舊瀝青路面刨除料的最佳管理實務

「刨除料(RAP)的品質變異很大,所以添加RAP的熱拌再生瀝青混凝土的品質變異也很大」是養路單位限用再生瀝青及/或不願意提高RAP添加量的重要原因;美國國家瀝青研究中心(NCAT)的研究報告指出這個觀念是鋪面工程師普遍存有的錯誤印象,工程實務已證實,在良好的堆置篩分破碎作業下,RAP的粒料級配比新生粒料的更均勻且穩定。本文整理NCAT提出的「舊瀝青路面刨除料的最佳管理實務」,期待國內熱拌廠能確實執行適當的RAP管理,以便能有效率地應用並確保最大經濟效益及最佳的再生瀝青品質。


前言

再生瀝青的兩大原則:(1)含RAP的瀝青混合料應與全新混合料的要求相同;(2)含RAP的瀝青混合料應與全新混合料有相同的鋪面成效;這兩個原則可以簡稱為「要求相同成效不減」。大約是在2010年針對合計共18個美國州及加拿大省的鋪面做的長期鋪面成效(Long-Term Pavement Performance, LTPP)數據,顯示許多含RAP在30%甚至超過的鋪面品質成效等同於不含RAP的鋪面[3]。

在策略上,應將RAP再生後的品質要求等同一般全新面層材料,因為當前許多路面養護只有刨除重鋪面層,若因再生而品質降級不能用在面層,則市場太小與不能使用的差別不大。在學術理論與工程技術實務上,添加RAP的所謂「熱拌再生瀝青混凝土」品質等同甚至優於原生料。

一般都有「RAP的品質變異很大,所以採用高RAP含量的熱拌再生瀝青混凝土的品質變異也很大」直覺,其實在良好的堆置篩分破碎作業下,RAP的粒料級配比新生粒料更均勻且穩定。這樣的結論是由國際粒料研究中心(International Center for Aggregate Research)於1988年的研究中發現[1],2013年由美國瀝青科技中心(National Center for Asphatl Technology, NCAT)的研究報告中證實[2, 3]。若考慮從單一高品質路面刨得的RAP來看,品質確實可能比新生粒料均勻一致,出乎意料的則是不同來源的RAP混合堆置篩分破碎處理,也可以得到均勻穩定的品質。針對這個重要「發現」,NCAT的研究人員整理「舊瀝青路面刨除料的最佳管理實務(Best Practices for RAP Management)」[3]以供熱拌廠採行,共同提升RAP的品質管理,以利提高RAP添加量,確保再生瀝青的經濟成本與環境效益。

路面刨除作業

近代瀝青路面的再生利用早在19世紀末,曾因石油瀝青興起而不受重視,直到20世紀70年代的能源危機才重獲重視,當時引發的許多新技術至今仍是瀝青工業界的主流,例如冷刨工法及方便加入刨除料的新式乾燥拌合鼓;然而到了90年代,石油價格趨緩,瀝青再生也不再迫切,延續到2008年石油價格再漲,又再度燃起再生瀝青的研究專案。(詳參作者另文「從再生劑的研究反思提高刨除料添加量的驅動力」)

自冷刨工法成熟,如圖1所示的路面刨除作業已成為現代路面養護的日常,舊路面刨除後再加鋪,不僅是可「逐一車道逐一小段」修復路面平坦度的高效率養護工法,也因將破壞層移除而免除其對後續加鋪層的影響,更因維持路面原設計高程,使得跨越橋淨距、橋面設計靜荷重、及路邊設施功能(護欄高及排水坡度)不因鋪設新鋪面層而受到影響;但也使路面養護工程產出的「廢料」從熱拌廠NG料、路面挖除塊、和工地被退料,轉變成占最大宗的刨除料;冷刨工法與再生工法相輔相成,普遍採用再生工法使得刨除料有適當的出路而使刨除舊路面成為養護路面的日常,產出愈多刨除又反過來促進再生工法。

