研究目的

本計畫目的即在評估以本研究團隊所製造的高性能高強度水庫 淤泥輕質骨材混凝土使用於RC 結構物上，進行一系列經濟性評估，

這些評估工作以低、中、高三種樓高，住宅及辦公室二種建築類型為 分析對象，針對普通混凝土及改用輕質骨材混凝土後之效益。期能建 立水庫淤泥輕質骨材混凝土使用在RC 結構物優越性及經濟性的分析 資料，以做為生產開發、推廣使用及投資決策之參考。

第四節 研究流程

本研究工作之整體流程如圖1-1 所示。

資料蒐集

第二章 研究計畫

第一節 研究方法

本計畫整體流程如圖1-1 所示。基本上由於研究時間短促，無法 以一般研究方式進行，故集合相關領域專家，萃取各專家多年來研究 之心血。但為了研究成果一致性，採用密集專家座談方式，每週至少 召開一次會議，會中建立研究標準作業程序，隨時修正完成結果及控 制進度，並藉由座談腦力激盪，使進行之工作能「多而不雜、急而不 亂」。各項工作均分點同步同時進行，其研究任務如下：

1.台科大黃兆龍教授研究室進行生產成本及投資風險分析，和輕質骨 材混凝土基本工程性質分析及資料庫建立。

2.台科大潘誠平教授研究室進行估算採用輕質骨材之結構經濟效益。

3.陳宗鵠教授研究室進行建築物外殼耗能量評估指標分析，並按建築 師需求評估輕質混凝土能源效益。

4.黃博全教授研究室進行建築物電力負載分析，評估低中樓層因使用 輕質骨材混凝土之電力負載改變及效益。

第二節 研究變數

一、水庫淤泥輕質骨材料源成本分析

係針對石門水庫之淤泥為對象。假設每月生產1000m³輕質骨材，

並以 10 年為設備折舊之年限，估算投資、生產及投資報酬率，藉以 分析料源直接、間接及利潤成本，最後建議政府以補貼退縮方式來達 到激勵廠商投資之意願。

二、輕質骨材混凝土工程性質分析

係針對目前生產之輕質骨材，以不同輕骨材顆粒比重（0.7、1.1、

1.5）設計強度 3000psi、4000psi、6000psi、8000psi 之混凝土，並量測其 他物理性質，包括熱學性質（熱傳導係數）及耐久性指標（電阻及氯 離子電滲量）。

三、輕質骨材混凝土應用於RC 結構物之性質分析案介紹

本分析包括第一節之2、3、4 項工作。研究之標地為 0∼10 層、

10∼20 層、20∼30 層之現有案例，並將之區分為住宅及辦公室二類建 築類型之要求，分別以上項之輕質骨材所製造之輕質骨材混凝土選定 280kgf/cm2(4000psi)、420 kgf/cm2（6000psi）及 560 kgf/cm2（8000psi）三 項強度，單位重為1600kg/m³、1800 kg/m³、2000 kg/m³，熱傳導係數為 0.5w/m°k，做為輸入數據，進行分析輕質骨材「質輕」及「隔熱」二 項經濟效益。

針對以上之準則之不同樓層共選定三處建築物，標示為（A 棟、

B 棟、C 棟），再區分住宅（D）及辦公室（O）二類型，再分別依據 規範設計荷載，及省能之標準要求，進行評估。三處建築個案分別介 紹如下，見表2-1 所示。

1.0∼10 層建物代表：共選二棟建築，一棟為二層樓住宅建物，座落 於南投縣仁愛鄉之住宅建築，建築之設計配置圖如圖 2-1 所示。另 一棟為四層樓辦公建築，座落於南投縣埔里鎮之公用建築，建築物 設計配置如圖2-2 所示。

2.10∼20 層建物代表：為一棟 14 層商業辦公建築，座落台北縣淡水 鎮，其建築設計配置圖如圖2-3 所示。

3.20 以上層建物代表：為一棟 31 層商業住宅混合鋼構建築，座落台 北縣三重市，其建築設計配置如圖 2-4 所示。由於高層結構目前並 無 RC 之實例，故取用鋼構 SRC 重新以建築基地加以核算成 RC 結 構，並輸入輕質骨材特性，才比較經濟效益。

