爐石混凝土

在高爐煉鐵的過程中，為了降低生產溫度，添加石灰石作為助熔劑使氧化鐵 還原，在1500°C 高溫的作用下使石灰石與鐵礦中之礦物形成氧化物爐渣，由於 爐渣較鐵水(融鐵)來的輕，因此浮在鐵水之上，分離萃取及冷卻處理後形成爐石，

又稱高爐熟料。而每生產一噸生鐵伴隨著產生約300 公斤的高爐石。依冷卻方式

27Mehta P.K., and Monteiro, P.J.M., “Concrete-Structure, Properties, and Materials,” Prentice Hall, pp.

281-282, 1993.

28Thomas M.D.A., and Bamforth, P.B., “Modelling chloride diffusion in concrete effect of fly ash and slag,” Cement and Concrete Research, Vol. 29, pp. 487-495, 1999.

區分為水淬爐石及氣冷爐石，爐石主要成分為CaO 、SiO₂、

Al

O

MgO

29 Osborne G.J., “Durability of Portland blast-furnace slag cement concrete,” Cement and Concrete Composites, Vol. 21, pp. 11-21, 1999.

30 CNS 12223, “水淬高爐爐碴＂,中國國家標準, (2013).

31 CNS 12549, “混凝土及水泥砂漿用水淬高爐爐碴粉＂,中國國家標準, (2009).

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爐石取代水泥時，須仰賴水泥釋放鹼性離子溶液來提供相當之活化能，才能 激發其潛在的膠結功能，當水泥水化作用產生出C-S-H 膠體及 Ca(OH)2時，爐石 便會與 Ca(OH)2反應生成類似卜特蘭水泥之水合物 C-(S/A)-H 膠體，填充原本 Ca(OH)2所佔之空間，使得毛細孔隙直徑變得更小，使混凝土中孔隙減少，水密 性較佳，外界有害性物質如氯離子、硫酸鹽類不易滲入，有助於抗海水及硫鹽侵 蝕，並防止鋼筋腐蝕³¹。

Price ³²指出，當混凝土的孔隙溶液中含有較少的氫氧根離子時，會導致外 加電場電解池所量測到的電流較低；而爐石的化學反應行為會消耗掉孔隙溶液中 的氫氧根離子，以致爐石取代部份水泥的混凝土量測到的電流值會較低。

由於爐石之顆粒較水泥顆粒細小，故將爐石適量摻用於混凝土中，可使其原 有的顆粒堆積程度更加緻密化。一般水泥之細度約在2800 cm²/g 左右，而爐石依 需要可提高研磨細度達5000 m²/g 或更高，因此添加爐石後之混凝土可以使混凝 土孔隙尺寸變小，降低氯離子滲透性，提高抵抗硫化物侵蝕之能力 ³³。

爐石之比重略小於水泥（水泥比重約為3.15；爐石約為 2.90；飛灰約為 2.10），

且無飛灰燒失量之問題，故爐石以相等重量替代部份水泥時，膠結料總重量不變，

但漿體實質佔有之體積會增加，亦即漿體對骨材之體積比會因而提高，改善了新 拌混凝土工作性，又因爐石替代了部份水泥對混凝土的縮變行為亦有相當的改善

34,35。

混凝土中以爐石適量替代部分水泥後，因漿體微觀結構較緻密，增加了抵抗 有害物質侵蝕、鹼骨材反應及鋼筋之銹蝕能力，使混凝土之耐久性提高。Hogan

36研究指出在第一型水泥中加入50 %（

Al

O

32 Prince W. and Gagne, R., “The effects of types of solutions used in accelerated chloride migration tests for concrete,” Cement and Concrete Research, Vol. 31, No.4 pp.775-780, 2001.

33 Hooton R.D., and Emery J.J., “Sulfate resistance of a Canadian slag cement”, ACI Materials Journal, Vol. 87, pp. 547-555, 1990.

34 沈進發等， “公共工程高爐石混凝土使用手冊”，行政院公共工程委員會專案研究計劃， 2003.

35 Hogan F.J., and Meusel J.W., “Evaluation for Durability and Strength Development of a Ground Granulated Blast-Furnace Slag,” Cement, Concrete, and Aggregates, V.3, No1, pp.40~52, summer, 1981.

型水泥所產生的抗硫酸鹽侵蝕能力相當。以同樣百分比的爐石替代第II 型水泥，

則效果更佳，這是因為用了爐石替代部分水泥使混凝土中 C3A 及 C3S 之含量降 低，又因化學反應使C-(S/A)-H 之膠體量增多所致。爐石之反應使混凝土中水泥 漿體內之毛細孔隙直徑變小，微觀結構較緻密，因此增加混凝土之水密性，有效 減少鹼骨材反應所引起的膨脹及抑制氯離子之滲入，減少鋼筋之銹蝕。又爐石取 代的混凝土中，漿體內的 Ca²⁺、Al³⁺、AlOH²⁺、Si⁴⁺之總量比純水泥漿多，且濃 度較高，而這些離子有較低的擴散能力，可以約束氯離子之移動 ³⁶且 C3A，可 與氯離子反應生成法拉第鹽，來填充孔隙，減少擴散路徑。

36 Princd W., Perami R., and Espagne M., “Mechanisms involved in the accelerated test of chloride permeability,” Cement and Concrete Research, Vol. 29, No.2, pp.687-694, 1999.

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