中華鋪面研究室

 跟著美國人學習日本高刨除料含量再生瀝青鋪路經驗 資料來源：NAPA, IS139 提高刨除料添加量以降低環境衝擊確保路面工程永續發展，一向是美國路面工程界的重要議題；相較於美國統計的接近20%，日本瀝青混凝土中刨除料的平均添加量高達47%；為了學習日本在不降低路面品質的先決條件下用高刨除料添加量瀝青混凝土的鋪路經驗，美國瀝青鋪面協會(NAPA)於2014年組成參訪團，深入瞭解日本高刨除料再生瀝青路面的製程與鋪築經驗，並於2015年出版這份報告，本文擷取其中重點及值得我們深思學習之處。 摘要 日本鋪面瀝青混凝土中舊路面刨除料(Reclaimed Asphalt Pavement, RAP)的含量平均為47%，是美國平均值(接近20%)的二倍多，這對公私協力提昇瀝青混凝土中RAP含量的美國聯邦公路總署(Federal Highway Administration, FHWA)和美國瀝青鋪面協會(National Asphalt Pavement Association, NAPA)來說，不僅驚訝且引發強烈的好奇並想學習「日本如何能採用平均RAP含量為47%的瀝青混凝土鋪路且不降低鋪路品質？」這是2014年底美國瀝青路面工程界組成日本參訪團(簡稱2014日本參訪團)的組成目的。 全日本有1,150座瀝青拌合廠，年產約5,000萬公噸瀝青混凝土，其中3,800萬公噸是含有RAP的再生瀝青混凝土；大部份的拌合廠是分盤式，與美國普遍採用的鼓式拌合廠比較，產量相對低很多，約有15%的瀝青混凝土採用高分子聚合物改質瀝青做為黏結料；由於日本的公路系統已發展成熟，鋪面維護是主要的工作，所以大部份的瀝青混凝土是用在道路的面層，再生瀝青混凝土的使用已是常態，目前的鋪面創新主要是在多孔瀝青鋪面(排水瀝青鋪面)、保水鋪面結構(water-retaining pavement structures)、及隔熱鋪面(heat-insulating pavements)等。 據統計，日本瀝青混凝土中的平均RAP含量從2000年的33%，持續提昇至2013年的47%；與美國相似的是99%的RAP用回新的瀝青鋪面混合料中，其中有一些用在鋪面底層；瀝青混凝土的RAP含量，無論是較暖南方還是較冷北方都相近，大約是在20%到60%之間，不受氣候分區影響。日本成功採用高RAP含量再生瀝青混凝土，歸因於三點： 注

 美國阿拉巴馬州公路局的開放級配摩擦層研究成果 傳統開放級配摩擦層採用SBS改質瀝青加纖維素抑制垂流，轄下多個分區的開放級配摩擦層都有過早破壞的案例，大多是在鋪築開放交通後6到8年就出現鬆散破壞；歷時九年的開放級配摩擦層成效提昇研究，證實了三種改良型開放級配瀝青混合料，包括改用9.5mm標稱最大粒徑、改用合成纖維、及改用廢輪胎改質瀝青做為黏結料，都具有提昇開放級配成效的明顯效果。 圖示阿拉巴馬州的開放級配探究計畫鋪築的三種OGFC面層 在NCAT測試道上九年共荷載三千萬ESAL 由於雨水可以經由混合料中的空隙排出使路表面的水膜量較低而降低雨天行車打滑、濺水等現象，使雨天行車有較好的視線和安全性，開放級配摩擦層在美國、日本、英國、馬來西亞、澳洲、紐西蘭、和南非等國家的高速公路及州際公路的路表層使用。但開放級配摩擦層因空隙率高易老化且又直接承受交通荷載磨蝕，大都容易出現剝脫鬆散往往無法耐久而造成養護單位的負擔而不敢普遍應用。 阿拉巴馬州公路局(Alabama Department of Transportation, ALDOT)在轄下多個分區都有開放級配摩擦層過早破壞的案例，大多是在鋪築開放交通後6到8年就出現鬆散破壞；據內部資料顯示，用內建黏層播撒功能鋪裝機(Spray-Paver)鋪築的開放級配摩擦層，既使是在交通量很大的路段，也能服務超過10年，工業界的代表則很有自信地認為問題在黏層播撒量(70 lbs/yd2)不足，但有些路段的黏層播撒量超過90 lbs/yd2，也仍然出現過早出現鬆散破壞的問題。 ALDOT於2011年委託美國瀝青科技中心(Nationa Center for Asphalt Technology, NCAT)進行提昇該州開放級配摩擦層成效的相關研究，該研究的主要目的是提昇阿拉巴馬州開放級配摩擦層的耐久性。以三個階段的研究工作來進行：[1] 第一階段搭配工地鋪面狀況調查與實驗室試驗，實際探究五個OGFC路段，以獲得目前代表性OGFC狀況； 第二階段探討OGFC面層採用薄霧封層和再生劑封層維修後，對路面抗滑性與耐久性的影響； 第三階段以實驗室成效試驗搭配專用測試車道評估不同OGFC混合料的耐久性。 第一階段的實地鋪面狀況探查是結合分析ALDOT的鋪面管理系統中，各路段的逐年平坦度數據，搭配施工鋪築時的品質檢測資料，實驗室的測試工作則包括執行間接

