第三章 低壓灌漿工法產製輕質預鑄牆板
第二節 低壓灌漿工法產製輕質預鑄牆板 (高強度效益)
本研究希望能有效地降低試體的單位重，由於混凝土主要是由骨材與水泥漿體結合 而形成，若要降低混凝土的單位重，可從骨材及水泥漿體兩方面考量，因此在骨材方面 選擇顆粒密度較小的骨材，而在漿體方面則改變其材料組成，以卜作嵐材料來取代部分 水泥。漿體的配比取三種不同的水膠比 (0.5、0.6、0.7)，每一種水膠比各有五種不同的 卜作嵐材料取代水泥重量比例 (0%、20%、40%、60%、80%)。
貳 、 產 製 技 術 開 發
本研究之主要目的，在於研發利用低壓灌漿工法產製高強度效益輕質預鑄牆板之技 術，並評估此工法之可行性。對於整體預鑄產製技術，大致分成骨材的選用、漿體的配 比、灌漿壓力的調整、拆模時間的控制這四大部分進行探討。
1. 輕質骨材的基本性質
首先就骨材的選擇方面來說，應該從骨材本身的基本性質著手，可以從骨材之顆粒 密度及骨材顆粒間之空隙率這兩方面來探討。本研究考量使用的輕質骨材有兩種，一種 是利用石門水庫淤泥燒製而成的輕質骨材，另一種是西班牙進口的輕質骨材，這兩種骨 材的基本性質如表3-1 所示。
就骨材的顆粒密度而言，由於本研究所產製的輕質預鑄牆板主要針對非結構性用 途，為有效降低試體的單位重量，基本上選用顆粒密度小於1000 kg/m3之輕質骨材。試 驗結果顯示，以石門水庫淤泥所燒製的輕質骨材，其顆粒密度平均值為 840 kg/m3，而 西班牙進口的輕質骨材，其顆粒密度平均值為 620 kg/m3，後者之顆粒密度較小，但是 其骨材的顆粒粒徑卻只有4 ~ 6 mm，比石門水庫淤泥所燒製的輕質骨材 (骨材粒徑 8 ~ 12 mm) 要小，這是由於此兩種骨材之原料來源及生產過程並不相同所致。此外，本工 法之的試體灌製方式較為特殊，是先將絕對乾燥之輕質骨材緻密填充於密閉模具內，再 將漿體以壓力灌漿方式灌注到密閉模具內，填滿骨材顆粒間的空隙。因而就所灌製之試 體而言，試體主要是由骨材與水泥漿體兩相材料所組成，其中漿體的單位重又比骨材 大，因此若是骨材在填入模具後，其骨材顆粒間顆粒間之空隙愈少，漿體所佔有之體積
也就會愈少，因而整個試體的單位重量自然會降低。在骨材顆粒間之空隙率方面，本試
第三章 低壓灌漿工法產製輕質預鑄牆板 研究除了規劃三種不同水膠比配比外 (0.5、0.6、0.7)，每個水膠比同時設計了五種不同 卜作嵐材料取代水泥比例 (0%、20%、40%、60%、80%)，其中飛灰與爐石用量各佔取 代量的一半，這是由於在經濟效益的考量上，飛灰大量的使用雖然有助於材料成本的降 低，但是飛灰的取代量若是過大，則會不利於試體早期強度的發展，因此在試體強度與 經濟效益的考量下，決定飛灰與爐石用量各佔取代量的一半。由於卜作嵐材料如飛灰、
爐石之比重分別為2.31、2.86，均小於水泥比重 3.15，希望藉由改變漿體的材料組成比 例來達到降低試體單位重。此外，在經濟效益的考量上，也可以降低灌製試體的材料成
時漿體用量之估算。當骨材顆粒間空隙率為41.49%，而模具體積為 4.892 × 10-3 m3時，
以模具體積乘上骨材顆粒間空隙率再乘上放大係數1.3 所得到之值為 2.6286 × 1 0-3 m3， 此即為利用骨材空隙率所估算之漿體用量，此估算值較實際量測值保守。
