中華鋪面研究室

 新式瀝青混凝土品質檢測法 千呼萬喚始出來…取名為「理想的」開裂試驗(Ideal Cracking Test)及「理想的」車轍試驗(Ideal Rutting Test)…其實很現實：務實地應用既有簡單的儀器搭配不同的承壓模及數據分析方法，既能評估抗變形(車轍)能力，也能評估抗開裂(疲勞)能力。 圖1、美國「理想的」抗開裂與抗車轍試驗方法示意圖 理想的瀝青混凝土成效試驗，要能(1)評估預備提出的瀝青混凝土配方的預期成效；(2)判斷不同材料或是不同設計方法的可能成效；(3)直接判定瀝青混凝土的品質優劣。以往投入的許多瀝青混凝土的成效試驗研究(詳參「 如何評估不同鋪面材料的使用成效？ 」)，為達成成效試驗的理想奠定了基石。 從瀝青鋪面的主要破壞形態來看，有永久變形、疲勞開裂、及低溫龜裂等三種，因此，瀝青混凝土的成效試驗，也要能評估這三種破壞潛勢。最新的美國AI MS-2配比設計手冊建議的瀝青混合料成效試驗如表1所示[1]。 表1、美國AI MS-2配比設計手冊建議的瀝青混合料成效試驗[1] 瀝青混合料的抗車轍成效試驗區分為輪荷重試驗及潛變試驗兩類。輪荷重試驗較為直觀，但不是材料科學上定義的基本性質試驗，且受儀器尺吋因子的影響很大，亦即不同儀器測得不同的結果，試驗成果必需與當地經驗建立緊密的成效關係；潛變試驗則直接量測材料的基本性質，具有完善的科學定義，只要試驗參數一致，不受不同儀器的約制，試驗成果也直接與成效相關；上世紀90年代的SHRP研究，提出以超級鋪面剪力試驗儀(Superpave Shear Tester, SST)評估瀝青混凝土的抗剪力，做為超級鋪面配比設計程序中成效試驗的抗變形部份；SST對以旋壓試驗機壓製的標準試體施以重覆剪力，評估動態剪力作用下的瀝青混凝土抗車轍能力；SST試驗機價格昂貴(超過23萬美元)且試驗程序複雜，後續雖改用相對較簡易的瀝青混合料成效試驗儀(Asphalt Mixture Performance Tester, AMPT)檢測成效，如表1所示，但包涵動態與靜態兩種潛變模式，試體製作較複雜，試驗人員需要較多的訓練且設備價格仍高，而很難引用做為常規的QA/QC試驗。(詳參「 超級鋪面配比設計法中的混合料成效試驗 」) 美國路面工程界在1980年代的調查顯示最主要的鋪面破壞是車轍變形，隨著採行超級鋪面規範、用較多高分子聚合物改質的...

 新式改質瀝青規範解說 純度、安全性、儲存穩定性、工作性、抗車轍能力、抗疲勞開裂能力、及抗低溫龜裂能力 圖1、以動態剪力流變儀執行多重應力潛變與回復(MSCR)試驗示意圖 美國佛羅里達州公路局在2019年新修訂的「超級鋪面成效分級瀝青規範(Superpave PG Asphalt Binder)」如表1所示，從表1可知，應提報級別和核備品清單號，另，對改質瀝青應提報添加的改質劑名稱；檢測的項目規定，則區分原始瀝青、短期老化(經RTFOT後)、及長期老化(經RTFOT+PAV後)三種不同老化程度的試樣(詳參「 瀝青的成效分級制(PG Grades) 」)；對原始瀝青試樣，則檢測純度(三氯乙烯溶解度)、安全性(閃火點)、工作性(135℃旋轉黏度)、及抗車轍能力(DSR測G*/sinδ  和δ )、及儲存穩定性(離析試驗頂段與底段軟化點差值)；對短期老化後試樣則檢測老化前後質量變化及抗車轍能力(MSCR測 J nr, 3.2 及%R 3.2 )；對長期老化試樣則檢測抗疲勞能力(DSR測G*sinδ)及抗低溫龜裂能力(BBR測潛變勁度S和m，並計算臨界溫度差值∆Tc)。 表1、解說美國佛州超級鋪面成效分級瀝青規範(Superpave PG Asphalt Binder) 原始瀝青(Original Binder) 是指未經老化模擬的瀝青試樣，一般規定要從熱拌廠的儲油槽或是泵送至拌合機拌合的輸送管適當安裝的取樣口取得的樣品；這個階段的瀝青試樣以工作性(可泵送性)、安全性(易燃性)、純度(混到異物)、及儲存穩定性為主，也測抗車轍特性來據以分級。 工作性(可泵送性)都是用旋轉式黏度儀如圖2在135℃測黏度(請參「 理解瀝青使用績效-流變學的基本原理 」)，若在135℃的黏度低於30poises，就不會有泵送的問題，也就是具有工作性；超過30poises的黏結料可能會有不易泵送處理的問題，應諮詢供應商是否採取特別的處理方法。 圖2、Brookfield旋轉式黏度儀  安全性是指該瀝青黏結料是否易燃而不安全，閃火點試驗(Flash Point Test, ASTM D92)求出以明火對瀝青加熱的安全溫度，試驗方法為以指定的加熱速率，對裝於開口杯內的瀝青膠泥加熱，並用小火燄緩慢於試樣面上掃過，如圖3所示，由試樣因高溫而蒸發之有機氣體，因與火燄接觸而產生火花，...

