飛灰

飛灰是燃煤火力發電廠的副產物，粉煤經過鍋爐燃燒後粉煤灰燼隨著氣體的 排放回收後被靜電集塵器所吸附，此無機物粉末就被稱作「飛灰」，程序如圖 2-8所示。依不同燃煤來源、燃燒因素與集塵設備等影響，所產出的飛灰品質也 會有所不同。

圖 2-8火力發電廠蒐集飛灰示意圖 (資料來源：參考書目[24])

依據 ASTM C618 規範中，飛灰可區分為 Class F 及 Class C 兩大類，F 級飛 灰主要是燃燒無煙煤及煙煤，其化學組成 SiO2+Al2O3+Fe2O3大於 70%，CaO 含 量較低，長時間在空氣中不會硬化；C 級飛灰則是燃燒亞煙煤及褐煤，其化學組 成 SiO2+Al2O3+Fe2O3大於 50%， CaO 含量高於 15%，長時間暴露於空氣中會自 行水化結塊。飛灰屬於卜作嵐材料，於存在含水分的條件下，即可和水泥水化生 成物中的氫氧化鈣產生卜作嵐效應(pozzolanic reaction)，生成水化矽酸鈣、水化 鋁酸鈣以及水化矽鋁酸鈣。

貳、飛灰物理性質

了解飛灰化學成分之規定，針對煤成分、研磨、燃燒、收集等過程皆須有所 控制，以利生產飛灰時能夠控制其品質；故限制物理性質，是為了確保於混凝土 中添加飛灰能夠達到增進品質的效果，如表 2-2所示。

煤源 粉煤機 鍋爐 靜電集塵器 飛灰塘

(濕存) 飛灰乾筒

(乾存)

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參、飛灰混凝土特性

飛灰組成中的 SiO2、Al2O3能夠水泥中的氫氧化鈣(Ca(OH)2)反應，進而產生 晶狀的 C-A-H 膠體以及低密度的 C-S-H 膠體[26]：

CH+S+H→C-S-H(Calcium Silicate Hydrates) CH+A+H→C-A-H(Calcium Aluminate Hydrates)

上兩式中的 C、S、A、H，分別指氧化鈣(CaO)、氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、

以及水(H2O)的縮寫，CH 則是指氫氧化鈣(Ca(OH)2)。

飛灰應用在混凝土中此兩種產物可以填充混凝土中的微小孔隙，並產生膠結 效果提升粒料與粒料間的界面鍵結強度，降低混凝土滲透性與乾縮反應、改善工 作性、降低水化反應所產生的熱能、增加抗硫酸鹽侵蝕能力以及降低鹼粒料反應 的發生，以上卜作嵐反應活性將大幅度的提升混凝土的耐久性[27]。

肆、新拌飛灰混凝土性質 1. 凝結時間

在一般混凝土中添加飛灰來替代水泥用量，會因為飛灰的水化反應較為緩慢 而延長混凝土的凝結時間及降低早期的強度，因此混凝土的澆置施工及拆模的時 間必須要多加注意；但在一般的情況下，添加飛灰對於混凝土並沒有明顯的緩凝 效果。

2. 工作性

飛灰表面為光滑的球形，因此在混凝土拌合的過程中，飛灰能夠促使粒料間 有潤滑的效果，進而改善混凝土的工作性，並且在相同的坍度下，飛灰能夠影響 混凝土拌合的用水量；但對不同的混凝土配比而言，飛灰的摻量具有一個最佳 值，超過時反而導致混凝土的工作性會下降。

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飛灰的品質也是其中的關鍵，若飛灰品質不良或拌合不均，混凝土中會有結 球或不均勻的現象；但若改善飛灰品質及有足夠的攪拌，則飛灰混凝土的均勻性 提高有助於增加混凝土的黏滯性。

3. 降低混凝土溫度

飛灰替代部分水泥，能夠使混凝土中的水泥用量減少，降低混凝土早期的水 化熱，可減少巨積混凝土的內外溫度差與因水化熱而產生的裂縫，有利於巨積混 凝土的施工。

伍、硬固飛灰混凝土性質[28]

