熱拌再生瀝青混凝土之品質控制
檢驗方法
刨除料進入分拌式拌合廠之方式
專業名詞
瀝青與柏油
瀝青結構成分
油溶瀝青與乳化瀝青
再生瀝青混凝土

拌合廠技術

熱拌廠中儲料倉的使用

震動篩與熱料倉

鼓式拌合機

砂石情報

圓石率與天然砂

 

檢驗方法

        由台灣區瀝青工業同業公會支助之「熱拌再生瀝青混凝土品質控制之研究」已於中華大學土木系之瀝青實驗室,完成檢驗儀器與方法之設置,並已擬妥「瀝青混合物中瀝青的回收試驗法草案」,該試驗法為美國佛羅里達州之現行檢測再生瀝青混凝土的方法,目的在確認舊路面刨除料中的瀝青經熱拌再生製程後的黏度符合品質要求。

        由中華大學之初步研究顯示,國內舊路面刨除料中瀝青的黏度很可能在100,000泊斯再生製程(poises)以下,若引用國外的經驗,中國國家標準中針入度85/100150/200的瀝青,可以作為中應添加的再生劑,而不必選用較軟的其他材料;但因為實驗室中的拌合情形與實際生產過程在拌合時間上有很大的差異,該研究之人員正積極尋求瀝青公會北區之會員廠之合作,以回收試驗法對刨除料及熱拌廠拌成之再生混合料進行檢測,已建立本土之再生資料。

        中華大學裝配之檢驗儀器,乃以大量品檢工作為導向,一次可進行兩個2000公克之刨除料或再生瀝青混凝土試樣之檢測,除了回收瀝青之黏度外,瀝青含量與粒料級配亦可求出,很適合再生瀝青之品質管制及品質保證之需。

        此一研究計劃案為台灣區瀝青公會積極投入研發的第一個計畫案,乃以服務各會員廠為導向,該案將進行至八月底,公會林理事長呼籲各會員廠充分利用學術界的資源,多找中華大學諮詢廠拌熱拌再生之相關技術,過去偷偷添加刨除料的時代已經結束,進行再生之會員廠,應以品質說服道路主管機關,使熱拌再生瀝青混凝土合法化。

刨除料進入分拌式拌合廠之方式

        美國在發展再生工法之初,針對分拌式拌合廠,曾採用許多將刨除料(簡稱RAP材料)直接與新粒料一起進入拌合廠的製程,以避免對現有設備做過大的更改,但都因為煙害及流程阻塞的問題而失敗,唯一成功的方法是不直接對RAP材料加熱,且不經過熱提昇機、振動篩、熱料倉,而直接由計量箱進入的拌合機內熱傳導法。這種又稱為明尼蘇達州法的拌合機內熱傳道法的流程如右上圖所示;新粒料的流程並沒有改變,只是將其溫度提高,而RAP材料由外置供料倉輸送帶進入計量箱,在前一拌卸入拌合機開始拌合,下一拌開始計量時,外接輸送帶供入的RAP材料當成“第五熱料倉”,依RAP料的使用量,經適當的設計,可以在上一拌拌合完成( 約有 40 60秒)時,RAP料計量完成,外接輸送帶停止運轉,計量箱內材料卸入拌合機,乾拌、濕拌,進行下一個循環;這樣的方式,可以不影響原拌合廠實行再生工法時採用。

        由於國內刨除料因不具將其再生的打算,品質可能較不穩定,雖由現代化的刨路機刨得,因堆置時間較長,仍具有大量結塊之現象,國外之經驗亦顯示當刨除料存放不當,如堆置過高或過久,則會受力再黏結而成塊,此時可在刨除料進入拌合機前,加一道簡易軋石設備,目的乃將上述的結塊現象消除;因此刨除料進入拌合機之方式可能如下圖所示。

        再生瀝青混凝土的級配要求與傳統瀝青混凝土的要求相同,研究人員期望業者注意使用能量過大的軋石機,有可能帶來的「壞處」,因為刨路機之後,又再一次使砂石的級配變細(降級),有可能因刨除料之石料(通過200號篩部份)過多,而限制了刨除料的添加量。

