緊急修復之損壞項目及工法 預防性之損壞項目及養護工法 例行性損壞項目及養護工法 柔性鋪面養護之材料

柔性鋪面養護之材料

  市區道路柔性鋪面養護材料,依據瀝青混合料之特性、傳統瀝青混合料、改質瀝青混合料、石膠泥瀝青混合料及瀝青混合料再生等項於後說明。

瀝青混合料之特性

  瀝青鋪面之應用範圍甚廣,由鄉村道路乃至交通量重之高速公路均適用,瀝青混合料可為低單價之表面處理之混合料,乃至高品質且單價較高之熱混合瀝青混凝土。瀝青混合料除需適當工作性以便於舖設外,尚有穩定性、耐久性、撓曲性及防滑性能等四項性質,在設計瀝青混合料時應予注意,由於此四項性質不可能同時達到最佳,故在瀝青混凝土配合設計時,應作某些性質的取捨或協調[5]。

一、穩定性

  瀝青混合料穩定性與材料強度具有密切關係,乃指舖於路面混合料受到車輛負荷時抵抗產生塑性變形之能力,不致造成側擠及凹陷。瀝青混合料穩定性之來源,則為骨材顆粒間之摩擦阻力或連鎖阻力,以及由瀝青膠泥所供給之凝聚力。

二、耐久性

  瀝青混合料之耐久性,乃指在交通車輛負荷下對崩解之抵抗,其為:1.抵抗水份浸透及濕氣滲透之能力,2.抵抗氣溫變化之能力及3.防止鋪面鬆散及龜裂之能力。此抵抗能力可因風化作用而減低之,或僅由於骨材經機械作用破裂而降低之。骨材得到較多瀝青膠泥保護,則瀝青混合料之耐久性愈大;在瀝青混合料之骨材間空隙愈小,則瀝青膠泥敗壞之機會愈少。瀝青混合料配合設計,需具有充分瀝青塗佈於骨材顆粒外表,骨材顆粒間之空隙均應充滿瀝青膠泥。

三、撓曲性

  瀝青混合料之撓曲性,乃至抵抗撓曲與彎曲而不致開裂之能力,以及具有配合路基形狀些微變化之能力。主要影響因素有:1.瀝青膠泥等級及含油量,2.填充料之用量及3.鋪面厚度等項。瀝青混合料之撓曲性與骨材級配相關,混合料之骨材間空隙較大時則較具有撓曲性,但混合料之耐久性降低及迅速失去延性。

四、防滑性能

  瀝青混合料有兩種因子,可導致鋪面抗滑能力降低。第一種因子為鋪面瀝青膠泥滲出,若在瀝青混合料之空隙太少,在炎熱天候受車輛碾壓,將多餘瀝青膠泥流至表面,而覆蓋於骨材形成滑溜鋪面。第二種因子為暴露於鋪面之骨材磨光,由於舖設之骨材因受到車輛壓碾而磨光,其現象與骨材種類及硬度相關。鋪面防滑能力為行車安全指標,表示鋪面頂紋理之粗糙程度,須從瀝青混合料含油量與骨材性質等控制著手。

五、工作性

  瀝青混合料必須有適當的工作性,使拌合過程中不致發生粒料發生分離的現象,並在進行現場舖築及滾壓時,易達到規範規定之壓實度。瀝青混合料要具備良好的粒料級配,適當的舖築溫度與厚度等要件。

  理想的瀝青混合料在出廠時,須具備上述五項材料特性,才使鋪面結構發揮應有的功效。因此,瀝青混合料配合設計之目的,即依據上述材料特性及施工規範等要求,決定混合料之粒料級配、各種材料組成比例與最佳含油量等,以確保瀝青混合料在舖築後之鋪面品質及服務績效。

