傳統灰漿可逆性補強工法之研究
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(2) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 研究主持人：李玉生 共同主持人：李德河 研. 究. 員：談宜芳 吳建宏 張舜孔 林韋岑. 研究助理. ：羅揚宗. 內政部建築研究所研究報告 中華民國 97 年 12 月 2.
(3) 目次. 目 次 目. 次 .........................................................................................I . 表. 次 ..................................................................................... III . 圖. 次 .................................................................................... VII . 照片次 ......................................................................................XI 摘要 ........................................................................................ XV 第一章 緒論 .............................................................................. 1 第一節 研究計畫背景 ........................................................ 1 第二節 研究方法與步驟 .................................................... 3 第二章 文獻回顧 ...................................................................... 6 第一節 灰漿的材料 ............................................................ 6 第二節 灰漿配比分析方法 .............................................. 11 第三節 灰漿的可逆性 ...................................................... 16 第四節 熱蘭遮城灰漿 ...................................................... 17 第三章 灰漿材料、配比分析與設計 . 錯誤! 尚未定義書籤。 第一節 灰漿試驗材料 ................... 錯誤! 尚未定義書籤。 第二節 配比分析方法 ................... 錯誤! 尚未定義書籤。 第三節 熱蘭遮城灰漿配比分析 ... 錯誤! 尚未定義書籤。 I.
(4) 第四節 灰漿配比設計與試體製作錯誤! 尚未定義書籤。 第四章 試驗方法及結果 ..................... 錯誤! 尚未定義書籤。 第一節 試驗方法 ........................... 錯誤! 尚未定義書籤。 第二節 仿古灰漿與熱蘭遮城灰漿之相似性錯誤! 尚未定 義書籤。 第三節 紅磚相關試驗結果 ........... 錯誤! 尚未定義書籤。 第四節 灰漿試驗結果 ................... 錯誤! 尚未定義書籤。 第五節 可逆性試驗結果 ............... 錯誤! 尚未定義書籤。 第六節 可逆性補強工法 ............... 錯誤! 尚未定義書籤。 第五章 結論與建議 ............................. 錯誤! 尚未定義書籤。 第一節 結論 .................................................................... 101 第二節 建議 .................................................................... 104 附錄一 ................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 附錄二 ................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 附錄三 ................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 附錄四 ................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 參考書目 ............................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 . II.
(5) 表次. 表 次 表 2-1 我國與中國之灰漿材料分類表 (整理自洪煌凱， 2003 與李泓銘，2005)......................................................... 7 表 2-2 各專家所使用的配比分析方法 ............................... 11 表 3-1 材料代號對應表 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-2 關仔嶺特白灰基本性質 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-3 試驗用砂之基本性質 ............ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-4 試驗用黏土之基本性質 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-5 試驗用牡蠣殼之基本性質 .... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-6 S-420 石膏成份表(仲輝實業股份有限公司，2008) ........................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-7 飛灰化學成分(寶固實業股份有限公司，2008)錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-8 飛灰物理性質(寶固實業股份有限公司，2008)錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-9 中聯水淬爐石粉的性質 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-10 試驗灰漿之設計配比 ..........錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-11 試驗灰漿之拌合用水量 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 III.
(6) 表 3-12 試驗灰漿之配比分析結果 .. 錯誤! 尚未定義書籤。 表 3-13 熱蘭遮城南殘牆灰漿取樣結果 ..錯誤! 尚未定義書 籤。 表 3-14 熱蘭遮城南殘牆灰漿之配比分析結果 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 表 3-15 前置試驗 1 設計配比表(重量比)錯誤! 尚未定義書 籤。 表 3-16 前置試驗 1 試體內各種材料之用水量 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 表 3-17 前置試驗 2 設計配比表(重量比)錯誤! 尚未定義書 籤。 表 3-18 前置試驗 2 試體內各種材料之用水量 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 表 3-19 主體試驗設計配比表(重量比) ...錯誤! 尚未定義書 籤。 表 3-20 主體試驗試體內各種材料之用水量 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 表 4-1 熱蘭遮城灰漿 EDS 分析結果錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-2 仿古灰漿 EDS 分析結果 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 IV.
(7) 表次. 表 4-3 X-射線螢光分析結果............ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-4 灰漿熱重分析裂解溫度表 .... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-5 紅磚超音波波速量測結果 .... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-6 紅磚抗壓試驗結果 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-7 紅磚劈裂試驗結果 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-8 紅磚吸水率試驗結果 ............ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-9 本研究所選的紅磚之性質 .... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-10 仿古灰漿性質 ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-11 前置試驗 1 之碳化程度 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-12 磚塊與前置試驗 1 之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 表 4-13 磚塊與前置試驗 1 之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 表 4-14 磚塊與前置試驗 1 之吸水率試驗結果 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 表 4-15 前置試驗 2 之碳化程度 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-16 磚塊與前置試驗 2 之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 表 4-17 磚塊與前置試驗 2 之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定 V.
(8) 義書籤。 表 4-18 磚塊與前置試驗 2 之吸水率試驗結果 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 表 4-19 主體試驗之碳化程度 ....... 7 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-20 磚塊與主體試驗之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定義 書籤。 表 4-21 磚塊與主體試驗之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定義 書籤。 表 4-22 磚塊與主體試驗之吸水率試驗結果 ..................... 80 表 4-23 可逆性試驗結果 ....................................................................... 84. VI.
(9) 圖次. 圖 次 圖 1-1 研究流程圖 ................................................................. 5 圖 2-1 直鏈澱粉分子鏈 ......................................................... 9 圖 2-2 支鏈澱粉分子鏈 ......................................................... 9 圖 2-3 支鏈澱粉鍵結分子之形狀 ....................................... 10 圖 3-1 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第一組) .錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 3-2 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第二組) .錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 3-3 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第三組) .錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 3-4 砂的粒徑分佈曲線 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 3-5 牡蠣殼的粒徑分佈曲線 ........ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 3-6 灰漿配比分析(石灰分析結果)錯誤! 尚未定義書籤。 圖 3-7 灰漿配比分析(砂分析結果) . 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 3-8 灰漿配比分析(黏土分析結果)錯誤! 尚未定義書籤。 圖 3-9 灰漿配比分析(牡蠣殼分析結果) .錯誤! 尚未定義書 籤。 VII.
(10) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 圖 3-10 灰漿配比分析(醣類分析結果) ...錯誤! 尚未定義書 籤。 圖 4-1 灰漿試體碳化檢測示意圖 .... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-2 灰漿可逆性試驗試體規劃圖 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-3 熱蘭遮城灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(1). 錯 誤! 尚未定義書籤。 圖 4-4 熱蘭遮城灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(2). 錯 誤! 尚未定義書籤。 圖 4-5 熱蘭遮城灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(3). 錯 誤! 尚未定義書籤。 圖 4-6 仿古灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(1)....錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-7 仿古灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(2)....錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-8 仿古灰漿 EDS 元素分析能量散佈之圖譜(3)....錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-9 熱蘭遮城灰漿與仿古灰漿 EDS 成份分析結果 (熱:熱蘭遮城灰漿；仿:仿古灰漿) .. 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-10 熱蘭遮城灰漿與仿古灰漿 XRF 成份分析結果 VIII.
(11) 圖次. (熱:熱蘭遮城灰漿；仿:仿古灰漿) .. 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-11 熱蘭遮城灰漿 XRD 成份分析結果(1) ...錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 4-12 熱蘭遮城灰漿 XRD 成份分析結果(2)...錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 4-13 熱蘭遮城灰漿 XRD 成份分析結果(3)...錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 4-14 仿古灰漿 XRD 成份分析結果(1)...錯誤! 尚未定義 書籤。 圖 4-15 仿古灰漿 XRD 成份分析結果(2)...錯誤! 尚未定義 書籤。 圖 4-16 仿古灰漿 XRD 成份分析結果(3)...錯誤! 尚未定義 書籤。 圖 4-17 熱蘭遮城灰漿熱重分析結果 (升溫速率 10℃/min)........................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-18 熱蘭遮城灰漿熱重分析結果 (升溫速率 20℃/min)........................ 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-19 仿古灰漿熱重分析結果(升溫速率 10℃/min).錯誤! 尚未定義書籤。 IX.