        國內許多拌合廠使用由日本購入之中古機具,較難修改控制系統,而使“第五熱料倉”的裝設困難度較高,可採用在熱料倉及計量箱旁另設一RAP供料倉及計量磅稱如下圖所示,經由覆帶機或提昇機持續將RAP料送入該料倉中,以保持RAP料滿倉,使每次拌合時有足夠的RAP料能即時卸入計量斗中,於計量後直接卸入拌合機中與新料拌合,卸入的時機應為正常乾拌進行之時;為免RAP料結塊,RAP料倉的斗底應有較陡的面,並避免緊鄰熱料倉;此種製程在日本由許多分拌式廠採用。

瀝青與柏油

        鋪柏油是一般社會大眾都能瞭解的名詞,指道路之瀝青混凝土施工,與拌合業界間稱瀝青為來「搭媽嘎」同樣為一種通稱,但在學術上,若探究所謂瀝青(Asphalt)與柏油(Tar)乃指分別自原油和煤礦的不同瀝青材料(Bituminous Materials)。

        煤礦除直接作為能源供火力發電外,以乾餾的技術製成焦碳,以供冶金工業使用(如煉鋼所需),乾餾製程亦產生氣態之煤氣與液態的油品,此油品中較輕的成分可作為化學工業之原料,中間部分為煤焦油,最重的部分即為柏油。

        在石油化工業發達以後,前述將煤乾餾後產生的油品進一步處理已獲得輕油的作法,變為較不經濟;由煉油廠的製程,生產各種油品後的重質碳氫化合物之主成分與柏油相似,稱為石油瀝青,為目前鋪路瀝青之主要來源,簡稱為瀝青。

        中國國家標準CNS 2260 K5030-72 簡稱為「地瀝青」,其中使用的英文為Asphalt,在適用範中說明「本標準適用於地瀝青(Asphalt)(亦稱柏油)」;此規範與美國之ASTM D946之路面瀝青針入度分級規範(Standard Specification for Penetration-Graded Asphalt Cement for Use inPavement Construction)類同,較大的差別為CNS 2260中涵蓋屋頂柏油及防水柏油兩項產品,美國則將使用於屋頂和防水之柏油(ASTM D450)、使用於屋頂之瀝青(ASTM D312)、及使用於防水之瀝青(ASTM D449)分別列規範。

        柏油與瀝青之顏色、主要成分、及具有的黏結防水特性相同,但柏油的味道較重、感溫性較大,加上製程上不若瀝青經濟,目前已經很少使用於路面上。

        因此,國內公路工程界稱的柏油應該是指瀝青,由中國石油公司購入拌合廠的柏油,當然也是指瀝青,中油之姜榮彬研究員,對此產品有深入的研究與瞭解,工程界給姜研究員「姜柏油」的封號,應該是「姜瀝青」,但由於大家已經習慣稱柏油,似乎沒有更改的必要。

瀝青結構成分

 

瀝青通常被看成一種膠體系統,主要由碳氫所組成,其次為硫元素,再加上少量的氮、氧及一些重金屬-如:釩,鎳,鐵,鎂,鈣等。如表2.1.1。

 

表2.1.1瀝青的組成成分(Roberts et al.,1996)

82-88%

8-11%

0-6%

0-1.5%

0-1%

 

瀝青的組成由較高分子量的瀝青精分子團集結或分解在較低分子量的油中。分子團是瀝青精和被吸收的高分子的芳香族膠質所組成,扮演著使溶劑穩定的角色。進而從分子團的中心遠離,是一個漸進的轉變,對於少數相反的芳香族膠質,這些層擴大到外表上直到少量的芳香族能夠適當的散佈。在足夠的溶劑動力下,有足夠的膠質和芳香族的數量時,瀝青精就能完全的消散,且所有瀝青中產生的分子團有較好的流動性,分解為流狀瀝青如圖2.1.1所示。如果在分子團中芳香族和膠質的數量不足或溶劑動力不足,則瀝青精可能會進一步的結合在一起。這可能會引起不規則的鏈狀分子團結構,內部孔隙會讓混合的結構分子團流動所填充。此時瀝青為膠狀瀝青,如圖2.1.2。(Shell Bitumen,1990)

                       

           圖2.1.1SOL形式呈現之瀝青(Shell Bitumen1990)

             

                 圖2.1.2以‘GEL’形式呈現之瀝青(Shell Bitumen1990)

 

            Rober, F.L., Kandhal, P.S., Brown, E.R., Lee, D.Y., and Kennedy, T.W., Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design, and Construction, NAPA Education Foundation, Second Edition, Lanham, Maryland (1996).

