永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

中華民國

中華民國

中華民國

中華民國 100

100

100

100 年

年

年

年 12

12

12

12 月

月

月

月

（ （（ （本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見））） ）

(國科會 GRB 編號) PG10001-0234 (本部計畫編號) 100301070000G1026

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

永續混凝土材料之實驗開發與應用研究

受 委 託 者 ：國立臺灣海洋大學

研究主持人：黃 然

協同主持人：陳君弢

研 究 員：張建智

研 究 助 理 ：蔡嘉榮

內 政 部 建 築 研 究

內 政 部 建 築 研 究

內 政 部 建 築 研 究

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

所 委 託 研 究 報 告

所 委 託 研 究 報 告

所 委 託 研 究 報 告

中華民國

中華民國

中華民國

中華民國 100

100

100

100 年

年

年

年 1

1

1

12

2

2 月

2

月

月

月

（ （（ （本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見））） ）

目次

目次

目次

目次

表次

表次

表次

表次... III

圖次

圖次

圖次

圖次...VII

摘要

摘要

摘要

摘要... XIII

第一章

第一章

第一章

第一章 緒

緒

緒

緒 論

論

論

論 ...1

第一節

第一節

第一節

第一節 研究緣起與背景

研究緣起與背景

研究緣起與背景 ...1

研究緣起與背景

第二節

第二節

第二節

第二節 研究目的與範圍

研究目的與範圍

研究目的與範圍 ...2

研究目的與範圍

第三節

第三節

第三節

第三節 研究方法

研究方法

研究方法 ...2

研究方法

第二章

第二章

第二章

第二章 文獻回顧

文獻回顧

文獻回顧

文獻回顧 ...5

第一節

第一節

第一節

第一節 混凝土材料與永續發展相關性

混凝土材料與永續發展相關性

混凝土材料與永續發展相關性 ...5

混凝土材料與永續發展相關性

第二節

第二節

第二節

第二節 生命週期評估

生命週期評估

生命週期評估(Life cycle Assessment, LCA ) ...10

生命週期評估

第三節

第三節

第三節

第三節 綠色或永續混凝土相關研究

綠色或永續混凝土相關研究

綠色或永續混凝土相關研究 ...15

綠色或永續混凝土相關研究

第四節

第四節

第四節

第四節 再生材料在混凝土上之應用

再生材料在混凝土上之應用

再生材料在混凝土上之應用 ...16

再生材料在混凝土上之應用

第三章

第三章

第三章

第三章 永續混凝土定義

永續混凝土定義

永續混凝土定義

永續混凝土定義、

、

、內涵及應用範圍

、

內涵及應用範圍

內涵及應用範圍 ...21

內涵及應用範圍

第一節

第一節

第一節

第一節 永續混凝土定義與內涵

永續混凝土定義與內涵

永續混凝土定義與內涵 ...21

永續混凝土定義與內涵

第二節

第二節

第二節

第二節 永續混凝土應用範圍

永續混凝土應用範圍

永續混凝土應用範圍 ...22

永續混凝土應用範圍

第四章

第四章

第四章

第四章 問卷調查與專家座談

問卷調查與專家座談

問卷調查與專家座談

問卷調查與專家座談 ...25

第一節

第一節

第一節

第一節 層級分析法

層級分析法

層級分析法(Analytical Hierarchy Process, AHP) ...25

層級分析法

第二節

第二節

第二節

第二節 問卷設計

問卷設計

問卷設計 ...26

問卷設計

第

第

第

第三

三

三

三節

節

節

節 問卷調查與結果分析

問卷調查與結果分析

問卷調查與結果分析 ...31

問卷調查與結果分析

第五章

第五章

第五章

第五章 試驗計畫及結果討論

試驗計畫及結果討論

試驗計畫及結果討論

試驗計畫及結果討論 ...33

第一節

第一節

第一節

第一節 低碳混凝土

低碳混凝土

低碳混凝土 ...33

低碳混凝土

第二節

第二節

第二節

第二節 熱傳導

熱傳導

熱傳導改良混凝土

熱傳導

改良混凝土

改良混凝土 ...41

改良混凝土

第三節

第三節

第三節

第三節 耐久混凝土

耐久混凝土

耐久混凝土 ...63

耐久混凝土

第四節

第四節

第四節

第四節 符合暴雨管理透水混凝土

符合暴雨管理透水混凝土

符合暴雨管理透水混凝土 ...71

符合暴雨管理透水混凝土

第五節

第五節

第五節

第五節 使用廢棄物

使用廢棄物

使用廢棄物、

使用廢棄物

、

、工業副產物或再生粒料的混凝土

、

工業副產物或再生粒料的混凝土

工業副產物或再生粒料的混凝土...77

工業副產物或再生粒料的混凝土

第六

第六

第六

第六節

節

節

節 小結

小結

小結 ...80

小結

第六章

第六章

第六章

第六章 永續混凝土生命週期評估

永續混凝土生命週期評估

永續混凝土生命週期評估

永續混凝土生命週期評估 ...81

第一節

第一節

第一節

第一節 生命週期評估軟體

生命週期評估軟體

生命週期評估軟體 ...81

生命週期評估軟體

第二節

第二節

第二節

第二節 永續混凝土生命週期評估案例分析

永續混凝土生命週期評估案例分析

永續混凝土生命週期評估案例分析...84

永續混凝土生命週期評估案例分析

第三節

第三節

第三節

第三節 綜合討論與小結

綜合討論與小結

綜合討論與小結 ...91

綜合討論與小結

第七章

第七章

第七章

第七章 結論與建議

結論與建議

結論與建議

結論與建議 ...93

第一節

第一節

第一節

第一節 結論

結論

結論 ...93

結論

第二節

第二節

第二節

第二節 建議

建議

建議 ...93

建議

附錄一

附錄一

附錄一

附錄一 期初審查會議意見與回應

期初審查會議意見與回應

期初審查會議意見與回應

期初審查會議意見與回應 ...95

附錄二

附錄二

附錄二

附錄二 期中審查會議意見與回應

期中審查會議意見與回應

期中審查會議意見與回應

期中審查會議意見與回應 ...99

附錄

附錄

附錄

附錄三

三

三 期

三

期

期

期末

末

末

末審查會議意見與回應

審查會議意見與回應

審查會議意見與回應

審查會議意見與回應 ...105

參考書目

參考書目

參考書目

參考書目...1077

表次

表次

表次

表次

表

表

表

表 2-1 臺灣能源使用二氧化碳排放量

臺灣能源使用二氧化碳排放量

臺灣能源使用二氧化碳排放量

臺灣能源使用二氧化碳排放量

[3]

