改質瀝青之製作及運用.doc

1、改質瀝青之製作及運用謝 應 得一、前 言台灣地區道路瀝青使用之規範，大都源自美國道路材料試驗協會 (ASTM) 或美國公路運輸官員協會 (AASHTO) 的規範。綜觀目前國內的鋪面使用維護情形，比起美國毫不遜色，但與歐洲、日本、新加坡比較起來，國內道路卻是有所不及。其中，歐洲與日本將改質瀝青的大量使用於道路鋪面是重要的因素。鄰近的日本東京，多孔隙路面被廣泛的運用於都市道路中。歐洲各國也將石膠泥瀝青混凝土 (SMA) 廣泛的運用在重交通路面、機場及都市道路中。關於世界各國對於改質瀝青的發展，及其相關路面的鋪設，簡述如下：1900 年代歐洲就有將橡膠加入瀝青的試驗，1947 年，美國也開始將合成橡

2、膠改質瀝青用於道路鋪設試驗；1954 年，日本將天然橡膠改質瀝青試鋪於北海道國道 36 號；1971 年，日本東京地區也展開大規模的試鋪活動；1975 年，日本開始研究改質瀝青規範；1988 年，日本鋪裝綱要中，將改質瀝青規範列入；1987 年，日本東京率先採用多孔隙路面鋪設；1993 年，日本訂定多孔隙路面鋪、裝橋面鋪裝用改質瀝青規範；1995 年，美國公路運輸官員協會 (AASHTO)、美國承包商協會 (AGC) 美國道路運輸建設者協會 (ARTBA) 聯合提出改質瀝青規範；之後，美國道路材料試驗協會 (ASTM) 正式將改質瀝青規範陸續納入標準規範；1998 年，CNS 通過改質瀝青有關

3、規範；1998 年，中共交通部通過公路改性瀝青路面施工技術規範；二、改質瀝青的種類及性質2.1 改質瀝青之種類目前常用之改質瀝青種類甚多，依據 Terrel 和 Walter 之建議，可分為下列幾類：1. 礦物填充料 (Mineral Filler)碎石粉、石灰、波特蘭水泥、燃煤飛灰、碳黑及硫磺等細粉，可以增加混合料的穩定性，增進骨材顆粒與瀝青黏結力等多重效果。2. 擴散劑 (Extender)由硫磺或木質素粉所扮演的擴散劑，可用來降低混合料中瀝青用量，達到省錢的目的。3. 橡膠 (Rubbers)包括有天然乳膠 (Natural Latex)、合成乳膠 (Synthetic Latex)、塊

4、狀共聚體 (Block Copolymer)、再生橡膠 (Reclaimed Rubber) 等等。4. 塑膠 (Plastics)包括有聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯醋酸乙酯 (EVA)、聚氯乙烯 (PVC) 等等。5. 聚合物之組合組合不同形態之聚合物，提高瀝青抗車撤、抗變形之能力。6. 纖維 (Fibers)一般都是在熱拌瀝青廠拌合時加入，可提高瀝青含油量，增加瀝青路面使用壽命。7. 氧化劑 (Oxidants)氧化物主要用來增加瀝青的勁度，提高抗車撤能力。8. 抗氧化劑 (Antioxidants)抗氧化劑則是用來降低氧化速率，提升耐久性。9. 烴 (Hydrocabons

5、)10. 其他2.2 改質瀝青之規範表 1 ASTM D5840-95 改質瀝青規範 ASTM 改質瀝青膠泥 II 型 (SBR) 物理性質規範II-A II-B II-C II-D項目MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX原瀝青膠泥 針入度 77F 100 70 85 80 黏度滯 140F poise 800 1600 800 1600 黏度滯 275F cst 300 300 300 300 延展性 39.2F cm 50 50 25 25 閃點F 450 450 450 450 韌性 77F in-lb (20in/mm) 75 110 75 110 黏性 77

6、F in-lb (20in/mm) 50 75 50 75 老化後之瀝青膠泥 延展性 39.2F cm 25 25 10 10 黏度滯 140F poise 4000 8000 4000 8000韌性 77F in-lb (20in/mm) 75 100 黏性 77F in-lb (20in/mm) 50 75 表 2 ASTM 改質瀝青膠泥 III 型 (EVA) 物理性質規範III-A III-B III-C -D -E項目MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX針入度 39.2F 48 35 28 22 18 針入度 77F 30 150 30 15

7、0 30 150 30 150 30 150黏滯度275F cst 150 1500 150 1500 150 1500 150 1500 150 1500閃火點F 450 425 425 425 425 軟化點F 125 130 135 140 145 離析試驗 275F 18hReport Report Report Report Report 溶解率 TCE% 99 99 99 99 99 RTFOT 後針入度 39.2F24 18 14 11 9 熱損率% 1 1 1 1 1表 3 ASTM 改質瀝青膠泥 IV 型 (SBS) 物理性質規範IV-A IV-B IV-C IV-D IV-