圖1、路面刨除作業已成為現代路面養謢的日常

舊路面刨除料(RAP)的品質管理由路面刨除作業開始,本項作業的管理重點包括刨除深度、刨路過程、粒料破碎狀況、特殊刨路作業、挖除塊、和製程中廢料等分述如下:

  1. 刨除深度:一般是用目視或藉由鑽心試體判斷路面顯現的破壞表徵影響有多深,再加上工法技術實務和養護經費許可,由養路單位綜合考量後決定刨除深度。鑽心的原則是公路每車道英哩至少一處,市區街道則每車道每街廓一處,搭配檢視不同車道的鋪築斷面資料也很重要,有些道路有拓寬歷程而在不同車道展現不同的破壞狀況。如圖2所示鑽心試體,左側是由上往下的開裂,右側則有明顯的水侵害剝脫。
  2. 檢視刨路過程:仔細檢視刨路時是否出現底層土、纖維布、或其它碎屑雜物,特別是在刨深或刨路肩時,含有這些雜物的刨除料應另行處理;若需量化RAP中的雜物量則應採與原生粒料相同的要求:<1%。刨除面經清掃後不可留有「結痂」(如圖3所示,留在表面黏結不堅實的不均勻薄層塊狀物),在出現結痂時應約略調整刨路深度來因應,若結痂物沒有清除,加鋪層的成效將嚴重打折很可能因黏結不良而提早破壞。刨除面應展現紋理一致,像圖3就展示不一致的刨後紋理。刨路機的局部刨齒磨損引發的刨後表面不一致,會影響薄加鋪層局部壓實缺陷,且若在加鋪前開放通行則對機車有行車安全顧慮,有些單位會規定刨後表面紋理要求,例如最大凹凸差0.5英吋(13mm)。
  3. 刨除過程中的粒料破碎狀況:刨路機用大量的能量以大約200rpm轉動刨路滾,其上的刨齒撞擊路面撕開膠漿與粒料顆粒,也撞碎部份粒料顆粒,使得刨除料的粒料級配變得比原來舊路面中的細些;以往會先用鑽心試體切出與預計刨路同厚度的部份,烘鬆軟後以溶劑分離法求得的粒料級配,用適當「級配降級修正係數」來估算得刨除料的級配,但此種方法現在看來是不可靠的,因為刨路過程到底產生多大「級配降級」,受到原粒料的硬度脆性、瀝青勁度、刨路機速度能量、刨除深度、刨齒狀況、氣溫等等,太多變數的影響。
  4. 特殊刨路作業:有些養路單位會要求只刨除較薄的表層,例如鋪面只有功能性開放級配摩擦層(OGFC)表層鬆散剝落,不須要刨除其下完好的承載層,又或是原設計的特殊摩耗層(橡膠瀝青、改質瀝青等搭配高品質的粒料)須刨除且又允許再生利用,而這些特殊材料再利用的價值較高,用分層刨除較划算時,會有所謂的「細刨(Fine Milling)」的需求,這時應更換刨路機的刨路滾,使用刨齒間距較小的所謂細刨路滾,以細刨作業來符合需求。圖4為一般刨路滾與細刨刨路滾的比較圖。
  5. 路面挖除塊:一般混有底層雜物(土)且破碎處理較麻煩,縱使處理也應做為路肩或其它用途,因雜物或底層土超過1%的規定,這個原則與對原生粒料的要求相同。
  6. 製程中的NG料或被拒收料:應分類,對沒有混入雜物的廢料,可以納入後續混合處理不同來源的刨除料。



圖2、決定刨路深度採用鑽心試體例(左:由上往下的開裂,右:有明顯的水侵害剝脫)[3]



圖3、刨除面經清掃後留有「結痂」的照片[3]



圖4、一般刨路滾與細刨刨路滾的比較圖(圖源:Wirtgen America)