...9

表

表

表

表 4-1 材料因素

材料因素

材料因素

材料因素

...27

表

表

表

表 4-2 環境因素

環境因素

環境因素

環境因素

...27

表

表

表

表 4-3 因素相對重要性勾選範例

因素相對重要性勾選範例

因素相對重要性勾選範例

因素相對重要性勾選範例

...28

表

表

表

表 4-4 材料因素與環境因素相對重要性勾選表

材料因素與環境因素相對重要性勾選表

材料因素與環境因素相對重要性勾選表

材料因素與環境因素相對重要性勾選表

...28

表

表

表

表 4-5 材料因素相對重要性勾選表

材料因素相對重要性勾選表

材料因素相對重要性勾選表

材料因素相對重要性勾選表

...29

表

表

表

表 4-6 環境因素相對重要性勾選表

環境因素相對重要性勾選表

環境因素相對重要性勾選表

環境因素相對重要性勾選表

...30

表

表

表

表 5-1 粗粒料篩分析

粗粒料篩分析

粗粒料篩分析

粗粒料篩分析

...34

表

表

表

表 5-2 細粒料篩分析

細粒料篩分析

細粒料篩分析

細粒料篩分析

...35

表

表

表

表 5-3 膠結材料化學成分

膠結材料化學成分

膠結材料化學成分

膠結材料化學成分

...35

表

表

表

表 5-4 膠結料物理性質

膠結料物理性質

膠結料物理性質

膠結料物理性質

...36

表

表

表

表 5-5 NaOH 化學成分

化學成分

化學成分

化學成分

...36

表

表

表

表 5-6 Na

2

SiO

3

化學成分

化學成分

化學成分

化學成分

...37

表

表

表

表 5-7 H

3

PO

4

化學成分

化學成分

化學成分

化學成分

...37

表

表

表

表 5-8 低碳混凝土配比

低碳混凝土配比

低碳混凝土配比

低碳混凝土配比 ( kg/m

3

)

...39

表

表

表

表 5-9 低碳混凝土抗壓強度試驗結果

低碳混凝土抗壓強度試驗結果

低碳混凝土抗壓強度試驗結果

低碳混凝土抗壓強度試驗結果(MPa)

...39

表

表

表

表 5-10 低碳混凝土組成材料概估價格

低碳混凝土組成材料概估價格

低碳混凝土組成材料概估價格(NT$)

低碳混凝土組成材料概估價格

...41

表

表

表

表 5-11 熱傳導

熱傳導

熱傳導

熱傳導改良混凝土配比

改良混凝土配比

改良混凝土配比(kg/m

改良混凝土配比

3

)

...43

表

表

表

表 5-12 混凝土單位體積重

混凝土單位體積重

混凝土單位體積重

混凝土單位體積重(kg/m3)

...44

表

表

表

表 5-13 熱傳導改良混凝土抗壓強度

熱傳導改良混凝土抗壓強度

熱傳導改良混凝土抗壓強度試驗結果

熱傳導改良混凝土抗壓強度

試驗結果

試驗結果

試驗結果(MPa)

...44

表

表

表

表 5-14 熱傳導

熱傳導

熱傳導改良混凝土熱傳導係數試驗結果

熱傳導

改良混凝土熱傳導係數試驗結果

改良混凝土熱傳導係數試驗結果

改良混凝土熱傳導係數試驗結果(W/m.K)

...47

表

表

表

表 5-15 矽藻土元素分析

矽藻土元素分析

矽藻土元素分析

矽藻土元素分析(EDS)

...49

表

表

表

表 5-16 蒙脫土元素分析

蒙脫土元素分析

蒙脫土元素分析

蒙脫土元素分析(EDS)

...51

表

表

表

表 5-17 海泡石元素分析

海泡石元素分析

海泡石元素分析

海泡石元素分析(EDS)

...52

表

表

表

表 5-18 沸石元素分析

沸石元素分析

沸石元素分析

沸石元素分析(EDS)

...53

表

表

表

表 5-19 調濕混凝土配比

調濕混凝土配比

調濕混凝土配比

調濕混凝土配比(kg/m

3

)

...55

表

表

表

表 5-20 飽和鹽類及相對濕度

飽和鹽類及相對濕度

飽和鹽類及相對濕度

飽和鹽類及相對濕度

...56

表

表

表

表 5-21 調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度(MPa)

...58

表

表

表

表 5-22 調濕混凝土吸濕試驗結果

調濕混凝土吸濕試驗結果

調濕混凝土吸濕試驗結果

調濕混凝土吸濕試驗結果

...60

表

表

表

表 5-23 調濕混凝土放濕試驗結果

調濕混凝土放濕試驗結果

調濕混凝土放濕試驗結果

調濕混凝土放濕試驗結果

...62

表

表

表

表 5-24 耐久

耐久

耐久

耐久混凝土配比

混凝土配比

混凝土配比

混凝土配比(kg/m

3

)

...65

表

表

表

表 5-25 耐久

耐久

耐久

耐久混凝土抗壓強度的試驗結果

混凝土抗壓強度的試驗結果

混凝土抗壓強度的試驗結果

混凝土抗壓強度的試驗結果(MPa)

...67

表

表

表

表 5-26 累積通過電量對氯離子穿透指

累積通過電量對氯離子穿透指

累積通過電量對氯離子穿透指

累積通過電量對氯離子穿透指標

標

標

標評估表

評估表

評估表

評估表

...70

表

表

表

表 5-27 混凝土氯離子穿透指標

混凝土氯離子穿透指標

混凝土氯離子穿透指標

混凝土氯離子穿透指標

...71

表

表

表

表 5-28 台北雨量站不同降雨延時及頻率

台北雨量站不同降雨延時及頻率

台北雨量站不同降雨延時及頻率（

台北雨量站不同降雨延時及頻率

（

（

（次

次

次

次/年

年）

年

年

）

）

）下設計暴雨強度

下設計暴雨強度

下設計暴雨強度

下設計暴雨強度

[68, 69]

...74

表

表

表

表 5-29 透水混凝土配比

透水混凝土配比

透水混凝土配比

透水混凝土配比(kg/m

3

)

...75

表

表

表

表 5-30 再生粒料混凝土配比

再生粒料混凝土配比

再生粒料混凝土配比

再生粒料混凝土配比(kg/m

3

)

...78

表

表

表

表 5-31 再生粒料混凝土抗壓強度試驗結果

再生粒料混凝土抗壓強度試驗結果

再生粒料混凝土抗壓強度試驗結果

再生粒料混凝土抗壓強度試驗結果(MPa)

...79

表

表

表

表 6-1 生命週期評估軟體特性

生命週期評估軟體特性

生命週期評估軟體特性

生命週期評估軟體特性

...82

表

表

表

表 6-2 生命週期評估軟體差異

生命週期評估軟體差異

生命週期評估軟體差異

生命週期評估軟體差異

[75]

...83

表

表

表

表 6-3 混凝土組成材料能源消耗

混凝土組成材料能源消耗

混凝土組成材料能源消耗

混凝土組成材料能源消耗

...87

表

表

表

表 6-4 生產

生產

生產

生產 1 公噸

公噸

公噸

公噸水泥所需的原料

水泥所需的原料

水泥所需的原料

水泥所需的原料(公噸

公噸

公噸

公噸)

...87

表

表

表

表 6-5 混凝土組成材料碳排放

混凝土組成材料碳排放

混凝土組成材料碳排放

混凝土組成材料碳排放量

量

量

量(公噸

公噸

公噸

公噸)

...88

表

表

表

表 6-6 1m

3

混凝土碳排放

混凝土碳排放

混凝土碳排放

混凝土碳排放量

量

量

量

...89

圖次

圖次

圖次

圖次

圖

圖

圖

圖 1-1 研究流程圖

研究流程圖

研究流程圖

研究流程圖

...3

圖

圖

圖

圖 2-1 生命週期評估範圍

生命週期評估範圍

生命週期評估範圍

生命週期評估範圍

...5

圖

圖

圖

圖 2-2 水泥製造的高溫反應及燒結生成物示意圖

水泥製造的高溫反應及燒結生成物示意圖

水泥製造的高溫反應及燒結生成物示意圖

水泥製造的高溫反應及燒結生成物示意圖

...6

圖

圖

圖

圖 2-3 大氣中二氧化碳濃度成長趨勢圖

大氣中二氧化碳濃度成長趨勢圖

大氣中二氧化碳濃度成長趨勢圖

大氣中二氧化碳濃度成長趨勢圖(0~2005 年

年

年

年)

