冷結技術應用於高壓地磚再生綠建材開發

本研究前期採用上述利用率較低之（B2-3、B3、B4、B6類）營建剩餘土石方所開 發之冷結型再生粒料，經相關性能測試比較，結果顯示冷結型再生粒料相關性能均符合 CNS 1240與ASTM

C33—「混凝土用粒料」規範要求，配合99年建研所自行研究計畫-「再生建材隔熱效果之研究-以再生隔熱磚為例」，試驗結果顯示冷結型再生粒料具較低 材評估基準為主要驗證之依據。其中冷結技術係以營建廢棄物為母材（Matrix），依據水 泥化學及卜作嵐材料間材料互制特性，配合營建剩餘土石方的材料特性，改善界面鍵結

化易溶性之CH ，使骨材與水泥漿界面更穩定，提升混凝土之抗滲能力。利用卜作嵐材 料取代部分水泥，其固化作用產生之CSH 膠體，可填充水泥水化後剩餘空隙，可 確保長期耐久性及提升強度，且在初期水解過程中，可因減少水泥用量而降低水化熱，

對延長混凝土可工作時間及降低塑性裂縫有很大助益[30-32]。

台灣電力公司燃煤發電產生的燃燒廢料，因煤炭中黏土雜質被溶解，受到N₂及H₂ 膨脹作用，形成中空圓球，而台灣進口煤炭於石灰雜質含量較少，所產生之飛灰於CaO 含量較少，因此屬於F級飛灰，本質上為燒結黏土[33]。中國鋼鐵公司煉鐵所產生之廢料 爐石，其煉鐵過程採用

CaCO 為清潔劑，清除鐵礦砂中之黏土，使爐石成分相當接近水

₃ 泥，經水淬裂解後形成粒狀水淬爐石，其研磨而成之粉末被歸類為卜作嵐及膠結性材料 [34-35]。

一、試驗材料 1. 膠結材料

本研究所使用之水泥為環球水泥公司所生產之第I 型卜特蘭水泥，其性質符合 CNS 61 第一型卜特蘭水泥的規格，水泥於購入當日即以不透水塑膠袋密封，防止水氣侵入使 水泥硬化；爐石係由中國鋼鐵公司所生產之水淬爐石粉，經中聯爐石資源化處理公司研 磨成細粉狀；飛灰採用台電興達廠所生產之燃煤飛灰，其相關物化性質如表3-17 所示，

膠結材料之粒徑分佈，如圖3-13 所示。

2. 強塑劑

本研究共採用二種強塑劑分別為羧酸系列及柰磺酸系列高性能減水劑，係購自優積 企業有限公司與欣得實業有限公司，其相關性質如表3-18 所示。

3. 玻璃纖維

為增加冷結型高壓地磚之抗彎、抗衝擊性能、韌性、耐磨性，及體積穩定性[36-38]，

於配比中特添加亦屬再生產品之玻璃纖維，而本研究採用之玻璃纖維，係由福泰多科技 股份有限公司再生製作而成，比重為1.97。

4. 營建剩餘土石方

本研究所採用之B2-3、B3、B4 類營建剩餘土石方，係採自台南市淵南段公有土石 方收容場；B6 類營建剩餘土石方採自台北環河路建築工地開挖土壤，取樣後裝袋並放 入桶中密封，如圖 3-3 所示；TCLP 毒物溶出試驗結果如表 3-9 所示；XRF 分析結果如 表3-10 所示。

表 3-17 試驗用水泥、爐石及飛灰之化學成份及物捚性質

10000 1000 100 10 1 0.1 0.01

Particle diameter (m)

0 20 40 60 80 100

10 30 50 70 90

P as si ng p er ce nt age ( vol . % )

flyash slag cement

圖 3-13 水泥、爐石及飛灰之粒徑分佈圖

表 3-18 強塑劑基本性質

種類 羧酸系列 柰磺酸系列

比重 1.09 1.18

減水率（%） 30 25

固溶物含量（%） 25.7 42.95

pH 值 2.81 6.93

二、配比設計

本計畫冷結型高壓地磚配比係依據緻密配比法[39-40]設計，其設計流程如圖 3-14 所示，係利用最小孔隙的觀念來進行配比設計，如此方能減少水泥用量、增加再生資源 材料之使用量，以達節能減廢並同時兼具優良產品性能，配比之設計流程如下：

步驟一：選擇材料

蒐集水泥、摻料及剩餘土石方之物化性資料，以供配比計算參考之需。並求出最小 空隙率（最大單位重），依最小空隙的原理，即探討顆粒材料最大堆積密度及最佳級配 條件下的空隙。