刨除料堆置與處理

刨除料堆置管理不當是引發品質疑慮造成養路單位不願意提高刨除料添加量的重要原因之一。本節說明如何適當地管理RAP及堆放、破碎、篩分的適當方法,適當的操作程序可降低RAP料的品質變異,確保高RAP含量瀝青混合料的品質。刨除料堆置與處理的最佳實務列出刨除料盤查分析、刨除料處理前應否依料源分開堆置、篩分處理與破碎RAP、區分粗細與搬移作業、及考慮天候影響共五個重點。

一、刨除料盤查分析(Inventory Analysis):以一整年為期平均分攤RAP用量提升再生品質

搭配熱拌再生廠製程的刨除料盤查分析是刨除料管理的最基礎工作,也是針對個別熱拌再生廠務實地擬訂刨除料添加量目標的重要工作,因為以一整年為期平均分攤RAP用量,避免在RAP存量多時多用RAP,而在RAP存量少時少用RAP。RAP的盤查分析以下列四個步驟來完成:

  1. 盤查現存RAP堆置量及每年產出的RAP量;
  2. 概估每年各類混合料的生產量、類型別、及客戶;
  3. 求算可用的最大RAP量;
  4. 比對可用的RAP量與RAP需求量。

本文中的RAP含量是指RAP重量相對於總混合料重量的百分比,雖然在熱拌再生瀝青混合料的配比設計上,以「舊瀝青占比(Recycled Binder Ratio, RBR)」較具意義,故有些公路單位的規範也開始採用RBR,但針對本指引的目的,採用RAP含量比較恰當。詳參作者另文「再生瀝青混凝土的配比設計」以下用三個案例來說明刨除料的盤查分析:

案例一:某承商A估算拌合廠內已堆放約2萬噸RAP,且每年約收進3萬噸RAP;該熱拌廠每年生產約15萬噸HMA,其中10萬噸供公路單位,餘5萬噸供地方政府和住商客戶,但,該熱拌廠供地方政府及住商客戶的混合料配比,採用與公路單位相同的配比;生產的HMA有80%是表面層,公路單位規範目前只允許面層最多20%RAP,底層和聯結層放寬到30%RAP,承商A目前的策略是採用最高允許RAP含量。

  • 可用RAP噸數=20,000+30,000=50,000
  • 預估RAP需求噸數=150,000×0.8×0.2+150,000×0.2×0.3=33,000 (可用多出17,000噸)

因此,本案例承商A若要提高RAP用量,可有以下選擇:

  • 請求公路單位更改規範容納較高RAP含量;
  • 提高該拌合廠的年產量;
  • 在地方政府和住商用配比增加RAP用量。 

若承商A不做任何改變,該拌合廠會多出許多RAP以致產生RAP堆置問題。

案例二:某承商B估算拌合廠內已堆放約1萬噸RAP,且每年約收進2.5萬噸RAP;該熱拌廠每年生產約20萬噸HMA,其中有80%是表面層,20%不是面層,其中的12萬噸供公路單位,其它供地方政府和住商客戶;目前該廠的公路單位配比用15%RAP,公路單位規範目前只允許面層最多20%RAP,底層和聯結層放寬到40%RAP;其它客戶沒有最高RAP含量的限制條款,但該廠的配比採用20%RAP。 

  • 可用RAP噸數=10,000+25,000=35,000 
  • 預估最大RAP需求噸數=120,000×[(0.8×0.2)+(0.2×0.4)]+80,000×0.2=34,000(可用多出1,000噸)

承商B的盤查分析結果是RAP供需大約平衡,若想提高RAP含量則應提昇RAP的進料量,否則可能會有RAP不夠用的狀況出現。 

 案例三:某承商C估算拌合廠內已堆放約6萬噸RAP,且每年約收進4萬噸RAP;最近換掉舊廠改裝設產量較大的新廠完成,預估年產量將從原17萬噸增加到約20萬噸,原舊廠只可添加15%RAP, 新設的廠將可添加最高50%RAP,以往每年供給地方市政道路約3萬噸,住商用約3萬噸,供給公路單位11萬噸,預估未來這三種客戶都會各增加1萬噸;最近公路單位及市政單位把規範允許的RAP含量提高到面層30%、底層聯結層40%,住商用部份一般沒有相關限制RAP的條款,整體而言,公路單位及市政單位的面層占總混合料的80%,但住商用部份面層及底層各占50%。

