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」)
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交通荷重的路面段，已經常規性地以SMA重鋪路面。
S. T. A. T. E.檢測公司建議將小於3/8"的細刨除料(FRAP)用在橡膠瀝青拌製的越級SMA，搭配高品質的原生粗粒料或是鋼爐石，不必再添加細粒料，而細刨除料中的瀝青也可以獲得充份的使用，因為橡膠瀝青SMA的總瀝青含量較高，在再生瀝青材料設計上占關鍵的再生瀝青比(Recycled Binder Retio, RBR)可以較低而不必使用特別的再生劑。S. T. A. T. E.檢測公司在實驗室以平衡配比設計法設計這種含細刨除料的橡膠瀝青越級配瀝青混合料，供伊利諾高速於轄下州際公路（I-90）的Rockford段試鋪案中試鋪，驗證了以篩過細刨除料來取代SMA中的砂，巧妙地應用此種組合的優點，也在設計上充份應用刨除料中的瀝青量，成功地使橡膠瀝青混合料變得更「綠」又不會濫用，既降低環境衝擊且又提高路面品質。自此以後，芝加哥市交通局(CDOT )和伊利諾收費高速(Illinois Tollway)都鋪築該類瀝青混合料。伊利諾伊大學受收費高速委託執行的廢輪胎橡膠鋪路研究的結果也確認為是一種很有潛力的綠色產品，不比高分子改質瀝青貴，且若採用則每車道英里可回收約 1,000 條廢輪胎， 少了用於輪胎處理的垃圾填埋場空間的使用。採用的橡膠瀝青越級配混合料因用細刨除料而不需用砂且充份應用舊黏結料而使瀝青用量低，又不需使用抑制垂流的纖維或改質瀝青，所以價格低於一般石膠泥瀝青(SMA）。詳參「芝加哥市中心華麗一英哩的綠路面」及「以長壽鋪面設計概念優化再生材料在瀝青鋪面結構層的應用」。
廢輪胎橡膠瀝青從美國的西南方源起，一直在較暖和的南方各州試用及實證，直到2008年才緩慢但相當穩重地以對照SMA的方式從伊利諾向東北方各州[1]。依照美國瀝青鋪面協會發布的2019年全美瀝青相關材料用量報告[2]，其中橡膠瀝青混合料的使用統計如表1所示。由表可知東北方的伊利諾、麻賽諸塞州、密西根州、及密蘇里州近幾年的含胎磨膠粉瀝青混合料的用量即將超過南方的佛州和德州。
2008年這股橡膠瀝青風潮也在麻州公路局(MassDOT)的州際公路上留下很好的成效紀錄如圖2所示。一直到2017年，麻州才在其交通繁忙的州際公路上採用橡膠瀝青開放級配鋪在I-91州際公路麻州西部路段，該專案的成效良好，在美國瀝青鋪面協會(NAPA) 的2019年年會上，獲頒「施工品質獎」(超過5萬噸類)及因使用再生材料(舊路面刨除料和廢輪胎膠粉)而頒發的「綠專案(Green Project)」獎。詳參「麻州西部I-91州際公路用橡膠瀝青提升行車安全」及「以長壽鋪面設計概念優化再生材料在瀝青鋪面結構層的應用」。
麻州公路局(MassDOT)2020年版的公路及橋梁標準規範中，對熱拌瀝青混凝土摩擦層及面層採用的瀝青混合料中，如圖3所示，標稱最大粒徑9.5mm的開放級配摩擦層，可用高分子聚合物改質瀝青及橡膠瀝青兩種黏結料；面層材料則標稱最大粒徑19.0mm、12.5mm、9.5mm、及4.75mm四種超級鋪面密級配，可用傳統瀝青及高分子聚合物改質瀝青，組成共8種混合料，外加標稱最大粒徑12.5mm的越級配橡膠瀝青混合料。
圖3、麻州公路局將AROGFC和ARGG正式列入2020的規範中[3]
MassDOT面對包括氣候變遷在內的新一代路面材料需求的挑戰，提出採用「高成效瀝青加鋪層(High Performance Asphalt Overlay, HPOL)」為能保有創意及公平競爭，允許承包商自行選擇採用橡膠瀝青越級配(ARGG)、高成效超級鋪面(HP，指採用聚合物改質瀝青的超級鋪面設計)、或是石膠泥瀝青(SMA)。由於此三種HPOL中，目前以ARGG有最多經驗，故公路單位很想知道採用HP及SMA是否會等同甚至比ARGG更好，特地委託麻州大學達特茅斯分校於2021年7月至2023年10月為期，進行「麻州公路局高成效瀝青加鋪層材料的最佳化研究(Optimizing of MassDOT’s High Performance Asphalt Overlay (HPOL) Mixtures)」[4]，希望能對目前使用的ARGG與HP規範進行評估及做適當的改善。詳參「英國最大建材公司將橡膠瀝青列為路面養護工程減碳重點」
參考文獻
- Asphalt rubber pavement moves east and north, Asphalt Magazine, 03/06/2008.
- NAPA, Information Series 138, 2019 Recycled Materials & Warm-Mix Asphalt (WMA) Survey.
- MassDOT, COMMONWEALTH OF MASSACHUSETTS DEPARTMENT OF TRANSPORTATION STANDARD SPECIFICATIONS for Highways and Bridges, 2020 Edition.
- MassDOT, Research in Progress, Optimizing of MassDOT’s High Performance Asphalt Overlay (HPOL) Mixtures
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