 Why/What/How改質瀝青?  圖1、一般瀝青與「理想瀝青」的稠度/溫度曲線示意圖 為何要用改質瀝青? Why use modified asphalt? 瀝青黏結料是高感溫性材料，從低溫到高溫，呈現硬脆固體、彈性固體、黏彈性體、及黏性流體等行為，如圖1所示；一般瀝青在「低溫不會過硬，高溫不會太軟」的所謂「成效溫度範圍」有一定的限度；「理想的瀝青」則是在環境要求的溫度範圍內，既不會太硬也不會過軟，也就是成效溫度範圍較寬；面對氣候變遷，路面服務成效溫度範圍逐漸擴大，將瀝青性質朝「理想」改質的需求增加；最普遍應用的改質方法就是添加彈性體聚合物，例如「苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)」或是替代的環保材料廢輪胎橡膠，兩者都可在不過度增加高溫黏度的狀況下，提高低溫彈性。 鋪面成效需求 以往用瀝青用針入度、黏度分等級，是在25℃測針入度，在60℃測黏度，以不同針入度或黏度來分等級，工程師用「 環境溫度較高應用較硬(針入度較低、黏度較高)瀝青 」為原則選定該使用哪一種瀝青，以這樣的分級方法選用瀝青的風險較高，選用的瀝青可能不能抗車轍，不能抗低溫龜裂，或是不能抗疲勞開裂；加上近年來，交通量、載重、和輪胎壓力大幅增加，鋪面的成效要求愈來愈嚴苛，導致鋪面提早車轍和開裂的案例增加，瀝青改質的需求亦隨之增加。 成效分級 鋪面瀝青的成效關鍵在於高溫能抗變形、低溫能抗龜裂、中間溫度則需抗疲勞開裂，這些工程成(績)效特性及破壞的臨界點是共通的；不同氣候變化的地區性影響在於不同的老化程度和服務溫度，故瀝青的成效應以不同的「成效檢測溫度」分級。上世紀末美國SHRP提出的所謂「 成效等級(Performance Graded)」規範 ，與以往「不同等級規定不同的材料特性」的觀念，有相當大的改變；瀝青黏結料所需具備的抗車轍、抗疲勞、抗低溫龜裂等特性，無論是在那一個地區都是相同的，然因各不同地區之環境狀況不同，需使用不同等級的瀝青黏結料，因此，所謂不同等級乃指「適用的環境溫度狀況不同」，所以，規範中所列的「應檢成效性質」都相同，不同等級乃指符合成效規定的溫度不同，如圖2所示。 圖2、成效分級瀝青概念圖 依美國經驗，改用成效分級能確保選用「高溫能抗車轍、中溫能抗疲勞，而低溫能疏解收縮開裂的瀝青」省下許多養路經費；也正因為採用成效分級規範，發現愈來愈多瀝青無法符合成效，而...

