新进道路工程材料

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1、新進道路工程材料陳式毅臺灣省公路局材料試驗所主任邱垂德中華大學土木工程學系副教授壹、緒言道路工程為古老但不可能淘汰的工程，自古以來道路所用材料幾乎沒有什麼限制，只要經濟又有效，任何材料都可以加以利用作為道路材料。近年來，由於材料科學及相關技術之應用，使道路工程材料之發展有許多新見，各種新工程材料之引用必然有其時代背景，通常會考量材料之性能、成本、施工與維護之技術能力等，就目前或可見之未來，道路工程材料已經或必然往以下方向發展：1.性能更好：採用強度更高、更耐久、增進特殊功能之材料。2.成本更低：將以往不用之低品質材料作升級處理，使符合需要性能。3.資源有效使用：將以往不用之工程或工業

2、廢棄物加以資源化使用。4.有益環保：如採用污染少或省能源之材料。本文擬就以上課題，嘗試探討一些正在引進或短期內可望引進，以用於國內瀝青路面工程之一些工程材料。貳、改質瀝青直接由煉油所獲得之傳統瀝青性質有一定限制，常不能滿足某些特定情況之需求，而需將瀝青作適當的「改質」，提供公路工程師更多的選擇，雖然傳統鋪路瀝青在許多應用的場合表現仍然相當良好，但添加不同的改質劑，以生產新一代的「改質瀝1青」，則很可能會是未來的趨勢。由於黏結料在瀝青鋪面上扮演的重要角色，新一代的鋪面材料如本文即將介紹的各種新式瀝青混合料，大都需要配合改質劑的使用，才能具有所需的特性。用改質瀝青這樣的名詞，事實上很容易

3、造成困擾，因為市面上有各式各樣的添加劑，可以用來將傳統鋪路瀝青的性質加以改變。依AASHTOR15-89[2]之建議，鋪路瀝青使用的添加劑(Additives)和改質劑(Modifiers)兩名詞可互相替換使用，且應該被定義為：「除礦物填縫料、砂、及骨材外，以少量添加入地瀝青或瀝青混合料內，用來改進鋪面成效的材料」，因此所謂「改質瀝青」就是添加改質劑的鋪路瀝青。一、改質瀝青的種類與使用目的經整理Terrel及Walter[3]的建議分類方式，鋪路瀝青的添加劑有如表一中的十類，有些種類可能涵蓋許多不同的材料，這樣的一種分類表，很可能仍然無法完整，而必須依新材料的發展狀況適當地修改。1.

4、礦物填充料（MineralFiller）碎石粉、石灰、波特蘭水泥、燃煤飛灰、碳黑、及硫黃等細粉，都可以作為瀝青混凝土的礦物填充料（填縫料），這些礦物填充料除了傳統上用以調整骨材級配及填充骨材間的孔隙而減少瀝青的需用量外，亦可改變瀝青之物理性以增加混合料穩定性、及增進骨材顆粒與瀝青間的黏結力等多重效果。一般而言，增加礦物填充料的含量將使瀝青混凝土的最佳瀝青含量降低，增高密度及穩定性。這些礦物填充料應均勻且按既定的劑量加入，否則有可能產生相反的效果。礦物填充料含量過高，一般會使骨材間孔隙率降低，以致無法添加為維持適當耐久性所需的瀝青含量。礦物填充料含量過高也會大量增加骨材的表面積，而使瀝

5、青膜的厚度降低。因此，美國有些公路單位[4]在施工規範中對瀝青混凝土的成份，增列礦物填充料與瀝青量比值的規定，也就是將骨材過No.200篩含量（%）除以瀝青含量（%），此一比值必需維持在0.6至1.2之間；若比值過高，會影響到耐久性；若比值過低，則混合料的穩定性會降低。2.擴散劑（Extender）2表一中第2類由硫黃或木質素扮演的所謂擴散劑，乃用來降低混合料中瀝青的使用量，一般這兩種材料的價格低於瀝青，被用來取代部份瀝青而達到省錢的目的，這類材料可在熱拌瀝青廠於生產混合料時加入，也可以在瀝青工廠加入拌合後，再運交給熱拌瀝青廠使用。3.橡膠（Rubbers）用橡膠來改善一般鋪路瀝青的

6、性質，已有多年的歷史，一般可以用乳化或顆粒的方式加入瀝青膠泥中。乳化型式的橡膠曾被用來改善瀝青和骨材顆粒間的結合力，而在瀝青中加入橡膠也有使勁度增加以改進抗車轍能力，或基於橡膠具有的彈性，添加橡膠的瀝青混凝土，也可能因在低溫時仍有不錯的變形能力，而較不會有龜裂的狀況發生。但是加橡膠的瀝青混合料，必需將溫度大量提高，才能適當的拌合、鋪築、與滾壓。橡膠一般由改質瀝青製造商於瀝青拌合工場加入拌合後，再運至熱拌瀝青廠使用，若要直接由熱拌瀝青廠加入，則需要有特殊的設備與經驗。4.塑膠（Plastics）表一第4類中的數種塑膠，一般都需要以特殊的機具(大部份指高剪力拌合機)才能與瀝青拌合均勻，這

7、些塑膠將使瀝青的勁度增加而提高抗車轍的能力，又或改進瀝青的溫感性，減少低溫龜裂的現象。橡膠與塑膠均屬聚合物，ASTM已列有四種聚合物改質瀝青(polymer-modifiedasphalt)標準，分別如下：ASTMD5976-96[第I型聚合物改質瀝青]：主要由styrene-butadiene(SB)或styrene-butadiene-styrene(SBS)區塊共聚物(blockco-polymers)製成。ASTMD5840-95[第II型聚合物改