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中 華 大 學

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Academic year: 2022

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中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:鋪面養護再生劑之效能探究 鋪面養護再生劑之效能探究 鋪面養護再生劑之效能探究 鋪面養護再生劑之效能探究

系 所 別:土木工程學系碩士班 學號姓名:M09204045 林濬哲 指導教授:邱垂德 博士

中華民國 九十四 年 八 月

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摘要 摘要 摘要 摘要

鋪面新建完成開始使用後,即受到交通荷重與外在環境因素的影 響,逐漸產生各種破壞而使服務性降低,必需進行適當的養護以維持 鋪面應有的服務水準。鋪面的使用成效受養護方法、時機、品質影響 甚鉅,定時的預防性養護措施可以有效地避免鋪面因交通荷重及外在 環境造成的惡化,若太慢進行養護而使得鋪面持續惡化,則可能需花 費加倍的經費,才能達到相同的養護目的。在各種鋪面損壞中針對產 生老化鬆散的瀝青鋪面有主張採用鋪面養護再生劑進行養護,即可經 由材料滲入鋪面而恢復或延續鋪面的功能,但此種工法較大爭議在於 效能的認定,且噴灑後會造成鋪面抗滑性降低,因此本研究針對齡期 12 年且已產生嚴重老化鬆散的一處停車場鋪面,噴灑三種不同的鋪 面養護再生劑,並在噴灑前與噴灑後 60 天分別取得停車場鋪面的鑽 心試體,依深度分層切割並進行瀝青分離與回收試驗,再檢測回收瀝 青的 60℃黏度,用以評斷養護再生劑的效能,另於噴灑後第 7、30、

60 三天針對鋪面的抗滑性進行檢測。研究結果顯示取得的三種養護 再生劑皆顯示出具有軟化老舊鋪面的效果,且軟化深度皆可達 2 公分 深,其中又以油溶性產品在上層 1 公分內的軟化效果最佳,但有不易 乾燥而無法適時開放交通的顧慮;經噴灑養護再生劑後的鋪面,抗滑 性有明顯降低,應避免使用在表面紋理較淺且行車速度較高的鋪面 上。

關鍵字:瀝青鋪面養護再生劑,噴霧封層,黏度,抗滑性

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ABSTRACT

To increase the serviceability of a pavement that has been decreased by traffic loading and environmental weathering, adequate maintenance techniques are applied. The various methods, timings, and quality of works are corresponded to the effectiveness of maintenance techniques.

Preventive mainrenance techniques, such as rejuvenator sealing, are applied to lightly cracked or raveled pavements, to avoid further deterioration, preventing higher cost. However, there is a lack of documents and researches in the effectiveness of seal rejuvenators for bituminous pavement surfaces. This particular study applies three different types of rejuvenators onto a highly aged parking lot pavement, showing severe ravling. Sixty days later, cores has been taken and cut into four one centimerter layer, from top to bottom. Testing the viscosities of asphalt extracted and recovered from each layer, before and after application, the effectiveness of the three rejuvenators can be determined.

The results show the proposed method is valid, but the procedure is tedious and probably in favor of cutback type. All three rejuvenators have demonstrated the softening effect to the second layer. Even though, the cutback type shows the best softening effect on the first layer, it takes much longer to dry, which might cause traffic control problems. Since the pavement’s macrostructure is deep enough, the decrease of friction, after applying the three rejuvenators, is beliened not to cause any safety problems.

Keywords:Rejuvenator, Fog Seal, Viscosity、Skid Resistance

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誌謝 誌謝 誌謝 誌謝

本論文得以順利完成,承蒙恩師邱垂德博士悉心指導,學生自跟 隨恩師治學已歷兩年光景,恩師循循善誘,帶學生得窺學問之堂奧。

此外,恩師認真負責的處事態度與實事求是的治學精神,更為學生所 深深感佩,今後師恩將永懷心中並發揚師德。

本論文撰寫初成,承蒙材料試驗所所長陳式毅先生,及本校土木 系教授劉俊杰博士,擔任論文的審核委員,逐字斧工、巨細靡遺的指 正疏漏以及觀念上的釐清,使本論文得以更加詳實完備,在此致上最 誠摯的敬意與謝意。

同時本研究過程中,感謝國道高速公路局關西工務段段長陳順興 先生、台灣農林股份有限公司方立宏先生,惠邦實業股份有限公司鄭 元傑先生,提供協助與寶貴的經驗。學弟嶺億、振緯於試驗時的從旁 協助,辛苦了;以及同學永駿、育立、柱守、桂芬,於研究期間的扶 持與鼓勵,及好友佳惠、冠霆、欣華、俐君、稚婕、志偉、家弘、益 仁的關心與支持,在此一併敬上內心最誠摯的謝意。

求學期間,感謝理成、同宇、郁青、原旭、四位學長、姐的從旁 指教與經驗傳承;此外,亦特別感謝系上老師兩年來的諄諄教誨,如 果本論文的完成能算是人生中小小的成就,亦歸功於諸位師長平日的 照顧與提攜。

最後,感謝家人這些年來的支持與關懷,謹將本論文獻給我摯愛 的雙親,林恆榮先生,以及蘇玲玲女士。

謹識 中華民國九十四年八月于新竹

(9)

目錄 目錄 目錄 目錄

摘要... I ABSTRACT... II 誌謝...III 目錄... IV 圖目錄... VII 表目錄...X

第一章、前言...1

1-1、研究背景...1

1-2、研究動機...1

1-3、研究目的...2

1-4、研究流程與方法...3

第二章、文獻回顧 ...5

2-1、預防性養護...5

2-1-1、鋪面損壞種類與預防性養護...5

2-1-2、預防性養護工法...9

2-1-3、噴霧封層 ...12

2-2、鋪面養護再生劑...15

2-2-1、養護再生劑軟化原理...15

2-2-2、養護再生劑種類...18

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2-3-2、國內研究與採用案例...30

2-3-3、國內外養護再生劑的成效評估方法比較...32

第三章、評估方法 ...35

3-1、試驗場地規劃...35

3-1-1、試驗場地位置與現況概述...36

3-1-2、施工程序 ...38

3-2、材料來源與基本物性檢驗...41

3-2-1、材料來源 ...41

3-2-2、基本物性試驗計畫與方法...42

3-3、軟化效率評估法...50

3-3-1、試體組成方式...51

3-3-2、回收瀝青試驗與黏度試驗...54

3-3-3、數據分析方法...57

3-4、抗滑性評估方法...58

3-4-1、鋪砂法 ...59

3-4-2、英式擺錘法...61

第四章、評估成果 ...64

4-1、材料基本物性試驗結果與分析...64

4-2、軟化效率評估成果...71

4-2-1、原始鋪面狀況...71

4-2-2、軟化後鋪面狀況...77

4-3、抗滑性評估成果...81

4-3-1、原始鋪面抗滑性...81

4-3-2、噴灑後抗滑性檢測結果...83

4-4、整體成效評估...86

(11)

第五章、結論與建議 ...89

5-1、結論...89

5-2、建議...90

參考文獻...92

附錄一、原始鋪面各層回收黏度計算值 ...97

附錄二、噴灑養護再生劑 A 後各層回收黏度計算值 ...105

附錄三、噴灑養護再生劑 B 後各層回收黏度計算值 ...110

附錄四、噴灑養護再生劑 C 後各層回收黏度計算值 ...115

(12)

圖 圖

圖 圖目錄 目錄 目錄 目錄

圖 1-1 研究流程與評估方法 ...4

圖 2-1 鋪面服務性隨開放交通時間變化情形 ...5

圖 2-2 鋪面服務性與使用年期間的關係曲線圖 ...6

圖 2-3 稀漿封層拌合及鋪設車 ...11

圖 2-4 具自動噴灑噴嘴之瀝青材料噴灑車 ...13

圖 2-5 瀝青成份分析之化學沉澱法流程 ...16

圖 2-6 化學沉澱法分析出之五種瀝青成份 ...17

圖 2-7 以噴灑車進行養護再生劑噴灑情況 ...24

圖 2-8 手拉式小型噴灑機 ...25

圖 2-9 以人工方式進行塗抹 ...25

圖 2-10 中央大學針對不同模擬情況所進行的抗滑性試驗 ...31

圖 3-1 試驗場地規劃與執行流程圖 ...35

圖 3-2 試驗場地位置圖...36

圖 3-3 試驗場地全貌...36

圖 3-4 施工範圍與噴灑區塊劃分圖 ...37

圖 3-5 試驗場鋪面狀況...37

圖 3-6 用攪拌機攪拌材料 ...40

圖 3-7 以膠布貼覆標線...40

圖 3-8 標示塗抹區域範圍 ...40

圖 3-9 施工情況...40

圖 3-10 完工後開放使用情況 ...40

圖 3-11 針入度試驗儀...44

圖 3-12 旋轉式黏度儀及各種型號的轉子 ...45

(13)

