美國瀝青科技中心對橡膠瀝青及橡膠改質瀝青的經驗
重點整理NCAT主任Dr. Randy West來台演講(NCAT’s Experience with Asphalt-Rubber and Rubber Modified Asphalt)
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，介紹「美國瀝青科技中心對橡膠瀝青及橡膠改質瀝青的經驗(NCAT's Experience with Asphalt-Rubber and Rubber Modified Asphalt)」。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。
Dr. Randy West在介紹NCAT及其專用測試道後(可參「NCAT測試道路的主要成果」)，針對主題依時序說明在測試道上執行的四個與橡膠瀝青及橡膠改質瀝青相關的試驗及經驗成果。
#1:以胎磨橡膠替代SBS可行嗎?
2009年出現高分子聚合物(SBS)市場短缺的議題，美國密蘇里州公路局贊助在NCAT測試道上比對SBS與胎磨橡膠的瀝青改質效果；以相同粒料配比的密級配，比對聚合物(SBS)改質瀝青與胎磨橡膠(GTR)改質瀝青，兩種混合料在實驗室與NCAT測試道兩鋪築段上的成效(勁度、抗車轍、抗水侵害、及抗裂)差異。
該案的聚合物改質瀝青是由原始瀝青(PG67-22)添加約2.5%SBS，經成效分級檢定為PG76-22，用密級配超級鋪面設計法選定瀝青用量為5.4%；橡膠改質瀝青是以原始瀝青(PG67-22)添加約11%胎磨橡膠(最大粒徑#40)及4.5%膠聯劑(transpolyoctenamer)，在拌製廠拌成後以油灌車送至熱拌廠的儲油槽使用，經成效分級檢定也是PG76-22，但實測高溫級比SBS改質瀝青高約5°C；混合料配比方面也是用密級配，超級鋪面設計法選定瀝青用量則為6.0%。
實驗室依AASHTO T 283-07進行的抗水侵害評估方面，兩種混合料各6個試體，每個試體都夯至空隙率7 ± 0.5 %，浸水試體以真空抽氣至空隙中水的飽和度達 70 to 80 %，經一次凍融循環，試驗結果顯示胎磨橡膠改質的混合料有較高的張力強度及較高的TSR；依AASHTO T324執行的漢堡輪跡試驗則顯示在50°C、浸水試驗來回滾壓10,000次後的總車轍深都符合小於12mm的規定(胎磨橡膠改質為1.9mm，SBS改質為4.1mm)，剝脫反曲點也都高過5,000次來回。
在測試道上的兩段比對路面，在經二年累積1千萬ESALs後，都沒有出現開裂，車轍深度也都很低(橡膠改質段3.8mm、SBS改質段4.8mm)。
以胎磨橡膠替代SBS做為瀝青改質劑的總結：
- 兩種改質黏結料都測定為PG 76-22 ; 但, 實測高溫級別有 5°C差異；
- 鋪在專用測試道上，兩種改質鋪面都未出現明顯的車轍及開裂；
- 如果設計得當，GTR 和 SBS 改質混合料可以具有同等的現場成效，亦即可以胎磨橡膠替代SBS做為瀝青改質劑。
#2 胎磨橡膠對鋪面噪音的影響
#3 開裂群試驗
#4 環保瀝青改質劑群試驗(The Additive Group Experiment)
在瀝青混合料中使用添加劑的目的是要提昇鋪面成效延長壽年，而這些添加劑常取自回收材料，例如廢塑膠、胎磨膠粉、及纖維，也增進鋪面永續性；這些環保添加劑宣稱具有環保、品質、及成本的三重優勢，需仰賴實際鋪面應用成效來驗證，但，實際路面成效驗證曠日費時，不及日新月益的環保添加劑；三年一輪的NCAT測試道，規劃「環保添加劑群試驗(Additive Group Experiments)」，目的是開發出正確預估環保添加劑抗疲勞開裂實際成效的「實驗室評估法」。
鑑於選定的環保添加劑都是瀝青改質劑，採用同一種密級配，控制組用SBS改質瀝青(PG76-22) ，材料配比採「添加劑替代法(Drop-In approach)」，也就是以控制組的配比設計為主，瀝青用量及粒料級配不因不同添加劑而改變。溼式橡膠改質瀝青使用NMAS#30胎磨膠粉，用PG64-22的10%溼式拌製成PG76-22ARB；乾式橡膠改質瀝青則是使用「活化胎磨膠粉SmartMIX」，用PG67-22的12%直接加入拌合機內與熱粒料及隨後加入的PG67-22拌成瀝青混合料，SmartMIX是用NMAS#30胎磨膠粉加入擴散油拌製後，在135°C反應30分鐘(受熱、溶脹、飽和)，再轉移到冷卻系統並與流動劑(防黏)混合後裝袋出貨。
第一階段用平衡配比設計概念比對的抗開裂及抗車轍評估結果顯示，乾式橡膠有較好的抗開裂能力，溼式橡膠改質則有較好的抗車轍效果。
第二階段產製溼式橡膠改質瀝青混凝土是用工廠預拌成的橡膠改質瀝青，用油罐車運至熱拌廠使用，而乾式胎磨橡膠則是將SmartMIX運到熱拌廠，以熱拌廠原有供纖維的餵料斗餵入。
在鋪築測試道時取得的廠拌瀝青混合料，用標準試驗程序，測得「廠拌實驗室壓製」試體的各項性質，顯示與SBS改質瀝青相比，兩種橡膠改質瀝青的勁度較低、抗車轍能力相近、抗開裂性較低、抗疲勞性較佳；鋪築測式試段經第三階段實際荷重二年累積1千萬ESALs後，車轍皆不明顯，乾式橡膠改質路段已超過開裂破壞界值(20%車道面積)，溼式橡膠改質路段則出現5%車道面積開裂。
總結
Dr. Randy West在美國瀝青科技中心對橡膠瀝青及橡膠改質瀝青的經驗，總結列出以下三點：
- 橡膠改質瀝青(RMA)與聚合物(SBS)改質瀝青都可符合 Superpave 成效分級，RMA是 SBS 改質瀝青的可行替代品。 RMA 可能比 SBS 改質瀝青具有成本和環保產品聲明(EPD)上的優勢。
- 橡膠瀝青越級配混合料(ARGG)在性能和耐久性方面優於密級配混合料，由於瀝青用量較高，應採用生命週期成本分析法(LCCA)來證明 ARGG 較高的初始成本和可能較高的 EPD 的合理性。
- 從熱拌廠生產便利的角度來看，乾式製程是添加胎磨膠粉的較佳選擇，但目前實證成效較差，需要進一步分析來評估其現場性能。
留言
張貼留言