  • 可用RAP噸數=60,000+40,000=100,000
  • 預估RAP需求噸數 
市政 =40,000×[(0.8×0.3)+(0.2×0.4)]=12,800
住商用 =40,000×0.5=20,000
公路單位  =120,000×[(0.8×0.3)+(0.2×0.4)]=38,400
合計噸數=100,000+12,800+20,000+38,400=71,200可用多出28,000噸)

由承商C的盤查分析結果可知採用最高允許RAP用量生產,第一年可有足夠的RAP,但第二年可能就會有缺RAP的狀況。若承商C認為每年進4萬噸RAP較合理,不須增加RAP進廠數量,則按計算也許應該採用平均25%RAP含量來生產,這樣的話,每年耗用5萬噸RAP,則可穩定運作六年。   

不管是哪一種狀況,只要是RAP的供應有一定程度的限制,保持生產時一致的RAP含量對品質較佳,不要在RAP存量多時多用RAP,而在RAP存量少時少用RAP。例如某承商堆置有4萬噸RAP而預計年產20萬噸HMA,那麼應以4萬/20萬,也就是20%RAP含量生產最好,若是用40%RAP生產則有RAP短缺的風險,則有可能會要生產比20%RAP低的混合料,遇到競爭時則又可能會要用更高RAP含量的混合料,採用高RAP含量又可能要付出更多材料檢驗、RAP處理、工廠機具調整及維護等成本。

二、刨除料處理前應否依料源分開堆置

20世紀80年代熱拌再生發展正盛時,有不少公路單位採用「鋪面再生一貫作業」,設計單位對要維修的舊鋪面進行完整的路面破壞調查,除了決定刨除深度及加鋪厚度外,也將即將刨除舊路面的瀝青含量和粒料級配,公告在招標文件內;投標廠商據以估算成本據以投標,若得標則親自舊路面取樣試驗並以取得試樣進行配比設計送審,核定通過後即可開工刨路,運回熱拌廠依照配比拌製成再生瀝青混合料,依據加鋪厚度鋪回路面,作業流程及品質檢測系統如圖5所示。作者在1998年替工程會執行的「熱拌再生瀝青混凝土品質驗證」[4]也引用這個系統供參照。


圖5、熱拌再生瀝青鋪面一貫作業品質管理系統示意圖[4]

若是公路單位採用圖5的品質管理系統,則必需使用指定的RAP,算是指定核可料源且不允許另外補充其它來源的RAP,這種特別的狀況下,RAP算是依料源分開堆置;但因RAP不可能100%用回原路面,幾個再生專案執行下來,不同RAP料源分開堆置的要求常因拌合廠能堆置的場地受限而不容易執行。因此,務實地來看,刨除料處理前應否依料源分開堆置? 應考量以下各點:

  1. 公路單位或地方政府是否允許不同來源的RAP用到他們的HMA中;
  2. 公路單位或地方政府有否要求庫存RAP量抑或允許自行補充存量;
  3. 拌合廠內能堆放及處理RAP的空間大小;
  4. 拌合廠預計生產混合料中的目標RAP含量;
  5. 單一專案的RAP進廠量。

有些單位只允許添加它們自已的RAP,這類可知料源及成份的RAP稱作「分類RAP」,大部份單位允許RAP來自不同料源也就是「未分類RAP」,而可以將不同來源的RAP混合堆置,再經處理成單一均勻的RAP,大部份單位允許這樣處理,而規定RAP與新粒料混合後的粒料級配和粒料特性需符合超級鋪面的相關規定,混合料符合體積特徵的相關規定,在這種狀況下,多重來源RAP的堆置與處理實務就相當重要。其實在實驗檢測成本與效率來看,將多重來源的RAP混合堆置,經處理成單一均勻RAP,再以該單一均勻RAP來執行相關檢測和試驗及配比設計較有效率,單為某一來源的RAP做這些不算簡單的檢測工作顯然不划算。不同料源的刨除料雖可混合堆置處理,但不可以像圖6照片中這樣混入雜物(底層土、挖除塊),這種基本要求與一般原生粒料相同。

