廢輪胎鋪路台灣比美加州

依據美國製胎協會(U. S. Tire Manufacturer Association)2017年發佈的2015年統計資料(如圖1)，美國每年新生2億4仟6百萬條廢輪胎約88%回收再利用，此中48%用作輔助燃料(TDF)，25%胎磨膠粉再利用(TDM)，7%土木工程應用(CEFB)。美國稱廢輪胎為Scrap Tire，等同於歐洲的End-of-Life Tire(ELT)；美國廢輪胎再利用的胎磨膠粉(Ground Rubber或Crumb Rubber Modifier, CRM)相當於歐洲文獻稱的TDM。(詳作者另文廢輪胎資源管理全球比一比)

圖1、美國製胎協會2017年發佈的2015年廢輪胎再利用統計資料

有鑑於以往橡膠瀝青(Asphalt Rubber, 簡稱AR)的使用經驗，美國國會在1991年通過「陸路複合運輸效率法案(ISTEA, Intermodal Surface Transportation Efficiency Act)」，並於該法案的1038條款中，強制規定各州政府於瀝青鋪面中必須使用一定數量的廢輪胎橡膠，於1994年開始，使用聯邦基金鋪築的瀝青鋪面之總噸數中，至少需有5%為橡膠瀝青鋪面，此百分比值並將逐年增加，直至1997年需達到20%[1]；該強制性法案訂定後，大部份尚未有廢輪胎橡膠瀝青使用經驗的州公路局，立即展開大規模的研究與試鋪路面，根據1993年FHWA的統計[2]，當時美國市場上已有至少10種不同的廢輪胎橡膠瀝青工法出現。

依照橡膠鋪面協會(Rubber Pavement Association, RPA, http://www.rubberpavements.org)的說法[3]，ISTEA強制使用橡膠瀝青的法案，引起掌握全美5億噸熱拌瀝青市場的鋪築業強烈反對，導至橡膠瀝青專利申請延長、新式專利申請、成本高、耗能、空污異味、特殊設備、及不可再生等議題，摻雜許多的利益衝突與政治角力；橡膠瀝青不是用來解決廢輪胎的問題，而是道路工程人員基於其強度、耐久、降噪、抗滑、抗疲勞龜裂等，較優工程特性而選擇採用；若能普遍採用，當然可以解決廢輪胎的問題。1995年聯邦決定取消強制條款，橡膠瀝青專利期沒有獲准延長，橡膠瀝青已經不是專利材料，不必擔心成本較高、也不必刻意添加不到15%的膠粉來廻避專利；至於耗能、空污異味、及不可再生等議題，其實也都在那段政治論戰及大規模試鋪的期間獲得解決。橡膠瀝青發源且用得最好的亞利桑納州，每年新生4百萬條廢輪胎，沒有做為輔助燃料，約1百萬條境外輸出或是填土覆蓋，其它的3百萬條(75%)送至位於鳳凰城市郊的磨粉廠，約260萬條用在鋪路，其它的40萬條做成安全墊等橡膠製品(1998年RPA報告)。

加州是全美註冊汽車量最多的州，每年新生44萬公噸ELT，2012年的狀況TDF只占16.9%、磨粉則占23%且為擴大市場的主要重點，其中鋪路占約11.3%。翻新再用或無害處理並有效益地應用在其它領域，則仍是相當大的挑戰。作者整理加州推動廢輪胎鋪路的歷程如圖2所示；加州設有資源回收再生部門(California Department of Resources and Recovery, 簡稱為CalRecycle, https://www.calrecycle.ca.gov)，該部門依照1989年通過的California Tire Recycling Act (加州輪胎循環利用法)強制執行ELT的管理工作，緃使聯邦政府廢止ISTEA強制使用AR的條款，加州仍基於廢輪胎資源再用的議題持續進行，並在2000年通過Senate Bill (SB) 876來擴大加強。在有效益地再用廢輪胎資源部份，也在2003年通過國會338法案(Assembly Bill No. 338)在公共資源法(Public Resources Code)中增列第42703節(PRC 42703)，規定州運輸部門(Caltrans)在興建/養護道路使用瀝青混凝土時，應依一定比例搭配使用廢輪胎橡膠粉(Crumb Rubber Modifier, CRM)，且搭配的比例在檢討效益後應逐年增加。

