關於長壽鋪面設計的三項迷思

原文「MIXBUSTERS – THE TRUTH ABOUT ASPHALT MYTHS」刊載於「Asphalt - The Magazine  of Asphalt Institute, March 1, 2025」作者為Buzz Powell,  and Dave Johnson

前言

長壽鋪面(Perpectual Pavement)是指「在少量的表面層維修下可無限期使用的路面。」可參「美國的長壽鋪面設計概念(Perpetual Pavement)」關於長壽鋪面的迷思，有以下三項，釐清這些迷思，顯然對長壽鋪面的觀念可有更深入的理解。

1. 縱使用高度改質瀝青面層，面層結構層系數也不應改變?(Layer coefficients should not change when using high-polymer-modified (HP) binders. )
2. 要鋪很厚才能是長壽鋪面(To achieve a perpetual pavement, it must be very thick.) 
3. 只要覆蓋上完善的面層，中間層可以用油量低或乾硬的瀝青混凝土層(It’s OK to pave lean, stiff binder mixes (intermediate layers) as long as we cover them up with healthy surface mixes. )

縱使用高度改質瀝青的面層結構層系數也不應改變?

高度聚合物改質(High-polymer-modified, HP )瀝青近來被用在厚度增加受限的加鋪路面，以提昇鋪面整體結構能力，對採用結構層係數(Layer coefficient)做為鋪面設計的材料因子的狀況下，賦予HP改質瀝青較高的層係數（例如佛州公路局的研究顯示HP瀝青混凝土的層係數比一般瀝青混凝土高出約23%），這樣做確實可以不增加整體厚度提昇鋪面結構能力。

NCAT的研究更認為HP改質瀝青的層係數至少比一般瀝青混凝土高43%；這是從NCAT 測試道路的成果提出的保守估計，因為NCAT測試道的段面在承受 2,000 萬ESAL後停止試驗，該HP改質瀝青測試路段並未出現任何損壞；該HP改質瀝青測試路段很可能屬於長壽路面（雖然該路段的瀝青厚度小於 6 英寸，鋪設在 6 英寸厚的緻密碎花崗岩基層和高品質路基上）；有關層係數提昇的精確量化研究，目前仍在NCAT 測試道路上進行中。

HP改質瀝青可提高結構層係數已得到充分證實，因添加較多聚合物而增加的成本，得以有更高的成效做為回報；由於HP改質瀝青增強的性能特性，使我們能夠以最小的初始單位成本顯著提高性能；理論上，採用這類材料，將得以曾經被認為不可能的厚度建造長壽鋪面，可以顯著提高這種本已極具競爭力的材料的成本/效益。

但，為了實現更高的性能水平，。 Jhony Habbouche 博士在發表於2024年10月《瀝青》雜誌的文章中，建議不要因為採用HP瀝青混凝土，就很衝動地將路面薄化：「採用高度聚合物改質(HP)瀝青混凝土的目的，是要用更薄的整體結構來達到與傳統瀝青混凝土類似的性能水平呢? 還是應該專注於在不減少厚度的情況下，通過額外的聚合物改質來增強面層性能，從而延長路面的使用壽命? 」 顯然後者較能實現長壽路面，亦即將鋪面結構設計成「在少量的表面層維修下可無限期使用的路面。」

要鋪很厚才能是長壽鋪面?

一般認為要達到長壽鋪面，需要相當的厚度。長壽鋪面被定義為一種柔性路面系統，該設計使瀝青層底部的張應變始終低於材料的耐久界限(endurance limit)；耐久界限是指材料疲勞試驗的應變門檻值，低於此門檻值，可以承受無數次的荷載而不會出現疲勞開裂；雖然不同組合的瀝青路面結構，實現這種性能的鋪面最小厚度各不相同，但，通常整體厚度要大於12英寸，路面才有可能永久性(長壽)。這是真的嗎？路面真的需要那麼厚才能實現永久性(長壽)嗎？還是不需要? —甚至可以更薄？為了探討這個問題，讓我們來看看相關證據。

我們的第一個證據來自瀝青路面聯盟的長壽鋪面獎(the Asphalt Pavement Alliance’s Perpetual Pavement Award)得主(可參「美國的長壽鋪面設計概念(Perpetual Pavement)」)。自2001年首屆得獎者公佈以來，該獎項已頒發超過150個,，對這些獲獎路面的分析表明，其結構設計的總瀝青厚度通常在10至14英寸之間，具體取決於交通量、氣候和路基條件。這些設計都是採用Superpave之前的配比設計方法（Marshall或Hveem），也都沒有使用改質瀝青，有了這兩項提昇材料性能的方法，可以不要那麼厚就達到長壽鋪面的要求。

