泡沫瀝青工法介紹
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、一般瀝青之發泡特性[3]
瀝青的發泡特性愈好則施作完成的混合料品質愈高，但目前尚無一定的界限值以確保混合料的品質。不論是取高膨脹比，或是要求較長的半縮期，都沒有比兩者都適當來得好。瀝青經發泡並與粒料拌合後，應製作成標準的馬歇爾試體，並進行間接張力試驗，以判斷品質，切勿光用目視拌合的狀況，就對品質下結論。但若是膨脹比小於5倍，而半縮期又小於5秒，則應足以認定發泡特性不良，無法獲得良好品質的混合料。這種情形可以更換瀝青的類別或來源，或是另外添加發泡劑來提高瀝青的發泡特性。圖3為泡沫瀝青實驗所需的發泡設備。
一般而言，較軟等級的瀝青會有較好的發泡特性，但瀝青等級的選擇乃依地區性的氣候而決定，氣候較炎熱的地區應選用較硬等級。在選用發泡瀝青的瀝青等級時，雖可選用較軟一級的瀝青，但最好執行某些強度試驗，以評估其適用性。除了等級以外，瀝青的化學成份也對發泡特性有影響，含過量瀝青質的瀝青，發泡特性不佳。
與一般熱拌瀝青所得的混合料呈黑色不同，泡沫瀝青工法拌合所得的混合料並不是黑色的，因為拌好泡沫瀝青的粗顆粒粒料，表面上並不裹覆一層瀝青膜，反而大都像是沒有任何瀝青包覆，如圖4所示。當泡沫瀝青與粒料顆粒接觸時，瀝青泡瞬間化為數以百萬計的「小點」，這些瀝青點散佈在細顆粒上，尤其是顆粒小於0.075mm的粒料上，彷彿形成富含瀝青微粒的填縫料，在粗顆粒粒料間扮演類似膠砂漿的角色，將其黏結成形，所以用泡沫瀝青拌合完成的混合料，只使材料的顏色稍微變深。
若在混合料中加入水泥、石灰、或是其它類似微細的粉末(粒徑皆小於0.075mm)，將對瀝青散佈的均勻度有很大的影響。特別是在拌合瀝青刨除料時，因為瀝青刨除料的顆粒中，粒徑小於0.075mm者，大都不超過5%，若沒有另外添加微細的粉末，不容易將泡沫瀝青散佈均勻。
泡沫瀝青冷拌再生的施工方法
以泡沫瀝青進行的現場冷拌再生工法，乃將水和泡沫瀝青經由再生機具提供的兩個不同的噴灑系統，加入刨路筒形成的拌合艙內與翻刨起的舊路面材料拌合均勻如圖5所示。高溫瀝青必須以油罐車供應，加上用來調整舊路面材料最佳含水量的水車，則以泡沫瀝青進行現場冷拌再生的車隊如圖6所示。如果在設計階段就決定要添加水泥或是石灰等填縫料，則這些材料可以用人工或是機具事先在車隊前依設計用量播撒在路面上。另一種較好的方式則是使用特別設計的機具用水泥稀漿的形式噴入，這種方式較容易精確控制添加量，且不會有粉塵的污染。
採用泡沫瀝青進行工廠冷拌再生時，在冷拌再生機具安裝的泡沫瀝青噴灑系統與現地冾拌再生機具的系統類似，用一種特別設計的泡沫瀝青噴灑系統，直接將泡沫瀝青噴入拌合機內與新舊骨材拌合均勻。雖然要將瀝青加至高溫，但因用泡沫瀝青作為穩定劑時，採用的瀝青劑量較少，拌合完成成品的溫度只比室溫高幾度，屬於冷拌產品，且此種成品具有儲存性，有時可以適當堆放好幾週後再使用，不會影響其品質，也因為是冷拌的產品，並不像熱拌材料般有許多溫度方面的限制。較常採用的泡沫瀝青再生產品的鋪築方法有下列兩種[3]：
- 以平路機鋪築：泡沫瀝青拌合成品運至鋪築工地後，依鋪築厚度數量依序分成小堆堆放在工地，再以平路機推平，先以震動壓路機滾壓一至兩趟，再一次用平路機削出設計的線形，再以震動壓路機及膠輪壓路機依序滾壓完成。在採用這種施工方法時，很容易發現泡沫瀝青冷拌料施工性優於熱拌瀝青混合料，因為不會有材料冷卻失去施工性的問題，也不會有施工機具沾黏瀝青的困擾。
- 用鋪裝機鋪築：較快速的施工方法則是像熱拌瀝青般地以鋪裝機鋪築，鋪築泡沫瀝青冷拌料的鋪裝機只要採用一般的鋪裝機即可，如果鋪裝機的勻泥鈑具有較高的搗實能量則更理想，因為可以執行較厚的鋪築作業，鋪築泡沫瀝青的作業方式基本上與鋪築熱拌瀝青相同。一般著重於設計泡沫瀝青冷拌料的液體含量，使送至工地的產品可以很容易壓實至欲定的密度。
