認識瀝青鋪面的破壞
路面出現的各種破壞形式大都可區分為車轍和開裂兩大類，其實打從有瀝青路面以來，這兩種破壞就一直存在。
馬歇爾配合比設計法是在80多年前發明的，除了用簡易的衝錘夯製試體外，主要是以特殊的穩定儀，如圖1所示，檢測不同瀝青含量的試體來選定「最佳瀝青含量」，原意圖就是用測得「穩定值」來防止車轍，再以限制同時測得的「流度值」範圍來減少開裂的問題，也就是必須在穩定性和耐久性之間取得平衡。
圖1、馬歇爾穩定儀及瀝青含量的選定是在穩定性和耐久性之間取得平衡的示意圖
任何有經驗的配比設計人都知道如何提高馬歇爾穩定值，也就是設計能抗車轍的瀝青混合料相對較容易，只要將瀝青含量降低再搭配較硬的瀝青膠泥即可，這種組合可減少車轍出現的機率，但是付出的代價是開裂增加而不耐久；另一個極端，使用較高瀝青含量及/或搭配較軟的瀝青膠泥可以防止瀝青混合料開裂，但過高瀝青含量則可能會有車轍增加的狀況出現。 (詳參作者另文「在鋪面疲勞開裂與車轍變形兩種成效間取得平衡」)
事實上，馬歇爾穩定儀測得的兩種參數與路面成效的關聯性不高，近幾年推出的「平衡配比設計(Balanced Mix Design, BMD)」概念，以與成效相關的開裂試驗及車轍試驗檢測瀝青混合料且在二者間取得平衡，雖已展示在優化瀝青混合料特性方面勝過馬歇爾配比設計法，使得設計人員更能掌握選定最佳的材料組合來同時解決車轍及開裂的問題(詳參作者另文「新式瀝青混凝土的品質檢驗法」)，但，實際鋪面成效能否就此提升則仍未可知；因為鋪面成效的真正關鍵是在設計階段，亦即早在承商投標和瀝青混合料配比設計之前，就決定的路面整體結構設計，影響範圍包括路面結構各層採用的材料、附屬排水設施、甚至施工方法，當然也包括後續應採用的材料配比。
現代道路工程的重點已經從興建轉成養護路面，不再有充份的資源可以用在路面整體結構設計上，面對路面養護需求，有些單位甚至一成不變地以「刨除加鋪」因應；工程人員有必要更專門深入掌握瀝青混凝土材料的特性，在設計瀝青路面加鋪層時，認識進而瞭解面對的路面破損形式，則對選定高效率的路面養護方案可發揮至關重要的影響。
車轍
車轍是一種與荷重相關的瀝青路面破壞，若沒有承載交通荷重，路面不會有車轍；車轍有兩種基本類型，如圖2所示，塑性變形(發生在瀝青混合料層的車轍)和結構性車轍(由基底層及或路基沉陷引發的車轍)。
結構性車轍是在車道的輪跡處出現凹陷或低谷，下陷發生在路基或其他基底層；這些車轍通常伴隨著縱向和/或疲勞(鱷魚皮紋)開裂；結構性車轍的存在表明粒料級配基底層和現有路面厚度不足以承載當前的交通荷載，以至路基受壓應力超過而產生沉陷；路面結構厚度也許在20或30年前來說可能足夠，但這麼多年來交通荷重增加太快，這種厚度對目前要承載的荷重顯然已經不夠。
出現結構性車轍的最常見原因是交通量增加或路面下方的底層或路基層遭水滲入變得飽和變弱。 如果確認發生結構性車轍，不要指望用簡單的3到5公分加鋪層或刨除重鋪面層可有持久的改善，應該針對原因進行徹底的測試和評估，以供選定正確的翻修方法。
美國近20年來瀝青混合料中的塑性變形(或車轍)已經少很多，據信是因為採用超級鋪面(Superpave)的粒料標準、瀝青成效分級 (PG 級瀝青)、更好的配比設計方法、以及對施工品質控制的關注等發揮綜效，幾乎消除了1980年代以來困擾美國路面工程界的瀝青混合料不穩定問題。詳參作者另文「超級鋪面(Superpave)配比設計法」。
然而，只要稍有懈怠而忽視標準做法時，瀝青混合料不穩定引起的車轍就可能再出現，規範制定者可能需要要求實驗室以輪跡試驗來確保承商生產穩定的瀝青混合料，最常見的測試方法是漢堡輪跡試驗(Hamburg Wheel Tracking Test，HWT)和瀝青路面分析儀 (Asphalt Pavement Analyzer，APA)。詳參作者另文「超級鋪面配比設計法中的混合料成效試驗」。
