瀝青鋪面永續與綠色採購
(Asphalt Sustainability and Green Procurement)
由於路面工程全生命週期實證資訊尚未完善，而採用「從搖籃到大門」的綠色產品政策，側重於「透過環境產品聲明 (EPD)選擇低碳材料」，並假設低碳材料的長久性能與非低碳材料相同。(詳參「鋪面生命週期評估與瀝青混合料的環保產品聲明」)採用橡膠瀝青，也就是以胎磨膠粉做為瀝青改質劑，不僅提昇鋪面永續、回復力(韌性)、及路面養護績效等多項指標，亦為瀝青拌合業淨零轉型的策略重點。
鋪面永續及回復力需求
面對2050年淨零排放目標，美國環保署(EPA)2019年統計的溫室氣體(Green House Gas, GHG)排放量，由交通運輸、電力能源、工業、農業、商業、及住家等六大產業瓜分，其中77%來自交通運輸(29%)、電力能源(25%)、及工業(23%)三大產業。交通運輸產業中的公路鋪面，全生命週期舞台上的各項活動如圖1所示；美國聯邦公路總署(FHWA)展開鋪面生命週期(從搖籃至墳墓)各階段的溫室氣體排放量，可知鋪面從搖籃(原料生產製造)至墳墓(路面壽年終止)共六個階段，除了使用階段受制於用路人習慣外，其它階段的減碳策略，皆可直接由道路管理機關執行，而確切可行者有四大方向，簡稱「鋪面永續四策略(Pavement Sustainability Strategies, PSS)」如下：[Heather Dylla, FHWA, June 15, 2021]
- PSS1: 在鋪面工程中納入廢棄材料，特別是廢塑膠及廢輪胎橡膠；
- PSS2: 鋪面再生；
- PSS3: 提昇耐久性；
- PSS4: 採用當地材料。
回復力或韌性(Resilience)定義為災難性的衝擊發生時，能及時有效地對抗、吸納、調適、及復原的能力。面對全球氣候變遷及推動循環經濟的雙重考量下，歐美過去10年來的研究，用「回復力(resilience)」描述公路鋪面等基礎設施對極端氣候的調適和回復能力，在公路規劃、設計、施工及養護等階段皆應考量回復力，才能有效因應未來的極端氣候（強降雨、極高溫、極低溫、長時間乾旱等），其中最重要的工作是提高設計規範要求及延長設施的壽年。本於瀝青材料的感溫性，亦即高溫變軟、低溫脆裂的特性，對瀝青鋪面工程師而言，最直接的是當「百年一遇」的高溫或低溫來襲，道路面層是否出現過度損傷不易修復? 因此提高回復力最直接的方法就是添加改質劑以擴大瀝青材料的「有效溫度區間(Useful Temperature Interval, UTI)」；最普遍的瀝青改質劑為類似苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-Butadiene-Styrene block copolymer, 簡稱SBS)的高分子聚合物，但，添加高分子聚合物除了增加成本外，也提高鋪面材料的內(隱)含碳(embodied carbon)，低碳而又有效的替代則是來自廢輪胎環保回收的胎磨膠粉(Ground Tire Rubber, GTR)。
石膠泥瀝青面層(Stone Matrix Asphalt, SMA)是近代歐美實證能在高溫抗荷重變形的高成效瀝青混合料，該類混合料的組成需有高品質的粗粒料、聚合物改質瀝青、抑制瀝青流失的纖維、及礦物填縫料等，也同樣面臨經濟及環境性質的挑戰(詳參「SMA: 越級配瀝青混合料」)；源於亞利桑納州的橡膠瀝青越級配(Asphalt Rubber Gap-Graded, ARGG)如圖2所示，採與SMA同樣的越級配設計，以大量橡膠青與細粒料組成的膠漿填滿粗粒料間的空隙，不需添加聚合物或纖維，也不需額外添加礦物填縫料，成本相近實證成效也與SMA相當，然，採用ARGG則比SMA更環保(詳參「廢輪胎橡膠使石膠泥瀝青混合料成為環保材料」)。與傳統密級配相比，若能再添加刨除料或採發泡溫拌製程，則橡膠瀝青越級配(ARGG)顯然可同時符合四項(PSS1, PSS2, PSS3及PSS4)鋪面永續策略，且具有多重且更高成效的表現，此類高品質又能兼顧成本與環境性質的瀝青混合料，稱為高績效的瀝青混合料，以胎磨橡膠改質的瀝青混合料，屬於高績效的瀝青混合料。
