中華鋪面研究室

 鋪面保養工法介紹 圖資來源：[2] 鋪面養護和修復(Maintenance & Rehabilitation, M&R)依實施的時機區分為常規養護、定期養護、修復加鋪、及重建，如圖1所示。由圖可知鋪面狀況隨時間而退化，出現裂縫、鬆散、變形、抗洞等不同型式的破壞，若沒有做任何的養護工作，則因水、空氣、及異物再侵入，情況會惡化加劇，對交通量較大的鋪面則又加上車輪重覆輾壓的震動也隨平坦度差而擴增，因此退化的曲線變得更陡峭；若以新建完成的初始值到用路人無法接受的翻修重鋪門檻值的鋪面狀況退化量為100%，歷經的時間亦訂為100%，則依圖1可知，鋪面狀況從初始值退化40%需歷經75%時間，一般認為此時對幹線公路面言是最好的路面刨除重鋪的最好時機，若錯過這個時機點，則鋪面再退化40%只需花12%時間，此時必需執行的工作已經很接近翻修重鋪，需花的修復經費可能是路面刨除重鋪的四到五倍。鋪面保養概念可參「 路面養護預防(保養)重於治療(翻修重鋪 )」 圖1、一般公路鋪面績效曲線及不同時機的養護策略 鋪面狀況退化未達40%以前執行的養護工作是預防性的，故又稱為鋪面保養(Pavement Preservation)。美國聯邦公路總署(FHWA)認定以下的養護工作為「保養(preservation)」：[4] 裂縫封填(Crack sealing)，如圖2所示 坑洞修補(Patching) 薄霧封層(Fog seals)，如圖3所示 噴撒再生劑(Rejuvenation) 砂封層(Sand seal) 碎石封層(Chip seal)，如圖4所示 混拌泥漿封層(Slurry seal)，如圖5所示 加蓋封層(Cape seal)，如圖6所示 微鋪面(Micro-surfacing)，如圖7所示 薄層加鋪(Thin-lift overlay) 超薄加鋪(Ultra-thin overlay) 圖2、裂縫封／填情資圖 圖3、薄霧封層情資圖 圖4、碎石封層情資圖 圖5、混拌泥漿封層情資圖 圖6、微鋪面情資圖 圖7、加蓋封情資圖 碎石封層(Chip Seal)與早期的灌入式瀝青路面類似，先撒一層熱瀝青後馬上播撒碎石，再用膠輪壓路機滾壓黏固後掃除多餘碎粒。 早在1930年代德國就有用細粒料、乳化瀝青、和水拌成混合泥漿鋪在路面上的工法。這種新式的保養路面的工法就是混合泥漿工法的起源。往後

路面養護預防(保養)重於治療(翻修重鋪) 在美國路面工程界認識厚的瀝青路面「 由上而下開裂 」及「 長壽鋪面設計 」觀念後，進一步確認了經常性的鋪面保養(Pavement Preservation)才是真正低成本高服務成效的路面養護策略，也與深植人心的「預防(保養)重於治療(翻修重鋪)」相契合。詳參中華鋪面研究室發文「路面養護預防(保養)重於治療(翻修重鋪)」。 圖1、以成效曲線展示的路面保養概念圖[1]   自公路鋪面建成開放通車起算，在沒有任何養護的條件下，一開始很少出現破損，路面保持相對良好的狀態，但隨著年齡的增長，每次破損都會產生更多的破損，路面惡化的速度越來越快，從而更容易發生後續的破損， 例如，一旦出現裂縫，水就更容易 (1) 滲入 HMA 層和 (2) 滲透並削弱路基；直到用路人無法忍受啟動翻修重鋪，這種翻修重鋪有時深及底層，需要較高的經費，且常因深層結構性遭破壞，一般較難恢復至原來的鋪面服務水準，如圖2所示。 