圖6、刨除料不應混入雜物、底層土和挖除塊[3]


已有部份廠商發展出一套持續補充不同來源混合堆置且處理成長期維持穩定一致的RAP粒料級配和瀝青含量的「單一RAP料源」。判斷堆置與處理的RAP品質是否穩定均勻需要執行不少常規檢測試驗及分析工作來記錄RAP的品質變異。

三、篩分處理與破碎RAP

在指定料源的鋪面再生一貫作業的狀況,從舊路面刨回的RAP可直接餵入拌製再生瀝青,不必經過篩分破碎處理,甚至認為再經破碎將產出更多細料,尤其是使RAP中的過#200粒料(粉塵)過多而不利再生。經多年的實務操作,指定料源一貫作業是難得的特例,大部份拌合廠必需混合堆置刨除料,而篩分破碎處理也成為均一品質的必要程序。NCAT的研究認為RAP篩分及破碎處理的基本目的為:

  1. 將從不同來源收集來的RAP轉變成品質均勻的RAP;
  2. 將RAP黏結團塊打碎分開成可與新粒料加熱拌合均勻的顆粒;
  3. 降低RAP的標稱最大粒徑以便能用在標稱粒徑較小的面層混合料;
  4. 極小化額外過#200粒料(粉塵)的產出量。

將不同來源的RAP混合堆置處理成均一品質RAP的關鍵是,先適當混拌再餵入篩分破碎處理;要使用推土機和挖土機之類的機具來進行混拌,混拌後再餵入篩分破碎處理如圖7所示,這種程序可將來源變異「平均掉」。

圖7、先以推(挖)土機在混合堆置RAP料堆混拌後再餵入篩分破碎處理[3]

RAP餵入後應先進行震動篩分,篩分後再進入破碎機,以避免產出過多粉塵(過#200)量,也就是細的RAP不需破碎處理。圖8為移動式破碎機,配有震動篩分設備安裝在破碎機產線前端,只有通過設定篩的RAP料才會經破碎處理。有一些RAP處理設備是將RAP餵入後先導入破碎機,破碎後再經篩分並將未過篩的導回再破碎,這種作業程序有產出過多粉塵(過#200)量的風險。

圖8、破碎前置震動篩分機的移動式RAP篩分破碎處理設備[3]

大部份承商發現最好的RAP破碎機型式是水平軸衝擊破碎機(Horizontal-Shaft Impactors, HSIs)如圖9所示,也有採用特別為破碎RAP設計的滾或磨式破碎機。至於一般軋石採用的顎式或錐式等壓碎型破碎機用在氣溫較高或是溼度較高時,會因有較多的黏結塞料而影響效率,而鎚磨型則會產出過多細粉而較不適用。


圖9、水平軸衝擊破碎機(Horizontal-Shaft Impactors, HSIs)剖面圖

四、區分粗細與搬移作業

目前的最佳實務是將RAP篩分破碎後分成粗細二至三種料,一般區分篩為3/4”(19mm)、3/8”(9.5mm)、及3/16”(即#4,4.75mm),大部份狀況超過3/4”會再送回破碎機再破碎再篩分。將RAP區分粗細的主要好處是可以有數個品質穩定的RAP料,以方便進行各種不同的配比調製。如圖10、圖11所示。NCAT的研究報告建議熱拌廠方可以嚐試回答以下六個問題,若對下列六個問題都答”是”的廠,應該考慮將RAP區分粗細[3]:(作者註:台灣的狀況一般都會回”是”,這種區分粗細當然有助品質提升)

  1. 熱拌廠是否方便生產RAP添加量超過20%的再生瀝青而不會有污染變大產能變低的問題?
  2. 主要客戶是否允許RAP含量超過20%?
  3. 熱拌廠的RAP料是否過剩?
  4. 熱拌廠有否超過至少1萬平方英呎的堆RAP場地來堆放不同尺吋的RAP料?
  5. RAP含量超過20%的再生產品是否有VMA及/或過#200篩量不符規定的問題?
  6. 有否RAP料品質不易控制的問題?