8、E IV-F項目MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX針入度 77F 90 75 65 50 50 35 黏度滯140F poise 150 4000 2500 6000 4500 8000 黏度滯275F cst 3000 3000 3000 3000 3000 3000閃火點F 450 450 450 450 450 450 溶解度 % 99.0 99.0 99.0 99.0 99 99.0 離析試驗 Report Report Report Report Report Report RTFOT 後 回彈性 77F % 60 70 6

9、0 70 60 70 針入度 4C 20 20 15 15 10 10 表 4 CNS 14184 聚合物改質瀝青規範一般鋪面種類試驗項目 I II III針入度 25C 100g 5s 1/10mm 最小值 65 50 35黏度 60C 1s-1Pas.s (poise) 最小值 250 (2500)450(4500) 800(8000)黏度 135C Cst 最大值 3000 3000 3000閃點C 最小值 232 232 232三氯乙烯溶解度 % 最小值 99 99 99離析試驗頂段與底段軟化點差 C試驗記錄 試驗記錄 試驗記錄RTFOT 後彈性回復率 25C 10cm 伸長 % 最小

10、值 60 60 70RTFOT 後針入度 4C 200g 60s 最小值 15 10 10表 5 日本道路協會改質瀝青規範項 目I 型橡膠類II 型樹脂橡膠類高黏度改質瀝青高黏附性改質瀝青超重交通改質瀝青針入度 25C 0.1mm 50 40 40 40 40軟化點 C 50 60 56 70 80 68 75延展性 7C cm 30 15C cm 30 50 30 50閃點 C 260 260 260 260 260TFOT 試驗後 質量損失 % 0.6 0.6殘留針入度 % 55 60 65 65 65佛拉斯脆點 C 5 8 20 16 20黏性 Nm 2.5 4 15 8 15密度 Re

11、port Report Report Report Report60C 黏度 10000Pas 2.00 0.15 0.30最佳拌合溫度 C Report Report Report Report Report最佳滾壓溫度 C Report Report Report Report Report粗粒料剝離率 % + 22. 老化改質瀝青在生產過程、拌合過程及鋪設後接受紫外線等等，都無可避免的會產生老化，因此在製造之前，就必須選擇瀝青的種類及改質劑，使得品質得以控制在較理想的範圍內。3. 均勻性改質劑必須合瀝青相容，且通過離析試驗，確保在送達拌合廠拌合時之品質。4. 安全性改質瀝青在製造及使用上

12、，都必須考量其對環境保護及人體安全之影響後，才能使用。5. 施工性能改質瀝青必須是均勻的，且當溫度到達 175C 時，必須和水一樣能自由流動不冒泡。四、質瀝青的發展及應用改質瀝青的研究已經有將近百年的歷史了，故其應用之範圍相當廣泛，從居家屋頂防水、廢水儲槽防滲、管路防蝕而將其運用於道路鋪面，也已有幾十年的歷史了。其應用簡述如下：1. 石膠泥瀝青混凝土 (SMA) 是一種高承載量的道路路面設計，可以節省路面材料的使用及延長路面服務年限；在歐洲已有三十年以上的使用經驗，運用在軍車道、機場跑道、滑行道。是一種含油量多、礦粉多、粗料多、砂的使用少，頗能符合我國天然砂較少的國情，頗值得在我國推廣。2.

13、多孔隙路面或叫排水性路面，這是一種針對下雨天以用路人生命財產安全而設計路面，下雨時有效消除水花，使用路人能看清四周景物、號誌，避免因下雨造成的視線不清問題，減少意外事故。並能消除因雨形成的水膜，使用路人在煞車時不至於產生打滑現象，增進用路人的安全。另外，日本也大量用在城市幹道上，除了有上述效能外，平時也降低因車輪壓縮空氣產生的噪音，因此多孔隙路面可說是一種環保路面。3. 改質瀝青混凝土；這是一種常用方式，通常當成面層或 S.M.A.或多孔隙路面的底層。在使用相同的配合設計、相同的粒料時，改質瀝青混凝土做輪跡實驗，會有很好的成效，此外對於抗破裂、抗冒油、浸水穩定值也有相當的幫助。4. 改良開放級

14、配瀝青混凝土；這是針對開放級配的缺失所作的改善，今天有專文報導，在這裡不再敘述。5. 鋼橋鋪設用改質瀝青；鋼橋因為撓度大，以一般瀝青鋪設較容易產生龜裂、滑動等等，使用改質瀝青鋪設，能消除因撓度過大而產生的破壞。6. 橡膠乳化瀝青；在排水性路面鋪設時，可先噴一層橡膠乳化瀝青，作為不透水層，能保護下層 A.C 免遭雨水的侵蝕，此外在鋼橋或易滑動路面，也可以橡膠乳化瀝青代替傳統黏層。表 8 1996 年歐洲各國 SMA 產量總面積(106 m2)佔所有瀝青拌和料的百分比 (%)1996 年應用區域(106 m2)比利時 4.0 8 捷克 6 丹麥 14.1 1.1芬蘭 6.0 法國 (BBM) 18