圖 3-13 電荷試驗儀器...46

圖 3-14 蒸餾試驗及使用儀器設備 ...48

圖 3-15 蒸餾試驗之蒸餾器 ...49

圖 3-16 乾燥狀況判定...50

圖 3-17 回收瀝青試驗流程 ...51

圖 3-18 試體分層切割示意圖 ...52

圖 3-19 試體分層切割...53

圖 3-20 六英吋薄片試體...53

圖 3-21 試體分層收納...54

圖 3-22 迴流儀器...55

圖 3-23 真空濃縮機...55

圖 3-24 回收瀝青法試驗流程 ...55

圖 3-25 試驗場地抗滑性評估流程圖 ...59

圖 3-26 英式鋪砂法試驗儀器組 ...60

圖 3-27 英式鋪砂法試驗示意圖 ...60

圖 3-28 施作英式鋪砂法...61

圖 3-29 英式擺錘摩擦試驗儀 ...62

圖 3-30 施作英式擺錘試驗 ...63

圖 4-1 電荷板經擦拭後無附著瀝青 ...67

圖 4-2 試驗前篩網情況...68

圖 4-3 試驗後殘留於篩網情況 ...68

圖 4-4 養護再生劑 B、C 殘渣狀況 ...69

圖 4-5 一般乳化瀝青殘渣狀況 ...69

(14)

圖 4-8 原始鋪面各層瀝青含量 ...72

圖 4-9 原始鋪面各層粒徑分佈圖 ...73

圖 4-10 以高溫黏度迴歸外推計算 60℃黏度示意圖 ...74

圖 4-11 本研究採用之停車場鋪面深度與該處瀝青黏度關係圖 ...75

圖 4-12 原始鋪面各層老化指數比較圖 ...76

圖 4-13 鑽心試體各層回收黏度值比較直方圖 ...78

圖 4-14 試驗場地原始鋪面鋪砂法檢測結果 ...82

圖 4-15 試驗場地原始鋪面英式擺錘檢驗結果 ...83

圖 4-16 噴灑後天數對鋪面巨觀紋理的影響比較圖 ...85

圖 4-17 噴灑後天數與抗滑性比較圖 ...86

圖 4-18 養護再生劑噴灑前後鋪面外觀 ...88

(15)

表 表

表 表目錄 目錄 目錄 目錄

表 2-1 鋪面損壞種類及造成原因 ...8

表 2-2 各種鋪面損壞所對應的養護或維修工法 ...9

表 2-3 適合採用預防性養護或改善性維修的鋪面損壞種類 ...9

表 2-4 一般碎石封層的瀝青及碎石用量表 ...11

表 2-5 一般建議採用的三種稀漿封層 ...12

表 2-6 噴霧封層工法常見問題 ...15

表 2-7 油溶性養護再生劑製造商自訂檢驗項目與參考規範 ...18

表 2-8 乳化養護再生劑製造商自訂檢驗項目與參考規範 ...19

表 2-9 陽離子乳化瀝青產品規範 ...20

表 2-10 陰離子乳化瀝青產品規範 ...21

表 2-11 速凝油溶瀝青產品規範...22

表 2-12 中凝油溶瀝青產品規範 ...23

表 2-13 慢凝油溶瀝青產品規範 ...23

表 2-14 美國空軍土木工程中心檢測養護再生劑成效之回收瀝青針入 度值...26

表 2-15 美國空軍土木工程中心檢測養護再生劑成效之回收瀝青黏度 值...27

表 2-16 美國工兵團對養護再生劑基本性質規定 ...28

表 2-17 美國佛羅里達州材料實驗室檢測養護再生劑噴灑前後鑽心試 體回收瀝青黏度與針入度檢驗值 ...29 表 2-18 美國佛州佛羅里達州材料實驗室檢測噴養護再生劑灑前後鋪

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表 2-20 中央大學針對養護再生劑噴灑後鋪面抗滑性模擬結果 ...31

表 2-21 英國 TRRL 建議各種道路種類的最小抗滑性 ...32

表 2-22 採用鑽心試體評估養護再生劑成效之比較表 ...33

表 3-1 試驗場地原始空隙率 ...38

表 3-2 試驗場地實際噴灑養護再生劑用量表 ...39

表 3-3 養護再生劑 A 的廠商產品規範 ...41

表 3-4 養護再生劑 B、C 的廠商產品規範 ...42

表 3-5 鋪面養護再生劑 A 試驗項目及規範 ...42

表 3-6 鋪面養護再生劑 B、C 試驗項目及規範...43

表 4-1 養護再生劑 A 基本物性試驗結果 ...64

表 4-2 養護再生劑 B 基本物性試驗結果...65

表 4-3 養護再生劑 C 基本物性試驗結果...66

表 4-5 原始鋪面各層不同粒徑留篩百分比 ...72

表 4-6 以高溫黏度迴歸外插計算 60℃黏度例 ...74

表 4-7 原始鋪面各層 60℃黏度 ...74

表 4-8 原始鋪面各層老化指數 ...76

表 4-9 噴灑後 60 天鑽心試體與原始鋪面各層瀝青含量比較表 ...77

表 4-10 試驗場噴灑前後鑽心試體分層回收瀝青 60℃黏度檢測數據 ...78

表 4-11 三種養護再生劑各層瀝青黏度降低百分比整理表 ...79

表 4-12 考慮層別、養護再生劑別及交互影響之雙因子變異數分析表 ...79

表 4-13 各層不同養護劑的 DUNCAN 多重範圍檢定結果 ...80

表 4-14 試驗場地原始鋪面鋪砂法檢測值 ...81

表 4-15 鋪面巨觀紋理等級表 ...82

表 4-16 試驗場地原始鋪面英式擺錘檢測值 ...83

(17)

表 4-17 噴灑前後鋪面巨觀紋理檢測結果整理表 ...84 表 4-18 噴灑前後鋪面微觀紋理檢測結果整理表 ...85 表 4-19 三種養護再生劑綜合比較表 ...87

(18)

第一章 第一章 第一章

第一章、 、 、前言 、 前言 前言 前言

1-1、研究背景

臺灣地區近年來道路之重大新建工程已逐漸減少中,現有道路系 統之鋪面維修問題則逐年增加中,根據交通部統計處資料[1]顯示,

至民國九十三年底臺灣地區公路總長約 37,342 公里,這些路面大多 採用瀝青混凝土鋪面,由於鋪面受到水、空氣和紫外線的共同作用 下,導致瀝青膠泥老化,常使大部分鋪面在尚未達到設計年限就過早 的產生損壞,為使得鋪面保持一定的服務水準就必須對路面進行養護 作業,以恢復路面原有的服務水準。

道路鋪面的損壞可概分為裂縫、變形、粒狀分離及失去抗滑性等 四大類[2],每種損壞的成因與對鋪面造成的影響程度不同,國內工程 界早期針對鋪面的養護常一味的以刨除重鋪作為優先選擇,如此將產 生大量的刨除料。事實上有些鋪面可視狀況轉而利用其它方法進行養 護,在不浪費資源的情況下,可用較少的經費,進而養護較多的鋪面,

國外工程界都已針對鋪面不同的損壞情況採取適合的養護方式,以延 長鋪面壽年及降低養護成本。

基於國外針對養護再生劑研究成果,在結構完整的老舊鋪面噴灑 上一層養護再生劑後,具有降低黏度、改善老化後的瀝青性質之特 性,能減緩鋪面的持續惡化,提昇鋪面耐久性、延長使用壽年,勢必 有所助益,是開創國內工程界新一代鋪面養護方法的契機。

1-2、研究動機

臺灣地區早期對損壞的鋪面,因受限於材料的普遍性及施工廠商 的技術經驗大都以養護成本較高的大規模翻修及刨除重鋪進行鋪面

(19)

養護,近年來對於預防性養護(Preventive Maintenance)的觀念逐漸成 熟發展,其中對於結構完整無變形卻產生老化鬆散現象的瀝青鋪面,

有主張採用養護再生劑(Sealer Rejuvenator)者,也就是只要噴灑一薄 層瀝青材料(以乳化或油溶型式),即可經由瀝青材料滲入鋪面而恢復 或延續鋪面的功能,由於節省大量的材料且工法簡易,將有助於以較 少的經費養護較多的鋪面,相當具有吸引力。此工法於國外已有許多 單位開始採用,且都有相當良好的成果表現,目前台北市政府也有試 用養護再生劑進行養護作業。對於提升鋪面養護品質與節省公帑的目 標下,採用鋪面養護再生劑進行養護作業是值得努力與研究的方向。

