透過使用溫拌瀝青優化鋪路的品質、勞工安全健康、及永續性

近25年來WMA在歐洲的推展重點：最初對加水發泡有品質疑慮，後經長期成效實證消除；以降低瀝青煙曝露為主驅動力在挪威推展順利，以溫拌添加劑推動在德國受限，德國及瑞士因著重提高刨除料添加量而變緩，其實WMA與添加較高RAP相容且可並行。

(原文可於EAPA官網下載)

2024年5月歐洲瀝青鋪築協會(EAPA)針對溫拌瀝青的推展不如預期，再度發表「建議道路當局透過使用溫拌瀝青來優化鋪路的品質、安全健康、及永續性」技術報告(原文可於EAPA官網下載)，本文整理其中的要點。相關文章亦可參「溫拌瀝青工法介紹」及

「推動溫拌瀝青兼顧減碳及勞工健康」

歐洲推動溫拌瀝青的二股動力 - 德國與挪威大不同

與熱拌瀝青(Hot Mix Asphalt, HMA)相比，使用溫拌瀝青(Warm Mix Asphalt, WMA)最重要的好處是施工鋪築過程中瀝青煙霧曝露量顯著降低，符合歐洲瀝青產業減少瀝青煙霧曝露改善勞工的工作環境目標。第二個動力來自《京都議定書》(1997)簽約國同意在 2008 年至 2012 年將溫室氣體排放量降低至1990年水準以下 5%，採用較低製程溫度的WMA將有效減少溫室氣體排放；回應京都議定書(1997)中的溫室氣體減排需求，溫拌瀝青首先在德國和挪威出現；德國於 1998 年至 2001 年間累積鋪築添加溫拌劑的七個溫拌瀝青測試段，其中有六個是 SMA 混合物，一個是密級配混合物；根據所有的實驗室和現場性能檢測數據，判定具有與對比的熱拌瀝青相同或更好的性能 。

在挪威則採用熱拌廠製程中加少量水使瀝青發泡的溫拌瀝青技術鋪築測試路段，在 1999 年鋪築了兩個路段，經過三年的監測，得出的結論是抗車轍表現與對比的 HMA 相似；挪威公司開發高品質的水發泡技術，然後出口到其他國家（包括美國），儘管道路管理部門直覺上認為有品質疑慮，而不願意使用加水製造的瀝青混合料，但經第一批試驗路段所達到的性能（相當於HMA 並在降低30°C 的溫度下生產）提昇了接受度；在挪威企業聯合會「工作環境基金」資助的1.3 億歐元計畫之後，該技術在2010 年代以鋪築勞工的安全健康為新動力，該計畫在統計上顯示瀝青煙霧平均顯著減少58-67%（取決於測量方法），與HMA相比，使用低溫瀝青鋪路時瀝青煙霧的曝露量顯著降低。因此，2012年挪威勞動監察局（NPRA）開始推廣並加速使用WMA來減少工人的煙霧曝露。

德國鋪路產業近20餘年重點發展綠色技術，特別是對舊瀝青路面的回收再利用，使得德國的瀝青混凝土通常含有 50-60% 的舊路面刨除料(Reclaimed Asphalt Pavement, RAP)，領先其它歐洲國家；但在WMA方面，德國雖然起步最早，近20餘年的發展卻僅限於特殊鋪築狀況的應用(例如隧道中路面鋪築以減少煙霧曝露)，究其原因是因偏重在使用添加劑（例如有機類的蠟及礦物類的沸石），而不重視熱拌廠製程的發泡技術，某些規格甚至只允許使用WMA添加劑，其它技術無法享受標準的 5 年保固；採用WMA添加劑雖然也可以降低熱拌廠的能耗和排放，但增加了生產添加劑的成本和排放，在沒有政府激勵配套下，阻礙了這些WMA技術的發展。德國的狀況在2020年以後有很大的改變，德國瀝青鋪面協會(German Asphalt Association, DAV)在2023年的宣示：兼顧減碳及勞工健康，力求2025起只生產降溫的瀝青混凝土，就是改用低溫(煙霧)瀝青，就是以給勞工安全健康的工作環境為主訴求。(詳參「推動溫拌瀝青兼顧減碳及勞工健康」)