(12) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 圖 4-20 仿古灰漿熱重分析結果(升溫速率 20℃/min).錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-21 前置試驗 1 之碳化程度 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-22 磚塊與前置試驗 1 之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 4-23 磚塊與前置試驗 1 之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 4-24 磚塊與前置試驗 1 之吸水率試驗結果 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 4-25 前置試驗 2 之碳化程度 ...... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-26 磚塊與前置試驗 2 之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 4-27 磚塊與前置試驗 2 之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 4-28 磚塊與前置試驗 2 之吸水率試驗結果 ..錯誤! 尚未 定義書籤。 圖 4-29 主體試驗之碳化程度 .......... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-30 磚塊與主體試驗之抗壓試驗結果 ..錯誤! 尚未定義 書籤。 X.
(13) 圖次. 圖 4-31 磚塊與主體試驗之劈張試驗結果 ..錯誤! 尚未定義 書籤。 圖 4-32 磚塊與主體試驗之吸水率試驗結果 ..錯誤! 尚未定 義書籤。 圖 4-33 水泥砂漿可逆性試驗結果 .. 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-34 仿古灰漿可逆性試驗結果 .. 錯誤! 尚未定義書籤。 圖 4-35 補強灰漿可逆性試驗結果(0.1G-0) ....................... 85 圖 4-36 補強灰漿可逆性試驗結果(0.2G-0) ....................... 86 圖 4-37 補強灰漿可逆性試驗結果(0.3G-0) ....................... 86 圖 4-38 補強灰漿可逆性試驗結果(0.1CW-0) ................... 86 圖 4-39 補強灰漿可逆性試驗結果(0.2CW-0) ................... 87 圖 4-40 補強灰漿可逆性試驗結果(0.3CW-0) ................... 87 圖 4-41 可逆性補強工法作業流程 ..................................... 95. XI.
(14)
(15) 照片次. 照片次 照片 2-1 掃描式電子顯微鏡附設能量分散光譜儀 ........... 13 照片 2-2 X 射線繞射分析儀 ............................................... 14 照片 2-3 X 射線螢光分析儀 ............................................... 14 照片 2-4 熱重分析儀 ........................................................... 15 照片 2-5 熱蘭遮城現存之南殘牆(一級古蹟台灣城殘蹟) 18 照片 3-1 關仔嶺特白灰 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-2 通過 10 號篩的砂 .............. 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-3 通過 40 號篩的黏土 .......... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-4 牡蠣殼 ................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-5 製作完成的糖漿 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-6 製作完成的糯米漿 ............ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-7 S-420 蓋平石膏 ................. 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-8 白水泥 ................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-9 飛灰.................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-10 水淬爐石粉 ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-11 渥太華砂 .......................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-12 超音波洗滌配合#200 篩進行篩洗 .錯誤! 尚未定 XIII.
(16) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 義書籤。 照片 3-13 熱蘭遮城南殘牆北牆面古灰漿採樣處之一 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 3-14 熱蘭遮城南殘牆南牆面古灰漿採樣處之一 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-1 流度台 ................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-2 中性化試驗機 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-3 十噸萬能試驗機 ................ 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-4 超音波檢測儀 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-5 紅磚抗壓試驗 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-6 磚塊劈裂試驗 .................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-7 紅磚與水泥砂漿試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-8 紅磚與水泥砂漿試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-9 紅磚與仿古灰漿試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 照片 4-10 紅磚與仿古灰漿試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ...................... 錯誤! 尚未定義書籤。 XIV.
(17) 照片次. 照片 4-11 紅磚與補強灰漿(0.1G-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ....................................................... 89 照片 4-12 紅磚與補強灰漿(0.1G-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 89 照片 4-13 紅磚與補強灰漿(0.2G-0)試驗後之界面狀況(正 向應力=1kgf/cm2) ............................................................ 90 照片 4-14 紅磚與補強灰漿(0.2G-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 90 照片 4-15 紅磚與補強灰漿(0.3G-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ....................................................... 90 照片 4-16 紅磚與補強灰漿(0.3G-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 91 照片 4-17 紅磚與補強灰漿(0.1CW-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ....................................................... 91 照片 4-18 紅磚與補強灰漿(0.1CW-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 91 照片 4-19 紅磚與補強灰漿(0.2CW-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ....................................................... 92 照片 4-20 紅磚與補強灰漿(0.2CW-0)試驗後之界面狀況 XV.
(18) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 92 照片 4-21 紅磚與補強灰漿(0.3CW-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=1kgf/cm2) ....................................................... 92 照片 4-22 紅磚與補強灰漿(0.3CW-0)試驗後之界面狀況 (正向應力=4kgf/cm2) ....................................................... 93 照片 4-23 磚牆右側照 ......................................................... 96 照片 4-24 磚牆正面照 ......................................................... 96 照片 4-25 磚牆左側照 ......................................................... 96 照片 4-26 開始清除磚塊上方灰縫 ..................................... 97 照片 4-27 磚塊上方灰縫清除完畢 ..................................... 97 照片 4-28 磚塊右側灰縫清除完畢 ..................................... 98 照片 4-29 磚塊左側灰縫清除完畢 ..................................... 98 照片 4-30 磚塊周邊灰縫清除完畢 ..................................... 98 照片 4-31 清除灰縫後的磚塊面(上側照) .......................... 99 照片 4-32 清除灰縫後的磚塊面(下側照) .......................... 99 照片 4-33 清除灰縫後的磚塊面(正面照) .......................... 99 照片 4-34 在原灰縫位置中填入灰漿 ............................... 100 照片 4-35 修復後磚牆的右側照 ....................................... 100 照片 4-36 修復後磚牆的正面照 ....................................... 100 XVI.
(19) 照片次. 照片 4-37 修復後磚牆的左側照 ....................................... 101. XVII.
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(21) 摘要. 摘要 . 關鍵詞：熱蘭遮城、灰漿、配比、可逆性 一、研究背景. 台灣自荷治時期開始，引入磚砌建築，因此灰漿開始被大量使用作為黏結 材、承重材及隔間材。灰漿係以石灰作為主要膠結材，使用時依用途與功能的不 同或地緣關係或匠師調製配比的不同，以不同比例摻合各種的填充料，因此各式 各樣的灰漿因應而生。近年來，隨著保護世界文化遺產風潮的推動，我國亦逐漸 重視史蹟修繕維護事宜，根據1964年「國際文化紀念物與歷史場所維護與修復憲 章」的第九條文：「修復的進行，在任何情況下都必須遵循該文化紀念物考古與 歷史的研究。」，因此，以往史蹟修復需依靠傳統匠師的經驗與技術；但在921 地震後，由於許多珍貴古蹟與歷史建築遭到地震摧毀，因此隔年我國即修改《文 化資產保存法》，使古蹟修復必要時「得採用現代科技與工法」，允許新材料、 新工法之使用，在不違背可逆性與真實性的前提下增強建築物之抗震、防災的機 能。 然而欲開發修復所用之新材料及新工法，首先必須對於原始材料的成份與材 料特性有充份的瞭解，但由於古蹟與歷史建築興建年代久遠，所用灰漿之配比雖 由匠師們口述流傳下來，但卻眾說紛紜，其配比缺乏歷史的考據與科學的佐證。 目前國內、外研究所提出之各種配比分析方法均有其適用性的限制，亦即單一試 驗方法不能求得完整的灰漿配比，故現今仍缺乏一套完整的灰漿配比分析試驗流 程，此一情形造成在修復過程中，除無法以原始灰漿配比進行古蹟修復，更遑論 要在不違背可逆性與真實性的前提下開發補強灰漿以增進建物的強度與安全 性。故本研究計畫由建立分析灰漿成份的配比開始，再以17世紀荷蘭人在當今台 XIX.
