再生水泥纖維板製程開發研究

依據CNS3802 號對於纖維水泥板（fiber cement boards）之規定，纖 維水泥板是使用在建築物之內裝材料，以水泥、有機纖維、無機質纖維

種添加原料的水合反應作用是板材產品性能是否良好的關鍵。因此若回 收材料可以與水泥進行如前節所述之膠合反應，且生成物之強度可符合 標準，則將可能提供作為再生水泥纖維板之防火建材用途。

再生水泥纖維板原料來源

本研究開發石質營建廢棄物作為再資源化水泥纖維板實驗的再生 原料，石質營建廢棄物可以包括（1） 廢花崗石牆板或地板、（2）廢玻 璃窗、（3）廢紅磚、（4）廢磁磚、（5）廢防火板材以及（6）廢混凝土 的矽砂與水泥組成等，均為國內大量產生的一般常見營建廢棄物。

就傳統水泥纖維板的原料配比而言，依各廠商的開發配方而異，且 均不對外公開。但可參考廠型水泥纖維板製程設備具有世界領導性的德 國Siempelkamp公司，所提供的典型水泥纖維板原料配比來作規劃，其主 要的原料配比組成如表3.6所示。

表3.6 德國 Siempelkamp 公司提供的典型水泥纖維板原料配比組成

原料名稱 紙纖維 矽砂 水泥 高嶺土

配比率 9％ 52％ 33％ 6％

由德國 Siempelkamp 公司的典型水泥纖維板原料配比組成顯示，矽 砂的配比率為52％，為板材最重要的原料。水泥纖維板之製成中另有一 重要特色是採高溫養護製程，在高溫養護過程時，矽質原料會與水泥的 主要物質－氧化鈣進行反應，最終的反應生成物包括 C-S-H 膠體與 Tobermorite，此 Tobermorite 產物的結晶穩定，有助於減少漿體固化物的乾 縮與潛變性能。且由於Tobermorite 產物的密度變化不大，不會使漿體固 化體中的孔隙增加，有助於試體的強度增進。因此，考量石質營建廢棄

如前節所述，本研究為充分確認含矽質再生原料可以應用於水泥纖 的再生原料實驗，其原料形態均為先經粉碎與篩分處理後的-200mesh 粉 體，相關再生原料的特性分別說明如下。 水溶解度，將會有利於水合反應的Tobermorite 的生成，並有效增進漿體

的強度功能。廢玻璃粒子經水合作用生成無機質矽酸鈣，亦具有低熱傳 導係數的優點，可以有效增進再資源化水泥纖維板產品的防火性能提 升。

圖 3.36 廢玻璃經過粉磨處理（-200mesh）後的粉體顯微放大形態

二、廢花崗岩石材粉

花崗岩石材由於造型美觀、材質優異，目前已是營建工程與一般建 築採用最廣泛的主要建材，舉凡外牆、地板、樑柱、階梯、衛浴、櫃台 等均大量的使用。花崗岩石材的主要礦物成份為石英、雲母、長石等，

表3.7為典型花崗岩的主要化學成份分析結果。圖3.37為廢花崗岩石材經 濕式球磨後的粉體顯微放大形態，由照片顯示，廢花崗岩石材粉體的粒 子，平均粒徑小於20μm，且外觀為粒徑均一的形態。

花崗岩屬於結晶矽質岩，廢花崗岩石材經粉碎成粉體後，其氧化 矽、雲母、長石等成份，亦屬於具脆硬性的無機質粉體。可以有效增進 防火板材產品的壓縮特性、剛性、耐摩耗性、防火性等性能，並適合於

份，更有利於板材的防火功能。

表 3.7 典型花崗岩石材的主要化學成份

% 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 總量 花崗岩 0.7 69 13 3 2.8 0.7 89.2

圖 3.37 廢花崗岩石材粉的顯微放大形態（200 X）

再生原料水泥漿體強度研究 一、抗壓強度檢測實驗與結果

依前節述，水泥漿體的水合反應差異與抗壓強度有密切的關係，因 此，本項實驗將針對前節中以天然砂石、廢玻璃粉、廢花崗岩粉為原料 所製備之各種水泥漿體試樣，進行抗壓強度、抗彎強度的檢測與實驗比 較。水泥漿體試樣的養護處理分別包括常溫養護（28 天）與高溫養護（180

℃，6 小時）兩種。

1.抗壓強度實驗過程

抗壓強度檢測用試體的製作，與先前的水合反應實驗用漿體試樣的 製備程序相同，是將通過200 目鋼篩的廢玻璃粉與花崗岩石材粉再生原 料粉體。以重量比50%的再生原料粉體，分別與重量比 50%的水泥膠結

劑（波特蘭一型水泥）配比置入混拌機（見圖 3.5）中，再以水灰比值 0.5 加入適量的水後，混拌約 20 分鐘，使原料充分的分散混合後，再分 別夯實裝入抗壓試體的模具（見圖 3.38） ，經常溫靜置進行初凝的養 護 24 小時後，脫模取出試體。隨後再分別進行常溫養護（28 天）或是 高溫養護（180℃，6 小時）的試樣養護處理（見圖 3.39）。最後，將製 備完成的各種檢測用的試體，依據 CNS 8537 以萬能試驗機進行抗壓強 度的檢測（見圖3.40），並分別計算出抗壓強度的檢測值。

圖 3.38 抗壓試體的模具脫模情形

圖 3.40 以萬能試驗機進行抗壓強度檢測

2.抗壓強度實驗結果[10] [11]