1-3、研究目的

本研究參考,美國工兵團(U.S. Army Corps of Engineers)所採 行的現地試體鑽心切取表面層 1cm 的回收瀝青,檢測其噴灑前後的 瀝青性質,做為評估養護再生劑的成效的方法,以選用的三種養護再 生劑,先於實驗試進行基本物性檢驗,並以交通部公路總局轄內北區 關西工務段提供的停車場作為試驗場地,施以三種不同的養護再生劑 並於噴灑前與噴灑後 60 天後進行檢測,期間並針對鋪面進行抗滑性 評估。本研究主要目的為:

1. 依據養護再生劑基本物性檢測結果,與一般油溶或乳化瀝青產品品 質規範比對。

2. 以試驗場地試體進行分層回收黏度試驗,評估養護再生劑的效益之 可行性。

3. 依據試驗場地噴灑養護再生劑前後回收瀝青的瀝青黏度降低量,評

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抗滑性的影響。

1-4、研究流程與方法

本研究先以文獻探討鋪面不同損壞適合的維修方法,進而針對整 體結構尚未損壞及變形的鋪面以鋪面養護再生劑進行養護,並說明養 護再生劑應用於國內外之案例,再針對本研究取得的養護再生劑與試 驗場地的試體於實驗室進行檢驗評估、及試驗場地的抗滑性評估,最 後依據研究結果提出結論與建議,本研究進行流程與方法如圖 1-1 所 示。

(21)

圖 1-1 研究流程與評估方法 養護再生劑文獻探討

選定三種養護再生劑 試鋪場地選定與規劃

材料基本性質試驗

瀝青比重、油溶瀝青蒸餾、乳化 瀝青篩分析、乳化瀝青電荷、乳 化瀝青蒸發、乳化瀝青分餾、殘 渣黏滯度、殘渣針入度

場地噴灑養護再生劑前試驗

表面觀察、表面紋理、抗滑試驗、

鑽心試體空隙率、瀝青含量、分 層回收瀝青黏度試驗

現場噴灑養護再生劑 施工後 60 天路面評估

表面觀察、表面紋理、抗滑 試驗、鑽心試體空隙率、瀝 青含量、分層回收瀝青黏度 試驗

綜合評估 研究動機與目的

結論與建議

(22)

第二章 第二章 第二章

第二章、 、 、文獻回顧 、 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧

本章首先說明預防性養護的意義,及鋪面因不同損壞適合的維修 方法,再介紹鋪面養護再生劑的功用及施作方法,最後則介紹國內外 研究與採用案例及整理養護再生劑的成效評估方法。

2-1、預防性養護

鋪面預防性養護處理是針對鋪面服務性水準降至「尚可」時,依 鋪面的損壞狀況進行有計畫的養護作業,以提高服務性水準、或減緩 鋪面的惡化速度,並增加鋪面壽年[3]。

2-1-1、鋪面損壞種類與預防性養護

鋪面自新建完成開放通車後即承受交通荷重、各種外在環境因 素、施工過程及鋪面材料本身,單一或多重因素造成的鋪面逐漸老化 或損壞,使鋪面服務性水準由「很好」開始下滑,當下滑至「很差」

時,為保持鋪面的服務性就必須進行養護或重大翻修作業,以提昇鋪 面服務性水準,如圖2-1所示

圖 2-1 鋪面服務性隨開放交通時間變化情形[4]

時間

很好 尚可 不良 很差

鋪面服務性 養護或重大

翻修作業

(23)

依鋪面養護的目的來區分則可分為預防性養護及改善性維修

(Corrective Maintenance)兩大類[5]。預防性養護乃指保護鋪面防止 惡化所進行的各種工作;而改善性維修則針對特定的破壞狀況或區域 進行修復改善的工作。由於鋪面的使用成效受養護的方法、養護的時 機、及養護的品質的影響,定時且有效率的預防性養護措施,可以避 免鋪面因荷重及環境造成的惡化,若太慢進行養護而持續惡化,則可 能需花費加倍的經費,才能達到相同的養護目的,恢復鋪面原有的服 務水準[6]。

圖2-2 鋪面服務性與使用年期間的關係曲線圖[7]

如圖2-2所示,由於鋪面隨交通荷重及環境作用下逐漸產生破 壞,服務性隨時間的增加下降幅度亦逐漸加大,圖中曲線愈陡表示 服務性下降的速度愈快,曲線前段3/4的時間內鋪面狀況由「很好」

緩緩變成「尚可」,而後段的1/4部分相當陡,此時鋪面狀況由「尚可」

轉變為「很差」,但在整個壽年不到1/5的時間內就迅速轉變。造成鋪

(24)

[7、8],於鋪面服務性「尚可」時進行預防性的養護,所花費的一塊 錢相當於待鋪面變成「很差」時花費的四元或五元,故近年來有人主 張當鋪面服務性下滑至「尚可」時,即針對這些鋪面進行預防性養護,

以較少的經費養護最多的鋪面。

瀝青鋪面的損壞會造成服務性的下滑,這些損壞一般可分為裂 縫、變形、粒狀分離及失去抗滑性等四大類型 [2、9、10]。

1. 裂縫

鋪面發生裂縫的可能原因為底層承載力較弱而使受力時撓度過 大,面層材料異常收縮、鋪築時接縫處理不當或是由底層原有的裂縫 反射上來等因素。

2. 變形

瀝青鋪面的變形主要因為路基沉陷,鋪面層的壓實度不足,瀝青 面層材料的穩定行不足,層間黏結力不足,或是路基土壤冰凍產生的 膨脹現象。

3. 粒狀分離

瀝青面層的粒狀分離主要起因於施工時壓實度不足,瀝青含量不 足,或是溫度過高而使瀝青變質。

4. 失去抗滑性

鋪面若是失去抗滑性則將造成車輛行駛時打滑發生危險,發生的 原因有面層瀝青混合料的瀝青含量過高,透層噴太厚,骨材的抗磨蝕 性太差,以及鋪面上受到異物的污染。

將各種鋪面損壞種類依交通荷重、環境及材料本身造成,兩項造 成鋪面損壞原因整理成表 2-1。

(25)

表 2-1 鋪面損壞種類及造成原因[6]

損壞

類型 種類 交通荷重造成 環境及材料本

身造成 鱷魚皮裂縫或疲勞裂縫

(Alligator or Fatigue Cracking)

● 縱向與橫向裂縫

(Longitudinal and Transverse Cracking)

● 區塊裂縫

(Block Cracking) ●

滑溜裂縫

(Slippage Cracks) ●

裂縫

反射裂縫

(Reflection Cracking) ● 車轍 (Rutting) ●

波浪紋及推擠

(Corrugation and Shoving) ●

沉陷 (Depression) ●

變形

膨脹突起 (Swelling) ●

粒料分離

(Raveling and weathering) ● 粒料

分離 孔洞 (Potholes) ●

冒油 (Bleeing) ●

失去 抗滑 性

骨材磨光

(Polished Aggergate) ●

由表 2-1 中,因交通荷重造成的損壞都使鋪面結構產生損壞,由 環境及材料本身造成的損壞像是反射裂縫、波浪紋及推擠、沉陷、膨 脹突起,這些損壞種類都已使鋪面結構產生損壞,縱向與橫向裂縫、

而區塊裂縫、粒狀分離及冒油等損壞則多為表面的損壞,其鋪面結構 仍屬完整。

(26)

壞的原因後,則可依破壞的成因及型式,選擇適當且正確的維修養護 方法,並非所有損壞都可用同一種方式養護或維修,如 Hudson 等人 曾針對各種不同的鋪面損壞,所對應養護或維修方式如表 2-2 [7]。

表 2-2 各種鋪面損壞所對應的養護或維修工法[7]

損壞類別 鋪面維修或翻修方式

鱷魚皮裂縫 全深切割補鋪、加鋪面層、路面再生 冒油 鋪撒熱砂、鋪設瀝青材料量低的細石封層

區塊裂縫 稀漿封層、細石封層、裂縫封填、加鋪面層、路 面再生

沉陷 表面補鋪

骨材磨光 細石封層、稀漿封層、加鋪開放級配摩擦層

孔洞 全深切割補鋪

粒料分離 細石封層、稀漿封層、噴霧封層、砂封層 車轍 面層加鋪、冷刨平、熱再生

膨脹突起 移除補鋪

區塊裂縫、粒料分離等鋪面損壞,由於這些損壞都僅局限在表 面,鋪面結構仍舊完整,故可採用預防性的養護方法,以保護鋪面防 止持續惡化,當鋪面結構已產生損壞,如車轍、沉陷、膨脹突起等損 壞,此時鋪面的養護作業已不能僅局限於表面層的處理,需對於鋪面 整體進行改善性的維修工作,如表2-3所示。

