改質瀝青及其應用
一、前言
瀝青混凝土路面能夠提供用路人舒適、平坦且安全之行車空間,這是無庸置疑的;但是伴隨著經濟發展、輪胎製造技術進步而來之重載車輛比例增加及輪胎胎壓增高,所造成路面嚴重之破壞,也是不爭之事實。
傳統之瀝青混凝土膠結材料為地瀝青膠泥(Asphalt Cement),係為液化地瀝青、或精煉之液化與固體地瀝青之混合物,且係自天然地瀝青石油(Crude Asphaltic Petroleum)中提煉而成。
舖面用地瀝青膠泥之性質,包括溫感性、低溫開裂性、疲勞開裂性、永久變形性、抗老化性、均勻性、安全性及工易性等,但因為係為煉油裂解之殘留物,經濟價值不高,因此欲使每個性質均能符合舖面之需求,在實務上有實質之困難,致有改質瀝青之產生。
二、改質瀝青及改質材之種類
2.1 改質瀝青
所謂「改質瀝青」(Modified Bitumen),係指在傳統瀝青中摻加橡膠(Rubber)、樹脂(Resin)、高分子聚合物(Polymer)、磨細之橡膠輪胎屑或其他之足以改變其原有性質之添加劑,而達到舖面使用者需求之一項或一項以上之特殊性質之瀝青而言。通常改質瀝青會被要求能具有更高之力學性質,諸如「高溫穩定性」,藉以降低熱天時之車轍變形,「低溫抗裂性」,藉以緩和寒冬之路面開裂,「耐疲勞性」,以承受重載重複作用下所可能導致之龜裂;更好之黏附性,藉以減低因水而起之剝脫;更好之耐老化性,藉以延長舖面之使用年限等。玆將道路舖裝用之改質瀝青整理如表2-1
表2-1 改質瀝青之種類及其性狀
種 類 | 特徵及用途 |
半流動性瀝青 | 耐流動 |
改質瀝青Ⅰ型 | 止滑、耐摩耗、耐流動 |
改質瀝青Ⅱ型 | 止滑、耐摩耗、耐流動 |
高黏滯度改質瀝青 | 排水、透水性及低噪音舖裝 |
超重交通用改質瀝青 | 耐流動 |
改善附著性改質瀝青 | 混凝土橋面版舖裝 |
鋼橋面版舖裝用改質瀝青 | 鋼橋面版舖裝 |
薄層舖裝用改質瀝青 | 薄層舖裝 |
再生用改質瀝青 | 再生混合物 |
熱硬化性瀝青 | 鋼橋面版舖裝、耐流動、排水性舖裝 |
硬質瀝青 | 鋼橋面版舖裝 |
2.2 改質材
「改質材」顧名思義就是指摻加於地瀝青或其混合物中之天然或人工之有機或無機材料,且須可熔融、分散於瀝青中,亦即需具有相容性,藉以改變或改善地瀝青性質者。常用者大約可分為橡膠系、熱可塑型橡膠系及熱可塑型樹脂系三大類,彙整如表2-2。
表2-2 改質材種類
改質材 | 類 別 | 使 用 材 料 |
橡膠系 | 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR) | |
氯化橡膠(CR) | ||
天然橡膠(NR) | ||
熱可塑性橡膠系 | 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS) | |
苯乙烯-戊二烯-苯乙烯(SIS) | ||
熱可塑性樹脂系 | 乙烯-乙酸乙烯脂共聚物(EVA) | |
(EEA) | ||
聚乙烯(PE) |
三、改質瀝青之改質效果
改質材對瀝青之改質效果端視改質材之種類或數量而異,其主要之共通性改質效果列如表3-1所示。
表3-1 改質瀝青之改質效果
要求性能 | 混合物物性 | 改質瀝青性狀 | 外在因子 |
耐流動性 | 抵抗變形之改善 | 軟化點之提升 溫感性之降低 | 級配 瀝青量 |
耐摩耗性 | 抗滑能力之改善 脆化之改善 耐衝擊性之改善 | 韌性黏韌性之改善 脆化點之降低 | 骨材材質級配 瀝青量 |
耐剝離性 | 抵抗剝離之改善 | 韌性黏韌性之改善 耐剝離性之改善 | 骨材材質級配 水份 |
耐剝脫性 | 骨材飛散之防止 | 韌性黏韌性之改善 黏滯度之上升 | 骨材材質級配 瀝青量 |
耐龜裂性 |
具有撓性 | 疲勞特性之改善 劣化之抑制 脆化點之降低 | 級配 瀝青量 |
抗滑性 | 抗滑性之改善 冒油之防止 骨材飛散之防止 | 黏滯度之上升 韌性黏韌性之改善 | 骨材材質級配 表面形狀 瀝青量 |
排水性 | 具高空隙率 骨材飛散之防止 抵抗變形之改善 | 軟化點之提升 黏滯度之上升 韌性黏韌性之改善 | 骨材材質級配 表面形狀 瀝青量 |
四、改質瀝青之使用方法
改質瀝青混合物之製造方法,依其改質瀝青添加改質材方式之不同,可分為預混式及廠混式二種,簡述如下:
4.1 預混式(Premix Type)
所謂「預混式」係預先將改質材溶解分散於直溜瀝青中,再供瀝青混合物使用,係以瀝青油罐車載送至瀝青拌合廠供用。
預混式製作改質瀝青之方式有兩種,其一為以固定百分比摻配混煉完成後即行用於改質瀝青混合物之製造者,此種形式較簡單且易於控制,但是需顧及長期曝露所產生之老化。其所使用之設備可為機械式攪拌機或是高速剪切機。
另一製作方式為先製成高濃度之母體,待運至拌合廠生產混合料時再依一定之比例二次加工,此種方式運送較方便,但較費時費工且較不容易控制改質瀝青之品質。
4.2 廠混式(Plant Mix Type)
所謂「廠混式」係於混合物製造時,直接將改質材投入拌合機中,故又稱「直接投入法」。改質材通常係以固狀或液狀型態運至拌合廠,投入可為機械自動式或人工直接投入式,計量上若為液狀者可以透過微型馬達以容積計量,若為固狀者則可以自動計量或事先秤重分別包裝後再於適當時機投入。
廠混式在製造技術上僅視為對瀝青混合物改質而已,並非改質瀝青之製造。在實務上,需妥為控制投入之時機,否則難達改質效果,充其量僅為較昂貴之填充料,使用者需加小心應用。(待續)