3. 灌漿壓力的探討
灌漿壓力的調整與地質改良時所遭遇到的灌漿問題類似，皆會受到骨材顆粒間之空 隙體積及漿體之流動能力影響，而骨材粒徑大小會造成骨材間空隙體積的變化。根據本 研究之試驗記錄表3-2 可知，灌漿壓力與漿體的流動性及骨材顆粒間的空隙率具有密切 的關係，由於在本試驗中骨材的選用以及骨材裝填到模具內後其振動夯實的條件皆為一 致，因此可將骨材顆粒間的空隙率假設為固定值。而試驗結果顯示，當漿體的水膠比為 0.38，卜作嵐材料取代比例為 80%時，漿體的流度值為 137.5%，即使將灌漿壓力從原來 設定的4 kgf/cm2，增大到9 kgf/cm2，甚至到20 kgf/cm2也無法灌漿成功。這表示當骨材 間孔隙量過小，漿體的流動性又不佳時，一旦在漿體灌入模具時產生阻塞現象，即使持 續加大灌漿壓力也是沒有幫助的。此時只能藉由調整漿體的流動性來解決這個問題，而 試驗結果顯示，當漿體的流度值大於140%時，不論灌漿壓力是 4 kgf/cm2或是9 kgf/cm2 皆能順利完成灌漿，這表示漿體流動性是控制灌漿壓力的關鍵因素，當漿體的流動性達 到所需要的灌漿條件要求時，增大灌漿壓力只能縮短整個灌漿動作的歷時。一般來說，
灌漿壓力為4 kgf/cm2時，完成一個模具的灌製約需4 ~ 6 秒。
但是灌漿壓力也不可太小，因為灌漿壓力太小時，漿體要充滿整個模具之動能便會 不足，容易造成試體邊角之灌製失敗，因此本研究建議，灌漿壓力值約需控制在4 kgf/cm2 以上，以減少試體灌製失敗的機率。此外，在試驗過程中發現，若是將骨材的粒徑增大，
則骨材顆粒間之空隙體積也會增大，此時漿體的水膠比便可降低，但是相對來說漿體的 流動性便會較差，因此可藉由灌漿壓力的增大來增加漿體的動能，以完成灌漿的動作。
4. 拆模時間的控制
脫模時間的長短對於預鑄工法的產製流程，對生產線上的生產效能，具有相當程度 的影響。脫模時間愈為縮短，產能就會愈為提高，而預鑄產製品的整體經濟效益可相對 提升，有利於提升產品在市場上的競爭力，這正是本研究所追求的目標之一。而脫模時 間長短的控制，主要是受制於試體達到脫模強度的水泥水化反應時間，亦即試體愈快達 到脫模強度，其拆模的時間也就愈短。此外脫模的方式及效率與模具的設計有很大的關
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增大時，漿體的單位重也隨之降低，致使試體整體之單位重也就呈現出下降的趨勢。再 從表 3-6 中還可得知，輕質預鑄牆板之單位重在漿體水膠比為 0.5、卜作嵐材料取代比 例0%時為最大，其值達 807.8 kg/m3，而在漿體水膠比為0.7、卜作嵐材料取代比例 80%
為時最小，其值只有636.8 kg/m3。利用低壓灌漿工法所生產出之輕質預鑄牆板相較於傳 統紅磚牆及混凝土牆板，單位重僅約為紅磚牆的五分之二，一般混凝土牆板的三分之 一。將輕質預鑄牆板置於水中會浮於水面上，如照片3-10 所示。
2. 吸水率
