中華鋪面研究室

 熱拌瀝青混凝土施工與品質管制 瀝青混凝土之施工涵蓋熱拌廠之製程與控制、混合料之暫存與運送、及工地之鋪築與滾壓，本文介紹瀝青混凝土的鋪築與滾壓作業，嚐試說明施工機具之原理與正確的操作方式，促使工程人員能確實掌握瀝青混凝土之施工品質。關於熱拌廠之製程與控制詳參作者另文「 熱拌瀝青廠的製程與品質控制 」及「 確保熱拌瀝青路面鋪築品質的管理機制 」，至於混合料之暫存與運送對施工品質有顯著的影響，詳參作者另文「 改進熱拌瀝青混凝土的運輸迴路 」。 一、瀝青混凝土的鋪築作業 瀝青路面的鋪築作業主要以鋪裝機為中心，涵蓋瀝青混凝土運送、鋪築、及滾壓三個階段，本節說明瀝青混凝土的鋪築及滾壓作業。 鋪裝機的浮動燙鈑原理 瀝青混凝土鋪裝機主要由餵料系統、車輛系統、及自由浮動燙鈑(Free-Floating Paver Screed)所組成，如圖1所示。自由浮動燙鈑原理發明於1930年代[1、2]，是現代化鋪裝機控制鋪築路面平坦度的主要工具，如圖2所示，鋪裝機的浮動燙鈑經由兩邊拉桿連接至車輛系統之輪軸基線中心，這兩個鉸接點(稱為拖曳點，Tow Point)使燙鈑可以自由浮動，因為鋪裝機向前行進使浮動燙鈑系統產生如圖2中的牽引力(F3)，這個力量經由拉桿傳遞至燙鈑，而由播料量(Head of Material, F2)和燙鈑底傾斜角度(Angle of Attack, F1)兩處的阻力達成力的平衡。當拖曳點的高程變高時，經由拉桿傳遞增加燙鈑底傾斜角，進入燙鈑底的材料量增加，迫使燙鈑上浮，反之，若拖曳點的高程降低時，經由拉桿傳遞降低燙鈑底傾斜角，進入燙鈑底的材料量變少，迫使燙鈑下降；這種自由浮動燙鈑的反應長度約為拉桿長度的5倍，也就是說，若拉桿長度為1公尺，則拖曳點的高程改變一般乃在鋪裝機行進5公尺後，燙鈑的高程調整才完成，也就是說會有一段燙鈑反應時間(Srceed Reaction Time)，一般而言，以這種自由浮動燙鈑鋪築的路面具有與原路面相同的縱橫斷面坡度。 圖1、瀝青混凝土鋪裝機的主要構造[2] 圖2、瀝青混凝土鋪裝機的自由浮動燙鈑原理[2] 由於浮動燙鈑系統的拖曳點固定在車輛系統輪軸基線的中心處，代表鋪裝機所在路面的高程平均值，鋪裝機行駛時燙鈑亦將隨著路面高程改變而上下浮動，確保鋪築的路面具有原路面所需的線形與坡度，當原路面有局部凹陷或凸起的不平坦狀況時，一般經由車輪軸基線的緩和

 熱拌瀝青廠的製程與品質控制 現代化國家的瀝青混凝土，大都是在自動化相當高的所謂「熱拌瀝青廠(Hot Mix Plant)」內拌合完成，再以適當的運輸設備(一般傾卸式貨車)運至工地鋪築滾壓完成；由瀝青混凝土拌合廠的設備因有加熱設備而較水泥預拌廠複雜，亦因需設置廢氣排放污染控制設備，屬於固定重污染源，除了廠區之配置特別注意對周遭環境的影響，本身運作時的動線、機具的操作、及品質控制，也必須投入較多的心力。熱拌瀝青混合料拌合後之暫存與運送，亦對施工品質有顯著的影響，此一議題詳參作者另文「 改進熱拌瀝青混凝土的運輸迴路 」。本文介紹瀝青拌合廠的型式與配置、分拌式拌合廠、鼓式拌合廠、及國內引進的工廠熱拌再生製程與品質控制。 一、瀝青拌合廠的型式與配置 熱拌瀝青廠係將各尺寸粒料按預定比例混合、烘乾、加熱，再加入已另外加溫之瀝青，均勻拌合成熱拌瀝青混凝土(Hot Mix Asphalt, HMA)，拌合廠之設備由一系列機械及電子設備所組成，依美國瀝青協會(Asphalt Institute, A.I.)之分類，有分拌式及連續式兩種設計，連續式又可區分為舊型連續式及現代化的鼓式廠(Drum Mixer)，現代化的鼓式廠則又可依粒料與熱氣流在烘乾拌合鼓中的流向，分為逆流式(Counter Flow)與順流式(Parallel Flow)兩種，縱使不同型式拌合廠的操作與材料流程不同，其最終的目的都是拌合均勻且出廠溫度、瀝青含量、粒料級配等特性符合規範的HMA。 國內大部份熱拌瀝青廠乃由鄰國日本引進，且大都為固定廠址的中央式拌合廠，廠區內除機具運作所需的空間外，亦設置砂石堆料場、運輸車輛調度場、辦公室、及品管試驗室等區域，依據日本道路協會提供的資料，設置熱拌瀝青廠所需的敷地面積，依產量大小而定，如表1所示。一般拌合機容量為2公噸的分拌式廠，應有12,000平方公尺的敷地面積，才能確保運作順暢。國內熱拌瀝青拌合廠之設置主管機關為經濟部工業局。 表1、日本道路協會建議之熱拌廠需求敷地面積[1] 瀝青熱拌廠內的配置影響操作動線，對工作安全及環境的維護有相當重要的影響，圖1和圖2分別為敷地面積達3,000平方公尺之中型廠及9,000平方公尺之小型廠的配置例，由於熱拌瀝青廠為固定重污染源，主要的污染為粉塵及噪音，廠區四周最好要有足夠綠地，且利用植生與相鄰的居民作有效的區隔，防止粉塵及噪音對週遭環境

