消除配比設計過時及不切實際的問題
加強熱拌廠核實驗證拌合公式
熱拌瀝青混凝土配比設計的最後一哩路
配比設計是選配各類粒料與瀝青膠泥的組成比例，使得製成的瀝青混凝土具有既定的成效目標及降低永久變形、疲勞開裂、及低溫開裂等三種破壞潛勢。詳參作者另文掌控瀝青混凝土的體積特徵提昇鋪面品質。然在國內實務上，常有配比設計過時及或不切實際的問題，可能是配比設計試驗耗時過長難免不現實，而工程單位過度信賴配比試驗報告而傾向遵循不調整，受此雙重擠壓熱拌廠只能勉強因應而長期累積成品管無用惡循環。破解之道很可能是熱拌廠核實驗證配比。
熱拌廠核實驗證是配比設計程序的最後一哩路，依照美國瀝青協會的配比設計流程如圖1所示，實驗室提出工作拌合公式(JMF)後，需經熱拌廠核實JMF驗證，這個步驟在實務上非常重要，但很常被忽視。
縮小實驗室與熱拌廠拌製混合料的先天差異
- 骨材的種類儘量不要過多；
- 實驗室配料拌製試體時要仿照生產的狀況，經由依比例先混合再篩分的程序，使不同篩號間顆粒的來源等同於生產時的來源；
- 實驗室設計的VMA值及粉膠比(dust/binder ratio, DB) 最好在規範容許範圍的中間，以便熱拌廠的品管人員可以有調整的空間；
- 熱拌廠的品管人員應依照生產機具特牲及其經驗，先將0.075mm粉粒量調整(實務上應是用較低的填縫料量試生產，再用生產的混合料夯製試體後，評估體積關係參數，即VMA及Va，並依試拌試夯的結果，做為調整配比的依據)；由於體積關係參數相互關連，若延續粉粒量提高的思維，則在其它狀況不變的前提下，會有VMA及Va變低的狀況，雖然較簡單的調整方法是降低含油量，但是降低含油量換得的Va正常量，並沒有改變VMA不足的缺陷，會有耐久性的問題；正確的調整方法是改變粒料的組成，以換得真正的Va及VMA提高，才能同時獲得穩定而又耐久的材料。
避免過時及不切實際的配比設計
瀝青鋪面要有好的服務績效必需依靠採用高品質的材料、精確的生產製程控制、和最好的鋪築與滾壓施工來達成；粒料級配、瀝青含量、混合料的體積特徵、及壓實度等組成材料性質的差異，看似微小却對鋪面的壽年及養護費用有顯著的影響；配合比設計的主要目的就是要確認所選用材料的品質，並且據以建立稱為「工作拌合公式(Job MIx Formula, JMF)」的生產配方及製程控制目標。一般JMF應包括以下要件及相對應的適當生產容許差：
(1)瀝青含量；
(2)每個規定篩的過篩百分比；
(3)粒料性質(含比重)；
(4)體積特徵(Va, VMA, VFA, DP)；
(5)混合料的虛比重及理論最大比重；
(6)穩定值、流度值或其它規定的成效參數。
熱拌廠驗證是指對熱拌廠實際產製的混合料進行一系列的試驗和分析以便能確保符合JMF的要件。實驗室小規模拌製的混合料與實際生產每小時超過百公頓的大規模拌製存在顯著的差異，實際生產時的粒料拌合前和拌合後的處理方式與實驗室有相當大的不同，混合料的實際運送過程也提供比實驗室多的吸油環境，所有這些不同狀況都造成實際拌製混合料的Va和VMA不同於實驗室拌製混合料的相應值。配比設計技術人員或工程師應對材料及製程有一定的瞭解並且在配比設計時將這些變異納入考慮，否則就是不切實際。熱拌廠驗證就是要檢測這些差異並且依需要做恰當的調整。過時(及不切實際)的配比設計經常是熱拌廠的主要品質問題。
施工前好幾個月做的配比設計，亦或是配比設計採用的材料沒有代表性(與實際生產料堆的性質不同)，在做工地驗證時會出現無法接受的差異；此時，若是在熱拌廠進行調整是可能可以符合諸如粒料級配這類的規定的，但一般很難符合體積特徵及成效相關的規定。
先確認哪些差異是可以在生產製程中調整，再用系統化的方法，一次調整一個關鍵因子；例如，若粒料的料源特性不符合規定，則不可以用製程來調整，必需選用合規定的材料，重新執行配合比設計；組成粒料的比例調整及瀝青用量是較常調整的部份，但同時調整兩個因子常產生效果抵消，故，應一次調整一個因子。
熱拌廠核實驗證應執行的實驗項目
(1)瀝青含量：有許多方法可用來檢測確認瀝青含量，最常用的是所謂「洗油試驗(extraction test)」(AASHTO T164或ASTM D2172)，以及近來發展的「燃燒法(ignition oven test)」(AASHTO T308)，若熱拌廠的計量裝置具有夠細密的量測及自動記錄，也可以製程投入的材料量計算瀝青含量；此外，經過適當調校的「核子瀝青含量儀(nuclear asphalt gauges)」也可以正確測得瀝青混合料的瀝青含量(AASHTO T287或ASTM D4125)。(註：國內沒有引進核子瀝青含量儀)