英國公路工程成效合約與施工性能成效測試 圖1、道路維護施工採用成效合約(Performance Based Contracting, PBC)促成創新示意圖 何謂成效合約(PBC)？ 基於成效的合約 (Performance Based Contracting, PBC)，也稱為基於成效的後勤物流 (Performance Based Logistcs, PBL) 或基於成效的採購 (Performance Based Acquisition)，是以可量測的「供應商成效」做為評量供應商的產品和服務的採購策略；PBC 方法重點在於製定明確可量測的成效指標，並將契約支付與這些成效指標直接關聯；通用的成效指標包括可用性、可靠性、可維護性、可支持性和總擁有成本(total cost of ownership)[1]。 實現這一目標的主要方式是通過激勵性的長期合約，這些合約具有由客戶定義並由締約方商定的特定和可衡量的成效。 激勵措施旨在激勵供應商實施增強的實踐，以提高績效、成本效益、並且積極採用創新材料/工法，如圖1所示。 依照歐美國家的實證經驗，完善的成效式合約(Performance Based Contract, PBC)可以較低成本將道路維持在預定的成效水準，促成高效率的道路養護工作，是當代道路資產管理(Road Asset Management)最重要的環節。 道路養護是政府部門的重要工作，早期甚至由政府組成道路養護單位來執行；在民間有合格且具競爭力的承包商的前題下，將道路養護交由民間公司執行，實證可以節省30%到50%的成本。將道路養護工作外包給民間公司，必需依據雙方合意擬定的合約執行，有下列三種不同的合約型式[2]： 以方法為主：以發包工項的工率為基準，依合約中的各工項完成數量做為支付的主要依據，是最傳統的做法； 以成效為主：以發包工項的成效為基準，依合約中的各工項達成績效做為支付的主要依據，是創新的做法； 混合式：混合方法與成效的道路養護合約。 大部份採用的所謂「成效式道路養護合約」，在實務上都是混合式，也就是說對一般道路維護工作採依成效支付，至於緊急搶修與大規模的翻修重建，則依完成工項及數量支付。有些PBC列有以「產出(outcome)」為基礎的工項，例如每年應刨除加鋪路面的數量，達成該工項完成數量，即一次性支付該「產出」的款項；因此，PBC也稱為基...

 英國最大建材公司將橡膠瀝青列為路面養護工程減碳重點 Tarmac公司Ultipave R 廢輪胎橡膠瀝青SMA薄面層的宣傳影片 英國倫敦最近由Tarmac公司與Kier公司共同承包的一項道路維護改善計畫，採用廢輪胎切割研磨的橡膠粉粒做為瀝青改質劑；該項由Tarmac註冊的商品名為ULTIPAVE R，如宣傳圖1所示，是以廢輪胎回收橡膠粉粒改質且採用溫拌的石膠泥瀝青混合料(SMA)，與成效相當的傳統SMA相比較，具有8%的碳足跡降低量。Tarmac與Kier組成的鋪路團隊，在Barnet市區Hill Top Road的一段鋪了約250公噸這種橡膠改質的SMA薄面層，如圖2所示。 圖1、Tarmac公司以Ultipave R 做為廢輪胎橡膠瀝青SMA薄面層的品牌[2] 該段路面設計加鋪厚度為35mm，採用標稱最大粒徑10mm的SMA粒料級配，粗粒料「抗拋光值(Polished Stone Value, PSV)」的要求為高標的60，因而該案採用部份鋼爐石(Steel Slag)做為粗粒料，採用的黏結料為針入度40/60瀝青；加入廢輪胎橡膠粉改質不需添加纖維(常被稱為無纖維SMA)，添加溫拌劑降低製程溫度；鋼爐石粗粒料源自位於南威爾斯Talbot港Tarmac公司自家鋼廠的副產物，以鐵路運輸到倫敦來以降低隱含碳，經認定為零碳類材料(zero CO 2 -rated)。 圖2、英國大倫敦自治市外圈的巴內特市在Hill Top Road的 一段表面層鋪250公噸橡膠瀝青SMA薄面層[1] Barnet市委會推動廢輪胎橡膠鋪路給市民「享有永續基礎設施的便利服務」承諾的一部份，市委Peter Zinkin是Barnet市委會環境委員會的副主席，說明：「Barnet 市委會推動廢輪胎鋪路不僅是基於永續策略的需求，也將本應作為廢物出口的廢輪胎的再利用效益極大化。道路鋪面的材料科技已經非常進步，承包商的這種材料技術在路面永續性上有了很大的進展。」 依據承包商的計算方式，依據鋪築厚度而增減，每鋪一公里ULTIPAVE R路面，大約再利用500條廢輪胎，對每年出口包括50萬條廢輪胎（詳參「 飃洋過海的廢輪胎-印度的後院熔爐 」）在內的共12萬公噸廢橡膠，將產生正面的影響。Tarmac公司的ULTIPAVE R產品，是經認證核凖用於高速公路和國家公路網，是一種採用 SMA 技術的高...