圖2、美國加州推動廢輪胎鋪路歷程及主要哩程碑

作者將加州的「公共資源法第42703節」的前3條譯出如下；由於要求每使用一公噸瀝青混凝土就要搭配至少3公斤胎磨膠粉，且在2015年以前確保各種可能使用胎磨膠粉的工法中，至少要有50%是橡膠瀝青混凝土，是因為美國公路單位應用的瀝青材料有多種型式，可用胎磨膠粉加以改質的至少有橡膠瀝青碎石封層(chip seal)、乾式製程橡化瀝青、工廠化橡膠瀝青等，不同的工法添加的胎磨膠粉量不同。該法規要求加州運輸部(California Department of Transportation, 簡稱為Caltrans)的執行官(Secretary of the Transportation Agency)每年在1月1日前要對州議會提出胎磨膠粉的使用狀況分析檢討報告。這種強制搭配且逐年增加胎磨膠粉量的規定，也使得Caltrans的工程人員斤斤計較耗用胎磨膠粉量，有的專案大量採用添加較少量的瀝青黏結料不在乎是否有AR的效果，有的專案變象添加大量胎磨膠粉的工法，忽視原創橡膠瀝青工法的要義，都算作是PRC 42703條款產生的「副作用」。

加州運輸部(Caltrans)用熱拌橡膠瀝青混凝土(Rubberized Hot MIx Asphalt, RHMA)鋪路已有超過20年的經驗，近年來為符合公共資源法PRC42703的規定，普遍採用更多廢輪胎橡膠。目前Caltrans更將RHMA列為「若有採用替代材料的需求時，可將RHMA列為道路面層的替代材料」。在2013年Caltrans開始採用至少添加10%廢輪胎橡膠粉(Crumb Rubber Modifier, CRM)的所謂「PG-M級橡膠瀝青」；由於依公共資源法規(Public Resources Code 42703)強制要求Caltrans在瀝青材料中加入CRM, 迫使Caltrans必須持續在公路鋪面中使用更多廢輪胎回收橡膠；因Caltrans開始奉行環境管理與永續(Sustainability & Stewardship)的理念，預計將更進一步提昇廢輪胎橡膠粉在加州鋪面的使用量。此種策略上提高廢輪胎橡膠粉在公路鋪面之應用量，不是基於橡膠瀝青在工程上優於傳統材料的成效，而是基於要使用「對環境衝擊較低的瀝青材料」。因此，Caltrans預計要提出的增加CRM用量的方法是「要求用在加州的瀝青都是綠瀝青(Green Asphalt)」；此項所謂「綠瀝青」是指目前使用中的一般瀝青都添加5%廢輪胎橡膠粉(PG+5)，這種做法預估每年將可轉移約830萬至1,000萬條廢輪胎到公路瀝青鋪面的應用上[4]。一般而言，胎磨膠粉的價格只約一般瀝青價格的一半，加州研究人員提出的「PG+5構想」是指在所有的PG級瀝青中都加5%品質合格的廢輪胎橡膠粉；加州產業界已經有足夠的經驗大量生產這種品質介在AR與傳統PG級瀝青之間的產品，在品質優於傳統PG級瀝青的前題下，直接享受到用5%廢輪胎膠粉取代的成本優勢。

台灣地區投入在廢輪胎鋪路的努力足以比美加州，作者整理台灣推動廢輪胎鋪路歷程及主要哩程碑如圖3所示。早在上個世紀末由環保署、台灣營建研究院、及中華大學共同組成專案研究團隊，從美國亞利桑納州引進相關技術[5, 6]，在廢輪胎橡膠粉的品質規格上選用較細的小於0.6mm(#30)，搭配的粒料級配則選用亞利桑納州公路局的越級配及開放級配，配合比設計的方法則採用當時引入石膠泥瀝青的新方法來確保有良好的粗粒料架構，至於施工時的橡膠瀝青拌製設備則因受限於專案經費，採用產量較小的國內自製拌合設備；該設備每小時只能拌製5公噸橡膠瀝青，只能搭配每盤1公噸的熱拌瀝青拌合廠，對當時以每盤2公噸的主流熱拌廠來說，生產速率受橡膠瀝青的拌製而拖延[7]。