 Shell Bitumen, The shell Bitumen Industrial Handbook, Surrey, U.K. (1995).

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油溶瀝青與乳化瀝青

        目前大部份的鋪路用瀝青材料,都由原油中獲得,亦即煉油過程產生的殘渣---瀝青膠,由於瀝青膠在常溫下為半固體,使用於工程上,必需能方便且均勻地塗抹於骨材或路表,以達其黏結與防水之目的,因此,除了將瀝青膠加熱以生產熱拌瀝青混凝土外,亦可將瀝青膠加溶劑或水稀釋成液體使用,此種瀝青材料即為油溶瀝青和乳化瀝青。

        這兩種液態瀝青的使用範圍很廣泛,可用於裂縫之填縫修補、路面之表面處理、冷拌瀝青混凝土等,有時單獨噴灑,有時與砂拌成瀝青砂漿,有時與粗細骨材拌成混凝土,以應用於路面之養護及鋪築等作業;除了袋裝常溫瀝青混凝土使用的油溶瀝青較難由乳化瀝青取代外,用於透層、黏層、及與骨材拌合的油溶瀝青,都可以用乳化瀝青取代,以乳化瀝青取代油溶瀝青,除了具有節省能源(使用水而非高能量的溶劑)之經濟效益外,對於施工時的環境污染控制(不再有揮發性溶劑散佈於大氣中)和安全性,都有極大的正面意義;國內對液態瀝青之應用較單純,即以油溶瀝青作為壓實級配底層上的透層,以乳化瀝青作新舊路面間的黏層,以油溶瀝青拌製袋裝修補用常溫瀝青混凝土,對低交通量鋪面之表面處理及路基土壤的穩定處理,乳化瀝青仍有極大的推廣空間。

        路面底層級配料於滾壓完成後,為防止因施工車輛及天候(風、雨)造成細料喪失及側移,需以瀝青材料使之固結並防水及防塵,這一層瀝青材料除了噴灑於壓實層表面外,最好能透入部份底層,稱為透層;早期使用加熱後的瀝青膠泥,除了因稠度過高,不容易均勻地噴灑成一薄層外,接觸地表之瀝青很快地冷卻,而少有透入底層的能力,使用以溶劑或水稀釋的瀝青材料,則較能達到上述目的;依台灣省公路局之瀝青透層施工說明書,使用之材料「除另有規定外,係中凝油溶瀝青MC-70」,而國道高速公路局之施工技術規範則說明瀝青透層分為MC-30MC-70MC-250SC-70SC-250等,應依特定條款之規定或工程司之指示使用。

        在舊有路面上加鋪瀝青混凝土時,需要保證新舊層面間有良好的黏結,使完成的路面結構完整,不會因側向力(如煞車及啟動時產生的側向力)而產生層間位移,在煞車及啟動頻繁的十字路口發生的U形溜滑裂縫,是層間黏結不良的最明顯證據;此層瀝青材料稱為黏層,其鋪設原則與一般黏膠的使用相同,均勻的薄層優於不均勻或過厚的層,且必需在黏膠產生黏力的適當時機進行層與層的接合;加熱的瀝青膠不容易噴灑成薄層,稀釋後的油溶瀝青可以達到薄層鋪設的目的,但因溶劑之價格較高,且揮發時造成嚴重的空氣污染,所以使用水稀釋的乳化瀝青為最適當的黏層材料;依台灣省公路局之瀝青黏層施工說明書,使用之材料「除另有規定外一律採用乳化瀝青RS-1SS-1」,而國道高速公路局之施工技術規範則說明「黏層材料應使用與瀝青混凝土中相同等級之瀝青材料或經工程司認可使用以水稀釋之乳化瀝青(稀釋比例為1:1);SS-1SS-1hCCS-1、或CCS-1h」另規定「粘著開放級配瀝青混凝土之粘層材料不得使用乳化瀝青」。

        黏層乳化瀝青之選擇,若依ASTM D-3628-90選用乳化瀝青實務之表格,應為加水稀釋使用之SS-1SS-1hCSS-1CSS-1h,或為由製造商加水稀釋之MS-1HFMS-1,並沒有選用速凝乳化瀝青的記錄,瀝青協會(Asphalt institute,A.I Specification Series No.1)之黏層使用規範亦是相同,然於說明中敘述某些情況下可以 RS-1CRS-1 不加水稀釋,直接作為黏層使用,至於何種情況,則沒有詳細說明,由於速凝類乳化瀝青還原較快,不加水使用則因水份少蒸發較快,除了需注意噴塗之用量與均勻性外,應縮短噴灑黏層與鋪築面層之範圍差距。

