中華鋪面研究室

橡膠瀝青鋪面降噪效果不隨通車時間遞減 --路側噪音檢測連續車流時間整合法的缺陷 本文說明環保署團隊量測廢輪胎橡膠瀝青鋪面降噪效果的方法及成果推論。鋪面降噪機理及各種不同量測方法概述，請參本網誌另文「 鋪面噪音及量測方法 」至於環保署的廢輪胎鋪路計畫，亦請參本網誌另文「 廢輪胎鋪路台灣比美加州 」及「 續命輪胎守護鋪面What/Why/How  Asphalt Rubber 橡膠瀝青 ? 」。 台灣地區的環境噪音量測方法(NIEA P201.96C)較接近歐美文獻中路邊量測法中的連續車流時間整合法(Continuous-Flow Traffic Time-Integrated Method, CTIM)。該法採用國際電工協會第一類標準噪音計，量測頻率範圍在20Hz至20,000Hz，採用A加權聽感修正迴路測量音壓有效值(P A )，再以下式計算噪音位準值(L A )[18]： 測量鋪面噪音時，將噪音計擺在路邊1公尺緊靠護欄處、以角架架設高度1.4m，氣候條件為全日晴天無雨、路乾、風速小於5m/s（台61近海邊量測日每一小時的最大風速皆超過，但小時平均風速在3.1到4.8之間），測得24小時逐時均能音量( L eq )，均能音量是指特定時段內所測得環境音量之能量平均值，計算式如下：  台61線33K+150~35K+000路段是西濱快速道路混凝土高架橋路段，該路段南下的兩個車道於2015年5月將老舊路面刨除5cm，33K+150至34K+000試鋪設廢輪胎橡膠瀝青路面(越級配)，34K+000至35K+000鋪設慣用的密級配瀝青路面做為對照。平坦度、英式擺錘、鋪砂法巨觀紋理深度、及噪音量測；量測時間：完工後3月, 6月, 12月, 18月, 24月, 36月, 48月共7次。 噪音量測的點位固定在33K+600(廢輪胎橡膠瀝青段)及34K+600(一般瀝青段)，擺設噪音量測器材時的照片如圖1所示，截取整理同一時間測得兩不同鋪面段的24小時逐時均能音量(Leq)進行噪音差異比對，如圖2所示，由圖2可知，Leq的跳動有一致性，最大值出現在07:00~08:00及14:00~15:00兩個時段，兩不同鋪面段的Leq差異，如圖2兩折線間的間隙，代表橡膠瀝青的降噪效果，此降噪效果值亦隨不同量測時段而不同，圖2顯示當日的量測結果降噪最大值5.8dB，最小2.5dB，平均降3.9d

鋪面噪音(TPIN)及量測方法 以往製胎業進行許多相關研究，受限於安全而需增加胎面與路面間的摩擦力，在輪胎的特性與胎面紋理變化上著手，只能有再降低鋪面噪音1至2dB的潛力，但若在鋪面的表面特性上做改進，則可以有6至8dB的TPIN降低潛力 本文簡要介紹量測鋪面噪音的方法及廢輪胎橡膠瀝青鋪面的降噪機理，至於國內橡膠瀝青鋪面降噪效果的量測結果及分析，請參本網誌另文「 橡膠瀝青鋪面降噪效果不隨通車時間遞減 --路側噪音檢測連續車流時間整合法的缺陷 」，至於環保署的廢輪胎鋪路計畫，亦請參本網誌另文「 廢輪胎鋪路台灣比美加州 」及「 續命輪胎守護鋪面What/Why/How  Asphalt Rubber 橡膠瀝青 ? 」。 鋪面噪音及量測方法 都會交通噪音是文明病徵之一，長期曝露在噪音下可能使聽力受損及引發其它身心疾病；根據研究，公路交通噪音源自車輛機械引擎、車輛行進風切、及輪胎與路面的交互作用，近代汽車工業在機械引擎低噪音設計和外型動態流線最佳化的進展，使得一般轎車車速超過40km/h，貨車車速超過70km/h，輪胎與路面交互作用產生的所謂「鋪面噪音(Tire Pavement Interaction Noise, TPIN)」，超過機械引擎聲和行進風切聲，成為主要的公路交通噪音源[1]。 車輛行進時輪胎胎面經由滾動與路面之間持續反覆衝撞，不同紋理的胎面迅速粘上路面再快速滑移開，每秒反覆「粘拔」上千次，輪胎產生高頻率的振動，而胎面與路面之間的空氣受反覆「粘時擠入、拔時吸出」作用發出聲響，稱為空氣幫浦效應(Air Pumping)[2]；胎面本身的振動加上空氣幫浦效應組成鋪面噪音的複雜機理，如圖1所示，以往製胎業進行許多相關研究，受限於安全而需增加胎面與路面間的摩擦力，在輪胎的特性與胎面紋理變化上著手，只能有再降低鋪面噪音1至2dB的潛力，但若在鋪面的表面特性上做改進，則可以有6至8dB的TPIN降低潛力[4]。 圖1、鋪面噪音(Tire Pavement Interaction Noise, TPIN)的形成機理 圖片來源：作者依文獻3譯製 一般認為以鋪面表面特徵來降低TPIN可以有三種方法，其一為鋪面表面以最大粒徑約10mm的小至中粒徑石子均勻排列組成，且有足夠深的巨觀紋理（深度至少0.5mm）以便能抑制空氣幫浦效應，其二則是用多孔隙粒料級配在鋪面表面形成連續空隙吸收空

