第二章 文獻回顧
照片 2- 4 熱重分析儀
由上述可知，目前所使用的各種微觀分析方法尚無法正確求出灰漿的配比，
尤其是在遭遇石灰與牡蠣殼時，由於灰漿中的石灰(氫氧化鈣)在空氣中經過長時 間碳化作用後會轉變成為碳酸鈣，化學成份與牡蠣殼一致，故無法由化學組成成 份來區別灰漿中石灰與牡蠣殼的含量。因此本研究後續將嘗試開發可分析灰漿配 比的方法。
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第三節 灰漿的可逆性
對於歷史古蹟，建物在進行修復時，材料或工法之可逆性的定義與解釋各家 說法不一，現將其整理如下：
1. 以傳統的材料與技術從事修復，雖然並不排斥現代技術，但新的技術必須先 經過證實可靠才可以用於古蹟修復，並且這種方法必須具有可逆性。「可逆 性」指的是不會破壞原有材料，未來並可取下，不影響原物(薛琴，2001)。
2. 根據 1972 年聯合國教科文組織訂定之《世界文化與自然遺產保護公約》，在 其第二十四條(b)款提出：
技藝的真實性
在材料真實性的基礎下，保存原有的結構技術也是必需的，而伴隨著可 識別、可讀性的原則，新添加的材料或技術必須是可逆性的。任何因應 加固或修復的必要性添加，均必須可回復，也就是有回復原始舊觀的可 能性，以便日後保存科技進步時，可順利地將維修材料與措施再度移 除，而不損及古蹟建築。
3. 根據《威尼斯憲章》保護文物古跡的原則，對古跡本身，要盡可能地少干預，
即使修復，也要本著可識別和可逆性的原則，既要讓人看清整修過的歷史痕 跡，又能在以後修復技術更佳的情況下，拆除掉原來修復的部份，重新進行 修復。現在很多地方採用水泥作為修復原料，這會使文物的修復失去可逆性。
由以上的敘述可知灰漿的可逆性首要即在於可被移除，且移除過程不致損害 原有結構物的磚塊，另外，水份亦會造成磚牆材料的風化，故灰漿若較磚塊具有 較高的吸水率，可降低磚塊中的含水量，從而減低水對磚材風化的影響程度。因
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據李德河(2003)的研究可知，熱蘭遮城的灰漿中亦包含少量的蚵殼。由此可知，
熱蘭遮城灰漿主要是由石灰、砂、蚵殼、糖漿以及糯米漿所構成。
照片 2-5 熱蘭遮城現存之南殘牆(一級古蹟台灣城殘蹟)
19 英文 Lime Sand Clay Oyster shell Molasses Rice paste Carbohydrate
代號 L S C O M R T
中文 石膏 白水
泥 飛灰 水淬爐石粉 渥太華砂 英文 Gypsum White
cement
Fly
ash Slag powder Ottawa sand 代號 G CW F SP OS
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1. 石灰
本研究所用之石灰如照片3-1，為關仔嶺礦採石灰岩所加工製成的石灰(又稱 特白灰)，基本性質如表3-2所示。將關仔嶺特白灰進行三組熱重分析試驗(加 熱速率20℃/min)，其結果如圖3-1至圖3-3，根據李泓銘(2005)之研究結果，
圖中400℃～520℃之損耗為氫氧化鈣脫水成氧化鈣，600℃～800℃之損耗為 碳酸鈣分解為氧化鈣及二氧化碳，由試驗結果可知關仔嶺白灰內除氧化鈣 外，存在部分氫氧化鈣及少量的碳酸鈣。本研究在使用前先將白灰過40號篩 去除雜質及結塊之白灰，未用完之石灰則密封保存，避免與空氣直接接觸。
照片 3-1 關仔嶺特白灰 表 3-2 關仔嶺特白灰基本性質 物質 鹽酸的不溶物
(wt%) Gs 乾單位重 (g/cm3) 關仔嶺
特白灰 1.06 2.33 1.54
圖 3-1 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第一組)
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圖 3-2 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第二組)
圖 3-3 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第三組)
2. 砂
本研究所使用的砂取自台南市安平秋茂園，使用前先將砂過10號篩以去除雜 物，過篩後之砂如照片3-2所示，其粒徑分佈曲線則如圖3-4，基本性質則列 於表3-3。
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照片 3-2 通過 10 號篩的砂
圖 3-4 砂的粒徑分佈曲線 表 3-3 試驗用砂之基本性質 土壤 Gs 面乾內飽和含水量
(%)
乾單位重 (g/cm3)