圖10、RAP經篩分破碎後區分為三種的情況(右>3/4"、左<#4、後3/4"~#4)[3]



圖11、RAP經篩分破碎後區分為三種的情況(左>3/4"、中3/4"~#4、右<#4)[3]


經篩分處理過後的RAP料應儘早餵入生產再生瀝青混合料,搬動時應防止產生粒料析離,處理的原則與一般粒料的要求相同,儘量不要產生高的缷落、不要堆高超過12英呎(約3米),不要有重機具滾壓否則又黏結成塊,堆放場可以加蓋頂棚如圖所示來控制成水量。

五、考慮天候影響

含水量及溫度會影響RAP的篩分處理作業的效率,若溫度較高及/或含水量較大,RAP較易有黏固情形而在餵料處及破碎處出現堆積料、堵住篩網、細粉黏在輸送帶等狀況。此時,除了需要較多維修工作外,也影響處理後的RAP品質。因此,若可以選擇應避免在此種天候下處理刨除料。

NCAT的研究報告總結比較不同處理RAP作業的優缺點如表1所示。

表1、不同處理RAP作業的優缺點比較表[3]


刨除料的取樣與檢驗

執行適當的RAP取樣和試驗計畫,才能評估RAP料的品質均勻性,也才能獲得供配比設計使用的RAP性質。

一、RAP的品質變異

一般都有「RAP的品質變異很大,所以採用高RAP含量的熱拌再生瀝青混凝土的品質變異也很大」的錯誤觀念,其實在良好的堆置篩分破碎作業下,RAP的粒料級配比新生粒料的更均勻且穩定。有些處理後堆置的RAP看起來品質均勻性一點也不輸給新生粒料如圖12所示,這樣的結論是由國際粒料研究中心(International Center for Aggregate Research)於1988年的研究中發現,2013年由美國瀝青科技中心(National Center for Asphatl Technology, NCAT)的研究報告中證實。若考慮從單一高品質路面刨得的RAP,RAP的品質確實可能比新生粒料均勻一致,出乎意料的則是不同來源的RAP混合堆置篩分破碎處理處,也可以得到均勻穩定的品質。

圖12、經處理後堆置的刨除料展現均勻的品質[3]

二、取樣及試驗頻率

一般實務建議每1,000噸RAP至少取樣檢測一次,這種檢測頻率高過一般原生粒料。以至少10次試驗的數據來分析RAP的品質變異才會有統計意義。

三、取樣方法

在處理過即將餵入料倉的料堆取樣,不要在不同料堆取(不同料堆的變異應展現在整體品質變異),RAP料堆在放有一段時間後表面就不易用手工具插入,可以用裝載機協助取樣,這種取樣法是依AASHTO T2或ASTM D75-03 中第X1.2節的規定,步驟如下(搭配圖13) 

  1. 以裝載機鏟入應取樣的RAP料堆,鏟得一整斗RAP料;
  2. 將鏟得RAP缷在乾淨的平面上形成一代表性RAP取樣堆;
  3. 用裝載機的料鏟背將該取樣RAP堆攤平;
  4. 備妥取樣RAP堆供人取樣;
  5. 用平頭手工鏟取得代表性RAP;
  6. 在該攤平面的三個不同的點鏟得代表性RAP;
  7. 三個不同點的混合做為代表性RAP;
  8. 不要用不同RAP料堆混合成樣品來做檢驗,針對不同料堆重覆1~7取得樣品。

圖13、在刨除料堆取得代表性樣品的步驟[3]

四、檢驗項目與試驗方法

若取得的RAP試樣是為了要執行再生瀝青混合料的配比設計,則應執行下列試驗:

  1. RAP的瀝青含量;
  2. 瀝青分離後RAP的粒料級配試驗;
  3. 瀝青分離後RAP粒料的虛比重試驗;
  4. 瀝青分離後RAP粒料的共同特性試驗(扁平率、破裂面等);
  5. 分離回收RAP中的瀝青的性質試驗(設計高RAP含量配比時)。

考量鋪在路面的粒料來源原都符合規範,因此,除非有特殊要求,一般不必執行瀝青分離後RAP粒料的料源特性(洛杉磯磨損率、健性試驗)檢驗;有特殊要求時,例如某些再生瀝青混合料要用在高承載又耐磨耗的面層,有些單位會再要求也測RAP中粒料的磨損率,甚至檢測其它特別的耐磨性質。

NCAT的研究報告比較燃燒法、離心機溶劑分離、及回流溶劑分離三種試驗方法,其中二種溶劑分離法採用相同的溶劑(三氯乙烯),得到以下結論:

  1. 燃燒法得到的瀝青含量最正確而且變異也最小(正確使用校正係數則即準確又精密);
  2. 離心機溶劑分離法所得的粒料級配最正確(分離程序對粒料級配的影響量最小);
  3. 除了材質較軟的石灰岩粒料以外,以燃燒法所得的粒料求得的虛比重最接近原始粒料的虛比重;對軟弱石灰岩粒料,則以離心法溶劑分離後粒料求得的虛比重較接近原生粒料的虛比重;
  4. 對細粒料的含砂當量及稜角性來說,三種方法所得粒料的這兩種檢測值都與原生粒料的不同,彼此間也不一致,也沒有固定的偏離值;
  5. 以離心機溶劑分離法所得的粒料檢測得的洛杉磯磨損率值與原生粒料的值最接近。

對RAP的品質管理實務來說,最重要的品質特性是瀝青含量及粒料級配,目前採用燃燒法及溶劑分離法兩種,各有優缺點。燃燒法是較新的方法、不需使用溶劑而保護試驗人員健康,較迅速而自動化程度又較高,是目前最受歡迎的方法,方法標準列在AASHTO T308(或ASTM D607),主要的約束是因為高溫(約540)燃燒部份粒料而需有校正因子才能求得正確的瀝青含量,對原生瀝青混合料而言,可用以原生粒料拌得的已知瀝青含量試做試驗而求得適用的校正因子,但對RAP來說,無法獲知正確的瀝青含量,校正因子要寄望於地域性粒料的穩定料源,經探究後對該料源採用適當的校正因子。作者曾指導學生以有限的數據嚐試求得台灣不同地區的校正因子如圖14所示。


圖14、中華大學求得的燃燒法瀝青含量試驗地域性校正因子[5]

經燃燒法瀝青含量試驗後的殘留粒料進行篩分析或粒料特或試驗,可以用來代表RAP中粒料的相關品質特性。如果只是承商自行用來控制RAP的品質,校正因子可以由承商自行累積經驗,強化燃燒法具有的試驗人員健康、迅速及自動化的優點,但若要做為仲裁性(判斷是否驗收)試驗,則因校正因子的變異不算小,不少公路單位做法保留,建議還是回到普遍接受的溶劑分離法(AASHTO T164)。

用三氯乙烯或其它溶劑分離瀝青是數十年來相當成熟且普遍認同的檢測瀝青含量的方法,經溶劑分離後的殘留粒料也用來求得混合粒料的相關特性,但因溶劑對試驗人員健康及環境的潛在危害,近年來有儘量少用的趨勢;AASHTO T164允許採用危害較小的替代溶劑,但有溶解效率較差又或不能溶解某些改質劑的問題;因此,相關試驗方法及或其它創新的檢驗方式,仍待研究開發。

檢驗測得的RAP中粒料虛比重在配比設計程序中,主要是用來求算混合料的粒料間空隙,此部份詳參作者另文「再生瀝青混凝土的配比設計」。

圖15為NCAT報告建議的RAP材料的取樣及試驗流程。最好將所有的檢驗成果數據以試算表登錄,以便於數據分析如圖16所示。

圖15、RAP材料的取樣及試驗流程[3]