表 2-3 適合採用預防性養護或改善性維修的鋪面損壞種類

養護方法 適用的鋪面損壞種類

預防性養護 區塊裂縫、輕微的縱向與橫向裂縫、粒料分離、骨 材磨光、冒油

改善性維修 鱷魚皮或疲勞裂縫、沉陷、孔洞、車轍、膨脹突起、

反射裂縫、滑溜裂縫、波浪紋及推擠 2-1-2、預防性養護工法

針對結構完整但出現輕微裂縫、鬆散風化、骨材磨光等鋪面表面

(27)

產生損壞的道路,近年來常以維修成本較低的小規模養護及預防性的 養護以提昇鋪面服務水準,常見的鋪面預防性養護的方法如裂縫封 填、及包括噴霧封層、細石封層和稀漿封層在內的表面處理等鋪面維 修工法[5、11]。

1. 裂縫封填(Crack Sealing)

以瀝青砂漿、乳化瀝青、接縫材料或吹氣瀝青填補裂縫或接縫,

由於大部份的鋪面破壞都與水的侵入有關,只要配以良好的排水改 善,裂縫封填可能是最重要的鋪面維修方法,只要不讓水侵入鋪面系 統中,就能降低因環境造成的損壞。所使用的裂縫封填料應具有良好 的黏結及附著力、柔性及彈性、容易施作、抗軟化、抗變形、耐候性 佳及與瀝青材料相容等特性。乳化瀝青及油溶瀝青因為柔性受限,只 適用於封填細微且不會持續擴大的裂縫,一旦裂縫會因溫溼變化脹縮 或荷重而產生撓度變化,其封填縫的效果盡失,所以在大部份溫度變 化較大的地區,這兩種材料只能作為暫時性的裂縫封填料。對於永久 性的裂縫封填,則應使用列於ASTM D1190、D3405、或是D5078,

及AASHTO M173中的許多改質瀝青及特製裂縫封填料[6]。

2. 噴霧封層(Fog Seal)

一般指噴灑一層加水稀釋後薄薄的乳化瀝青,乃用以維護因老化 變脆及油料散失的鋪面,封填表面的微裂縫及表面空隙,或是用以降 低鋪面可能產生的鬆散現象,其材料多選用SS-1、SS-1h、CSS-1及 CSS-1h等級的乳化瀝青[5、10],並依其規定使用量於鋪面上進行噴 灑。

3. 細石封層(Chip Seal)

(28)

的路面,可用以減緩鋪面惡化、提昇抗滑及防水能力[6、7、11]。瀝 青材料部份可以是瀝青膠泥、油溶瀝青或是乳化瀝青。最常用的為速 凝乳化瀝青,可以配合溼細石使用且不會有油溶瀝青易燃的危險。瀝 青膠泥只用在乾熱的地區且需配合使用乾燥的細石。骨材應乾淨以免 影響黏結效果,最好是呈立方體形,一般用單粒徑骨材較好,但也可 以用符合規定級配的細石,一般瀝青及骨材的用量可參考表2-4。

表 2-4 一般碎石封層的瀝青及碎石用量表[6]

使用量 碎石之粒徑範圍 細石用量

(kg/m2)

瀝青用量 (L/m2) 3/4”~ 3/8” 21.7~27.1 1.81~2.26 1/2”~ No.4 13.6~16.3 1.36~2.04 3/8”~ No.8 10.8~13.6 0.91~1.58 No.4 ~ No.16 8.1~10.8 0.68~1.13 Sand 5.4~8.1 0.68~0.91 4. 稀漿封層(Slurry Seal)

稀漿封層乃指由慢凝乳化瀝青、細骨材、填縫料及水混合而成的 狀似奶油液般的瀝青混合料,這些材料一般乃在特殊設計的稀漿封層 拌合及鋪設車上當場混合施工鋪設如圖2-3所示。

圖2-3 稀漿封層拌合及鋪設車[5]

(29)

鋪設的厚度大約是在3mm~6mm之間,相當於骨材的最大粒徑;

稀漿封層具有封填表面裂縫、防止鬆散及骨材散失、防止水分侵入鋪 面及增進抗滑力等,定時對鋪面施以稀漿封層可以防止鋪面老化變脆 而產生的破壞[6、7]。較常使用的乳化瀝青為慢凝乳化瀝青或是特製 的速凝乳化瀝青,骨材級配則依最大粒徑分為三種如表2-5所示,可 依現有鋪面的紋理狀況選擇使用。填縫料部份則可使用石灰、石粉 末、水泥或燃煤飛灰等。有關瀝青稀漿封層之設計、試驗和施工的作 業,在ASTM D3910內有詳細規定。

表 2-5 一般建議採用的三種稀漿封層[6]

類型 I II III

一般用途 裂縫封填 及細封

對中等紋理表面 進行封層處理

深紋理表面較 厚的封層處理 篩號 過篩百分比 過篩百分比 過篩百分比 3/8”(9.5mm) - 100 100

#4(4.75mm) 100 90~100 70~90

#8(2.36mm) 90~100 65~90 45~70

#16(1.18mm) 65~90 45~75 28~50

#30(600µm) 40~60 30~50 19~34

#50(300µm) 25~42 18~30 12~25

#100(150µm) 15~30 10~21 7~18

#200(75µm) 10~20 5~15 5~15 凝結後瀝青含量

(骨材之重量%) 10~16 7.5~13.5 6.5~12 鋪設劑量(kg/m2) 3.3~5.4 5.4~8.2 ≧8.2 2-1-3、噴霧封層

噴霧封層係屬鋪面預防性養護中的一種方法,主要是針對鋪面結 構完整無變形卻產生粒料分離的鋪面進行養護,依美國乳化瀝青產業

(30)

瀝青混凝土鋪面上,以降低鋪面因鬆散和老化所造成的損壞。」。噴 霧封層主要用途是在於能夠填補瀝青鋪面上的空隙,減少因空氣和水 滲入鋪面內造成的瀝青老化。一般都是使用經過稀釋後的乳化瀝青如 CSS-1h 陽離子型乳化瀝青,及 SS-1h 陰離子型乳化瀝青進行施作,

若有其它特定用途可採用不同種類的乳化瀝青進行噴灑作業。

由於噴灑劑量的多寡影響到養護的成效,噴灑過多會使多餘的乳 化瀝青殘留在鋪面上造成路面光滑;過少則無法達到養護的效果。故 AEMA 建議在空隙較小的鋪面噴灑用量為 0.15~0.5 L/m2;空隙較大 的鋪面則為 0.4~1.0 L/m2,但實際噴灑用量則須依鋪面狀況進行調整。

於施工前可利用洗地車以高壓水柱將鋪面沖刷乾淨,並在施工前 24 小時內保持表面在乾燥狀況,待前置作業完成,以具自動噴灑噴 嘴之瀝青材料噴灑車進行鋪面噴灑作業如圖 2-4 所示。

圖2-4 具自動噴灑噴嘴之瀝青材料噴灑車[5]

施工前與施工中時應注意事項大列如下:

1. 噴灑前需將附著於鋪面上如塵土、樹葉及其它雜物清掃乾淨,必要 時可利用洗地車加以輔助。

2. 於施工範圍附近的構造物皆需以適當工具遮蓋,以防施工中遭乳化 瀝青噴濺;交通標線若不需重新繪製,也應予以遮蓋。

(31)

3. 施工前後皆需設立告示牌或交通錐等明顯標示,避免意外事故的發 生。

4. 於噴灑作業前需將乳化瀝青依比例稀釋,並以適當工具攪拌均勻方 可使用。

5. 施工前需再確認噴灑用量是否正確,施工機具是否正常運作、噴嘴 是否堵塞等,避免噴灑比例不正確的情況發生。

6. 施工前若路面溫度低於 15℃或大氣溫度低於 10℃,則不宜進行施 作。

7. 當鋪面呈潮溼狀態或於雨天時則不可進行施作,待鋪面呈乾燥狀後 方可進行施工。

雖然噴霧封層工法能改善因鬆散風化所產生的鋪面破壞,且採用 此方法養護成本也不高,但施作上卻常受限於天候的因素,諸如雨 天、冬天等天候較差的時候,容易造成乳化瀝青噴灑後不易乾燥,導 致鋪面變的光滑,並降低鋪面的抗滑性。此外尚有其它常見問題如表 2-6所示。

(32)

表 2-6 噴霧封層工法常見問題[12]