[18]

...8

圖

圖

圖

圖 2-4 全球二氧化碳排放分

全球二氧化碳排放分

全球二氧化碳排放分

全球二氧化碳排放分佈

佈

佈圖

佈

圖

圖(藍色表是高排放量

圖

藍色表是高排放量

藍色表是高排放量)

藍色表是高排放量

...9

圖

圖

圖

圖 2-5 生命週期評估步驟

生命週期評估步驟

生命週期評估步驟

生命週期評估步驟

[25]

...12

圖

圖

圖

圖 2-6 盤查分析架

盤查分析架

盤查分析架

盤查分析架構

構

構

構

[25]

...13

圖

圖

圖

圖 2-7 生命週期

生命週期

生命週期

生命週期衝擊

衝擊

衝擊分析架

衝擊

分析架

分析架

分析架構

構

構

構

[26]

...14

圖

圖

圖

圖 2-8 闡釋

闡釋

闡釋

闡釋過程架

過程架

過程架

過程架構

構

構

構

[27]

...15

圖

圖

圖

圖 4-1 層級分析法架

層級分析法架

層級分析法架

層級分析法架構

構

構

構

[62]

...25

圖

圖

圖

圖 4-2 AHP 決策

決策

決策問

決策

問

問題

問

題

題分析流程

題

分析流程

分析流程

分析流程

...26

圖

圖

圖

圖 4-3 永續混凝土材料評估架

永續混凝土材料評估架

永續混凝土材料評估架構

永續混凝土材料評估架

構

構

構

...26

圖

圖

圖

圖 4-4 永續混凝土材料

永續混凝土材料

永續混凝土材料

永續混凝土材料權

權

權重

權

重

重

重

...31

圖

圖

圖

圖 4-5 材料與環境因素

材料與環境因素

材料與環境因素

材料與環境因素權

權

權重

權

重

重

重

...31

圖

圖

圖

圖 5-1 水

水

水

水淬爐

淬爐

淬爐

淬爐石

石粉

石

石

粉

粉末

粉

末

末

末

...37

圖

圖

圖

圖 5-2 粉煤飛灰

粉煤飛灰

粉煤飛灰

粉煤飛灰

...37

圖

圖

圖

圖 5-3 NaOH

...38

圖

圖

圖

圖 5-4 Na

2

SiO

3

...38

圖

圖

圖

圖 5-5 緩

緩

緩凝

緩

凝

凝劑

凝

劑

劑(H

劑

3

PO

4

)

...38

圖

圖

圖

圖 5-6 低碳混凝土抗壓強度

低碳混凝土抗壓強度

低碳混凝土抗壓強度

低碳混凝土抗壓強度

...40

圖

圖

圖

圖 5-7 低碳混凝土

低碳混凝土

低碳混凝土概估價格

低碳混凝土

概估價格

概估價格(NT$)

概估價格

...41

圖

圖

圖

圖 5-8 輕

輕

輕質粒料

輕

質粒料

質粒料

質粒料

...42

圖

圖

圖

圖 5-9 陶瓷

陶瓷

陶瓷粒料

陶瓷

粒料

粒料

粒料

...42

圖

圖

圖

圖 5-10 熱傳導

熱傳導

熱傳導改良混凝土抗壓強度

熱傳導

改良混凝土抗壓強度

改良混凝土抗壓強度

改良混凝土抗壓強度

...45

圖

圖

圖

圖 5-11 陶瓷

陶瓷

陶瓷粗粒料混凝土抗壓強度

陶瓷

粗粒料混凝土抗壓強度

粗粒料混凝土抗壓強度

粗粒料混凝土抗壓強度

...46

圖

圖

圖

圖 5-12 輕

輕

輕

輕質粗粒料混凝土抗壓強度

質粗粒料混凝土抗壓強度

質粗粒料混凝土抗壓強度

質粗粒料混凝土抗壓強度

...46

圖

圖

圖

圖 5-13 熱傳導

熱傳導

熱傳導

熱傳導改良混凝土熱傳導係數

改良混凝土熱傳導係數

改良混凝土熱傳導係數

改良混凝土熱傳導係數

...47

圖

圖

圖

圖 5-14 不同

不同

不同

不同養護齡

養護齡

養護齡

養護齡期

期

期

期混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

...48

圖

圖

圖

圖 5-15 混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

混凝土熱傳導係數

...48

圖

圖

圖

圖 5-16 矽

矽

矽

矽砂

砂

砂

砂

...49

圖

圖

圖

圖 5-17 矽藻土

矽藻土

矽藻土

矽藻土粉

粉

粉

粉末

末

末

末

...50

圖

圖

圖

圖 5-18 矽藻土

矽藻土

矽藻土

矽藻土微

微

微

微觀

觀

觀

觀圖

圖

圖

圖

...50

圖

圖

圖

圖 5-19 矽藻土成分分析

矽藻土成分分析

矽藻土成分分析

矽藻土成分分析

...50

圖

圖

圖

圖 5-20 蒙脫土

蒙脫土

蒙脫土

蒙脫土粉

粉

粉

粉末

末

末

末

...51

圖

圖

圖

圖 5-21 蒙脫土

蒙脫土

蒙脫土

蒙脫土微觀

微觀

微觀

微觀圖

圖

圖

圖

...51

圖

圖

圖

圖 5-22 蒙脫土成分分析

蒙脫土成分分析

蒙脫土成分分析

蒙脫土成分分析

...51

圖

圖

圖

圖 5-23 海泡石

海泡石

海泡石

海泡石粉

粉

粉

粉末

末

末

末

...52

圖

圖

圖

圖 5-24 海泡石

海泡石

海泡石

海泡石微觀

微觀

微觀

微觀圖

圖

圖

圖

...52

圖

圖

圖

圖 5-25 海泡石成分分析

海泡石成分分析

海泡石成分分析

海泡石成分分析

...53

圖

圖

圖

圖 5-26 沸石

沸石

沸石

沸石粉

粉

粉

粉末

末

末

末

...54

圖

圖

圖

圖 5-27 沸石

沸石

沸石

沸石微觀

微觀

微觀

微觀圖

圖

圖

圖

...54

圖

圖

圖

圖 5-28 沸石成分分析

沸石成分分析

沸石成分分析

沸石成分分析

...54

圖

圖

圖

圖 5-29 吸

吸

吸

吸(放

放

放

放)濕試驗

濕試驗

濕試驗

濕試驗裝置

裝置

裝置

裝置

...56

圖

圖

圖

圖 5-30 掃瞄式

掃瞄式

掃瞄式

掃瞄式電子

電子

電子

電子顯微鏡

顯微鏡

顯微鏡

顯微鏡(S-4800)