(2)粒料級配：檢測確認粒料級配也有許多不同的方法，例如在各冷料倉取樣做篩分析，再依各倉的流量估算混合後的級配，又或是在各熱料倉取樣做篩分析，再依各倉設定的計量估算混合後的級配，這兩種方法是調整粒料級配誤差的重要手段，然，最能代表實際產品的粒料級配的則是取得代表性的混合料，經洗油或燃燒法瀝青含量試驗後的粒料殘渣，再執行水洗篩分析，執行水洗篩分析才能正確求得混合料中的過#200篩含量。
(3)混合料的理論最大比重：無論是實驗室執行配比設計，或是到熱拌廠檢核確認配比設計的拌合公式(JMF)，檢測混合料的理論最大比重(Gmm)都相當重要。用真空抽氣排除空氣可以求得不含空氣孔隙的瀝青混合料體積，以此不含空氣孔隙的體積計算的比重在理論上為最大比重；此Gmm比重值乘水的密度即得瀝青混合料的理論最大密度值。以理論最大密度值為分母，夯實試體的密度為分子，可以計算夯實試體的空隙率，以工地實際滾壓夯實後鑽心試體的密度做為分子，則可求得代表滾壓品質的壓實度及影響鋪面成效的空隙率。
(4)混合料的虛比重(Gmb)：由夯實瀝青混合料試體求得的比重稱為瀝青混合料的虛比重(bulk specific gravity)，包括在實驗室夯製的試體，也包括在工地滾壓完成後再鑽心取得的試體。實驗室夯製的廠拌混合料試體應確認使用與配比設計採用相同的夯實方式及相關參數。將夯實試體的虛比重乘水的密度即得夯實試體的密度。(注意不同階段取得瀝青混合料，在夯製試體時有否經再烘加熱的程序，此再烘加熱程序將影響體積特性的計算值。實驗室拌製後夯成試體或在工廠取得廠拌試樣夯製試體都應經再烘加熱程序才與實際工地相符，但，在工地取得的試樣夯製試體時若因溫度不足而需再烘加熱，則烘熱的時間就超過實際工地的狀況而需適當調校。)
(5)空氣孔隙：由於混合料的虛比重(Gmb)計入夯實混合料中的空氣孔隙，用下式可以計算夯實瀝青混合料的空隙率(Pa)
(6)穩定值與流度值(馬歇爾法)：有些單位也取得熱拌廠生產的混合料，在實驗室夯製馬歇爾試體後，求得馬歇爾穩定值和流度值，並做為工地校核確認配合設計拌合公式的一部份。雖然穩定值和流度值曾被視為代表抗車轍和耐久性的參數，但因這些試驗值受到過多變數的影響而非常不可靠，最好還是以較可靠的瀝青混合料的體積性質來檢核確認，只要包括空隙率、粒料間空隙率(VMA)、瀝青含量、粒料級配和粒料品質都檢核確認，一般來說即可符合抗變形及耐久的相關規定。
首次生產時的拌合公式調整及日常生產的品質確認
熱拌廠核實驗證拌合公式的工作，實際上包括兩種不同分析層次的試驗與數據分析工作，亦即首次生產的拌合公式核實驗證及日常生產的品質確認。
(1)首次生產拌合公式確認：應檢測瀝青含量、粒料級配、空隙率、及其它指定的試驗，並將試驗值與拌合公式中的值相比對。這些試驗將用來判定粒料的性質是否與配比設計的相同，也用來判定熱拌廠製程造成的粒料性質變化會否產生問題。工地檢核確認的結果可能顯示有必要做部份調整才得以符合拌合公式及其相關規範容忍界限的規定，例如應將瀝青含量稍微降低才能使混合料的空隙率符合規定範圍；工地檢核確認的結果也可能顯示廠拌的混合料可以符合規範的規定，但不符合拌合公式及其相關規範容忍界限的規定，此時，可以將拌合公式調整為廠拌混合料檢測數據的平均值。若是實驗室設計值與廠拌混合料的檢測值有嚴重明顯的差異，則有必要以實際生產的材料重新執行配比設計。一旦拌合公式經工地檢測確認及或調校完成，則此確認調校後的拌合公式一般稱為「調整後拌合公式(AJMF)」即成為驗收付款的依據。
在生產之初調校JMF以符合體積特性是正常且普遍的情況，但，正常生產後若又一再出現調校拌合公式的情況是不被允許的。
(2)日常混合料品質確認：日常的檢測將可提早發現混合料的性質偏離規範容許範圍，故日常混合料品質確認是熱拌廠製程品質控制的常規工作，主要重點是分批隨機取樣，取得代表性樣品進行檢測，製作管制圖如圖2所示等品質管制手法，相關技術可參閱AI MS-22 Principles of Construction of Hot Mix Asphalt Pavements.
