續命輪胎守護鋪面 What/Why/How Asphalt Rubber 橡膠瀝青 ?

遠在太空可見在科威科沙漠中的全球最大廢輪胎墳場，堆置超過7百萬條廢輪胎；在環保署的努力下，台灣的廢輪胎續命已由「胎得福(TDF)」轉向「胎得材(TDM)」以橡膠瀝青的型式，再度回到路面上守護道路安全

橡膠瀝青(Asphalt Rubber, AR)是一種柔性鋪面施工使用的黏結料，可以用在表面播撒處理和熱拌瀝青混凝土等多種應用，成效都很好。依據美國材料與試驗學會(ASTM D8)的定義，橡膠瀝青是「由瀝青膠泥、回收廢輪胎橡膠、及某些添加物組成，其中橡膠粒的百分比至少占全體混合重量的15%，且需在加熱拌合中與瀝青油產生橡膠粒的膨脹反應」(consisting of a blend of asphalt binder, ground recycled tire (that is, vulcanized) rubber, and other additives, as needed, for use as binder in pavement construction. The rubber shall be blended and interacted in the hot asphalt binder sufficiently to cause swelling of the rubber particles prior to use)此外，橡膠瀝青的物理性質必須符合ASTM D6114 (橡膠瀝青標準規範)中表列的規定。橡膠瀝青是在高溫(>175oC)且高度攪拌作用下，才促使廢輪胎橡膠粒與瀝青油產生物理性交互作用，也使得橡膠粒得以持續均勻懸浮在瀝青油中，組成「均勻的混合油」；如圖1所示，橡膠瀝青的特徵是具肉眼可見的橡膠粒。我國的橡膠瀝青規範與ASTM定義相同，且已於2017年夏天正式發佈(第02749章)

圖1、橡膠瀝青的拌製機理示意及與一般瀝青的目視差異

由於廢輪胎橡膠粉粒吸收瀝青的較小分子而膨脹，體積達到3至5倍混在瀝青分子中形成黏度很高的膠體不易變形，彈性顆粒則可抗龜裂；用作熱拌瀝青混凝土的膠結料時，適當設計粒料級配，可以使裹覆在粒料表面的油膜厚度加倍而達到耐久降噪的目的，如圖2所示。

圖2、胎磨膠粉粒在拌成橡膠瀝青混凝土中的作用示意圖

基於較佳的成效，橡膠瀝青(以下簡稱為AR)一直受到世界各國路面管理部門的關注；不少研究提報AR鋪面具較好的抗變形及抗疲勞特性，美國許多州正使用AR做為新建或翻修設計的標準材料，不少文獻提報AR混合料在促進環境效益、降低生命週期成本、及提升鋪面績效上的全方位獨特性，在美國的許多州及其它國家也已經將AR混合料列入新建或重大翻新鋪面的設計中。輪胎橡膠的長期進展就是以耐磨耐久為主要方向，搶救這種高效能的資源免於火焚，「延續輪胎生命，守護道路安全」是環保署的廢輪胎鋪路專案的願景。

橡膠瀝青的品質控制需求主要有二項，其一是廢輪胎橡膠顆粒比瀝青重而沈澱造成析離，所以要在高溫狀態下持續攪拌使橡膠顆粒均勻懸浮在瀝青膠中；其次是若持續在高溫攪拌狀態下超過6或8小時，橡膠顆粒會因去硫化(de-vulcanization)及解聚合作用(de-polymerization)而失去彈性，故需即拌即用不能儲存[16]，因此，成熟的橡膠瀝青需要採用特別的攪拌設備，在國外稱為橡膠瀝青攪拌機(AR Blender)，如圖3所示，表一則為橡膠瀝青的優缺點匯整表。

圖3、國內引進的橡膠瀝青拌製設備及主要部件功能說明

西元2000年，在環保署與工程會的支助下，本人與當時任職於營建研究院的潘昌林博士(Dr. Changlin Pan, Chief Materials Engineer, Nevada DOT)連同湯富生先生(時任竹東吉利豐瀝青廠長)遠赴美國佛羅里達州及亞利桑納州，對廢輪胎切割磨粉及拌製成橡膠瀝青的製程做了詳細的考察。在團隊的努力下，2001年公路總局在台1線新竹湖口段鋪築第一段廢輪胎橡膠瀝青越級配路面，2002年又在台1線苗栗段鋪築橡膠瀝青開放級配路面，這兩段路面用較簡易的自製拌合設備拌製廢輪胎橡膠瀝青，完成兩種橡膠瀝青路面的鋪築，成功地將亞利桑納州的廢輪胎鋪路技術引進台灣。幾年後，日本汽車輪胎製造商協會(Japan Automobile Tire Manufacturing Association, JATMA)組成的一個技術團隊參訪亞利桑納州後，因亞利納州的引薦特別再到台灣中華大學來參訪這兩段路面及湯富生先生自製的橡膠瀝青攪拌設備。

20年前成功引進的「新」材料技術，不但將廢輪胎資源高值化，也提昇道路鋪面的品質，是工程與環保雙贏的典範，在本人當時教學研究的「工業副產物在公路鋪面再利用」主題中最具市場競爭力。根據長時間的台灣研究經驗數據，用在常規的路面養護工作時，採路面刨除5cm後鋪回5cm瀝青混凝土的方式，AR的鋪路成本比一般瀝青高約15%，接近改質瀝青鋪路成本(環保署期末報告, 2017)。由於AR的耐久性較佳，雖然刨除加鋪的成本高出15%，但拉長養護時間以生命週期成本分析 (Life Cycle Cost Analysis, LCCA)，橡膠瀝青養護方案因維修的次數較少，全生命週期成本明顯較低。至於考慮環境衝擊的生命週期評估(Life Cycle Assessment, LCA)方面(Chiu et. al., 2008)，亦顯示AR養護方案是環境衝擊較小的方案；瑞典Ragn-Sells廢輪胎切割磨粉廠2018年正式提出AR鋪面對比於傳統瀝青鋪面的生命週期評估報告，確認了AR鋪面因為耐久性優於傳統瀝青鋪面而對環境衝擊量較低(Johansson, 2018)。