本章主要以生物毒性試驗法檢測並配合化學分析來評估再生鋪 面材料之環境性質。依序為材料準備與溶出試驗、化學分析、藻類培 養與毒性試驗、水蚤培養與毒性試驗、實驗設計與數據分析。
3-1 材料準備與溶出試驗
本節說明本研究欲進行的 3 種再生材料及將其再生材料各拌成 不同添加量之瀝青混凝土(一般瀝青混凝土、添加 25%垃圾底渣瀝青 混凝土、、添加 50%垃圾底渣瀝青混凝土、廢玻璃砂瀝青混凝土及廢 輪胎橡膠粉瀝青混凝土)之 24 小時批次溶出試驗。
3-1-1 再生材料來源
本研究所使用的材料有瀝青混凝土、廢輪胎橡膠粉、廢玻璃砂及 瀝青膠泥，所取得之再生材料其供應廠商及材料種類如表3-1 所示。
表3-1 再生粒料來源
供應廠商 材料種類
國賓大地環保事業股份有限公司 垃圾焚化底渣 春池玻璃實業有限公司 廢玻璃砂 高雄縣保原實業股份有限公司 廢輪胎橡膠粉
而骨材選自新竹某瀝青拌合廠之 1 公分、0.8 公分石材與砂。瀝 青膠泥為中國石油公司所生產的AC-10。
3-1-2 瀝青膠泥與粒料基本性質試驗
瀝青材料物理性質試驗主要項目為針入度、比重及黏滯度。
1、瀝青比重試驗
本試驗依據 ASTM D70 執行[42,43]，其目的在辨別瀝青材料
之特性，試驗步驟如下：
(1) 將恆溫水槽控溫至 25±0.1℃，並將燒杯填滿水，置入恆溫水 槽中，使溫度平衡，燒杯內的水需足以蓋滿比重瓶，並高於 瓶身4 公分。
(2) 比重瓶秤重 A。
(3) 比重瓶加入水後，置入恆溫水槽的燒杯內，30 分鐘後取出拭 乾瓶身的水分秤重B。
(4) 將比重瓶內的水倒出，比重瓶拭乾或烘乾，將加溫至流動狀 態的瀝青膠泥倒入比重瓶，數量以佔比重瓶瓶身約3/4 高為 原則，置於常溫下40 分鐘，使之自然冷卻後稱重 C。
(5) 於裝有試樣之比重瓶加入水後，置入恆溫水槽的燒杯內，40 分鐘後取出，拭乾瓶身秤重D。
(6) 計算比重數據，公式如下。
瀝青膠泥 25℃比重=
) (
)
(
B A D C A C
2、針入度試驗
本試驗依據 ASTM D5[44]之規範進行，其目的在於表示瀝青 膠泥之軟硬程度和稠度，作為瀝青膠泥分類等級之依據。此試驗 步驟如下：
(1) 將瀝青膠泥置於 25±0.1℃之恆溫水槽內 30 分鐘。
(2) 以 100g 之標準針於 5 秒內貫入瀝青膠泥，其貫入深度既為此 瀝青膠泥之針入度，再求取5 點並取其平均值。
3、黏滯度試驗
本試驗依據工程會所列之檢測法執行黏度量測[45]，Brook
field 黏度試驗儀和不同的試驗轉子照片如圖 3-1 所示，試驗步驟 整理如下：
(1) 將黏度儀調整至水平狀態並啟動開關執行儀器歸零動作。
(2) 啟動溫度控制器並設定所要量測之溫度。
(3) 將加熱後的瀝青膠泥裝填適當的量於試樣管。(參照儀器說 明，依選用的轉子號數而定)
(4) 使受測試樣於常溫冷卻一段時間(低於試驗溫度)，置入控溫 槽；選擇適當的轉子，並調整黏度儀高度旋扭，使轉子緩緩 浸入試樣至適當位置。
(5) 設定黏度儀的轉子號數，於溫度平衡後始量測。
(6) 啟動黏度計馬達 60 秒後讀值，儀器讀得的扭力百分比需介於 2~98%之間。
(7) 需量得三筆以上不同轉速下的剪應力、剪應變資料，以剪應 變率的對數值為自變數，剪應力的對數值為因變數，用簡單 線性迴歸，求算剪應變率為1.0 時之黏度，如表 3-2 之例所 示。
表 3-2 Brookfield 黏度儀檢測 60℃黏度記錄與計算例
記錄部份 計算部份（註）
編號 轉速 RPM
扭力
% cP SS 剪應力
SR
剪應變 logSS logSR η1.0
poises 2.0 10.3 412000 2000 0.5 3.301 -0.301
3.0 15.2 405300 3048 0.75 3.484 -0.125 4.0 19.8 402000 4020 1.0 3.604 0 6.0 29.8 397300 5960 1.5 3.775 0.176 B1
12.0 58.8 392000 11760 3.0 4.070 0.477
R-Square
=0.999 斜率
=0.985 截距=
logη1.0
=3.602
4000
註：以logSS 為 Y 軸、logSR 為 X 軸，簡單線性迴歸求出直線之斜率（C）、截 距（I）、和 R-Square 值，以 R-Square 值判斷試驗數據是否錯誤（R-Square 值應 在0.90 以上），迴歸的直線方程式為：