(22) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 南安平所建之熱蘭遮城所用之灰漿為分析對象，進行其灰漿配比和力學性質的研 究；並且，以熱蘭遮城灰漿配比為基礎開發具可逆性且力學性質更為優異的補強 灰漿。. 二、研究方法與過程 本研究首先建立灰漿配比分析流程，而後對熱蘭遮城灰漿進行取樣與灰漿配 比分析，利用分析所得之結果製作仿古灰漿試體，將仿古灰漿試體養護後進行碳 化程度的檢核、抗壓試驗、劈張試驗與吸水率試驗；而後以仿古灰漿的配比為基 礎，開發補強灰漿，將補強灰漿試體養護後同樣進行碳化程度的檢核、抗壓試驗、 劈張試驗與吸水率試驗，最後比較各種灰漿配比的力學性質與吸水率，並對其可 逆性進行探討。. 三、重要發現 本研究經建立灰漿配比分析流程、分析熱蘭遮城灰漿配比、製作仿古灰漿及 補強灰漿、進行仿古灰漿及補強灰漿一系列的相關試驗後，得到以下幾點重要結 論： 1.. 本研究結合篩分析、酸處理及糖度檢測建立一灰漿配比分析流程，並利用該 分析流程分析已知配比的仿作灰漿試體，分析結果顯示仿作灰漿中各成份的 分析值與設計值極為相近，分析所得之單一材料重量百分比與其設計之重量 百分比的誤差值大都在正負 3 個重量百分比以內，因此證明本研究所建立之 配比分析流程具實用性且分析數據具有一定的可信度。 . 2.. 利用本研究所建立之配比分析流程針對熱蘭遮城灰漿進行配比分析後，分析 結果顯示熱蘭遮城灰漿內主要的材料為石灰、砂、牡蠣殼與醣類，且各種材 料間的重量比為：「石灰：砂：牡蠣殼：醣類 = 1：0.15：0.25：0.04」。 . 3. XX. 經利用所得之熱蘭遮城灰漿配比製作仿古灰漿後，將經中性化養護，已完全.
(23) 摘要 碳化之仿古灰漿試體以及熱蘭遮城灰漿試體以高科技分析方法，包括 EDS、 XRD、XRF 及 TGA 進行成份分析後，由分析結果可知仿古灰漿與熱蘭遮城 灰漿之成份極為相似，故證明本研究所建立之灰漿配比分析流程具可信度。 4.. 前置試驗 1 中，將仿古灰漿、0.1G-0、0.2G-0、0.3G-0、0.1F-0、0.2F-0 以及 0.3F-0(G：石膏，F：飛灰)共七種灰漿配比以水灰比 0.6、骨材面乾內飽和之 用水條件拌合後製成試體，再將之放入中性化試驗機進行養護，結果顯示仿 古灰漿試體在完全碳化後之單壓強度約為 110 kgf/cm2；而添加石膏的補強 灰漿試體在完全碳化後之強度則在 80 kgf/cm2 以下；添加飛灰的補強灰漿試 體在完全碳化後之強度則在 100 kgf/cm2 以下。. 5.. 前置試驗 2 則是將前置試驗 1 中試體內灰份的用水量重新以流度 100%±5 加 以控制，養護條件則維持中性化養護，試驗結果顯示在調整用水量後，前置 試驗 2 中添加石膏及添加飛灰的補強灰漿其抗壓強度與劈張強度相較於前 置試驗 1 有提升的趨勢，顯示改變用水量確可增加灰漿強度，但以飛灰置換 部份石灰的補強灰漿則仍未能看出卜作嵐反應對於試體力學性質的影響，因 此研判利用中性化試驗機對灰漿試體進行養護，雖可加速氫氧化鈣反應成碳 酸鈣，但若灰漿中存在卜作嵐材料，則利用中性化試驗機養護會使得卜作嵐 反應無法完全作用而導致低估試體的力學性質。. 6.. 主體試驗是將各種灰漿試體在空氣中進行養護，由目前的試驗結果可知各種 配比到 56 天為止的碳化程度均低於 20%，部份甚至未達 15%。其中仿古灰 漿 56 天的碳化程度為 13.5%；就抗壓強度而言，補強灰漿中以 0-xSP 的強 度表現最好，不論是早期強度(7 天抗壓強度)或晚期強度(56 天抗壓強度)均 較仿古灰漿為高；而在劈張強度方面，則以 xG-0、xCW-0 和 xSP-0 表現較 好，0-xSP 的補強灰漿雖在抗壓強度方面有明顯提升，但在劈張強度方面則 未見相同表現。. 7.. 經可逆性試驗發現，在側向剪力的作用下，以仿古灰漿及補強灰漿(xG-0 及 xCW-0)做為黏結材的磚塊組在破壞時，仿古灰漿和補強灰漿不會造成磚塊 XXI.
(24) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 表面的損傷；而以水泥砂漿做為黏結材的磚塊組在破壞時，水泥砂漿則會對 磚塊表面造成損傷，故按照本研究對灰漿可逆性之定義，仿古灰漿和補強灰 漿(xG-0 及 xCW-0)具有可逆性，水泥砂漿則不具可逆性。 8.. 本計畫所提出的可逆性補強工法，乃是利用灰縫內的灰漿其強度較磚塊為弱 的特點，利用高壓水刀將灰縫去除，再根據灰漿配比分析的結果調製灰漿， 而後即可利用調製完成的灰漿復原磚牆，完成修復工作。且在本次實驗中的 灰縫並無風化的現象，而磚造古蹟內已風化的灰縫則其強度更低，因此本法 對於現地已風化的灰縫應具有更好的效果；同時，由於調製的灰漿其強度仍 較磚塊為低，未來若需要移除時，同樣可利用水刀加以去除再填入其他材 料，故可說此修復是具可逆性。. XXII.
(25) 摘要. ABSTRACT Keywords: Fort Zeelandia, mortar, proportion, reversibility When Taiwan was the Netherland colony, the brick structure had been imported and the mortar had been used for binding, load bearing and partitioning in the brick structures. The traditional mortar in the brick structure is a kind of composite material; several materials are mixied with different proportions for different purposes in different areas. Therefore, the mixing proportions of traditional mortars are various and complicated. Meanwhile, according to the Article 9 of INTERNATIONAL CHARTER FOR THE CONSERVATION AND RESTORATION OF MONUMENTS AND SITES (1964): “The process of restoration is a highly specialized operation. Its aim is to preserve and reveal the aesthetic and historic value of the monument and is based on respect for original material and authentic documents.”, the restoration of the historic monument should be proceeded with original materials. But, in 1999, many precious historic monuments in Taiwan were destroyed by the giant wave caused by Chi-Chi earthquake. This kind fo disaster indicated the original materials don’t have enough strength to resist the wave associated with the vast earthquake. So, the government modified the Cultural Heritage Preservation Law for making applying the new materials and new techniques on the restortation of the historic monument leagal. Before developing the new mortars and new restortation techniques, the characteristics of the traditional mortar and the mixing proportions should be knowm well. Although the materials and mixing proportions were spread through the artisan speaking from generation to generation, the validity of the mixing proportion has not been verified by any scientific analysis technique. Therefore, the experts spent lots of time and make many efforts for analyzing the mixing proportions of the traditional mortars. But, until now, the analysis method which can get the proportions of the mortar through a piece of mortar is deficient. Accordingly, creating an analysis method or procedure for gaining the proportion of the mortar correctly and quantitatively is this main purpose of this project, and the principal analyzing object is the mortar of the Fort Zeelandia in this project. Once the proportion analyzing method was established, the mortar of the Fort Zeelandia would be analyzd through the method. Meanwhile, the mortar had the same proportion with the Fort Zeelandia mortar would be made (indicated the imitation mortar) and the mechanical properties of XXIII.
