實驗方法

3.5.1 基本特性分析

垃圾焚化底碴資源化必需先了解其基本特性，包括組成成份分 析、重金屬總量分析、灼熱減量及毒性特性分析TCLP 溶出試驗等。

1. 四分法取樣

共取六組樣品進行基本特性分析，分別為：

(1) 內湖底碴 91.7.25 取樣（露天堆置 9 個月）

(2) 內湖底碴 91.7.25 取樣（室內堆置 9 個月）

(3) 樹林底碴原樣（92.5.7 取樣）

(4) 樹林底碴底碴 12mm 以下（92.5.7 取樣）

(5) 樹林底碴 4 號篩網以上（92.5.7 取樣）

(6) 樹林底碴 4 號篩網以下（92.5.7 取樣）

垃圾焚化底碴外觀似級配礫石砂，故直接用鏟鍬先堆成一堆，平鋪 帆布，以四分法混合後取對角兩份。重複此步驟將底碴混合後取樣，直至 數量足夠為止。將樣品置於外加貼標籤的透明夾鏈袋內使標示內容清楚，

以利後續分析之工作進行。

照片 3-1 四分法取樣 2.組成成份分析方法介紹

將取回本研究室之垃圾焚化底碴，模擬一般道路所承受之最高溫度範 圍 60℃至 50℃，以電熱式烘箱定溫 50℃進行乾燥，避免因高溫烘乾而破 壞或改變，垃圾焚化底碴部份未知的成份及結構，再繼續進行以下之成份 分析。

A. 有機物成份(600℃或 550℃)

a. 縮分後，取試樣 5~10kg 充分磨細使通過 100 號篩，然後烘乾稱 30g (乾 基)於已燒過恒量之坩堝中。

c.灼燒至恒量，減輕量計算出其含量。

i.用感應耦合電漿原子發射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy，簡稱 ICP／AES ）測出各種金屬含量。

註：方法h.中 HCl 溶出，如無法清澈時需過濾，不溶物再設法處理成完

f.置高溫爐中灼燒 1000℃至恒量（稱重）。

g.兩次稱重減輕之差值，計算出 SiO2含量。

E. 垃圾底碴浸漬液中 Cl 離子含量之測定

a.取垃圾底碴 5g 加入 100c.c.去離子水，以常溫攪拌 10 分鐘。

b.取浸漬液、過濾之清澈液體，用 0.1N 標準濃度之 AgNO3，以自動電 位滴定儀測定。(註：試液需在添加 3c.c.HNO3酸化後進行)

3.毒性特性溶出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure, TCLP) TCLP 為美國環保署在土地限制計畫下所公佈的最佳示範的可行處 理標準。目前我們環保署亦以此法做為有害廢棄物之判定標準，參照

（90）環保署檢字第 28002 號公告 NIEA R201.13C 方法。

方法概要：

廢棄物粉碎後使之通過9.5mm 的篩網，以過濾方式(50 psi 壓力下，

通過0.6～0.8μm 之玻璃纖維)進行固、液分離。依廢棄物的鹼度及緩衝 能力決定使用何種萃取液。有兩種可供選擇之醋酸緩衝液：No.1, pH＝

4.93±0.05；No.2, pH＝2.88±0.05。萃取條件為：液體－固體比為 20：1，

於旋轉式萃取器中萃取18±2 小時，轉速為 30 rpm。萃取液經過濾後與 前面經固、液分離的液相混合，以ICP 進行分析。

照片3-2 毒性特性溶出實驗(TCLP)設備

3.5.2 工程特性

1. 垃圾焚化底碴物理性質及工程性質分析

垃圾焚化底碴主要的成份為 SiO2^、CaO 及 Al2O3等無機質成份，推估 最經濟可行的再利用方式為道路底層的鋪設，為了驗證其可行性，特別參

焚化底碴進行一系列相關測試分析，參考比較的規範如CNS11828 道路用 高爐爐碴檢驗法、CNS11827 道路用高爐爐碴、CNS14602 道路用鋼爐碴 等。同時亦參考台灣省交通處公路局台灣公路工程施工說明書及交通部公 路工程施工規範-90 第三章路面工程基層混合料相關規定，目前基層混合 料除特別規定者外，應符合表3-5 之級配規定：