logSS＝C×logSR＋I
黏度儀主體 顯示幕
控制面
加溫槽 溫度控制器
此中，C 稱為流體指數（Flow Index）或稱為「感剪性」（Shear Susceptibility），
可用以判斷屬於何種廣義的牛頓流體（Generalized Newtonian Flow）：
C＝1.0 牛頓流體（Newtonian）
C＜1.0 假塑性流體（Pseudo plastic）
C＞1.0 膨脹性流體（Dilatant）
圖3-1 Brook field 黏度試驗儀(左圖)與不同的試驗轉子(右圖)
2、粒料物性試驗
粒料物性試驗係針對天然砂石、廢玻璃砂、廢輪胎橡膠粉及垃圾 焚化底渣分別進行下列各項試驗。
(1) 粗、細粒料比重及吸水率試驗
粗、細粒料依據 ASTM C127 及 C128[46、47]規範，量測粒料 試樣管 轉子21、27 與 29 號
轉子 1~7 號
之比重及吸水率，以決定壓實後瀝青混凝土之空隙率。試驗儀器 包括：烘箱、磅秤、比重瓶以及容器等。
(2) 篩分析試驗
本試驗依據 ASTM C136[48]進行粗、細粒料之篩分析試驗，
主要目的在於了解粒料的級配，也就是顆粒大小分佈之情形，以 提供瀝青混凝土配比設計之用，同時也為焚化底渣再利用時的重 要考量因素。試驗儀器包括：標準篩網一套、烘箱與磅秤。
(3) 廢輪胎橡膠粉之基本性質檢測
廢輪胎橡膠粉之基本性質檢測包括：篩分析、含水率試驗、
比重試驗，試驗方法依據ASTM D6114 所建議的方法執行，概述 如下：
①含水率試驗
橡膠粉之含水率試驗依據 ASTM D1864 執行[14,49]，並依 ASTM D6114 修改烘箱溫度為 105±5℃，使用儀器包括烘 箱、磅秤與淺盤。實驗時先秤得淺盤容器的重量為A，再將 約500g 之試樣置於淺盤容器後秤得重量為 B，將含試樣之 淺盤置入溫度為105±5℃的烘箱內 4 個小時，4 個小時後自 烘箱取出試樣，並於乾燥器內冷卻後秤重，得烘乾後試樣與 容器重，再置入烘箱內1 小時後秤重，直至所秤得的重量為 一定值C。
計算含水率的方法如下：
含水率(%) =( ) 100 ( )
B C X C A
②篩分析試驗
橡膠粉的篩分析依據 ASTM D5644「回收之硫化橡膠的粒徑 分佈量測方法」執行[14,50]，土木工程經常使用於篩析粗細 骨材的方法並不適用，規定之儀器有搖篩機、標準篩與磅 秤，如前節所述，另外需準備軟刷、試藥級滑石粉、容量為 500 cm3的空瓶一個、直徑25~50 mm 橡膠球數個，於篩分析 時每個篩網需放置2 個橡膠球。本研究使用的美國標準篩號 組合為No.16、No.20、No.30、No.40、No.50、No.80、No.100、
No.200 及底盤。
試驗時先於 150~200g 的試樣中，秤得 100g 的試樣，由於本 研究所取得的橡膠粉最大粒徑皆較40mesh 為粗，因此僅使 用5g 的滑石粉均勻攪拌，置入空瓶中振動，此一目的在減 少橡膠粉的結塊現象，試樣與滑石粉混合均勻之後置入備妥 之篩網內，因橡膠粉粒徑較50mesh 為粗，故於搖篩機內篩 分析10 分鐘，篩分析完畢後開始進行每一篩網的秤重，將 留有試樣之篩網輕敲並秤重，經輕敲後尚留於篩網之試樣，
以軟刷輕刷並計入下層篩網秤重，直至每個篩網(包含底盤) 秤重完畢。
③比重試驗
橡膠粉之比重試驗依據 ASTM D297「橡膠產品的化學分析」
第16.2 節之比重瓶法執行[14,51]，試驗之溫度需控制於 25±0.5℃之間，與一般量測比重時的水置換法原理相同，關 鍵在於使用酒精取代水，以避免氣泡產生。試驗儀器包括有 比重瓶、磅秤，但規範中並沒有試驗器材的規定，亦沒有詳
細的試驗步驟，執行後的密度公式計算如下：25℃的密度
式中：
A = 試樣質量(g)
B = 裝有試樣的比重瓶填滿酒精重 C = 比重瓶填滿酒精重
D = 酒精的密度(25 ) Mg/m3(gm/cc)℃
本研究準備的儀器有瀝青比重瓶、磅秤與恆溫水槽、1000 毫升的燒杯、無水酒精(比重為 0.797)。試驗步驟如下：
<1> 將恆溫水槽的溫度控制於 25±0.5℃，並將燒杯填滿酒 精，置入恆溫水槽中，使溫度平衡，酒精的加入量需能於 比重瓶置入時足以完全覆蓋，並高出比重瓶4 公分。
