飛灰、爐石特性及卜作嵐反應

1.1. 飛灰之特性

飛灰來自火力發電廠煙囪所排放之灰塵，係屑煤經磨碎至 70%通過 200 號篩之細粉噴入溫度達 700℃之鍋爐燃燒後，隨熱空氣上升的輕質不燃燒物 經過熱器、再熱器、篩碳器，降溫至 350 ^oC 後成為具化學活性的含矽材 料，為細顆粒呈非結晶質 (Amorphous) 或玻璃質 (Glassy) 之飛灰，是一種 石英與鋁酸鹽的混合物，本身不具膠結力，而是與水泥水化時產生之氫氧 化鈣作用後，所產生具膠結力之酸鈣水化物。

飛灰分為 C 級與 F 級兩種，C 級通常燃燒褐煤或次煙煤，具有卜作嵐特 性亦具有若干膠結性，其 CaO 含量通常大於 15%，而 SiO2＋Al2O3＋Fe2O3

含量大於 50%，F 級飛灰通常燃燒無煙煤或煙煤，僅具有卜作嵐特性，其 CaO 含量較少，通常小於 10%，而 SiO2＋Al2O3＋Fe2O3含量大於 70%[33]。

飛灰的粒徑約為0.4~100μm，非常微小，比表面積約 2000~5000cm²/g，

品質良好的飛灰呈玻璃球體，成分中約 85%以上是矽、鐵、鋁、鎂、鉀、鈉 等的氧化物。自 1940 年末期起，飛灰就已經使用於混凝土工程及海中結構 物。飛灰的比重比水泥輕，約為 2.0 至 2.5，細度也可能大於水泥，因此比表 面積較大，拌合混凝土所需的用水量會增加[1]。

由於大部分的飛灰屬於鹼性，摻入混凝土中會增加混凝土的鹼性。基於 飛灰較細和球體外型，加入飛灰可改善新拌混凝土的工作性和泵送性；再 者，以飛灰取代部分水泥有助於降低水泥水化反應產生的熱並增加其晚期強 度，這種性質對水壩、大型基礎、橋墩和橋梁等巨積混凝土結構物相當重要 [1]。

1.2. 爐石之特性

的優點又可彌補爐石粉的缺點[34]。兩者之 C-A-S 系統相位如圖 2-3 所示

2. 卜作嵐反應

卜作嵐材料 (Pozzolanic Materials) 為含矽質或含矽質與鋁質的材料，

本身只有少量膠結性，屬於礦粉掺料，在常溫足夠濕度下，能與水泥水化 產物 CH (氫氧化鈣) 反應成具有強度性質的 C-S-H 膠體，此反應稱為「卜作 嵐反應」。其主要反應機理如下：

KH K-S/A-H

S/A + NH + H → N-S/A-H (2-1) CH C-S/A-H

主要反應方程式如下：

3Ca(OH)2 +2SiO2 → 3CaO．2SiO2．3H2O (2-2) 3Ca(OH)2+ 2AlO3 → 3CaO．2Al2O3．3H2O (2-3) 卜作嵐材料反應的對象為水泥水化產物的鹼性水化產物，尤其是氫氧 化鈣(CH)。透過式 2-1 式可使 Na⁺，K⁺離子固化，將 CH 轉變成既穩定且有 強度的 C-S-H 膠體。2-2 及 2-3 式顯示卜作嵐反應隨著時間緩慢進行，藉由 不斷消耗易溶於水的 Ca(OH)2，而生成 C-S-H 膠體，填充混凝土的孔隙，使 得混凝土更為緻密。若要加速卜作嵐反應之進行，可提高溫度或加入鹼及 硫酸鹽方式達成之[31]。

卜作嵐材料很少單獨使用，一般是以加入氫氧化鈣、鹼，或是將卜作 嵐材料加入水泥內一起使用。如果配方中有粒料，則卜作嵐物質-氫氧化鈣 之水化反應產物除作為粒料之膠結料 (binder) 外，其具有持續之水化反應 而有封孔效應，使得含有粒料之卜作嵐-氫氧化鈣固化體之強度與緻密性增 加而具有良好性能[32]。

卜作嵐反應的效益可逐漸提昇混凝土的強度，此對結構系統的承載力 深具意義；此外，可以透水的毛細孔隙被阻塞或隔斷，呈現較為耐久的特 性；骨材及鋼筋界面被固化後，有助於提升混凝土的強度及握裹力。

第四節 混凝土界面過渡區