中華鋪面研究室

從加州2019年廢輪胎市場報告瞭解廢輪胎鋪路的驅動力 穩定的瀝青鋪路市場 運輸部門的強制條款 容納各種不同的替代方案 持續提供橡膠瀝青補助金 最強外掛：在設計手冊中提出設計需求 圖1、2019加州廢輪胎市場報告封面 加州是全美註冊汽車量最多的州，每年新生44萬公噸廢輪胎，2012年的狀況作為輔助燃料(TDF)只占16.9%、磨粉占23%是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。加州推動廢輪胎鋪路的歷程詳參作者另文「 廢輪胎鋪路台灣比美加州 」；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強制使用橡膠瀝青(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。 依據2020年8月發佈的加州廢輪胎市場報告如圖1所示，該報告說明加州廢輪胎清運處理及再生利用產業鏈，如圖2所示。 圖2、加州廢輪胎清運處理及再生利用產業鏈圖 2019年加州產出約518,400噸(相當於51.8百萬個轎車胎，PTE)廢胎，銷往不同的九種市場管道，如圖3所示。美國用的「轎車胎當量(Passenger Tire Equivalent, PTE)」：1 PTE重20磅，2000磅為1噸，所以1噸為100條PTE，故51.8百萬PTE等於51.8萬噸廢輪胎。CalRecycle認定的廢輪胎妥善處理是指廢棄掩埋以外的處理方法，而所謂再生利用則不包括

 低耗能的新式拌合技術 熱拌、溫拌、半溫拌 圖1、目前瀝青拌合科技走勢是降低拌合溫度[1] 瀝青混合料有熱拌與冷拌之分，若搭配施工方法，則理論上可有熱拌熱鋪、熱拌冷鋪、冷拌冷鋪、及冷拌熱鋪四種，冷拌熱鋪尚未實現外，前三種分別是傳統熱拌瀝青(Hot Mix Asphalt, HMA)、修補用常溫瀝青、及國內較少用乳化瀝青拌製的冷拌瀝青混合料。HMA的品質最高是市場占比最高的材料，但因熱拌熱鋪伴隨高耗能高污染；面對全球減碳的議題，目前的科技走勢是降低拌合溫度，如圖1所示。圖中顯示若將拌合溫度由180 ℃降至115 ℃，則每拌一公噸瀝青混合料可以節省1.5kg燃油(氣)。 溫拌瀝青(Warm Mix Asphalt, WMA) 依據Hasan等人2017年發表的文獻整理[2]，HMA的製程溫度在140℃~160℃之間，屬高溫熱拌故CO 2 及其它溫室氣體排放污染較重，一向是重要的環境議題；近年有所謂的綠瀝青科技(Green Asphalt Technology)，其中以泡沫溫拌瀝青最具永續發展潛力。溫拌瀝青降低拌合及施工溫度，伴隨降低能耗及排放污染，也對鋪路職工健康做出貢獻。一般定義溫拌瀝青(Warm Mix Asphalt, WMA)是指拌合溫度比傳統熱拌低20℃至40℃，但仍超過100℃。如表1所列，泡沫瀝青拌合技術可區分為：製程加水(water-based processes)和帶水摻料(water bearing additive)兩類，後者是在高溫瀝青中加入含水的固體摻料，這些摻料中的水遇高溫瀝青汽化膨脹發泡；前者則直接將少量的水加入高溫瀝青中汽化發泡，使瀝青的體積脹5至15倍，伴隨的表面積增加及黏度降低，使其在較低溫度即能與骨材充份拌合，也能在拌合後在較低的施工溫度滾壓完成。製程加水的泡沫瀝青在與粒料拌合時因仍處於較高溫，泡沫逐漸消散而回復成正常瀝青黏在粒料表面，此時最好不用有過多餘水以防瀝青剝脫，一般可加少量水泥既防剝脫又能在拌合過程中提昇瀝青散布的均勻度。一般而言，製程加水的泡沫瀝青可將拌合溫度降20℃至30℃。 表1、生產溫拌瀝青(WMA)採用的發泡技術[2] 美國發展的內外雙筒組合乾燥拌合鼓，已經具有低輻射熱損(內筒輻射熱供外筒材料加熱)、逆流式烘乾加熱(降低排煙溫度)、可以在較高的鼓內熱氣流速下操作、袋屋的壽命確保(較低溫、較少油污)、高刨除料量也能