        乳化瀝青使用後,其中的瀝青顆粒必須聚結,並脫離水,才能達到其黏結及防水的目的;瀝青顆粒於噴灑後的聚結(coalescence),一般稱為breakingsetting,此setting即為乳化瀝青分類之RSMSSS中後面的S,與油溶瀝青RCMCSC中的Ccuring、養治)不同,中文以「還原」較能代表其意義,此種聚結而產生黏結力的現象,除了天候及骨材吸水率的影響外,主要受電化學反應所控制,亦即由帶電的顆粒與其接觸面之電荷作用而產生聚結之現象,這也是使用陽離子乳化瀝青於大部份帶負電荷的的矽質或花崗岩質骨材的主要理論依據;除了天候因素外,乳化瀝青之還原速率主要受其中添加的乳化劑的種類與劑量;乳化瀝青還原後即具黏結作用,但是好的黏結效果只有在水份脫離後才能達到,水份脫離的途逕主要是自然蒸發,在與骨材拌合使用的狀況中,滾壓亦將水擠出。

再生瀝青混凝土

        人類對地球有限資源的充份應用,是一種不可抗拒的文明做法,因此「再生」( Recycling)代表一個永不間斷的動名詞,如再生紙及再生(輪)胎;由於材料特性及品質要求的差異,經過再生的產品,有可能具有與新品完全相同的品質,亦有許多產品無法達到此種要求,而成為次級品;再生紙的色澤和質感無法取代全新紙張,而必需使用在不要求色澤與質感的用途上;根據報載「再生胎為高速公路上的殺手」因為品質較差,而不耐高速摩擦,勉強使用,造成許多危險。

        再生瀝青混凝土與前述兩項再製品有所不同,再生紙及再生胎的主要構成材料為使用過的紙張和輪胎,但大部份的再生瀝青混凝土的主要材料則是全新的砂石與瀝青,台灣區瀝青工業同業公會目前正積極推廣的熱拌再生瀝青混凝土,並不是將舊刨除料送回工廠再製成瀝青與粒料,當作生產瀝青混凝土的一部份原料,這些刨除料的添加量在20%~40%之間,大部份的材料是全新的砂石與瀝青,因此品質要求與全新瀝青混凝土完全相同。

        以再生工法生產的瀝青混凝土都可以稱為再生瀝青混凝土,若依據美國交通部在1993年6月對國會所作的報告,瀝青路面的再生方法可分為工廠熱拌再生、現場熱拌再生、及現場冷拌再生等三種,茲分別敘述如下:

  • 工廠熱拌再生( Central-PlantRecycling )---  此種再生工法乃將舊瀝青路面刨除料運回熱拌廠,以嚴密的品管控制,加入新粒料與新瀝青後,可以生產出與傳統熱拌瀝青混凝土相同的產品;隨著熱拌再生近二十年的經驗演進,至今已發展出許多針對傳統熱拌廠之製程修正方式,不管是分拌式或鼓式拌合廠,都可藉由機具設備的修改,而生產高品質的熱拌再生瀝凝土。

  • 現場再生(HotIn-PlaceRecycling,HIPR)---  或稱為表層再生工法(SurfaceRecycling),其步驟包括對現有之舊路面加熱、耙鬆(Scarify)、刨起路面層約25mm深,之後對現場刨起之RAP料於現地作熱生處理,包括添加新粒料、再生劑等材料,隨即鋪回在原來之路面上。

