控制性低強度橡膠混凝土於回填工程之適用性研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

控制性低強度橡膠混凝土於回填工程之適用性研究

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型

計 畫 編 號 ： NSC 99-2221-E-151-051-

執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 10 月 31 日

執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學土木工程系

計 畫 主 持 人 ： 王和源

共 同 主 持 人 ： 陳世豪

計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：吳育武

報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文

公 開 資 訊 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

中 華 民 國 100 年 10 月 31 日

中文摘要： 台灣交通建設發展迅速，機動車輛使用量不斷提高，99 年 11

月登記機動車輛高達 2169 萬輛，產生的廢輪胎量相當可觀，根

據環保署資源回收基管會統計，每年廢輪胎回收量多達 10 萬噸

以上。今年的莫拉克風災亦為水庫帶來極為大量的淤泥，在環

保意識興起之下，強調資源回收再利用維護地球生態，若能將

水庫淤泥製成輕質骨材並與廢輪胎做妥善處置，對環境將帶來

極大的助益。廢輪胎橡膠利用於自充填混凝土之性質在去年國

科會計畫已有初步成果，並發表於相關研討會及期刊中，而利

用在控制性低強度材料則有待進一步研究。

本研究將淤泥製成輕質骨材與廢輪胎處理成尺寸介於#4 之橡膠

細粒，應用於控制性低強度材料作為再生建材，試驗計劃中以

不同比例之橡膠粒取代細骨材，配合流動性試驗決定水膠比，

製成控制性低強度橡膠混凝土(RCLSM)與控制性低強度橡膠輕

質混凝土(LRCLSM)，進行新拌性質(坍流度試驗、凝結時間、

單位重、氯離子、泌水)之研究，並製作混凝土試體於齡期 1、

7、28、56、90 天進行硬固性質(單軸抗壓強度、落沉試驗、長

度變化量、超音波速)與耐久性質(硫酸鹽侵蝕、表面電阻、透

水試驗)等試驗。從試驗結果中找出橡膠粒與輕質骨材於 CLSM

之適用性，提升廢棄輪胎之價值，達到廢棄物資源化之最大效

益。

英文摘要： The transportation infrastructure in Taiwan had rapidly expanded. In

October 2010, the MOTC of registration of motor vehicles had up to

21.69 million, the amount of waste tires generated considerable,

According to EPA Recycling fund Management board statistics

estimated that about one hundred thousand scrap types were

produces annually【1,2】. This year Typhoon Morakot also caused

a large quantity of sludge that silt up the reservoir. However, the

environmental conservation consciousness rise up, emphasis on the

concept of resource recycling and reuse to maintenance of the

Earth‘s ecological. If it can be properly treated, the reservoir silt and

waste tires will bring great benefit for environment.

Using the waste rubber into SCC have been a preliminary results at

NSC, and publish articles on seminar and journals in the last year,

but it should need some further study of the rubber application for

controlled low strength material.

In this study, waste rubber tire powder and reservoir silt lightweight

aggregate is added to the controlled low strength material (CLSM)

as a renewable building material. Rubber tire powder having particle

size that between #4. The main research methodology is that instead

of sand, and using flowability test to find the best water-binder ratio,

rubber tire powder in various percentages is added and mixed the

rubber controlled low strength material (RCLSM) and the

Therefore, the fresh behavior ( flowability test, setting time, unit

weight, chlorine ion, bleeding), hardening behavior (Unconfined

compressive strength, Shen drop test, shrinkage, ultrasonic pulse

velocity, rebound coefficient), and durability (sulfate attack,

electrical resistance, permeable)of the RCLSM and LRCLSM can

be explored and discussed herein. The results from the test to find

out rubber and lightweight aggregate on the applicability of

controlled low strength materials, to enhance the value of scrap tires

and achieve the maximum effectiveness of waste resource.

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫

■成果報告

□期中進度報告

控制性低強度橡膠混凝土於回填工程之適用性研究

計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫

計畫編號：NSC99－2221－E－151－051

執行期間：

2010 年 8 月 1 日至 2011 年 10 月 31 日

執行機構及系所：國立高雄應用科技大學土木工程系

計畫主持人：王和源 教授

計畫參與人員：

吳育武、陳政宏

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告

本計畫除繳交成果報告外，另須繳交以下出國心得報告：

■赴國外出差或研習心得報告

□赴大陸地區出差或研習心得報告

□出席國際學術會議心得報告

□國際合作研究計畫國外研究報告

處理方式：

除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年■二年後可公開查詢

中 華 民 國 100 年 10 月 31 日

2

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

計畫編號：NSC98－2221－E－151－051

執行期間：2010 年 8 月 1 日至 2011 年 10 月 31 日

計畫主持人：王和源 國立高雄應用科技大學 土木工程與防災科技研究所教授

摘要

台灣交通建設發展迅速，機動車輛使用量不

斷提高，99 年 11 月登記機動車輛高達 2169 萬輛，

產生的廢輪胎量相當可觀，根據環保署資源回收

基管會統計，每年廢輪胎回收量多達 10 萬噸以上

【1,2】。今年的莫拉克風災亦為水庫帶來極為大

量的淤泥，在環保意識興貣之下，強調資源回收

再利用維護地球生態，若能將水庫淤泥製成輕質

骨材並與廢輪胎做妥善處置，對環境將帶來極大

的助益。廢輪胎橡膠利用於自充填混凝土之性質

在去年國科會計畫已有初步成果，並發表於相關

研討會及期刊中，而利用在控制性低強度材料則

有待進一步研究。

本研究將淤泥製成輕質骨材與廢輪胎處理成

尺寸介於#4 之橡膠細粒，應用於控制性低強度材

料作為再生建材，試驗計劃中以不同比例之橡膠

粒取代細骨材，配合流動性試驗決定水膠比，製

成控制性低強度橡膠混凝土(RCLSM)與控制性低

強度橡膠輕質混凝土(LRCLSM)，進行新拌性質(坍

流度試驗、凝結時間、單位重、氯離子、泌水)

之研究，並製作混凝土試體於齡期 1、7、28、56、

90 天進行硬固性質(單軸抗壓強度、落沉試驗、

長度變化量、超音波速)與耐久性質(硫酸鹽侵

蝕、表面電阻、透水試驗)等試驗。從試驗結果中

找出橡膠粒與輕質骨材於 CLSM 之適用性，提升廢

棄輪胎之價值，達到廢棄物資源化之最大效益。

關鍵詞：水庫淤泥輕質骨材、廢輪胎橡膠、

控制性低強度橡膠輕質混凝土、抗壓強度、透水

試驗

Abstract

The transportation infrastructure in Taiwan had

rapidly expanded. In October 2010, the MOTC of

registration of motor vehicles had up to 21.69

million, the amount of waste tires generated

considerable, According to EPA Recycling fund

Management board statistics estimated that about

one hundred thousand scrap types were produces

annually【1,2】. This year Typhoon Morakot also

caused a large quantity of sludge that silt up the

reservoir. However, the environmental conservation

consciousness rise up, emphasis on the concept of

resource recycling and reuse to maintenance of the

Earth's ecological. If it can be properly treated, the

reservoir silt and waste tires will bring great benefit

for environment.

Using the waste rubber into SCC have been a

preliminary results at NSC, and publish articles on

seminar and journals in the last year, but it should

need some further study of the rubber application for

controlled low strength material.

In this study, waste rubber tire powder and

reservoir silt lightweight aggregate is added to the

controlled low strength material (CLSM) as a

renewable building material. Rubber tire powder

having particle size that between #4. The main

research methodology is that instead of sand, and

using flowability test to find the best water-binder

ratio, rubber tire powder in various percentages is

added and mixed the rubber controlled low strength

material (RCLSM) and the lightweigtht rubber

controlled low strength material (LRCLSM).