長壽鋪面概念
一般工程設計年限都會超過50年，以往鋪面結構設計累積的經驗是很難超過15~20年，因此，公路建成後的養護工作，特別是路面的養護與修復成為最主要的工作，也是公路資產管理單位資源消耗最重的項目；早期認為瀝青路面可伴隨交通量的成長分期加鋪，這種類似「分期付款、分階段施工(Stage Construction)」的路面結構設計理念，在近代公路實踐時則因其它公路設施也需調整而不現實，若破壞(開裂/變形)深及鋪面結構，則全面翻修的代價正如「高利貸」；1998年鋪面學者Michael Nunn在長期觀察鋪得很厚的瀝青混凝土路面時，發現這些厚而堅實的路面，破損都是車轍及由上而下的開裂(top-down cracking)，並指出超過37公分的路面應該足夠承受無限數量的軸重，因此，Nunn提出「柔性路面結構強度超過某一界限值時，既使在很長一段時間內受到非常高的交通荷載，也可能不會出現結構損壞」。此外，Uhlmeyer 等人發現，大多數厚度超過16公分的HMA路面，僅出現由上而下的開裂(top-down cracking)， 因此，如果能夠適當處理在表面層出現的開裂和車轍，以避免這些破壞影響到路面結構的完整性，則可以大大延長路面壽命邁向永續(PSS3)。(詳參「美國的長壽鋪面設計概念(Perpetual Pavement)」)
長壽鋪面設計(Perpetual Pavement Design)指的是使用壽年很長的一種瀝青路面結構設計、施工、與養護觀念；輔以適當的維護與修復，以長壽鋪面概念設計及施工的路面，只需要定期針對路表層破損刨除重鋪，可以在不必進行主要結構修復及翻新的狀況下使用超過50年。美國鋪面工程界總結上世紀比較成功的鋪面結構是底層級配用得較少的深強瀝青鋪面(Deep-Strength Asphalt Pavement)，或甚至不用碎石底層，全部用瀝青混合料的全深度瀝青鋪面(Full-Depth Asphalt Pavement)；瀝青面層較薄而以較厚的粒質底層傳佈荷重的傳統鋪面結構，較容易出現結構性破壞，例如深層結構性車轍或疲勞開裂(由下裂向上)；使用較厚瀝青混凝土層的鋪面，則較少有底層結構破壞造成的修復困難問題；因此，在設計新的瀝青路面來避免深層結構性車轍及疲勞開裂問題時，出現了長壽鋪面設計的概念。也就是說，長壽鋪面設計不算是新的概念，在20世紀60年代就有全深度(Full-depth)及深強(Deep-strength)瀝青鋪面設計，當時遵循此種設計概念且施工完善的路面，已經美國路面工程界證實相當成功地在重交通荷重下使用至今。美國瀝青鋪面聯盟(Asphalt Pavement Alliance, APA)認為這些長壽鋪面的先例，經過去數十年來冷刨、再生、及熱拌瀝青技術的大幅進展，創造了比以往成效更好、壽命更長、且生命週期成本更低的瀝青路面。長壽鋪面概念設計的鋪面結構，植基在堅固的道路基礎設計上，使用的瀝青混凝土總厚度較厚且區分為三層，每一層各自有抵抗的應力標的，如圖3所示。