(26) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 the imitation mortar would be evaluated, too. Based on the proportion and the mechanical properties of the Fort Zeelandia mortar, this project would try to improve the mechanical properties of the mortar through adding different additives into the mortar (indicated the improved mortar). Finally, because the developing mortars are applying on the brick structure restoration, the reversibilities of the mortars would be evaluated for suring the restortation can be reversed. After a series of tests and experiments, several couclusions of this project were made as follows: 1. This project combined the sieve analysis, the acid treatment and the sugar content as a mortar proportion analysis procedure. The analysis procedure was evaluated through examining the mortars with known proportions. The analysis result showed that testing errors of the material contents are almost fewer than 3% in weight. Therefore, the mortar proportion analysis procedure created in this project is usable and reliable. 2. Through the mortar proportion analysis procedure, the mortar of the Fort Zeelandia contained lime, sand, oyster shell and carbohydrate. The mixing proportion of the Fort Zeelandia mortar was: Lime : Sand : Oyster shell : Carbohydrate = 1:0.15:0.25:0.04. 3. This project made the imitation mortar with the mixing proportion of the Fort Zeelandia mortar and the mortar samples were cured in an elevated carbon dioxide atmosphere chamber. The cured imitation mortar and the Fort Zeelandia mortar were then examined by three composition analysis techniques, including EDS, XRD, XRF and TGA. The results indicated that the compositions of the imitation mortar was extremely similar to the Fort Zeelandia mortar and revealed that the mortar proportion analysis procedure proposed in this project was reliable. 4. The results of the test 1 indicated that the compression strength of the cured imitation mortar was about 110 kgf/cm2; the compression strength of the improved mortar with gypsum was less than 80 kgf/cm2; the compression strength of the improved mortar with fly ash was less than 100 kgf/cm2. 5. The results of the test 2 revealed that the compression strength of the improved mortars all had a tendency towards increasing, no matter the improved mortar was with gypsum or fly ash. This XXIV.
(27) 摘要 phenomenon showed that the compression strength of the improved mortar could be increased through reducing the mixing water of the improved mortar. Meanwhile, the elevated carbon dioxide atmosphere chamber would decrease the pozzolanic reaction of the pozzolanic material in the improved mortar and lead the mechanical properties of the improved mortar underestimating. 6. The results of the main test showed the carbonation degrees of the mortars were all less than 20% after curing 56 days in the air, and the carbonation degree of the imitation mortar was 13.5%. Considering the compression strength, the improved mortar with slag powder (0-xSP) had the highest value, no matter curing 7 days or curing 56 days, but the splitting tensile strength of the improved mortar (0-xSP) was not increased through the slag powder added. For the splitting tensile strength, the improved mortars with gypsum, white cement and slag powder (xG-0, xCW-0 and xSP-0) had better splitting tensile strength than the other improved mortars. 7. According to the reversibility experiment result, the imitation mortar and the improved mortars (xG-0 and xCW-0) did not cause damages to the bricks under the shear force was working on the specimen. Oppositely, the cement mortar caused damages to the bricks when the shear force working. Hence, the imitation mortar and the improved mortar (xG-0 and xCW-0) could be said been reversible, but the cement mortar did not own the reversibility. 8. The reversible restoration method proposed in this project was based on that the mortar is weaker than the brick in strength. Therefore, the mortar should be cleaned by the water jet with high pressure and the water jet had no threat to the entirety of the brick. According to the experiment result, the mortar between two bricks belonged to the brick wall could be removed successfully and the water jet had no harm to the bricks. Then, the mortar with the analyzed proportion was mad and used on the restortation of the brick which was removed from the brick wall earlier. Meanwhile, because the strength of the manufactured mortar was still lower than the brick, the restortation composition could have no problem in withdrawn in the future, if it is necessary.. XXV.
(28)
(29) 第一章 緒論. 第一章 緒論 . 第一節 研究計畫背景 我國自1982年公佈文化資產保存法，將古蹟列為文化資產，然而，近年來『真 實性』的議題逐漸被提出，質疑當前在文化資產保存上的真實性（authenticity）。 在臺灣，古蹟之修復常偏離世界文化遺產修復的精神，常以修復者之臆測或自以 為是的習慣工法進行，造成不少古蹟在修復後偏離『真實性』，甚至形成破壞古 蹟的行為。國外的古蹟或世界文化遺產中有為數眾多的「不完整」古蹟，即是因 為依真實性之真諦來看待，「不完整的原物」遠比修復過「完整的非原物」更具 有其真實性，因此，國外的相關學者並不鼓勵只求完整但忽略真實性的古蹟整修 (傅朝卿，2001)。 《威尼斯憲章，1964》在第九條文中明確指出，「修復的過程乃是一項高度 專門性的工作，其目的在保存和顯現該文化紀念物的美學和歷史價值，而且必須 以尊重原始材料和真實的史料遺物為基礎。任何的臆測發生時修復應該馬上停 止，如果不可避免的要有添加之作，其必須與原有建築構成有所區別，而且一定 要烙印上當代的痕跡。在任何的情況下修復的進行都必須遵循該文化紀念物考古 與歷史的研究。」，從該條文中可知，復原一定要有充定的證據，不可以臆測， 尊重歷代正確的原料，而且復原的部份，一定要能夠與原物區別。目前在著名的 世界遺產中，不完整的古蹟數量很多，如羅馬競技場與雅典帕特嫩神廟是殘跡， 義大利及希臘政府當局並不是沒有能力將它們復原成完整的形貌，而是他們認為 缺乏直接的原始證據就不該去復原(傅朝卿，2002)。然而我國由於地理位置特 殊，天然災害如地震、颱風及豪雨等發生頻率較大部分國家為高，因此造成歷史 古蹟易受到天然力毀壞，故我國在921震災隔年即修改《文化資產保存法》，刪 除原《文化資產保存法施行細則》所規定之「古蹟修護必須使用傳統之技術及方 1.
(30) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 法」，使古蹟修復必要時「得採用現代科技與工法」，允許新材料、新工法之使 用，在不違背可逆性與真實性的前提下增強建築物之抗震、防災的機能，惟新材 料、新工法的使用又不可違背可逆性（reversibility）與真實性（authenticity）的 原則。 欲開發修復所用之新材料及新工法，即必須對於原始材料的成份與材料特性 有充份的瞭解，但由於古蹟與歷史建築興建年代久遠，所用灰漿之配比雖由匠師 們口述流傳下來，但卻眾說紛紜，其配比缺乏歷史的考據與科學的佐證。目前國 內、外研究所提出之各種配比分析方法均有其適用性的限制，亦即單一試驗方法 不能求得完整的灰漿配比，故現今仍缺乏一套完整的灰漿配比分析試驗流程，此 一情形造成在修復過程中，除無法以原始灰漿配比進行古蹟修復，更遑論要在不 違背可逆性與真實性的前提下開發新式灰漿以增進建物的強度與安全性。故本研 究計畫以17世紀荷蘭人在當今台南安平所建之熱蘭遮城所用之灰漿為分析對 象，嘗試利用現有之各種分析方法，針對傳統灰漿中所使用之材料，發展出一套 可將傳統灰漿成份定量化的標準分析方法與流程。而後期望利用此分析流程重現 熱蘭遮城灰漿的真實配比，並利用現今材料以分析所得之配比製作仿古灰漿(仿 熱蘭遮城灰漿)，最後以材料力學的方法求得該仿古灰漿的相關力學特性；再者， 以熱蘭遮城灰漿之配比為基礎試圖開發新式現代灰漿，該灰漿除應具有可逆性外 且應較仿古灰漿擁有較優異的力學參數，如此方能使珍貴的傳統建築物在修復後 維持其歷史真實性且具有更高的安全性。. 2.
(31) 第二章 文獻回顧. 第二節 研究方法與步驟 由於傳統建築物灰漿是由多樣的材料混合而成，因此單一分析方法不能完全 分析出灰漿內所含之材料種類與含量，故本研究嘗試根據不同材料的特性，利用 不同的分析技術來獲得傳統建築物灰漿內的材料成份與含量。由於傳統建築物灰 漿不能隨意取樣進行大量試驗，故本研究首先收集灰漿成份之相關文獻，依據文 獻所載各種灰漿所使用的材料，建立只需要少量樣本即可分析出灰漿中各項成份 及配比的試驗方法及流程，而後對熱蘭遮城進行少量樣本的取樣及樣本成份及配 比分析，得到此處古蹟灰漿的成份與配比後，再以相同配比製作試體進行傳統灰 漿力學特性以及可逆性的探討；同時，嘗試在傳統灰漿成份中添加新材料製作補 強灰漿，找尋可使開發之灰漿具有與傳統灰漿同樣的可逆性且較為卓越的力學性 質的新添加材料，以期使修復後的傳統建築物保有真實性、可逆性且安全性遞 昇。本計畫之研究方法可分為以下幾大步驟： 1. 收集灰漿成份及分析方法之相關文獻。 首先蒐集台灣傳統磚造建築物灰漿之研究文獻，初步了解傳統灰漿之組成成 份以及灰漿成份與配比之分析方法，作為本研究之研究基礎。 2. 傳統灰漿取樣及樣本成份及配比分析。 根據文獻回顧之結果，利用傳統灰漿內所使用之材料(包含石灰、牡蠣殼與 砂等)以自行設計之配比進行試驗灰漿的試體製作，而後利用試驗灰漿建立 配比分析方法；同時對熱蘭遮城城牆之灰漿進行取樣，最後以本研究所建立 之配比分析方法進行熱蘭遮城灰漿之配比分析。 3. 依熱蘭遮城灰漿配比，製作仿古灰漿試體，進行力學特性及可逆性分析。 根據熱蘭遮城灰漿之配比製作仿古灰漿試體，並經養護後，求取不同齡期仿 古灰漿之力學性質，包含抗壓強度以及劈張強度，並將熱蘭遮城灰漿與完全 碳化之仿古灰漿以其他分析方法(如 EDS、XRD、XRF 等)進行分析，探討仿古 3.