 橡膠瀝青與工廠化橡膠瀝青在各國推動狀況 Asphalt Rubber and Terminal blended Asphalt Rubber in the World 圖片來源：全球最大胎磨膠粉廠GENAN網頁 公部門強制要求使用橡膠瀝青以協助解決廢輪胎產生的環保議題 有鑑於以往橡膠瀝青(Asphalt Rubber, 簡稱AR，詳參作者另文「 續命輪胎守護鋪面-What/Why/How  Asphalt Rubber 橡膠瀝青 ? 」)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年美國聯邦政府決定取消強制條款，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[3]。 成本：因為沒有專利，一旦市場規模正常，與一般瀝青混凝土的差價有限，1999年時在亞利桑納州每噸只貴10美元。Caltrans設計規範准許橡膠瀝青混凝土鋪較薄(10公分厚一般瀝青面層可用5公分厚橡膠瀝青越級配替代)，故，橡膠瀝青的成本可以較低。 生命週期成本：依據Hicks等人的研究，以FHWA規定的生命週期

 改進熱拌瀝青混凝土的運輸迴路 Improvement of Truck Cycle for Hot Mix Asphalt 圖片來源：Roadtec Shuttle Buggy 將瀝青混凝土由熱拌廠運送至施工現場鋪築的作業，一般等同貨物運輸，將裝運貨車的數量配合工地的遠近加以調整，確保順暢；殊不知此項作業的改進，不但有助於運輸成本的降低，也對鋪路品質有明顯的影響。 瀝青混凝土的運輸迴路 熱拌瀝青混凝土一般皆以傾卸式貨車運送，再於工地卸入鋪裝機進行鋪築，如圖1所示。而所謂運輸迴路乃以運輸貨車為主體，於拌合廠內等待裝載、過磅、開單、駛往鋪築工地、等待卸料、卸料完成、駛回拌合廠進行下一批裝運，運送貨車行駛於熱拌廠及鋪築工地之間，形成一個迴路，稱為貨車迴路(Truck Cycle)。 圖1、瀝青混凝土之運送 經查施工綱要規範「第02742章瀝青混凝土舖面」與運輸有關的規定有「1.6.1瀝青混合料之運送」及「3.1.5節運輸設備」兩小節抄錄如下： 由於瀝青膠泥在拌合時呈薄膜狀且與空氣接觸，拌合溫度不能過高以防止過度氧化，又為避免運達鋪裝機時的溫合料溫度太低，而有運距不能過遠、或運輸時間不可過長的一般性規定，此種規定應隨個案之不同，由駐地工程司以專業素養判定，不必列在綱要規範中。依美國之相關研究顯示，一般鋪路瀝青混凝土需於溫度降至80℃前按一定的程序滾壓完成，第02742章也在「3.2 施工方法」有拌合溫度、倒入鋪築機鋪築時之溫度、及滾壓溫度的相關條款，依照這些規定，按運距、鋪築厚度、及氣溫，並配合施工機具之型式和能力，選擇適當的熱拌廠混合料出料溫度。 觀察運送貨車司機的一天，可以很容易找出瀝青混凝土的運輸迴路瓶頸，許多貨車司機必須在天未亮前到達熱拌廠準備裝料，此乃由於熱拌廠需在鋪築人員到達工地的同時，將瀝青混凝土運達，視運距及拌合廠產能，拌合廠比工地早二小時開始作業是很正常的情況，而又為使生產不致於中斷，以減少混合料的溫度和級配變異，且配合鋪築作業的連續性，廠內(空車)及鋪築工地(重車)必有一定數量的「停等貨車」，所以，貨車司機來到熱拌廠，總是要依序等待裝載，以每一拌兩公噸的熱拌廠為例，拌一盤約需一分鐘，故一般裝載20公噸所需時間為10分鐘，以平均三輛「停等貨車」計算，在廠內等待的時間約為30分鐘，在過磅取單後駛往鋪築工地，假設路途行駛時間為20分鐘；到達工地時又開始依序等