  • 現場冷拌再生(ColdIn-PlaceRecycling,CIPR)---本處理方法乃對已損壞之路面,回收其面層或底層材料,在現場以添加石灰、水泥或乳化瀝青等材料予以穩定處理,填築作為底層,以改善路面結構,至於面層仍需鋪以熱拌(再生)瀝青混凝土才能提高鋪面品質。因為現場冷拌或現場熱拌再生,大部份材料為舊路面材料且對品質的控制較不嚴密,屬於次級品,只適用在小規模或服務水準較低之工程,而工廠熱拌再生,因為大部份材料為新砂石與瀝青,且在拌合廠內生產,其粒料級配及瀝青黏度的調配可以受到嚴密的控制,生產之熱拌再生瀝青混凝土成品與傳統的熱拌瀝青混凝土完全相同,為效益最高的刨除料再利用方式,美、日等國的再生瀝青混凝土主要屬於此類,國內目前推廣者亦為此種熱拌再生瀝青混凝土;道路的養護是經常性的工作,混凝土的壽命就比水泥混凝土短,在台灣更由於許多複雜的因素而往往使路面材料夭折,這使我們必須使用很多瀝青混凝土,而且使路面快速加高,道路周邊的許多設施無法跟上,而必須將舊路刨除才能鋪新的,這些刨除料目前處理方式的效益非常低,甚至胡亂拋棄而引發廢土問題,實在可惜,我們路面工程界已經完全接受刨除重鋪,將刨除料再生使用,只差臨門一腳。

儲料倉使用

        儲料倉的裝置在瀝青拌合業界間是最常造成觀念混淆的設備,其實裝運卡車一直是業者用以使拌合廠保持連續生產的機具,在拌合廠內等待裝載的卡車,形同具自行移動能力的儲料裝置,這種儲料裝置是暫時的,因為不具加熱保溫的能力,應稱為暫存倉(Surge Bin);由於運輸成本高,以過多卡車確保持續運轉,相當不經濟,遂採用固定式的儲料設備,稱為暫存槽Surge Silo),其設置的目的與前述「過多卡車」相同,美國在鼓式拌合廠盛行後,由於需將 連續性的拌合產品,提轉運成不連續的卡車裝載,大量採用此種裝置。

        暫存槽中的瀝青混合料應於每天下班前出空,否則將因冷卻而不能於第二天使用,但若加裝加熱料倉,屬於特殊設計的暫存槽,除了具有暫存槽的功能外,亦具儲存混合料的作用,應稱為保溫設計,則可以將瀝青混合料存放較長的時間,例如二至三天,這種具加熱保溫設計的儲存槽(Storage Silo),儲存槽與暫存槽的主要差別即在於存放瀝青混合料時間的長短。

        儲料倉(含暫存槽及儲存槽)之水平截面形狀有矩形、長方形、橢圓形等,最常用者為圓形,因為據統計圓形截面儲料倉造成的粒料分離現象最小;事實上,造成粒料分離的關鍵在於儲料倉的裝卸方式而不在其截面形狀。

        儲料倉之裝料方式一般皆以提料斗將混合料提昇至倉頂,卸入倉頂上方之緩衝槽(batcher),在緩衝槽滿槽時,迅速打開倉頂門,將混合料裝入倉內,提料斗與緩衝槽之設要計,乃以避免粒料分離為主要考量,下圖為一典型的設計;儲料倉之倉底一般為像漏斗的錐形,錐面的傾斜角度,以水平為基準,在55°70°之間,開口應較大,卸料於卡車上時,不 一次卸滿,應分數次,並移動卡車使混合料均勻分佈於車斗內,以減少粒料分離。

        卸料口之錐形部分必須具加熱系統,使錐形倉壁保持高溫,以避免瀝青黏在上面造成阻塞,儲料倉的其他部分,都應具密封及隔熱的作用,以防止瀝青混凝土熱量(溫度)喪失;若儲料倉欲作為儲存槽使用,亦即欲將瀝青混凝土存放較長時間,則垂直倉壁也可能會有加熱系統,只作為暫存槽者只需於錐形卸料部分裝置加熱系統即可。