(32) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 灰漿與熱蘭遮城灰漿組成成份之差異性，最後進行仿古灰漿之可逆性分析。 4. 以熱蘭遮城灰漿配比為基礎研發補強灰漿並製作試體。 以分析所得之熱蘭遮城灰漿的配比為基礎，添加新材料開發補強灰漿並灌製 相關試驗所需之試體。 5. 驗証補強灰漿試體之力學特性及可逆性。 將補強灰漿試體進行養護，並在不同養護齡期取出試體進行力學試驗，以了 解補強灰漿之力學特性，最後並進行可逆性試驗。 6. 仿古灰漿與補強灰漿之比較。 針對仿古灰漿與補強灰漿之力學性質及可逆性進行比較，以了解各種灰漿配 比之優劣性。 7. 建立可逆性之補強工法。. 4.
(33) 第二章 文獻回顧 傳統灰漿可逆性補強工法 之研究. 文獻回顧 熱蘭遮城灰漿成份分析 (灰縫). 熱蘭遮城灰漿特性分析. 補強灰漿特性分析. 仿古灰漿試體製作 (十七世紀熱蘭遮城). 補強灰漿試體製作 (添加新材料). 試驗規劃. 試驗規劃. 力學試驗. 可逆性分析. 可逆性分析. 力學試驗. 劈裂試驗. 單壓試驗. 劈裂試驗. 單壓試驗. 仿古灰漿力學特性. 補強灰漿力學特性. 仿古灰漿與補強灰 漿力學特性比較. 仿古灰漿與補強灰 漿可逆性比較. 建立可逆性補強工法 圖 1-1. 研究流程圖 5.
(34) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 第二章 文獻回顧 台灣傳統建築物中有許多都是以磚材砌築而成，磚砌建築可說台灣傳統建築 中最常見的砌體結構類型(王新衡，2003)，如台北紅毛城(San Domingo)、台南普 羅民遮城(Provintia)與熱蘭遮城(Zeelandia)等均為磚砌結構物，同時，傳統建築中 大量使用灰漿做為黏結材、承重材及隔間材(李鴻銘，2005)，然而灰漿的種類繁 多，有用於打底之抹灰、牆面刷飾、防水捻縫、黏結石頭及牆身砌築等不同用途 之灰漿，瓦工師傅會因用途和地點而選用不同的灰漿，於是流傳有九漿十八灰的 說法（張清忠，2002），本章即針對灰漿的組成材料性質、配比分析方法之相關 研究進行回顧整理，並蒐集研究對象「熱蘭遮城」之相關文獻，作為本研究之參 考。. 第一節 灰漿的材料 石灰漿在很早以前，即被使用於塞浦魯斯、希臘與克利特島，而古羅馬、亞 述人和巴比倫人也都將石灰和黏土混合用於建築物中(黃兆龍，1997)，羅馬帝國 吞併希臘後對於石灰的使用工藝進行改進，在石灰中不僅摻合砂子，還將磨成細 粉的火山灰摻入，後人將此稱為羅馬灰漿(Gleize, et al., 2000)，我國則自荷蘭統 治時期開始引入磚砌建築並開始大量使用灰漿。 我國傳統灰漿中常見石灰、黏土、砂、牡蠣殼、紅磚碎屑、糖漿與糯米漿等 材料，種類繁多，各有其作用與功能性，有些材料也兼具多種功用，根據洪煌凱 (2003)與李泓銘(2005)的研究，我國與中國常用的灰漿材料根據其使用特性大致 可分為黏結材料、骨材、纖維物質、染色材料、防水材料、減水緩凝和其他材料 (如表2-1)，而其中與灰漿工作性、強度以及耐久性有關的材料主要為黏結材料、 骨材以及減水緩凝材料。黏結材料中在台灣較常用的為石灰、蠣殼灰、黏土、糖 6.
(35) 第二章 文獻回顧 汁與糯米汁；骨材則以砂及牡蠣殼較為常見；而灰漿中常添加糖做為減水緩凝 材，故以下針對各種主要材料(包括石灰、骨材、黏土、糯米漿與糖漿)進行簡介：. 表 2-1. 1.. 我國與中國之灰漿材料分類表 (整理自洪煌凱，2003 與李泓銘，2005) 材料特性. 材料種類. 黏結材料. 石灰、蠣殼灰、青灰、黏土、糖汁、糯米汁. 骨材. 砂、紅土、牡蠣殼、紅磚碎屑、貝殼. 纖維物質. 麥桿、麻絨、榖殼. 染色材料. 紅土、黃土、炭渣、燈黑、動物血. 防水材料. 桐油、明礬. 減水緩凝材. 糖. 其他材料. 米醋、鹽. 石灰 一種以氧化鈣為主要成份的氣硬性無機膠凝材料。石灰是用石灰石、白雲 石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經 900~1000℃煅燒而成。石灰是 人類最早應用的膠凝材料，公元前 8 世紀古希臘人已用於建築，中國也在公 元前 7 世紀開始使用石灰。至今石灰仍然是用途廣泛的建築材料(薛琴， 2003)。石灰又可分為生石灰與熟石灰，將碳酸鈣煅燒後排除二氧化碳可得 到氧化鈣，即生石灰(式 2-1)，生石灰藉由少量的水熟化後會產生熟石灰(式 2-2)，而熟石灰吸收二氧化碳並釋放水份後形成碳酸鈣(式 2-3)。其膠結原理 分為結晶與碳化兩種過程(李泓銘，2005)： (1) 結晶：石灰漿的水分散失，氫氧化鈣形成結晶，為物理變化。 (2) 碳化：氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳結合成碳酸鈣結晶，為化學變化。 煅燒過程 CaCO3+HOT → CaO(生石灰)+CO2. 式 2-1. 熟化過程 CaO+H2 O→ Ca(OH) 2(熟石灰)+HOT. 式 2-2. 碳化過程 Ca(OH)2+CO2+n(H2 O) → CaCO3 +(n+1)H2O+HOT. 式 2-3 7.
(36) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 而根據前人的研究指出，氫氧化鈣與二氧化碳反應形成碳酸鈣的過程會造成 體積的增加，而使得混凝土的孔隙率降低(Ngala and Page, 1997)。而灰漿之 表面形成碳化物後，會使得內部的碳化與結晶過程減緩，此為石灰砂漿乾硬 極慢的主因(馮家福，2003)。. 2.. 骨材(砂與牡蠣殼) 灰漿中常以砂及牡蠣殼做為骨材。其中砂的添加有助於提升早期強度，經過 河流沖刷堆積於溪邊、河畔的砂為佳，淡水及海水交界處的砂因含鹽量較 高，如未經過長時間以雨水或淡水沖洗之則不可用(莊敏信，2003)，粒徑較 大的砂為堅實穩定的矽鋁礦物，幾乎無化學反應之發生，若顆粒比例良好， 可以大幅提升灰漿之強度，有助於工作性與節省工程費(馮佳福，2003)。片 狀的牡蠣殼常見於濱海地區之傳統建築灰漿中，為就地取材將牡蠣殼敲碎後 作為骨材用，屬於輕質的骨材，可提供機械性的抗剪強度，並有助於減低乾 縮量及避免脆性破壞，然而其本身強度不高，當膠結材強度較高時，添加牡 蠣殼會造成整體強度的降低，基於力學性質之考量其添加量不宜過多(李泓 銘，2005)。. 3.. 黏土 黏土在灰漿中可兼俱黏結與填充的功用。石灰與黏土拌合夯築，並非僅是簡 單的壓實作用，而是灰土發生化學變化(薛琴，1996)，屬於氣硬性膠凝材料 的石灰，與黏土等依照比例配製而成的灰土，經適量的水充分拌合後，透過 碾壓或夯實，在潮濕環境中石灰與黏土表面的活性氧化矽或氧化鋁反應，生 成具有水硬性的水化矽酸鈣或水化鋁酸鈣膠體(張德思，2002)，此膠體促使 土壤顆粒間產生膠結作用，顆粒間更形緊密與固化，其膠結強度與凝聚力因 而增加，此反應一般稱為卜作嵐反應，此外，不論是矽酸鈣水化合物或鋁酸 鈣水化合物膠體，一旦形成膠結物質，則不會因土壤中的水分子產生變化而. 8.
