輕質骨材混凝土工程性質比較分析

傳統輕質骨材混凝土受限於輕質骨材吸水率高達 20∼30%以 上，因此在配比考量上以較低坍度及使用高漿量，以確保施工性及安 全性。本研究水庫淤泥經旋窯高溫燒結的輕質骨材，可在輕質骨材表 面形成一玻璃化（瓷化）的薄層，吸水率可降低至 10%以下，並且外 殼具有莫氏硬度指標 6∼7 硬度值。因此，輕質骨材混凝土可如同傳 統混凝土一般，具有高流動的性能。本研究初步評估輕質骨材混凝土 的工程性質，輕質混凝土配比方法採用「黃氏緻密配比設計法」，由 於採用常重砂、輕質粗骨材，飛灰緻密堆積降低水泥漿用量，減少水 泥與水用量；應用飛灰等卜作嵐材料改善骨材界面性質；使用強塑劑 及飛灰提供良好工作性能，因此可達到如同高性能混凝土的性能，以 四種不同配比，初步得到成果如下：

一、工作性：坍度 250±20mm，坍流度 550∼700mm，屬於高流動化 SCC 範圍。

二、抗壓強度：28∼68MPa（98 天齡期）。

三、彈性模數與ν 值：試驗結果與 ACI 318 相近。

四、熱導性係數：介於0.53∼0.65w/m°K 間。

第四節 輕質 RC 建築物結構經濟效益比較分析

在地震帶的台灣，傳統常重RC 構造由於混凝土單位重大，增加 構造物自重，產生巨大的地震水平力。本研究輕質骨材混凝土採用高 性能混凝土技術，同時具有強度夠、高工作性及耐久性佳的特性，可 以解決以往輕質混土工作性不佳、強度不足而無法使用於主要構件梁 及柱的問題，透過ETABS 結構程式，分析實際四棟建築物案例使用輕 質骨材混凝土可達到下列之經濟效益：

一、單位重愈輕的輕質混凝土愈有利於版厚的縮減量，縮減率介於8

∼28%之間。

二、在限制相同主鋼筋量為標準，分析自重及外力減少情況下，單位 重1600kg/m³之輕質骨材混凝土可縮短梁柱斷面積，平均達 57%，

而單位重1800 kg/m³及 2000kg/m³之輕質骨材混凝土可縮短梁柱斷 面積分別達到49%與 45％左右。

三、小梁柱僅考慮垂直靜載重與活載重下，縮減量分別可達到37∼

54%之間。

四、柱與牆斷面的縮減，可增加樓地版的使用空間；梁與版斷面的縮 減，可提昇樓層淨高度或增加樓層數。

五、高性能輕質骨材混凝土具高流動、強度夠及耐久性佳的特性，解

決梁柱接頭處施工不易的問題。

第五節 輕質 RC 建築物外殼耗能量比較分析

民國 84 內政部營建署出版建築節能源法，亦即建築外殼耗能量 ENVLOAD，目前有關建築設計的審查已將”ENVLOAD”列為必要條件之 一。本研究在空調型建築方面，選取4、14 及 31 層 RC 辦公室建築實 例；在住宿類建築方面選取2、14 及 31 層 RC 住宅案例，分別採用常 重RC 及輕質 RC 進行分析計算，得到結論如下：

一、台灣地區建築物無論空調型建築或住宿型建築，其耗能影響主要 是建築外殼之隔熱性能及遮陽性能二大項目。

二、空調型建築4、14 及 31 層建築整體外殼耗能量 ENVLOAD 值，輕 質RC 外牆比常重 RC 外牆分別節省 7%、12%及 13%之效果。

三、住宿型建築2、14 及 31 層建築物隔熱性能計算，比較其 RC 外牆 及屋頂Uaw、Uar 值，輕質 RC 隔熱性能較常重 RC 優越 40%左右。

第六節 輕質 RC 建築物外界空調負載分析比較

本研究依據徐氏基金會出版之「空氣調節設計基礎」（美國Carrie 公司出版之”Hand Book of Air Conditioning System Design，王洪鎧先生 譯），計算 3 棟不同實際建築案的空調負載，假設條件為 7 月室外溫 以 95°F（35℃）及室內溫度維持為 80°F （26.7℃），在考量不同建築 物的方位、風速、緯度、太陽入射角等，及僅考慮建築外界日光所造 成之空調負載，可得到計算結果如下：

一、建築物of-14 案例使用常重混凝土在正午、下午 4 點及下午 7 點 所需電力度數分別為9.86、14.95 及 8.09 度，而使用輕質混凝土在 前述三時段所需電力度數分別為6.54、8.61 及 2.7 度，因此，省 電率可分別達到33.7%、42.4%及 66.6%。

