NCAT測試道路的主要成果
重點整理NCAT主任Dr. Randy West來台演講NCAT’s Test Track and Major Findings
因應未來高效低碳的道路養護需求，環境部資源循環創新及研究發展計畫支助的「以廢輪胎橡膠推動道路養護資源循環減碳技術(RECA-113-034)」以「輪胎循環高值化、道路養護低碳排」為願景，沿續歷年廢輪胎橡膠鋪路的成果，結合歐美實證可行的溫拌技術，除了在實驗室研發創新材料設計，也實廠實地測試化解業界疑慮，並委託美國瀝青科技中心（NCAT）執行部份測試以補不足，特邀NCAT主任Randy West博士來台進行技術交流流，並舉辦研討會以落實札根推廣橡膠瀝青低碳道路養護技術。2024年6月21日在交通部公路局演講「美國瀝青科技中心測試道及主要成果(NCAT’s Test Track and Major Findings)」，中譯該演講投影片製成之影片如下，本文重點整理該演講的內容。
NCAT試驗道路為全長2.7公里(1.7英哩)的橢圓形車道，區分為46個測試路段，每個路段長約為61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。(詳參「美國瀝青科技中心的專用試驗道路」)
NCAT測試道之所以如此成功，主要是因測試道是評估路面材料成效的最直接且真實的方法。依靠力學理論的材料試驗，除了不容易執行外更有與現實不符的缺點，實驗室模擬則受尺度因素的限制，加速荷重試驗場(法國的鋪面試驗場或是美國的加速荷重設備ALF)已是很好的模擬方式，但也常受到材料規模及尺度的質疑，NCAT測試道則是最有說服力的「實際試看看」的方法。詳參「如何評估不同鋪面材料的使用成效？」
實際試看看又要能在可接受且又有彈性的時間內獲得可靠的結果，就不得不歸功於「NCAT測試道路的規劃與運營方式」；除了將測試道路規劃成46個長約61公尺的測試路段，荷重方式則以5 輛拖車頭，每輛牽引 3 輛重型聯結車，每天行駛 400 圈每一輪荷重輾壓期(24個月)施加 1,000 萬個標準軸重當量(1×107ESALs)，更以三年為一輪，每一輪的工作區分為施工期(6個月)、荷重輾壓期(24個月)、及破壞調查評估期(6個月)共三期，使支助的單位可以參與其中，互相學習共同成長。
NCAT測試道執行鋪面結構試驗 (Structural Experiments)及面層試驗 (Surface Layer Experiments)兩大類，前者路段需重建路面結構全厚度(面層、底層、及基層)，且大都搭配安裝應力和應變感測器以及溫度探頭，整個實驗過程都以 FWD 評估該路段的鋪面結構能力；面層試驗路段則只更換面層(瀝青面層到瀝青底層)，不安裝感測器，只在有需要時才評估結構能力。
NCAT測試道在鋪面結構試驗上，有一項非常重要的成果，那就是將瀝青面層的結構層係數由慣用的0.44提昇到0.54。該項由阿拉巴馬州公路局支助的測試路段在第二輪和第三輪實驗重新檢視瀝青混凝土的層係數(a1)，以不同的瀝青路面層厚度、混合料類型、底層、及路基。該測試路段的成果，建議將瀝青混凝土的結構層係數(a1)從0.44提高到0.54。這18%的提高量直接反映18%厚度降低量，阿拉巴馬州公路局從2010開始在鋪面結構及加鋪設計採用，預估每年可省約2,500至5,000萬美元。
其它鋪面結構試驗成果則包括高度改質瀝青混凝土(HiMA)的結構能力評估、冷拌廠拌再生瀝青混凝土的結構能力評估、長壽路面設計的應變分布、及相關鋪面結構設計分析軟體的實證等。
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。(詳參「美國瀝青科技中心探究瀝青面層抗開裂能力及檢測方法」)(MnROAD詳參「美國明尼蘇達州建立的試驗道路」)
開裂群試驗(Cracking Group Experiment)路段的鋪面結構設計相對較薄些以期能受到較大的撓度，為免出現由下而上的疲勞開裂，熱拌瀝青底層和聯結層都採用和S6面層相同的「高度改質瀝青」(亦即高分子聚合物添加量加倍)，７個測試路段的底層和中間(聯結)層都採用相同的設計，都是標稱最大粒徑19mm含17%RAP以Ndesign等於60圈設計的超級鋪面混合料，底層鋪2.25英吋厚，中間層鋪2.25英吋厚，面層厚1.5英吋則用7種不同的瀝青混合料。
Dr. Randy West彙整開裂群試驗的實際成效，列出下列5項結論：
- 鋪成密度較大(96.1% vs. 93.6%) 減少開裂70%；
- 低瀝青含量及鋪成密度低明顯降低瀝青面層的壽年；
- 高RAP添加量搭配較軟的瀝青拌製的瀝青混凝土面層可以有很好的耐久性；
- 在控制配比中用高度改質瀝青(HiMA)替代 PG 67-22 瀝青可有效提昇抗開裂能力 (從45%車道面積開裂 對比 1% 車道面積開裂，經5.5年累積共 2千萬ESALs交通荷載)；
- 橡膠瀝青越級配 (相對高瀝青含量)是抗裂成效非常好的面層材料。
面對未來各式環保材料的應用，使用現行以體積性質為主的瀝青混凝土配比設計，不可能同時優化環保創新材料的成效與永續性。（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」）以平衡式配比設計(Balanced Mix Design)法設計的面層材料在NCAT測試道上驗證可增長壽年。
國內團隊以BMD概念用新式檢測成效方法對不同類型瀝青混凝土的檢測經驗，可參「以理想抗車轍與抗開裂試驗法探究瀝青混凝土的品質」。
環保添加劑群試驗(Additive Group Experiment)
結語
回顧台灣地區近幾年的路面工程狀況，在資源循環應用上有不少進展，也遇到過不小的阻力；在檢測評估技術的本土化方面，因資源有限，勉強在實驗室模擬輪壓部份的漢堡輪跡試驗(HWTT)方面有些成果，從來不敢妄想能有自已的模擬試驗場或加速荷重試驗設備，雖也不影響「實際用看看」，但耗時過長，既無時效也考驗工程師的熱誠與耐心；以作者負責的橡膠瀝青推動為例，實際鋪在國道及省道的橡膠瀝青路面(ARGG及AROGFC)也有好幾條(詳參「引進廢輪胎鋪路歷程與成功案例」)，其中台61線28K南下橋面段已服務將近9年，預計於113年8月刨除，雖被列入「以廢輪胎橡膠推動道路養護資源循環減碳技術」計畫案「實證含橡膠瀝青刨除料再利用」工作中的4段路面之一，但該路段管轄單位及負責刨除重鋪的廠商，人事更迭熱誠不再。三年對實際路面用真實的交通荷重施加準確的一千萬ESALs，也可視需要保留路段再經一輪三年，累積施載二千萬ESALs，難怪NCAT測試道能有這麼多令人信服的成果。
正因為我們資源不足不可能有自已的專用測試道，更應仔細研讀NCAT測試道的成果，擇要引用直接提昇創新鋪面材料的成效。例如，作者曾分析認為「一直與美國保持10年以上落後技術的國內瀝青產業，在這股循環經濟及淨零碳排的熱潮趨動下， 若是能整合溫拌、橡膠、與平衡配比設計三項技術，則藉由再生瀝青的再出發，有可能「彎道超車」啟動創新的發展」(詳參「再生瀝青再出發的三項技術-溫拌、橡膠、平衡配比設計」)。
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