 熱拌瀝青廠的發展趨勢 反思熱拌廠的發燒議題：高溫等同高耗能及高污染 照片來源：Astec Inc., http://www.astecinc.com/ 熱拌瀝青拌合廠依發展的時序有下列四種：(1)分拌式廠，(2)連續(乾燥鼓外)拌合廠，(3)順流式鼓式拌合廠，(4)逆流式鼓式拌合廠。 美國1996年的統計數據顯示全美約3,600座熱拌廠年產HMA約5億噸[1]。其中2,300座為分拌式廠，1,000座為順流式鼓式拌合廠，300座為逆流式鼓式拌合廠。5億噸HMA中由分拌式廠及鼓式廠生產的數量分別為2億4,000萬噸及2億6,000萬噸。現在新製造的熱拌廠機具的統計數字顯示85%為逆流式鼓式廠，10%為分拌式廠，5%為順流式鼓式廠。連續(乾燥鼓外)拌合廠已經非常少見，後續不討論。 熱拌廠在設置時可以是永久式、容易易地重組裝、或是移動式三類。所有類型的熱拌廠都可以添加RAP，生產熱拌再生瀝青混合料。大部份熱拌廠都可以選擇使用燃油或燃氣做為乾燥加熱的能源。但，依據美國能源部及各州的有限盤查數據顯示，使用燃氣做為能源的熱拌廠占比在70%到90%之間[1]。 分拌式廠 國內熱拌廠幾乎都是分拌式廠，詳參作者另文「 熱拌瀝青廠的製程與品質控制 」，近年許多由國外購置的新廠也都是分拌式拌合廠，作者雖不解但仍推敲至少有以下二種原因： 主觀上國內沒有砂石規範，砂石來源及品質不穩定，熱拌廠認為要從冷料餵料時控制粒料級配較困難，有經熱篩分後的熱料倉才可精準配料； 客觀環境上國內施工規範尚未修訂採較低耗能的鼓式廠，仍傾向不用連續式拌合廠，投資設廠時不敢引進新式鼓式廠。 在冷料餵料時控制混合料的粒料級配是共同的認知，美國的熱拌廠專家在論述鼓式廠在粒料級配控制上優於分拌式廠時，也說明了最早的分拌式廠確實是單一冷粒倉供料經烘乾加熱熱篩後配料來控制混合料的粒料級配，如下圖所示[2]。 雖然使得混合料的粒料級配獲得控制，但後遺症是在熱料倉溢流出大量「廢料」，如下圖所示，這些「廢料」流經烘乾加熱製程卻沒能製成品出廠，是相當嚴重的浪費。 解決的方法自然是在餵入乾燥爐前就要控制好組成的粒料級配，如下圖所示，也就是近代分拌式熱拌廠的主要製程，以進廠的不同冷料用餵料倉的轉速（供料量）控制混合料的級配，針對供料含水量變異，熱料倉的設置給了一次修正的機會，未料許多不明究理的品管員誤以為是混合料粒料級配的主控點。 殊

 熱拌瀝青廠的減碳重點：乾燥加熱的能源效率 依據澳洲瀝青鋪面協會(Australian Asphalt Pavement Association, AAPA)的統計，全澳洲135座熱拌廠年產800萬噸瀝青混合料，耗用750萬噸砂石，40萬噸瀝青，5萬2,000噸烘乾加熱用油料，再加上53,000MWh電量(53千萬度)。 先不計運輸過程產出的碳排放量(每公噸約5~15kgCO 2 )，生產熱拌瀝青混合料的碳排放可區分為間接及直接碳排放，所謂間接碳排量是指不在熱拌廠製程中產出的碳排放，亦即生產石油瀝青及砂石等原材料時產生的碳排量，又稱為內含碳(embodied carbon)；而直接碳排量則是在熱拌廠生產過程產生的碳排量，主要來自將組成材料烘乾加熱所需的熱能，又稱為營運碳(operational carbon)。 在熱拌廠的製程中，烘乾加熱新粒料和烘乾加熱刨除料，兩者產出的碳排放量沒有明顯的差異；對瀝青儲存筒加熱/保溫產出的碳排量，以及生產時餵料裝載機的能源產出的碳排量，兩者相對於乾燥加熱製程產出的碳排量來說不高，依據澳洲瀝青鋪面協會(AAPA)計算，每生產一公噸瀝青混合料排放CO 2 約50Kg，如圖1所示，其中間接排放占60%，直接排放占40%。 圖中亦指出熱拌瀝青廠的高效減碳策略為：(1)採用再生料降低間接排放量；(2)降低拌合溫度及餵入原料含水量，以便降低乾燥加熱產出的碳排放。 圖1、熱拌瀝青混合料的碳排量 熱拌廠內的直接碳排放應以組成材料烘乾加熱流程最佳化來降低：降低拌合溫度及降低餵入材料的含水量。一般乾燥加熱爐由燃燒器與乾燥爐體組成，前段近燃燒器稱為燃燒室，後段稱為乾燥加熱區；燃燒區要確保燃料燃燒效率(燒乾淨)，重點在消除燃燒障礙(例如熱氣流不順暢、燃燒空間中浮現污染物等)，後端乾燥加熱區則應保持高效的熱交換，重點在維持受熱材料均勻散播在整個乾燥加熱空間中，例如確保爐中的頁片運作正常以免撒播材料出現不均勻的狀況。 在受熱材料的含水量為4%，每小時烘乾加熱120~320公噸受熱材料的區間中，耗用的燃油(氣)範圍大約是在每小時850~2,800公斤，此中，若是隔熱適當則損失量可降至2%以下，而乾燥加熱爐尾端引排出熱氣至集塵系統，一般正常操作條件可將熱損降至7%，也就是說約有91%的能源耗用在乾燥(37%)和加熱提昇溫度(54%)，如圖2所示。若是將餵入材料的含