        長時間儲存的瀝青混凝土有兩項缺點必須克服,即瀝青的氧化和流失(    Oxidation      and Drainage  );長時間處於高溫的瀝青混合料,瀝青會往下移動而流失,所以瀝青膜較厚、孔隙較高的開放 級配瀝青混合料,由於瀝青較易流動,不適於儲存,又瀝青於高溫薄膜狀與空氣長時間接觸,會因過度氧化而變硬;儲料倉的設計廠商可能以增進儲料倉的密封性、隔熱作用、或提供整個倉壁的加熱系統、記鈍氣吹入系統,使瀝青混凝土在倉內可以保持高溫很長的時間,如數天至一星期,而不會有溫度喪失及瀝青氧化的現象,至於對長時間儲存可能產生的瀝青流失,雖可由改變粒料級配和瀝青量來改進,但這種改變影響到瀝青混凝土的力學性質,有可能產生因小(避免瀝青長時間儲存而流失)失大(力學性質),本末倒置的效應,所以,長時間儲存瀝青混凝土是可以做到,但卻不是很有必要的;根據美國州公路及運輸官員協會(AASHTO)提供的資料,具錐形底部加熱系統且密封良好的儲料倉,在滿載的狀態下,氧化及溫度損失的現象,在一至二天內很小,對於生產時間集中且保持連續性生產的拌合業者而言,這一型的儲料倉足敷使用;以台灣的狀況而言,最多會想將瀝青混凝土暫時儲存以躲避西北雨,存放時間頂多過夜或一至二天,若想用長時間的儲存以增加梅雨季節的產量,顯然不切實際,其實,儲料倉(含暫存槽及儲存槽)的最大功能,在於使拌合廠持續運轉及對運送迴路的效率增進,使鋪路品質提昇

 

節錄自台灣公路工程、第二十二卷第七期「改進瀝青混凝土運送迴路之研究」)

震動篩與熱料倉

        在分拌式拌合廠中,經烘乾且加熱至約160C的粒料由乾燥鼓卸入熱料提昇機之底部,而由鏈條帶動之熱料斗帶至拌合塔頂,以卸入震動篩上,如下圖所示。

        一般拌合塔頂之震動機座會有四層篩網,頭一層為攔截網,其它三層篩網將烘乾後之粒料分為四部份,此種篩分後再拌合的設計,導源於本世紀初美國華納兄弟公司的專利拌合廠,約在1901年,拌合瀝青混凝土的設備非常簡陋,人力與獸力使用度高,產品大部份為瀝青砂,華納兄弟公司則獨排眾議,認為應以粗粒料提供強度,遂針對冷料供料、烘乾等流程很難達到均勻順暢而造成嚴重粒料分離之現象,設計將烘乾後粒料篩分成數個倉後,再由熱料倉中卸料、計量、拌合之拌合廠,此種拌合廠成為以後拌合廠的主流(即分拌式拌合廠),直到近二十年,不經篩分、連續拌合的鼓式拌合廠才有逐漸將其取代的趨勢。

        各篩網的尺寸應配合欲生產之產品級配及各熱料倉之大小,例如欲生產高速公路標稱最大粒徑為一英吋(25.4MM)之瀝青處理底層,不可使用 25MM之攔截網,改為較大如32MM篩網;篩網因需承受粒料荷重及震動,目前最小的孔徑約為   3.35MM,再小的篩網將因容易損壞而無實用性,又由於大部份的產品為密級配,其中砂量(3MM以下)約為總量的40%附近,因此,熱料倉之第一倉(砂倉)的容量約佔總量的40%,第二、三、四倉分別佔總量的30%20%10%,以便在製程中保持各熱料倉的平衡,不會有某一倉滿倉,或另一倉待料的現象,這種熱料倉的平衡,是相當重要的;若某倉滿倉,則篩分後的石料不能再進入該倉中,而由溢流管排出拌合塔,除了形成嚴重浪費外,原按配比設計欲加入的石料,沒有被加入,成品粒料級配不正確,同理,若某一倉待料,則除了使生產速率下降外,產品的品質亦受影響;在篩分運作正常的狀況下,亦即沒有篩網破損、阻塞、或篩分效率不足等不正常情況,各熱料倉不平衡的現象,除了篩網可能沒有配合欲生產的級配及各倉容量修正外,最大的原因是冷料供輸的配合比例不正確,而有某部份粒徑料過多,其它部份料徑料過少的現象,分拌式拌合廠的篩分、拌合製程,容易使人誤會主要的級配控制在拌合塔上,實際上,由冷料倉供入的所有粒料,最終都將拌入成品內,想藉由篩分後再組合的製程,以克服冷料供輸配比的錯誤,是不正確的觀念,此種現象在國內許多拌合廠中最常出現,由於許多拌合廠之料源不穩定,加上拌合廠沒有進行冷料供料之流量校正,操作人員對冷料供輸配比完全以經驗掌控,製程中熱料倉不平衡的現象很明顯;這種熱料倉不平衡的狀況,首先應由冷料供輸配比調整,經由料源之控制,在有穩定料源下,經試驗後決定各冷料倉供料流量,經此修正後,若仍有不平衡現象,則應考慮震動篩網之適當性,才是正確的控制方法。