圖2、一般公路鋪面的退化曲線及翻修重鋪成效示意圖[2] 鋪面狀況從「良好」退化至需要啟動翻修重鋪的時間為計算基準(100%)；大部份交通量大的幹線公路的鋪面績效曲線如圖2所示，因狀況好(平坦度)好的路面受車輛輾壓產生的震動較小，因此，鋪面狀況從「良好」退化40%歷經75%的時間，而後60%的退化則因車輛輾壓震動愈大破壞也增大，故只需25%時間；一般交通量高的幹線公路路面會在退化40%時進行表面層刨除重鋪的養護工作以維持鋪面成效，也避免鋪面狀況惡化至需要翻修重鋪，要花更多的翻修重鋪經費。 圖3、一般交通量大的幹線公路路面的養護與績效曲線示意圖[2] 鋪面保養(Pavement Preservation)則更主動些，在鋪面狀況從「良好」退化20%時就採取適當的鋪面養護工作，此時路面狀況還處在「良好」的範圍，但已出些開裂和些微的變形或鬆脫，若能用適當的工法封住裂縫、補足黏結料、及回復平坦度，則可以用更少經費維持路面的服務成效，如圖4所示，這種狀況在美國路面工程界認識到厚的瀝青路面的「 由上而下的鋪面開裂 」及「 長壽鋪面設計 」後，更有說服力。這種有別於以往的預防性路面養護觀念稱為鋪面保養，採用的工法則是以往普遍用在低交通量公路的冷拌類材料工法，例如薄霧封層、泥漿封層、表面處理、非結構性（薄加鋪層）。 圖4、交通量大的幹線公路鋪面保養概念示意圖[2]

 廢輪胎橡膠使石膠泥瀝青混合料成為環保材料 源於歐洲以粗粒料架構搭配瀝青膠漿的SMA，經實證是抗車轍變形且又耐久的優質瀝青混凝土，於上世紀末引入美國並大量用在高交通承載的路面；主要是需要較高品質的粗粒料、添加聚合物或纖維、及較高含量的瀝青及礦物填料，成本約比傳統熱拌瀝青混凝土高20%；源於亞利桑納州的橡膠瀝青越級配(ARGG)與SMA同樣採用越級配設計，以大量橡膠青與細粒料組成的膠漿填滿粗粒料間的空隙，不需添加聚合物或纖維，也不需過多礦物填縫料，成本相近實證成效也與SMA相當。採用ARGG則比SMA更環保。(有關ARGG可參作者另文「 橡膠碰觸公路之處 」) 圖1、ARGG與傳統HMA的比較 石膠泥瀝青混凝土(Stone Matrix Asphalt，簡稱SMA)是各國風行的優質鋪面表層材料，源於歐洲稱為Stone Mastic Asphalt並大量採用，不同於以往慣用細料料過半之密級配，SMA採用大量粗骨材及許多填縫料，通過#4、#8、及#200號篩的百分比，大約分別為30、20、及10，故在SMA級配設計上有所謂「30/20/10原則」；美國鋪面工程界詳細探究後，將中間的「Mastic」一字改為「Matrix」，以強調「由石材組成堅強構架」之主要重點；中國大陸的學者也針對SMA相較於傳統密級配，有粗粒料多、瀝青用量多、填縫料用量多、而砂用量少，稱SMA有「三多一少」之特性；國內由中華鋪面工程學會引進，採用「石膠泥瀝青混凝土」一詞。詳參作者另文「 SMA: 越級配瀝青混合料 」「 瀝青混凝土類別與設計粒料結構 」。 彙整SMA在國內推動的狀況，發現在材料的供應上，有粗骨材粒形較差、填縫料的品質不確認、改質瀝青偶有儲存均勻性顧慮、纖維材料則有市場混亂品質認定不易等困擾；最近幾年在快速道路鋪築的橡膠瀝青越級配面層的成效良好(詳參作者另文： 廢輪胎鋪路台灣比美加州 )，施工及品質控制的回饋是要加強控制混合粒料的過#4篩量，若過高則有趨近密級配不穩定的風險，儘量壓低過#4篩量，如圖1所示，是確保粒料架構的重要手段。 2006 年，位於美國芝加哥的「S.T.A.T.E. 測試」為伊利諾伊州首個使用工廠化橡膠瀝青的示範項目提供材料配比設計，該公司的成名作品是號稱「 最強十字路口瀝青路面 」設計的鋼爐石SMA面層的成效優異，促成在伊利諾公路局（IDOT）管轄的芝加哥地區需承載高