有時公路單位難以獲得適當品質的粒料，則可以經由將PG級瀝青的等級提高到對可用粒料具有足夠的抗車轍性的水平來獲得需要的抗車轍性；有時粒料的運輸成本增加，配比設計時權衡將瀝青等級提高，又或從遠方運來優質粒料的經濟成本，成為重要的議題；無論如何選定，在實驗室以能代表抗車轍成效的輪跡試驗(或新式瀝青混凝土的品質檢驗法中的抗車轍試驗)來協助配比設計決策至關重要。
在工程契約中規定規範建議的體積特性要求，並且在施工時確實執行並且符合規定，也是確保生產及施工鋪築在路面上的瀝青混合料不出現車轍的重要關鍵。
有時一開始認定是混合料有問題才造成的路面破壞，其實應歸究於其它較難察覺的因素；比如說，底層瀝青混合料可能出現瀝青與粒料之間的剝脫而轉弱，以致受力後出現變形導致其上的面層瀝青混合料也跟著沉陷變形。這種情況可以在路面變形處鑽心取樣，再經由對鑽心試體的觀察探究來判定，一般鑽心取樣來做適切的判釋檢驗是決定修復方法的重要手段，如圖3所示。
一般規範中的抗水侵害試驗是依照AASHTO T-283所列的試驗方法及臨界值來防止瀝青剝脫。發生剝脫或產生變形的不穩定瀝青混合料要先移除，換成穩定的材料後，再於其上加鋪新的面層，才能確實解決問題，否則留在鋪面中的那些不穩定材料終究會再度影響鋪在上面的新路面。詳參作者另文「不容忽視的抗水侵害評估」。
另一種經常被判定為瀝青混合料不穩定的車轍問題，其實根本與瀝青混合料無關；一般新建成的路面出現變形通常是因路基或基底層材料呈現飽和而引發，這種飽和狀態通常是由路面鋪築前的降雨或其它與路基排水相關的問題引起的，這些道路興建時的缺陷將使後續的維修相當困難，一定要刨除面層換掉飽和的不穩定材料，解決排水相關問題，再逐層換上適切的材料才能跟本解決問題。
開裂
減少了車轍後，美國路面養護單位近幾年最頭痛的問題轉成路面開裂，由於瀝青含量降低加上使用更多含刨除料(RAP)的再生瀝青混凝土而使總體瀝青黏結料變硬，使得路面的主要破壞型態從車轍轉變成疲勞開裂，路面一旦開裂失去完整性，後續交通荷重伴隨滲入水與空氣擴大影響很難耐久；為能設計和鋪築有一定耐久性的瀝青路面，必須理解並適當鑑別三種主要路面開裂的不同樣態，亦即溫縮裂縫、反射裂縫、和疲勞裂縫。
溫縮裂縫一般呈現為垂直於道路中心線的相對直形的開裂(橫向開裂)，如圖4所示；溫縮裂縫不會單獨出現，通常出現在同材料的整個車道面，同車道兩溫縮裂縫的間距相對較均勻，受冬季溫降影響，間距從北方氣候中的不到 50 英尺(15公尺)到溫帶氣候中的遠超過 1,000 英尺(300公尺)不等。
圖4、瀝青路面因溫縮應力產生的橫向裂縫
溫縮開裂是一種與荷載無關的破壞，就算沒有任何交通荷重也會出現；每天晝夜快速的溫度變化會在路面層的頂層和底層之間出現因溫度差而產生的翹曲應力(溫縮應力)， 如果路面材料不能足夠快地消散這些內應力，應力將超過材料的強度，路面就會開裂； 隨著路面中的瀝青膠泥老化並變得更硬脆，它們“鬆弛(疏解)”溫縮應力的能力變差，導致溫縮開裂頻率增加。
溫縮應力這種路面行為與瀝青混合料中使用的瀝青等級直接相關，選擇適當的瀝青膠泥等級是減少溫縮開裂的最有效方法；有別於傳統的針入度區分軟硬，或是黏滯度代表的流動性，近代的發展是以成效分級系統(PG Grading System)的低溫參數成功地避免溫縮開裂，不但在現代化的開裂測試實驗中證明，也在實際路面成效中獲得驗證。這種依據路面所處環境溫度，對瀝青膠泥等級的精準選定工作，應在規劃設計階段決定，不應在工程發包後由承包商在配比設計時選擇。
反射裂縫是指由底層鋪面發出的應力向上傳遞到路面表層而產生的開裂，如圖5所示；在有裂縫的路面(瀝青混凝土路面或水泥混凝土路面)直接加鋪瀝青混凝土面層時，下面層的缺陷會反射到加鋪層上來；這些裂縫出現的時間取決於下層路面破壞的嚴重程度、使用的加鋪層材料、厚度和該地區的氣候狀況。
底層瀝青路面若有嚴重溫縮裂縫或是底層水泥混凝土路面的各類型裂縫和版塊間的接縫，都將反射到新瀝青混凝土加鋪層的表面出現；加鋪層越薄，出現的速度就越快；較耐久的解決方案是要消除反射裂紋的來源，有嚴重溫縮裂縫的舊瀝青路面最好用全深度再生工法做全面翻修， 在開裂的水泥路面加鋪瀝青層前應該進行裂縫封填版塊加固，甚至將混凝土完全打碎做為均質的粒質底層，以免加鋪在上的瀝青混凝土面層出現反射裂縫。