(37) 第二章 文獻回顧 破壞或溶解於水中(Vanimpe,1989) 4.. 糯米漿 有別於西方國家的灰漿，中國自古即使用糯米漿、糖漿等碳水化合物液體拌 合石灰作為黏結材，醣類與石灰結合之後產生化學變化，有些極重要的變化 甚至改變了灰漿結構。糯米的主要成分是澱粉，澱粉的分子連接成直線狀 的，稱直鏈澱粉(amylose)；連接成分支狀的，稱支鏈澱粉(amylopectin)。圖 2 所示為直鏈澱粉分子鏈，其含量多，則米質鬆散不黏。圖 3 所示為支鏈澱 粉分子鏈，其含量越高，米質越富黏性；此外，支鏈澱粉如網狀般交織密結， 在每個分支點上由 α-1,6 甘鍵所鍵結，其鍵結力較由 α-1,4 甘鍵所鍵結的 直鏈澱粉難分離，如圖 4 所示。糯米的支鏈澱粉含量高達 99 % 直至 100 % ，所以米質最黏，通常把秈糯和粳糯合稱糯米，非糯的秈和非糯的粳簡 稱秈或粳。秈糯和粳糯外形的區別是，秈糯的米粒細長，粳糯的米粒短圓(中 國食品產業網)，臺灣傳統建築所使用的糯米漿，則以短糯米做為原料烹煮 而成(王新衡，2003)。. 圖 2-1. 直鏈澱粉分子鏈. 圖 2-2. 支鏈澱粉分子鏈 9.
(38) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 圖 2-3. 支鏈澱粉鍵結分子之形狀. 古代中國人可能從米食的製作中發現糯米(支鏈澱粉)製品具有黏度大、高稠 度易定型、常溫下穩定不易變質、乾燥硬化後緊縮難以切割等特性，因而常 以糯米漿作為黏結劑，如書法和繪畫之裱糊、門窗用的紙張糊、黏合布鞋或 衣料等，其中最重要的應用是在建築材料上，以糯米漿拌合石灰作為砌體建 築之黏結材。糯米引入建築材料最早的傳說是在秦代修建長城的工程中，在 漢代以後出土的的歷代古墓之砌體建築遺蹟中也發現糯米漿的應用(洪煌 凱，2003)。. 5.. 糖漿 王龍盛(2003)指出糖灰漿是以糖之結晶能力與石灰混合後形成「蔗糖鈣 C12H20O11Ca」而產生強度，其簡化之化學反應式如下： C12H22O11+Ca(OH)2→C12H20O11Ca+2H2O. 式 2-4. 在灰漿中加入適量糖漿可增加強度、延長初凝時間、提早終凝時間，且具有 吸水率低、耐酸性高之特性(王龍盛，2003)。在電子顯微鏡下，其表面結構 具有光滑、平整的特性，但過量時造成乾縮龜裂、變形、潮濕時潮解的負面 效應(洪煌凱，2003)，馮佳福(2003)指出 0.02 的糖漿用量為匠師慣用配比， 而在王龍盛(2003)之研究中，石灰與糖之最佳重量比約為 1 : 0.04 至 1 : 0.067 之間，且以白糖或二砂取代黑糖，可提高強度。但王新衡(2003)認為以紅糖 取代黑糖後，其黏結力與抗壓強度較黑糖低。 . 10.
(39) 第二章 文獻回顧. 第二節 灰漿配比分析方法 由上節之敘述可知灰漿是一種由多種材料按不同比例所構成之複合材料，且 常由於地域或匠師的不同而造成其配比的不同，因此以往有許多專家學者曾針對 灰漿中的成份及配比進行相關研究(Gleize,2000；王新衡，2003；洪煌凱，2003； 陳淮之，2004；李泓銘，2005)，茲將各專家使用的分析方法整理如表2-2，並對 各種分析方法進行簡介，包括掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)及X射線能量散佈光譜分析(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)、X 射 線 繞 射 分 析 (X-ray Diffraction Analysis, XRD) 、 X 射 線 螢 光 分 析 (X-ray Fluorescence Analysis, XRF)，熱重分析(Thermo Gravimetric Analysis, TGA)：. 表 2-2. 各專家所使用的配比分析方法. SEM. 獲取顯微影像 (定性). ˇ. EDS. 測定元素含量 (半定性定量). ˇ. ˇ. XRD. 測定結晶礦物成份 (定性). ˇ. ˇ. ˇ. XRF. 測定分子含量 (定性定量). ˇ. ˇ. TGA. 測定物質成份 (定性). 色度分析. 測定色度 (定性). ˇ. ˇ. ˇ. (2005) 李泓銘. (2004) 陳淮之. (2003) 洪煌凱. (2003) 王新衡. 項目. (2000) Gleize. 學者. ˇ ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 11.
(40) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 1.. 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)及能量散佈光譜分析 (Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS) 掃描式電子顯微鏡的解像力是介於光學顯微鏡與穿透式電子顯微鏡之間，其 成像原理是利用一束具有 5～30 KV 之電子束掃描試片的表面，並將表面 產生之訊號加以收集經放大處理後，輸入到同步掃描之陰極射線管 (CRT)， 以顯現試片圖形之影像。由於電子顯微鏡觀察需在高真空環境下進行，潮濕 或易揮發之物質會妨礙高真空之維持，所以為了避免標本所含的水份、流質 在高真空下揮發而影響觀察，所以必須先將樣品作固定、脫水等處理。除此 之外，非導電性標本會因電荷累積於試片表面無法去除，產生排斥力，使電 子束受到干擾無法進行觀察，也為了避免標本在電子束掃描時因高溫而遭破 壞及增加二次電子的產生以得到更清晰的影像，必須在標本的表面上覆蓋一 層金屬或碳的薄膜。通常掃描式電子顯微鏡均會附加一座 X 射線能量散佈 光譜分析儀（energy dispersive X-ray spectrometer, EDS）作半定量式的元素 分析，藉由量測電子束照射試體所激發之能量分布，可得試體內元素之含量 (李泓銘，2005)。EDS 的檢測原理主要為當一束電磁波通過一物質時，某些 頻率的光子可能會被吸收而選擇性的被除去。此時該頻率的電磁波能量就轉 移到物質的原子上，結果該原子上的電子能階由低能階提升至高能階，而呈 激發狀態(excited state)。而在室溫下，大部分物質其原子在最低能階的狀 態，稱為基態(ground state)。當原子吸收某頻率光子的電磁波時，由基態被 激發至激發態，然後它放出與所吸收時相同能量之電磁波，而回到原來的基 態。由於每一種物質此種能量差是獨一的，故研究物質所吸收及發散光子的 輻射頻率，可提供一個區別或鑑定物質成份的方法(孫逸民等人，1988)。. 12.
