「被激活的黏結料占比」,大部份研究認為RBA在60%~80%之間,受到包括組成配比、拌合溫度、及再生黏結料的勁度等變數影響。 一般再生瀝青混合料的配比設計選定RBA=100%,也就是說「RAP中的所有黏結料都有效再用為黏結料」,依照實務經驗將出現「黏結料用量不足」,不足的量受RAP添加量及RBA影響,如表1所示。以RAP用量超過40%來看,設計的再生瀝青混凝土每公噸短少至少3.6公斤新瀝青黏結料。 詳參「 舊路面刨除料只是黑色粒料嗎? 」 表1、三種RBA對應的「黏結料不足量」 避免RBR過大以確保黏結料的質 設計添加RAP的再生瀝青混凝土時,需要依據RAP的添加量、RAP中瀝青含量、及設計瀝青含量(總黏結料量),依下式計算「再生瀝青比(Recycled Binder Ratio, RBR)」: 一般密級配例:刨除料的瀝青含量為4.5%、刨除料的添加量為40%、設計總黏結料量為5.0%,則: 橡膠瀝青越級配例:刨除料的瀝青含量為4.5%、刨除料的添加量為40%、設計總黏結料量為8.0%,則: 依AASHTO M323對含RAP混合料的新瀝青選定指引表,如表2所示,同樣採用40%RAP,橡膠瀝青越級配的RBR值只有0.225,只要選用比慣用軟一級的瀝青即可,而添加40%RAP的傳統密級配,則必需以新舊兩種瀝青的性質構成的「線性拌合圖」決定新瀝青的等級。(詳參「 再生瀝青混凝土的配比設計 」) 表2、AASHTO M323含RAP混合料的新瀝青選定指引表[1] 引進新技術走出「瀝青刨除料惡循環困境」...
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 解除既有規範對創新環保材料與工法的束縛 傳統施工材料與技術規範載明應採用的材料、機具、及步驟,又稱為方法或食譜規範,按照既定的方法「依樣畫葫蘆」拌製、鋪築、及滾壓完成的路面即可依契約規範驗收。美國加州鋪路專案依據鋪築時壓實度要求方式區分為依「既定壓實方法(Method Compaction)」和「壓密度試驗」兩種,所謂既定壓實方法乃在專案正式生產鋪築前,以同樣的材料在相同鋪築條件,以選定的滾壓機具和程序,鋪築滾壓一段試鋪築滾壓路段,並對完成後的這段既定壓實方法試鋪段進行鑽心試體壓密度檢測;若能符合壓密度要求,則選定的滾壓機具和程序即為核可的「既定壓實方法」,後續正式鋪築滾壓時按既定方法滾壓,並由檢試驗員檢核確保程序正確,不需要在鋪築滾壓後再執行密度試驗確認。此種「方法規範」免除為確認密度必需在鋪築完成面鑽心的困擾,也不限制新技術與新工法的採行。但若契約規範中的條文,對材料、機俱、及工法程序做硬性的規定,則不利創新低碳養護材料的推動,國外的建議是在全面改成效規範前,先解除傳統規範對創新材料與工法的束縛。(成效規範詳參「 英國公路工程成效合約與施工性能成效測試 」) 本研究在「台3乙9k~10k溫拌橡膠瀝青試辦工程」及「 新北大橋主橋面換鋪溫拌橡膠瀝青越級配 」皆實證可以刪除或調整現行規範中的「溫度下限」的方式解除溫度束縛,使熱拌廠得以採用溫拌技術;至於現行規範中沒有准用橡膠改質瀝青,配合設計方法也只規定採用驗歇爾法等限制,則可以暫時做條文文字的調整或補充,以利低碳養護材料的採行。依此原則,本研究整理現行與瀝青相關施工綱要規範共七章,列出黏結料、配比設計、及施工溫度規定,如表1所示。 表1 現行與瀝青相關施工綱要規範之黏結料 、配比設計、及施工溫度規定彙整表 關於表1中施工溫度的規定,主要是指拌合溫度及鋪築滾壓溫度兩個方面;拌合溫度的束縛條款有兩類,其一為不同材料拌和時彼此相差不得超過 10℃及製程中某階段溫度不得低於某特定值;前者是非常非常老舊的規定,近代拌合技術已不需限制進入拌合機中的材料溫度差,例如早期推動再生瀝青時允許高溫新粒料在拌合機內透過熱傳導與常溫刨除料拌製,現代化的機俱可以有很大的彈性將材料拌合均勻;同樣地,製程中的某階段溫度需高過某界值的規定,也是落後技術條款,以現代化的拌和機械能量,改質瀝青的均勻拌合溫度不再用「黏結料的等黏度溫度」選定(詳...
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 瀝青鋪面永續與綠色採購 (Asphalt Sustainability and Green Procurement) 鋪面永續四支柱:在一般公認永續三支柱(環境、社會、經濟)外,一般擴展出的第四支柱大都是指「文化」;為切合低碳建材專案的目的,將實現耐久性能的品質目標列為第四支柱。 由於路面工程全生命週期實證資訊尚未完善,而採用「從搖籃到大門」的綠色產品政策,側重於「透過環境產品聲明 (EPD)選擇低碳材料」,並假設低碳材料的長久性能與非低碳材料相同。(詳參「 鋪面生命週期評估與瀝青混合料的環保產品聲明 」)採用橡膠瀝青,也就是以胎磨膠粉做為瀝青改質劑,不僅提昇鋪面永續、回復力(韌性)、及路面養護績效等多項指標,亦為瀝青拌合業淨零轉型的策略重點。 鋪面永續及回復力需求 面對2050年淨零排放目標,美國環保署(EPA)2019年統計的溫室氣體(Green House Gas, GHG)排放量,由交通運輸、電力能源、工業、農業、商業、及住家等六大產業瓜分,其中77%來自交通運輸(29%)、電力能源(25%)、及工業(23%)三大產業。交通運輸產業中的公路鋪面,全生命週期舞台上的各項活動如圖1所示;美國聯邦公路總署(FHWA)展開鋪面生命週期(從搖籃至墳墓)各階段的溫室氣體排放量,可知鋪面從搖籃(原料生產製造)至墳墓(路面壽年終止)共六個階段,除了使用階段受制於用路人習慣外,其它階段的減碳策略,皆可直接由道路管理機關執行,而確切可行者有四大方向,簡稱「鋪面永續四策略(Pavement Sustainability Strategies, PSS)」如下:[Heather Dylla, FHWA, June 15, 2021] PSS1: 在鋪面工程中納入廢棄材料,特別是廢塑膠及廢輪胎橡膠; PSS2: 鋪面再生; PSS3: 提昇耐久性; PSS4: 採用當地材料。 圖1、公路鋪面生命週期舞台上的各項活動 [Heather Dylla, Sustainable Pavements Program Update, NRRA Research Pays Off Webinar Series, FHWA, June 15, 2021] 回復力或韌性(Resilience)定義為災難性的衝擊發生時,能及時有效地對抗、吸納、調適、及復原的能力。面對全球氣候變遷及推動循環經濟...