...57

圖

圖

圖

圖 5-31 X 光繞射

光繞射

光繞射

光繞射分析

分析

分析

分析儀

儀

儀

儀

...58

圖

圖

圖

圖 5-32 調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度

調濕混凝土抗壓強度

...59

圖

圖

圖

圖 5-33 調濕混凝土不同

調濕混凝土不同

調濕混凝土不同養護齡

調濕混凝土不同

養護齡

養護齡

養護齡期抗壓強度

期抗壓強度

期抗壓強度

期抗壓強度

...59

圖

圖

圖

圖 5-34 調濕混凝土

調濕混凝土

調濕混凝土養護

調濕混凝土

養護

養護 28 天後

養護

天後

天後

天後的抗壓強度

的抗壓強度

的抗壓強度

的抗壓強度

...60

圖

圖

圖

圖 5-35 含

含濕率

含

含

濕率

濕率(吸濕

濕率

吸濕)與相對濕度

吸濕

吸濕

與相對濕度

與相對濕度(RH)的關係

與相對濕度

的關係

的關係

的關係

...61

圖

圖

圖

圖 5-36 調濕混凝土在相對

調濕混凝土在相對溼

調濕混凝土在相對

調濕混凝土在相對

溼

溼

溼度

度

度

度 69%環境下的

環境下的含

環境下的

環境下的

含

含

含濕率

濕率

濕率

濕率

...61

圖

圖

圖

圖 5-37 含

含濕率

含

含

濕率

濕率(吸濕

濕率

吸濕)與相對濕度

吸濕

吸濕

與相對濕度

與相對濕度(RH)的關係

與相對濕度

的關係

的關係

的關係

...62

圖

圖

圖

圖 5-38 調濕混凝土在相對

調濕混凝土在相對溼

調濕混凝土在相對

調濕混凝土在相對

溼

溼

溼度

度

度

度 33%環境下的

環境下的含

環境下的

環境下的

含

含

含濕率

濕率

濕率

濕率

...63

圖

圖

圖

圖 5-39 不同

不同

不同燒結

不同

燒結

燒結溫度

燒結

溫度的

溫度

溫度

的

的

的稻殼灰

稻殼灰

稻殼灰

稻殼灰

...64

圖

圖

圖

圖 5-40 RCPT 試驗

試驗

試驗

試驗裝置

裝置

裝置

裝置

...66

圖

圖

圖

圖 5-41 不同

不同

不同養護齡

不同

養護齡

養護齡期下的抗壓強度

養護齡

期下的抗壓強度

期下的抗壓強度(水膠比

期下的抗壓強度

水膠比

水膠比

水膠比 0.65)

...67

圖

圖

圖

圖 5-42 不同

不同養護齡

不同

不同

養護齡

養護齡期

養護齡

期

期下的

期

下的抗壓強度

下的

下的

抗壓強度

抗壓強度

抗壓強度(水膠比

水膠比

水膠比

水膠比 0.35)

...67

圖

圖

圖

圖 5-43 累積通過電量與通電時

累積通過電量與通電時

累積通過電量與通電時間

累積通過電量與通電時

間

間

間關係圖

關係圖

關係圖

關係圖(水膠比

水膠比

水膠比

水膠比 0.35)

...68

圖

圖

圖

圖 5-44 累積通過電量與通電時

累積通過電量與通電時

累積通過電量與通電時間

累積通過電量與通電時

間

間

間關係圖

關係圖

關係圖

關係圖( (水膠比

水膠比

水膠比

水膠比 0.65)

...68

圖

圖

圖

圖 5-45 不同水

不同水膠比

不同水

不同水

膠比

膠比

膠比 6 小時累

小時累

小時累積

小時累

積總

積

積

總

總

總通電量

通電量

通電量

通電量

...69

圖

圖

圖

圖 5-46 6 小時累

小時累

小時累積

小時累

積

積總

積

總電量

總

總

電量

電量(水膠比

電量

水膠比

水膠比 0.35)

水膠比

...69

圖

圖

圖

圖 5-47 6 小時累積

小時累積

小時累積

小時累積總

總

總電量

總

電量

電量(水膠比

電量

水膠比

水膠比 0.65)

水膠比

...70

圖

圖

圖

圖 5-48 耐久

耐久混凝土

耐久

耐久

混凝土

混凝土

混凝土 6 小時累

小時累

小時累積

小時累

積總

積

積

總

總

總電量

電量

電量

電量

...71

圖

圖

圖

圖 5-49 天然

天然

天然粒料

天然

粒料

粒料

粒料

...72

圖

圖

圖

圖 5-50 電

電

電弧爐碴

電

弧爐碴

弧爐碴

弧爐碴

...72

圖

圖

圖

圖 5-51 透水係數試驗

透水係數試驗

透水係數試驗裝置

透水係數試驗

裝置

裝置

裝置

...73

圖

圖

圖

圖 5-52 人

人

人工降雨

人

工降雨

工降雨模擬器

工降雨

模擬器

模擬器

模擬器示意圖

示意圖

示意圖

示意圖

...74

圖

圖

圖

圖 5-53 養護

養護

養護

養護 28 天

天

天透水混凝土

天

透水混凝土

透水混凝土抗壓強度試驗結果

透水混凝土

抗壓強度試驗結果

抗壓強度試驗結果

抗壓強度試驗結果

...75

圖

圖

圖

圖 5-54 漿

漿體

漿

漿

體

體填充

體

填充

填充粒料

填充

粒料孔隙

粒料

粒料

孔隙

孔隙

孔隙率與抗壓強度關係

率與抗壓強度關係

率與抗壓強度關係

率與抗壓強度關係

...76

圖

圖

圖

圖 5-55 透水係數試驗結果

透水係數試驗結果

透水係數試驗結果

透水係數試驗結果

...76

圖

圖

圖

圖 5-56 漿

漿體

漿

漿

體

體填充孔隙

體

填充孔隙

填充孔隙率與

填充孔隙

率與透水係數

率與

率與

透水係數

透水係數

透水係數關係

關係

關係

關係

...77

圖

圖

圖

圖 5-57 再生混凝土

再生混凝土

再生混凝土粗粒料

再生混凝土

粗粒料

粗粒料

粗粒料

...78

圖

圖

圖

圖 5-58 再生粒料混凝土抗壓強度

再生粒料混凝土抗壓強度

再生粒料混凝土抗壓強度

再生粒料混凝土抗壓強度

...79

圖

圖

圖

圖 5-59 再生粒料混凝土

再生粒料混凝土

再生粒料混凝土抗壓強度與

再生粒料混凝土

抗壓強度與

抗壓強度與

抗壓強度與養護齡

養護齡期

養護齡

養護齡

期

期

期關係

關係

關係

關係

...80

圖

圖

圖

圖 5-60 養護

養護

養護 28 天

養護

天

天

天再生粒料混凝土

再生粒料混凝土

再生粒料混凝土

再生粒料混凝土抗壓強度

抗壓強度

抗壓強度

抗壓強度

...80

圖

圖

圖

圖 6-1 水泥生產流程

水泥生產流程

水泥生產流程

水泥生產流程

...85

圖

圖

圖

圖 6-2 飛灰

飛灰產

飛灰

飛灰

產

產產

產

產出

產

產

出

出流程

出

流程

流程

流程

...86

圖

圖

圖

圖 6-3 水

水淬

水

水

淬

淬高

淬

高

高爐

高

爐

爐石

爐

石粉

石

石

粉

粉產

粉

產

產出

產

出

出流程

出

流程

流程

流程

...86

圖

圖

圖

圖 6-4 混凝土組成材料

混凝土組成材料碳排放量

混凝土組成材料

混凝土組成材料

碳排放量

碳排放量計

碳排放量

計

計

計算

算

算

算特

特徵

特

特

徵

徵化結果

徵

化結果

化結果

化結果(IPCC 模式

模式

模式

模式)

...88

圖

圖

圖

圖 6-5 低碳混凝土

低碳混凝土碳排放量

低碳混凝土

低碳混凝土

碳排放量

碳排放量計

碳排放量

計

計

計算

算

算

算特

特徵

特

特

徵

徵

徵化結果

化結果

化結果(IPCC 模式

化結果

模式

模式

模式)

