中華鋪面研究室

過去50年瀝青鋪面的進展 The advancement of asphalt pavements over the last 50 years  原文出處： 08/01/2021, Asphalt Magazine Jon A. Epps是美國相當知名的鋪面學者，1968年拿到加州大學柏克萊分校的博士學位進入鋪面研究領域時，瀝青膠泥大都來自單一油源直餾而得，很少有摻配成級，更別提什麼改質瀝青了；瀝青混凝土的設計、生產、與施工技術，也都沿用二戰以來發展已有數十年之久的方法與機具設備；Epps教授在德州農工大學及內華達大學任教多年，而後也在鋪面工程界長期服務，對美國熱拌再生瀝青技術及策略性公路研究計畫(SHRP)有卓越的貢獻。Dave Johnson則是在1990年開始接觸瀝青材料，當時正逢SHRP完成而進入鋪面工程界全面換裝的新時代，全新的一套實驗室評估工具正如火如荼地對瀝青黏結料和瀝青混合料的性質進行測試評估，改質瀝青開始普遍應用。本文主要是Epps教授在2019年獲頒美國TRB Thomas B. Deen Distinguished Leadership及2020 AMAP Hall of Fame獎時的簡報資料，搭配加入Johnson的觀點而成。刊登在08/01/2021瀝青雜誌(Asphalt Magazine)的原文只有文頭公路鋪面照一張，轉譯者依文意插入圖片提高可讀性。 美國總長約275萬英哩鋪面道路中，瀝青鋪面占比94%，瀝青材料用來施做基層、底層、及面層。瀝青膠泥在鋪面的各類應用中，以在熱拌瀝青(HMA)和溫拌瀝青(WMA)混凝土的用量為最大宗，WMA和HMA在美國瀝青混凝土市場的占比約為40%和60%；為簡化，本文一律用HMA，不特別區分HMA和WMA。根據NAPA發布的統計資料，2017年HMA的總產量為3億7,500萬噸，州公路及其它包括地方政府公部門用了其中的2/3，商用及住宅等私部門道面用占1/3，州公路鋪面的用量約占45%。 美國歷年瀝青混合料總用量統計(左圖以不同用戶區分，右圖則為總量) 詳參「 美國瀝青鋪面協會公布的再生材料和溫拌瀝青用量 」 因用量極大，稍微延長鋪面的壽年、略微降低鋪面材料的成本、或是稍微改變鋪面的結構設計，都可以省下相當可觀的預算；舉例來說，美國歷年HMA的年產量在3億5,000萬至5億噸之間，若所有鋪面的壽年都

 兼顧成本與環境衝擊又能增強鋪面回復力 美國麻州公路局的高效瀝青加鋪層 麻州公路局正進行以橡膠瀝青越級配為主的高效瀝青加鋪層最佳化研究 ( Optimizing of MassDOT’s High Performance Asphalt Overlay (HPOL) Mixtures ) 照片顯示麻州公路局在轄區內州際公路I-295成功試鋪橡膠瀝青越級配路面 瀝青鋪面的回復力與高效瀝青加鋪層 回復力(Resilience)定義為災難性的衝擊發生時能及時有效地對抗、吸納、調適、及復原的能力[2]。面對全球氣候變遷及推動循環經濟的雙重考量下，歐美過去十年來的研究，用「回復力(resilience)」描述公路鋪面等基礎設施對極端氣候的調適和回復能力，在公路規劃、設計、施工及養護等階段，應考量回復力才能有效因應未來的極端氣候（強降雨、極高溫、極低溫、長時間乾旱等），包括提高設計規範要求及延長設施的壽年。 對瀝青鋪面工程師而言，最直接的是遇「百年一遇」的高溫或低溫過後，道路面層是否出現過度損傷不易修復；提高回復力要靠添加改質劑，最普遍的瀝青改質劑為類似苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共取物(Stadiene Butadiene Stadiene block copolymer, 簡稱SBS)的高分子聚合物，除了增加成本外也提高鋪面材料的隱含碳；石膠泥瀝青面層是實證能在高溫抗荷重變形的高成效瀝青混合料，該類混合料的組成需有高品質的粗粒料、聚合物改質瀝青、抑制瀝青流失的纖維、及礦物填縫料等，也同樣面臨經濟及環境性質的挑戰；高品質的瀝青混合料若能兼顧經濟與環境性質，則成為高績效的瀝青混合料。 美國許多州公路局基於經濟成本與環境效益的考量下要提高鋪面回復力，已經開始探究及試鋪各種特殊的熱拌瀝青混凝土(Hot Mix Asphalt, HMA)，尤其是降低成本與環境衝擊且又提高路面品質的橡膠瀝青混合料，本文介紹麻州公路局在這方面的探究工作。 麻州公路局2020年版的公路及橋梁標準規範中，用於摩擦層及面層採用的熱拌瀝青混凝土類型，如圖1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

