中華鋪面研究室

 新式改質瀝青規範解說 純度、安全性、儲存穩定性、工作性、抗車轍能力、抗疲勞開裂能力、及抗低溫龜裂能力 圖1、以動態剪力流變儀執行多重應力潛變與回復(MSCR)試驗示意圖 美國佛羅里達州公路局在2019年新修訂的「超級鋪面成效分級瀝青規範(Superpave PG Asphalt Binder)」如表1所示，從表1可知，應提報級別和核備品清單號，另，對改質瀝青應提報添加的改質劑名稱；檢測的項目規定，則區分原始瀝青、短期老化(經RTFOT後)、及長期老化(經RTFOT+PAV後)三種不同老化程度的試樣(詳參「 瀝青的成效分級制(PG Grades) 」)；對原始瀝青試樣，則檢測純度(三氯乙烯溶解度)、安全性(閃火點)、工作性(135℃旋轉黏度)、及抗車轍能力(DSR測G*/sinδ  和δ )、及儲存穩定性(離析試驗頂段與底段軟化點差值)；對短期老化後試樣則檢測老化前後質量變化及抗車轍能力(MSCR測 J nr, 3.2 及%R 3.2 )；對長期老化試樣則檢測抗疲勞能力(DSR測G*sinδ)及抗低溫龜裂能力(BBR測潛變勁度S和m，並計算臨界溫度差值∆Tc)。 表1、解說美國佛州超級鋪面成效分級瀝青規範(Superpave PG Asphalt Binder) 原始瀝青(Original Binder) 是指未經老化模擬的瀝青試樣，一般規定要從熱拌廠的儲油槽或是泵送至拌合機拌合的輸送管適當安裝的取樣口取得的樣品；這個階段的瀝青試樣以工作性(可泵送性)、安全性(易燃性)、純度(混到異物)、及儲存穩定性為主，也測抗車轍特性來據以分級。 工作性(可泵送性)都是用旋轉式黏度儀如圖2在135℃測黏度(請參「 理解瀝青使用績效-流變學的基本原理 」)，若在135℃的黏度低於30poises，就不會有泵送的問題，也就是具有工作性；超過30poises的黏結料可能會有不易泵送處理的問題，應諮詢供應商是否採取特別的處理方法。 圖2、Brookfield旋轉式黏度儀  安全性是指該瀝青黏結料是否易燃而不安全，閃火點試驗(Flash Point Test, ASTM D92)求出以明火對瀝青加熱的安全溫度，試驗方法為以指定的加熱速率，對裝於開口杯內的瀝青膠泥加熱，並用小火燄緩慢於試樣面上掃過，如圖3所示，由試樣因高溫而蒸發之有機氣體，因與火燄接觸而產生火花，此一現象稱為閃火，此時瀝青試

 Why/What/How改質瀝青?  圖1、一般瀝青與「理想瀝青」的稠度/溫度曲線示意圖 為何要用改質瀝青? Why use modified asphalt? 瀝青黏結料是高感溫性材料，從低溫到高溫，呈現硬脆固體、彈性固體、黏彈性體、及黏性流體等行為，如圖1所示；一般瀝青在「低溫不會過硬，高溫不會太軟」的所謂「成效溫度範圍」有一定的限度；「理想的瀝青」則是在環境要求的溫度範圍內，既不會太硬也不會過軟，也就是成效溫度範圍較寬；面對氣候變遷，路面服務成效溫度範圍逐漸擴大，將瀝青性質朝「理想」改質的需求增加；最普遍應用的改質方法就是添加彈性體聚合物，例如「苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)」或是替代的環保材料廢輪胎橡膠，兩者都可在不過度增加高溫黏度的狀況下，提高低溫彈性。 鋪面成效需求 以往用瀝青用針入度、黏度分等級，是在25℃測針入度，在60℃測黏度，以不同針入度或黏度來分等級，工程師用「 環境溫度較高應用較硬(針入度較低、黏度較高)瀝青 」為原則選定該使用哪一種瀝青，以這樣的分級方法選用瀝青的風險較高，選用的瀝青可能不能抗車轍，不能抗低溫龜裂，或是不能抗疲勞開裂；加上近年來，交通量、載重、和輪胎壓力大幅增加，鋪面的成效要求愈來愈嚴苛，導致鋪面提早車轍和開裂的案例增加，瀝青改質的需求亦隨之增加。 成效分級 鋪面瀝青的成效關鍵在於高溫能抗變形、低溫能抗龜裂、中間溫度則需抗疲勞開裂，這些工程成(績)效特性及破壞的臨界點是共通的；不同氣候變化的地區性影響在於不同的老化程度和服務溫度，故瀝青的成效應以不同的「成效檢測溫度」分級。上世紀末美國SHRP提出的所謂「 成效等級(Performance Graded)」規範 ，與以往「不同等級規定不同的材料特性」的觀念，有相當大的改變；瀝青黏結料所需具備的抗車轍、抗疲勞、抗低溫龜裂等特性，無論是在那一個地區都是相同的，然因各不同地區之環境狀況不同，需使用不同等級的瀝青黏結料，因此，所謂不同等級乃指「適用的環境溫度狀況不同」，所以，規範中所列的「應檢成效性質」都相同，不同等級乃指符合成效規定的溫度不同，如圖2所示。 圖2、成效分級瀝青概念圖 依美國經驗，改用成效分級能確保選用「高溫能抗車轍、中溫能抗疲勞，而低溫能疏解收縮開裂的瀝青」省下許多養路經費；也正因為採用成效分級規範，發現愈來愈多瀝青無法符合成效，而促使改質的需求增加