為評估全省各地水庫淤泥燒製輕質骨材可行性，本文僅針對不同水 庫淤泥的化學成分及雛粒性質等先天條件與處理狀況，在相同的燒製條 件下（燒結的溫度為1210℃，旋窯轉速為每分鐘旋轉 4 圈），對燒製輕 質骨材的影響討論如下：
3.1 水庫淤泥輕質骨材膨脹探討
本計畫採用欣得有限股份公司提供之旋窯將淤泥燒製為輕質骨 材，燒結的溫度為1210℃，旋窯轉速為 4 RPM（每分鐘旋轉 4 圈），已 成功地將十五座水庫淤泥燒製為輕質骨材，由燒製出之輕質骨材外觀觀 察，骨材表面也生成相似玻璃相的薄殼，具有一定的強度，外觀光滑而 細緻，唯獨每一水庫淤泥化學成分比例不同，在1200℃溫度燒結下，骨 材的膨脹程度不一，膨脹的程度由燒結前後的鬆單位比值決定，比值越 小則膨脹狀況越佳，15 座水庫之中膨脹狀況較良好者共有七座水庫(如 表7-3.1 所示)，包含寶山水庫、澄清湖、日月潭、石門水庫、阿公店水 庫和仁義潭水庫，水庫淤泥製成之雛粒與骨材的鬆單位比值大致為0.30
∼0.60 變化，另外，鳳山水庫雖然擁有較高之雛粒與骨材的鬆單位比值
（0.87），但膨脹情形也相當良好，主要原因在於化學成分比例的不同，
使得其與其他水庫燒製情形大不相同。而青草湖水庫、明潭水庫、明德 水庫、白河水庫等四座水庫淤泥的燒製骨材有稍微膨脹情形，雛粒與骨 材的鬆單位比值大致為0.60∼0.80 之間，膨脹狀況較差者有南化、大埔、
虎頭埤、翡翠等四座水庫，雛粒與骨材的鬆單位比值則介於0.80∼0.92 之間。照片7-3.1~7-3.8 為各水庫雛粒與骨材的樣品。
表7-3.1 雛粒與輕質骨材之性質
A.翡翠水庫
B.青草湖水庫
照片7-3.1 翡翠水庫淤泥與青草湖水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.石門水庫
B.明德水庫
照片7-3.2 石門水庫淤泥與明德水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.寶山水庫
B.大埔水庫
照片7-3.3 寶山水庫淤泥與大埔水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.日月潭水庫
B.明潭水庫
照片7-3.4 日月潭水庫淤泥與明潭水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.仁義潭水庫
B.虎頭埤水庫
照片7-3.5 仁義潭水庫淤泥與虎頭埤水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.南化水庫
B.阿公店水庫
照片7-3.6 南化水庫淤泥與阿公店水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.鳳山水庫
B.白河水庫
照片7-3.7 鳳山水庫淤泥與白河水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
A.澄清湖水庫
照片7-3.8 澄清湖水庫淤泥雛料與燒結料照片之比較
3.2 化學成分
原料所含化學成分之量會影響黏土之膨脹性質與熔融溫度，歐美各 國的試驗結果，對於輕質骨材燒結過程中，熔融溫度的預測已有相當的 把握，影響膨脹的因素則尚未有肯定的成果，大致認為氫氧離子的濃度 和氧化鐵等雜質均影響膨脹性，而影響膨脹性最大乃為化學成分的比 例，已有學者提出具膨脹性黏土的化學比例分配如圖 7-2.1 的斜線範圍 內，主要是以二氧化矽（SiO2）為主要成分，其他三氧化二鋁（Al2O3） 約10∼20%，三氧化二鐵（Fe2O3）約2∼10%，氧化鎂（MgO）約 1∼
2%，氧化鈉（Na2O）及氧化鉀（K2O）約 3∼6%，具有膨脹性的原料 一般含有機物，如因風化作用而消失，則有減低膨脹之傾向。
大部分水庫淤泥的化學成分比例為，二氧化矽（SiO2）之含量介於 53∼77%之間，三氧化二鋁（Al2O3）約8∼20%，三氧化二鐵（Fe2O3）
約4∼8%，可大致可符合容易膨脹的化學成分比例，其中鳳山水庫的化
580±100 850±100 1025±100
平均骨材鬆單位重(kg/m3
)
平均化學成分含量％
1
SiO2
Al2O3
Fe2O3
3.3 雛粒的含水狀態與鬆單位重
初開挖出的水庫淤泥含水量為飽和狀態，較不利於造粒，必須將淤 泥作適當的脫水處理，使其含水狀態適合於造粒機造粒，造粒後的雛粒
（粒徑為 5mm），其含水量及鬆單位重試驗結果如表 7-3.1 所示。試驗 結果顯示，雛粒的含水率大致介於 12∼24%，而鬆單位重則介於 1100
∼1300 kg/m3。
除了配合造粒而進行脫水處理外，雛粒中的水分會影響骨材燒製過 程中體積的變化。一般而言，雛粒在燒結初期（20℃到 100℃間）發生 膨脹，接著由於水分的去除，開始收縮。收縮的原因是包圍在粘土四周 的膠膜（膠膜是提供粒料具有成形的強度）產生脫水，直到接近焙燒階 段（300℃附近），收縮才終止。其後因結晶水開始排出（約400~600℃）， 晶體結構會發生大變化，所以有大的膨脹。假若水分的散失過於迅速且 劇烈，在燒製初期雛粒的表面容易發生微小裂縫，此等裂紋對於輕質骨 材的性質產生影響。
從部分學者研究中，若將粉末輕輕地填充於坩鍋中，並另取粉末加 壓成形，此兩試樣在同溫度燒成後的比較時，發現前者質輕而多孔，後 者則較緻密且收縮率較大，由此可推論，雛粒的密實度也間接影響骨材 的膨脹狀況，雛粒內部越鬆散則燒成的骨材質量越輕而多孔隙，換言 之，具有相同的化學組成與含水狀況時，雛粒的鬆單位重越小，越有利 於燒製輕質骨材。比較青草湖與鏡面水庫可驗證出這樣的論點，他們雖 然有相近的化學組成比例及雛粒含水率，因為雛粒鬆單位的不同（分別 為1229 kg/m3及 1164 kg/m3），在相同燒製條件下，卻表現出不同的骨 材性質，青草湖的 921 kg/m3 骨材鬆單位重要略輕於鏡面水庫之 963 kg/m3。