目前國道高速公路鋪面設計結構斷面為1.5公分開放級配瀝青摩擦層，面層為10公分密級配瀝青混凝土，底層則為20公分熱拌瀝青混凝土(標稱最大粒徑為3.0公分)與20公分碎石底層(CBR值≧85%)，路基部分之要求為CBR值≧15%，設計斷面如圖4所示；快速道路則主要為10公分細密級配瀝青混凝土面層，20公分粗密級配瀝青混凝土底層與30公分碎石底層；省道系統部分則主要為10至20公分瀝青混凝土面層，30至45公分碎石底層；縣、鄉道部份則主要為3至15公分瀝青混凝土面層，15至30公分碎石底層。省道及高快速公路系統瀝青混凝土層都超過20公分，屬於深強瀝青鋪面結構，多年維修時也已針對局部底層破壞採用穩定處理改善，破壞型態逐漸接近美國經驗以表層的開裂及車轍為主，可以類比長壽鋪面，選用高績效的瀝青混合料做為面層，達成「在少量的表面層維修下可無限期使用的路面」的長壽永續目標(PSS3)。
瀝青產業的淨零路徑
1. 降低粒料含水量；2. 改用天然氣做烘乾加熱粒料的燃料；3. 多用溫拌瀝青(Warm Mix Asphalt, WMA)技術降低拌合溫度；4. 需要改質時，用胎磨橡膠(Ground Tire Rubber, GTR)取代苯乙烯- 丁二烯- 苯乙烯 嵌段共聚物（Styrene-Butadiene-Styrene block copolymer, SBS）；5. 提高回收料亦即舊瀝青路面(Reclaimed Asphalt Pavement, RAP)刨除料的添加量；6. 啟動「瀝青4.0」數位化生產管理提昇效率。
根據美國NAPA公布的資料，熱拌瀝青混合料(HMA)的二氧化碳排放量，主要受黏結料的種類及用量、烘乾加熱粒料使用的燃料、是否添加回收材料、及原料運輸距離等製程因素影響；若估算時以原料平均運距、以天然氣烘熱粒料、不加回收材料，則一般HMA的碳排放量圓餅圖，如圖6所示；每生產1公噸HMA排放59.1 kgCO2e，其中57%來自原料的內含碳，38%為熱拌廠的營運碳(operational carbon)，而原料的內含碳中，黏結料占94%，是生產HMA上游溫室氣體排放的最重要貢獻者。
表1為前述NAPA同份文件列出的組成HMA的各類原料的內含碳，表中的三種改質瀝青中，只有橡膠改質瀝青(Rubber Modified Binder, RMB)的內含碳比純瀝青低；國內改質主流的彈性聚合物(3.5%SBS)改質瀝青，內含碳比純瀝青高約20%，也比使用胎磨膠粉(GTR)改質的RMB高約23%，這是因為提煉自自石化工業的SBS的內含碳很高，而來自處理回收廢輪胎的胎磨橡膠(GTR)的內含碳較低所致。故，採用胎磨膠粉做為瀝青改質劑，不僅符合鋪面永續四策略，亦為瀝青拌合業淨零轉型策略「研發/使用低碳黏結料」的重點。
美國NAPA為服務其會員已建立翡翠生態標簽體系，並於網站公開已發佈的熱拌廠產品EPD資料；加州和亞利桑納州是採用橡膠瀝青最多的兩個州，比對該兩州各一個熱拌廠生產不同瀝青混凝土的碳排量，可整理如表2所示；由表可知，熱拌廠的營運碳(A3)相近，原料運輸碳(A2)受料源遠近影響，同地區的不同熱拌廠間差異亦不大，受瀝青混凝土配比影響的原料內含碳(A1)主控不同產品的碳排放量差異，瀝青用量低及添加刨除料(RAP)皆明顯降低內含碳。
加州的橡膠瀝青越級配雖以廢輪胎橡膠做為改質劑，但拆分為三種用量皆小於1%的彈性體添加劑，依規定可暫不計其碳排量(環境部團隊認為這三種添加劑皆為再生材料，內含碳不高，暫不計入可接受)，因此實際用量雖為8.0%，但計入內含碳的黏結料量標示為6.0+；與相同標稱最大粒徑的全新瀝青混凝土相比較，橡膠瀝青越級配在加州每公噸只提高內含碳約4 kgCO2e，加州因有強制使用橡膠瀝青的法規，即拌即用ARGG占運輸部(Caltrans) 採用瀝青混凝土中的40%，較少使用SBS改質瀝青；亞利桑納州熱拌廠的比對則顯示SBS改質比基準每公噸提高內含碳達14 kgCO2e，而採用胎磨膠粉改質則反而比基準每公噸降低內含碳約2kgCO2e，充份顯示「低碳高效」。
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