問題

使用情況 表面

光滑

不易 乾燥

乳化瀝 青易被 沖刷掉

黏結 異物

乳化瀝 青不易 稀釋

尚未滲 進內部 即乾燥

稀釋的 比例不 正確

潮濕的路面

過 度 乾 燥 的

路面

路 面 上 有 過

多塵土

使用硬水 稀釋

陰離子 乳化劑 使 用 鹼 性 水

稀釋

陽離子 乳化劑 使 用 酸 性 水

稀釋

陰離子 乳化劑 噴灑計量

過多

噴灑計量

過少

使 用 不 正 確

的乳化劑

雨天

冷天

熱天

註●:表示有影響

2-2、鋪面養護再生劑

鋪面養護再生劑,乃指噴灑一層相當薄的乳化(或油溶)瀝青材 料而不加添任何石料,經由瀝青材料滲入鋪面恢復或延續鋪面的 功能,此種養護方法屬噴霧封層的一種。甚至有人提出在鋪面尚 未出現老化鬆散的情況前即可使用,以達到注重平時保養的預防 性養護。

2-2-1、養護再生劑軟化原理

一般鋪面採用的瀝青膠泥(Asphalt binders)其組成相當複雜,

(33)

不能以單一的化學公式來代表,依美國材料與試驗協會(American Society Testing Material,簡稱 ASTM)定義:「顏色係為暗棕色到黑色,

且具有黏結性的材質,大多數的成份是天然瀝青或是自石油煉製廠所 加工過程中取得。」[13]。因瀝青膠泥組成非常複雜且各種分析所得 成份不代表一種確定的化學成份,只是將瀝青膠泥區分為數個組成部 份。依據 Rostler 及 Stenberg 發展的化學沉澱法(Chemical Precipitation Method)[4]中,可以將瀝青膠泥分解成五大部分,試驗流程如圖 2-5。

圖2-5 瀝青成份分析之化學沉澱法流程[4]

首先由戊烷將瀝青膠泥中的脂油(Maltenes)溶出使瀝青質沉澱,

再將脂油溶液依序以濃度漸增的硫酸,經由溶解沉澱能力之不同,量 沉澱

戊烷(n-Pentane)

瀝青膠泥

瀝青質

石蠟基 H2SO4(85%)

H2SO4(98%)

氮基

初酸基

H2SO4(30% So3) 次酸基

溶液

(34)

圖2-6 化學沉澱法分析出之五種瀝青成份[13]

這五種瀝青成份分別為:

1. 瀝青質(Asphaltenes)

由戊烷溶解瀝青得到的瀝青質,被視為瀝青膠泥中的主體。

2. 氮基(Nitrogen Bases)

使用 85%的硫酸將脂油溶液中含氮的極性化合物沉澱出來,此 一部分被稱為氮基,為具有將瀝青質打散以便分散在油類中的部份。

3. 初酸基(First Acidaffins)

其次使用 98%的硫酸將氮量較低的另一種芳香族成份沉澱,

Rostler 將此一部份稱為初基酸,在瀝青膠泥中是使瀝青質散佈的主要 溶劑。

4. 次酸基(Second Acidaffins)

最後以含 30%SO3之硫酸蒸氣將脂油溶液中較不活潑及含較少 芳香族類的所謂次酸基沉澱,此一部份也被認為是使瀝青質散佈的溶 劑。

5. 石蠟基(Paraffin)

石蠟類為脂油中不與硫酸蒸氣反應的最後一部份,依據 Rostler 的說法,石蠟基是使瀝青膠泥呈現膠體行為的成份。

(35)

瀝青質為瀝青的主體,而後四項合稱為脂油,在這五種不同的成 份裡以瀝青質及石蠟基為當中最為穩定的成份,氮基、初酸基及次酸 基因容易受到氧化作用失去脂油原有的特性,轉變成不具有柔軟性的 瀝青質,造成瀝青老化變硬變脆[13],故養護再生劑中若含有大量的 脂油成份,且能有效滲入鋪面與老化後的瀝青接觸並補充其脂油的部 分,則就會有回春或再生的功效,使老化的鋪面恢復原有的柔性,或 經由此養護方法補充含脂油的瀝青材料,減緩鋪面鬆散或是惡化的速 度,鋪面養護再生劑就是靠此方法改善老化後的瀝青性質,達到鋪面 養護的目的。

2-2-2、養護再生劑種類

雖然鋪面養護再生劑大都屬於各家廠商的專利產品,且產品成份 多為機密,依養護再生劑廠商所提出的產品性質規範與一般油溶或乳 化瀝青頗為接近,所引用的試驗規範大部分以乳化或油溶類瀝青材料 為主,如表 2-7、2-8 所示,故可將鋪面養護再生劑依瀝青種類區分為 乳化(乳化類)養護再生劑和油溶(油溶類)養護再生劑兩種,以下 介紹油溶瀝青和乳化瀝青的基本性質與用途。

表 2-7 油溶性養護再生劑製造商自訂檢驗項目與參考規範[14]

檢驗項目 參考規範

比重(25℃) ASTM D70 英格勒黏度(50cc,50℃) ASTM D1665 蒸餾殘渣量(360℃,%) ASTM D402 殘渣軟化點(℃) ASTM D36 含水量(%) ASTM D95

(36)

表 2-8 乳化養護再生劑製造商自訂檢驗項目與參考規範[14]

檢驗項目 參考規範

比重(25℃) ASTM D70

蒸發殘渣量(%) ASTM D2939

殘渣燒失量(%) ASTM D2939

乾燥時間(小時) ASTM D2939

黏著性與防水性(Adhesion&Resistance to Water) ASTM D2939 抗熱性(Resistance to Heat) ASTM D2939 柔軟性(Flexibility) ASTM D2939 抗衝撞性(Resistance to Impact) ASTM D2939 1. 乳化瀝青(Asphalt Emulsion)

是由瀝青膠泥、水及少量乳化劑混合而成,一般乳化瀝青中,瀝 青膠泥呈小圓球狀懸浮於水中,乳化瀝青可以在常溫下與骨材拌合使 用,而不需加熱,可用於穩定處理底層或冷拌瀝青混凝土;乳化瀝青 使用後,需有足夠時間讓水分蒸發,並使瀝青膠泥脫乳(Break)而 發生黏結之功能,常用於熱拌混凝土鋪築層間的黏層(Tack Coat)黏 結材料。乳化瀝青依脫乳的速度可分為特快凝(Rapid Setting)、快凝

(Medium Setting)及慢凝(Slow Setting)三種;依離子類型分類可 分為陽離子(Cationic)、陰離子(Anionic)兩種,如表 2-9、2-10 所 示。

(37)

表 2-9 陽離子乳化瀝青產品規範[15]

類別 特快凝 快凝 慢凝

型號 CRS-1 CRS-2 CMS-2 CMS-1 CSS-1 CSS-1h

25°C - - - - 20~100 20~100

黏度

SFS 50°C 20~100 100~400 50~450 50~450 - -

靜置分離 5 天(%) ≦5 ≦5 ≦5 ≦5 ≦5 ≦5

儲存穩定性試驗,1 天(%) ≦1 ≦1 ≦1 ≦1 ≦1 ≦1

脫乳化性(%) ≧40 ≧40 - - - -

噴水前 - - - -

乾 骨 材 試

噴水後 - - - -

噴水前 - - - -

濕 骨 材 試

噴水後 - - - -

電荷試驗

篩析試驗(%) ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1

水泥混合試驗(%) - - - - ≦2.0 ≦2.0

油分(%) ≦3 ≦3 ≦12 ≦12 - -

殘渣(%) ≧60 ≧65 ≧63 ≧65 ≧57 ≧57

針入度

(25℃,0.1mm) 100~200 100~200 100~200 40~90 100~200 40~90 延展性

(25℃,cm) ≧40 ≧40 ≧40 ≧40 ≧40 ≧40

三 氯 乙 烯 溶 解

(%) ≧98 ≧98 ≧97.5 ≧97.5 ≧97.5 ≧97.5

灰分(%) - - ≦2.0 ≦2.0 ≦2.0 ≦2.0

(38)

表 2-10 陰離子乳化瀝青產品規範[15]

類別 特快凝 快凝 慢凝

型號 RS-1 RS-2 MS-2 MS-1 SS-1

25°C 20~100 - 20~100 ≧100 20~100

黏度

SFS 50°C - 75~400 - - -

靜置分離 5 天(%) ≦5 ≦5 ≦5 ≦5 ≦5

脫乳化性(%) ≧60 ≧60 - - -

噴水前 - - -

乾 骨 材 試

噴水後 - - -

噴水前 - - -

濕 骨 材 試

噴水後 - - -

篩析試驗(%) ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1 ≦0.1

水泥混合試驗(%) - - - - ≦2.0

殘渣(%) ≧55 ≧63 ≧55 ≧65 ≧57

針入度

(25℃,0.1mm) 100~200 100~200 100~200 40~90 100~200 延展性

(25℃,cm) ≧40 ≧40 ≧40 ≧40 ≧40

三 氯 乙 烯 溶 解

(%) ≧98 ≧98 ≧97.5 ≧97.5 ≧97.5

灰分(%) - - ≦2.0 ≦2.0 ≦2.0

漂浮試驗(60℃) - - - - -

2. 油溶瀝青(Cut-back Asphalt)

