第四章 結果與討論
4.2 燒結試體磚材之特性分析影響
4.2.1 燒失量變化
燒失量是指試體燒結前後重量之損失，其損失量主要是受到燒結過程 中之水分的蒸發、有機物氧化分解、無機鹽類之分解揮發及少量之重金 屬逸散所致。故試體原料成分如果含大量有機物及高溫易分解之無機鹽 類時，這些組成成分在燒結過程中會分解產生氣體逸散，使燒結體氣孔 增加，進而影響試體之內部細部結構、抗壓強度、吸水率及密度等等。
圖 4-1 為不同溫度下添加玻璃燒結後試體之燒失量變化，由圖中可看 到燒結試體之燒失量並不會隨著玻璃添加量增加而有明顯變動，各組燒 失量變化在17-21%之間。有如此燒失量，乃因燒結前之原料摻配混合時，
在每一組實驗都加入 16.67%水分來增加試體成型時的黏滯度，故在燒結 過程中會有水分蒸發成水蒸氣而逸散。此外，原料中佔少量之有機物及 高溫易分解無機鹽類和高溫逸散的重金屬亦增加了些許燒失量。就整組 實驗而言，從 800℃增至 1100℃之燒失量主要是受水分蒸散之影響，水 分貢獻的燒失量就佔了 85%以上，其他可燃分貢獻約 13%；無機鹽類受 熱分解約2%。
圖4-2 為不同溫度下添加稻殼燒結後試體之燒失量變化，由圖中可看 到 燒 失 量 會 隨 著 稻 殼 添 加 比 例 增 加 而 增 加 ， 試 體 燒 失 量 變 化 約 在 18-38%。就未添加稻殼之純污泥而言，燒結過程水分蒸散為主要燒失量 佔約85%。而以添加稻殼 10%及燒結溫度在 1100℃之試驗條件，燒失量 為26.97±0.08%，其中水分貢獻約佔 61.80%，其他可燃分(稻殼)及無機鹽 類受熱分解約佔38.2%，同時因稻殼之可燃分(有機物)較高，故燒結試體 之燒失量會隨稻殼添加比例增加而增加。
35 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
Weight loss on ignition(%)
Cullet content(%)
Weight loss on ignition(%)
Rice hull content(%) Sintering temperature(℃)
圖 4-2 不同溫度下添加稻殼燒結後試體之燒失量變化 4.2.2 體積變化率
燒結溫度之變化對燒結試體之體積變化而言，其主要影響在於試體膨 脹、收縮及開孔或閉孔體積之變化，就純淨水污泥之實驗結果顯示，當溫 度升至 1100℃時，試體體積收縮程度最大(可到達 26.20±0.91%)，歸究其 原因主要在於試體進行燒結時，高溫狀態會使試體的體積產生變化，試體
36 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
內部顆粒經由高溫熱作用，使顆粒運動、接觸，使顆粒產生黏結作用，使 試體內部孔隙率降低，並產生緻密化，緻密化過程會使試體體積呈現收縮 情形，造成試體收縮現象。另一方面，影響燒結試體體積收縮，也可能是 試體在高溫燒結時，有機物氧化分解、無機鹽類分解及水分蒸散，使試體 質量減少，造成體積收縮。此外，實驗材料之物質在高溫時，晶相發生改 變，亦會影響試體之體積變化。
圖 4-3 及圖 4-4 為不同溫度下個別添加廢玻璃及稻殼，試體燒結後之 體積收縮率變化，就純淨水污泥方面，燒結溫度在 800℃~900℃之間，試 體並沒有明顯收縮，可見內部頸部成長作用(如圖 4-5)尚未完全，結構較為 鬆散。但在燒結溫度達1000℃時，處在高溫狀態的粒子，被提供更高頸部 成長動力，使顆粒間黏結作用加快，造成試體明顯收縮，體積收縮率為10.23
± 0.57%。後續燒結溫度更高達到 1100℃時，純污泥之體積收縮更明顯，
有26.20 ± 0.91%之收縮率，可見燒結溫度能影響試體體積之收縮率。
在添加廢玻璃後，燒結溫度在 800℃~1000℃之間，體積收縮率並沒有 因廢玻璃加入量的多寡而明顯變化。但燒結溫度在1100℃時，體積收縮率 跟隨著廢玻璃添加量的增加而下降，顯示出添加廢玻璃會產生體積膨脹現 象。有如此現象，推估可能是在高溫燒結時，因廢玻璃的加入，產生大量 之黏滯性非結晶玻璃快速形成於試體外部，造成內部氣體釋放而無法穿透 玻璃層(圖 4-6)，致使試體內部孔洞變大(圖 4-6)，試體有發泡現象，使收 縮體積減少。由圖 4-7(a)(b)相較於(c)(d)觀察出 900℃之試體內部孔隙過 多，結構鬆散，在1100℃則因高溫燒結而產生黏滯性玻璃相物質，因而達 到更緻密化的現象。