傳統瀝青混合料

  瀝青混合料是由瀝青材料與粗細骨材等,以較佳比例加熱至適當溫度拌合而成,其所使用之骨材及瀝青等材料大多為新品。柔性鋪面利用瀝青的黏結力,將骨材包裹黏結經舖築滾壓而成,混合料之骨材粒料顆粒形狀、表面組織及親油性等,將影響瀝青混合料之黏結力,在水份長期的浸蝕作用,破壞膠結料與粒料間之黏結。為使瀝青鋪面具有高穩定性及耐久性,降低濕氣對膠結料與粒料間黏結影響,在瀝青混合料添加防剝劑。

  柔性鋪面之瀝青膠泥一直扮演著重要角色,其掌握了鋪面的一切性質,包括材料強度,經濟性、耐久性、穩定性及平坦舒適性等。傳統瀝青材料有瀝青膠泥、乳化瀝青及油溶瀝青等三類,依據針入度等級與黏滯度等級等分類。瀝青混合料之粒料及瀝青在混合前應加熱,故稱為熱拌瀝青混合料,經適當拌合且完全的混合後,就運到所舖築所在地,用舖築機舖成均勻且平整鋪面。當瀝青混合料仍熱時,用壓路機滾壓夯實,增加瀝青混合料的強度,增加在極限條件下瀝青混合料穩定性,產生最小的滲透性及最大耐久性。

改質瀝青混合料

  理想的瀝青混合料在高溫條件下應有足夠的勁度及穩定性,以承受車重碾壓而不致有危害的變形;在低溫條件下應有足夠的彈性和塑性,以防止鋪面脆化及破壞;再者尚須有與礦物粒料有良好的黏著性,受其他有害因素的影響為最小。然瀝青混合料是對溫度敏感的材料,其常見的破壞有車轍、疲勞裂縫及鬆散等,在國內則以車轍問題最為嚴重,其原因之一為高胎壓、大軸重的重交通量,解決之道,唯有發展更符合現代化需求的鋪面材料。

  近代由於有機高分子合成化學之發展,對能應用在鋪面特殊性質要求之有機產品,其產製與品質安定等有長足進步。為達瀝青混合料性質改善目的,通常在瀝青材料中添加橡膠及樹脂等加以改質,故瀝青黏結料之改質係於瀝青材料中添加改質劑。瀝青材料之改質劑依其功用分為:1.瀝青材質之改質,所用的材料包括橡膠、樹脂與橡膠樹脂混合物等項。2.填充劑之改質,所用的材料包括礦物粉末、增量劑及纖維等項。3.氧化促進劑之改質及4.膠結或分散劑之改質等。

  改質瀝青混合料係採一般粒料級配及細末、粗細骨材、膠結料為改質瀝青等拌合而成。在瀝青拌合場廠之生產設備及品管作業,工地現場舖築機具及品管作業,無須加以改變皆可以適用於改質瀝青混合料之生產、施工及品保。改質瀝青混合料比傳統瀝青混合料具有質地堅定,不容易受車重碾壓而壓密,更具承壓及耐磨的能力。

石膠泥瀝青混合料

  台灣地區道路鋪面皆以車轍問題最為嚴重,而產生車轍的原因甚多,主要在重車超載及氣候高溫潮濕的環境下所造成。傳統瀝青混合料抵抗永久變形的能力,主要是受細骨材之級配形狀及組織,瀝青混合料之VMA及空隙率等所控制。工程界及學術單位擬從瀝青混合料材料及施工品管等二方面著手,改善目前鋪面損壞的問題。石膠泥瀝青混合料(Stone Mastic Asphalt,SMA)是德國在1970年起發展的技術,在歐洲已使用超過20年的時間,是研究韌性大之瀝青抵抗車轍變形能力所衍生出來的,用以降低傳統歷青混合料鋪面因承受高交通匴產生之車轍。

  石膠泥瀝青混合料在技術上,是一種使用高瀝青含量配合孔隙率較高之粒料,是利用高孔隙率(約20﹪)及粗骨材構成極強狀的骨架,而提高瀝青混合料之穩定性,高含量瀝青砂及填充料形成瀝青混合料之耐久性。使用瀝青混合料之鋪面主要特徵為:

  1. 高鋪面結構之穩定性,提高抗車轍變形能力及強度。
  2. 提高道路通行車輛煞車之能力。
  3. 減少下雨後之道路表面的水膜。
  4. 增加鋪面結構之耐久性。
  5. 提昇瀝青混合料在低溫作業的能力。
  6. 改良鋪面結構之瀝青混合料老化後的性質。
  7. 減少交通噪音。
  石膠泥瀝青混合料之粗細骨材,其形狀必須為立方體而無扁平或長形等,同時表面組織必須為粗糙,以保證在承受交通荷重下仍有良好的接合力。在粗骨材級配採跳躍級配(Gap Graded),最大粒徑範圍在8mm至25mm之間,但大部份之石膠泥瀝青混合料配合設計,傾向於較小粒徑之粗骨材。石膠泥瀝青混合料之瀝青含量,較傳統瀝青混合料來得高,因混合料的礦物填充料含量比例較高所造成。因此,在混合料加入攙料,增加瀝青膠泥穩定及固化,較常用的攙料是有機纖維、礦物纖維或聚合物等項。

  石膠泥瀝青混合料之生產過程,粗細骨材、礦物填充料和攙料送入拌合機,在加入瀝青之前先拌一段很短時間。此乾拌時間的長度,是憑藉所生產混合料種類及使用梴料的種類等而定。如使用纖維類型攙料,乾拌時間的長度必須加長到,確定纖維類型攙料全部已分散於混合料。理論上,石膠泥瀝青混合料的成功與否,非常重視粒料級配、瀝青材料的質與量及高水準的施工技術,故引進台灣地區的市區道路鋪面之用,則須加強對石膠泥瀝青混合料的瞭解,混合料之品管及施工應注意事項。

瀝青混合料再生

  柔性鋪面在使用一段時間後,鋪面會產生冒油、車轍或龜裂等現象,為維持行車品質時須進行整修,將破損鋪面刨除,因而產生大量瀝青混合料廢料,此等廢料的棄置造成環境的污染,破壞自然環境均衡,更是一種資源的浪費。將鋪面刨除後之瀝青混合料,考量材料來源及環境保護等議題,再作為瀝青混合料生產原料,此生產程序為瀝青混合料再生。

  瀝青材料受氧化、揮發、溫度及日照等作用,使其質地變硬,化學組成改變,而連帶地使其物理性質亦改變,此現象謂之瀝青老化作用。軟化劑能恢復已老化瀝青材料之黑色光澤,增加瀝青包裹新粒料之能力。瀝青再生原理就是添加軟化劑於老化瀝青材料中,調整化學組成,使老化瀝青在恢復生機。由於瀝青混合料有不同成份,其刨除料品質不易控制,且瀝青混合料再生有一般瀝青混合料的缺點,則須添加軟化劑以降低老化瀝青在混合料比例,生產出符合施工規範要求之瀝青混合料。瀝青混合料再生過程,在配合設計階段須注意刨除料使用量與處理方式。瀝青混合料再生工法有:1.熱拌再生處理(Hot-Mix Recycling),2.冷拌再處處理(Cold-Mix Recycling)及3.表層再生處理(Surfaces Recycling)等三類。

1.熱拌再生處理

  係將刨除之瀝青混合料,送至中央拌合廠再生處理,依據事先取樣試驗的結果,採用部份或全部刨除料調整級配,添加新粒料、軟化劑及新瀝青等,生產程序及品管規範予以加熱,再送回原工地舖築。

2.冷拌再處處理

  係將冷刨機刨除之瀝青混合料,在現場以常溫下,添加瀝青、水泥、石灰等化學穩定劑拌合,就地回舖壓實整修處理,此工法又稱現場再生處理。通常此材料係作為底層用,品質較難控制。

3.表層再生處理

  係將破壞之面層刨除,其深度視損壞情況而定,然後加以壓碎以再生重舖機(repaver)或再生翻修機(remix)一貫作業循環再生即繼續回舖,再生過程添加新瀝青或軟化劑等材料,而添加量於施工前先對原鋪面取樣做各種分析試驗。