為瀝青膠泥與石油溶劑(如汽油或柴油)溶解之產物,油溶瀝青 可在常溫或稍高溫下,與骨材拌合使用。油溶瀝青使用後,由於曝露 在大氣中,因揮發性成份喪失而留下瀝青膠泥產生黏結的作用,故可 於常溫下鋪築。也經常於碎石級配滾壓完成後,設計噴灑一層油溶瀝

(39)

青作為透層(Prime Coat),除穩定壓實底層外,這些瀝青材料覆蓋在 碎石底層表面,防止車輛壓過帶起粉塵而使細粒料脫離,雨天則防止 大量水分滲入造成泥濘,在鋪築面層材料時,亦有幫助層間黏結效 果。一般常見油溶瀝青有速凝(Rapid Curing)、中凝(Medium Curing)

及慢凝(Slow Curing)三種,如表 2-11~2-13 所示。

表 2-11 速凝油溶瀝青產品規範[16]

型號 RC-70 RC-250 RC-800 RC-3000

動黏度(60℃,cst) 70~140 250~500 800~1600 3000~6000

閃火點(tag,℃) - ≧27 ≧27 ≧27

190℃ ≧10 - - -

225℃ ≧50 ≧35 ≧15 -

260℃ ≧70 ≧65 ≧45 ≧25

315℃

時的 蒸餾 量佔 360℃

蒸餾 量的 體積

(%) ≧85 ≧80 ≧75 ≧70

蒸餾至 360℃

殘渣體積(%) ≧55 ≧65 ≧75 ≧80

黏度

(60℃,Poises) 600~2400 600~2400 600~2400 600~2400

延展性(25℃,cm) ≧100 ≧100 ≧100 ≧100

三氯乙烯溶解度

(%) ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0

含水量(%) ≦0.2 ≦0.2 ≦0.2 ≦0.2

(40)

表 2-12 中凝油溶瀝青產品規範[17]

型號 MC-30 MC-70 MC-250 MC-800 MC-3000 黏度(60℃,cst) 30~60 70~140 250~500 800~1600 3000~6000

閃火點(℃) ≧38 ≧38 ≧66 ≧66 ≧66

225℃ ≦25 ≦20 ≦10 - -

260℃ 40~70 20~60 15~55 ≧35 ≧15

315℃

時的 蒸餾 量佔 360℃

蒸餾 量的 體積

(%)

75~93 65~90 60~87 45~80 17~75

蒸餾至 360℃

殘渣體積(%) ≧50 ≧55 ≧67 ≧75 ≧80

黏度

(60℃,Poises) 300~1200 300~1200 300~1200 300~1200 300~1200

延展性(25℃,cm) ≧100 ≧100 ≧100 ≧100 ≧100

三氯乙烯溶解度

(%) ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0

含水量(%) ≦0.2 ≦0.2 ≦0.2 ≦0.2 ≦0.2

表 2-13 慢凝油溶瀝青產品規範[18]

型號 SC-70 SC-250 SC-800 SC-3000

黏度(60℃,cst) 70~140 250~500 800~1600 3000~6000

閃火點(℃) ≧66 ≧79 ≧93 ≧107

蒸餾至 360℃

殘渣體積(%) 10~30 4~20 2~12 ≦5

黏度(60℃,cst) 400~7000 800~10000 2000~16000 4000~35000

針入度為 100 時

殘渣重量(%) ≧50 ≧60 ≧70 ≧80

針入度 100 時殘 渣延展性 (25℃,cm)

≧100 ≧100 ≧100 ≧100

三氯乙烯溶解度

(%) ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0 ≧99.0

含水量(%) ≦0.5 ≦0.5 ≦0.5 ≦0.5

(41)

2-2-3、養護再生劑施工方法與應用

由於養護再生劑係屬噴霧封層工法中的一種材料,故養護再生劑 的施工方法與噴霧封層工法一樣,於施作前需將預定噴灑養護再生劑 鋪面的表面塵土清除乾淨,並於噴灑前保持鋪面的乾燥狀態最少 24 小時,噴灑時首先將混合好的養護再生劑倒入噴灑車中並攪拌均勻後 開始噴灑作業如圖 2-7 所示,當噴灑作業完成後,待鋪面整個乾燥後 即可開放通車,其它施工注意事項可參考表 2-6。

圖2-7 以噴灑車進行養護再生劑噴灑情況 [12]

養護再生劑的噴灑作業,除採用具自動噴灑嘴的噴灑車噴灑外,

若因施工場地狹小不易大型噴灑車進入施工時,則可改用小型的噴灑 機如圖 2-8 進行施作,或當施作面積不大時可採用人工方式進行作業 如圖 2-9 所示。

(42)

圖2-8 手拉式小型噴灑機[19] 圖2-9 以人工方式進行塗抹 由於噴灑在鋪面表面的養護再生劑,是藉由表面空隙滲入內 部改善瀝青性質,為使養護再生劑確實發揮功效,就必須使其有 效的滲入鋪面內部並改善老化後的瀝青膠泥性質,若無法有效滲 入鋪面內部則無法達到改善瀝青性質的效益,且容易使養護再生 劑殘留於鋪面上,導致鋪面變得非常光滑而降低鋪面抗滑性,故 養護再生劑最好使用於空隙率在 7%~8%或更高的鋪面上[20],

如此才能有足夠的空隙讓養護再生劑滲入鋪面內部,改善老化後 的瀝青膠泥性質。

2-3、國內外研究與採用案例

由於養護再生劑多為廠商的專利產品,所以早期不易推廣使用,

但近年鋪面預防性養護觀念的提升,國內外工程界逐漸採用該材料進 行鋪面養護的作業,本節將蒐集到的國內外相關的研究報告與施工案 例進行整理。

2-3-1、美國研究與採用案例

從 1970 年開始美國軍方的研究單位包括空軍武器實驗室(Air Force Weapons Laboratory)、海軍土木工程實驗室(Naval Civil

(43)

Engineering Laboratory)、美國空軍土木工程中心(Air Force Civil Engineering Center)、美國工兵團等,已陸續對養護再生劑進行測試 [13],檢驗項目包括噴灑後表面觀察、鋪面的抗滑性、觀察鑽心試體 中養護再生劑滲透程度,切取鑽心試體表面層下 0.95cm 瀝青混凝土 並檢測其回收瀝青黏度及針入度,試驗結果驗證出養護再生劑具有效 改善鋪面老化的狀況,但噴灑後鋪面的抗滑性則略為下降。

美國空軍土木工程中心於 1976 年,採用四種專業性的鋪面養護 再生劑產品及一種 SS-1 陰離子型慢凝乳化瀝青進行試驗[13、20],這 項測試分別位於美國西南方乾燥的熱帶地區、東南方潮濕的熱帶地區 及中北部寒冷的地帶,三個試驗場地皆噴灑 0.23L/m2的養護再生劑,

並於施作後的 48 小時、6 星期、1 年、2 年及 3 年五個齡期於現地試 鑽取檢驗所需的試體,切取表面層 0.95cm 處的瀝青薄片進行回收試 驗,檢測回收後瀝青膠泥的性質,,,,試驗結果如表 2-14、2-15。

表 2-14 美國空軍土木工程中心檢測養護再生劑成效之回收瀝青針入 度值 [20]

噴灑後回收瀝青的針入度值(25℃,0.1mm)

材料編號

48 小時 6 週 1 年 2 年 3 年 未噴灑 21 21 21 18 18 A 噴灑 57 30 38 24 26 未噴灑 21 21 21 18 18 B 噴灑 31 30 29 22 22 未噴灑 21 21 21 18 18 C 噴灑 28 25 24 20 21 未噴灑 27 27 27 21 22 D 噴灑 18 19 18 18 18 未噴灑 26 26 26 19 20

(44)

表 2-15 美國空軍土木工程中心檢測養護再生劑成效之回收瀝青黏度 值 [20]

噴灑後回收瀝青的黏度值(135℃,Poises)

材料編號

48 小時 6 週 1 年 2 年 3 年 未噴灑 1,930 1,876 2,008 2,142 2,697 A 噴灑 562 959 766 1,072 1,522 未噴灑 1,930 1,876 2,008 2,142 2,697 B 噴灑 1,167 1,288 1,388 1,606 2,062 未噴灑 1,930 1,876 2,008 2,142 2,697 C 噴灑 1.374 1,487 1,523 1,974 2,978 未噴灑 1,909 1.851 1,987 2,123 2,648 D 噴灑 2,783 2,713 2,978 3,300 4,305 未噴灑 2,330 2,396 2,480 2,652 3,456 SS-1