Therefore, the fresh behavior ( flowability test,

setting time, unit weight, chlorine ion, bleeding),

hardening

behavior

(Unconfined

compressive

strength, Shen drop test, shrinkage, ultrasonic pulse

velocity, rebound coefficient), and durability (sulfate

attack, electrical resistance, permeable)of the

RCLSM and LRCLSM can be explored and

discussed herein. The results from the test to find out

rubber and lightweight aggregate on the applicability

of controlled low strength materials, to enhance the

value of scrap tires and achieve the maximum

effectiveness of waste resource.

Key point: Rubber Tire , Reservoir Silt Lightweight

Aggregate, Lightweigtht Rubber Controlled Low

Strength

Material,

Unconfined

Compressive

Strength, Bleeding.

一、前言

在全球工業化高度發展之下，自然環境面臨

極大威脅，工業廢棄物的任意處置，將對自然環

境產生嚴重的破壞。隨著汽車工業高度發展，使

交通工具普及化，輪胎產量大幅增加，所產生的

廢棄輪胎量亦相當可觀，根據交通部與環保署統

計，機動車輛登記總數99年11月底來到2169萬

輛，其產生之廢棄輪胎量可想而知，每年皆有10

萬公噸以上的廢輪胎回收量【1、2】。

廢輪胎處置是許多國家中最主要的環境影響

因素之一，體積大且形狀固定、儲存體積較一般

3

垃圾大、不易分解腐化，若以掩埋方式處理廢棄

輪胎將會縮短掩埋場之使用年限且不符合經濟效

益；此外長期掩埋廢棄輪胎常會滑出掩埋地表面

或破壞掩埋場之防漏包覆層【3】，隨意棄置亦會

成為病媒蚊等害蟲的溫床，不僅對環境產生危

害，且發生火災或燃燒時產生之戴奧辛更是破壞

環境的元兇，因此，廢輪胎處置的問題對環境影

響是非常重要的。

混凝土組成要素主要有二：膠結材料與填充

材料，其中作為填充材的骨材，在混凝土的體積

中佔有7～80%的體積。近年來由於河川砂石的大

量開挖與濫採，破壞河川原有結構與自然生態，

因而施行禁採河川砂石政策，而八八水災造成數

億立方米的淤泥，如製成輕質骨材可取代部份砂

石，再者隨著環保意識的興貣，提倡資源回收在

利用的理念，為此本研究以橡膠粒會降低混凝土

強度的特性作為出發點，將橡膠粒與輕質骨材應

用於控制性低強度材料(Controlled Low Strength

Materials，CLSM)中，作為路面管線開挖回填材

料或腐蝕控制材料，運用其低強度之特性，使在

日後進行維修時得以開挖，同時因以橡膠粒取代

骨材，藉此保留原生材料，減少環境負擔與垃圾

掩埋空間，降低廢輪胎回收處置成本，以期望能

對工程界產生貢獻，達到廢棄物資源化之最大效

益，對國內的經濟與資源將會有極大的助益。

CLSM為一種具有自我充填能力的膠結性材

料，根據ACI定義其28天抗壓強度低於8.3MPa

（84kg/cm

2

），而一般的CLSM為了在日後能夠挖

掘，其設計強度會低於1.4MPa（14kg/cm

2

）。如

要作為主要作為回填夯實的替代材料，利用水泥

質材料的凝結特性，足以滿足基底層承載力的需

求，解決諸多回填的問題【4】。且橡膠體積大且

不易分解、，具有承受大量變形能力與回覆力，

抗壓縮強度高且消散能力佳；同時為電絕緣體，

電阻係數高且耐腐蝕、侵蝕，對疲勞抵抗力強

【5】。對於低強度材料的要求，可以說是最適合

不過的，因此在添加橡膠粒於混凝土中，因橡膠

本身非親水性，除吸水率下降外，能有效的阻抗

氯離子滲透，並擁有良好的抗凍融性【6】。此外

以輕質骨材取代常重骨材製作而成的混凝土材

料，其性質因輕質骨材的介入而貣變化，主要呈

現在單位重、強度、力學性質、耐久性和隔熱性

能上【7,8】。

二、試驗規劃

2.1 試驗材料

本研究使用之水泥為台灣水泥公司生產之第

一型卜特蘭水泥，性質符合CNS61第一型卜特蘭水

泥的規格，所有水泥購得當天即已不透水塑膠密

封，並與地面隔開，阻絕水氣侵入；拌合用水符

合CNS1237混凝土拌合用水規定；研究所用之飛灰

來自台電興達火力發電廠；橡膠粒係利用水刀技

術處理成尺寸約為#4大小；速凝劑；水庫淤泥輕

質骨材則購買自三奕公司。

2-2 配比設計

本研究設計以粗骨材之最大用量400kg/m

3

與

水膠比1.5為定數，將廢輪胎處理成尺寸介於#4之

廢輪胎橡膠粒，以5組橡膠粒取代量 [0%、10%、

20%、30%、40%]的配比如表1，並將輕質骨材全

取代粗骨材分別為低強度控制性橡膠混凝土及低

強度控制性全輕質橡膠混凝土，試驗組根據內政

部營建署CLSM規範草案中所規定之ASTMD6103

流動性實驗，並加入速凝劑固定用水量使修正流

度值與控制組相同。

2-3 試驗流程

本研究採用#4以下之廢輪胎橡膠粒，其廢輪

胎橡膠粒取代量0%、10%、20%、30%、以及40%，

控制組水膠比為1.5，利用ASTMD6103流動性試

驗與速凝劑控制試驗組之用水量與控制組相同，

並加入固定比例之飛灰，製作控制性低強度橡膠

混凝土與控制性低強度橡膠輕質混凝土。探討其

坍流度、管流度、凝結時間、單位重、氯離子、

泌水等新拌性質試驗，並製作ψ10cm×20cm之混

凝土圓柱試體，於齡期1天、7天、28、56以及90

天，進行各項硬固性質(抗壓強度、落沉試驗、長

度變化量、超音波速)與耐久性質(表面電阻、硫酸

鹽侵蝕、透水試驗)等試驗。

三、結果與分析

3.1新拌性質

RCLSM與LRCLSM的新拌性質由表2顯示出

各取代量其坍流度皆大於400mm、坍度達到

200mm、管流度皆達到150mm，並隨著橡膠粒取

代量的增加而變大，原因在與橡膠粒非親水的特

4

性及輕質骨材以SSD之狀態下，在水膠比固定的

情形下，取代量越高，亦相對提高其水膠比，造

成有較高坍度的情況。並隨著橡膠粒取代量的多

寡，在取代量30%的坍度及坍流度則開始遞減，

顯示出橡膠粒取代量在大於30%之後可能已產生

析離現象。凝結時間方面，隨著橡膠取代量的增

加而有明顯增加的趨勢。單位重方面皆小於

2100kg/m

3

並隨著橡膠粒的取代量而遞減，

RCLSM約為2060~1784 kg/m

3

，LRCLSM則約為

1868~1591 kg/m

3

。氯離子含量檢測以CNS 13465

皆小於規範(CNS 3090)規定0.3kg/m

3

，RCLSM及

LRCLSM約各為0.017~0.027 kg/m

3

及0.013~0.024

kg/m

3

。圖1顯示RCLSM及LRCLSM之最高泌水量

分別為40~72ml及40~91ml，因輕質骨材取代導致

總泌水量有些微增加，20%取代量拌製之新拌混

凝土由於泌水現象減緩，顯示粒料下沉現象在取