(41) 第二章 文獻回顧. 照片 2-1. 2.. 掃描式電子顯微鏡附設能量分散光譜儀. X 射線繞射分析(X-ray Diffraction Analysis, XRD) 通過測定繞射 X 射線的強度以確定試樣物相組成的 X 射線分析法稱為 X 射 線繞射分析。XRD 檢測原理為當 X 射線照射到物質上時，X 射線變與物質 中的原子相互作用，迫使原子中的電子和原子核跟隨著 X 射線電磁波的週 期變化的電磁場而振動。由於原子核的質量比電子大得多，原子核的振動可 忽略不計，因此主要是原子中的電子跟著一起週期振動，這些原子就成了新 的電磁波波源，並以球面波方式，向四面八方散射出波長和相位與入射 X 射線相同的電磁波。而當散射的 X 射線波長與入射 X 射線的光程差是波長 的整數倍時，這些散射的 X 射線才能同相位相遇，光的振幅才能互相疊加， 光的強度才能增強。由於物質中各原子所射出的散射 X 射線在不同方向上 具有不同的光程差，只有在某些方向，即光程差等於入射 X 射線波長的整 數倍時，才能得到最大程度的加強。這種由於大量原子散射波的疊加，而產 生最大程度加強的光束稱為 X 射線的繞射線，最大程度加強的方向稱為繞 射方向。此種分析法的最大特點是可以進行物相組成分析，但只能檢測晶體 為其使用限制(柯以侃等人，2007)。傳統磚砌建築之灰縫可藉由 XRD 測定 其中之結晶礦物成分。然而，XRD 無法測定非結晶之物質，所以檢測之結 果僅能代表灰縫中所含有之礦物成分，並不能絕對代表全部的成份(王新 衡，2003)。 13.
(42) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 照片 2-2. 3.. X 射線繞射分析儀. X 射線螢光分析(X-ray Fluorescence Analysis, XRF) 基於測量 X 射線螢光波長及強度以進行定性和定量的分析方法稱為 X 射線 螢光光譜分析。由高速電子激發原子內層電子，導致 X 射線的產生，這種 X 射線稱為初級 X 射線。X 射線螢光分析的原理是利用初級 X 射線照射樣品 物質，該物質會發出次級 X 射線，此次級 X 射線即為 X 射線螢光。而當入 射 X 射線的能量等於樣品原子內層電子的結合能時，才能擊出樣品原子的 內層電子，產生 X 射線螢光，由於不同的元素具有不同的 X 射線螢光波長， 因此可根據檢測 X 射線螢光波長而得知元素的種類(柯以侃等人，2007)。. 照片 2-3 14. X 射線螢光分析儀.
(43) 第二章 文獻回顧 4.. 熱重分析(Thermo Gravimetric Analysis, TGA) 用於熱重分析法(Thermo Gravimetric Analysis Method)的儀器主要為利用熱 天平對試體連續加熱，操作時以程式控制溫度的改變而達到加熱或冷卻樣品 之目的，它能連續紀錄試體質量與溫度之關係。熱天平之主要組件包含紀錄 天平、加溫爐、程式溫控系統及記錄器。熱重分析法是在程式溫控下，量測 物質的質量與溫度關係，而作出相對重量(%)或重量對溫度的變化曲線，從 而分析其中各化合物之含量(孫逸民等，2000)。. 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。. 15.
(44) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 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 16.
(45) 第二章 文獻回顧 此再考量灰漿的可被移除性以及降低水對於磚材的風化影響之下，本研究將灰漿 的可逆性定義為『灰漿的強度不高於磚塊的強度，使得將灰漿自磚塊上清除時， 不會損及磚塊，且灰漿的吸水率不低於磚塊的吸水率』，如此往後若有更佳的修 復材料或工法時，方可將修補的灰漿自磚塊上移除，而後應用新的材料或工法進 行古蹟的整修及維護。. 第四節 熱蘭遮城灰漿 熱蘭遮城創建於1624(明天啟四)年，完成於1634(崇禎七)年，位於當時台灣 西南沿海的一鯤身沙洲上。初名奧倫治(Oranje)城，1627(天啟七)年易名為熱蘭遮 (zeelandia)城，為荷蘭對中國、日本貿易之中途站及統治福爾摩沙全島之政治中 心。1661 (明永曆十五)年，鄭成功驅荷領台，改一鯤身為安平鎮，並以熱蘭遮城 (時稱台灣城)為軍事重地。1683(清康熙二十二)年，台灣入清版圖，政治中心移 至台南市區，台灣城遂改為軍裝局，此時城已逐漸傾圮。1869(清同治八)年，英 國軍艦來犯，因城內軍火庫爆炸，城牆損毀。此後當地官民修建房舍，經常就此 掘取磚石。日本時期，日人剷平城垣殘壁，四周繞以紅磚圍成長方形之階梯平台， 並於其上建日式房屋為海關長官宿舍，內城荷式建築全毀。1930(昭和5)年，總 督府為籌備「台灣文化三百年紀念會」，整理拆除平台四周房舍民房，平台上海 關長官宿舍並改建為新式洋館作為展覽及招待旅客之所。戰後，台南市政府分別 於1975(民64)年與1993(民82)年，著手台灣城的重修規劃，成為今天的面貌(曾國 恩建築師事務所，1993)，目前熱蘭遮城所存留下來較大的殘蹟為一級古蹟台灣 城殘蹟(照片2-5)。熱蘭遮城之城牆所使用的灰漿材料在《台灣縣誌》(1807)有相 關記載：「台灣城，在安平鎮一鯤身，沙磧孤浮海上。……大抵比城磚砌，層疊 悉以糖水糯汁搗灰覆之，堅不可劈。」，上述說明安平古堡磚砌乃是用石灰、糯 米漿、糖漿混合而成；傅朝卿(2001)在「台南市古蹟與歷史建築總覽」更清楚的 說明，安平古堡乃由糯米汁、糖漿、砂及蚵殼粉等材料混合磚砌而成；另外，根 17.
(46) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 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. 18. 熱蘭遮城現存之南殘牆(一級古蹟台灣城殘蹟).
(47) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 第三章 灰漿材料、配比分析與設計 由於灰漿是由多種材料拌合而成，且目前常用之分析方法無法正確的求出灰 漿中各種材料的配比，因此本研究嘗試建立一分析方法或流程以分析灰漿的配 比，而後嘗試在熱蘭遮城灰漿材料中添加其他材料進行改良。本章先介紹本研究 試驗所使用的材料，再介紹所開發之配比分析流程並對熱蘭遮城灰漿進行配比分 析，最後介紹依熱蘭遮城灰漿配比而作的仿古灰漿及添加其他材料的改良灰漿之 設計配比及拌合方式。. 第一節 灰漿試驗材料 根據第二章的研究回顧結果，可知灰漿中的主要材料有石灰、砂、黏土、牡 蠣殼與醣類(各材料所對應的代號如表3-1所示)，故本研究計畫利用上述6種材料 製作試驗灰漿，並利用所開發之配比分析方法對試驗灰漿進行配比分析，以驗證 配比分析方法之可行性與正確性；此外，本研究計畫以其他材料(石膏、白水泥、 飛灰、水淬爐石粉、渥太華砂)置換熱蘭遮城灰漿中部分材料進行補強灰漿的開 發。以下針對上述各種本研究計畫使用的材料逐一進行介紹：. 中文 英文 代號 中文 英文 代號. 石灰 Lime L. 砂 Sand S 白水 石膏 泥 White Gypsum cement G CW. 表 3-1 材料代號對應表 黏土 牡蠣殼 糖漿 Clay Oyster shell Molasses C O M 飛灰 Fly ash F. 水淬爐石粉 Slag powder SP. 糯米漿 Rice paste R. 醣類(M+R) Carbohydrate T. 渥太華砂 Ottawa sand OS. 19.
(48) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 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 關仔嶺 特白灰. 圖 3-1 20. 鹽酸的不溶物 (wt%) 1.06. Gs 2.33. 乾單位重 (g/cm3) 1.54. 關仔嶺特白灰熱重分析結果(第一組).
(49) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 2.. 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). 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。. 21.
(50) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 照片 3-2. 圖 3-4 表 3-3. 3.. 土壤. Gs. 砂. 2.52. 通過 10 號篩的砂. 砂的粒徑分佈曲線 試驗用砂之基本性質 面乾內飽和含水量. 乾單位重. (%). (g/cm3). 2.30. 1.54. 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。. 22.
(51) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 照片 3-3 表 3-4. 4.. 通過 40 號篩的黏土. 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. (%). 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. 23.