如果無法消除底層路面的開裂源，加鋪層材料的選擇和設計也可以降低反射裂紋的嚴重程度；在實驗室開裂測試中表現較好的瀝青混合料，加鋪在開裂的路面上時也會表現得相對好些，這類較耐用的瀝青混合料可使出現的裂縫不惡化成剝落和坑洞；以高分子聚合物改質的瀝青混合料屬於這類型的瀝青混合料。詳參作者另文「Why/What/How改質瀝青? 」、「新式改質瀝青規範解說」
疲勞裂紋，一般稱為龜裂(美國通常稱為鱷魚裂紋)，是車輪荷載下反復彎曲瀝青混凝土層會出現的開裂狀況，如圖6所示；當交通荷載超過路面結構的承載能力時，每次荷載產生的應力既使沒有超過材料的強度，反覆作用許多次就會發生疲勞開裂；此外，若是失去下部結構支撐、厚度不足、路面強度降低和施工方法不當(路面密度不足)都會使增大張應變導致疲勞開裂增加和路面壽命縮短。(近幾年對鋪面開裂深入探究的結果，對瀝青面層較厚的路面，發現與荷重相關的疲勞裂縫是由面層的表面開裂，且因開裂始於表面而讓水及異物滲入，裂縫擴展及傳佈速度更快，稱為「由上而下的鋪面開裂(Top Down Cracking)」))
通過保持適當的排水和進行維護工作以減少水滲入路面結構，可以極小化路面下部支撐的損失；保持路面基礎的完整性至關重要，尤其是在瀝青混凝土路面層相對較薄(小於等於10公分)的狀況。
瀝青混合料的特性也會影響疲勞開裂；在整個生命週期內瀝青混凝土路面必須承受數百萬次重複荷載，瀝青含量不足、瀝青膠泥過硬、施工時粒料析離和壓實度不足處，都會讓路面加速老化並導致路面疲勞壽命降低。
對出現疲勞開裂的瀝青路面進行俢復前，在工程設計階段應要有特別的考量，直接加鋪或草率地刨除加鋪，可能很快又再以反射裂縫的型式出現，如圖7所示；先評估既有路面的承載力，做為判斷刨多深及加鋪多厚的依據，亦或是只要封縫加鋪即可；重要的是要了解疲勞開裂的路面本質上是需要修復的失效路面，忽視現有路面的狀況會導致新加鋪層的使用壽命顯著縮短。
坑洞
坑洞可以說是明顯的施工品質問題，但是很難避免。新建道路時，底層材料的均勻性致關重要，像路面工程這種大範圍長距離的路基(床)、粒質底層施工，出現局部缺陷的概率比前述任何破壞源都大。
國外文獻指定的道路基底層材料要求，與在最佳含水量滾壓得到相對最大密度，如圖8所示，以廠拌調製最佳含水量的底層材料，再用鋪裝機鋪築級配底層，甚至用冷拌瀝青(水泥)混合料做為底層，提升強度外也消除可能出現的局部缺陷，在國內較少實施。
國內習慣在底層施工現場撒過量的水，若是底層材料的細料過多，則滾壓時常擠出泥漿，許多完成面出現局部的泥漿坑，都是局部的底層缺陷而常被忽略，在鋪成瀝青混凝土面層後局部沈陷，若遇下雨就成為積水點也就是潛在的坑洞點。以往新建的縣鄉道，尤其是瀝青面層設計小於10公分的路段，都有出現許多坑洞的經驗，未出現坑洞前的雨後積水是重要的前兆。
既使瀝青混凝土很厚的路面，底層缺陷的影響變小，但若面層瀝青混凝土施工時有局部缺陷，例如經常發生的材料析離(詳參作者另文「瀝青路面施工鋪築時的析離現象」)，也就是局部出現不均質(粗細粒料集中在某個點位或是有污染物)，則經滾壓無法密實而成為局部弱點，在交通荷重下出現局部凹陷及/或開裂，伴隨後續的水及空氣的作用，使路面出現坑洞，如圖9所示。
圖9坑洞形成機理論述的凍融循環在台灣的氣候條件中較少出現，但乾溼循環作用的效果相同，平常沒有注意到的路面局部裂紋或沉陷，在下雨過後的路面上較清晰可見，經風吹日曬雨淋慢慢惡化，終於在一場大雨過後出現「路面坑坑洞洞」。
結論
本文整理瀝青路面常出現的破壞及成因，總結如圖10所示。
無論是在規劃設計、施工、及維修翻新的哪個階段，瞭解路面破壞至關重要，期待專業的路面工程人員努力以工程技術面對鋪面破壞問題，以期提高路面維修養護績效。
後記
2024年6月作者邀請美國瀝青科技中心主任Dr. Randy West來臺進行技術交流，發表三場主題演講，介紹瀝青混凝土近20年來的新技術與成果，敬請讀者參閱：
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