對於添加稻殼對燒結試體之體積變化如圖 4-4，觀察出 800℃~1000℃
時 ， 隨 著 稻 殼 添 加 量 增 加 ， 體 積 收 縮 率 有 減 少 的 趨 勢 。 推 估 可 能 是 800℃~1000℃燒結體內部頸部成長作用並未完成，內部結構仍是鬆散，而
37 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
在燒結過程，隨著稻殼可燃分比例提高，可能因劇烈氧化後，造成大量氣 體產生，因此撐開試體，如圖 4-8(a)及(b)比較，圖 4-8(b)很明顯由外觀看 出試體已有些地方崩解掉落於邊緣，可見結構相當鬆散。
在燒結溫度 1000℃~1100℃時，因高溫使粒子獲得較高頸部成長動 力，使顆粒間黏結作用加快，導致試體收縮，此時，可燃分氧化產生的氣 體也會造成影響，由圖 4-8(c)及(d)比較，看出圖 4-8(d)有明顯小裂痕，推 估可能是因為可燃分氧化產生之氣體會撐開試體，但在1100℃下，粒子會 有收縮能量，二力作用下，造成試體產生裂痕。
0%
10%
20%
30%
800℃
900℃
1000℃
1100℃
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
Dimensional change(%)
Cullet content(%) Sintering temperature(℃)
圖4-3 不同溫度下添加廢玻璃燒結後試體之體積變化率
38 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
0% 10% 20% 25%
800℃
900℃
1000℃
1100℃
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5
Dimensional change(%)
Rice hull content(%) Sintering temperature(℃)
圖 4-4 不同溫度下添加稻殼燒結後試體之體積變化率
圖4-5 頸部成長之 SEM 圖[30%玻璃/1000℃(×20k)]
39 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
圖4-6 添加廢玻璃 30%之燒結試體及其內部孔隙之 SEM 圖(×1000)
圖4-7 添加廢玻璃不同配比之燒結試體 SEM 圖(×2000)
40 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
圖4-8 添加稻殼試驗之燒結試體照片 4.2.3 吸水率變化
燒結試體的孔隙可分為開孔和閉孔兩種，開孔是指孔洞之出口連到試 體表面，而閉孔則是在燒結體之內部形成一封閉孔洞。一般而言，燒結體 之吸水率主要與開孔有關。燒結試體之吸水率是指進入試體開放孔隙中的 水重與試體重之比值，故吸水率與試體開放孔隙的多寡具有相關性，ㄧ般 來說，透過吸水率的變化，可瞭解燒結試體內部孔隙的多寡，當試體開放 孔隙愈多，吸水率就愈高，而體積收縮率愈高時試體較緻密，代表著孔隙 率減少，相對的吸水率會跟著減少。然而，吸水率會直接影響試體的抗壓 強度與試體密度，在建築磚材應用上吸水率為相當重要的指標之一，通常 用來評定磚材緻密化程度，不同之磚材對吸水率的標準也有所不同，根據 中國國家標準(CNS)之規範，一般建築用磚一等磚之吸水率必須小於 15
％，鋪路用高壓地磚之A 級磚吸水率則必須小於 5％(如表 4-3 所示)。
41 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