代量達20%會減緩其泌水現象。

3.2 抗壓強度

圖2顯示隨著橡膠粒取代量的增加，抗壓強度

也隨之下降，RCLSM各取代量齡期一天時，其取

代量0%、10%及20%皆達到0.6MPa，約為

1~0.6MPa，而LRCLSM一天抗壓強度則稍低於

RCLSM約0.9~0.5MPa，RCLSM及LRCLSM在齡期

28天低於8MPa，其強度約為4.6~6.3MPa，但其而

取代量超過30%時，則易受高水膠比的影響下而

呈現不穩定的成長，1天的抗壓強度低於0.6MPa。

各配比晚期強度皆呈現持平的趨勢，抗壓強度方

面已無明顯上升。

3.3落沉試驗

依據ASTM D6024-96之規定，用以檢測材料

是否具有足夠的承載力，表3顯示24小時之抗壓強

度皆大於0.35MPa，各取代量配比之落沉凹陷直徑

皆小於76mm，符合規範要求，落沉值隨著取代量

增加而減少與24小時之抗壓強度呈成反比，顯示

橡膠粒取代量越多抗壓強度降低，但其承受瞬間

衝擊強度則有上升的可能性。

3.4超音波速

混凝土試體超音波波速量測採用直接法，隨

著取代量增加波速的傳遞則相對遞減，這是因為

橡膠顆粒尺寸約為#4大小，能製造出比常重砂還

要多的空隙及提升水膠比增加孔洞，也因此超音

波速會隨著取代量增加而減少，由圖3顯示

RCLSM與LRCLSM在齡期28天的波速，均小於

3100km/sec，晚期水化作用減緩波速已無明顯上

升趨勢。

3.5長度變化量

由於其高分子材料橡膠的彈性模數遠小於骨

材，也因此其乾縮量也會隨著取代量多寡直接影

響水膠比，由圖4可知其控制組的乾縮皆小於

-0.01%，並隨取代量增加到20%時，更有明顯的

乾縮現象，而RCLSM與LRCLSM在齡期28天取代

量40%與控制組(-0.01%)比較乾縮率增加一倍為

-0.02%，RCLSM及LRCLSM齡期28天橡膠取代量

達30%之乾縮量增加了36%及45% 。

3.6 表面電阻

評估混凝土耐久性是以表面電阻率進行檢

測，意味其緻密程度與耐久性有相對的關係，電

阻越大表示其緻密性越佳。圖5所示，RCLSM各

取代量在齡期28天之表面電阻率均小於10Ω

-cm，但相對於控制組並無明顯的影響，橡膠粒的

取代量多寡並不直接影響到其RCLSM的耐久

性。隨著全輕質骨材的取代LRCLSM，緻密性隨

著輕質骨材的分布程度而有輕微的影響，但對於

耐久性的影響程度與RCLSM仍差異不大。晚期表

面電阻率曲勢逐漸持平發展。

3.7耐硫酸鹽侵蝕

橡膠為高分子聚合物擁有高度的抗硫性，圖6

顯示出隨著橡膠粒取代量其抗硫酸鹽的能力也相

對的提升，控制組第五次循環的重量損失百分比

約為5.7%，在取代量達40%時，去損失率降至

4.3%。而LRCLSM因使用全輕質粗骨材在抗硫酸

鹽方面，其重量損失大致由輕質骨材的分布程度

所控制，隨著取代量由0%增加至40%時，其硫酸

鹽的損失增加了0.6%。

3-8透水試驗

圖7顯示RCLSM及LRCLSM透水比各為

1.3~1.8%及0.5~2.5%，其中RCLSM透水比隨著橡

膠取代量增加，透水比相對提升，取代量超過20%

隨即下降，主要影響為析離現象的產生，在加上

橡膠非親水特性，導致孔隙雖多但其橡膠的分布

堵斷水分子的移動，而LRCLSM在水分子的吸引

下，隨機被輕質骨材所吸收，水分子轉而向輕質

5

骨材滲透，實驗中橡膠取代量40%，水會由混凝

土側面滲出，此現象也表示析離現象確實存在。

四、結論

1.

橡膠粒具有非親、坍流度及管流度皆增加，

但在取代量達30%時，開始產生析離的現

象，工作性隨之下降，其工作度達ASTM D

6103 -97規範要求。其凝結時間也隨之受到取

代量影響而延長， 平均每增加10%的取代量

其凝結時間平均延長30min。

2.

24小時之抗壓強度，皆大於具有優良夯實土

壤強度0.31~0.62 MPa，而落沉半徑值則隨著

取代量降低與一天之抗壓強度呈反比趨勢，

顯示橡膠粒取代增加混凝土承受瞬間衝擊的

能力隨之增加，即掺有RCLSM與LRCLSM在

施工完一天後即可通車。整體強度發中取代

量越多抗壓強度越是下降的，以取代量20%

較接近控制組的，28天抗壓強度皆小於

8.23MPa，符合規範要求(ASTM D4832)。

3.

乾縮變化量隨著取代量及齡期增加，當28天

取代量40%變化量為-0.02%，比控制組的增

加約一倍(-0.01%)之乾縮程度。原因於隨取代

量而提升之水膠比，並受橡膠之物理及力學

性質之影響，而取代量20%時使用橡膠粒取

代骨材造成的混凝土乾縮影響最為遲緩。

4.

利用超音波檢測其緻密性，隨著取代量增加

與全輕質骨材的取代而有顯著的減低，控制

組在各齡期使用輕質骨材後，其波速平均下

降了100~300km/sec。

5.

控制性低強度橡膠混凝土，則隨著齡期的提

高、取代量的增加而增加其表面電阻率，各

不同的取代量並不會直接影響表面電阻率。

6.

因橡膠為一高分子材料具高抗硫性，隨著取

代量增加，其硫酸鹽的侵蝕性也相對減少，

而LRCLSM則因使用了多孔輕質骨材，因而

受到其輕質骨材的分布程度而受到影響，導

致其大部分的侵蝕行為皆由輕質骨材所造成

的，其重量損失率也較為接近。

7.

隨著取代量增加透水比相對提升，使用輕質

骨材則會造成水分子轉而向輕質骨材傳遞，

透水比有上升的趨勢，當橡膠取代量達

30%，其橡膠非親水性質將會降低其透水比。

五.計畫成果自評

本研究採用水刀科技將廢棄輪胎處理成橡膠細粒

與水庫淤泥燒結之輕質骨材，製成控制性低強度

橡膠混凝土及控制性低強度橡膠輕質混凝土，經

由之新拌、硬固及耐久性質探討其效益。分別從

學術與實務角度來驗證本研究成果之可行性，其

成果與貢獻之自評如下：

(1) 學術研究成果

本研究利用廢橡膠輪胎之再生運用取代天然細粒

料的使用並進一步使用水庫淤泥燒結之輕質骨

材，將國內在道路搶工、道路永久回填，達到低

耗損高經濟價值之控制性低強度材料。

(2) 實務運用成效

本研究預期減少部分天然骨材的耗用，成為具經

濟效益之低強度混凝土。對於自然環境方面，廢

棄輪胎如處理不當，對於空氣、環境…等，都會

造成無法挽救的危害。因而將其廢棄再生粒料充

分的應用在營建材料上，成為眾多工程材料其中

之一，可以減少經濟的付出，在土木工程材料中

有了高回收率兼具環保的最佳選擇，以其增加國

內對於再生資源研發技術得到大大的提升，!並提

升國家整體經濟的貢獻。

參考文獻

1. 交通部， ” 交通統計機動車輛登記數統計” ， 2010 年 11 月 http://www.motc.gov.tw/mocwebGIP/wSite/lp?ctNode=162&x q_xCat=15 2. 行政院環保署資源回收管理基金管理委員會，資源回收 成果統計，截至 99 年底。 3. 吳泓勳，“廢輪胎防波堤之可行性研究”，國立台北科技 大學土木與防災研究所，碩士論文，2001。 4. 鄭瑞濱，“CLSM 之技術概要與研革”，台灣混凝土學會 會刊-混凝土科技，第 3 券第 4 期，P64-74，2009 5. 李明山，「橋梁橡膠支承墊非線性行為之數值模擬」，國 立中央大學土木工程，碩士論文，2005。

6. Arin Yilmaz , Nurhayat Degirmenci,”Possibility of using waste tire rubber and fly ash with Portland cement as construction materials”, Waste Management 29, P1541–1546, 2009.