砂 2.52 2.30 1.54
3. 黏土
本研究所用之黏土取自台南縣大內鄉，南182與南182-1縣道交叉口西北側山 坡地，將取回的黃色黏土以40號篩過篩後再使用(如照片3-3)，其基本性質如 表3-4所示。
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照片 3-3 通過 40 號篩的黏土 表 3-4 試驗用黏土之基本性質 土壤 Gs WLL (%) WPI (%) 統一土壤
分類
黏土含量 (%) 黃色黏土 2.72 33.52 10.76 CL 30 4. 牡蠣殼
本研究所使用的牡蠣殼(照片3-4)來源為高雄縣湖內鄉之新吉勝商行。其粒徑 分布曲線如圖3-5，基本性質則如表3-5。
照片 3-4 牡蠣殼
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圖 3-5 牡蠣殼的粒徑分佈曲線 表 3-5 試驗用牡蠣殼之基本性質 材料 Gs 面乾內飽和含水量
(%)
乾單位重 (g/cm3)
牡蠣殼 2.46 16.60 0.93 5. 糖漿
本研究製作糖漿的原料為台糖公司生產之二號砂白，由於楊敦凱(2002)的研 究結果顯示在室溫之下，糖可以溶解的最大份量為100公克的糖水溶液中有 67公克的糖。因此本研究以糖：水=2：1(重量比)的比例製作糖漿，製作完 成的糖漿如照片3-5所示。
照片 3-5 製作完成的糖漿
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6. 糯米漿
本研究採用日正牌水磨糯米粉製作糯米漿，所製作的糯米漿其糯米與水的重 量比為1：9(洪煌凱，2003)，製作完成之糯米漿如照片3-6所示。
照片 3-6 製作完成的糯米漿 7. 石膏
本研究所使用的石膏為仲輝實業股份有限公司所出產的S-420蓋平石膏(如 照片3-7)，每包淨重25kg，該石膏的化學成份如表3-6所示。
照片 3-7 S-420 蓋平石膏
表 3-6 S-420 石膏成份表(仲輝實業股份有限公司，2008) 成份 CaO SO3 SiO2 R2O Al2O3 Comb.H2O 單位(%) 38.22 53.31 0.15 0.18 0.14 6.32
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8. 白水泥
本研究所使用的白水泥為印尼所生產的白水泥( Crown White Cement)，每包 淨重50kg。
照片 3-8 白水泥 9. 飛灰
本研究所採用飛灰(照片3-9)取自寶固實業股份有限公司，其化學成分與物理 性質如表3-7和表3-8所示，依照CNS 3036分類為F級飛灰。
照片 3-9 飛灰
表 3-7 飛灰化學成分(寶固實業股份有限公司，2008) 成份 SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3
單位(%) 49.13 27.23 7.47 0.04
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表 3-8 飛灰物理性質(寶固實業股份有限公司，2008)
含水量(%) 0.2
需水量(%) 99.8
密度(g/cm3) 2.27 細度(停留於 NO.325 篩上之量) (%) 31.4 活性指數
7 天(%) 28 天(%)
80.8 86.2
熱壓膨脹(%) 0.10
燒失量(%) 5.23
10. 水淬爐石粉
本研究所使用的水淬爐石粉為中聯資源所生產的散裝水淬爐石粉，型號 S4000(照片3-10)，由於每批的爐石粉性質均不同，因此表3-9中所列之含量 為一範圍。
照片 3-10 水淬爐石粉
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表 3-9 中聯水淬爐石粉的性質 性質 水淬爐石粉 SiO2 (%) 28~38 Al2O3 (%) 8~24
CaO (%) 30~50 Fe2O3 (%) <1
MgO (%) 1~18 SO3 (%) 1~2.5 比表面積(m2/kg) 410~420
比重 2.89 11. 渥太華砂
本研究所使用的渥太華砂為符合ASTM C778 規範20-30的石英砂，每包淨重 22.68公斤。
照片 3-11 渥太華砂
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30 之試驗結果，僅需10公克即可；若有添加粗骨材之灰漿則參考CNS 11776土壤粒 徑分析試驗法，取樣約100公克。
2.樣本均勻分樣
將灰漿試樣先稍加研磨後，依據CNS 10989現場粒料樣品減量為試驗樣品取 樣法，將樣本以四分法分成等分為兩份，一份進行步驟3和步驟4之試驗，另一份 則進行步驟5和步驟6的試驗。