15、.0 4.0德國 100.0 8 匈牙利 6.5 2.6荷蘭 32.0 8 挪威 12.0 3 波蘭 12.0 葡萄牙 3.0 1.0斯洛法尼亞 0.1 西班牙 (BBM) 69.0 4.5瑞典 50.0 18 7. 其他；半剛性路面、合成彩色柏油、甚至高性能常溫瀝青混凝土，也有使用改質瀝青。此外改質瀝青油毛氈、橡膠毯、不織布防水毯、橋樑防水材料等等，亦被大量使用著。五、結論及建議1. 鑑於世界各國如鄰國日本及德國的經驗，將改質瀝青鋪設於路面將是世界潮流，因其有下列優點：2. 較佳的服務指標：瀝青路面行走平坦與舒適、施工性優良快速，早已是世界道路的主流，但在地窄人稠的台灣卻因為車輛多、載重量大

16、，以及溫熱多雨，以致於道路的品質不如預期，如今改質瀝青的應用，在重車道可鋪設 SMA 來有效延長道路服務年限，城市主幹道及高速公路的面層，可鋪設多孔隙路面或改良開放級配，平時可減低路面噪音，下雨時可增進行車安全，增加服務指標。3. 降低維護費用：改質瀝青性能較為卓越，配合級配設計，能有較高的含油量，增進道路的抗疲勞、抗老化、抗車轍，增加水密性，能提高道路的使用壽命，有效降低養護費用及社會成本的付出。4. 減少砂石資源浪費：改質瀝青能延長道路使用年限，可以再生回收使用，減少路面翻修次數，減少砂石資源消耗。5. 增進用路人生命財產安全：由於改質瀝青針對不同路面需求，能有多變化設計，例如密級配改質瀝

17、青混凝土、SMA、多孔隙瀝青混凝土、改良開放級配 等，依路面的不同需求做出不同的設計，使路面減少坑洞、變形、破裂、縮短煞車距離等等，全天候服務用路人，增進行車安全，保障用路人的生命財產安全。6. 改質瀝青在先進國家已經有幾十年純熟的經驗，且廣泛的運用在道路工程中；但由於各國氣候、交通狀況不同，若將國外經驗直接移植到我國，不見得能完全適用；因此從改質瀝青的儲存、使用的粒料、品管，到拌合瀝青混凝土、運送、施工等，應制定一套完全適合我國的使用手冊，這可能是學、產、官攜手努力的目標。參考資料1. 蔡攀鰲， 瀝青混凝土，三民書局 (1986)。2. 林登峰、林志棟、姜榮彬，瀝青膠泥物理性質與流變行為關係

18、之研究，1993 年瀝青混凝土路面材料特性研討會專輯，5 月，第 41-67 頁 (1993)。3. 林志棟、姜榮彬、葉榮晟，瀝青混凝土抗破裂性質之研究，第五屆路面工程學術研討會，8 月 (1991)。4. 陳式毅、邱垂德，新進道路工程材料，道路新進技術發展與應用，台灣營建研究院，6月，第 161-189 頁 (1999)。5. 張翼民、李建中、李釗，台灣瀝青路面之耐久性研究，行政院國家科學委員會專題研究成果報告，四月 (1995)。6. 改質瀝青添加劑應用於柔性路面之研究，交通部台灣區新建工程局。7. 公路改性瀝青路面施工技術規範，中華人民共和國交通部，3 月 (1999)。8. 排水性鋪裝

19、技術指針，日本道路協會，11 月 (1996)。9. Lee, Y.-J., L. M. France and M. C. Hawley, “The Effect of Network Formation on The Rheological Properties of SBR Modified Asphalt Binders,“ RUBBER CHEMISTRY AND TECHNOLOGY, pp. 256-263 (1997).10. Airey, G. D. and S. F. Brown, “Rheological Performance of Aged Polymer Modifi

20、ed Bitumens,“ ASPHALT PAVING TECHOLOGY, APT, Vol. 67, pp. 66-93 (1998).11. “HEAVY DUTY SURFACES The arguments for SMA,“ EAPA (1998).12. 林志棟， 改質瀝青混凝土評估之研究 ，1992 年瀝青混凝土路面特性研討會，5 月 (1992)。13. 排水性鋪面之設計與施工實績，日本道路協會，第十八屆中日工程技術研討會， 10 月 (1997)。14. 陳偉全、陳聰達， 排水性鋪面技術之探討 ，1998 年瀝青混凝土路面及材料特性研討會，6 月 (1998)。15. 蔡攀鰲， 瀝青混凝土材料試驗與配合設計 ，三民書局，9 月 (1985)。16. 劉守益， 多孔性瀝青混凝土成效之評估 ，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，11 月 (1996)。17. 吳明宇、林志棟， 改良型開放級配瀝青混凝土成效特性之研究，國立中央大學土木工程研究所，8 月 (1999)。