7. 顏聰，陳豪吉，「輕質骨材混凝土」，中華輕質骨材協會，

台中，2005，第 50-70 頁。

8. 胡曙光，王發洲，「輕集料混凝土」，化學工業出版社，

6 W/B NO. ST-CL Cement

Fly ash

Rubber Sand CA LWA Water

1.50 RC0% 9 170 20 0 1176 400 0 285 RC10% 49 1058 RC20% 97 941 RC30% 146 823 RC40% 194 705 LRC0% 9 170 20 0 1176 0 400 285 LRC10% 49 1058 LRC20% 97 941 LRC30% 146 823 LRC40% 194 705 N.O. Slump Slump Flow Tube Flow Unit Weight Setting Time Chloride Ion Detection mm mm mm kg/m3 min kg/m3 RC0 231 475 175 2060 375 0.017 C10 239 479 198 1991 405 0.019 RC20 221 498 199 1922 433 0.027 C30 228 468 160 1853 481 0.022 RC40 197 433 160 1784 534 0.022 LRC0 250 479 169 1868 393 0.013 LRC10 270 570 180 1799 425 0.014 LRC20 270 630 250 1729 450 0.018 LRC30 220 515 210 1660 500 0.022 LRC40 215 500 205 1591 545 0.024

項目

圓柱試體之一天

強度(MPa)

落沉值

(mm)

RC

RC0 1.0 50 RC10 0.9 49 RC20 0.6 49 RC30 0.6 48 RC40 0.5 47

LRC

LRC0 0.9 64 LRC10 0.7 64 LRC20 0.5 62 LRC30 0.4 61 LRC40 0.3 60

圖 2 RC 及 LRC 之抗壓強度

1 10 100 0 1 2 3 4 5 6 C o m p re s s iv e Str e n g th ( M P a ) Age (D) RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 1 10 100 0 1 2 3 4 5 6 Compressive S trengt h (MP a) Age (D) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

表 2 新拌性質

表 3 落沉試驗值

表 1 配比表

unit :kg/m3 0 25 50 75 100 125 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Acc um ul ated B le ed in g ( ml ) Time (min) RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 0 25 50 75 100 125 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Time (min) Acc umu lat ed Ble edin g (ml ) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

圖 1 RC 及 LRC 累積總泌水量

7

1 10 100 -0.026 -0.024 -0.022 -0.020 -0.018 -0.016 -0.014 -0.012 -0.010 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 Shrin ka ge (%) Age (D) RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 1 10 100 -0.026 -0.024 -0.022 -0.020 -0.018 -0.016 -0.014 -0.012 -0.010 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0.000 0.002 Age (D) S hrinkage (% ) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

圖 4 RC 及 LRC 之乾縮變化量

1 10 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R es is tivity (k O -c m ) Age (D) RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 1 10 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Res istivity (k O -c m) Age (D) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

圖 5 RC 及 LRC 之表面電阻率

1 10 100 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 U ltras on ic Pulse V elo city (m/s ) Age (D) RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 1 10 100 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Age (D) Ultrasonic P ulse V elocit y (m /s) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

圖 3 RC 及 LRC 之超音波波速

0 1 2 3 4 5 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 W eight los s (%) Cycles of Test RC0 RC10 RC20 RC30 RC40 0 1 2 3 4 5 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Cycles of Test W ei gh t lo s s (%) LRC0 LRC10 LRC20 LRC30 LRC40

圖 6 RC 及 LRC 之硫酸鹽侵蝕

圖 7 RC 及 LRC 之透水係數

0 10 20 30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 P e rmea b ili ty R a tio ( %)

Replace content of rubber (%)

0 10 20 30 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Per m eabi li ty Ratio (% )

Replace content of rubber (%)

2011

能源，環境與建築工程國際

研討會

王和源 教授

國立高雄應用科技大學土木工程（系）與防災科技研究所

一. 參加研討會經過

2011年4月16日至4月18日由消費電子協會IEEE與咸寧學院在湖北咸寧市

共同主辦之「2011消費電子、通信和網路以及信息工程和機械工程聯合國際研討

會」。而本人參加的研討會所涉及的議題為

能源，環境與建築工程

。

在前往研討會之前本人先行前往武漢理工大學的硅酸鹽材料工程系拜訪並

參觀其國家重點實驗室以及進行學術交流，感謝該單位諸位教授的盛情招待，讓

此行更具意義。

學術交流演講

參訪合照

本次研討會會議期間皆於凱悅酒店舉辦，剛好位於本次主辦之咸寧學院旁，

研討會於4月17日上午9時舉行開幕儀式，開幕後由主持人

Dr. Gene Frantz

發表演

說，隨即展開一連串的聯合會議。

能源，環境與建築工程議題之研討會於 4 月 18 日上午舉行，本研究團隊總計

發表 5 篇文章，

個人發表「礦粉摻料添加於混凝土工程性質之研究」

，主要針對

以不同礦粉摻料添加於混凝土內，以研究其工程性質，並分析探討力學、硬固等

性質之試驗結果，將其互相比較，藉以評估各個礦粉掺料應用於混凝土之使用

性，希望在國內之建築節能與營建材料使用標準下，研擬混凝土使用改善建議，

朝向綠色建材之方向發展。

很榮幸此次所投稿成功之五篇文章，皆獲得熱烈的響

應

，而研究成果亦獲得與會人員一致的肯定與讚賞。

這次研討會匯集了台灣、中

國大陸各地及國際上等著名學者、專家近年來於相關議題方面的研究、生產和應

用等方面所取得的成果，對促進世界各地該相關議題有健全發展有較大的指導意

義和參考價值。

待研討會結束後，亦前往武漢大學拜訪，並與該校教授進行交流及餐敘，感

謝該系教授的熱情招待，讓此行作一個完美的句點，深感獲益良多，望能藉此提

升兩岸學術交流後研究的品質水準。

參加研討會之合照

拜訪武漢大學留影

二. 建議

近年來國內各項經濟建設，包括公共工程與民間建設的蓬勃發展，混凝土為

工程建設使用之最大宗材料之一，其產製大多使用水泥、砂、等天然原料或其再

製品，由於國內砂石供應日愈減少，而朝多元化發展的方向更加確定，以降低對

河川砂石的依賴。

環境保護與永續發展近年來深受全球重視，因此如何有效地將工業副產品再

利用，使之成為有益綠色資源材料至為重要。水泥與混凝土在建築產業上是非常

重要且使用量非常大的材料，全世界每年生產了近10億噸的混凝土。又水泥與混

凝土亦屬於高度環境衝擊的產業，在水泥生產過程因需消耗大量的能源而產生二

氧化碳，無疑對自然環境造成極大的影響。經過國內外學者多年之研究顯示，工

業副產物飛灰、爐石及轉爐石等經過妥適的處理，做為礦物摻料並適當的添加於

混凝土中可有效降低水化熱、提升長期抗壓強度，以及增加體積穩定性與耐久性

能，更重要的是可局部降低水泥使用量，並有效處理工業副產物等資源，達節能

減碳之效果且有利於環境保護。

一般卜作嵐材料常被定義為其主要成分為氧化矽及氧化鋁，本身具有很低或

不具有膠結性質，但在水分存在下能與水泥水化生成氫氧化鈣或外加鹼質物產生

緩慢卜作嵐水化反應，而有類似水泥水化產物之膠結性反應的任何材料均屬之。

卜作嵐材料的主要作用在轉換水泥水化的氫氧化鈣及鈉與鉀鹼類，成為穩定性佳

的膠體，使穩定性更為穩定。卜作嵐材料的應用在固定水膠比的條件下，降低漿

量因而減少水泥的用量，除了卜作嵐材料為綠色建材特色外，卜作嵐材料應用在

混凝土亦可改善混凝土工作性、減低混凝土熱裂縫、增加混凝土之水密性、降低

鹼質粒料反應、降低硫酸鹽侵蝕、增進混凝土晚期強度、增加混凝土耐久性以及

搭配強塑劑製造高性能混凝土。少用水泥對環境汙染的影響及衝擊也會降低。

三. 致謝

感謝國科會計畫 (NSC99-2221-E-151-051) 提供部份經費。

Effect of Waste Oyster Shell Resurgent on

Engineering Properties of Cement Mortar

Wang Her-Yung*, Chen Po-Yo , Chen Jeng-Hung

Department of civil engineering Technology. K.U.A.S.