...89

圖

圖

圖

圖 6-6 低碳混凝土對環境

低碳混凝土對環境衝擊

低碳混凝土對環境

低碳混凝土對環境

衝擊

衝擊特

衝擊

特

特

特徵

徵化結果

徵

徵

化結果

化結果

化結果(Eco-Indicator95 模式

模式

模式

模式)

...90

圖

圖

圖

圖 6-7 低碳混凝土對溫

低碳混凝土對溫

低碳混凝土對溫室效

低碳混凝土對溫

室效

室效應之

室效

應之

應之影響

應之

影響

影響特

影響

特徵

特

特

徵

徵化結果

徵

化結果

化結果(Eco-Indicator95 模式

化結果

模式

模式)

模式

...90

圖

圖

圖

圖 6-8 粉煤飛灰添加

粉煤飛灰添加量對溫

粉煤飛灰添加

粉煤飛灰添加

量對溫

量對溫

量對溫室效

室效

室效應

室效

應

應之

應

之

之影響

之

影響標

影響

影響

標

標準

標

準

準化結果

準

化結果

化結果(Eco-Indicator95 模式

化結果

模式

模式)

模式

...91

圖

圖

圖

圖 6-9 水

水淬

水

水

淬

淬高

淬

高

高爐

高

爐石

爐

爐

石

石粉添加

石

粉添加

粉添加量對溫

粉添加

量對溫

量對溫室效

量對溫

室效應

室效

室效

應

應之

應

之

之影響

之

影響

影響

影響標

標準

標

標

準

準

準化結果

化結果

化結果

化結果(Eco-Indicator95 模式

模式

模式

模式)

...91

圖

圖

圖

圖 6-10 抗壓強度

抗壓強度、

抗壓強度

抗壓強度

、

、

、生產成

生產成本

生產成

生產成

本

本

本及碳排放量關係圖

及碳排放量關係圖

及碳排放量關係圖

及碳排放量關係圖

...91

摘要

摘要

摘要

摘要

關鍵詞 關鍵詞 關鍵詞 關鍵詞：：：永續混凝土：永續混凝土永續混凝土(永續混凝土((綠色混凝土(綠色混凝土綠色混凝土)綠色混凝土)、))、、環境、環境環境、環境、、生命週期評估、生命週期評估生命週期評估 生命週期評估 一一一、一、、研究緣起、研究緣起研究緣起研究緣起 混凝土是目前世界上使用最廣泛的營建材料之一，2009 年世界永續發展商會報告 中指出全世界每年混凝土的使用量超過 250 億噸，並且有持續增加的趨勢。所以應該 審慎的使用混凝土或改進混凝土製作技術，方能有助於達成世界永續發展的目標。永 續混凝土或稱綠色混凝土的研發主要以混凝土結構物的全生命週期為考量，藉由創新 混凝土技術的開發，達到節能減碳的目標，以建造符合永續發展的結構物。未來的混 凝土不僅需滿足強度與耐久性的要求，更要符合節約能源、保護環境永續發展的需 求。目前「綠建築」、「永續性」與「永續發展」並無全球共同普遍被接受的定義。 一般認為「永續發展」係指為滿足這一代需要所進行的各項活動，不應影響後世代滿 足其發展各項需求的能力。永續發展涵括環境議題、社會議題與經濟議題三大範疇。 本計劃中的永續混凝土係指使用於永續結構物上，利用生命週期評估概念所設計與使 用的混凝土。 二二二、二、、研究內容、研究內容研究內容研究內容 本計畫將永續混凝土概分成六大類：(1)低碳混凝土(特別是水泥生產技術的改 進)；(2)改良熱傳導混凝土：(3)改良熱質、儲熱混凝土；(4)耐久混凝土；(5)符合暴雨 管理的透水混凝土及(6)改善人居環境的混凝土及使用廢棄物、工業副產物或再生材料 混凝土。本計劃主要的研究目標為探討如何降低混凝土對整體環境的影響。混凝土具 有可塑性、低成本、能抵抗惡劣暴露環境、高勁度與高熱質等特性，因此適合作為永 續結構的主要組成材料，雖然永續結構物的建造不是由單一材料的改良使用就可以達 成，然而混凝土可經由預鑄構件的使用，膠結料使用量的降低及再生材料的使用來逐 步達到永續結構物的要求目標。本計劃係利用模式推演及材料試驗，探討永續混凝土 的組成參數與評估指標。 三三三、三、、重大發現、重大發現重大發現重大發現 本計畫參照美國混凝土學會(ACI)定義的永續混凝土的類別，分別敘明其應用範 圍，並經由試驗計畫，進行相關的配比與試體製作，獲致評估永續混凝土所需的數據，

以實做方式來說明評估法。另外使用生命週期評估法，評估材料的改善對降低衝擊環境 的效益。研究成果，對未來永續混凝土技術及應用手冊的研擬應有助益。 四四四、四、、主要建議事項、主要建議事項主要建議事項主要建議事項 立即可行之建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建研所或相關部會 使用摻料或其他替代水泥材料對混凝土的性能、成本及環境的衝擊影響程度甚大，因 此建議未來能夠針對混凝土，摻料的成本及其對環境衝擊，進行完整系列的調查與分析， 並建議訂定永續混凝土技術及應用手冊以供工程界參考，達到推動政策的目標。 長期性之建議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建研所或相關部會 永續混凝土材料參數、評估模式及相關資料庫的建議，可以經由持續研究計劃的執行 而能更臻完備與普遍應用性。

ABSTRACT

Key Words：：：：Sustainable Concrete, Environment, Life Cycle Assessment 1. Background

Concrete is one of the widely-used construction materials in the world. It has been reported that the consumption of concrete has been reached 25 billion tons per year and is still increasing nowadays. Therefore, the use of concrete should be restricted or the concrete producing technique should be improved in order to have a sustainable society. Sustainable concrete is associated with the life cycle of a structure. Advanced concrete producing techniques would help to build a sustainable building. Therefore, future concrete production should meet the durability and energy-saving requirement. Although the terms of ‘green structure’, ‘sustainability’, and ‘sustainable development’ are not well defined nowadays, people generally agree that a sustainable development should not deprive the ability of the future generation to acquire their needs, and so the sustainable development should cover issues on environment, society, and economy. The sustainable concrete defined in this study is expected to be used for sustainable structures and be evaluated by the life cycle cost.

2. Research Content

Sustainable concrete can be classified as: low-carbon concrete (produced by new producing technique), thermally insulated concrete with reduced thermal conductivity and good energy storage, durable concrete, and pervious concrete. Since concrete is easy-made, low-cost, durable, stiff, and thermally insulated, it is adequate to be the main component of a sustainable structure. This study plans to explore the mix design and indices of the sustainable concrete through a series of modeling and experiments.

Obtained results are summarized as follows:

1. Indices of sustainable concrete are collected from domestic and foreign literature.

2. The term ‘sustainable concrete’ is defined and its relationship with ‘sustainable structure’ is established using life cycle cost.

defined.