圖3、台灣推動廢輪胎鋪路歷程及主要哩程碑

環保署自民國101年重啟廢輪胎鋪路計畫，歷經與廢輪胎處理和瀝青拌合兩大產業的溝通，確認業者具有廢輪胎磨粉及橡膠瀝青拌製之能力，也有足夠的投資誘因，再租用國外成熟設備執行橡膠瀝青的產製試鋪，並透過環保署與交通部之間的「部會溝通」，確保公路單位採用此類鋪面的數量；近幾年來已陸續完成省道、快速道路、及高速公路的廢輪胎橡膠瀝青路面試鋪的工作，也在民國106年發佈施工綱要規範，初步驗證國外先進國家採行的廢輪胎磨粉後鋪路的物質再利用方式，以廢輪胎橡膠瀝青鋪築的道路不僅耐久性佳、具有較好的抗變形及抗龜裂能力，且有降噪和抗滑的附加效果，是工程與環保雙贏的最佳選擇。

民國107年3月在台72線16K+000 - 23K+100西向側橡膠瀝青路面試鋪案，共長7.1公里平均寬11.3公尺，概要說明如圖4所示，該案施工15天合計鋪築9,422公噸橡膠瀝青混凝土，依照公路總局第二區養護工程處的檢測告，該路段在施工前的平均國際糙度指數(IRI值，單位為m/km)外車道為3.30，內車道為2.99，施工後外車道平均為1.75，內車道為1.83，有效降低至公路總局要求的2.0以下；另鋪築完成時的平坦度驗收，以單車道200公尺為檢測段的高低平坦儀檢測的36個平坦度標準差值，平均值1.08、最小值0.80、最大值1.7，都達到一般公路2.4以下平坦度100%驗收的標準，驗證了廢輪胎橡膠瀝青的常規生產鋪築能力，也使得公路總局開始務實地探討這些路面的可否再生議題，並且啟動在實驗室探討的專案，該專案試驗的成果初步顯示現行檢測方法測不到橡膠顆粒的影響，有足夠的數據顯示含有橡膠瀝青路面刨除料的再生瀝青混凝土的品質沒有變差，足以驗證橡膠瀝青路面可以一般的方法再生利用[8]。

圖4、台72線16K+000 - 23K+100西向側橡膠瀝青路面試鋪案概要

在團隊的努力及公路單位的配合下，公路總局於民國 106年底發包完成三個標案共約25,000公噸橡膠瀝青混凝土(共約50車道公里)以來，歷經十個月的努力，只完成上述台72線的鋪築工作，負責執行的營建研究院團隊共同分析探討遲緩的關鍵原因，顯然，橡膠瀝青的拌合製程能力有相當大的改善空間，並已瞭解目前製程採用的移動式拌合設備有(1)與瀝青拌合廠的搭接彈性不足、(2)橡膠粉製程品管履歷不完善、(3)橡膠粉餵料程序不順暢、(4)拌合設備本身加熱效率待提昇，而(5)拌合設備採取的反應儲存與供料方式及異味防制等，也有需要改善，甚至有可能可以開發新式的橡膠瀝青生產方式，來提昇拌合製程能力，以利廢輪胎橡膠瀝青獲得普遍採用。環保署再度發揮影響力，啟動支助廠商的創新及研究發展計畫，由磨粉業者引進新設備進行橡膠瀝青的製程改進，且於民國108年底獲得初步成果，該項新設備正式使用在民國109年初的高速公路局新竹科學園區連絡支線的試鋪案上。

作者彙整台灣地區高級路面上接近60車道公里的橡膠瀝青鋪築實績如圖5所示。圖中107年度及以後的鋪築案，都是環保署團隊與公路單位溝通支助配合所得的成果，其中位在嘉義的台61線布袋路段，出現不少局部坑洞破壞，作者與環保署團隊只有初步觀察，初步判定是粒料級配未能符合要求，但該案執行過程亦出現部份製程控制疑慮，要有更深入的破壞狀況調查才能確認。很遺憾的是該案的經驗中斷了已發包的台1線393K的試鋪計畫。後續高速公路局的鋪築路段雖未中止，但都有趨向保守的現象。