        在有穩定料源並經冷料流量校正後分拌式拌合廠製程,於拌合塔上的震動篩、熱料倉中,還要隨時注意篩分效率、若流量過大而超出篩分能量,則將有許多小粒料進入大粒料倉,又或篩網、熱倉隔間等破損,粒料混入小粒料倉中,這些拌合塔上發生的狀況,都會使原本配比正確的混合料,亦即進入乾燥鼓中的混合料之級配是正常的,因經篩分而出了問題,使許多工程師開始認為分拌式拌合廠之拌合塔,似乎是一種累贅,而現今的設備無論是冷料供輸系統、烘乾系統、甚至提昇機運作,粒料分離的現象,已由機俱之更新而排除,加上對自動控制系統的改進,流量控制確度很高,偏向於使用鼓式拌合機,根據資料顯示,美國大部份製造拌合機具的公司,已經較少設計分拌式廠,而以鼓式拌合廠取代,原因為鼓式廠省掉分拌式中的拌合塔,為一種經濟性的設計,產量又較高,且較適於再生瀝青混凝土。

鼓式拌合機

        美國在1960年代,熱拌瀝青混凝土的拌合機具,主要為分拌式拌合廠,且隨著公路之發達瀝青混凝土之需求量劇增,據統計當時的分拌式拌合廠中,76%拌合機為每一拌超過三公噸者,加上自動控制技術的發展、儲料裝置的使用、及對空氣污染設備之要求等發展趨勢,使拌合廠的設備愈趨複雜,而逐漸喪失其機動性,欲拆卸、移動、並裝設拌合廠於工地,變成很困難;鼓式拌合機遂於1970年代初期進入市場,由於在傳統乾燥鼓的後段噴入瀝青拌合,出鼓的廢氣中,會含有較少的粉塵,而可以省掉集塵設備,此一「如意算盤」,雖因廢氣排放要求趨於嚴格,而無法達成,使鼓式拌合廠亦需配置集塵設備,但與分拌式廠比較,由於省掉熱料提昇機、震動篩、熱料倉、計量箱、及拌合機,除了設備費用低外,機動性確實增加了,加上1970年代因石油危機興起的再生工法,鼓式拌合廠因較適於再生製程,而變為美國新式拌合廠的主流。

        鼓式拌合廠進行著連續拌合的製程,產品的品質在進入市場之初期為一項重要的疑慮,骨材的級配經冷料倉的供料系統後,就必需符合成品的要求,瀝青由乾燥鼓後段,依骨材的流量,以適當流量噴入,而符合瀝青含量之規定,與分拌式廠之經震動篩篩分入熱料倉,提供一次修正的機會,瀝青以重量準確的加入等比較,流量控制技術的要求較高,若沒有完善的技術配合,鼓式廠產品品質變異將會擴大,由於科技的進步,此種對流量控制技術的疑慮,已因電子設備之增進而消除。

          現代化的順流式鼓式廠如下圖所示,乃由冷料供輸系統、瀝青供料系統、拌合鼓 DrumMixer

、儲料倉、及集塵排放污染防治系統等五大單位所組成,與分拌式廠的主要差別,為以增長的順流式乾燥末端直接進行拌合,而將拌合塔的部分省略,但因需要連續性產品轉由間斷性的卡車運輸,而必須加設儲料倉,且由於不經篩分、熱料倉、拌合機,縮短粒料的流程時間,不但因熱量損失較少而節省燃料,產量也較大,每小時生產300公噸(相當於每盤5公噸之分拌式拌合廠之產量)是很平常的鼓式廠。

        鼓式廠的粒料比例完全由各冷料倉下的輸送帶的轉速與開口調整完成,此點與分拌式拌合廠的冷料供料控制是相同的,但為準確供入瀝青量,進入乾燥拌合鼓的總成輸送帶必須加裝兩樣電子設備,一為可隨時顯示輸送帶重量的計量橋(WeighBridge),另一為可隨時顯示輸送帶轉速的感應器,使用此二讀數,可以準確計算進入乾燥拌合鼓中砂石粒料的流量(每小時公噸數),品管人員經由迅速檢測混合粒料的含水量,並輸入拌合廠操作電腦中,電腦會自動將流入拌合鼓之溼骨材重,轉換乾骨材重,並依設定的瀝青含量,控制瀝青流入拌合鼓的流量。