4. Strategies of sustainable developments proposed by the government are realized by the sustainable concrete.

5. The quality of infrastructure construction is improved and the government efficiency is increased.

第一章

第一章

第一章

第一章 緒

緒

緒 論

緒

論

論

論

第一節

第一節

第一節

第一節 研究緣起與背景

研究緣起與背景

研究緣起與背景

研究緣起與背景

1997 年 制 定 的 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)中針對二 氧 化 碳 排 放 量 議 題 ， 訂 定 目 標 為 於 2012 年之前，部份國家應控制二氧化碳的排放量比 1990 年的排放 量 降 低 1 ~ 8 %[1]。然 而 ， 台 灣 從 1990 年至今二氧化碳排放量卻大幅增加 120 %， 過 去 十 年 的 年 平 均 增 加 率 高 達 6 ％ 以 上[2]， 且 根 據 經 濟 部統 計 ， 2006 年台 灣每 人 平 均 年 排 放 二 氧 化 碳 的 等 溫 室 氣 體 量 約 11.3 噸，全台 總排放量已達 2.5 億 公 噸 以 上 ， 國 內 溫 室 氣 體 排 放 量 約 佔 全 球 總 排 放 量 1%， 居 亞 洲 之 冠[3]。 各 產 業 如 何 減 少 國 內 溫 室 氣 體 的 排 放 量 ， 實 乃 當 前 重 要 的 研 究 課 題 之 一 。 國 際 間 倡 議 建 立 碳 排 放 權 的 交 易 制 度 ， 議 定 書 簽 約 國 彼 此 間 可 以 進 行 排 放 權的 交 易 ， 碳 排 放 權 不 足 的 國 家 可 向 超 額 碳 排 放 權 的 國 家 買 進 排 放 權 。 非 簽約 國 家 ， 雖 未 被 議 定 書 規 範 ， 但 進 入 他 國 市 場 進 行 貿 易 時 ， 必 須 符 合 該 國 提出 的 綠 色 生 產 要 求 條 件 ， 否 則 可 能 會 發 生 增 加 關 稅 或 限 量 輸 入 等 情 事[1]。 碳 排 放 權 交 易機 制 會 直 接 衝 擊 各 國 能 源 配 置 及 相 關 產 業 結 構 ， 進 而 影 響 該 國 經 濟 發 展 ， 所 以 ， 二 氧 化 碳 排 放 權 勢 必 會 成 為 各 國 未 來 最 珍 貴 的 經 濟 資 產 。 由 於 近 一 世 紀 世 界 經 濟 與 科 技 的 蓬 勃 發 展 以 及 人 類 生 活 需 求 慾 望 不 斷 提 升， 導 致 地 球 資 源 逐 漸 耗 竭 及 生 態 環 境 的 快 速 惡 化 ， 長 年 累 積 的 工 業 廢 棄 物 ， 逐 漸 擴 散 汙 染 到 人 居 環 境 ， 影 響 居 民 健 康 。 在 全 球 環 境 惡 化 速 度 無 法 有 效 地降 低 的 情 況 下 ， 興 起 了 人 類 對 工 業 、 經 濟 、 環 境 及 資 源 有 關 永 續 發 展 的 概 念 ， 由 此 並 衍 生 了 與 永 續 發 展 相 關 的 綠 色 技 術 ， 主 要 類 別 可 概 分 為 產 品 綠 色 技 術 、 製 程 綠 色 技 術 、 產 品 使 用 端 綠 色 技 術 及 產 品 廢 棄 後 資 源 化 技 術 等[4]。 1992 年 ， 日 本 學 者 山 田 良 一 ， 在 研 究 既 有 材 料 與 環 境 間 關 係 時 ， 首 次 提 出 了 環 境 材 料 或 生 態 材 料 (Environment Conscious Materials 簡稱 Eco-materials)的概 念 ， 並 創 建 環 境 意 識 材 料 (Environmentally Conscious Materials) 、 生 態 材 料 (Ecological Materials)、 經 濟 材 料 (Economical Materials) 、 環 境 協 調 性 產 品 以 及 符 合 環 境 協 調 性 設 計 （ Eco-design） 等 一 系 列 詞 語 ， 受 到 世 界 各 國 材 料 界 積 極 回應[5]。 一 般 而 言 ， 已 開 發 或 研 發 中 的 生 態 環 境 材 料 至 少 須 滿 足 下 述 的 一 種 (或 以 上 )特 點 ： (1)優 異 的 使 用 性 能 ， 這 是 與 傳 統 材 料 一 致 的 地 方 ， 稱 之 為 材 料

的 先 進 性 ； (2)需 掌 握 材 料 的 生 產 環 節 ， 減 少 資 源 和 能 源 的 消 耗 ， 製 程 中 有 害 排 放 少， 廢 棄 後 易 於 再 生 循 環 ， 即 材 料 在 製 備 、 流 通 、 使 用 和 廢 棄 的 全 過 程 中 必 須 保 持 與 地 球 生 態 環 境 的 協 調 性 ； (3)材 料 的 感 官 性 質 ， 要 求 對 材 料 的 感 覺 舒 服， 使 用 者 樂 於 採 用 ， 這 可 視 為 材 料 的 舒 適 性 。 本 計 畫 依 據 回 收、再 利 用、永 續 發 展 與 節 能 減 碳 等 綠 色 及 永 續概 念，以 環 境 材 料 三 方 面 的 特 性 包 括 先 進 性、環 境 協 調 性、舒 適 性 為 出 發 點，擬 選 擇 飛 灰、 稻 殼 灰、水 淬 高 爐 石 粉 等 副 產 品 作 為 水 泥 基 材 改 質 與 替 代 材 料 來 製 作 永 續 混 凝 土，進 行 系 列 性 質 試 驗 以 驗 證 其 使 用 性 能 是 否 優 於 一 般 混 凝 土，再 利 用 生 命 週 期 評 估 (Life Cycle Assessment， LCA)方 法，評估材料由生產至廢棄再生利用 的 過 程 中 對 環 境 之 衝 擊 性 。

第二節

第二節

第二節

第二節 研究目的與範圍

研究目的與範圍

研究目的與範圍

研究目的與範圍

環 境 汙 染 與 資 源 耗 竭 的 問 題 日 趨 嚴 重，尋 求 解 決 之 道 迫 在 眉 梢，永 續 混 凝 土 (綠 色 混 凝 土 )為 新世 紀 混 凝 土 材 料開 發重 點 之 一 ， 本 計畫 透過 材 料 的 基 本 資 料 調 查 及 彙 整，利 用 生 命 週 期 評 估 法，分 析 材 料 從 搖 籃 至 墳 墓 過 程 中 對 環 境 衝 擊之 影 響，並 透 過 試 驗 加 以 驗 證 其 組 成 或 特 性 是 否 與 永 續 混 凝 土 符 合，研 究 目 的 概 列 如 下 ： 1. 蒐 集 分 析 國 內 外 與 永 續 混 凝 土 相 關 文 獻 及 評 估 方 法 。 2. 研 訂 永 續 混 凝 土 內 涵 與 利 用 生 命 週 期 評 估 法 ， 釐 清 永 續 結 構 物 與 永 續 混 凝 土 的 關 連 性 。 3. 研 訂 台 灣 永 續 混 凝 土 組 成 材 料 的 參 數 、 評 估 指 標 與 應 用 範 圍 。 4. 永 續 混 凝 土 的 研 發 及 資 源 充 分 利 用 ， 符 合 政 府 永 續 發 展 之 策 略 目 標 。 5. 除 培 育 相 關 研 發 人 才 外 ， 本 計 劃 可 增 進 公 共 工 程 品 質 與 政 府 施 政 效 能 。