圖2、熱拌廠生產管制圖例[1]
體積特性調整
熱拌廠檢核確認拌合公式時最常遇到的問題是廠拌混合料不符合粒料間孔隙(VMA)與空隙率(Va)的體積特性規定，這些體積特性是相互關連的，例如在瀝青含量正確的狀況下，若VMA不符合規定，也將造成空隙率不符合規定；料粒的級配變化及在實驗過程中混合料的回熱溫度與時間不一致是造成VMA值變異的兩項主要原因。
實際鋪在路面上的瀝青混合料，是在熱拌廠拌合後缷入裝運貨車內蓋上帆布保護，經運送到工地再缷出鋪築，自拌合完成後一值保持在高溫的環境有時達數小時，因此，在配比設計實驗室拌製的試樣，AI建議都要烘2小時再夯實以便能正確考量粒料的吸油率而得到正確的體積特性。這類混合料回熱處理(mixture conditioning of samples)、回熱時間、及溫度，會影響粒料的吸油率，尤其是遇到含水率高(孔隙率/吸油率高)的粒料時，影響特別明顯。例如廠拌混合料，在工廠運輸車上取得冷卻求得Gmm比在鋪築工地的鋪裝機上取得冷卻求得Gmm來得低，但這兩種情況都與在實驗室拌製混合料的吸油環境不同，顯然在工廠運料車上取得的混合料應經適當的回熱處理後再冷卻求得Gmm。另，在工地鋪築機上取得的試樣運回實驗室後，回熱剝鬆散冷卻的程序也應適當擬定來近似工地的實際情況。
粒料的級配變化中，尤其以廠拌混合料級配變細及過#200篩量變多最常見，這種狀況是因為配比設計拌製試體的過程較少出現粒料碰撞破碎變細，但在實際拌合廠的製程中，粒料在乾燥爐中重覆散播、缷入熱提昇機、再缷入振動篩分、再缷入拌合機，有許多碰撞破碎變細的機會，尤其是過#200篩量變多大都使粒料間孔隙(VMA)值變小，在瀝青含量不變的狀況下，VMA降低也就使Va降低。此時，降低瀝青含量雖是可以維持空隙率在規定範圍內的方法，但可能引發VMA過小出現的油膜厚度不足而引發的疲勞及耐久性問題。正確的調整方式是改變不同粒料分部的用量以調整混合粒料的級配，來提高VMA的值，調整的方法可以用「倍力法(Bailey Method)」(詳參作者另文設計粒料架構的系統方法：Bailey Method (倍力法))
關注壓實度規範
壓實度是相對密度，有三種方法(三種分母)(註：三種做為分母的混合料密度都是要用廠拌瀝青混合料試樣，不建議直接用配比設計的「標準試體密度」做為壓實度的分母)。
(1)用鋪築滾壓控制帶(Control Strip)的鑽心試體密度做為壓實度的分母：先將控制帶鑽心試體密度與理論最大密度或實驗室夯的廠拌試體密度比較，確認合理後才能以控制帶鑽心試體密度的平均值做為壓實度控制的分母。此種壓實度將受控制帶狀況影響，一般小於102%。
(2)在工地取得代表性廠拌試樣，在實驗室用與配比設計相同的方法夯製試體，以該試體密度做為分母。
(3)用工地取得代表性廠拌試樣，在實驗室求得該試樣的理論最大密度值做為分母。
三種方法對應的現地滾壓後路面空隙率如圖3所示。詳參作者另文熱拌瀝青混凝土施工與品質管制。
圖3、三種壓實度表達方式與對應的路面空隙率示意圖[1]
參考文獻
- The Asphalt Institute, Asphalt Mix Design Methods, Manual Series No. 2 (MS-2), 7th edition, 2014, Chapter 1 & 13.
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