 泡沫瀝青工法介紹 圖1、泡沫瀝青之製程示意圖 早在1956年就由美國愛荷華州立大學的森義教授（Prof. Ladis Csanyi）[1]發明的泡沫瀝青，很快地由Mobil石油公司取得該發明的專利權，並發展出第一套發泡艙以便將水及瀝青在該艙中拌合發泡，如圖1所示。在高熱的瀝青中加入少量的水，水急劇氣化使瀝青大量發泡而產生體積膨脹的現象，這種狀態的瀝青因為視黏度相當低而具有拌合所需的工作性。這項發明後來成為一種專利而應用不普遍，使工法發展較為緩慢，一直到專利過期後的90年代，伴隨施工機具的發展才又開始受到普遍的重視[2]。泡沫瀝青工法在本世紀初被引用來拌製溫拌瀝青混合料，以達到減碳的目的，詳參作者另文 低耗能的新式拌合技術 。 泡沫瀝青之性質 泡沫瀝青工法乃以膨脹比(Expansion Ratio)及半縮期(Half-Time)來描述瀝青的發泡特性[3]。所謂膨脹比是指當瀝青與水拌合發泡後的最大體積與未發泡前體積的比值，而半縮期則是指由發泡得最大體積為準起算，至體積縮減至一半所經過的時間。一般高溫的瀝青經與少量水拌合後，體積在很短的時間內膨脹至最大，此後體積開始縮減，為了使發泡後的瀝青能順利與常溫的濕粒料拌合，膨脹比愈大愈好，半縮期則應儘量長，以便有足夠的工作(拌合)時間。 瀝青的發泡特性，也就是膨脹比與半縮期受到許多因素影響，其中較重要者有四[3]： 瀝青發泡時的溫度：一般而言，發泡時瀝青的溫度愈高，發泡特性會愈好，但溫度高表示需要較多的能量將瀝青加熱。 發泡時加入的水量：一般而言，發泡時加入瀝青的水量愈高，則膨脹比會愈大，但是半縮期會愈短。 發泡艙中的壓力：一般瀝青乃抽送入發泡艙中與水接觸後發泡，若發泡艙中的壓力較低(例如低於3Pa)，則不利於膨脹比及半縮期。 瀝青或水中有否加入消泡劑，如在煉油廠中為不使瀝青在抽送及儲存的過程中發泡，可能加入一些矽化合物類的消泡劑，若是如此，則此種瀝青的發泡特性可能受到影響，不適合用在泡沫瀝青工法。 圖2可以說明一般瀝青的發泡特性，圖中橫座標為以秒為單位的半縮期，範圍在0至25秒之間，縱座標為膨脹比，一般體積膨脹的範圍約在20以內，中間的三條曲線都顯示加入的水量愈高則膨脹比愈大，但是膨脹比愈大則半縮期愈短。為了與冷粒料拌合均勻，膨脹比愈大雖愈有利，但若半縮期過短，也無法在短時間內就將瀝青與粒料拌合均勻，故以夠長的半縮期為前題下，