剛性鋪面再生利用之問題探討

☆ 房性中

摘要
         剛性鋪面水泥混凝土之再生利用，美國文獻於1981年即有論著、工程報告及使用準則相繼發表並廣為應用於實務上；筆者1997年參訪日本時，亦親眼所見完善之再生系統處理廠與工程實績，不得不令人讚賞和值得學習。
         台灣地區近年來推動柔性鋪面瀝青混凝土再生之利用不遺餘力，成效粗具。惟仍憾於缺乏剛性鋪面水泥混凝土再生利用之推廣，筆者曾經主辦之國內工程，亦僅一、二案例予以採用，使得龐大的破碎舊料未克善加再運用，而且大多以棄方之方式處理，不但浪費材料、運費，甚至造成環境破壞等等事實，均非國人所樂見。
         本文擬就筆者淺顯之所見所聞以及所能收集到的文獻資料，粗略探討剛性鋪面水泥混凝土再生利用之問題面面觀，或許可供從業人員卓參暨採用。亦祈各界專家學者不吝賜教指正。

一、前言

         剛性鋪面的再生利用，係一種相當簡單的程序作業，其項目不外乎打碎、移除、軋製、拌和與澆置等重要工作。至於再生利用的前提，則以考量老舊剛性鋪面翻修之廢料就地運用為最佳，只要再生材料均能符合設計需求且管理得當，不但可以節省成本、材料、運費、人工等項次之開支，同時，亦能解決環境污染、大量棄方之頭痛難題，可謂係一舉數得之良策。
         本文擬針對剛性鋪面之重建性、再生效益、再生作業、粒料性質需求、使用範圍、施工事項、設計需求及特殊考慮事項等問題，分節扼要敘述之，最後並提出建議，以供從業之工程人員參考及使用。

二、剛性鋪面重建可行性評估

         剛性鋪面重建之可行性評估，主要焦點仍基於經費及安全性之考量，文獻(1)所揭櫫之圖一，即為言簡意賅之說明：
         1.現有鋪面使用一段時日後，結構承載能力將由初始值SCoL降至SCeff。
         2.若無安全性之疑慮且未達使用年限時，可藉由加鋪之方式提昇結構承載能力SCoL使SCf＝SCeff +SCoL。
         3.若鋪面已達使用年限，或服務指標已達設定之下限值以下(例如：Pi＜1.5)，同時經評估結果：加鋪已不具使用效益或安全性不佳時，鋪面即具備重建或廢除不用之可行性基本條件。
         4.進行整體生命週期與成本效益分析，當再生利用之效益優於加鋪和採用新材料重建時，且能克服再生技術之盲點，即為再生利用之最佳決策。

三、再生效益

         再生作業嚴格而論，仍為水泥混凝土鋪面重建的選擇工法之一，同時還能節省運載新材料之運費及材料費，以及免除棄方之運費暨
尋覓場地之難題。基於此一主要考量之原則，下列幾項之再生效益因素亦需一併列入評估分析：
1.施工材料取得之難易度：
         既有材料的再利用有助於解決粒料短絀地區之難題或必須依靠船運運載新粒料之離島地區、或陸地運距極遠、極難到達之工址、或短期粒料單價波動甚劇時等問題。一般而言，此類問題，有時比省錢效益還來得重要。
2.粒料性質：
         即使採用再生材料，其粒料性質亦需符合設計規定值，尤其不可有鹼性反應或D型裂縫之潛在因子。一般而言，再生粒料性質不可有降級或選用次級品之情況發生。也就是說，其性質應等同選用新材料。反過來說，應廢棄之材料，若其性質仍十分良好，理應予以再生利用。怎可因為再生利用而來使用有瑕疵之材料。其理甚明矣。
3.環境保護：
         再生利用可馬上解決棄方處理之難題，尤以都市以及人口密集、難以尋覓棄方場地之區域最能彰顯其成效並達到保護環境之目的。這在1981年的文獻(2)及文獻(3)，即提及其重要性矣!
4.剛性鋪面型態：
         剛性鋪面再生利用的型態不需作進一步的限制，不論是無筋、含綴縫筋、鋼筋網、繫筋或連續鋼筋者，亦不論是機場、高速公路或都市街道之區域，皆可在符合設計規定之前提下，進行再生利用之規劃與佈設。
5.經濟因素：
         當材料取得產生難題，例如：運距非常遠、材料供給量不足或材質未克符合規定……等項致因時，可考量再生利用之可行性。
6.使用性：
         剛性鋪面再生利用的使用性，除了允許百分之百使用回收材料之外(柔性鋪面僅允許使用30%∼40%之回收材料)，亦可新、舊粒料混合使用，通常細砂新粒料的使用比率為10%∼20%。至於其使用的結構位置有下列各項：
(1)原有鋪面面層。
(2)路肩。
(3)中央格柵。
(4)未處理底層。
(5)水泥處理底層。
(6)透水性底層。
(7)水泥處理透水性底層。
(8)路基土壤。