Kaohsiung city, Taiwan. wangho@cc.kuas.com.tw

Abstract

—

In this study, recycled materials, oyster shells sand is used to replace the river sand (0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%) at fixed water-cement ratio 0.485 and six weight replacement ratio. The fresh properties harden properties at the age of 1, 7, 28, 56 and 98 days and durability will be tested. The results indicated the replacement of oyster-shell sand for 40%, chloride ion content was 0.23 kg/m3_{, the workability, strength and} durability decreased, but it still meets the specification. Replacement which in the range of 5% to 10%, the strength was up to 80% of the control group. The result of sulphate resistance for the replacement is 10%, whose weight loss is similar to the control group. The proper amount of oyster shells to replace river sand had similar mechanical properties as normal cement mortar. It not only reduces waste amount, but also achieves the goal of Recycling.

Key words：Oyster shells sand, Recycled materials, Recycling, Cement mortar. I. 前言 臺灣四面環海海洋資源豐富沿岸養蚵約有三百年歷 史，北起新竹香山延伸到彰化王功、雲林台西、嘉義東石、 布袋、台南七股，南至屏東東港、大鵬灣及離島澎湖金門 等地，分佈總面積達一萬餘公頃，為臺灣主要貝類養殖漁 業，2009年產量達3萬2仟餘公噸[1]，剝殼後相對產生「廢 棄蚵殼」的數量一年約有20萬餘公噸，此龐大的漁業廢棄 物被任意掩埋丟棄，產生惡臭孳生蚊蠅，影響生活環境品 質，衍生環保問題，讓廢棄物資源化再生利用於水泥砂漿 材料，有著節能、減廢環保綠建築的概念，值得加以研究 推廣應用。 水泥砂漿材料係由水、水泥及填充材料拌合組而成， 故水泥漿體係屬於複合材料，其結合個別混合材料之特 性，以因應工程上之多元需求，其整體性能取決於該材料 中之相型態與界面性質[2]，藉由水與水泥產生水化反應生 成C-S-H膠體黏結骨材，產生結構體所需強度、工作及耐 久等性質，需具備製造費及維護成本較低、抗壓強度高、 耐久與耐火性佳，以及可塑性高等多項優點，目前工程建 設上仍廣泛使用。水泥砂漿原料取自地球上天然礦石資 源，惟天然資源非取之不盡、用之不竭；近年來全球溫室 效應加速惡化，環保意識高漲及面臨天然砂石枯竭，合格 級配料取得不易等營建材料欠缺之窘境；過度開採天然砂 石導致環境遭到破壞，嚴重影響水土保持及生態平衡[3]。 永續發展為全球當前最重視的議題，各種產業均紛紛朝向 綠色與節能邁進，土木工程界對於再生材料之可行性投入 許多研究，對於可再生使用之廢棄物回收利用，減少對自 然資源之消耗[4]，是維護環境生態亟重要之課題。 歷史悠久的城堡廟宇古建築中，常用的黏結材料石灰 砂漿又稱三合土，其灰漿材料係由白灰、黏土糖漿、貝殼 粉、糯米漿、海菜和水等材料組成[5～7]。安平古堡、一 級古蹟赤崁樓及北線尾荷蘭海堡遺址乃由麻絨、蚵殼灰加 黃黏土、糖漿及砂等材料混合磚砌而成[8、9]。顯示在古 早時期就已經使用蚵殼在結構體上，至今在於古蹟的維護 上，為保存古蹟的原始構造，也大多使用原材料也就是蚵 殼來修復古蹟，鑑此，蚵殼使用於結構物上已有相當長久 的歷史。砂石骨材料源不穩定且需求量大，常造成砂石短 缺，倘若能將廢棄蚵殼取代骨材，將對廢棄蚵殼資源化再 利用是一大貢獻。 本研究以提倡資源化再生材料為目的，以「廢棄蚵殼」 連絡作者：教授、博士、E-mail：wangho@cc.kuas.edu.tw 807 高雄市三民區建工路 415 號，07- 3814526 轉 5237 4941 978-1-61284-459-6/11/$26.00 ©2011 IEEE

表1、蚵殼水泥砂漿配比表 水灰 比 配比編 號 膠結材料(g) 骨材(g) 水 sp W/C I 型水泥 細骨材 蚵殼砂 (g) (%) 0.485 CT 485 1333 0 231 0.65 Y5 485 1267 66 231 0.65 Y10 485 1201 132 231 0.65 Y20 485 1069 264 231 0.65 Y30 485 937 396 231 0.65 Y40 485 805 528 231 0.65 表2、細骨材之基本性質 材料基本性質 細骨材河砂粒料 蚵殼砂粒料 比重 2.62 2.15 吸水率(%) 2.67 8.36 細度模數(F.M) 2.84 2.68 乾搗單位重(kg/m3_{) 1750 950} 表3、蚵殼砂之化學成分

CaCO3 SiO2 MgO Al2O3 SrO P2O5 Na2O SO3 Total

95.994 0.696 0.649 0.419 0.330 0.204 0.984 0.724 100.0 再生利用於水泥砂漿為主題，驗證廢棄蚵殼再生砂取代細 骨材後新拌、硬固、耐久等性質，讓廢棄蚵殼變成有用的 資源，在降低天然資源開發，減緩溫室效應，提昇環境衛 生，節省成本效益，甚具正面意義及貢獻。 II. 試驗計畫 本研究針對廢棄物資源化再生材料蚵殼砂應用於水 泥砂漿，固定水灰比(W/C＝0.485)，依6種重量比例取代 部分細骨材(0%、5%、10%、20%、30%、40%)，配比表 如表1所示。拌合製作成水泥砂漿並探討新拌性質(流度、 凝結時間)，硬固性質(抗壓強度、吸水率)及耐久性質(氯 離子含量、硫酸鹽侵蝕)。 A. 試驗材料 本研究所使用之水泥為品牌水泥I型比重3.16符合 CNS61規定；細骨材為里港地區之河川砂石，符合CNS 1240混凝土之要求規定；蚵殼砂由新吉勝商行提供，經過 刷洗高溫殺菌粉碎分類後之副產品，符合CNS 1240混凝土 之要求規定；拌合用水符合CNS1237混凝土拌合用水要求 規定；化學藥劑採用欣得實業公司提供G型減水緩凝劑。 細骨材之基本性質如表2所示，蚵殼砂化學成分如表3所 示。 III. 結果與討論 A. 資源化蚵殼砂基本性質 本研究採用廢棄蚵殼資源化後之蚵殼砂，用以取代細 骨材，蚵殼砂之吸水率為8.36%相較於細骨材2.67%高出約 3.1倍，推測再生材料蚵殼砂有本身孔隙結構較大所致，在 拌合時用水量應加以注意控制，避免工作性差而增加搗實 困難度；蚵殼砂比重2.15與細骨材河砂2.62及水泥3.16相對 較為輕。另蚵殼化學組成分析，係由CaCO3碳酸鈣最多約

佔96%，其他SiO2、MgO、Al2O3、SrO、P2O5、Na2O、SO3

等物及微量之礦物質所組成，顯示蚵殼氧化物成分大多為 CaO，經過高溫處理加工後，會產生類似石灰之物質。 105 102 103 102 100 99 94 96 98 100 102 104 106

CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40

Replace percentage(%) Flow Value(%) 圖1、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿流度值結果 150 255 285 305 315 225 315 335 350 375 418 235 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40

Replace percentage(%) Setting time(min) Initial Set Final Set 圖2、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿凝結時間結果 4942

0.03 0.08 0.09 0.12 0.15 0.23 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40