步驟二：決定強度與工作性

依規範及製作試體需求，決定配比之工作性及設計強度。

fly ash cement

slag

圖 3-14 冷結型高壓地磚配比設計流程圖

步驟三：求材料堆積之最大單位重

根據材料堆積之最大單位重求出最小空隙

V 。

_V 1. 假設爐石填塞飛灰之最大單位重比例為 。

flyash slag

slag

W W

W

 

1



1 （3-2）

2. （爐石+飛灰）填塞剩餘土石方之最大單位重比例為



。

Re 1

1

W W

W

W W

flyash slag

flyash slag





 



（3-3）

3. 最小空隙 V_v。

2

將式（3-8）及式（3-11）代入式（3-13）整理可得



fiber

V

W





 （3-18）

Re

2. 最適加壓成型應力與營建剩餘土石方含水率

本研究所採用之營建剩餘土石方，其吸水特性與一般混凝土使用之天然粗、細粒料 差異甚大，不適宜以CNS 487 及 488 評估其吸水率，本研究所採用之營建剩餘土石方屬 利用價值較差之土壤類材料，本研究所採用之 B3、B4、B6 類營建剩餘土石方，小於 100 m



以下粒料含量大於 40 %以上，因此粒料總表面積遠大於傳統混凝土中骨材的吸 水速率。而 B2-3 類營建剩餘土石方性質則偏向一般土壤，粒徑分布小於一般混凝土細 粒料，但大於B3、B4、B6 類營建剩餘土石方，故其吸水率亦略小於 B3、B4、B6 類營 建剩餘土石方。

根據本研究前期冷結型再生粒料[41-43]開發中發現於加壓成型過程中，組成材料易 產生類似土壤力學中壓密排水現象[45]，如圖 3-15 所示。因此必須探討高壓地磚最適加 壓成型應力與營建剩餘土石方含水率之相互關係，避免產生壓密排水，而影響冷結型高 壓地磚性質。

B2-3 類營建剩餘土石方 B3 類營建剩餘土石方

B4 類營建剩餘土石方 B6 類營建剩餘土石方

圖 3-15 冷結型高壓地磚加壓成型時組成材料所產生之壓密排水現象

本研究採用類似冷結型再生粒料之壓錠成型法開發冷結型高壓地磚，其加壓成型應 力與營建剩餘土石方含水率之相互關係，影響冷結型高壓地磚性質甚鉅：因為加壓成型

時，若營建剩餘土石方含水率太低，則不易成型，即使採用較高的成型應力，於解壓過 程，將因毛細孔隙吸水產生張力作用[27-29]，使得冷結型高壓地磚產生裂縫；反之當加 壓成型，營建剩餘土石方含水率過高，於成型過程容易產生壓密排水現象，所排出的水，

將使冷結型高壓地磚局部水膠比變高，而形成弱面，進而影響其相關性質。經相關測試，

本研究建議使用B2-3、B3、B4、B6 類營建剩餘土石方製作冷結型高壓地磚之加壓成型 應力為42.0 MPa；相對之營建剩餘土石方含水率分別為，B2-3：8.0 %、B3：10.0 %、

B4：10.0 %、B6：10.0 %，如圖 3-16 所示。

B2-3 類營建剩餘土石方：8.0 % B3 類營建剩餘土石方：10.0 %

B4 類營建剩餘土石方：10.0 % B6 類營建剩餘土石方：10.0 %

圖 3-16 加壓成型應力為 42.0 MPa 時各類營建剩餘土石方最適含水率

四、冷結型高壓地磚模具設計與製作

本研究參考再生綠建材評估基準與生產業者製程，採用類似前期冷結型再生粒料

[41-43]所開發之壓錠成型法製作冷結型高壓地磚，首先進行模具設計與開發，由於 CNS 13295—「高壓混凝土地磚」對於高壓混凝土地磚尺度僅要求長度與寬度不得超過 600 mm，而慣用之厚度為 30 mm、60 mm、80 mm、100 mm、120 mm 及 140 mm，其中長 度（L）與寬度（W）許可差應為標示尺度之±2 mm；厚度（T）許可差應為標示尺度之

±3 mm。因此本研究所設計之冷結型高壓地磚，採一般較常見之尺寸，長度（L）為 200 mm；寬度（W）為 100 mm，另最大厚度可達 80 mm，如圖 3-17，冷結型高壓地磚模具 主要分為三個部分：底模（見圖3-18）、外模（見圖 3-19）及加壓模（見圖 3-20）。由於 今年度所開發之高壓地磚，其加壓成型應力為42.0 MPa，較冷結型再生粒料之成型應力 更高，為避免加壓成型時因側向應力過大，導致模具變形，甚至破壞，特在外模進行加 固設計，見圖3-19。