第二個證據來自NCAT測試道路的實證。也就是說，如同先前所討論的，當使用經過性能增強改質的現代先進瀝青黏結料時，使用這些黏結料的路面始終表現出更佳的性能。事實上，上文提到在NCAT測試道路測試的HP改質瀝青路段，呈現出長壽的性能，其厚度還不到6英吋(僅為5.75英吋)！

這是否意味著超薄路面在任何地方都能達到永久性能？很遺憾，並非如此。 NCAT 的研究人員發現，在代表俄克拉荷馬州典型路況的路段上，需要 14 英吋的厚度才能達到永久性能。因此，負責路面設計的工程師需要根據當地情況設計長壽(永久性)路面。影響厚度設計的因素包括：

• 交通負荷：高流量卡車路線通常需要更大的厚度。
• 路基品質：軟弱路基可能需要較厚的瀝青層或穩定基層。
• 氣候因素：高溫或凍融條件可能會影響材料的選擇和厚度。

無論路面在哪裡設計和建造，都可以根據當地的獨特條件設計長壽路面。此外，尤其是在設計中融入先進材料後，曾經被認為不可能實現的厚度，現在也可以實現永久性能，有時只需不到 6 英寸的瀝青厚度即可！

只要覆蓋上完善的面層，中間層可以用油量低或乾硬的瀝青混凝土層?

除了確保足夠的總瀝青層厚度外，依上、中、下層的荷重反應特徵，選用適當的瀝青混凝土材料，才能防止深層損壞，達成「在少量的表面層維修下可無限期使用的路面。」這是長壽鋪面的要素。雖然很容易只專注於表面層混合料，因為表面層是路面結構中最顯眼的部分，但事實上，構成總體瀝青混凝土厚度的每一層，都應滿足特定的性能要求。除了所有瀝青混合料的基本品質要求（例如抗剝脫性）外，表層應耐用且兼具耐車轍和抗開裂，而底層則應抗開裂，中間層則應透過厚度和勁度的結合來減少撓度。(可參「美國的長壽鋪面設計概念(Perpetual Pavement)」)

增加勁度的簡單方法是增加瀝青混凝土中添加回收瀝青鋪面 (RAP) 的比例，雖然中間層非常適合採用高 RAP 含量的瀝青混凝土，但不應沒有依據盲目地進行。平衡式配比設計 (BMD) 的檢測𨗴輯，是確保高 RAP 含量瀝青混凝土具有足夠數量和品質的有效總黏結料，進而展現良好抗裂性能的有效方法。(詳參「在鋪面疲勞開裂與車轍變形兩種成效間取得平衡」)

在刨除/鋪回的深度涵蓋上中兩層，且銑刨深度不及現有裂縫深度時，特別重要。既有裂縫最終會反映到鋪回的瀝青混凝土中，如果鋪回的瀝青混凝土用油量較低和/或含有大量老化黏結料(也就是高RAP含量的瀝青混凝土)，則反射裂縫的進展會非常快。如今，多代 RAP（亦即自幾十年前作為全新混合料鋪設以來已多次再生的 RAP）的盛行加劇了這一種擔憂。

此外，若相鄰層的勁度差異較大，交通荷載下會有較高的層間張應力；因此，用勁度較高（較硬）的混合料鋪設在較柔韌的層之上或之下（例如，鋪設在抗裂路面混合料之下）時，選用適量高品質的黏層材料，防止層間黏結過早失效至關重要。(可參「瀝青混合料的迷思-接續鋪層間可免黏層?」)

施工品質的重要性至關重要，在路面結構的每一層鋪設瀝青混凝土時，都應滿足新建和翻修的相關品質要求。但是有些老舊的規定，例如以材料體積關係為依據的品檢項(例如空隙率)，只能提供有效黏結料的量的資訊，幾乎沒有或根本不能用以確保品質；各單位應考慮放寬經BMD驗證的瀝青混合料的設計空隙率要求。

沒錯，提高RAP添加量兼具成為本和環境友善，但，必須以確保良好的長期性能為前提。