 美國明尼蘇達州公路局的年度鋪面狀況報告 圖1、2020鋪面狀況年度報告封面（圖源： MnDOT ） 鋪面管理系統(Pavement Management System, PMS)的定義「指一套供不同管理階層用以決定最佳策略及維護不同鋪面適當服務性的系統，也就是以最佳化和最經濟的原則下，將鋪面養護和修復的各種工作有系統地排定時程順序的一套方法」。美國許多州公路局都已建制有完善的鋪面管理系統，本文藉由 明尼蘇達州公路局(MnDOT)的年度鋪面狀況報告 ，略窺PMS的實際執行概況。PMS之概念可參「 鋪面管理系統之過去、現在、與未來 」。 MnDOT掌管的主幹道路網(Trunk Highway System)，由不同齡期與成效的瀝青、水泥、及複合路面組成，2020年合計總哩程數約12,000英哩，其中12.7%為州際公路(Interstate)系統、40.6為其它國家公路(National Highway)系統、其它46.7%為非國道(Non-National Highway)系統。鋪面管理部門依規定每年對主幹道雙向車道的外車道量測平坦度、鋪面狀況及數位影像，換算成不同的成效量測值。採用的道路檢測車如圖2所示。該車裝有二部數位攝影機、一向右側拍攝路權，一正向前拍攝路面，尾端裝有3D雷射/相機紀錄鋪面破壞狀況，前保險桿處有雷射量平坦度量測及車轍量轍設備。檢測車擷取的數據，主要計算「行駛品質指標(Ride Quality Index, RQI)」及「路面狀況評分(Surface Rating, SR)」，輸入MnDOT的鋪面管理系統，則可預估「剩餘壽年(Remaining Service Life, RSL)」，除分析輸出整體路網的成效目標達成狀況，也提供做未來道路養護修復決策。 圖２、MnDOT採用的道路檢測車及 軟硬體設備說明 RQI直譯為「行駛品質指標(Ride Quality Index)」，是指坐在車內行駛於道路上的舒適程度，主要關鍵在於路面的平坦度(smoothness)；平坦度量測「車輪路徑上的斜率變異」實際上是指偏離平坦的程度，路面工程界較常用的平坦度英文字彙為roughness(糙度)，不同的量測方法已可經由標準的數學模型換算成國際糙度指數(International Roughness Index, IRI)，代表標準懸吊系統車輪行駛於受測路面每單位距離

 鋪面管理系統之過去、現在、與未來 邱垂德譯自 Fred Finn, Pavement Management System—Past, Present, and Future, Public Roads, Vol 62, July/August, 1998 鋪面管理系統的過去 提到鋪面管理的起源，可能只是在大約30至40年前的某個時期、某個地點的某位工程師，在欲決定養護公路的優先順序時，認為有瞭解及量測各段路面狀況的必要，而開始進行這種在當時可能只以某種形式的卡片逐一登錄各路面的位址、沿線狀況、目前堪用情形等的一系列工作；又或許可以一路回溯至約2,000年前的古羅馬帝國，工程師為維持帝國公路通暢，所進行的各種努力；我們可能很難確定人類究竟由何時開始科學化、有系統地管理鋪面路網，身負煩重工作的鋪面工程師，許多人根本沒有興趣，事實上也沒有必要去追究歷史起源，但絕對有必要瞭解並體認鋪面管理的目的、欲達成此目的的方法、及如何說服上級管理階層去接受「建構並執行鋪面管理系統將使一般用路大眾獲得最大的利益」這樣的一個重要觀念。 