提高瀝青實驗室的溶劑作業安全

瀝青實驗室工作者的安全健康隱患：有機溶劑

瀝青實驗室如何使用有機溶劑?

除了清洗沾黏的瀝青外，例行品質檢驗工作必須使用有機溶劑；主要是品質檢測中的瀝青萃取及回收(extraction and recovery)試驗，如圖1所示。用有機溶劑萃取瀝青混凝土中的瀝青，俗稱「洗油」試驗，乃利用有劑溶劑將混凝土中的瀝青溶出(也就是萃取其中的瀝青)，或說「將油洗去」，稱得「洗油後粒料的重量」，與原重相差的量就是「瀝青含量」，而對「洗油後粒料」進行篩分析試驗，即可求得「粒料級配」；瀝青含量及粒料級配是判定熱拌瀝青混凝土品質的主要檢驗方法，一般的檢驗頻率為每天(生產日)二次(詳參「熱拌瀝青混凝土施工與品質管制」)。

所謂「開放式」，是指試驗過程中將溶劑倒入裝有瀝青混凝土試樣的清洗裝置中，或將洗出溶液移出轉倒至其它處理裝置，或是將洗後粒料殘渣移至烘箱蒸乾，傳統程序都需由人工操作，溶劑因此曝露在開放空間，操作人員也有接觸或吸入有機溶劑的風險；先進的裝置則經由試驗程序自動化，將溶劑加入、沖洗、溶液移出、溶液離心出灰分、及加熱濃縮回收溶劑等程序，整合成「封閉的管路」，自動化提昇試驗效率，封閉的溶劑管路則使操作人員得以不接觸溶劑，提高安全性。

圖1、採用有機溶劑檢測瀝青混凝土品質之瀝青萃取及回收試驗

(作者以網路圖片整理標註)

對添加舊瀝青路面刨除料(RAP)的熱拌再生瀝青混凝土，則需加檢測其中黏結料的黏滯度，因此，必需再將萃取液中的瀝青以回收試驗進行回收後，檢測該回收瀝青的60℃黏度，一般的檢驗頻率為每2,000公噸一次。圖1中的「整合型封閉式瀝青萃取及回收試驗」則是儀器商開發的最新系統，進一步將離心處理過灰份並初步濃縮的洗出溶液，再整合導入真空濃縮機中，自動執行萃取(ASTMD 8158-19)及回收(ASTM D5404-03)兩種試驗。

溶劑的選擇及毒性

選擇萃取溶劑的主要考量在於對瀝青的萃取(溶解)力，及後續執行回收試驗時，是否容易回收且對瀝青性質的影響程度，再來就是對人員健康安全及環境的危害程度。表一依文獻[1]整理列出曾用於瀝青實驗相關的有機溶劑，表中的「毒性分類」乃依照現行「有機溶劑中毒預防規則」定義之有機溶劑依毒性由強至弱區分為三類[2]，美國最常用的三氯乙烯屬第一類，四氯乙烯、二氯甲烷、及我國最常用的甲苯則屬於第二類。

表一、文獻上曾用於瀝青實驗相關的有機溶劑

(參照文獻[1]搭配國內相關法規整理)

鑑於氯化物溶劑對人員健康及環境的危害隱患，加拿大安大略省交通廳曾規劃自 2010 年開始在品質保證和仲裁實驗室中停止使用氯化溶劑進行萃取測試，轉而使用表一中的正丙基溴( n-Propyl bromide, nPB)，但，正丙基溴也隨後被歐盟歸類為危險溶劑，且已於2020 年 7 月 4 日禁止在清潔和脫脂製程中使用，因此， 安大略省交通廳終止了以nPB替代氯化溶劑的計畫。

為工作者安全健康及對環境友善而開發的生物溶劑，如d-檸檬烯(d-Limonene)，目前的使用經驗是用量要很大才能達到與氯化物溶劑相同的效能，因此，還很少使用。

預防中毒的控制設備狀況

依「有機溶劑中毒預防規則」設置之控制設備依效能區分為密閉設備、局部排氣裝置、及整體換氣裝置三種，如圖2所示；第一類溶劑室內作業應設置密閉設備或局部排氣裝置；第二類溶劑室內作業應設置密閉設備、局部排氣裝置、或整體換氣裝置。對於「作業場所控制設備是否有效?」 「有機溶劑中毒預防規則」以要求雇主指派經訓練認證的「有機溶劑作業主管」來擔負安全作業規劃及管理的責任。

圖2、室內有機溶劑作業控制之三種設備示意圖

(取自網路圖片)

依據作者近幾年擔任營建研究院「熱拌瀝青混凝土評鑑」委員，走訪超過20座熱拌瀝青廠所瞭解的狀況，大都是採用開放式瀝青萃取及回收試驗，採用的控制設備是「整體換氣」，極少有將萃取及回收設備安裝在通風櫃中(如圖3所示)者，實驗室工作者主要依靠個人防護具(防毒面罩)，且都對有機溶劑「瞭解不足且又極度嫌惡」，不禁令人擔心是否能勝任該項工作；依「有機溶劑中毒預防規則」執行室內有機溶劑作業的規劃和管理是相當專業的工作，需經專業訓練18小時且每三年回訓6小時認證合格。然，瀝青實驗室執行前述品質管制工作時使用有機溶劑，屬於「有機溶劑中毒預防規則」第二條第11款(使用有機溶劑或其混合物從事研究或試驗)規定之作業，依該規則第二十條得免設置有機溶劑作業主管，因此，瀝青實驗室工作者應自行承擔「作業場所控制設備是否有效?」的規劃及管理工作。