圖 3.41 顯示各種水泥漿體的抗壓強度檢測結果的比較，由結果顯 示，含矽質再生原料的廢玻璃粉與廢花崗岩石材粉，以及矽砂傳統原料 的水泥漿體，在經過 180℃的高溫養護後，試體的抗壓強度檢測值均較 常溫養護28 天（亦即圖中標示的 RD）的值為高，顯然高溫養護處理對 含矽質原料的水泥漿體的抗壓強度具有增強的功能。

由圖3.42 結果亦顯示，含矽質再生原料中的廢玻璃與矽砂傳統原料 的水泥漿體，在經過常溫與高溫的養護後，試體的抗壓強度檢測值均非 常的相近，顯然兩者的物性具有相同性，但因矽砂是由具有較高強度與 剛硬性的結晶質石英所構成，較非晶質的玻璃粉應具有更佳強度的趨向 才合理，因此，推測此差異是由非晶質玻璃粉的水合反應作用的補強增 進所填補。

另外，含矽質再生原料中的廢花崗岩粉水泥漿體，在常溫養護 28 天與高溫蒸汽養護的抗壓強度檢測值均高於400kg/cm²，顯然花崗岩的抗 壓強度，具有優於傳統使用的矽砂原料的趨向。

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圖 3.42 抗彎強度檢測使用的試驗裝置

2.抗彎強度的實驗結果[10] [11]

圖 3.43 顯示各種水泥漿體的抗彎強度檢測結果的比較，由結果顯 示，含矽質再生原料中的廢玻璃與廢花崗岩，以及矽砂傳統原料的水泥 漿體，在經過高溫蒸汽養護後，試體的抗彎強度檢測值均較常溫養護28 天（亦即圖中標示的 RD）的值為高，顯然蒸汽養護處理對含矽質原料 水泥漿體的抗彎強度，具有增強的功能。並且以 180℃的養護溫度的抗 彎強度檢測值最高，其次為150℃，再其次為 120℃，而常溫養護的強度 則有較低的趨勢。

由圖 3.43 的結果亦顯示，含矽質再生原料的廢玻璃與矽砂傳統原 料，在常溫與高溫養護的抗彎強度檢測值均非常的相近，顯然兩者物性 具有相同水合反應性質的推測是合理的。並且非晶質玻璃粉的水合反應 的補強效果，較由結晶質石英構成的矽砂具有更佳強度的趨向。

另方面，含矽質再生原料中的花崗岩水泥漿體在常溫養護 28 天與 180℃的高溫養護，兩者試體的抗彎強度檢測值均與矽砂傳統原料試體 相近，顯然花崗岩水泥漿體的抗彎強度與抗壓強度性能，均適於替代矽 砂傳統原料的趨向。

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水泥與添加劑

水泥纖維板產品 無機質原料 纖維補強原料

漿體混拌處理

板材抄造處理

堆疊高壓成型處理

初凝與脫模處理

高溫蒸汽養護處理

板材裁切砂光處理 原料解纖預處理

產品物性測試

漿體循環處理 補充用水

製程廢料 粉碎處理 粉磨再循環利用

圖 3.44 典型的水泥纖維板廠型製作流程

一、水泥纖維板的抄造製程

抄造成板技術對水泥纖維板的廠型製作而言，亦是重要的關鍵之 一，目前水泥纖維板的廠型抄造製作均採用Hatschek Machine，以減壓式 抄造輪配合循環抄造毯的設備運作。由於國內先前的石棉板亦採用此類 型製作方式，且在國內的產製運作已有數十年的時間。因此，國內相關 板材業者在抄造成板的技術與經驗均已相當的成熟，許多現有的國內防 火板材業者亦均由石棉板製造廠轉型而成。

依據德國 Siempelkamp 公司提供的典型水泥纖維板原料抄造成板的 漿體操作濃度值為 4％，國內大部分業者的抄造成板的漿體操作濃度值 約為 5％，主要的考量是抄造成板的厚度需求與設備抄造的速度等因 素。抄造成板過程亦必需考慮配比原料的漿體黏度、附著性、壓濾性等，

並確認板的平整性等因素。圖 3.45 為廠型抄造機處理與抄造成板的情 景。

圖 3.45 廠型的 Hatschek Machine 抄造機處理情景

二、水泥纖維板的高壓成型處理製程 的高壓成型設備（stacking press）。此項設備亦是德國Siempelkamp公司提 供的關鍵水泥纖維板處理設備，其在世界的市場佔有率達到八成。堆疊

圖 3.46 廠型堆疊式高壓處理情景

三、 水泥纖維板的板胚初凝與脫模製程

當水泥纖維板的板胚，在經過前述的廠型堆疊式高壓成型處理後，

板胚的水合作用，已開始由初凝階段漸漸進入終凝階段。亦即當水泥與 水混合形成糊狀物時，水泥中的各種化合物即開始與水起化學作用，產 生膠質體及互相黏結而成極堅硬的固體，若能保持潮濕狀態，則化學作 用可保持數年之久。當水泥與水混合形成糊狀物，在短時間內保持可塑 性，隨後漸漸因化學作用而失去可塑性，此謂初凝（Initial set），當混合 物完全失去可塑性時，此謂終凝（Final set），當終凝時若攪動混合物，

將會嚴重損害強度。

由於堆疊式高壓成型處理是以平面鋼板作為模具，在完成高壓成型 處理後，必須進一步將鋼板移除脫模。此時板胚的初期強度若太弱時，

脫模作業將會導致板胚的破損。因此，如何縮短板胚由初凝階段進入終

圖 3.47 廠型堆疊板胚的脫模處理情景

圖 3.47 廠型堆疊板胚的脫模處理情景