圖 3-17 組裝後冷結型高壓地磚模具設計圖與實際照片

模具設計圖 模具實際照片

圖 3-18 冷結型高壓地磚模具設計圖與實際照片（底模）

模具設計圖 模具實際照片 圖 3-19 冷結型高壓地磚模具設計圖與實際照片（外模）

模具設計圖 模具實際照片

圖 3-20 冷結型高壓地磚模具設計圖與實際照片（加壓模）

根據99 年冷結型再生粒料粒形精進工作項目經驗，模具係採用 CNC 自動車床製程 所製作之，可簡單製作出圓弧形凹槽的模具，且模具表面較為平整光滑，較不會因模具 內壁與粒料側向摩擦力較大，導致再生粒料於脫膜過程中產生斷裂。因此今年度冷結型 高壓地磚模具亦採用自動車床製程所製作之，如圖3-17 至圖 3-20 所示。

五、冷結型高壓地磚模具設計與製作

模具設計與製作完成後，使用表3-19 所設計之配比，並依據最適加壓成型應力（42 MPa），與各類營建剩餘土石方加壓成型最適含水率（B2-3：8.0 %、B3：10.0 %、B4：

10.0 %、B6：10.0 %），採壓錠成型法製作冷結型高壓地磚，經過簡單製作程序：Step 1）

填料、Step 2）安裝加壓模、Step 3）加壓成型、Step 4）退模，如圖 3-21 所示。依據上 述配比與製作程序，本研究共計製作4 種（B2-3、B3、B4 及 B6 類）營建剩餘土石方冷 結型高壓地磚，如圖3-22 所示。

Step 1：填料 Step 2：安裝加壓模

Step 3：加壓成型 Step 4：退模

圖 3-21 冷結型高壓地磚製作程序

圖 3-22 營建剩餘土石方冷結型高壓地磚成品照片

六、冷結型高壓地磚基本性能測試

本研究採用營建剩餘土石方所製作之冷結型高壓地磚，於加壓成型完成硬固後，依 據CNS 1230 將其養護於 23±2.0 ℃的飽和石灰水中。養護至齡期 28 天後，進行基本性 能測試包含烘乾比重、面乾內飽和比重、吸水率；另分別於齡期 3、7、14、28 天，依 據CNS 13295 進行冷結型高壓地磚抗壓強度試驗。

1. 冷結型高壓地磚比重、吸水率試驗

本研究採用營建剩餘土石方所製作之冷結型高壓地磚，其產品性質不再另外修訂再 生綠建材之規範，主要係以CNS 13295—「高壓混凝土地磚」與再生綠建材評估基準為 主要驗證之依據，雖然CNS 13295 與再生綠建材評估基準並未規範高壓地磚比重、吸水 率，本研究團隊仍進行相關基本性質測試，以作為日後量產品管，與實際設計應用之參 考依據。本研究參考CNS 488 規範實驗步驟，進行高壓地磚比重、吸水率試驗，試驗結 果如表 3-20 所示，烘乾狀態下高壓地磚比重介於 1.96~2.00；面乾內飽和狀態下比重介 於2.05~2.12；吸水率介於 6.85~7.95 %。高壓地磚比重較冷結型再生粒料重，且吸水率 較冷結型再生粒料低，係由於高壓地磚加壓成型應力為 42 MPa，較冷結型再生粒料加 壓成型應力35 MPa 高，使得高壓地磚內部較冷結型再生粒料緻密所致；另雖然高壓地 磚比重較冷結型再生粒料重，但仍比一般混凝土高壓地磚比重（約2.30~2.45）輕，對日

本研究採用營建剩餘土石方所製作之冷結型高壓地磚，其產品性質不再另外修訂再 生綠建材之規範，主要係以CNS 13295—「高壓混凝土地磚」與再生綠建材評估基準為 主要驗證之依據，雖然CNS 13295 與再生綠建材評估基準並未規範高壓地磚比重、吸水 率，本研究團隊仍進行相關基本性質測試，以作為日後量產品管，與實際設計應用之參 考依據。本研究參考CNS 488 規範實驗步驟，進行高壓地磚比重、吸水率試驗，試驗結 果如表 3-20 所示，烘乾狀態下高壓地磚比重介於 1.96~2.00；面乾內飽和狀態下比重介 於2.05~2.12；吸水率介於 6.85~7.95 %。高壓地磚比重較冷結型再生粒料重，且吸水率 較冷結型再生粒料低，係由於高壓地磚加壓成型應力為 42 MPa，較冷結型再生粒料加 壓成型應力35 MPa 高，使得高壓地磚內部較冷結型再生粒料緻密所致；另雖然高壓地 磚比重較冷結型再生粒料重，但仍比一般混凝土高壓地磚比重（約2.30~2.45）輕，對日

在文檔中 建築廢棄物再生循環技術開發與推廣應用計畫 (頁 52-70)