四、再生作業

         剛性鋪面再生利用的最主要目的，係為能獲致最大粗粒料的使用量，其實用性亦較回收再利用之細粒料顯著、範疇亦相對較廣泛。
         為進行再生作業，承包商可選用各種適當的機具及施工程序，惟若採用不同的機具或程序，其所產製之回收粗粒料品質水準，將可能有不同之差異性存在，至於要特別注意的步驟或注意事項，茲列述如下：
1.鋪面準備：
         (1)接縫或裂縫處填縫料應先予以清除，如有路肩、瀝青補綻或加鋪層，亦需一併清除或移除。
         (2)完成清除或移除作業后，應再以掃帚或適當之清掃工具掃除鋪面鬆散之粒料或雜物。
         (3)路肩之移除將有助於剛性鋪面之打碎作業，惟若路肩仍完好堪用，亦可保持現狀、免予移除。
         (4)既有剛性鋪面若未見D型裂縫及鹼性反應者，且原有粒料品質甚佳時，根據文獻(4)記載，將允許使用20%的加鋪層瀝青混凝土回收粒料。
2.鋪面打碎：
         (1)鋪面打碎之目的，在於使其尺寸減小、易於處理及運載至碎石廠進行再生作業。同時必須依水泥混凝土之配合設計準則，重新配料。
         (2)鋪面打碎的另一個目的，係為使水泥混凝土與鋼筋得以剝離，除利於水泥混凝土軋製作業之外，亦便於鋼筋之篩除工作。
         (3)鋪面愈厚、水泥混凝土強度愈高、材質愈優以及鋼筋量愈多的剛性鋪面，其所需之打碎能量愈大、所需機具亦相對較龐大。
         (4)現場水泥混凝土打碎後之尺寸，一般設定60cm為其上限，俾利於運載及工廠軋製。
3.鋪面移除：
         (1)鋪面移除的第一個程序係必須確定水泥混凝土塊已完成打碎作業之要求，且與鋼筋網及連續鋼筋百分之百剝離。
         (2)當移除料擬與新料混拌時，應特別注意勿超挖底層碎石級配料。
         (3)打碎料移除後，若現地表層為土壤或特別是粘性土壤，應加強留意排水問題。
4.鋼筋移除：
         (1)鋼筋移除的作業可分兩部份來進行：
(1)現場針對鋼筋網及連續鋼筋。
(2)工廠內針對綴縫筋及繫筋。
         (2)現場較大的移除版塊(一般重量大於30000磅或13600公斤者)，移除鋼筋網可以分成兩階段進行(一部份在現場，一部份在工廠內) 。
         (3)工廠內設置電動磁力機，將有助於作業之成效。
5.粒料軋製：
         (1)軋製使用之機具與一般傳統粒料所使用者相同，但使用於再生粒料時，需加設電動磁力機，俾利鋼筋之移除作業。
         (2)再生粒料軋製的管制篩號，一般選定3∼4吋(8∼10公分)及3/8吋(9.5mm)兩種。
         (3)再生粒料級配規定可參考如表一所列。
         (4)若使用電動軋製機，將可軋製最大粒徑4吋(10公分)之再生粒料，此種粒料適用於路床之鋪設。

五、粒料特性

         一般傳統粒料所必須具備之材質及特性，再生粒料亦需比照辦理相關檢、試驗之作業，有時候後者甚至比前者之材質還來得優良，尤可凸顯再生利用之必要性與效益。
         至於其重要特性列述如下：
(一)粗粒料
         1.粗粒料最大粒徑之設定，一般皆在3/8吋(9.5公厘)以上。
         2.不需要清洗殘餘在粗粒料中之細粒料成份。但若擬使用於仍不穩定的底層，則需利用清洗作業袪除碳酸鈣或氧化鈣等成份。
         3.再生粗粒料的比重值，一般在2.2∼2.5之間、且略低於傳統之原生粒料。
         4.再生粗粒料的吸水率，一般在2%∼6%之間、且略高於傳統之原生粒料。若再生粗粒料之最大粒徑遞減，則其吸水率將隨之遞增。
         5.再生粗粒料的洛杉磯磨損率，一般在20%∼45%之間，可以符合面層粒料50%之上限值。
         6.再生粗粒料不一定要進行健性試驗，但若進行檢測，其值一般在3%以下，此結果遠低於上限警戒值，故平時可略而不做此項檢驗工作。
         7.再生粗粒料若擬使用於面層，將特別注意其沾染物之袪除工作；若擬使用於其他的結構位置，則可略而不做此項作業。
(二)細粒料
         1.細粒料之定義，一般係指通過3/8吋(9.5公厘)之粒料，表一中II型則規定為1/2吋(12.5公厘)。
         2.再生細粒料的比重值，一般在2.0∼2.3之間、且明顯低於自然之原生砂料。若再生細粒料之最大粒徑遞減，則其比重值將隨之遞減。
         3.再生細粒料之吸水率，一般在4%∼8%之間，亦高於傳統之原生砂料。
(三)殘餘氯化物含量
         再生粒料若擬使用於鋼筋水泥混凝土面層，則需設定殘餘氯化物含量之上限值，以免對鋼筋造成腐蝕之效應。一般粗粒料為0.07%∼0.09%、細粒料為0.03%，或是以粒料總體積不超過4lb/yd3 (2.4kg/m3)表示之。