圖3、將離心試瀝青萃取設備安裝在通風櫃中的狀況

(擷取自交通部公路局工程材料技術所之瀝青含量試驗影片)

圖4、兩種有機溶劑個人防護面罩

(取自網路圖片)

提高瀝青實驗室溶劑作業安全的方法

除了個人負責任地戴上有效的防護具外(防護面罩戴好戴滿)，有三種由「雇主提供」的方法，可用以提高瀝青實驗室溶劑作業安全，分述如下：

1. 採用毒性較低較安全的溶劑(四氯乙烯)：美國環保署 (EPA)自 2016 年以來開始在某些行業逐步淘汰三氯乙烯，在 2023 年提出「禁止在包括瀝青測試在內的多種工業應用中生產和使用三氯乙烯 (TCE)」的方案，經審查和討論後，對瀝青實驗室使用TCE採用落日條款，開放式萃取試驗(包括A離心機和b回流系統）為 5 年(2029禁用)，封閉式系統（包括自動萃取器）為 10 年(2034禁用)。歐洲較早改用四氯乙烯(英文簡稱PCE)，封閉式瀝青萃取試驗(ASTM D8159-19)發展自歐洲，該規範規定可以使用三氯乙烯 (TCE) ，二氯甲烷 (DCM) 和四氯乙烯 (PCE) ，目前主要採用四氯乙烯 (PCE) 。我國則大都使用甲苯(Toluene)，與四氯乙烯同屬第二類有機溶劑，但因閃火點低(約4℃)不建議用在具真空加壓的封閉式萃取裝置中，因此，與歐洲同步改用四氯乙烯 (PCE)，除了降低火災隱患外，也為改用封閉式(自動)萃取裝置。
2. 改用封閉(自動)式萃取及回收試驗：封閉(自動)式瀝青萃取裝置(Auto Extractor, ASTM D8159-19)是將傳統的瀝青萃取方法中的人工操作步驟自動化，除了提昇效率外，也避免人員接觸到溶劑，近幾年已發展成熟並列入ASTM規範中，該封閉式系統的簡圖如圖5所示，由圖5可知試驗時受測瀝青混凝土置入特製旋轉筒稱重後，將旋轉筒裝入洗油艙，再將灰分離心杯備妥、稱重及安裝入離心機，即可依事先設定依不同種種瀝青混合物而設定的沖洗時間流程，按下起動鍵自動操作；完成後取出旋轉筒稱重後倒出粒料殘渣進行篩分析；計入離心杯中的灰分量即可得瀝青含量；洗油艙中的瀝青混凝土試樣在筒中旋轉翻滾，適當的加熱系統配合閉合的溶劑蒸發冷卻閉合迴路反覆沖洗後，艙中的加熱系統直接將洗後粒料渣烘乾，冷卻取出稱重後，即可進行篩分析試驗，人員不會有接觸溶劑的狀況。
3. 提昇作業控制設備的等級：將瀝青萃取及回收設備安裝在通風櫃中，只要請負責通風櫃保養維護的專業供應商定期保養檢測通風櫃的效能，不但簡化瀝青實驗室溶劑作業管理，又可將溶劑作業控制等級提昇至局部排氣；若再採用封閉式萃取及回收試驗，搭配已習慣的個人防護面罩，可以說是「三重保障!安全無虞!」。

圖5、封閉(自動)式瀝青萃取裝置之系統圖(ASTM D8159-19 FIG 1)

圖6、封閉(自動)式瀝青萃取裝置例(儀器商網站資料)

圖7、封閉(自動)式瀝青萃取裝置部份操作照片(儀器商網站資料)

美國印弟安納州公路局的瀝青萃取實驗室 - 效率、安全、健康

採用後兩種方法，實驗室雇主需投入不少經費，購置封閉(自動)式瀝青萃取裝置及通風櫃，有了這些設備，操作人員的安全健康獲得保障，先進且自動化的程序也提昇工作效率，專業的操作人員可以依時間序操作多部裝置，或是單一裝置在自動控制的時間內執行其它的專業工作，提昇實驗室的工作效率。依據最近刊在美國瀝青雜誌上的文章報導[5]，美國印弟安納州公路局的實驗室全面換裝封閉(自動)瀝青萃取設備，如該篇文章刊出的實驗室照片如圖8所示，10部自動萃取機(auto extractor)安裝在通風櫃中，據報導，其中的8部用來應付該州品保驗收試驗的需求(詳參「確保熱拌瀝青路面鋪築品質的管理機制」)，據統計，2024年該實驗室執行超過2,500個瀝青混合料的瀝青萃取試驗(以溶劑分離瀝青，求得瀝青含量後，再對分離後粒料進行篩分析，是瀝青混凝土主要的品質符合性檢驗)，提高效率並且給試驗人員安全健康的環境。