在1980年分別於亞利桑納州鳳凰城及北卡羅萊納州夏樂市召開的美國首次全國性的鋪面管理研討會上，鋪面管理的目的才開始被明確的記載，當時這兩個研討會總共聚集172位有興趣深入探究鋪面管理及鋪面管理系統(Pavement Management System，簡稱為PMS)的工程師和科學家，當時定義的研討會目的為「為更有效率地管理鋪面，應探討並擬定聯邦及各州公路單位進行的各項短程及長程計畫」。當時只有5個州(亞利桑納州、加州、愛達荷州、猶它州、及華盛頓州)，據報已在個別的公路路段開始發展系統性的鋪面管理方法，尤其是猶它州，在Dale Peterson的領導下，最早於1977年發表名為「良好的道路花費最少(Good Roads Cost Less)」的文章，闡述了鋪面管理的觀念，該篇文章以「早做晚做都是要做」的觀點，說明「適時的養護路面將節省許多的養護費用」。到現在，美國所有的50個州，外加哥倫比亞特區及波多黎各，都已有某種形式的鋪面管理方案在執行或發展中。 由鋪面管理內涵的各種觀念來看，鋪面管理系統應算是起源於1956年至1960年間進行的AASHO道路試驗，當時負責執行道路試驗的工程師認為有必要以某種方式來評估鋪面的使用成效(Pavement Performan

 美國輪胎製造商協會提出廢輪胎橡膠改質瀝青知識現況報告 譯自：  STATE OF KNOWLEDGE REPORT ON RUBBER MODIFIED ASPHALT 「廢輪胎橡膠改質瀝青可否既協助處理廢輪胎資源問題又提昇鋪面成效與永續，進而可用有限的經費鋪更多道路?」答案是肯定的，廢輪胎橡膠改質瀝青是當前重建美國公路的永續方案，同時也是廢輪胎循環經濟的重要市場。 美國輪胎製造商協會(USTMA)委託密蘇里大學的運輸創意中心，結合非營利的永續運輸創意創新技術平台(The Ray)於2021年7月23日的網路研討會(Webinar)發表「廢輪胎橡膠改質瀝青的知識現況(State of Knowledge)報告」由該計畫主持人Buttlar教授回答關鍵問題「廢輪胎橡膠改質瀝青可否既協助處理廢輪胎資源問題又提昇鋪面成效與永續，進而可用有限的經費鋪更多道路?」根據該報告說明答案是肯定的，廢輪胎橡膠改質瀝青是當前重建美國公路的永續方案，同時也是廢輪胎循環經濟的重要市場。建議進行更多的研究以確保該項技術對環境衝擊和效益的更深入廣泛的瞭解。 執行摘要 美國年產近3億條廢輪胎； 將廢輪胎切割磨粉造粒獲得的橡膠粉粒有多種物質再利用方式，其中效益最高的方式是做為鋪路瀝青的改質劑，用於生產橡膠改質瀝青(Rubber Modified Asphalt, RMA)與適當的粒料拌合後鋪在公路路面上。 自1960年代開始，RMA 就已在美國路面工程界使用，儘管成效良好，但一直未擴大被市場廣泛應用。因此，關於 RMA 的關鍵問題是「廢輪胎橡膠改質瀝青可否既協助處理廢輪胎資源問題又提昇鋪面成效與永續，進而可用有限的經費鋪更多道路?」（關於美國的廢輪胎資源概況可參「 美國製胎協會公布的廢輪胎回收再利用數據 」） 美國製胎協會(USTMA)委託密蘇里大學的運輸創意中心結合非營利的永續運輸創意創新技術平台(The Ray)於2021年7月23日的網路研討會(Webinar)發表「廢輪胎橡膠改質瀝青的知識現況(State of Knowledge, SOK)報告」對 RMA進行廣泛的文獻整理，包括歷史發展和使用、生產製程方式、實際路面使用成效、經濟性、安全性、舒適度、環境影響和永續性，同時評估疑難議題、欠缺處和推廣障礙，也提出對RMA未來研究和投資的建議。 該研究整理回溯至1960年代RMA發展初期以來