噴灑 2,330 1,758 3,325 3,493 4,850 從表 2-14、2-15 試驗結果中發現,皆驗證 A、B、C 這三種養護 再生劑有明顯改善老化後的瀝青性質,且效用長達三年;材料編號 D 的養護再生劑與 SS-1 乳化瀝青則無法有效軟化老化後的瀝青,且使 得老化的鋪面變得更加硬脆,由此研究成果顯示並非所有養護再生劑 都具有軟化瀝青膠泥的能力,乳化瀝青更是無法軟化老化後的瀝青。

研究中亦同時指出,以回收瀝青的黏度值比針入度值更能代表出養護 再生劑的效益。研究期間同時以英式擺錘進行養護再生劑對鋪面抗滑 性影響的研究,研究成果顯示不論是噴灑養護再生劑或是乳化瀝青,

在施工完成後初期皆造成鋪面抗滑性下降,但隨時間增加抗滑性已有 所提昇。

美國工兵團於 2004 年訂出養護再生劑基本性質及判斷材料效 用的方法[21]。材料基本性質要求如表 2-16 所示,主要檢測的項目為 乳化瀝青蒸發試驗,與經蒸發試驗後的殘渣進行黏度試驗及以

Cleveland 開口杯法的閃火點試驗。

(45)

表 2-16 美國工兵團對養護再生劑基本性質規定[21]

檢驗項目 試驗方法 檢驗結果

乳化瀝青蒸發殘渣(%) ASTM D244* >55 殘渣黏度試驗(60℃,cst) ASTM D2170 80~500 殘渣閃火點試驗(COC,℃) ASTM D92 >177

註*:溫度為 150℃

判斷養護再生劑軟化的效益則以噴灑前後回收瀝青 60℃的黏度 降低量做為判斷方法,噴灑前先求出鋪面上層 0.95cm 深瀝青混凝土 中回收瀝青的 60℃黏度,再於噴灑後 60 天以同樣的方法檢測回收瀝 青的 60℃黏度,並依下述公式計算瀝青黏度降低量,若鋪面壽齡大 於 2 年計算結果需大於 40%;小於 2 年則需大於 20%[13、21]。

( )

% = ×100

噴灑前回收瀝青黏度

噴灑後瀝青黏度 噴灑前回收瀝青黏度

瀝青黏度降低量

美國德州公路局[22]認為切取表面層下 0.95cm 的瀝青薄片進行 檢測,這是相當複雜且不容易處理的檢驗方法,故改以其它檢驗方法 取代。首先於實驗試內製作數個空隙率控制在 10%~12%間的瀝青混 凝土試體,完成後將其分為兩組,將其中一組的試體表面整個依 0.23L/m2比例塗抹上養護再生劑,再將全部試體以 40℃烘箱養治 6 週。評估養護再生劑成效的方法,是以兩組試體的間接張力試驗與回 彈模數試驗為檢測結果的比值做為判斷依據,結果顯示,當試體在噴 灑養護再生劑後變的更軟且容易造成變形,表示養護再生劑確實能夠 改善瀝青膠泥性質,使其恢復原有的柔性而產生變形。研究中同時發

(46)

2000 年佛羅里達州材料實驗室[23](State Materials Office,簡稱 SMO)於該州內選擇一條使用 10 年之久的公路,並選取其中一段 152m 長的試驗路面噴灑上 0.23L/m2的養護再生劑。噴灑前以於試驗 場地鑽取試體,並切取表面層下 1.27cm 深的試體進行回收瀝青試 驗,檢驗項目為回收後瀝青的 60℃黏度與 25℃針入度,於噴灑後第 29 再以同樣的方法進行檢測,檢驗結果如表 2-17 所示,另於噴灑後 第 1、14、33 三天以英式擺錘檢測噴灑後鋪面的抗滑性如表 2-18 所 示。

表 2-17 美國佛羅里達州材料實驗室檢測養護再生劑噴灑前後鑽心試 體回收瀝青黏度與針入度檢驗值[23]

試驗項目

60℃黏度(Poises) 25℃針入度(0.1mm)

編號

原始鋪面 29 天後 原始鋪面 29 天後 1 110,565 120,685 15 15 2 103,127 91,972 15 15 平均 106,846 106,329 15 15 表 2-18 美國佛州佛羅里達州材料實驗室檢測噴養護再生劑灑前後鋪

面抗滑性檢驗值[23]

檢測結果(BPN)

噴灑後第 編號 原始鋪面

1 天 14 天 33 天 1 67.6 20.7 25.6 24.5 2 72.8 17.8 21.0 22.0 3 70.5 21.5 22.5 24.1 4 72.5 18.5 19.5 21.6 平均 70.9 19.6 22.1 23.1 從表 2-17 中,由於噴灑後所檢測到的黏度與針入度兩項判斷養 護再生劑成效的指標與噴灑前的情況相近,表示養護再生劑無法有效 的改善老化後的瀝青性質,這是由於施工當日的氣溫偏低,減緩養護

(47)

再生劑滲透的速度,使其需要更多的時間滲入鋪面內部以改善老化後 的瀝青性質,因此建議此種養護方法最好是選擇在春天或夏天這些氣 溫較高的季節施作。由表 2-18 檢測結果得知在抗滑性方面,當試驗 場地在噴灑後鋪面以英式擺錘檢測結果為 23.1BPN(British Pendulum Number,英式擺錘數),這個檢測結果已低於該州的最低標準

35BPN[23],因此噴灑養護再生劑後會對於行車安全上產生顧慮,不 建議用於車行速度快的公路上。

2-3-2、國內研究與採用案例

國內代理養護再生劑產品的廠商,於台北市撫遠街進行試作,並 委託中央大學進行評估,評估方法為取得噴灑前與噴灑後 30 天的鑽 心試體表面層下 1.27cm 處回收瀝青,以針入度及黏度檢測回收瀝青 的性質,試驗結果如表 2-19 所示[24],經計算後,得知瀝青黏度降低 量約 30%,顯示該養護再生劑產品具有軟化的效果。

表 2-19 中央大學針對撫遠街噴灑養護再生劑後成效評估結果[24]

試驗項目

135℃黏度(Poises) 25℃針入度(0.1mm)

編號

原始鋪面 1 個月後 原始鋪面 1 個月後

道路北側鋪面 9.4 5.0 23 33

道路南側鋪面 5.7 5.0 25 55

整段鋪面平均 7.6 5.0 24 44

由於台北市政府工務局養護工程處為了提升台北市區道路鋪面 的品質,委託中央大學土木工程系品保中心進行檢測,並於台北市內 萬福橋、承德橋、南湖橋、成美橋、洲美快速道路及環河快速道路等

(48)

多起交通事故,當日台北市養工處提出:「環河快速道路的養護再生 劑是於 22、23 日未下雨的時段噴灑,可能由於環河快速道路屬於較 新的道路,瀝青含量仍飽和,因此養護再生劑滲入內部的速度會較 慢,加上 23 日晚開始下雨,導致路面濕滑發生車禍。」。由於此事故 產生,故中央大學針對養護再生劑噴灑後對鋪面抗滑性的影響,進行 五種狀況的模擬並以英式擺錘檢驗鋪面的抗滑性。

首先於試驗室中拌製瀝青混凝土並輾壓成五個 30×30×5cm 的車 轍試驗用的試體,再依序於試體上噴灑養護再生劑以模擬鋪面在噴灑 後的抗滑性如圖 2-10,模擬狀態及檢驗結果如表 2-20 所示。

圖2-10 中央大學針對不同模擬情況所進行的抗滑性試驗[25]

表 2-20 中央大學針對養護再生劑噴灑後鋪面抗滑性模擬結果[25]

模擬狀態 未噴灑 噴灑 噴灑前遇 到下雨

噴灑後遇 到下雨

噴灑劑 量過多 檢測結果

(BPN) 65 62 52 50 45 由表 2-20 試驗結果顯示,當鋪面噴灑養護再生劑後抗滑性已從 65BPN 降至 62BPN,由於此抗滑性模擬的道路屬市區內交通繁忙道 路,故依英國道路研究實驗室(Transport & Road Research

(49)

Laboratory,簡稱 TRRL)建議,高速公路、市區交通繁忙路段其抗 滑性(Skid Resistance Value,簡稱 SRV)屬 B 級道路,抗滑性需超過 55BPN,如表 2-21 所示[26]。因噴灑後鋪面抗滑性仍超過最小值,故 表示以養護再生劑進行鋪面養護,不會有抗滑性不足的顧慮。

表 2-21 英國 TRRL 建議各種道路種類的最小抗滑性 [26]

等級 道路種類 最小抗滑性

(BPN)

A

特定的地點如:

1. 接近交通號誌前的區域 2. 重要的交通樞紐區域

65 B 高速公路、一級道路、市區交通繁忙的道路 55

C 其它一般道路 45

在模擬下雨前後的影響方面,由表 2-20 檢測結果得知抗滑性皆 低於 55BPN,此時的鋪面已有抗滑性不足的顧慮;若養護再生劑噴 灑的劑量過多,亦有相同抗滑性不足的問題產生,故在採用養護再生 劑進行鋪面養護時,針對天候的狀況及噴灑劑量的控制需多加注意。

2-3-3、國內外養護再生劑的成效評估方法比較

經由文獻整理,針對採用試驗場地鑽心試體評估養護再生劑的效 益的研究與案例,整理如表 2-22 所示。

(50)

表 2-22 採用鑽心試體評估養護再生劑成效研究與案例整理表 回收瀝青性質檢測項目

鑽心試體切割

深度 黏度

研究單位

0.95cm 1.27cm 25℃針入度

60℃ 135℃

評估日期

(噴灑後)

美國空軍

實驗室

48 小時、

六週、一 年、二年、

三年 美國工兵

- 60 天

佛州材料

實驗室 29 天

中央大學 30 天

由表 2-22 整理結果,針對採用此種方法評估養護再生劑成效的 方法,整理成以下三項。

1. 鑽心試體切割深度

由於研究單位從鑽心試體表面發現養護再生劑滲入深度約在 0.95cm 及 1.27cm 附近,故決定以切取鋪面上層 0.95cm 或 1.27cm 的 瀝青試體進行回收瀝青黏度試驗,整體來看,養護再生劑的有效深度 約為 1cm 左右。

2. 回收瀝青性質檢測項目

檢測的方法是比較噴灑前後回收瀝青針入度與黏度的差異,若噴 灑後瀝青性質僅有些微變化時,以黏度進行檢測會比針入度更容易顯 示出這瀝青性質的些微差異,因此部分研究單位認為黏度試驗更能代 表養護再生劑的效益。在黏度檢測溫度上,有部份研究單位認為當回

(51)

收後的瀝青黏度若是過高,以 60℃檢測黏度會因超過儀器檢驗範圍 而無法測得,故改以 135℃檢測回收瀝青的黏度,但以 135℃檢測回 收瀝青黏度同樣會有當瀝青性質差異不大時,檢測結果差異不明顯的 問題。

3. 評估時間

依美國空軍實驗室結果顯示,養護再生劑在噴灑後 48 小時已有 軟化瀝青的效果,此時效用應只局限在鋪面表面,其它研究單位為噴 灑後 30 天與 60 天進行軟化效益評估,目的為使養護再生劑有足夠的 時間滲入鋪面內部並改善瀝青性質。

國內學術界對養護再生劑應用在老舊的鋪面上所可能產生的的 成效研究不多,目前僅有少數研究單位對於養護再生劑進行相關研 究,近年來用路人對路面服務品質的要求愈來愈高,養路單位若再以 最差的優先處理(worst first)[3]的關念進行養護,將會延遲其他鋪 面的最佳養護時機,而使大部分鋪面發生不必要的惡化,長期下來將 會花費極高的養護成本。以養護再生劑進行預防性養護已逐漸被美國 工程界接受,加上預防性養護所需養護成本較低,在許多文獻上也都 顯示有採用養護再生劑進行鋪面養護。

在參考國內外文獻提出的評估方法,採用試驗場地噴灑前後回收 瀝青 60℃黏度的差異,做為本研究評估養護再生劑的效益之依據,

並檢驗本研究所取得的三種養護再生劑實際應用於試驗場地後軟化 的效果,以作為國內路面工程界應用養護再生劑的參考,期能達成促 進鋪面養護再生劑的利用,及提昇鋪面工程品質的雙贏。

(52)

第三章 第三章 第三章

第三章、 、 、評估方法 、 評估方法 評估方法 評估方法

本章詳述本研究取得的一種油溶性養護再生劑(以 A 表示),及 兩種乳化養護再生劑,以乳化柏油為基底瀝青(以 B 表示)和以乳化 瀝青為基底瀝青(以 C 表示)共三種材料的成效評估方法,包括試驗 場地規劃、材料來源與基本物性檢測、軟化效率評估法及鋪面抗滑性 評估法,並對採用的主要試驗儀器及方法步驟作完整的介紹。

3-1、試驗場地規劃

本研究針對齡期 12 年且已產生嚴重老化鬆散的一處停車場鋪面 做為試驗場地,施以三種不同的鋪面養護再生劑以進行評估作業,為 保持工程的品質,擬定如圖 3-1 的試驗場地規劃與執行流程圖。

圖3-1 試驗場地規劃與執行流程圖 試驗場地踏勘與量測並

繪製平面圖與噴灑區塊

準備材料及施工機具 封閉試驗場地與清理

噴灑鋪面養護再生劑 試驗場地養治

開放使用 選取試驗場地

計算材料用量與進料

(53)

3-1-1、試驗場地位置與現況概述

本研究試驗場地位於新竹縣關西鎮北山里 7 鄰店子崗 1 號,國道 高速公路局北區工程處之關西工務段內停車場如圖 3-2 所示,試驗場 地全貌如圖 3-3,施工範圍如圖 3-4。

圖3-2 試驗場地位置圖

(54)

圖3-4 施工範圍與噴灑區塊劃分圖

本研究所選定的試驗場地已使用 12 年之久,期間未進行過養護 作業,導致鋪面表面已多處因瀝青老化造成的骨材分離破壞如圖 3-5。

圖3-5 試驗場鋪面狀況

(55)

由於試驗場地為停車場,所承受的交通荷重較小,主要受外在環 境影響造成瀝青老化,因此試驗場地鋪面結構仍屬完整,在經過現地 鑽心後,測得空隙率平均仍有 9.8%如表 3-1 所示,適合採用養護再 生劑進行鋪面養護作業。

表 3-1 試驗場地原始空隙率

試體編號 1 2 3 4

水中重(g) 485.8 471.2 569.0 498.2 面乾重(g) 862.8 842.6 1015.6 882.6 烘乾重(g) 842.8 821.6 991.3 858.4 虛比重 2.236 2.212 2.220 2.233

Gmm 2.460 2.467

空隙率(%) 9.1 10.5 10.0 9.5

平均(%) 9.8

3-1-2、施工程序

在經過試驗場現地踏勘與量測場地實際大小後繪成如圖 3-4 的試 驗場地平面圖,並將試驗場地劃分出三個區塊以噴灑不同養護再生 劑。編號 1 的區塊面積約為 360m2噴灑養護再生劑 A,剩餘兩塊區塊 面積皆約為 174m2,當中編號 2 的區塊噴灑材料 B,編號 3 的區塊噴 灑材料 C。在材料用量方面,養護再生劑 A 是參考台北市施工案例 [25],以 0.25~0.45 L/m2比例噴灑,B、C 則是參考廠商所建議 0.27~0.36 L/m2的比例進行噴灑,表 3-2 為本研究於試驗場地實際施工用量,其 中養護再生劑 A 噴灑比例為 0.35 L/m2,養護再生劑 B、C 噴灑比例 為 0.27 L/m2,皆控制在建議噴灑用量範圍內。

(56)

表 3-2 試驗場地實際噴灑養護再生劑用量表 區塊編號 材料代碼 噴灑面積

(m2

噴灑用量

(L)

噴灑比例

(L/m2

1 A 360 126 0.35

2 B 174 47.3 0.27

3 C 174 47.3 0.27

本研究於民國 94 年 10 月 30 日(星期六)早上開始施作,施作 前日下午即以洗地車清洗過試驗場地鋪面,並於該單位下班後封閉試 驗場地。由於需進行三種不同的養護再生劑噴灑作業,再加上試驗場 地面積較小,若採用噴灑機進行養護再生劑噴灑作業,會因在更換噴 灑材料時需以大量溶劑清洗噴嘴而浪費過多時間,無法連續作業將造 成人員與機具的閒置,不符合經濟效益,故最後改用以人工搭配滾筒 式油漆刷的方式進行塗抹。

施工前首先將三種養護再生劑從倉庫取出,並將養護再生劑依比 例與水進行調配混合(僅養護再生劑 B、C)及攪拌如圖 3-6 所示。

同時,另一組小組將標線及周邊構造物以適當工具覆蓋與標示三種材 料各自的施工範圍如圖 3-7、3-8 所示。在施工進行中因為是採用人工 的方式以滾筒式油漆刷進行塗抹,因此在進行塗抹作業中,須注意滾 筒不可交互使用,若需變換塗抹材料則滾筒也需跟著替換,以避免三 種養護再生劑相互影響,詳細施工期間照片如圖 3-9。施工完成後即 開始進行路面養治作業,待養治完成後即可開放使用。

(57)

圖3-6 用攪拌機攪拌材料 圖3-7 以膠布貼覆標線

圖3-8 標示塗抹區域範圍 圖3-9 施工情況

圖3-10 完工後開放使用情況

參考文獻

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