輕質預鑄牆板的吸水率試驗結果如表3-6 所示。漿體配比的水膠比越大則輕質預鑄 牆板的吸水率也隨著增大，如圖3-6 所示。造成試體吸水率與漿體水膠比有正比關係之 原因，乃是因為當拌合用水量愈多時，將會在試體硬固的時候出現多餘的拌和水，並且 成為游離水而蒸散，使其原處留下細微孔隙，因此試體的孔隙量愈多，便表示試體內部 組織中可以吸附外來水分的空間較多。從圖3-6 上還可看出，各水膠比系列中，試體之 吸水率也隨著卜作嵐材料取代比例的增大而呈現增加的趨勢，此結果可能是因為卜作嵐 材料取代比例愈高，其牆板單位重愈輕，計算吸水率百分比時，所得分母愈小之故。
另外，圖3-7 顯示輕質預鑄牆板試體吸水率與單位重量間，有一反比關係，亦即吸 水率愈高，其單位重量愈低。探究其原因，係因試體吸水率之多寡，主要是受試體內部 孔隙量所控制，而試體的孔隙量又對試體的單位重有影響。所以藉由此種關係可間接推 論出吸水率與單位重之關係，因此當試體單位重量愈輕時，吸水率便會愈高。
3. 抗壓強度
在工程應用上，抗壓強度對建材而言是最基本要求，也是評定該類建材品質優劣的 常用指標。本研究分別規劃28 天及 90 天齡期的抗壓強度試驗，並且在試體的抗壓模式 上改變試體受力的方向，分成量測試體平放及立放兩種方式之抗壓強度。抗壓強度試驗 結果分析整理於表3-6，並分別繪成圖 3-8、圖 3-9、圖 3-10、圖 3-11。
圖 3-8 為輕質預鑄牆板試體齡期 28 天，其抗壓強度與不同卜作嵐材料取代比例之 間的關係圖。從圖上觀察發現，試體的抗壓強度隨著水膠比之增大呈現下降的趨勢，另 外隨著卜作嵐材料添加量的增多，水膠比對抗壓強度的影響會逐漸減小，這是由於當卜 作嵐材料添加量增多時，水泥用量就會減少，其水化反應所生成的氫氧化鈣也會減少，
因此卜作嵐反應的效果就會逐漸不明顯，顯示卜作嵐材料超量使用，多餘的卜作嵐材料
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時，加載之荷重並未直接加載於排孔正上方，因此試驗所得之抗彎強度值並非試體抗彎 破壞強度之最小值。
5. 熱傳導係數
試體在不同水膠比下，改變卜作嵐材料取代水泥比例，以平版試驗法進行所得輕質 預鑄牆板熱傳導係數試驗結果列於表3-6。一般普通混凝土的熱傳導係數約介於 1.0 ~ 1.5 kcal/m-hr-℃之間，而輕質預鑄牆板之熱傳導係數則約介於 0.2 ~ 0.3 kcal/m-hr-℃之間，
幾乎只有普通混凝土的1/5 ~ 1/6，可知其隔熱性極為優越。
由圖 3-15 可知水膠比對輕質預鑄牆板熱傳導係數之影響，當卜作嵐材料取代水泥 量為0%時，W/B = 0.5、0.6、0.7 之輕質預鑄牆板熱傳導係數分別為 0.299、0.275 及 0.256 kcal/m-hr-℃。顯示水膠比愈大者，熱傳導係數愈低。其餘各種卜作嵐材料取代比例 (20%、40%、60%、80%) 亦顯示同樣趨勢，即同一卜作嵐材料取代比例下，水膠比愈
由圖 3-15 可知水膠比對輕質預鑄牆板熱傳導係數之影響，當卜作嵐材料取代水泥 量為0%時，W/B = 0.5、0.6、0.7 之輕質預鑄牆板熱傳導係數分別為 0.299、0.275 及 0.256 kcal/m-hr-℃。顯示水膠比愈大者，熱傳導係數愈低。其餘各種卜作嵐材料取代比例 (20%、40%、60%、80%) 亦顯示同樣趨勢，即同一卜作嵐材料取代比例下，水膠比愈