智慧鋪築：鋪裝機安裝熱顯像(PMTP) 此項設備應用熱紅外線溫度量測技術，直接量測在鋪裝機後的鋪築層面寬上的縱向熱分佈；該項設備具有的顯示器可讓現場操作員查看路面表面溫度等值線圖，並自動存儲和保存數據以供日後查看。此項技術的實務標準規範已列在AASHTO PP80-20 (2021)，該標準實務主要用在瀝青路面鋪築施工品質控制。 圖源： 網路照片 瀝青路面施工時鋪築面的析離是影響施工品質(壓密度)的主因，德州運輸研究院(Texas Transportation Institute, TTI)經該州公路局的研究支助，開發量測鋪築面溫度的設備，安裝在鋪裝機後，如圖1所示，該系統稱為Pave-IR[3, 4]，由裝有超過10個熱紅外線感測器的橫桿組成，該橫桿可安裝在鋪裝機後方，以鋪裝機的行進距離驅動每2英吋量測鋪面溫度，並以微處理器整合所有感測器測得溫度值顯示在所附的螢幕上，實時顯示鋪築面的溫度影像。應用此種實時熱顯像，施工團隊可以針對鋪築面出現溫度析離處，即時增加滾壓次數，消除溫度析離對完成路面成效的影響。 圖1、由德州運輸研究院開發的Pave-IR[3, 4] 由於熱紅外線感測器的橫桿較粗獷且需搭配裝配在鋪裝機輪軸的測距器驅動整合溫度量測，基於該設備證實了消除溫度析離的有效性，很快地改用較精細的設備取代，也就是熱紅外線溫度掃瞄儀搭配衛星定位系統的組合，如圖2所示。 圖2、以熱紅外線溫度掃瞄儀搭配衛星定位系統實時量測鋪築面溫度[4] AASHTO PP80-20說明PMTP是應用熱紅外線溫度量測技術，直接量測在鋪裝機後的鋪築層面寬上的縱向熱分佈；該項設備具有的顯示器可讓現場操作員查看路面表面溫度等值線圖，並自動存儲和保存數據以供日後查看。本標準實務主要用在施工品質控制。 安裝在鋪裝機後上方的熱顯像儀(Paver Mounted Thermal Profiling, PMTP)，持續量測並且紀錄鋪築寬的鋪面溫度；由於鋪築面的溫度差異代表混合料的均勻度，也就是析離程度；以PMTP控制降低鋪築面的溫度析離，再搭配智慧滾壓(Intelligent Compaction, IC)可以有效提昇鋪築滾壓瀝青路面的品質。詳參作者另文「 瀝青路面鋪築新技術：智慧滾壓 」 圖3、 列在智能施工網頁上的PMTP情資圖 參考文獻 AASHTO PP80-20 (2021) Standard P

 瀝青路面鋪築新技術：智慧滾壓 智慧滾壓(Intelligent Compaction, IC)的主要創新亮點是以資通訊科技將路面滾壓歷程完整紀錄，經由在壓路機裝配先進資通訊裝置，使得施工方及業主得以在滾壓進行中實時量測紀錄材料的性質、視覺化跟監鋪築面的滾壓型態與次數、並將所有數據同步傳至雲端備查。 壓路機安裝的智慧滾壓系統(Intelligent Compaction, IC)組成(圖源：參考文獻[4]) 結合遙測(Remote Sensing)、衛星地位(Global Positioning System)、及地理資訊(Geographic Information System)的3S系統提供的所謂定位服務(Location Based Service, LBS)，在歐洲和日本應用在營建施工已有多年經驗，其中的智慧滾壓(Intelligent Compaction, IC)技術，如圖1所示的智慧滾壓，是指將感測技術應用在道路施工時的滾壓程序中，實時處理受壓面的回應數據來加強滾壓的步驟以期控制壓實度，其中的智慧滾壓量測值(Intelligent Compaction Measurement Values, ICMV)是可以代表受壓層勁度的指標。 