溫拌瀝青技術帶來的好處

與熱拌瀝青相比，使用溫拌瀝青最重要的好處是鋪築施工過程中瀝青煙霧曝露量顯著降低。這種較低的曝露水準支持了歐洲瀝青產業減少鋪築作業期間瀝青煙霧的目標，以改善瀝青鋪築勞工的工作環境。第二個原因是《京都議定書》批准國同意在 2008 年至 2012 年期間將溫室氣體(Green House Gas, GHG)排放量（主要涉及二氧化碳排放量）降低至 1990 年水準以下 5%。較低的瀝青混凝土製程溫度將減少GHG排放。因此，採用WMA 的好處如下：

1. 給勞工安全健康的工作環境
2. 環境效益(減少能耗及GHG排放量)
3. 熱拌廠製程優勢(生產優勢)
4.  工易性優勢(鋪築優勢)

給勞工安全健康的工作環境

瀝青鋪面產業勞工的主要職業風險是高溫燙傷及吸入污染物；無論是在人或動物身上都沒有發現任何證據顯示癌症風險與接觸瀝青煙霧之間有關聯，然而，一些研究確實發現，吸入瀝青煙霧會對鼻道和肺部產生刺激作用，在這方面，不同的調查已經確定，在鋪築作業期間使用WMA可以減少施工人員接觸煙霧的機會，減少可能的呼吸道刺激，並有助於建立具有最小職業風險的更安全健康的工作環境。例如 2011 年在挪威進行的一項研究，在同一天使用 HMA 和 WMA 評估了道路鋪築工程期間 11 個試驗路段的工作環境，結果顯示，在瀝青溫度平均降低 29°C 的情況下，根據測量方法，瀝青煙霧平均（算術平均值）統計顯著降低了 58-67%；此外，煙霧和氣味排放的減少也最大限度地減少了工作場所附近公眾的不便。基於這些原因，建議使用溫拌瀝青，以減少拌合和鋪築過程中的曝露。詳參「推動溫拌瀝青兼顧減碳及勞工健康」

環境效益 - WMA 對環境的影響比 HMA 低 15% 

由於 WMA 的生產溫度較低，因此加熱骨材所需的能源/燃料較少（詳參「溫拌瀝青工法介紹」）。能源消耗的減少是使用 WMA 的重大環境效益，因為能源消耗量與溫室氣體及其它危害環境的排放量呈正相關。這種正相關不是線性的，即使生產溫度略有降低也可以導致排放量顯著減少。根據文獻，能源需求可減少 20% 至 75%，具體取決於一系列因素，例如所使用的 WMA 技術類型、RA P添加量、燃料類型、國家等。然而，根據歐洲目前的實施水平，瀝青拌合廠的實際觀察表明，燃料消耗減少 10%-20% 左右。

瀝青混凝土路面的全球升溫潛勢值是全生命週期所有相關生產活動中排放二氧化碳當量的總和，相關文獻顯示(如圖1)關鍵階段是原料生產和瀝青混合料拌製階段(亦即從搖籃到大門階段)，佔全生命週期溫室氣體排放總量的97%。在目前的技術水準上，美國國家瀝青路面協會 (NAPA) 發布的生命週期清單顯示，從搖籃到大門的平均排放強度為每噸生產的瀝青混合料 50.2 至 52.1 公斤二氧化碳當量。(詳參「美國瀝青鋪面協會公布瀝青混凝土生產碳排放量」)

圖1、瀝青混凝土路面的碳排放量(單位：公斤)

(文獻來源：https://www.mdpi.com/1660-4601/13/3/351)

使用 WMA 可以使 CO2 減少 20% 至 60%，SO2 減少高達 80%（儘管一些作者報告幾乎 100%），揮發性有機化合物減少 20% 至 60%（ VOC），一氧化碳（CO）減量在10% 到65% 之間，一氧化二氮（NOx）減量高達60%-70%，顆粒物排放減少量在20% 到55% 左右。最後，針對WMA 的LCA 的調查顯示，空氣污染物的環境影響減少了24%，化石燃料消耗減少了18%，煙霧形成減少了10%，全球暖化潛勢減少了3% （如圖2） 。總體而言，WMA 對環境的影響比 HMA 低 15% (文獻：Mohammad LN, Hassan MM, Vallabhu B, Kabir MS. Louisiana’s experience with WMA technolo- gies: Mechanistic, environmental, and economic analysis. J. Mater. Civ. Eng. (2015) 27, 04014185.)。