◎粗粒料為停留於2.0mm (No.10)篩以上之部份，其洛杉磯磨耗試驗之 磨耗率不得大於50%。

◎通過0.425mm(No.40)篩之材料，其液性限度不得大於 25，塑性指數不得 大於6 (非塑性)。

表3-5 道路基層混合料級配規定 篩號(mm) 過篩百分率

4 in（100） 100 No.4（4.75） 25～100

No.200（0.075） 0～25

對於垃圾焚化底碴相關的物理及工程測試方法其索引說明，如表 3-6 所示。

表3-6 垃圾焚化底碴物理及工程測試方法

測試方法名稱 參考索引

篩網分析（液體比重計分析） ASTM D42-63

pH 值測試 環署檢-4412.0

含水量測試 環署檢-4210.5

外觀密度測定 環署檢-42211.0

單軸抗壓強度 CNS 1232

硫酸鹽耐久性試驗 CNS 1167 粗細混合粒料篩分析 AASHTO T27-97 粗粒料比重及吸水率 AASHTO T85-91(1996) 改良式夯壓 AASHTO T180D-97 C.B.R 值 AASHTO T193-99

呈色判定 CNS 14602 第 6 節

2.級配篩分析試驗

本試驗為測定土壤顆粒大小分佈情形，粒徑在0.074mm(即=200 篩)以 上都用篩分析法，試驗步驟參照AASHTO T27.T11 或 ASTM-C117.C136。

將底碴粗粒料以標準篩振動器配合ASTM 3/4”(19.1mm)、1/2”(12.7mm)、

#4(4.76mm)、#8(2.36mm)號標準篩篩分，底碴粗粒料粒徑大小之分析情況 通常以通過各種尺寸之百分數表示之。

級配篩分析於土木工程性質上是最終強度的一重要指標。由數據分析 結果可顯示此垃圾焚化底碴採樣的均勻度，及其級配比例。

3.洛杉磯磨耗試驗(Los Angeles Abrasion Test)

磨耗試驗至今為止，在美國仍然為最常用之試驗。

此項試驗，主要者具有一水平旋轉之空心圓筒，長20 吋，直徑 28 吋，

並有鋼架徑向突出3 吋，伸展至圓筒之全長度。在此圓筒內，加以 5,000 克之所欲試驗之粒料，及12 枚鋼球，每枚重 417 克，並以每分鐘 30 轉至 33 轉之速度旋轉 500 轉。此粒料然後在 12 號篩子(1.68mm 開孔)上洗滌之，

再予乾燥並衡其重量。其次再將原先之重量與最後之重量之差，作為百分 數損失而記錄之。

此項試驗結果指出，其粒料之損失甚高者，無法產生強度高之產品。

這項試驗，對於定值底層粒料極為有用。

基層混合料規定洛杉磯磨耗試驗其磨耗率應為50%以下。

4.硫酸鈉健性實驗(Sodium Sulfate Soundness Test)

垃圾焚化底碴依照CNS 1167 的粒料健性試驗方法，浸入硫酸鈉溶液 中，經過5 個循環的健性實驗，所得之健度為能表示垃圾焚化底碴的抗風 化之潛力。

美國材料試驗學會ASTMC 88-69 試驗，係應用硫酸鈉或硫酸鎂試驗 粒料之健度，在美國常用以決定粒料抗風化之潛力。此乃公路材料選擇中 應予定值之一重要因子。

在此試驗，約有5,000 克已知顆粒分析大小之粒料，浸入於硫酸鈉或 硫酸鎂之溶液16 小時至 18 小時。「此樣品在一定重量在230^oF 之烘爐中烘 乾之」，此項步驟重複5 個循環或 10 個循環。此樣品然後冷卻、清洗並乾

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硫酸鹽健性試驗，是用以於區別堅實粒料與非堅實粒料者。

（1）硫酸鈉健性實驗目的

台灣地處惡劣的自然環境（炎熱潮溼、四周環海、污染嚴重等），垃 圾底碴若要應用於道路基層，首先必須模擬其長期處於道路基層乾濕之環 境下，粒料是否仍具有足夠之耐久性，以確保道路結構之穩定，目前相關 規範對於道路基層材料之耐久性尚無規定，但為了解氣象作用對垃圾底碴 及工程品質之影響，故進行健性試驗。

（2）硫酸鈉健性實驗概說

粒料須具有抵抗物理性風化作用及化學性風化作用之耐久性：

A.物理健性

物理健性為粒料抵抗風化作用而不生破裂或分解的性能：粒料吸水性 高則健性差，因水易於進出粒料使構造物易冰凍脹裂、乾濕縮脹、易 溶解等影響強度及耐久性。

B.化學健性：

卜特蘭水中含有K2O 及 Na2O 等之鹼性成分，與有些帶 SiO2、Al2O3

活性之粒料會發生化學反應類似水玻璃之物質，此種物質形成半透膜 不放出水只吸水而產生過度膨脹之結果，使混凝土發生破裂、扭曲及 崩潰等現象，稱之為粒料鹼性反應(Alkali-aggregate Reaction)。具鹼性 反應之粒料，一般認為有蛋白石、矽酸質與苦土質之石灰岩、凝灰岩 及板岩等。粒料之鹼性反應對混凝土品質有絕對不良之影響，有具鹼 性反應之粒料最好避免使用。