Replace percentage(%) Chloride ions(kg/m3) Chl or i de i ons 圖3、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿氯離子含量圖 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 7 28 56 98 Age (days) Compressive strength(MPa) CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40 cc 圖4、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿抗壓強度趨勢圖 B. 蚵殼水泥砂漿流度值 水泥砂漿新拌結果之流度值如圖1 所示，相同條件下 控制組流度值為105%，試驗結果得知隨著蚵殼砂取代量 增加，其流度值有略為遞減之趨勢，取代量在30%時仍可 維持符合規範之良好流度值100%，高取代量 40%時流度 值降至99%，因蚵殼砂自身顆粒表面呈不規則狀，拌和時 增加漿體顆粒間之摩擦力，及自身孔隙結構較大，致使表 面吸附水增加，減少填充水提供砂漿流動性所致。 C. 凝結時間 圖2所示，水泥顆粒在水的作用下產生溶解與水化作 用，形成不同尺寸水化產物，水化產物逐漸形成時，漿體 內部結構會強化而形成凝聚結晶之結構網，促使水泥漿體 凝結並具有強度，當蚵殼砂取代量增加，因孔隙結構較 大且吸水率高，影響水泥水化作用之進行而造成凝結時間 之增加，故在初終凝時間皆有顯著延緩之現象。 D. 氯離子含量 蚵殼為海水養殖貝類之副產物，長時間生長於海水 中，含有高濃度之氯化物成分，為避免氯離子導致鋼筋腐 蝕 ， 工 程 使 用 上 應 先 降 低 氯 離 子 含 量 。 本 研 究 依 據 CNS12981「混凝土配比設計準則」規定，鋼筋混凝土氯 離子含量需低於0.3kg/m3_{，如圖3所示，蚵殼砂取代量增加} 測得氯離子含量皆隨取代量增加而提升。研究顯示，在應 用上蚵殻砂經過浸泡一週，取代量控制在40%以下，其氯 離子含量試驗資料皆符合規範值規定。驗證文獻研究結 果，浸泡於水中2天氯離子含量即可降至十分之一以下 [10]。 E. 水泥砂漿抗壓強度 圖 4 所示，拌合初階段因試體內部含水量較高，致 使水化作用產物迅速填充試體內部孔隙，讓內部結構更為 展最為顯著。晚期階段強度成長趨勢方面在取代量10%以 下，均可達控制組抗壓強度80%以上為最佳。取代量增加 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 0 20 40 60 80 100 A b s o r p t i o n r a t e ( % ) Age(days) CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40 圖5、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿吸水率趨勢圖 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 0 1 2 3 4 5 Cycle(times) Loss weight(%) CT Y5 Y10 Y20 Y30 Y40 圖 6、蚵殼砂取代細骨材水泥砂漿硫酸鹽侵蝕趨勢圖 4943

至40%時跌幅趨勢較為顯著，顯示隨蚵殼砂取代量增加， 抗壓強度有隨之遞減趨勢。 F. 吸水率 本研究藉由吸水率判斷試體內部孔隙的呈現分佈狀 況，試體所能吸收水量多寡，除組成材料本身吸水情況 外，細骨材自身之吸水情況與試體本身孔隙大小有密切關 聯性，圖5 所示，吸水率隨著蚵殼砂取代量之增加而有明 顯提高，表示蚵殼砂取代後導致試體內部孔隙增加。在齡 期增加時，因水化反應產生水化物填充毛細孔細，使得結 構呈現較緊密的情況，以致使吸水率隨齡期增加而降低， 此現象在六種取代量下都呈現相同的結果。蚵殼砂10%以 下，晚期吸水率相對控制組趨勢略微接近。 G. 硫酸鹽侵蝕 圖6 所示，在固定水灰比 0.485，不同取代量之水泥 砂漿試體，養護至齡期 28 天浸泡在飽和硫酸鹽溶液中， 進行反覆5 次乾濕循環抗硫酸鹽試驗，以評估硫酸鹽侵蝕 水泥砂漿之影響。顯示隨著侵蝕次數增加，重量損失率越 大，符合規範規定之細度模數之蚵殼砂，用於取代細骨材 10%時對於骨材間孔隙之填充與緻密上略有表現，對硫酸 鹽類的侵蝕有較佳之抵抗能力。以第五次循環為例，抗硫 酸鹽能力蚵殼砂取代量依序為：10%、0%、20%、5%、 40%及 30%，顯示本研究以取代量 10%蚵殼砂之水泥砂漿 有較佳抵抗硫酸鹽侵蝕。 IV. 結論 1.廢棄蚵殼經適當粉碎處理細化後，其粒料分析分佈曲線 可符合規範要求。其比重、吸水率及單位重，皆較細骨 材河砂低，顯示廢棄蚵殼資源化再生材料自身結構亟較 細骨材砂弱。蚵殼本身含 豐富的CaCO3碳酸鈣高達 96%，如氧化還原後將產生和水泥有相同成份之CaO氧 化鈣。 2.利用蚵殼砂取代細骨材，取代量遞增，其流動性有些微 降低之趨勢。且會使水泥砂漿產生緩凝之效果，取代量 5%時初終凝時間各延滯85及95分鐘，但在高取代量方 面，則每增加10%取代量出終凝時間各延後10至25分 鐘。 3.資源化蚵殼砂為沿海漁業養殖的再生產物，本身含較高 量的氯離子成份，經浸泡自來水後使用，取代40%時符 合規範容許範圍，工程使用上為避免造成鋼筋腐蝕應先 處理降低蚵殼砂自身之氯離子含量。 4.抗壓強度隨蚵殼砂取代量之增加有顯著遞減之趨勢，晚 期強度取代量10%以下均可達控制組強度80%以上。吸 水率及抗硫酸鹽能力顯示10%蚵殼砂，晚期吸水率相對 控制組趨勢略微接近，對於抵抗硫酸鹽是較佳的添加 量。 5.資源化蚵殼砂經適當級配篩選，適量取代河砂應用於水 泥砂漿，有與控制組相近之工程性質，不但能有效利用 廢棄物，降低天然資源開發，減緩溫室效應，落實環保 議題，對永續循環發展，甚具貢獻。 誌謝 感謝新吉勝商行協助提供之蚵殼砂，以及國立高雄應 科技大學土木防災所優秀實驗團隊，研究生余志偉、陳政 宏、葉怡婷、吳育武、林昱憲及專題生林泰竹在試驗上全 力協助與幫忙，使研究得以順利完成，在此一併致謝。 REFERENCES

[1] Fisheries Agency, Council of Agriculture, Executive Yuan,” Annual Report 2009”，Fisheries Agency.pp9.sep,2010( In Chinese) [2] Chi-Hsien Lin,”Effects of Adding Organic-Modified Montmorillonite

to Cement Mortar”, Institute of Civil Engineering National Cheng Kung University,2004..(In Chinese)

[3] Wang Her Yung, Sun Fan,“Construction waste management model and to evaluate the performance of recycled materials used”, Public Works Seminar 2001 Proceedings , Issue , pp. 81~90, 2001.(In Chinese) [4] Wang, H. Y., “A study of the effects of LCD glass sand on the

properties of concrete,” Journal of Waste Management, Vol. 29, Issue 1, pp. 335~341, 2009.

[5] Yeh Shih Wen,Syue Cin, Jhang Chao Bo, Jhan Yi Rong, “Restoration of monuments and Technology - ashes for the material properties and repair work methods”, Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior ,2003.(In Chinese)

[6] Huang-Kai Hung,”A study for micro-property and mechanics of Ancient Mortar”,Institute of Civil Engineering National Cheng Kung University,2003.(In Chinese)

[7] Chung-Liang Chen，”Study on Mix and Strength Properties of The Traditional Limestone Mortar”，Institute of Civil Engineering National Cheng Kung University,2004.(In Chinese)

[8] Wei-cen Lin，”A Study on the Reversibility of Mortar in Traditional Brick Monument”，Institute of Civil Engineering National Cheng Kung University,2005.(In Chinese)

[9] Fu Chao Cing,“Overview of historic buildings in Tainan” Architecture and cultural heritage of Taiwan,Tainan ,2001(In Chinese)

[10] Che-Jung Lee,”A Study on the Application of Oyster Powder as a Cementitious Material”,Department of Harbor and River Engineering National Taiwan Ocean University,2005.(In Chinese)

The study on the interfacial transition zone of tire

rubber powder Mortar

Wang Her-Yung*, Hou Tsung

-

Chin, Chen Huei-Ju

Department of civil engineering and Institute of Civil Engineering Technology. K.U.A.S.