  美國瀝青科技中心探究瀝青面層抗開裂能力及檢測方法 源自亞利桑納州的橡膠瀝青越級配面層實證抗開裂能力最優，結構承載能力最佳 以簡單的間接張力試驗求得的CT Index值是最好的實驗室檢測鑑別抗開裂能力方法 本文由 NCAT Report 21-03, September 2021, Phase VII (2018-2021) NCAT Test Track Findings , Chapter 2 擇要轉譯整理 實驗規劃設計 美國路面工程界從2015年開始關注「平衡配比設計(Balanced Mix Design, BMD)」而需要有能在實驗室評估鋪面抗開裂成效的試驗方法（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 」）；聯邦公路總署(FHWA)和包括佛州、阿拉巴馬州、伊利諾州、馬里蘭州、密西根州、明尼蘇達州、密西西比州、紐約州、北卡羅萊納州、奧克拉荷馬州、及威斯康辛州州公路局在內的工程司們，與NCAT和MnRoad共同設計一系列的研究來評估各種不同的開裂試驗法，主要目的是要確認哪一種實驗室抗開裂試驗法最能評斷實際路面抗開裂的狀況；分別在NCAT和MnRoad的測試道路規劃試驗路段，在NCAT測試道路鋪築的試驗路段用來評估「由上而下的開裂」，在MnRoad測試道路鋪築的試驗路段用來評估低溫溫縮開裂；本文說明在NCAT試驗路段評估由上而下開裂的試驗成果。（關於MnRoad可參作者另文「 美國明尼蘇達州建立的試驗道路 」，關於NCAT測試道路可參作者另文「 美國瀝青科技中心的專用試驗道路 」，關於「由上而下的開裂」可參作者另文「 由上而下的鋪面開裂 」） 在NCAT測試道路評估由上而下開裂的測試段共有7個不同配比的面層路段，預估受輾壓後將產生不同程度的由上而下的開裂，其中的6個路段的面層材料(路段編號N1, N2, N5, N8, S5, S6)都是依照傳統超級鋪面配比設計法，依據AASHTO M323規範選N design 等於80圈設計，而另一路段編號S13則是越級配橡膠瀝青混合料，採用馬歇爾法設計，試體夯製時每面夯75下；表1列出NCAT測試道路評估由上而下開裂的7個不同配比的面層路段的基本資料。S5採用較高刨除料添加量，原規劃使用較軟的瀝青，但實際上採用的是PG64-28且證實是添加高分子聚合物的改質瀝青。 表1、在NCAT測試道路評估由上而下

廢輪胎橡膠瀝青混凝土製程改善之工廠實證及工地試鋪計畫 2021年11月9日應邀參與「行政院環境保護署110年科技計畫聯合成果發表活動」 台北市政府製作橡膠瀝青宣傳影片連結 廢輪胎橡膠瀝青混凝土製程改善之工廠實證及工地試鋪計畫 陳東興、許承煜、邱垂德、白燦郎 保綠資源股份有限公司 摘要 近年來環保署的廢輪胎鋪路計畫已陸續完成省道、快速道路、及高速公路的試鋪工作，與國外先進國家同步驗證廢輪胎切割磨粉後鋪路的物質再利用方式；以廢輪胎橡膠瀝青鋪築的道路不僅耐久性佳、具有較好的抗變形及抗龜裂能力，且有降噪和抗滑的附加效果，是工程與環保雙贏的最佳選擇。 但國內現行的廢輪胎橡膠製程與瀝青拌合廠的搭接彈性不足、橡膠粉製程品管履歷不完善、橡膠粉餵料程序不順暢、拌合設備本身加熱效率待提昇，而拌合設備採取的反應儲存與供料方式及異味防制等，也需要改善。本研究經由提昇橡膠瀝青拌製設備與瀝青拌合廠搭接的彈性、橡膠粉製程品管履歷、橡膠粉餵料程序、及拌合設備本身加熱效率及反應儲存與供料方式及異味防制等，也預留搭配瀝青發泡技術，除提昇拌合製程能力，也以降低製程溫度的方式，進一步提昇橡膠瀝青混凝土節能減排的環境效益，以利廢輪胎橡膠瀝青獲得普遍採用。 研究結果顯示本公司的第二代橡膠瀝青拌制設備，除了大量減少異味散出外，在熱拌廠實做及工地試鋪路面的經驗，也展示與熱拌瀝青廠的整合協作方式，以國內每盤2公噸的主流熱拌廠而言，可以順暢地以每小時100至120公噸生產橡膠瀝青混凝土，且具體在國道高速公路新竹科學園區交流道及台北市政府大地工程處分別鋪築開放級配摩擦層及越級配面層，初步成效皆已獲道路管轄單位肯定，後續將進一步納入溫拌技術，在工廠實做及工地試鋪實證橡膠瀝青混凝土進一步節能減碳的環保效益。