1. 早期強度

飛灰會與水泥水化產物中的氫氧化鈣在有足夠的水分供應的環境中發生卜 作嵐反應，但須注意飛灰混凝土的養護溫度不能夠過低，否則卜作嵐反應會無法 完全發揮，因此養護條件會很明顯地影響飛灰混凝土的強度成長。在正常的溫度 條件下，28 天齡期時卜作嵐反應尚在初期階段，故飛灰混凝土的早期強度會低 於一般混凝土。

2. 長期強度

飛灰的卜作嵐反應隨著齡期的增加不斷進行，產生的晶狀鈣鋁鹽類(C-A-H) 以及低密度的鈣矽膠體(C-S-H)，來填塞混凝土中的微小孔隙，並提高粒料界面 鍵結強度，使混凝土結構緻密化；一般齡期達 91 天，飛灰混凝土強度通常就可 以超過同齡期的普通混凝土。

3. 彈性模數

飛灰混凝土之彈性模數與抗壓強度的關係，基本上與普通混凝土並無顯著得 差別；故相關規範中之以抗壓強度推算彈性模數的公式，仍可以適用。

4. 體積穩定性

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大多數飛灰混凝土的乾縮量與潛變量與普通混凝土稍有差異，故應適當養 護，否則乾縮的潛變量可能明顯增加。[29]

5. 耐久性

因飛灰會與水泥的氫氧化鈣起反應生成膠體堵塞孔隙與水路，增加緻密性，

降低滲透性。飛灰混凝土的抗滲透性與一般混凝土一樣隨著水膠比的增大而降 低。在 28 天齡期前，飛灰混凝土的水密性較一般的混凝土差，且隨飛灰摻量的 增加而降低水密性；約 56 天齡期時，飛灰混凝土的水密性可能接近一般混凝土；

到 91 天齡期時，飛灰混凝土的水密性能夠繼續提高而超過一般混凝土。因為飛 灰的卜作嵐反應對於混凝土的微小孔隙有填充及堵塞的作用，能抑制外界有害因 子對混凝土的侵蝕。

飛灰的卜作嵐反應可消耗氫氧化鈣與降低混凝土中的鹼度，抑制氫氧化鈣與 硫酸根離子生成鈣礬石，防止混凝土體積膨脹發生龜裂。添加飛灰相對的減少水 泥中所含的鋁酸三鈣，減少其與硫酸鹽類反應生成硫鋁酸鹽機率，提高抗硫酸鹽 類的性能。

6. 鹼-粒料反應

混凝土中添加適當飛灰可與水泥中的鹼性物質發生反應進而減少鹼粒料發 生的機率。

陸、飛灰混凝土作用機制[30]

1. 改善混凝土孔隙結構

飛灰的卜作嵐反應會生成水化矽酸鈣 C-S-H 膠體填充毛細孔隙，降低孔隙 與孔隙間的連通性，增強混凝土的緻密性，使其滲透的通道比普通混凝土彎曲，

增強抗滲透能力；隨著混凝土的齡期增加，卜作嵐反應更進一步發揮，抗滲透性 能提高。

2. 抗凍融性佳

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添加飛灰的混凝土在 28 天齡期時，由於卜作嵐反應尚未完全反應，因此在 28 天時抗壓強度比一般的混凝土還低。

隨著養護齡期的增加，卜作嵐反應也隨之作用，因此卜作嵐反應所產生的 C-A-H 以及 C-S-H 膠體也在增加，此兩種產物的增加，填充了混凝土的孔隙，

也提高了粒料間的鍵結強度，故當齡期到達 91 天時，添加飛灰的混凝土強度能 在往上提升。

8.飛灰混凝土對鋼筋腐蝕的影響

文獻[30]指出在混凝土中飛灰摻量為 0%，30%，40%，50%，60%，70%時，

混凝土的 pH 值分別為 12.56，12.50，12.46，12.24，12.15，12.06，都仍在 pH 值 12 以上，高於鋼筋表面鈍化膜破壞的臨界值，因此鋼筋在混凝土中仍能夠形 成緻密的氧化膜來保護鋼筋。

第七節 高爐石