Kaohsiung city, Taiwan. wangho@cc.kuas.edu.tw

$EVWUDFW

In this study, 0%, 5%, 10%, 15% and 20% of waste rubber powder and 10% of sand was used to made crumb rubber cement mortar specimens in order to investigate the physical and chemical properties of the resulting cement. The examine the resulting materials the following tests were used: normal consistency water of fresh properties, compressive strength, and flexural strength, splitting strength, shrinkage test and durability. The materials were cured for ages of 1, 3, 7, 28, 56 and 91 days. Optical microscope, X-Ray Diffract meter, and scanning electron microscopy observations of the rubber powder and cement paste were made to evaluate the interface characteristics, to verify the engineering properties of rubber concrete and to evaluate the development of the strength and durability of the materials. The aim of the study was to provide a basis for the use of waste rubber tires and to provide a reference for the future. The results showed that the setting time of crumb rubber cement mortar increases as the amount of replacement waste rubber powder increased. The higher the substitution in the mixture, the more water was necessary to achieve consistency. Compressive strength, flexural strength and splitting strength decreased, as the substitution of rubber powder increased; at the same time, the higher the amount of replacement, the lower the strength was. This result may be due to the lower viscosity of the rubber particles as compared to the cement particles. OM, X-ray, SEM observations confirmed these results and showed that the cement

paste and rubber particles bond less. Thus, with more replacement material in the concrete, the material interfacial transition zone between the interfaces will become more vulnerable.

Keywords-Crumb rubber cement mortar, Interfacial transition zone, Microstructure, Compressive

I. ࠡ㿔 ⼒᳗ⱘᖿ䗳䅞䙋ˈҎ⇥ⱘ⫳⌏∈⑪ᦤ催ˈѸ䗮г᮹┌ⱐ 䘨ˈ䒞䓯ⱘ๲ࡴՓᕫ䓾㚢ⱘ䳔∖䞣㟛᮹ׅ๲˗಴ℸˈᒶ‵ 㝴䓾㚢ⱘ㰩⧚ᮍ֓ˈ⛵䂪ᰃᇡ᥽ඟᒴ៪ᰃ⛮࣪ᒴˈ䛑ᰃϔ ໻䉴᪨DŽ‵㝴݋᳝਌ᬊ໪՚ⱘ㸱᪞㛑䞣П⡍ᗻˈᐌՓ⫼ᮐ ᓎ㆝䱨䳛ᴤ᭭བ䠯ᖗ‵㝴๞DŽℸ໪ˈ⏏ࡴ‵㝴㉝ৃҹᦤ催 ⏋ޱೳⱘ䰏ሐ↨ˈ㗠Ϩ䱼㨫ডឝᤃᐙⱘ๲ࡴ㗠Ϟछˈৃҹ ឝ⫼೼㗤䳛䀁㿜ϞDŽϨ䖥ᑈ՚ˈᒶ䓾㚢ݡ߽⫼ᮐ䘧䏃Ꮉ⿟ ϞˈᏆ᳝ᶤ。⿟ᑺПᬜᵰ[1]ˈᇛᒶ‵㝴㉝⏏ࡴ೼◱䴦⏋ޱ ೳЁˈৃᦤᯛ䏃䴶ⱘᨽ᪺࡯ˈᓊ䭋݊Փ⫼ᑈ䰤DŽ ೼∈⊹ⷖ┓Ёࡴܹ䓾㚢‵㝴业㉦԰⚎䚼ߚপҷⷖˈ㌤ ᵰ乃⼎ˈ೼࡯ᅌᗻ䊾ϟ䰡ˈԚⱐ⧒∃䲶ᄤⓆ䗣䰏࡯๲ࡴDŽ אᛣੇ㨫∈⊹ⷖ┓੠⏋ޱೳ㻑કˈ䓾㚢‵㝴业㉦԰⚎䚼ߚ পҷⷖˈৃҹឝ⫼೼࡯ᅌᗻ㛑ϡᰃ᳔䞡㽕ⱘഄᮍˈԚৃ催 ᡫ∃䲶ᄤⓆ䗣ⱘ㽕∖[2]DŽ㗠߽⫼ᒶẘ‵㝴ⱘ∈⊹෎ⱐሩ䓩 ൟᓎ㆝ᴤ᭭ˈՓ⫼ϡৠ䞣ⱘ‵㝴业㉦԰⚎䚼ߚপҷ∈⊹ 䞣ˈ␀䀺㌤ᵰ乃⼎‵㝴৿䞣ⱘ๲ࡴˈῷᴀஂԡ䞡⏯ᇥ੠䰡 Ԣᔜᗻ῵䞣ᭌ۾ࢶ੠ۍؐⱘ㻛ড়ᴤ᭭ˈҹঞ‵㝴业㉦ᦤ催 ᴤ᭭ⱘឝ䅞㛑࡯[3]DŽ 䗷㌵԰㗙˖ᬭᥜǃम຿ǃE-mail˖wangho@cc.kuas.edu.tw 807 催䲘Ꮦϝ⇥औᓎᎹ䏃 415 㰳ˈ07- 3814526 䔝 5237 5445 978-1-61284-459-6/11/$26.00 ©2011 IEEE

Table1.Sieve analysis and physical properties of waste rubber powder Sieve NO. ʿ50 ʿ100 Chassis Fineness modulus Specific gravity # 50 31.67 2.27 0.00 1.66 1.04 II. 䀺倫㿜⬿ ᴀⷨおП∈ᓄ↨⚎ℷᐌ⿴ᑺ䀺倫∖ᕫˈᒶ‵㝴㉝ձ↨՟ 0%ǃ5%ǃ10%ǃ15%ǃ20ˁপҷⷖˈ㻑԰ᒶ‵㝴㉝∈⊹ⷖ ┓䀺储ˈҹᖂ㾔ᗻ䊾㾔ᆳ݊‵㝴㉝㟛∈⊹┓储㌤ড়П⬠䴶 ⡍ᗻˈϺ䀩Ԅ݊ᔋᑺঞ㗤Йᗻⱐሩˈབℸᇛᒶẘ⠽ݡ⫳߽ ⫼ⱘᮍᓣˈϡڙ䰡Ԣᇡ⪄๗䗴៤ⱘڋᆇˈгⳳℷ㨑ᆺ⪄ֱ ⱘᛣ㕽DŽ A. 䀺倫ᴤ᭭ ∈⊹Փ⫼ৄ☷∈⊹݀ৌ᠔⫳⫶П㄀ϔൟर⡍㰁∈⊹ˈ݊ ᗻ䊾ヺড় CNS 61 ㄀ϔൟर⡍㰁∈⊹ⱘ㽣Ḑ˗ᢠড়∈ഛヺ ড় CNS1237 ⏋ޱೳᢠড়⫼∈㽕∖㽣ᅮ˗ᒶ䓾㚢㌄‵㝴㉝ҹ ᒶ䓾㚢㍧⬅ᮄᓣ∈ߔ㋏㍅㰩⧚ᕠˈݡќҹ䗮䘢#8ǃ#16ǃ #30ǃ#50ǃ#100ǃ#200ǃ#400 㰳ㆽˈҹ䘨䖥Ԑ∈⊹П㌄ᑺDŽ ᒶ䓾㚢‵㝴㉝᥵⫼ৄ☷∈ߔ݀ৌ⫶㻑Пᒶẘ䓾㚢‵㝴ˈ㍧ ∈ߔ㰩⧚䘢ᕠˈ݊㌄ᑺ⚎#50 ݊࣪ᅌᗻߚᵤབ㸼 1 ᠔⼎ˈ ㌄㉦᭭ᗻ䊾བ㸼 2 ᠔⼎DŽ B. 䀺倫䷙Ⳃঞᮍ⊩ ᴀⷨおᰃҹ∈ᓄ↨⚎ℷᐌ⿴ᑺ䀺倫∖ᕫˈѨ。ᒶ‵㝴㉝ ձ↨՟(0%~20ˁ)পҷⷖDŽ䀺储㻑԰ᅠ៤ᕠˈ᥶㿢݊⠽ǃ࣪ ᗻˈᮄᢠᗻ䊾(⌕ᑺǃޱ㌤ᰖ䭧)ˈϺᮐ 1ǃ3ǃ7ǃ28ǃ56ǃ 91 ໽䘆㸠ᡫວᔋᑺ䀺倫ǃђ㐂䀺倫੠㗤Йᗻ䀺倫ˈϺϨҹ ᖂ㾔㌤ᾟ㾔ᆳ݊‵㝴㉝㟛∈⊹┓储㌤ড়П⬠䴶⡍ᗻDŽ III. ㌤ᵰ㟛㿢䂪 A. ᮄᢠᗻ䊾 0 5 10 15 20 0 10 20 30 40 50 60 Co mp ress ive str eng th ( M P a)