圖1、智慧滾壓組成[4] 在面層瀝青混凝土施工時，除了平坦度外，壓密度是路面鋪築施工的最重要控制項目，鋪平滾壓後得到的路面材料密度(空隙率)直接與瀝青路面的耐久性相關；影響鋪築滾壓後瀝青路面密度的因素計有材料架構特性(標稱最大粒徑與鋪築厚度比)、鋪築滾壓機俱(材料轉運車、鋪裝機、勻泥鈑有否震動、壓路機大小、壓路機型式、壓路機震動模式、滾壓型式與次數)、及環境因素(氣溫、路面溫)等，因此，達到壓密度要求一直都是施工團隊的主要挑戰。 有相關研究指出路面破壞歸因於材料不良的百分比只有21%，大都是施工因素；現行檢測瀝青路面壓密度的主要方法是在完成的路面取鑽心試體，如圖2所示，在實驗室測得鑽心試體的密度來代表完成路面的壓密度；由於依隨機抽樣的統計原理，鑽心抽樣點位及取樣數常造成困擾，對完成面的破壞，加上抽樣檢驗這些已出熱拌廠並且鋪到路上的材料，其實為時已晚無法控制品質，要控制品質要針對生產過程去修正，而不是靠對成品抽樣檢驗。若能在瀝青路面鋪築施工時採用智慧滾壓系統，則顯然比「後知後覺」又破壞路面的鑽心取樣好太多。 圖2、傳統以路面

 瀝青4.0 (Asphalt 4.0) 工業4.0是這幾年很夯的詞，有「瀝青4.0」嗎? 在谷歌以「Asphalt 4.0」搜尋，可看到歐洲瀝青鋪面協會(European Asphalt Pavement Association, EAPA)及歐洲瀝青協會(Eurobitume)說明工業4.0的概念植入瀝青業，就是「瀝青4.0 (Asphalt 4.0)」，是指使用大數據、機器學習、人工智能、區塊鏈、物聯網等數位工具技術以推行像熱拌廠的管理、熱拌瀝青製程、運送、鋪築、滾壓等活動的監管自動化及產能品質效率提昇。關於智慧鋪築可參作者另文「 瀝青路面鋪築新技術：智慧滾壓 」及「 智慧鋪築：鋪裝機安裝熱顯像(PMTP) 」。 圖片來源：歐洲瀝青協會網頁 自工業革命演進到近年的數位轉型，如圖1所示，也就是工業4.0，是指採用由大數據、機器學習、人工智能、區塊鏈、物聯網等支撐的一系列聰慧的自動化數位資訊系統，驅動產業提昇產能、效率、品質、可靠度、及永續性。 圖1、工業演進的主要歷程概念 應用這些工業科技到營建業可稱為「營建4.0」或是「智能營建(Intelligent Construction)」，應用到瀝青工業，就是指「瀝青4.0(Asphalt 4.0)」，有人說瀝青工業耗能高污染、開放粗獷式又具封閉地域性的管理特質，跟得上其它工業的進展到4.0? 科技應用具有廣泛外溢的效應，何況瀝青工業? 細數瀝青工業的進展，也是從機械取代人力，應用電力進行生產線改進，再到電子程序控制，目前則開始使用數位工具以推行自動化、監管、改進，像熱拌廠的管理、熱拌瀝青製程、運送、鋪築、滾壓等活動。 透過數位技術，不但可以改進瀝青鋪築相關產業本身的營運操作方式，以增進從業人員的技能與健康，也將得以促進並擴展爭取運輸領域的新用戶(例如電動汽車和自動駕駛汽車)。 「瀝青4.0」概念的實踐涉及瀝青產業的所有領域，故應在相關組織的最高層建置；瀝青4.0的建置主要靠數位技術、智能管理系統、及客戶體驗等三大支柱支撐： 數位技術和工具：用於安全、有效和高效數位化管理轉型，包括資料生成、存儲和傳輸，例如雲存儲、物聯網 (IoT)、虛擬和擴增實境、區塊鏈、人工智能、機器對機器 (M2M) 通聯系統、高階感測器、自主機器人或網路安全協議等。 智能管理系統決策的商業管理：能夠處理獲得的所有數據並正確識別模式歸屬，而能在