圖16、以試算表登錄分析RAP材料的檢測數據例[3]

執行刨除料的品質分析至少要依前述取樣試驗至少10個試樣,表2所示為判斷RAP品質變異大小的臨界值,表2中以標準差(圖16中的Std. Dev.)做為判斷依據,表中所謂中間篩(median sieve)是指過篩百分比最接近50%的篩號,一般狀況是在中間篩的過篩百分比的標準差會最大,以圖16中的試算表為例,該RAP材料的中間篩是2.36mm篩(#8),該分析例的中間篩的過篩百分比標準差為5.4%,些微超過表2中的臨界值,可判定該廠RAP處理的品質尚可。表2中的臨異值是從許多運作良好的RAP管理經驗數據求得,也有足夠的經驗顯示這些代表品質控制優良的界限值是務實且可達成的品管目標。

表2、NCAT報告建議判斷RAP品質變異大小的臨界值[3]

結論

本文整理NCAT研究報告中的「舊瀝青路面刨除料的最佳管理實務」,從路面刨除作業開始,除了依設計深度刨除且注意刨後表面及舊路面經刨破碎的狀況外,避免刨除料混雜物是首要重點,刨除料不得有底層土或其它雜物的要求,與對新生粒料的要求是一致的;以往常看到刨路作業時,在刨路機達不到的路邊協作挖除的人員將含底層土及雜物的挖除塊往刨路機前方路中堆置,意圖經由後續刨路順道帶走,省掉額外清理挖除塊及雜物的額外作業,似乎也將挖除堆處理成刨除料,看似聰明的作法但提高了RAP中雜物含量而有不能再利用的風險。

以年度為基準的刨除料盤查分析,是策略性的做法很值得國內拌合廠學習,雖然國內因公路單位限制再生瀝青的使用而普遍有刨除料超量堆置的問題,但做好策略性的盤查工作,可以免除配比設計及製程經常需要調整的困擾;至於文中所述的刨除料篩分破碎處理及區分為二至三種刨除料,國內應該有不少的經驗,重要的是混合RAP料源堆置後經穩定的篩分破碎處理可以得到穩定的RAP品質,是國內以往較少想到的觀念,本文介紹的品質管理方法,給國內拌合廠帶來信心將既有的方法再求完善,尤其是取樣試驗與分析的方法和品質判斷臨界值,可以用來務實地加以驗證。

國內因沒有擬定砂石規範(詳參作者另文「揭穿砂石製程的魔鬼細節—破碎比:影響碎石粒形的關鍵」),砂石料源與軋石製程的品質系統不夠完善,熱拌瀝青廠大都有砂石料源不穩定且粒料品質不受控的經驗,讀完本文應能同意「經完善管理的刨除料品質等同甚至優於從砂石廠買進來的原生粒料」,既然如此,何不加把勁管理好進廠的刨除料,仔細處理成穩定品質的刨除料,提升再生瀝青的品質。


參考文獻

  1. Estakhri, C., C. Spiegelman, B. Gajewski, G. Yang, andD.Little, “Recycled Hot-Mix Asphalt Concrete in Florida: A Variability Study, ICAR-401-1/98, International Center for Aggregates Research, Austin, TX, 1999.
  2. West, R., “Keys to Managing RAP Variability,” Better Roads, October 2009.
  3. Randy West, James Richard Willis, and Mihai Marasteanu, "Improved Mix Design, Evaluation, and Materials Management Practices for Hot Mix Asphalt with High Reclaimed Asphalt Pavement Content," NCHRP Report No. 752, Appendix D Best Practices for RAP Management, Transportation Research Board, Washington D. C., 2013.
  4. 邱垂德、黃浩昌、鄭紹正、陳兆鑫、林政璋,「熱拌再生瀝青混凝土品質驗證」,行政院公共工程委員會專案研究計畫,中華大學土木工程學系執行,民國87年7月。
  5. 邱垂德、張錦峰、陳兆鑫,以燃燒法控制再生瀝青混凝土品質之研究,https://www.docin.com/p-9060065.html

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