圖2、針對WMA 的LCA 調查顯示的不同類別環境衝擊降低量

(文獻來源：作者由原文中譯)

製程效益

瀝青拌合廠採用溫拌技術產生的生產製程效益有以下三項：

1. 製程中的短期老化量降低，可使路面壽年延長，降低道路維護的需求量。
2. 製程中溫度較低使瀝青拌合廠內相關機械設備受到的熱應力降低，從而減少磨耗維修費用。
3. 新加入瀝青因製程溫度較低，因拌合而老化變硬的程度較小，也就是黏度較低而可以添加較多刨除料，如圖3所示。

圖3、採用溫拌技術利於添加更多刨除料示意圖

(文獻來源：作者由原文中譯)

施工鋪築效益

溫拌技術透過降低瀝青在製程溫度附近的黏度，就是提昇工易性，使鋪築機械能耗降低而提效率； 如圖4所示，鋪築傳統熱拌瀝青混凝土所需的工易性，可以用溫拌技術在較低的溫度獲得(如圖中A點所示)；替代用法是維持某一鋪築溫度(如圖中B點)溫拌技術使工易性提昇，美國鋪面工程界很常在熱拌的溫度採用WMA，而使鋪築品質及壓密度提昇，而得到更耐久的路面。因此，WMA可以帶來以下鋪築施工的好處：

1. 工易性提昇可降低鋪築機具的能耗。
2. 工易性提昇施工品質及壓實度，使得鋪成路面的壽命增長。
3. 製程溫度降低，與氣溫之間的溫差變縮小，也就是溫降梯度變小而得以增長運距及延長工作時間。
4. 在不降低溫度的條件下採溫拌技術，得以在較冷的氣溫(冬天或夜間)鋪築，增加每年可施工的日數與時間。
5. 在較低溫度鋪築施工，與一般熱拌相比，鋪成後等待溫降至可開放交通的溫度，所需時間得以縮短。

圖4、瀝青混凝土的溫度與工易性關係圖

(文獻來源：作者由原文中譯)

法國溫拌瀝青占比最高

在法國不但已有完整的實驗室探究(包括用旋轉壓實機探討工作性並預估工地壓密性、用輪跡試驗評估抗車轍、Duriez試驗評估抗水侵害、及抗疲勞試驗等)，也有許多實際試鋪專案，且已將所有探究成果總結為「可以在不降低抗車轍能力的情況下提高這類低溫混合料的工作性(the workability of the low- temperature mixes could be increased without reducing the rutting resistance)」。

法國協會(USIRF)早在2009年就建議除非有技術受限及道路主管單位反對等特殊情況，應系統性地採用WMA；2009年3月25日法國政府與 SETRA 和 USIRF 等民間協會簽署《自願參與公約》，旨在保護自然資源、提高能源效率，並限制溫室氣體排放，該公約政府與民間的相互自願協議，具體重點領域包括低溫瀝青的發展和再生瀝青的增加。 2017年協議的目標是：

• 將再生瀝青的使用量增加至 15%（2012 年為 12%）
• 低溫瀝青佔瀝青總產量的30%（2012年為7.5%）
• 提升創新能力和參與新研究

在法國，參與交通基礎設施的各方也簽署了另一項承諾協議，預計到2030年超過80% 的瀝青混合料在低於150°C 的溫度下生產；根據法國的經驗，在品質性能和耐用性不變的情況下，降低瀝青混合料的生產溫度將可：

• 減少骨材加熱和乾燥過程中消耗的能源，從而限制溫室氣體(GHG) 排放。據估計，生產過程中降低30°C，平均可節省12%的能源消耗。
• 降低接觸瀝青煙霧的風險：據估計，製程中溫度降低 30°C 可以平均減少 75% 的煙霧排放。

在法國，WMA 通常採用廠內發泡技術生產。所選用的瀝青膠泥通常是一般鋪路等級（未改質）瀝青，針入度在 35/50 至 70/100 之間。過去幾年，法國WMA 產量一直在 350 至 450萬噸之間波動，但自 2020 年以來，產量經歷了非常顯著的增長，2022 年產量達到 780萬噸，市場份額約占瀝青混凝土總產量的25% ，如圖5所示。