圖5、台灣地區高級路面上已有接近60車道公里的橡膠瀝青鋪築實績

美國文獻上也有不少橡膠瀝青成效不佳的案例，尤其是1994年左右鋪的「橡膠瀝青」，大都是對材料特性不瞭解，沒有掌握到需要搭配的級配選擇及施工品管要訣；較近的是2014年科羅拉州公路局(Colorado Department of Transportation, CDOT)的研究報告[9]，比較傳統PG64-28瀝青、橡膠瀝青、及工廠化橡膠瀝青，但都是用在鋪5公分厚密級配路面層、規範都以符合PG64-28為主，以往有SBR改質瀝青的經驗，對SBR改質瀝青會加測韌性(toughness)及延性(tenacity), 本次研究兩種橡膠瀝青都不符合傳統韌性及延性的規範，2009年鋪的試驗路段，在22個月橡膠瀝青就出現橫向裂縫，29個月後就出現縱向裂縫，而傳統瀝青鋪面則尚未出現橫向裂縫，56個月後才出現少許縱向裂縫；該研究報告出現麻煩又較貴的橡膠瀝青成效明顯比不上傳統瀝青的結果。本研究認為應該用ASTM D6114橡膠瀝青規範，應該用越級配且應該用較高的瀝青含量。

用添加廢輪胎粉的橡膠瀝青鋪路，有防裂抗變形及降噪耐久的工程優勢，也有生命週期成本較低的環境管理優點，理論上可以由市場自由競爭，但在實務上相當困難。環保署團隊分析我國推動廢輪胎鋪路的助力與阻力如圖6所示，作者認為由於我國有很好的廢輪胎資源管理機制，多年來已支撐逐步解決大多數工程技術上的難題。

圖6、台灣地區推動廢輪胎鋪路的助力與阻力

鋪面新材料工法的引進常需有一段漫長的學習過程，從初期的瞭解試作、本土化的適應調整、施工規範的擬定，到試辦專案的經驗反饋，效益評估說明和推廣，再到廣泛採行時可能出現的亂象，每一個階段都有引發異議的風險，不少創新優質的材料工法因而無法在正常市場運用，相當可惜。近二十餘年來在台灣工程界推動的刨除料再利用，就是典型的例子，由於符合環保趨勢及近代工程的需求，引進推動過程雖然相當順利，但出現的許多亂象已使大部份再生瀝青材料淪為次級材料，若是沒有公共工程的政策方向導引，只能反潮流地退出市場。再加上鋪面工程的成效因子複雜多變，材料及工法的品質雖為重要因素，但只是部份因素，某些情況甚至不是關鍵因素，例如固有的鋪面結構設計缺陷很難以更換較高品質的面層材料來改善，瀝青混凝土本質上是契約型商品，生產廠商有地域性、中小型、及生產經營方式粗放等特徵；再加上大部份鋪面工程人員過度依賴本身的經驗，主觀成見較深，若重私利則更難客觀表達意見，溝通效率較差而不容易回饋經驗。

參考文獻

1. Epps, Jon A. " Uses of Recycled Rubber Tires in Highways", NCHRP Synthesis of Highway Practice No. 198, Transportation Research Board, Washington, DC, 1994.
2. Turner-Fairbank Highway Research Center, “The User Guidelines for Waste and Byproduct Material in Pavement Construction,” Federal Highway Administration, 1993.
3. Douglas D. Carlson and Han Zhu, “Asphalt-Rubber - An Anchor to Crumb Rubber Markets,” Third Joint UNCTAD/IRSG Workshop on Rubber and the Environment, International Rubber Forum, Veracruz, Mexico, October 7, 1999.
4. Chuck Suszko, “Increasing Crumb Rubber Modifier (CRM) Use,” CalAPA 2015 Fall Conference, October 25, 2015.
5. 邱垂德、張春貴、潘昌林，「公路局廢輪胎橡膠瀝青試鋪路面研究」，臺灣公路工程，第二十八卷第一期，頁2-19，中華民國90年7月。
6. 邱垂德、張運鴻，「公路局快速公路採用開放級配橡膠瀝青鋪面之探討」，臺灣公路工程，第二十八卷第十期及第十一期，中華民國91年4月及5月。
7. 行政院環境保護署，廢輪胎橡膠瀝青鋪面道路監測及工程應用推擴專案工作計畫，期末報告，中華民國106年12月。
8. 邱垂德、林政璋 、黃三哲、顏召宜、洪明澤，「廢輪胎橡膠瀝青鋪面發展介紹與再生利用探討」，臺灣公路工程，第四十五卷第七期，頁2-23，中華民國108年7月。
9. Scott Shuler, Use of Waste Tires (Crumb Rubber) on Colorado Highways, Report No. CDOT-2014-12, December 2014.