<2> 比重瓶加滿酒精後，置入恆溫水槽的燒杯內，30 分鐘後 取出比重瓶，拭淨瓶身的酒精並秤重，得比重瓶裝滿酒精 重C。
<3> 將比重瓶之酒精倒出，並拭乾或烘乾，置於磅秤上歸零，
加入試樣秤重，得試樣重A。
<4> 於裝有試樣之比重瓶填滿酒精，蓋上瓶蓋並輕輕搖晃，
使酒精均勻分佈於CRM 之間，置入恆溫水槽的燒杯內，
40 分鐘後秤重，得裝有試樣的比重瓶填滿酒精重 B。
<5> 代入公式計算，計算公式如下。
25℃的密度
3-1-3 添加再生材料渣瀝青混凝土拌製
本研究依據文獻，先對再生材料與骨材粒料進行基本物理試驗，
Mg/m3=
D
C B A
A ) (
997 . 0
Mg/m3=
0 . 797 )
( 997 . 0
C B A
A
包含篩分析試驗(ASTM C136)、粗比重試驗(ASTM C127)及細粒料比 重試驗(ASTM C128)，以求得所需之級配組合、烘乾需比重及吸水率 等。求得資料如表 3-3。
表3-3 本研究一般石材與再生材料基本性質數據表
試驗項目\材料 1cm 石料 0.8cm 石料 砂 焚化底渣 廢玻璃砂
比重 2.6 2.5 2.5 1.8 2.5
吸水率(%) 2.2 2.3 2.7 16.4 0.4
再由粒料篩分析數據，配合 ASTM D3515，採用最大粒徑
12.5mm，找出本實驗一般瀝青混凝土之級配與最佳含油量 6.4%，如 圖3-2。圖 3-3~3-6 為依文獻配比設計級配粒徑分配圖。
圖 3-2 本研究一般瀝青混凝土級配粒徑分布圖
圖3-3 本研究添加 25%垃圾焚化底渣瀝青混凝土級配粒徑分布圖
圖3-4 本研究添加 50%垃圾焚化底渣瀝青混凝土級配粒徑分布圖
添加20%廢玻璃砂之級配曲線圖
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
篩號
平均過篩百分比
下限 上限 最大密度曲線-1/2 廢玻璃砂
#200#100#50 #30 #16 #8 #4 3/8" 1/2" 3/4" 1"
圖3-5 本研究添加 20%廢玻璃砂瀝青混凝土級配粒徑分布圖
廢輪胎橡膠瀝青級配曲線圖
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
篩號
平均過篩百分比
上限 下限 級配曲線
#200 #100 #50#30 #16 #8 #4 3/8" 1/2" 3/4" 1"
圖3-6 本研究添加 20%廢輪胎橡膠粉瀝青混凝土級配粒徑分布圖
3-1-4 24 小時批次溶出試驗
溶出試驗主要是利用固體與液體的接觸，將固體內所含之物質轉 換釋放到液相裡，方便進一步偵測固體內所含之物質。
本研究參考 NCHRP REPORT 448[26]，針對所選八種材料作短期 24 小時批次溶出試驗，其試驗步驟如下：
1、固液比為 1:4(固體顆粒 1/4 inch)。
2、萃取液為去離子水(本研究以 400g 固體加入 1600ml 之萃取 液)。
3、固液均勻混合後，放入 PE 瓶裡，再置入旋轉台以每分鐘 30RPM，旋轉 24 小時。旋轉期間溫度維持 20 20C。
4、取出溶出液以 1000rpm 離心 10 分鐘，然後以 0.45 m 濾紙過 濾出溶出液。
5、若沒馬上分析溶出液，則保存在 40C 黑暗的冰箱裡，48 小時 內完成分析。試驗程序如圖 3-7。
1、準備瀝青膠泥 2、拌製瀝青混凝土
3、秤取樣品重量 4、加入萃取液
5、製入旋轉儀做批次溶出 4、放入離心機離心
6、溶出液以 0.45 m 濾紙過濾
圖3-7 批次溶出試驗流程圖
3-2 化學分析
本節說明三種再生鋪面材料之毒性特性溶出試驗(TCLP)，及其八 種材料經由批次溶出後之水質分析與七種重金屬濃度檢測。
3-2-1 再生材料 TCLP 試驗分析
本實驗程序參考環檢所 NIEA R201.13C[52]，其實驗程序如下(圖 3-8)：
1、決定廢棄物是否需要減小顆粒大小。
2、決定適當之萃取液（萃取液 A 「pH=4.93」or 萃取液 B
「pH=2.88」）。
3、秤取至少 100 g 之樣品，記錄其重量。
4、計算萃取液之用量（萃取液量 = 20 x 樣品重量）。
5、將萃取液置於萃取容器並放置於旋轉裝置，以每分鐘 30±2 之 轉速旋轉 18±2 小時，室溫維持在 23±2 ℃。
6、萃取完成後，使用 0.45μm 玻璃纖維濾紙過濾，分離固相及液 相，並收集濾液。
7、取得濾液進行後續相關分析。