二、建築物d-2 案例，如前述在正午、下午 4 點及下午 7 點使用輕質 混凝土之省電率分別達39.8%、39%及 66.8%。

三、建築物of-4 案例，如前述在正午、下午 4 點及下午 7 點使用輕質 混凝土之省電率分別達45%、30%及 87.4%。

第九章 結論與建議

第一節 結論

本評估報告經一系列的評量有關輕質骨材生產、工程性質及以國 內數座實際建築物為對象，進行常重與輕質骨材混凝土的評估比較，

獲得具體的資料如下：

1.依據假設年產量 36 萬 M³ ，以 10 年估算，所產出輕質骨材可完全 銷售，單位成本分析＄450 元 M³。若能爭取到淤泥棄置費 500 元 M³，以輕質骨材銷售價＄1,500 元/ M³，投資生產輕質骨材利潤

（若不計利息時）者有$1,550/$450=344%之投資回收利益(RQI)，

具有相當的利潤。

2.初步依據現有輕質骨材，建立高性能輕質骨材混凝土工程性質基本 資料庫。

3.各種案例使用輕質混凝土後，結構樑柱斷面可減少 32%∼50%範圍，

可節省大量混凝土用量。

4.依據營建署 ENVLOAD 外殼耗能分析方法，計算 of-4 案例使用輕質 混凝土後，降低 7%，of-14 案例降低 12 %，of-31 案例降低 13%，

證明輕質混凝土具有極佳的建築物外殼節能性質。

5.使用輕質混凝土在合於 ENVLOAD 外殼耗能分析規定量下，降低屋頂 厚度,更可精簡施工步驟。

6.of-14 案例使用輕質混凝土後，空調負荷可節省電力 33%以上。

7.整體評估輕質骨材混凝土使用於 RC 結構上為經濟可行之方案，值 得推廣，也是政府施政應積極推動的方案。

第二節 建議

一、根據本研究清楚看出台灣利用水庫淤泥製造輕質骨材有甚高之經 濟價值，對國家綠色家園的願景及資源永續的方向上有指標性之 意義。而依據假設每 36 萬ｍ³工廠需要人力 110 人，台灣每年有 360 萬 m³之淤泥可生產輕質骨材，則至少可為國內創造 1320 人 的工作機會，如果附加由於輕質骨材行業所淵生之「研發－製造

－生產－品保－運輸－行銷」的人力鏈，則可提昇至 6 倍的人力 需求，則約 1 萬人，產值約計 72 億元，對國家整體經濟將有助 益。

二、針對台灣地理特殊環境，土石崩落在所難免，為防止淤泥造成之 困擾，未來水庫設計應考慮設置排泥道，定期排泥清淤，可節省 公帑。

三、針對以上優點，然而如何使上游生產－中游製造－下游之應用行 銷連成一貫，通路無礙，則政府仍需投資研究發展工作，並建立 產官學間的規範、典章，以下為建議仍需探討之課題。

九十二年度研究課題建議表

九十二年度研究課題建議表

九十二年度研究課題建議表

研 究 課 題 水庫淤泥輕質骨材及輕質混凝土施工技術規範訂定與產業推廣研究

緣起、目的

本計劃訂定水庫淤泥輕質骨材規範及輕質骨材混凝土施工規範，以 提供業界參考。輕質骨材規範內容以修訂 CNS 3691 結構用輕質混凝 土粒料為主，新增內容包括輕質粒料的等級、分類及適用產品等。

輕質混凝土施工規範將針對輕質混凝土性能，參考混凝土施工規範

（土木 402-88）的內容來擬訂，並辦理輕質骨材混凝土的應用及規 範推廣研討會。

研 究 內 容 ( 請 條 列 )

1.擬訂淤泥輕質骨材規範。

2.擬訂淤泥輕質骨材混凝土施工規範，包括輕質混凝土材料品質、

輕質混凝土配比、輕質混凝土強度及耐久性要求、輕質混凝土拌 合、澆置搗實及養護作業、輕質骨材混凝土品質驗證等。

3.訂定非結構用輕質混凝土產品標準如防火牆、防火板、帷幕牆等。

4.舉辦水庫淤泥輕質骨材及輕質混凝土施工技術規範說明及研討 會。

5.舉辦輕質骨材混凝土產品應用研討會，推廣輕質骨材市場通路。

預 期 成 果 ( 請 條 列 )

1.完成淤泥輕質骨材規範草案。

2.完成淤泥輕質骨材混凝土施工規範草案。

3.完成訂定非結構用輕質混凝土產品標準如防火牆、防火板、帷幕 牆等。

4.舉辦技術規範說明及研討會，推廣輕質骨材市場通路。

執 行 方 式 與本所合作研究 委託研究 □其他_____________

提案單位：台灣科技大學 聯絡人：黃兆龍教授 (02-2735-3950)

E-mail:[email protected]

參考文獻

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2. 黃兆龍、洪盟峰、杜宗嶽、蔡昌宏，「本土輕質骨材混凝土隔熱與 節能之研究」，中華民國建築學會第十三屆建築研究成果發表會論 文集，正修技術學院，高雄，F32，民國九十年。

3. 黃兆龍、洪盟峰、蔡昌宏，「高強度輕質混凝土發展潛能及耐久性 配比設計評析」，高強度輕質混凝土發展與耐久性配比設計研討會 論文集，正修技術學院，高雄，第B1-B22 頁，民國九十年。

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