第三節

第三節

第三節

第三節 研究方法

研究方法

研究方法

研究方法

1-3-1 研 究 方 法 與 流 程 本 計 畫 初步蒐集國內外永續混凝土相關文獻，彙整並進行專家座談建立評

估 指 標 與 權 重 ， 同 時 應 用 SimaPro 軟體估算產品在生產過程碳排放量等，另外 選 擇 飛 灰、稻 殼 灰、爐 石 及 再 生 粒料等做為混凝土中的膠結料或填充料製作試 體，參 考 CNS、ASTM、JIS 等規範進行新拌性質、力學性質、耐久性性質、及 其 他 性 質 試 驗 (依功能需求定之)等試驗。最後綜合前述之調查、分析及試驗結 果進 行 討 論並提出結論與建議，如圖 1-1 研究流程圖所示。 研究目的與範疇 生命週期評估 分析與討論 清單建立及參數換算 資料蒐集與彙整 混凝土試驗 力學性質試驗 耐久性試驗 其他性質試驗 混凝土配比設計與製作 結論與建議 永續混凝土定義與內涵 永續混凝土評估參數與應用範圍 釐清永續結構物與永 續混凝土的關連性 圖 1-1 研究流程圖 ((((資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：本研究整理本研究整理本研究整理本研究整理))))

第二章

第二章

第二章

第二章 文獻回顧

文獻回顧

文獻回顧

文獻回顧

第一節

第一節

第一節

第一節 混凝土材料與永續發展相關性

混凝土材料與永續發展相關性

混凝土材料與永續發展相關性

混凝土材料與永續發展相關性

2-1-1 碳足跡 碳足跡(carbon footprint)概念最早源自於生態足跡，目的在於估算每人每日生活所 需的消費與服務需要多大的生態系面積支持[6]。依據環保署的定義，碳足跡係指產品、 服務或某事件在生命週期中，釋放或累積於全球的所有溫室氣體排放量[7]。混凝土的碳 足跡計算可藉由生命週期評估進行。生命週期評估主要係評估產品在整個生命週期中 對環境造成的影響，包含製程中初期的開採、處理、運輸和接續至產品使用、再生利 用、維護、回收與再利用到最後的拋棄等過程。生命週期評估涵蓋範圍如圖 2-1 所示[8]。

資源開採

運輸

生產

運輸

使用

運輸

回收

廢棄

圖 2-1 生命週期評估範圍 (((本研究整理(本研究整理本研究整理本研究整理)))) 舉例來說，衣服製作與使用過程中主要的二氧化碳排放在於生產及原料與成品製 作及運輸等過程，衣服的洗滌會消耗能源，也會產生額外的二氧化碳排放[9]_{。對於混凝} 土產品而言，生命週期排放可分為兩種：一種是直接排放，如施工期間所產生二氧化 碳排放；另一種則是間接，如建築物使用上的能源損耗及產生的二氧化碳排放。通常 建築物在生命週期過程中使用階段所產生的二氧化碳排量大於施工過程中產生的二氧 化碳排放量[10]_。 混凝土是目前世界上最廣泛使用之營建材料之一，可充分地滿足人們生活需求， 但混凝土主要的膠結料是卜特蘭水泥，而卜特蘭水泥在整個生命週期過程中會對環境

造成嚴重的衝擊。卜特蘭水泥的原料需要開採大量的礦物資源，生產過程中要經過高 溫燒結，需要消耗大量的煤、油等能源，同時生產過程中可能會造成環境污染，如排 放大量的二氧化碳、有害氣體及高溫廢水等，長期而延，可能使森林、河川、海岸珊 瑚礁、農作物等受到一定程度的傷害，也會影響到人和其他生物的健康。 2-1-2 卜特蘭水泥生產的二氧化碳排放 卜特蘭水泥生產過程中直接產生的二氧化碳，大約有二分之一來自於燒結過程中 燃燒煤或其它化石燃料，另一半產出至於原料煅燒過程中如碳酸鈣(CaCO3)在水泥窯中 加熱形成石灰時所生產的二氧化碳。水泥窯中的石灰、石英、鋁與原料中所含的氧化 鐵燒結後生成熟料，熟料是半成品，必須要研磨並和少量的石膏與/或硬石膏混合，才 完成卜特蘭水泥的製作[11]。 當水泥製造原料溫度在 50oC ~ 600oC 時，原料中的水開始蒸發產生自由水，溫度 約達 600 oC 時黏土開始產生分解，溫度達約 600 ~ 800oC 時碳酸鈣(CaCO3)會分解成氧 化鈣(CaO)及二氧化碳(CO2)，再經由各階段溫度的變化而形成各種化合物，如矽酸二 鈣(C2S)及矽酸三鈣(C3S)，最後完成初步水泥熟料的製作[12]，詳如圖 2-2，化學式如公 式 2-1, 2-2 所示。

xSiO2．yAl2O3(Fe2O3) ．2H2O → xSiO2+yAl2O3+yFe2O3+2H2O (2-1)

CaCO3 → CaO+CO2↑ (2-2) 圖 2-2 水泥製造的高溫反應及燒結生成物示意圖 (((本研究整理(本研究整理本研究整理)本研究整理))) 600oC Δ_H Δ_H 800oC

經濟部工業局所出版的溫室氣體盤查減量宣導手冊提到，水泥生產過程中的二氧 化碳排放量可參考美國環保署（Environmental Protection Agency ，EPA）提出的 Climate Wiser 計畫中所建議的水泥產量估算法，據此計算得知平均每生產 1 公噸的水泥約產生 0.7 ~ 1 公噸的二氧化碳氣體，計算方式如式 2-3 所示[13, 14]： 二氧化碳排放量 = 水泥生產 × 熟料對水泥比率 × 原物料比率 × CaCO3當量 × 二氧化碳對碳酸鈣的計算比率 (2-3) 式中： 水泥產量：水泥生產總量(公噸) 熟料與水泥比率：水泥熟料成分(%)，如為 100 %卜特蘭水泥產出內設值 為 95 %，若為混合與/或砌築水泥則內設值為 75% 原料比率：每公噸熟料中使用的原料公噸數(公噸原料/公噸熟料)一般內 設值為 1.54 CaCO3當量 ：原料中的石灰成分(%)內設值為 78% 大氣中二氧化碳濃度的增加是導致地球溫室效應（greenhouse effect）的重要原因， 2009 永續發展世界商會的報告即指出，每年全世界混凝土使用量超過 250 億噸[9]，混 凝土組成材料中水泥的二氧化碳排放量佔世界的 5 ~ 7%[15, 16]，已經遠超過其它組成材 料。隨著人口數的激增，各種物質需求持續增加，故總二氧化碳排放量仍將繼續增加， 但若能沿著碳足跡尋找影響因子，或許能找到減低環境衝擊的最佳方案與評估指標。 2-1-3 二氧化碳排放的影響 如前文敘述，二氧化碳是造成目前全球暖化(溫室效應)與臭氧層破洞的原兇之一。 溫室效應氣體泛指大氣中促成溫室效應的氣體成分，自然溫室氣體包括水氣（H2O）， 所產生的溫室效應大約佔整體溫室效應的 60-70%，其次是二氧化碳（CO2）大約佔 26%，其它還有臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（又稱笑氣，N2O）以及人造溫室 氣體如氯氟碳化物（CFCs）、全氟碳化物（PFCs）、氫氟碳化物（HFCs），含氯氟烴（HCFCs） 及六氟化硫（SF6）等[17]。依照聯合國氣候變化框架公約的定義，所謂溫室氣體大致可 分為，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、全氟碳化物（PFCs）、氫氟 碳化物（HFCs），含氯氟烴（HCFCs）及六氟化硫（SF6）等六種。 十八世紀末葉工業革命，帶動世界各地經濟快速成長，以致於地球的各項資源大 量被開發使用，同時產生大量的廢棄物及溫室氣體排放，並有逐年增加的現象。科技