圖5、法國近10餘年溫拌瀝青在市場占比的成長情形

(文獻來源：作者由原文中譯)

巴黎市和附近的厄爾-盧瓦爾省繼續試驗不同類型的 WMA技術，旨在實現環境效益、改善工作環境和安全方面（例如，鋪路時下雨時減少蒸汽），這些經驗都顯示瀝青煙霧減少、延長運距、延長鋪路季節、和延長路面使用壽命。

法國於 2022 年完成的「 MURE（溫拌混合料多次回收）計畫」實現重要的里程碑，該計畫基於實驗室實驗和實際鋪築評估，驗證在不同生命週期中多次再利用和WMA 是相容的技術；該計畫在2016年、2017年、及2018年連續三年鋪築RAP含量為40%的WMA試驗路段，都顯示成效與相同RAP添加量的熱拌對比路段一致；但對於RAP添加量較高的材料，必須獲得特定的 RAP，並且使用較軟的瀝青來回復黏結料的性質。根據這些結果，法國規範將 HMA 和 WMA 允許的 RA P添加量從 30% 增加到 40%。

挪威政府獎勵方法值得學習

除了成功以減少勞工的煙霧曝露推廣並加速使用WMA外，挪威公共道路管理局也制定了 2030 年將瀝青二氧化碳排放量減少 70% 的目標。近10年來用多種方案獎勵生產WMA，例如只要在比傳統生產溫度低超過25°C 的溫度下生產，且品質要求相同（僅適用於發泡技術），則每噸獎勵4歐元；該獎勵方案於 2012 年推出，在某些情況下，僅一年就產生了加裝瀝青發泡設備的投資回報，使熱拌廠有意願加裝發泡設備調整其生產製程。

在過去的十餘年裡，挪威公部門還調整了招標標準，以提昇對 WMA 解決方案的需求，例如，2021 年，簽訂了四份試辦契約，綜合考慮瀝青路面的使用壽命、二氧化碳排放量、和價格，來決定由哪家承包商得標。在 Østfold 的一份合約中，將瀝青路面的使用壽命延長了 3.6 年，同時二氧化碳排放量減少至每噸 36.7 公斤；在特倫德拉格的另一份合約中，使用壽命增加了 1.4 年，而二氧化碳排放量減少至每噸 44.6 公斤。(註：歐洲 1990 年瀝青混凝土的 A1-A3階段（從搖籃到大門）排放量為 67 kg-CO2e/t）詳參「歐洲瀝青鋪面協會公布脫碳路圖」)

滿意的試辦成果促成2022 年的再擴大試辦新式招標契約，簽訂了共 27 份新式契約專案，其中 20 個專案的重點是二氧化碳排放量，4個專案仍綜合考慮二氧化碳排放量、使用壽命和價格，一份合約要求至少使用 50% WMA，另一份合約要求對品質/環境改進措施給予適當折抵獎勵。

挪威瀝青鋪築產業也為推動 WMA 做出了貢獻，制定了 2015 年 WMA 產量（佔瀝青總產量）30% 和 2020 年 40% 的目標；由於在挪威最常應用的WMA技術是熱拌廠製程發泡技術，因此大多數瀝青廠（至少對於最大的承包商）都已裝有瀝青發泡裝置。此外，對於品質追蹤的重點則關注於空隙率、抗車轍性和水敏感性，到目前為止已表明，溫拌路面與熱拌路面品質沒有不同，因此，沒有跡象顯示 WMA 層的耐用性會比傳統的 HMA 層短；這些成果都解釋了挪威為何能成為歐洲 WMA 領域的領導者；根據 EAPA 2022 年瀝青資料，挪威瀝青混凝土總產量為 640萬公噸，其中 WMA 產量為 170萬公噸（佔總產量的 26.6%）。這些數字是在 2016 年至 2020 年之間的強勁成長才達到的，因為 2016 年市佔率還不到 6%，如圖6所示。

圖6、挪威近10餘年溫拌瀝青在市場占比的成長情形

(文獻來源：作者由原文中譯)