 英格蘭公路加快採用溫拌瀝青邁向淨零排放 Highways England accelerates switch to lower carbon asphalts 圖1、英國國家公路提出的淨零碳排願景[3] 若英國生產的熱拌瀝青都改用溫拌瀝青(WMA)，在比傳統瀝青低 40°C 的溫度下生產，則每年將減少排放約 61,000 公噸二氧化碳，相當於減少約 3 億英里的汽車旅程[1]。 英格蘭公路(Highway England, HE)是國有企業，以5年為融資週期，2015~2020以114 億英鎊執行「第一期公路投資策略(Road Investment Strategy 1, RIS 1) 」旨在增加容量、改變連通性並改善公路網狀況；2021~2025則將執行274億英鎊的「第二期公路投資策略二(Road Investment Strategy 2, RIS 2) 」以成為提供更便利、更安全、無污染的行旅的未來公路為願景[2]。自2022年起英格蘭公路改稱為國家公路(National Highways, NH)，提出淨零碳排公路網的承諾如圖1所示[3]。 HE管轄的策略公路網(Strategic Road Networks, SRN)是由英格蘭的4,400 英里高速公路(Motorway)、全功能公路(All purpose, A road)、及收費公路組成，如圖2所示，路網總長雖僅占全英國公路的2%，每天承載約4百萬輛，約20%人口居住在路網鄰近1英里的範圍內，SRN路網不僅連接工作機會、連接人與地方、連接城鎮與都會區，也連接所有家人。 圖2、英國的策略公路網(Strategic Road Networks, SRN)圖[2] 用以維護公路網的順暢服務，NH算是英國最大的營建材料買家，每年公路維護施工產生的碳排放量，依2020年統計達734,000公噸CO 2 當量，在HE不採特別的行動的狀況下，預計將在2040年時降至350,000公噸CO 2 當量；氣候變遷委員會呼籲英國營建業在 2040 年前應基本上實現脫碳；NH扮演重要的角色且將有絕佳的機會來促進實現；NH將專注於瀝青、水泥和鋼鐵三項主要建材的供應鏈，如圖3所示，預計將採用碳管理系統(carbon management system)置入減少排放的方法，包括精實營建實務和循環經濟原則，也將使用數位...

 瀝青混凝土的間接張力試驗：IDEAL-CT(理想的開裂試驗) 用以評估再生瀝青混凝土的耐久性與抗開裂能力，確保高刨除料添加量再生瀝青鋪面與全新瀝青鋪面具有相同的成效。 圖片來源：[1], NAPA IS-143, 2021, pp. 52 再生瀝青鋪面成效檢測需求 瀝青鋪面再生的兩大原則：(1)再生與全新瀝青的品質要求相同；(2)再生與全新瀝青具相同的鋪面成效；這兩個原則可以簡稱為「要求相同成效不減」。品質要求具體呈現在組成材料的配比(粒料級配、瀝青含量)和體積特性(空隙率、有效瀝青含量等)，鋪面成效則是平坦耐久(抗變形、抗開裂)。 通用的品質檢測方法是以溶劑分離法(ASTM D2172)將混合料的瀝青與粒料分離，分離得溶液則再用真空濃縮法(ASTM D5404)回收其中的瀝青，再對該回收瀝青進行60℃黏度檢測，對分離所得「殘留粒料」進行篩分析可得粒料級配，試驗程序的示意如圖1所示。全新瀝青一般只要檢核選用的瀝青膠泥等級，不必檢測回收瀝青黏度。 圖1、瀝青混合料的溶劑分離及真空濃縮試驗示意圖 圖1揭示的分離回收法是再生瀝青混凝土的主要品質檢測方法，工程實務上用以確保瀝青含量、粒料級配、及新、舊瀝青混拌後的性質達到一致性，避免變異擴大產生的問題；但在機理上有不少爭議，主要是這個檢驗過程使用的溶劑，已將老舊瀝青與新瀝青「重新混拌」，在實際生產拌合及施工鋪築過程中不會發生這種「重新混拌」樣態，因此檢驗結果有可能誤導再生瀝青的品質；再者，適用的鋪路瀝青黏度範圍較大，而規定回收黏度在某一較窄的範圍內也不盡合理，但若開放擴大回收瀝青的黏度範圍，則失去管控品質變異的目的。 日本高刨除料含量再生瀝青經驗 日本的瀝青仍以靈敏度較低的針入度分級，再生瀝青混凝土的「設計針入度」一般地區為40/60，較冷雪區則為60/80，對於刨除料(RAP)是否能再利用，也是用溶劑分離回收其中的瀝青，以針入度值20為判斷基準，若低於20則應做其它用途，不可加入瀝青混凝土中再利用（國內也有相同的規定）；由於有愈來愈多改質瀝青路面翻修回收再利用，使得愈來愈多RAP中的回收瀝青針入度低於20，因此，改採用100%RAP試樣，經實驗室烘熱夯製成試體，以20℃間接張力強度試驗判斷是否可以再利用，如圖2所示試驗求得所謂「IDT係數」，若100%RAP夯製的試體的「IDT係數」超過1.70 MPa/mm，則...