高速公路高性能沥青混凝土品质管制之探讨.docVIP

國道高速公路高性能瀝青混凝土品質管制之探討 Study the Highly-Performance Asphalts concrete Quality controlling of Taiwan Freeway 張弘義1、陳茂雄2、林志棟3、陳順興4 1交通部台灣區國道高速公路局總工程司 2交通部台灣區國道高速公路局副總工程司 3國立中央大學土木工程研究所教授暨中華鋪面工程學會理事長 4交通部台灣區國道高速公路局北區工程處關西工務段段長 摘 要 台灣區近年來交通成長量驚人，加上高溫多雨的環境，因此每當夏季時路面午後的溫度常可以高達65℃左右，再加上午後陣雨出現，使得一般瀝青混凝土非常容易出現高溫冒油、側向推擠、龜裂、車轍、剝脫等現象，因而大幅降低瀝青混凝土的服務年限，間接地提高負擔。 此種問題不僅在台灣造成許多困擾，在美國、歐洲、日本亦造成相當困擾的問題，這幾年來無論在工程界或學術界多投入相當大的人力和物力在此問題上，隨著各項研究的發表，台灣區交通量，一般瀝青混凝土非常容易出現高溫冒油、側向推擠、龜裂、車轍、剝脫等現象，因而大幅降低瀝青混凝土的服務年限，間接地提高負擔。面對這問題除了從加強瀝青混土的品質管制外，大致上多從粒料級配上加以研究，或是從瀝青膠泥加以研究如改質瀝青，其目的都在於提升瀝青混凝土於高溫下的強度，以減少破壞；增加低溫時的彈性，以減少溫度裂縫的產生。因此改用較佳的瀝青膠泥和較好的級配才是解決當前目前瀝青混凝土重重問題的根本之道。[1] 瀝青混凝土凝固後提供良好的平坦路面。 熱拌瀝青混凝土能提供長久年限的鋪面。 瀝青混凝土能一在而在的作為循環再生材料使用。 瀝青混凝土道路可提供ㄧ安全的鋪面表面。 瀝青混凝土是低噪音的道路。 柔性瀝青鋪面能支撐重的承載力。 熱拌瀝青混土能在短時間來施作。 在美國也是因經濟的繁榮帶動了交通的迅猛發展，公路上的交通量以及汽車的載重量的不斷增加，按現行路面設計體系和設計標準設計的路面常常達不到設計年限就出現了損壞，需要進行大修。項目的大修必然造成交通的擁擠或堵塞，延長用路人的駕車時間，增加燃料消耗，對於高速公路、城市間的重要交通幹道以及市內快速道路而言，這是不允許發生的；從壽命周期費用分析的角度來看，這是非常不經濟的。概括起來，重載交通給美國瀝青路面帶來的挑戰表現在以下方面：[2] 1.重載車交通量的增長、重載軸載相對增加； 2.因慢速交通產生出更大的路面應力； 3.高胎壓輪胎引起應力的增加； 4.道路磨損光滑情形加速。 於是基於壽命周期內總費用最經濟的原則，美國與歐洲一些國家於是提出「永久性路面」（Perpetual Pavement）的概念，並正式展開於鋪面工程上的各種研究。「永久性路面」這個名稱現在世界上並不統一，歐洲習慣於稱為長壽命瀝青路面（Long-Life Asphalt Pavements）。在美國，美國瀝青鋪面聯盟（APA）最早提出了永久性路面（Perpetual Pavement）的概念。永久性路面是指路面設計壽命超過40年，相對於現有的路面其日常養護要求總費用更低的路面結構。永久性路面具有如下的特點： （1）在整體總費用上：初期修建費用很高，日常養護費用較少，最後總體費用效益比最大； （2）在設計年限上：至少40年； （3）在損壞模式上：路面的損壞只發生在表面層上，如表面輕微開裂，不存在結構性破壞等； （4）在養護維修上：只需要作日常例行養護工作，不需要進行結構性大整修。 另外使用以下途徑可以提高永久性路面結構性能：[3][4] （1）增加瀝青層、特別是瀝青混合料基層的勁度模數；如圖2-1(a)。 （2）增加瀝青混合料基層厚度。如圖2-1(b)。 圖2-1(a) 圖2-1(b) 圖2-1 提高基層抗疲勞性能的方法[4] 瀝青混合料基層勁度模數增加1倍，預測的路面承受的標準軸次可以增加2~5倍10％1倍。同時，為了提高安全和環境標準，降低交通中斷，要求提高面層性能，如：採用石膠泥瀝青（SMA）或薄面層，採用改質瀝青（PMA），採用多孔隙排水面層（PA）。如下圖2-2 圖2-2 美國加州I-710州道進行的永久性路面結構圖[4] 密歇根州瀝青聯盟MAPA、Fugro-BREVon Quintus，2001a and 2001bVon Quintus利用ELSYM5程序來計算路面結構的應變、應力，並用累計損傷方法計算40年設計周期的路面。 表2-3為推荐的永久路面設計圖表，設計交通量為20年的設計交通量，結構壽命為40年。 表2-3 推荐的永久路面設計圖