此外，在 2023 年最新的 5 個BOT(設計、建造和運營)專案中的 4 個（超過16 公里長的 4 車道高速公路）中，承包商對 20 年內的路面抗車轍品質負責，在這些專案使用的瀝青混凝土中，WMA必需超過75%。雖然原訂2020年WMA占40%的目標未能實現，但不同公司的情況各有不同，有些公司取得顯著成果，例如，兩家最大的瀝青承包商報告 2020 年 WMA 占比分別為 41% 和 34%。

據挪威公路管理局稱，經過推動WMA產生的改變，過去兩年的瀝青混凝土碳排放量減少了近 25%，從每噸瀝青混凝土 62 公斤二氧化碳當量，減少到 47.5 公斤二氧化碳當量。總體而言，這相當於減少排放 11.75 噸二氧化碳當量。

推動WMA的障礙

雖然法國及挪威的占比都已超過25%，目前WMA在歐洲瀝青混凝土市場的平均占比仍不足5%，仍算是一項新技術。EAPA於2021年5月對相關國家協會、主要承包商和其他與瀝青鋪築業相關的利益團體，發出調查問卷，計有來自18個不同國家的15個相關協會、4個主要承包商、和8個其他利益團體(主要是添加劑供應商)回覆，顯示實施WMA的障礙主要與道路管養單位的管理決策相關：

1. 道路管養單位傾向採用既有的成熟技術；
2. 經驗不足；
3. 認為新技術較貴，公開發包時沒有競爭力；
4. 減排及煙害目前不是首要；
5. 目前規範限制。

推動建議

因此，EAPA 鼓勵和支持國家和地區道路管理局，透過「使用溫拌瀝青優化鋪路的品質、安全健康、及永續性」，來刺激對 WMA 解決方案的需求。此外，制定監管計劃，鼓勵和促進製造商將生產系統調整為WMA 解決方案。為了實現這些目標，提出以下具體建議：

1. 積極調整市場以面對挑戰：國家道路管理當局可透過以下措施提昇 WMA的占比：
   • 在契約的特定條款中引入瀝青混凝土製程溫度比同等HMA 低（至少）20°C的要求。
   • 納入財務或監管激勵措施。
   • 制定重要且加權的環境標準來評估報價，使承包商能夠將其營運對環境的影響與訂約當局的目標進行比較。建議使用生態比較器（例如法國的 SEVE 或挪威的 LCA.no）作為決策支援工具。如果承包商未達到所聲明的目標，則可能會受到與招標過程中扣減分數的處罰。
   • 增加WMA試辦路段並提出報告，且將成果報告向瀝青混凝土設計與規範制定者之間傳播，以提高對WMA技術的了解。
   • 發布最佳實踐案例，提供清晰的WMA技術採用路線圖、資源/出版物參考以及供主管部門和行業利益相關者使用的成功經驗。文字資訊包括設計指南、規範、相關規範連結、採購範本、規劃、物流和資產管理的資訊。
2. 調修規範以消除障礙：主管機關也可以建立監管框架，以促進 WMA 技術的使用，具體如下：
• 制定供地方公路機關和承包商使用的規範和設計指導文件。
• 使用此類規範來避免承包商因漫長的學習過程而不用WMA。
• 每有規範修訂場合以及在道路建設的每個階段和利害關係人溝通時中都考慮降溫。
3. 支持行動者：國家道路管理當局必須負責監督各方在WMA實施過程中所取得的進展和遇到的問題，並將此類情況傳達給瀝青鋪築產業。
4. 分擔風險：特別是在新技術採用仍處於早期階段的國家，道路管理部門必須制定風險分擔協議供新技術採購契約引用，以確保用公平的方式分享收益及承擔損失。
5. 經驗溝通分享：WMA 實施技術與經驗、成本和環境衝擊資訊必須在不同部門和各級利益相關團體之間共享和傳播，以提高 WMA 技術的可見度和可靠性。
6. 採全局策略：為了優化勞工的安全健康，並加速瀝青鋪築行業的脫碳進程，必須將 WMA 的使用與現有各種解決方案結合，包括在鋪築機具中安裝排煙系統、最大限度地重複利用和回收使用RAP、避免使用可能會降低瀝青路面循環性(Circulariy)的原料、使用替代燃料以及瀝青拌合廠綠色供電系統，採用低碳原料，就地取材，減少運輸距離等。(詳參「歐洲瀝青鋪面協會公布脫碳路圖」)