 美國瀝青科技中心的專用試驗道路 美國瀝青科技中心(National Center for Asphalt Technology, NCAT)是由阿拉巴馬州奧本大學(Auburn University)與美國瀝青鋪面協會(National Asphalt Pavement Association, NAPA)的研究與教育基金會合夥於1986年創立，旨在提供實用的研究和開發以滿足維護美國公路基礎設施的需求。 NCAT 經由與州公路機構、聯邦公路總署和瀝青工業界合作，開發和評估新產品、設計技術和施工方法，以迅速改善路面，確保業界有能力提供耐久、永續、安靜、安全和經濟的路面。 美國瀝青科技中心專用測試道路空照圖 資料來源： Phase VII (2018-2021) NCAT Test Track Findings NCAT的專用試驗道路是開放由公路單位及瀝青工業界合作支助的專用路面試驗專案。該試驗道路為全長2.7公里(1.7英哩)的橢圓形車道，如圖1所示，區分為46個測試路段，每個路段長約為60公尺(200英呎)，其中的26個測試段分布在兩個直線道部份，兩個曲線路段則各有10個測試路段。 圖1、美國瀝青科技中心的試驗車道及規劃的46個測試路段 資料來源： NCAT Test Track Reports NCAT試驗道路的實驗規劃以三年為一輪，每一輪分成三個期程，如圖2所示，每一輪的工作區分為三期：施工期、荷重輾壓期、及破壞調查評估期，第一個期程長約6個月，進行各測試路段路指定面層材料更新施工，第二個期程則開始荷載及鋪面回應及成效數據收集，也對各測試段施工期間取得廠拌試樣進行所需的實驗室試驗工作等。 圖2、NCAT測試道路實驗三年一輪的工作分三期說明 資料來源： NCAT Test Track Reports 該專用測試道路採用的方法是掌握影響參數的加速破壞，也就是規劃影響參數的試驗路段以專用卡車牽引三重拖車荷載試驗道路，如圖3所示，4部同時以45mph速度每天17小時，每週6天，以達到二年內對測試路荷載一千萬標準單軸當量(ESALs)。有關專用測試道路的概念可參「 如何評估不同鋪面材料的使用成效？ 」。 圖3、 NCAT測試道路 專用卡車牽引三重拖車照片 照片來源： NCAT Test Track Reports 自2000年進行首輪NCAT試驗道路，在試驗車道固實的路

 鋪面生命週期評估與瀝青混合料的環保產品聲明 Pavement  Life Cycle Assessment and Environmental Product Declamation for Asphalt Mixture 鋪面永續目標兼顧「經濟成長」、「社會進步」、與「環境保護」等三大面向[1] 2015年聯合國提出17項「永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)」，致力於達成人類與地球共榮的未來藍圖，兼顧「經濟成長」、「社會進步」、與「環境保護」等三大面向，並推出多項積極的行動方案。透過製定嚴謹的產品永續規範，整個產品生命週期，包含產品材料與成份的健康、材料循環使用等，協助企業共同往SDGs邁進。 鋪面永續發展之減碳策略 面對2050年淨零排放目標，美國環保署(EPA)2019年統計的溫室氣體(Green House Gas, GHG)排放圓餅圖如圖1左所示，六大產業的溫室氣體排放量占比，77%來自交通運輸(29%)、電力能源(25%)、及工業(23%)三大產業；聯邦公路總署(FHWA)展開鋪面生命週期(從搖籃至墳墓)各階段的隱含碳(Embodied Carbon)，則如圖1之右圖所示，可知鋪面生命週期從搖籃(原料生產製造)至墳墓(路面壽年終止)共六個階段，對三大產業的碳排量有很大的影響量，除了路面使用階段受制於用路人習慣外，其它皆段可直接由道路管轄機關提出減碳策略，FHWA的報告就具體提出路面減碳四策略：[1] 在鋪面工程中納入廢棄材料，特別是廢塑膠及廢輪胎橡膠 鋪面再生 提昇耐久性 採用當地材料 圖1、美國環保署統計2019年不同產業溫室氣體排放圓餅圖(左)及美國聯邦公路總署 延伸展開鋪面生命週期各階段的隱含碳(右)[1] 公路鋪面生命週期舞台上的各項活動如圖2所示，基於「無法量測就無法改進」(註：管理大師彼得杜拉克的名言：If you can't measure it, you can't manage it. 若不能量測，就無法管理)，提出減碳方法的首要工作，就是要能量測生命週期的碳排放量，而且這種測得的碳排放量是明確共通且有一致性的量測值；美國聯邦公路總署提出鋪面工程的生命週期評估(Life Cycle Assessment, LCA)及環保產品聲明(Environmental Produ