3.醣類測定
參考CNS 1338蔗糖檢驗法，將一定量之灰漿置入蒸餾水中，使灰漿中之醣 類融於蒸餾水中，而後以糖度計量測糖度，以糖度值計算糖水溶液中的糖量即得
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照片 3-12 超音波洗滌配合#200 篩進行篩洗 6.粗粒料之碳酸鈣含量測定
將烘乾後的粗粒料浸入鹽酸溶液中，如此可獲得粗粒料之碳酸鈣含量及砂之 含量。
7.計算石灰與黏土之含量
因已測知之總碳酸鈣與土壤含量、粗粒料之碳酸鈣與砂含量，故石灰與黏土 含量可由計算而得。
8.獲得灰漿配比
經過上述的相關試驗後，即可得到灰漿試樣中石灰、砂、黏土、牡蠣殼和醣 類各種成份的比例。
本研究所開發之配比分析流程如上所述，依據此分析流程可分析出灰漿內各 組成成份的含量。但新開發的分析流程，其正確性必須加以檢核，因此將之前製 作 5 組不同配比的試驗灰漿作為試驗樣本，以本研究所開發的配比分析流程加以 分析，分析結果如表 3-12 以及圖 3-6~圖 3-10 所示，由圖 3-6~圖 3-10 可知，本 方法對於各組具不同配比之灰漿試體，其石灰量部份被高估且牡蠣殼含量被低 估，其原因研判有可能是在研磨試體時造成牡蠣殼的磨損而造成此一情形。綜觀 所有成份的分析結果，其分析值與設計值的誤差大多都在±3%(重量百分比)之
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圖 3-6 灰漿配比分析(石灰分析結果)
圖 3-7 灰漿配比分析(砂分析結果)
圖 3-8 灰漿配比分析(黏土分析結果)
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圖 3-9 灰漿配比分析(牡蠣殼分析結果)
圖 3-10 灰漿配比分析(醣類分析結果)
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第三節 熱蘭遮城灰漿配比分析
再證明所開發之配比分析流程可行且具有一定的準確性後，本研究對熱蘭遮 城南殘牆的灰漿進行取樣，在牆體北面及南面各取 3 個樣本，共計 6 個樣本進行 灰漿配比分析(表 3-13)。以本研究所開發的配比分析方法進行分析後，其結果如 表 3-14 所示，根據表中結果顯示熱蘭遮城灰漿中並沒有添加黏土，灰漿成份中 石灰占 70%以上，另外有約 20%的牡蠣殼、10%的砂及少量的醣類，其中醣類的 添加量(醣類/石灰=0.04)與王龍盛(2003)之研究結果相符(石灰與糖之最佳重量比 為 1：0.04~0.067)。以石灰所占之重量百分比對其他材料之含量進行正規化計算 後，最後得到熱蘭遮城灰漿的配比為：
石灰：砂：牡蠣殼：醣類 = 1：0.15：0.25：0.04
照片 3-13 熱蘭遮城南殘牆北牆面古灰漿採樣處之一
照片 3-14 熱蘭遮城南殘牆南牆面古灰漿採樣處之一 採樣處
採樣處
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方向二採用的材料包含顆粒較粗的渥太華砂（ASTM C778 20-30 石英砂）以及反 應速度極慢但顆粒較細的飛灰和水淬爐石粉，利用其不同顆粒大小改變仿古灰漿
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表 3-20 主體試驗試體內各種材料之用水量 材料 控制方式 拌合用水量(wt%)
石膏 21
白水泥 40
飛灰 29
水淬爐石粉
流度達 100±5%
31 砂 面乾內飽和 5.8 牡蠣殼 面乾內飽和 22.5 渥太華砂 面乾內飽和 0.57
至於灰漿試體的製作方式則均相同：先將乾料(膠結材和骨材)充分拌合後，
再加入設計之用水量進行拌合，最後加入糯米漿和糖漿充分拌合後再灌入模具 中。待灰漿初凝後拆模並按照規劃之養護方式分別進行養護，並於規定齡期到達 時取出試體進行相關試驗。
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2. 流度試驗
依據美國ASTM C109-73進行試驗，所使用之設備有：流度台(照片4-1)、流 度模型殼、搗棒、抹刀和尺。
流度試驗步驟如下：
(1) 將流度台表面及流度模殼內層擦拭乾淨，並塗以一層薄油脂，將流度模 殼置於流度台中央處。
(2) 將拌合好之漿體分兩層倒入模殼內，每層之厚度約 2.54 公分，並以搗實 20 次。(ASTM 對於搗實壓力大小並無限制，但應以能使灰漿被均勻壓實
(2) 將拌合好之漿體分兩層倒入模殼內，每層之厚度約 2.54 公分，並以搗實 20 次。(ASTM 對於搗實壓力大小並無限制，但應以能使灰漿被均勻壓實