        一般鼓式廠為順流式,亦即燃燒器位於傾斜乾燥拌合鼓的較高端,粒料於鼓中的流動方向與熱氣流方向平行,溼粒料以卸料槽由燃燒器之上端進入,或以投石器由燃燒器之下端投入,乾燥鼓的傾斜角度與其中的葉片,將使粒料分散、並依重力往低處流動,鼓中各種型式葉片的設計,可使鼓中間處形成濃密的分散骨材,而使烘乾效率得以提昇;由瀝青儲油槽接來的瀝青供料管,進入乾燥鼓的後段部份,依校正後的流量直接噴灑於骨材上,娷郅P拌合的程序,以鼓後段的拌合葉片及傾斜重力而達成,完成拌合的成品並持續由鼓的末端輸出,並以輸送設備轉運至儲中,裝運卡車於儲料倉下裝料,並運至工地鋪築。

        鼓式拌合廠的集塵排放污染防治系統與分拌式廠使用者完全相同,依以往的經驗,鼓式廠的瀝青老化量雖可能較低、品質變異可能較大,但以正常品管手段控制的產品,品質與分拌式廠生產著完全相同;若以再生工法考慮,鼓式廠較容易進行再生,且刨除料添可以較高,近幾年來,針對熱拌再生瀝青混凝土之產製,有採用較高熱效率之逆流式鼓式廠之計設,如右上圖所示,藉由將燃燒器往鼓內推進,刨除料由燃燒火燄之後進入鼓中,與高溫新粒料拌合均勻,而免除刨除料受火燄及熱氣流加熱而產生有機氣體的;整體而言,鼓式廠因省掉篩分、熱料儲存、重新拌合程序及時間差,除機具設備較簡單外,能源消耗較省,產量較大,保養工作亦較容易,高產量的分拌式拌合廠幾乎沒有移動性,而鼓式廠之移動性很高,台灣地區目前沒有鼓式廠,往後應可引進。

圓石率與天然砂

        砂石為生產瀝青混凝土的主要材料,國內土木材料之文獻中常將砂石稱作「骨材」,若以包括人類之動物比為土木工程使用的混凝土,骨材代表著「主架構」,骨架不好將終離成材,這種觀念在瀝青混凝土中,尤其真確。

        瀝青混凝土由骨材及半固體的瀝青所組成,鋪築完成後,瀝青因溫度降回常溫,而恢復其半固體的狀態,不像水泥與水發生的化學變化,產生強度;因此,瀝青混凝土強度的主要來源為由砂石構成的骨架;只有高品質的砂石,才有可能提供瀝青混凝土好的骨架,才足以抵抗大的交通荷重,否則,有再好的瀝青材料,恐亦難弭補因骨架不良造成的車轍變形。

        選擇具破壞面的骨材,即控制粒料具較粗的表面紋理和較佳的粒形,直接影響組成瀝青混凝土的粒料顆粒間的內摩擦力,使粒料間契合良好,提供最好的主架構(骨架);所謂「圓石率」為砂石業者,描述粗粒料中不具破裂面之顆粒的重量百分比,圓石率愈高的粗骨材,用在瀝青混凝土中,由於顆粒間接觸點因圓滑而容易移動,形成的骨架較弱;國內大部分規範對瀝青混凝土使用的粗骨材,有破裂面之規定,如高速公路局規定粗粒料之組成,至少應有90%之重量比為碎石顆粒材料,且每顆碎石顆粒至少應具有二個破碎面,又如省公路局規定,粗粒料指留於2.36㎜(#8篩)以上之粒料,顆粒含有二個軋碎面之部分,至少需在重量比60%以上。

        細粒料也應具粗的表面紋理與較好的粒形,以提供較高的粒料契合力,天然砂如河砂、海砂,因經水流搬運滾動而使粗粒料顆粒間發生「潤滑作用」的效果,以往國外文獻中會限制瀝青混凝土中天然砂過程,呈圓形且表面光滑,大量使用於瀝青混凝土粒料的主架構中,具有因容易的含量,如不能超過15%;國內規範並沒有明確限定天然砂的使用量,據聞,國內之砂石場有逐漸降低生產碎石的數量的趨勢,天然河砂在國內瀝青混凝土中似乎有偏高的現象。