表 2-1 研究選定建築物簡介

項目 地點 構造種類 用途 基地面積 建築面積 興建各層總面積 d-2+ 南投縣

仁愛鄉

RC 造

2 層 住宅用 746m2 159m2 317m2 of-4 南投縣

埔里鎮

RC 造

地上4F、地下 1F 辦公用 3,112m2 1,446m2 6,083m2 of-14 淡水鎮 RC 造

地上14 層、地下 3 層 商業區 2,964m2 1,941m2 22,460m2 of-31 台北縣

三重市

SRC

地上31 層、地下 5 層 商業、住宅 2,934m2 1,681m2 48,511m2

備註：of 代表辦公類；d 代表住宅類；和+數字表示「樓層」。

圖 2-1-(1) 建築物 d2 平面圖

圖 2-1(2) 建築物 d2 立面圖

9

圖 2-2(1) 建築物 of4 平面圖

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圖 2-2(2) 建築物 of4 立面圖

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圖 2-3(1) 建築物 of14 平面圖

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圖 2-3(2) 建築物 of14 立面圖

圖 2-4(1) 建築物 of31 平面圖

第三章 水庫淤泥製造輕質骨材經濟性分析

第一節 前言

輕質骨材的研發工作早在二十世紀初期在美國即已開始，甚至大 量工業化生產。日本在 1964 年代開始進行工業化，迄今已有 40 年以 上的歷史了。而台灣輕質骨材的研發在 1970 年代即已開始，然而早 期之研究素材需要有礦源，而且必須「開山取礦、研磨、造粒」等工 作，以致成本昂貴，與傳統骨材比較毫無競爭力，甚至不可能工業化 生產。在 1991 年榮工處、營建中心、營建業、成大、台大、中興大 學，礦業研究所等組成團隊進行整合型工業化生產，然而也面臨同樣 宿命，無法持續[4]。

1991 年台灣科技大學黃兆龍研究室完成冷結型輕質骨材生產技 術，並獲專利。1999 年台灣科技大學應用水庫淤泥、工業淤泥製造輕 質骨材，使水庫等含黏土成份之材料或混合材料製造輕質骨材的工業 化生產邁向坦途。因為過去 30 年台灣製造輕質骨材的原料，不需要 開採礦源，只要廢棄淤泥的來源穩定即可。換言之，製造輕質骨材變 成再生利用的重要途徑，非主要生產作業。再反觀資料顯示，台灣各 水庫多已出現淤泥及浚渫物增加之嚴重現象，而且日益嚴重，更因台 灣降雨量多，造成土石沖蝕，導致每年水庫之蓄水量減少，這些淤泥

高達1,460 萬立方公尺。 而水庫日積月累之淤泥及浚渫物，將斷送水 庫原有蓄水、發電、防洪等多用途目標，甚至提早壽終正寢。所以水 庫迫切需要清淤，使之風華再現。尤其2002 年台灣各地嚴重的水荒，

更加顯現清淤的急切性。在輕質骨材製造的可行方案下，水庫淤泥適 度提供再生利用的材料，使水庫淤泥製造輕質骨材為未來台灣「綠色 建材」的重要標的。尤其，台灣在營建業鼎盛期，每年非法盜採至少 4000 萬立方公尺的河川砂石，造成河川橋基椿裸露毀損，5000 多座橋 隨時在超載；地震、河川激流作用下，危機處處，替代骨材的需求也 日益提高。時機上，利用水庫淤泥製造輕質骨材，可解決台灣砂石欠 缺的危機。另外，輕質骨材具質輕、質能的特色，有耐震、隔熱、防 火等特質，乃是未來混凝土骨材之主流，對能源節約有其正面之價 值。而且美國預期2030 年大量採用「輕質高強度混凝土」，可見輕骨 材的開發及應用仍為全球性的目標。