進步快速大量使用資源的最終結果，將面臨資源短缺及環境污染的嚴重問題。其中， 二氧化碳、甲烷及氧化亞氮的濃度年成長率更是驚人。圖 2-3 顯示 1800 年開始至 2005 年間，大氣中二氧化碳的濃度由 280 ppm 逐年升到 380 ppm，氧化亞氮由 250 ppb 升到 320 ppb，甲烷由 270ppb 升到 1900ppb[18]。

圖 2-3 大氣中二氧化碳濃度成長趨勢圖(0~2005 年)[18] (資料來源資料來源資料來源：資料來源：：Global Greenhouse Warming, 2010) ：

近年來國際間開始注意溫室效應的嚴重性，並於 1997 年 12 月在日本京都由聯合 國氣候變化綱要公約參加國舉行三次會議擬訂京都議定書(Kyoto Protocol)，其設定目 標為「將大氣中的溫室氣體含量降低穩定至一適當的水平，以防止劇烈的氣候改變對 人類造成傷害」，期望部份國家於 2012 年前，能將二氧化碳的排放量控制在 1990 年 排放量的 95 %以下[1]。 表 2-1 為臺灣能源使用二氧化碳排放量年統計表，雖然 2009 年相較於 2008 年二氧 化碳的排放量已有些許改善，但由 1990 年至 2009 年間二氧化碳的排放量成長率約為 4.1%，亦即換算每人平均年排放成長率約為 3.4%。目前國內溫室氣體排放量佔全球總 排放量近 1%，居亞洲之前幾名[2, 3]。

表 2-1 臺灣能源使用二氧化碳排放量[3] 時間 (西元) 能源使用二氧化碳排放量 (千公噸) 時間 (西元) 能源使用二氧化碳排放量 (千公噸) 1990 110851 2000 215488 1991 119943 2001 219855 1992 128220 2002 227836 1993 137626 2003 237213 1994 145669 2004 245303 1995 153176 2005 251699 1996 161624 2006 259265 1997 174024 2007 262787 1998 185403 2008 255163 1999 195384 2009 239615 (資料來源資料來源資料來源：資料來源：：經濟部能源局：經濟部能源局，經濟部能源局經濟部能源局，，能源統計年報，能源統計年報能源統計年報，能源統計年報，，，2009) 圖 2-4 為全球二氧化碳排放分佈圖，由深(藍)至淺(綠)個別表示排放量。其中，排 放量最嚴重的地區主要包括歐洲、北美洲各地、亞洲中國與台灣等已開發或開發中的 國家或地區[18]。 圖 2-4 全球二氧化碳排放分佈圖(藍色表是高排放量) (資料來源資料來源資料來源：資料來源：：Global Greenhouse Warming, 2010) ：

京都議定書的簽約國彼此間可以進行碳排放權交易，不足碳排放權可由碳權超額 的國家買進。非簽約國，雖然不需被強制規範，但進入他國市場貿易時可能必須接受

該國所提出的綠色生產要求[1]。碳排放權交易機制將直接衝擊各國能源配比及產業結 構，進而影響整體的經濟發展，因此二氧化碳排放權將成為未來最珍貴的經濟資源。

第二節

第二節

第二節

第二節 生命週期評估

生命週期評估

生命週期評估(Life cycle Assessment, LCA )

生命週期評估

目前，許多產業開發新產品時已經開始藉由 LCA 具體量化評核產品在生產、使 用、廢棄等階段中對環境所造成之影響。混凝土從原料開採、生產到廢棄材料的處理 都和環境息息相關，因此永續混凝土的應用與試驗開發已成為營建業一個重要的考量 因子。生命週期評估係指產品從搖籃至墳墓的環境衝擊評估方法，內容涵蓋產品生命 週期的完整分析，包括原料的取得、生產、應用、拆除及棄置等階段，最後評估產品 整個生命週期過程中對環境、生態及人體健康所帶來的正、負面衝擊[19]。 1970 年起，美國、德國、英國、瑞士及瑞典等國紛紛興起有關產品自搖籃至墳墓 的環境負研究。也許偏重研究方向不同，有部分針對汙染，有部分可能針對環境或能 源的損耗，雖未能包含完整生命週期，但亦說明了生命週期評估已進入萌芽階段。1980 年末期，美國由於廢棄物產量不斷增加，促使各界普遍認定應管制可造成大量垃圾之 產品，其管制的基準在於生命週期評估[20]。1990 年，美國毒理及化學學會(SETC)開始 舉辦生命週期技術研討會與培訓課程。於 1992 年，國際標準組織(ISO)正式成立技術委 員會(TC 207)，針對 ISO 14000 環境管理系列標準建立環保相關作業及文件系統。該系 統除了有相關可供依循的標準外，也對產品提供各項評估項目，當中的生命週期評估 為產品評估的基礎方法，同時也將生命週期評估納入 ISO 14040 標準中[21]。 2010 年歐洲曾有學者利用生命週期評估方法，來評估竹子作為結構構件對環境的 影響，以經濟及實用性的觀點提出研究成果，說明竹子是非常具環境保育及經濟性的 永續建築材料，報告中提出西歐國家針對竹子在營建業上的應用研究是具有前瞻性 [22] 。同年，也有學者針對再生能源進行生命週期評估，研究方向主要著重於溫室氣體 的排放量，內容分為靜態與動態的生命週期評估。研究結果顯示風力發電無論在滿足 能源需求方面或降低空氣汙染排放方面皆有不錯表現。在環境衝擊部分，其對全球暖 化趨勢、酸化與優養化問題影響較小[23]。2008 年，Oyeshola 選擇泰國一個具指標性的 商業大樓，依據 ISO14040 調查該大樓之生命週期，由材料製造、使用、維護至最後拆 除等階段透過計算權重值，再利用生命週期評估每階段對環境的衝擊。研究結果發現 鋼和混凝土這兩種建築材料影響環境最大，在製造階段分別占 24%和 47%全球暖化潛

值；總優養化形成潛值則分別占大约 41%和 30%；另外酸化潛值也分別占約 37%和 42%[20]。 生命週期評估應用與 ISO14001 標準實施有著密切的關係。ISO14001 要求組織應 建立程式以識別其活動、產品及服務中的環境因素與重大環境因素，並在制定目標指 標時將，重大環境環境因素加以考慮，經由 LCA 全面性的調查與了解混凝土生產與轉 化過程中的環境影響，這些環境影響不但包括各種廢料的排放，還涵蓋整個物料和能 源的消耗以對環境造成的破壞作用。如此將污染控制與減少能源的消耗串連在一起， 這樣既可以防止環境問題，從生命週期的某個階段轉移到另一個階段，或污染物從一 個介質轉移到另一個介質。 2-2-1 生命週期評估架構： 根據 ISO14040(生命週期評估總則)，生命週期期評估架構須包含四個主要部分： ISO /FDIS 14041 目的與範疇界定、 ISO /FDIS 14041 盤查分析、ISO/CD 14042 衝擊評 估與 ISO/CD 14043 結果闡釋[24]。

圖 2-5 生命週期評估步驟[25] (資料來源資料來源資料來源：資料來源：：ISO /CNS 14041) ：

2-2-2 目標與範疇界定(Goal and Scope Definition)

生命週期評估過程中，目的與範疇之界定為系統作業一項整合的部分，當確立研 究目的與範疇，即可進行相關資料盤查與蒐集，然後進行分析、轉換、連接及運算等。 生命週期的評估通常需要考慮以下幾點：研究系統、系統界限、功能單位、衝擊評估 的型態及範圍、數據採用之必要條件及假設條件、研究限制。在生命週期評估法中， 最重要的關鍵在於清楚定義與描述該系統的功能，進而訂定該系統的單位功能。