本實驗係測定垃圾底碴對於飽和硫酸鈉溶液之分解(Disintegration)抵 抗力，用以研判垃圾底碴之抗風化作用(Weathering)能力。

（3）硫酸鈉健性實驗試驗儀器

A.篩：所用各篩號，依據 CNS386 試驗篩(或美國標準篩)之規定，並需具 備表3-7 所列各篩號。

表3-7 粗、細粒料所用各篩號

解，務使其比重在1.151 至 1.174 之間。

通常在22℃之溫度時，每公斤水加 215 公克之脫水硫酸鈉粉末或 700 公克之硫酸鈉結晶。

B.試樣準備

垃圾底碴於細粒料（粒徑大於 4.75CNS386 相當於美國標準篩＃4）部 份較多，故捨棄粗粒料部份以細粒料的健性實驗結果代表垃圾焚化底 碴的抗風化能力。

（5）細粒料硫酸鈉健性實驗

A.細粒料試樣應通過 9.5CNS386 篩(美國標準篩 3/8”篩)，取樣之顆粒大 小及在兩篩號間之存留量，應符合表 3-8 之規定，並應有 5%以上之 寬裕量。

B.將細粒料用 0.3CNS386 篩(美國標準篩#50)徹底洗淨，再予 105℃至 110

℃之烘箱內烘乾至一定重量。用表3-8 之試驗標準篩，將試樣予以篩 分，再從各篩分中，各取100 公克(通常 110 公克之試樣已夠)，其餘 則可捨棄，所取之100 公克試驗，分別置入容器內，以備試驗。

表3-8 細粒料在兩篩號間之留存量 篩號CNS386(美國標準篩號)

停 留 通 過 留存量

0.3(#50) 0.60(#30) 100 以上 0.6(#30) 1.18(#16) 100 以上 1.18(#16) 2.36(#8) 100 以上 2.36(#8) 4.75(#4) 100 以上 4.75(#4) 9.5(3/8”) 100 以上

（6）硫酸鈉健性實驗步驟

A. 將罝有試樣之容器，浸泡於飽和硫酸鈉溶液內，液面至粒料之深度至 少須 12.5 公厘(1/2”)。完全浸泡後加蓋，以免液體蒸發及侵入雜質，同 時保持溶液之浸蝕溫度21℃±1℃，浸泡時間為 16 小時至 18 小時。

B. 將浸泡過之試樣，自溶液內取出，於室溫下涼乾，然後再放入 105℃至 110℃之恆溫烘箱內烘乾。由試樣浸泡於硫酸鈉溶液，至取出烘乾為止，

謂之一循環。

C.烘乾至一定重之試樣，等冷卻至室溫後，再浸入硫酸鈉之飽和溶液內，

重複上述步驟，直至所須之次數為止。

D.在完成最後一次循環試驗，試驗於室溫冷卻後，即用清洗洗除硫酸鈉，

並用氯化鋇(BaCl2)溶液與沖洗之水作反應試驗，以鑑定是否已被洗除。

E.清洗過之試驗，在 105℃至 110℃之恆溫烘箱內烘乾至一定重量，對細粒 料均以試驗前之同一篩號篩之，並秤量各別重量。其與該兩篩號原試樣 之重量百分比，即為該種類之損耗率。

注意事項：

c製備之飽和硫酸鈉溶液，有變色現象，則需去掉或加以過濾，並校正 其比重。

d試樣浸泡後，於烘箱內烘乾之過程中，不應使任何顆粒漏失。如為細 粒料，任何大於0.15CNS386 篩(美國標準篩#100)之碎骨不得漏失。

e飽和溶液需有結晶析出，以保溶液之飽和；每一飽和溶液，以不超過 10 次循環之試驗為宜。

（7）硫酸鈉健性實驗計算式

細粒料硫酸鈉之鍵性試驗之損耗率，由式c及式d計算之：

×100

= −

B

C

E B

ΣF=Σ(A×E)………d

式中：E=各粗粒料損耗率(%)

B=試驗前各組粒料試樣重(公克)。

B=試驗前各組粒料試樣重(公克)。