瀝青混合料的迷思 - 鋪築厚度與壓實度

原文「MIXBUSTERS – THE TRUTH ABOUT ASPHALT MYTHS」刊載於「Asphalt - The Magazine  of Asphalt Institute, NOVEMBER 26, 2024」作者為Buzz Powell,  and Dave Johnson

該文列出(1)接續鋪層間可免黏層, (2)高RAP添加量的混合料鋪築時冷得較快，(3)鋪築厚度超過4倍標稱最大粒徑時很難壓實，共三項迷思。本文借第三項迷思，說明鋪築厚度與壓實度的迷思。

迷思(Myth)就是帶有古老神話色彩的不確定；關於鋪築厚度與壓實度，鋪太薄例如1.5公分厚標稱最大粒徑9.5mm的開放級配(OGFC)，只能壓固不能壓實，這種情況，若用鋪築厚度與標稱最大粒徑(Nominal Maximum Aggregate Size, NMAS)的關係來看，鋪築厚度為15mm，而NMAS為9.5mm，也就是鋪築厚度小於2倍NMAS，沒有足夠空間容納粗顆粒間受壓產生的排擠作用，很難壓密實；這種鋪築面是特殊情況，OGFC混合料是功能性表層，原設計就是高空隙率只需壓固不脫落，不求壓密實。

(註：有關NMAS之定義及以粒料級配區分的三種不同瀝青混合料，可參「瀝青混凝土類別與設計粒料結構」)

越級配及最普遍的密級配瀝青混合料，施工時的滾壓密實度，則是最重要的品質參數，如下圖所示，完成面的空隙率是重點，由於瀝青黏結料是感溫性材料，空隙率太低(<3%)會有高溫時重壓出現塑性變形的問題，空隙率太高(>8%)則有耐候性不足且承載力差的顧慮，因此，鋪成面具適當的空隙率是控制壓實度的重點。

鋪築面能否有適當的空隙率，在材料設計階段也很重要，如果配比設計不當，例如選定的瀝青含量太高或是設計的級配粒料間的空隙(VMA)太低，則鋪築面壓實後的空隙率很可能偏低，而有高溫時重壓出現塑性變形的問題；反之，若設計的混合料很難壓密有耐候性不足且承載力差的顧慮。新式配比設計法採用旋轉壓實機評估，優於用傳統的馬歇爾夯錘，詳參「超級鋪面(Superpave)配比設計法」。

以往的經驗是「鋪築厚度應在NMAS的三倍到五倍之間以便能順利壓實」，主要的依據就是「有否足夠空間容納粗顆粒間受壓產生的排擠作用」，若鋪築厚度不足NMAS的三倍，則相疊的兩顆NMAS粒料在受壓時，受限於上下空間較難有轉動錯位而變密的機會，也就是顆粒間的排擠作用無助於密實。依照此原則，NMAS為12.5mm的瀝青混合料，鋪築厚度至少要有37.5mm；若改採用NMAS為19mm，則鋪築厚度至少要有57mm。美國加州公路局(CalTran)的橡膠瀝青越級配有NMAS=12.5mm及NMAS=19mm兩種，規範中建議鋪築厚度超過60mm(含)時，可選用NMAS=19mm的越級配。

至於鋪築厚度超過NMAS的五倍時很難壓實，因此，大都採用分層鋪築；這項迷思在近幾年的許多案例中已經被打破；近幾年採用新的「長壽鋪面設計觀念」用厚的瀝青混合料面層，受限於該項迷思，常需分多層鋪築而使效率及品質變差，2018年美國瀝青科技中心的試驗車道，成功鋪築厚度為NMAS的12倍的瀝青路面，具有適當的空隙率，後續南卡羅萊納州及猶它州也都提出單層鋪為NMAS的12倍的瀝青路面，猶它州的試鋪案甚至是高度改質的瀝青混合料(詳參「探究單層厚鋪瀝青鋪面」)。

單層厚鋪(ThickLay)已逐漸成為常規工法，不但提昇施工效率，也避免了常出現的黏層失效造成的層間剪力破壞。

國內好像有「壓實度超過100%」的「迷思」? 如上圖所示，壓實度是完成面密度與對照密度的比值，亦即：

若能在施工時取得代表性試樣，測得試樣理論最大密度(Gmm，代表該材料無空隙密度)，以之做為對照密度，則壓實度直接展現完成面的空隙率，例如95%Gmm，即代表空隙率為5%，與新的配比設計法用SGC旋轉壓實曲線評估配比的適當體積關係相同(可參「新式瀝青混凝土品質檢測法」及「以理想抗車轍與抗開裂試驗法探究瀝青混凝土的品質」)，則不可能有壓實度超過100%的狀況。採用新的材料檢測法，理論最大密度試驗已經成為主要的品管檢驗項目。