(52) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 圖 3-5 表 3-5. 5.. 材料. Gs. 牡蠣殼. 2.46. 牡蠣殼的粒徑分佈曲線 試驗用牡蠣殼之基本性質 面乾內飽和含水量. 乾單位重. (%). (g/cm3). 16.60. 0.93. 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. 24. 製作完成的糖漿.
(53) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 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 7.. 製作完成的糯米漿. 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. 25.
(54) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 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 9.. 白水泥. 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。. 表 3-7. 26. 照片 3-9 飛灰 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.
(55) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 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. 熱壓膨脹(%). 0.10. 燒失量(%). 5.23. 86.2. 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. 27.
(56) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 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 (%) 比表面積(m2/kg). 1~2.5 410~420. 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. 28.
(57) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 第二節 配比分析方法 建立配比分析方法需要大量且已知配比的灰漿進行相關試驗及分析方法的 驗證，但傳統建築物上之灰漿極為珍貴，同時傳統建築物之灰漿配比鮮少為人所 知，因此在進行配比分析方法的開發之前，本計畫先行製作已知配比之「試驗灰 漿」，其目的是為配比分析方法提供一已知配比的灰漿試樣，以驗證配比分析方 法其分析結果之正確性。 本研究利用石灰、砂、黏土、牡蠣殼、糯米漿與糖漿按照依定比例混合後製 作五組(A、B、C、D、E)具不同配比的試驗灰漿，各組試驗灰漿的設計配比列於 表3-10。而試驗灰漿中各材料的用水量如表3-11所示：(1)石灰的用水量是參考以 往各專家學者使用水灰比控制(水灰比在0.74~0.75之間)(張清忠，2002；洪煌凱， 2003；陳俊良，2004；李泓銘，2005)，因此試驗灰漿內石灰的用水量以水灰比 控制(水灰比設定為1：0.75)，同時經過試驗後得知石灰在此水灰比下其流度為 120%；(2)黏土則同樣以其流度120%下的含水量做為其拌合用水量，經試驗後黏 土的用水量為46%(重量百分比)；(3)砂和牡蠣殼的用水量則是以其內乾內飽和的 含水量做為拌合用水量。拌合完後的試體置入中性化養護機內養護28天後供後續 配比分析試驗之用。 表 3-10. 試驗灰漿之設計配比 各材料之設計比例 組別編碼 L：T L(%) C(%) S(%) O(%) 1：0.09 A 25 20 45 10 1：0.09 B 25 20 40 15 1：0.09 C 25 20 35 20 1：0.09 D 25 20 30 25 1：0.09 E 25 20 25 30 表 3-11 試驗灰漿之拌合用水量 石灰 黏土 砂 牡蠣殼 材料 (L) (C) (S) (O) 用水量 (wt%) 75 46 5.8 22.5 29.
(58) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 經過多次實驗與修正後，本研究根據不同材料之材料特性開發一配比分析流 程。該配比分析流程係結合三種試驗而成，包含篩分析、鹽酸處理與糖度檢測。 現對各分析步驟的試驗方法詳述如下：. 1.灰漿樣本取樣 灰漿樣本之取樣，依照骨材之粒徑大小來決定，添加細骨材之灰漿經本研究 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 可灰漿內之醣類重量。. 4.總體碳酸鈣含量測定 將醣類測定完成後的試樣浸入鹽酸溶液中，使試樣中的碳酸鈣與鹽酸進行化 學反應，如此可獲得總碳酸鈣含量. 5.粗、細粒料含量測定 由於研開之試樣中，仍會有細粒料附著於粗粒料上，故將分樣後的一份樣本 透過超音波水體振離的方式，使粒料分離的更為完全，並依據 CNS 486 粗、細 粒料篩析法以及參考 USCS 統一土壤分類法，在超音波洗滌同時以#200 篩進行 篩洗(如照片 3-12)，而得到粗粒料的含量。 30.
(59) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 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 31.
(60) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究 內，證明本研究所開發之配比分析流程具有一定的準確性，其分析結果具有可信 度。 表 3-12 試體 組別. 固體材料之重量百分比 (%). 編號. 石灰. 1 2 3. 25 24.43 22.94 25.65. 設計值 1 2 3. B. 1 2 3 1 2 3 1 2 3. 32. 23.83 22.26 21.23. 牡蠣殼. -0.68 0.15 -0.24. 27.52 26.67 25.16. 20.79 19.37 21.88. 45.12 43.92 44.36. 25. 醣/石灰. 19.62 22.49 23.28. 13.79 13.18 14.31. -3.31 1.52 -1.59. 29.87 30.18 27.88. 20.85 18.73 18.88. 23.91 23.66 25.15. 0.85 -1.27 -1.12. 0.09 0.05 -0.04 0.05 -0.04 0.10 0.01. 0.85 -2.86 -1.10. 0.09 0.06 -0.03 0.09 0.00 0.09 0.00. -1.59 -1.89 -1.73. 0.09 0.05 -0.04 0.10 0.01 0.07 -0.02. 25 -0.13 0.18 -2.12. 25.85 22.14 23.90. 25 -0.38 2.49 3.28. -1.21 -1.82 -0.69. 0.09 0.09 0.00 0.06 -0.03 0.07 -0.02. 20. 30 1.42 -0.73 4.01. -1.45 0.88 -1.24. 0.09 0.09 0.00 0.06 -0.03 0.09 0.00. 15 0.27 2.30 -0.95. 31.69 36.52 33.41. 20 3.37 0.74 -0.70. 8.55 10.88 8.76. 35 -0.06 -1.92 2.55. 21.42 19.27 24.01. 0.12 -1.08 -0.64. 40.27 42.30 39.05. 20 -2.14 3.41 -0.79. 10. 40 0.79 -0.63 1.88. 19.94 18.08 22.55. 25. 28.37 25.74 24.30. 3.83 2.26 1.23. 20 2.52 1.67 0.16. 22.86 28.41 24.21. 45. 20. 25. 設計值 E. -0.57 -2.06 0.65. 24.32 25.15 24.76. 設計值 D. 黏土. 20. 25. 設計值 C. 砂. 漿體. 分析值 差值 分析值 差值 分析值 差值 分析值 差值 分析值 差值. 設計值 A. 試驗灰漿之配比分析結果. 30 -1.09 -1.34 0.15. 28.41 28.11 28.27.
(61) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 圖 3-6. 圖 3-7. 圖 3-8. 灰漿配比分析(石灰分析結果). 灰漿配比分析(砂分析結果). 灰漿配比分析(黏土分析結果). 33.
(62) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 圖 3-9. 圖 3-10. 34. 灰漿配比分析(牡蠣殼分析結果). 灰漿配比分析(醣類分析結果).
(63) 第三章 灰漿材料、配比分析與設計. 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. 採樣處. 照片 3-13. 熱蘭遮城南殘牆北牆面古灰漿採樣處之一. 採樣處. 照片 3-14. 熱蘭遮城南殘牆南牆面古灰漿採樣處之一 35.
(64) 傳統灰漿可逆性補強工法之研究. 表 3-13. 熱蘭遮城南殘牆灰漿取樣結果. 古蹟名稱. 熱蘭遮城南殘牆. 位置. 台南市安平區-安平古堡內. 樣本. 部位. 灰縫. 數量. 北面 3 個，南面 3 個. 牆體北面 樣本照片 (其中之一). 牆體南面 樣本照片 (其中之一). 表 3-14. 熱蘭遮城南殘牆灰漿之配比分析結果. 樣本編號. WL(%). WO.(%). WS(%). WT/WL. No.1. 74.46. 17.39. 8.15. 0.029. No.2. 70.97. 18.38. 10.65. 0.031. No.3. 71.67. 16.51. 11.82. 0.037. No.1. 71.19. 18.39. 10.42. 0.041. No.2. 69.49. 19.56. 10.96. 0.036. No.3. 70.43. 18.56. 11.01. 0.038. 平均值. 71.37. 18.13. 10.50. 0.04. 重量比. 1. 0.25. 0.15. 0.04. 北面 灰縫 南面. 後續本研究即以此配比進行仿古灰漿的製作，同時以此配比為基礎，於仿古 灰漿中以新材料置換部分原有材料，開發補強灰漿。 36.
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