泡沫瀝青穩定處理並滾壓後的材料，若有需要時可以翻動並重新再滾壓，只要保持含水量與初次滾壓時相同，經重新再滾壓的泡沫瀝青層的強度並不會降低。這種可以重新再滾壓的特性，在較難完全封閉交通施工的工地相當有用，經泡沫瀝青穩定處理滾壓完成，但尚未有足夠時間做最後修飾的路段，可以先暫時開放交通，第二天再進行翻動、修飾、再滾壓完成；利用這種特性也必須相當小心，若是任由處理滾壓後的再生層因乾燥而失去水份，則翻動、修飾、再滾壓的程序，將使完成泡沫瀝青層的強度降低。
泡沫瀝青工法的品質規定
一般而言，若額外添加的水泥量在重量比的1%至2%之間時，不同材料組合的最佳泡沫瀝青含量範圍如表1所示。
表1、不同材料組合的最佳泡沫瀝青含量範圍[3]
1、強度
泡沫瀝青冷拌料與瀝青穩定處理的材料一樣，一般皆以間接張力強度(Indirect Tensile Strength，簡稱為ITS)作為強度的評估參數。一般而言，泡沫瀝青穩定處理的材料，其ITS值範圍如表2所示。
2、勁度
將穩定處理後的試體用重覆荷重試驗，可以求得該試體的回彈模數值，一般泡沫瀝青穩定處理的材料，其回彈模數值範圍如表3所示。
3、處理時間
實際上泡沫瀝青的處理時間並沒有一定的限制，只要能將泡沫瀝青拌合均勻後的材料，保持在最佳含水量的狀態，理論上可以擺放無限長的時間。
4、密度
泡沫瀝青處理層之壓密度對其成效相當重要，與各式穩定處理的狀況相同，壓密度乃以改良AASHTO夯實密度為基準，一般皆規定每一檢測點的密度皆需達基準值的98%以上，由於較下層的壓密較差，一般採上下層的壓密度平均值在基準值的98%以上，但下層的壓密度不可以低於基準值的96%。
泡沫瀝青工法之優點
無論是品質高的碎石或是含高塑性細料的劣質礫石料，都可以用泡沫瀝青工法進行穩定處理。總結採用水泥、乳化瀝青、及泡沫瀝青作為冷拌再生的穩定劑之優缺點比較如表4所示，改採用泡沫瀝青工法至少具有下列五項優點[5]：
- 黏結劑的單價及運輸價格較低，因為泡沫瀝青只要採用一般常用的針入度級瀝青即可，且只有添加相當少量(一般為瀝青重量的2%)的水，除了初期施工機具的購置成本外，沒有其它的黏結料製造及運輸成本。
- 經泡沫瀝青工法處理拌合後的材料，可以馬上進行鋪築及滾壓，滾壓完成後馬上開放交通承載荷重。
- 經泡沫瀝青工法處理後的材料，也可以有較長的存放時間且保有其工作性，既使拌合處理後遇到下雨，也可以儘快施工完成，不會有雨水將黏結料沖離粒料表面的顧慮。
- 泡沫瀝青拌製的瀝青混合料品質相當高，與一般熱拌瀝青混合料具有相類似的工程特性。
- 以泡沫瀝青拌製的混合料是柔性材料，不會有收縮龜裂的問題產生。
參考文獻
- Michael Smith,“What is Foamed Asphalt？” FHWA website: www.fhwa.dot.gov, 入站時間：2002年3月。
- Center for Transportation Research and Education, “Why Experts are Talking about Foamed Asphalt 40 Years after its Debut,” website: www.ctre.iastate.edu, 入站時間：2002年3月。
- Wirtgen GmbH, “Wirtgen Cold Recycling Manual”, November 1998.
- 黃明詠，泡沫瀝青在台灣之應用研究，中華大學碩士論文，民國91年6月。
- Kandahl, Prithi S. and William C. Koehler, “Cold Recycling of Asphalt-Pavement on Low-Volume Roads”, Transportation Research Record No.1106, Washington, DC, 1987.
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