六、成品性質需求

(一)強度
         1.若擬使用於基層、底層及路基，則需設定CBR值、R值或MR值強度值。以作為品管之依據。
         2.若擬使用於面層，則需設定抗彎強度值，一般皆比原生粒料者低10%∼20%。
(二)耐久性
         1.為達耐久性之要求，可依據ASTM C666之規範規定辦理。
         2.粗粒料最大粒徑不超過3/4吋(19公厘)，可減少D型裂縫之衍生。
         3.使用20%的飛灰作為水泥粘結料，可增加耐久性。

七、特殊考量項目

         使用再生粒料，一般皆需特別再行考量一些重要的問題或控制值，以免產生負面之影響或造成工程失敗案例，茲將其項目扼要列述如下：
(一)粒料尺寸
         1.水泥混凝土中加置鋼筋網時，則粗粒料最大粒徑不宜小於1吋(25公厘)，以免鋼筋網承受過大之抗剪力及抗彎矩應力。
         2.加強粒料間互制之效應(Interlock)，可避免鋼筋斷裂及裂縫叢生之現象。
(二)排水系統
         1.維護或重建排水系統，為剛性鋪面重要項目之一。
         2.注意排水坡度及相關設施之佈設事宜，以防止完工後之積水或面層唧水等現象發生。
(三)路基狀況
         1.面層移除之作業，應力求避免損及路基之穩定度。
         2.路基以上之材料經移除後，若發現路基有排水不良、高塑性土壤或被嚴重擾動等現象，應重新置換較佳之回填材料，並依規定確實滾壓之。
         3.路基整治應力求避免產生凹槽式或浴槽式(Bathtub)之斷面，以免積水無法排洩。
(四)幾何設計
         1.再生利用之重建作業，應重新檢視幾何設計之合理性與安全性，避免視距不佳、高程不當、坡度過陡或過平等情事發生。
         2.再生利用之作業若使用於機場鋪面，更應加強面層導航系統之佈設及合理性檢視。
(五)溶浸效應
         1.落實級配之篩選及澆置作業，以防止基層、底層及路基之細粒料因溶浸作用隨排水或唧水作業被掏空。
         2.可於適當位置設計佈設濾層材料或工程不織布，以防止或減緩上述溶浸效應之速率。
(六)鹼性反應
         1.為增加耐久性，應控制再生粒料、甚至新拌粒料的鹼性反應。
         2.可考慮使用低鹼II型水泥及採用低水灰比之方式因應之。
         3.若擬使用飛灰，需符合ASTM C618之規定。
(七)費用
         任何工項，費用估算及分析之作業皆為必要之工作，以避免浪費及無限膨脹開支、左支右絀之情形發生。尤其是公共工程，費用掌控應以預算額度為依歸。其理甚明。

八、結論與建議

         1.剛性鋪面再生利用工法，在美國及日本皆已成為重要且成熟的選擇方案之一，極有助於廢棄物回收再利用及減少環境污染等事宜。
         2.台灣地區推展瀝青混凝土再生之利用，亦經歷近十載的時間，方粗具成效；若能以此難得的經驗及魄力來推動剛性鋪面再生利用的事情，必能更加造福鄉梓、同時提昇土木工程之水準與節省材料之目標。值得有識之士共襄盛舉。
         3.採用再生利用工法，應注意的環節及設計標準均等同於採用新材料之案例，不可有使用「次級品」或生產「次級品」之錯誤想法。以免此一良法美意大打折扣。

參考文獻

1.AASHTO, “AASHTO Guide for Design of Pavement Structures”, 1993.
2.Copple, F., “Costs and Energy Considerations”, Proceedings of the National Seminar on PCC Pavement Recycling and Rehabilitation, FHWA - TS - 82 - 208, Federal Highway Administration, Washington, D.C., 1981.。
3.Munro, R., “Environmental Concerns in Recycling”, Proceedings of the National Seminar on PCC Pavement Recycling and Rehabilitation, FHWA-TS-82-208, Federal Highway Administration, Washington, D.C., 1981.
4.AASHTO, “Report on the 1992 Tour of European Concrete Highway”, 1993.
5.American Concrete Pavement Association, “Concrete Paving: Recycling Concrete Pavement”, 1993.