圖8、美國印弟安納州公路局實驗室將8部自動式瀝青萃取裝置安裝在通風櫃中的照片

資料來源：[5]

目前該實驗室開始將原使用的三氯乙烯 (TCE) 換成毒性稍低的四氯乙烯(PCE)。除了正規的試驗程序外，為了方便，清潔瀝青沾黏的工作也大都採用同一種有機溶劑，美國的瀝青實驗室專家建議常發生在通風櫃外的清潔工作，應改採用安全有效的替代品，不應為求方便而使用標準試驗要求的同一種有機溶劑。據聞，美國瀝青協會(Asphalt Institure)位於肯塔基州萊星頓市(Lexington, Kentucky)的瀝青實驗室，採用可混溶溶劑，例如礦物油或生物基橙子清潔劑(mineral spirits or bio-based orange cleaner)用於處理大多數清潔工作，再使用揮發性溶劑（例如丙酮或外用酒精）來去除可混溶溶劑留下的殘漬[5]；對於耐熱金屬工具或儀器部件的清潔，則應善用高溫讓清潔變得更容易，而不需依靠清潔劑，例如將沾黏在動態剪力流變儀(Dynamic Shera Rheometer, DSR)試樣鈑上的瀝青，將試樣鈑溫度升高到 90-100°C 可以輕鬆去除沾黏的瀝青；同樣地，丙酮可以輕鬆去除矽膠 DSR 模具上殘留的瀝青殘留物。

結語 - 瀝青實驗室需要安全健康及專業效率

美國印弟安納州公路局在提昇瀝青實驗室的效率上，應該是全美的領先州，採用封閉(自動)式瀝青萃取裝置及通風櫃，確保實驗室工作者的健康安全，也賦與專業和效率，值得我們學習；若將印弟安納州公路局與我國的高速公路局和公路局做個比對，如表二所示，兩個公路局為品保驗收每年執行多少個瀝青萃取試驗? 目前無可靠統計資料。據聞，高公局已裁撤實驗室，而公路局各分局的品檢股已很少執行瀝青萃取試驗，因此，交通部旗下類似印弟安納州公路局中央實驗室的單位，似乎只有公路局工程材料技術所；大部份品管試驗工作以委託民間TAF認證的實驗室執行，品質管理機制頗讓人擔心(詳參「確保熱拌瀝青路面鋪築品質的管理機制」)。

表二、交通部公路管轄機關對比印弟安納州公路局

作者1987年退伍後在熱拌廠負責品管工作，學習的第一個瀝青相關試驗就是瀝青萃取試驗，採用離心式洗油機（ASTM D2172方法A）；將甲苯倒入裝有試樣的離心缽後，用工具翻攪以利溶劑充份浸泡溶解，蓋上鉢蓋鎖緊後高速離心出溶液，再打開缽蓋加入甲苯，用工具翻攪浸泡溶解，重覆三次後，將離心出的溶液盆移至陰涼角落處讓灰份靜置沈澱；打開缽蓋將缽中「洗油後粒料渣」清空至稍大金屬盆，再移至室外，對盆中散開的粒料渣點火，攪動使粒料渣中的甲苯燒盡，冷卻後進行篩分析試驗。這種老師傅教的「洗油試驗」，忽略灰份處理部分，以燒掉甲苯取代烘乾，雖然不符合標準，得不到正確的瀝青含量，但可快速得到產品的粒料級配，反鐀給熱拌廠操作室調整以確保品質；對分拌式熱拌廠的品質控制而言，瀝青含量是一盤盤準確加入的，除非瀝青磅稱出錯，粒料級配才是管制重點。那可是將近40年前的年輕人，實驗室靠排風扇通風，沒有空調，全程戴著防毒面罩，夏季高溫時，大約一個小時的試驗過程，做完試驗摘下面罩總是面容憔悴，上下午各一次，已顯辛苦不堪言；40年後的今天，瀝青萃取試驗的狀況依舊，年𩣪人不願意從事這項工作，也是情有可原，或許也正是公部門將試驗工作委託民間實驗室執行的原因。

瀝青實驗室的雇主，無論是熱拌廠、民間實驗室、及政府道路管轄機關，都應該與時俱進淘汰過時的工作程序，提昇安全健康及專業效率的工作環境，才能吸引年輕入投入工作，為完善的道路品質把關；面對環境保護的需求，前一波雇主投入大量的環保設備，現在，正是投資安全健康及有效率的工作設備的時機。

參考文獻

1. Peter Mikhailenko, Parinaz Arabian, and Hassan Baaj, "Extraction and Recovery of Asphalt Binder: a Literature Review," International Journal of Pavement Research and Technology · November 2019.
2. 有機溶劑中毒預防規則
3. 特定化學物質危害預防標準
4. 儀器製造商網上資料：Automatic Binder Extraction Principles Using Asphalt Analyzer Rubber
5. Jason Wielinski, What Comes Nest? Future Options for Asphalt Labs without TCE, Asphalt Magazine, June 15, 2025.