試體燒結的溫度為影響試體吸水率的主要因素，根據圖4-9 及圖 4-10 結果顯示，不論添加劑種類為何，隨著燒結溫度愈高，燒結試體之吸水率 有明顯下降的趨勢，其中在 800~900℃時，因為燒結溫度尚未達緻密化時 的溫度，燒結試體表面摸起來尚有粉末的感覺，其構造屬於較鬆散的狀 態，內部開放性的孔洞較多，故吸水率呈現較高的趨勢。當燒結溫度達 1000℃時，已達緻密化時的溫度，內部結構較緻密、試體孔隙率下降，且 試體內之粒子，受熱力反應之影響，封閉試體內大部分的開孔體積，造成 試體吸水率偏低。根據圖4-9 結果可知，在玻璃添加比例為 20∼30％，吸 水率均在 19％以下，可符合 CNS 中建築用磚之二等磚規範。此外，在玻 璃添加比例為0∼20％，燒結溫度 1100℃時，其吸水率均在 15％以下，可 符合 CNS 中建築用磚之一等磚規範，至於 30％玻璃配比條件，吸水率接 近於0，則符合高壓鋪路地磚 A 級磚之標準，可應用於重型車道鋪面。當 廢玻璃添加比例愈高時，燒結試體吸水率愈低，於1100℃、玻璃配比 30%
時，燒結試體外部為黏滯性的非結晶玻璃相，將整個試體包覆住，故吸水 率又更加的下降。然而，稻殼添加物，因有機物含量較高，故在高溫時揮 發，因此添加的配比愈多，試體結構愈鬆散，造成試體中的開放性孔隙多，
體積收縮率小，故吸水率明顯增加。
根據圖4-10 結果顯示，燒結溫度在 900℃及 1000℃條件下，稻殼添加 比例為10％、20％及 25％時，燒結試體吸水率由 22.74％增加至 59.96％，
均無法符合中國國家標準磚(CNS)之規範，唯有燒結溫度 1100℃，稻殼添 加比例10％時，其燒結試體吸水率為 12.65％，符合 CNS 中建築用磚之二 等磚規範，然隨稻殼添加量增加，其吸水率亦明顯增加。此外，根據圖4-11 之照片顯示，燒結溫度在800℃及 900℃條件下，稻殻添加比為 20％及 25
％時，燒結試體經吸水率測試後，外部呈現崩裂的現象，無法測得吸水率。
圖 4-12 顯示燒結溫度 1100℃試體內部結構之緻密化程度，明顯較燒結溫
42 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
度1000℃為佳，因此燒結溫度 1100℃之燒結試體。
表4-3 建築資材之 CNS 規範─吸水率 中國國家標準(CNS)
建築用普通磚 高壓鋪路地磚 (CNS 382) (CNS 13295) 項目
一等 二等 A 級 B 級 C 級 吸水率(％) ＜15 ＜19 ＜5 ＜6 ＜7
0%
20%
800℃
900℃
1000℃
1100℃
0 5 10 15 20 25 30 35
Water absorption rate(%)
Cullet content(%) Sintering temperature(℃)
圖4-9 添加不同廢玻璃配比之燒結試體吸水率變化趨勢
43 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
0% 10% 20% 25%
800℃
900℃
1000℃
1100℃
0 10 20 30 40 50 60
Water absorption rate(%)
Rice hull content(%) Sintering temperature(℃)
圖4-10 添加不同稻殻配比之燒結試體吸水率變化趨勢
圖 4-11 燒結試體經吸水率試驗崩裂情形
44 逢甲大學學生報告 e-Paper(2005)
圖4-12 燒結試體之 SEM 圖(×2000) 4.2.4 密度變化
在燒結反應過程緻密化的程度是決定燒結效率重要的指標之ㄧ，燒結 試體之密度變化為表示緻密化程度之最佳指標。溫度對燒結試體本身密度 影響為一相當重要之參數，隨著燒結溫度愈高，頸部成長作用完全，粒子 與粒子間緊密黏結，故燒結試體之密度愈大。圖4-13，結果顯示，就純淨 水污泥而言(未添加任何添加劑試驗)，發現隨著燒結溫度愈高，試體之密 度由1.45 g/cm3增加至2.10 g/cm3。添加10％廢玻璃之試體也隨燒結溫度 升高，試體之密度由 1.51 g/cm3增加至 1.84 g/cm3。然而 20％和 30％在 1100℃時密度是呈現下降的趨勢，是因為試體內部氣體增加會造成試體內 部孔隙變大，然而試體外部之玻璃因呈現融熔狀態而將試體包覆住，試體 內部密閉性孔隙變多，緻密性不佳，因此造成燒結試體密度在1100℃隨玻 璃量的添加，由2.10 g/cm3降至1.72 g/cm3 (圖 4-13)。圖 4-14 為不同溫度