第二節 輕質骨材工程用途及市場需求

一、輕質骨材的工程用途 1.輕質混凝土

採 用 氣 乾 顆 粒 輕 質 骨 材 ， 密 度 為 1.7-2.0g/cm³ 以 下 居 多 [1,5,6,7]。因輕質骨材之生產量以美國、俄國、德國、日本、加拿

大、中國大陸為主，目前國內輕質骨材大部份依賴進口，少量由 國內自行生產。輕質混凝土的特質，包括為質輕、抗壓強度高、

能節約成本、耐久性佳、抗震、防火及施工方便等，故可作為建 築主要結構體(樑、柱、樓面)，預鑄外牆板、橋面板、人行道舖 面、泊油路面之工程建材。

2.輕質磚塊^[1]

採用淤泥漿與燃煤飛灰混合，因淤泥失去水分而成為可塑性 之黏土，經過 14 小時在窯爐內，高溫約 30°-900℃燒結，並自然 乾燥，而成為輕質磚塊。目前，台灣乃利用水庫水力發電取水口 附近所清理之淤泥漿與台電火力發電廠燃煤之飛灰混合製造，生 產出之輕質磚塊，經由實驗室試驗及測定，此磚塊性能佳，可做 為上等之建築材料，而其生產成本，目前一塊磚成本約新台幣1.2 元。

3.室內隔間板

因輕質骨材具有質地輕，隔音、抗火、耐久及施工快之特質，

所以可用作室內隔間板之建築材料。

4.屋頂防水隔熱材料

因輕質骨材具有隔熱、防水及耐久性高之特質，故可用作建

築物屋頂之最佳建材，主要產品為隔熱板。

二、輕質骨材的市場需求

台灣在營建業全盛時期每年使用 4000 萬 m³之骨材，一般約 3000 萬 m³，以台灣水庫每年淤積量可以生產 300 萬 m³之輕質骨材，佔有 10%之量，又台灣屬地震帶，對輕質骨材需求量甚高，只要單價低於 2000 元/ m³，則 10%之量只是小數目，去化不難，銷售通路不是問題。

第三節 水庫淤泥製造輕質骨材建廠規劃

輕質骨材為優良之建築材料，具有其開發之潛能性。目前台灣之 輕質骨材絕大部份仍依賴外國進口。進口之輕質骨材單價高，每立方 公尺到岸價約為新台幣 2,800 元，而預拌混凝土廠之經銷價約每立方 公尺為新台幣 4,000∼5,000 元。比較一般骨材之價格差距，不合經濟 原則，輕質骨材在國內大量使用仍具很大空間，只要原單降低，政府 政策之配合，未來經濟可期。

一、水庫環境影響評估

台灣各水庫之地形及位置可分為峽谷型、丘陵型、 湖泊型和洪 水平原丘陵型。水庫上中游之原始河床坡陡且多含粗粒砂石， 因地 震、季節、 氣候之變化， 河川中巨量之土泥砂石沖入水庫裡， 造 成水庫之蓄水量減低， 此為一自然形成之現象。 而對於水庫中之含

量豐富之土泥砂石, 卻是一個等待開發的再生事業。每年統計水庫淤 積量為 1,460 萬立方公尺，換言之，「水礦」之來源即有 1,460 萬立方 公尺。

1.水庫下游的影響

以往，台灣水庫下游多設有沉澱池處理場， 而沈積下來之 淤泥， 也多為填土之用或將之廢棄。利用水庫水力抽泥機、浚 渫方式和機械方式，控制並減少水庫上中游之沙量。 其下游之 淤泥需頁岩質，適合製造輕質骨材，而對於設廠之環境影響， 因 水庫下游土地多為工業、商業及民生之用途，並無不利之影響，

反而帶來更多就業機會。

2.經濟效益評估

在水庫下游投資開發輕質骨材之再生製造廠，所需要之土地 及廠房，依照「促進民間參與公共建設法」條例三條第二款，乃 屬環境污染防治設施之公共建設; 及為提升公共服務水準，加速

在水庫下游投資開發輕質骨材之再生製造廠，所需要之土地 及廠房，依照「促進民間參與公共建設法」條例三條第二款，乃 屬環境污染防治設施之公共建設; 及為提升公共服務水準，加速