  揭穿砂石製程的魔鬼細節—破碎比：影響碎石粒形的關鍵 圖片來源：China Shibo Heavy Industries, https://m.shibochina.com 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。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。 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可產生流動，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。 砂石之製造過程涵蓋料源採取、輸送、軋碎、篩分、儲料等程序，料源之材質與岩層堆積狀況影響採礦之方式，例如陸上堅硬的岩石礦，經常需以爆破或特殊鑽掘設備開採，而河川砂石則只需用一般挖掘機具採取；開採所得之砂石運送至碎石場，經一系列篩分與軋製之程序，生產各種規格的砂石產品。 軋石作用 軋石乃指以機械施加能量將石料由大顆粒分裂為小顆粒，此種岩石顆粒破裂的方式可為磨碎、劈裂、及擊碎三種作用型態如圖1所示[1]，若只針對單一岩石顆粒，不同破裂方式將產生不同的粒徑分佈，如圖1及圖2所示；磨碎乃指岩石顆粒承受到低於其破裂能量之力，由於力不足以將其劈裂，只將岩石顆粒局部磨成極小顆粒，產生極大和極小兩種粒徑；劈裂作用則發生在施加之力恰足以分裂岩石顆粒時，岩石顆粒均勻地分裂成粒徑相當的數個顆粒；當施加之力遠大於岩石之破裂強度時，過多的能量將岩石分裂後的某些顆粒再分裂，而形成粒徑分佈範圍較廣的顆粒。簡單地說，就是要控制力量的大小，使得生產的成品最符合要求，這些所需施加力量的大小則由下列三項條件決定： 石料的抗剪、抗壓能力：石料之抗剪、抗壓能力高則所需施加的力量較大，反之則所需施加的力量較小。 石料粒徑縮減的程度(Size-Reduction)：石料由大粒徑經由軋碎而縮減至小粒徑，縮減前後粒徑的差距愈大，則所需施加的力量愈大。一般可以縮減前後粒徑的比值，稱為 破碎比(Reduction Ratio) 來表示。 單位時間內軋製石料的數量：亦即單位時間的軋石產量，要求產量愈大，則所

  從 「咀嚼法」、針入度、到具科學定義的黏度 瀝青物理性質量測及規範的演變 照片來源[1]：D.G. Tunnicliff ,R.W. Beaty and E.H. Holt, A History of Plants, Equipment and Methods in Bituminous Paving, AAPT Vol.34s ,1974. 在煉油技術發明並盛行以前，天然瀝青是最重要的鋪路瀝青材料來源，當時認為品質優於來自煤礦且 有惡臭味的柏油(Coal Tar)，由於當時對瀝青材料使用的經驗相當缺乏，亦沒有任何品質規範，根據記載，有經驗的工程師以「咀嚼法」判斷鋪路瀝青品質，所仰賴的就是湖瀝青(尤其是來千里達島的湖瀝青)的特殊味道及適當的軟硬程度( 參考綱站：http://www.trinidadasphaltamerica.com ) 緃使進入石油化學工業發達的現代，由於瀝青膠泥的化學成份相當複雜，且很難用化學成份去向煉油廠「訂製」固定化學成份的瀝青膠泥，因此，鋪面工程師採用的方法，一般乃以物理性質為主，除了用以區別不同特性的瀝青膠泥外，並與實際使用績效建立相關，以篩除品質不良的瀝青膠泥；本文描述瀝青膠泥的重要物理性質試驗方法，以說明該試驗方法的意義與應用為主，對於執行各試驗方法的詳細步驟，則應參照如美國材料及試驗學會(ASTM)等相關的試驗標準規範[2、3]。 1、針入度試驗(ASTM D5) 針入度試驗(Penetration Test)為對瀝青膠泥、乳化瀝青蒸餾殘渣、或油溶瀝青蒸餾殘渣的試驗方法中，最老且使用最廣泛者，是在標準的狀況量測瀝青膠泥稠度(軟硬度)的一種經驗法；試驗的標準狀況指溫度25℃、以總重為100克的標準針、慣入瀝青膠泥試樣5秒，慣入的深度以0.1mm為單位(針入度單位)表示，如圖1所示；較軟的瀝青試樣，針入度值較大，例如針入度120，表示在上述標準試驗狀況下，針入深度為120針入度，即120個0.1mm等於12mm深；較硬的瀝青試樣，針入度值較小，例如針入度40，表示在上述標準試驗狀況下，針入深度為40針入度，即40個0.1mm等於4mm深；一般未說明試驗狀況的針入度，皆指上述標準狀況下的針入度，其它亦曾採用之試驗狀況，有(1)0℃、200克、60秒，及(2) 46℃、50克、5秒兩種。 圖1、瀝青膠泥針入度試驗示意圖 針入度試驗可用