Rubber powder content (%)

91day 56day 28day 7day 3day 1day



೪ ˄ ∈⊹ⷖ┓ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣Пᡫວᔋᑺ

Table2.The nature of fine aggregate

Pilot project Units Test value Specification

Chloride % 0.0001 CNS 13407 Fineness modulus - 2.795 CNS 486 Specific gravity - 2.62 CNS 487 Absorption capacity ˁ 2.43 CNS 487 Unit weight dry mixes kg/m3 1720 CNS 1163 Silt content ˁ 2.82 CNS 491 (1)ℷᐌ⿴ᑺ䀺倫 ᒶ䓾㚢‵㝴㉝∈⊹ⷖ┓П䘨ࠄℷᐌ⿴ᑺ䀺倫㌤ᵰˈ‵㝴 ㉝পҷ㌄偼ᴤ䞣⚎(0%~20%)П∈㝴↨ߚ߹⚎ 0.55ǃ0.55ǃ 0.56ǃ0.55 ঞ 0.55DŽ (2)⌕ᑺ䀺倫 ⭊ᒶ䓾㚢‵㝴㉝∈⊹ⷖ┓ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20%) ৘⌕ᑺؐߚ߹⚎ 12.0cmǃ12.5cmǃ12.5cmǃ12.0cm ঞ 12.0cmDŽ೼ᮄᢠ䘢⿟Ёࡴܹ‵㝴㉝ᢠড়ˈ಴‵㝴㉝᭹∈ᗻˈ Փᕫ∈⊹ⷖ┓⌕ᑺؐ⛵ᯢ乃ⱘᏂ⭄ᗻDŽ (3)ޱ㌤ᰖ䭧 ҹ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20%)Пޱ㌤ᰖ䭧ˈ݊߱ޱᰖ䭧ߚ ߹⚎ 121minǃ161minǃ168minǃ196min ঞ 201min˗㌖ޱ ᰖ 䭧 ࠛ ߚ ߹ ⚎ 195min ǃ 240min ǃ 270min ǃ 285min ঞ 300minDŽ䱼㨫‵㝴㉝পҷ䞣๲ࡴˈ᠔䳔Пޱ㌤ᰖ䭧гᛜ䭋DŽ

B. ᔋᑺߚᵤ

(1)ᡫວᔋᑺ

೪ ˄ 乃⼎ˈ⭊‵㝴㉝(0ˁ~20%)ᮐ৘唵ᳳПᡫວᔋᑺߚ

߹ ⚎ 13.6~52.5 MPa ǃ 13.1~44.3MPa ǃ 10.8~36.6MPa ǃ 9.0~27.9MPa ঞ 8.3~21.3MPaDŽҹ唵ᳳ 28 ໽‵㝴㉝পҷ䞣 20ˁ᳔Ԣ㟛᥻ࠊ㌘(47.7MPa) Ⳍ䓗ϟሒ 18.9MPa(36.9%)ˈ ‵㝴㉝পҷ䞣 5ˁǃ10ˁঞ 15ˁ㟛᥻ࠊ㌘Ⳍ䓗ϟߚ߹ 0 5 10 15 20 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Flex ural st re ngt h ( M P a)

Rubber powder content (%)

91day 56day 28day 7day 3day 1day ೪ ˅ ∈⊹ⷖ┓ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣Пᡫᔢᔋᑺ 5446

0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 12 Te n si le s tr en gt h (M P a)

Rubber powder content (%)

91day 56day 28day 7day 3day 1day ೪ ˆ ∈⊹ⷖ┓ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣Пᡫᢝᔋᑺ 38.2MPa(80.1%)ǃ29.9MPa(62.7%)ঞ 24.5MPa(51.4%)DŽ೼ 唵 ᳳ 56 ໽ ‵ 㝴 ㉝ প ҷ 䞣 20% П ᡫ ວ ᔋ ᑺ 㟛 ᥻ ࠊ ㌘ (51.5MPa)Ⳍ䓗ϟ䘨 21.0MPa(40.8%)ˈ݊ᒶ䓾㚢‵㝴㉝পҷ 䞣 5ˁǃ10ˁঞ 15ˁ㟛᥻ࠊ㌘Ⳍ䓗ϟ䘨 42.6MPa(82.7%)ǃ 32.6MPa(63.3%)ঞ 25.7MPa(50.0%)DŽ䱼㨫ᒶ䓾㚢‵㝴㉝প ҷ䞣๲ࡴ݊ᡫວᔋᑺࠛ䱼П䰡ԢDŽ (2)ᡫᔢᔋᑺ ೪ ˅ 乃⼎ˈ‵㝴㉝পҷ䞣 0%~20%ᮐ৘唵ᳳПᡫᔢᔋᑺ ߚ ߹ ⚎ 8.4~19.9MPa ǃ 7.5~16.7MPa ǃ 7.3~15.6MPa ǃ 5.8~14.2MPa ঞ 5.6~12.1MPaDŽ৘唵ᳳҹ‵㝴㉝পҷ䞣 20% ⚎᳔Ԣˈ唵ᳳ 28 ໽Пᡫᔢᔋᑺ㟛᥻ࠊ㌘(18.1MPa) Ⳍ䓗ϟ 䘨 10.0MPa(55.2%) ˈ৘পҷ䞣㟛᥻ࠊ㌘Ⳍ䓗ϟߚ߹䘨 15.8MPa(87.3%)ǃ13.8MPa(76.2%)ঞ 12.5MPa(69.1%)ˈ৘ ‵㝴㉝পҷ䞣ᮐ唵ᳳ 56 ໽Ⳍ䓗ᮐ᥻ࠊ㌘ˈ݊ᔋᑺؐߚ߹䘨 ᥻ࠊ㌘ 16.3MPa(86.2%)ǃ15.0MPa(79.4%)ǃ13.1MPa(69.3%) ঞ 11.5MPa(60.8%)DŽ (3)ᡫᢝᔋᑺ ೪ ˆ 乃⼎ˈᒶ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20%)ᮐ৘仞䅋唵ᳳ݊ ᡫᢝᔋᑺߚ߹⚎ 4.1~9.8MPaǃ3.3~9.1MPaǃ2.8~8.7MPaǃ 2.8~7.2MPaǃ2.5~6.7DŽҹ唵ᳳ 28 ໽ᒶ‵㝴㉝পҷ䞣 20ˁ 㟛᥻ࠊ㌘(7.7MPa)Ⳍ↨ϟ䘨 5.4MPa(70.1%)ˈ݊ᒶ‵㝴㉝প 0 1 2 3 4 5 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 W eight loss (% ) Cycles R0 R5 R10 R15 R20 ೪ ˈ ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣П⸿䝌呑⍌⊵䞡䞣᧡༅ 0 5 10 15 20 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Sh ri n kag e (% )

Rubber powder content (%)

91day 56day 28day 7day 3day 1day ೪ ˇ ∈⊹ⷖ┓ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣П储〡䅞࣪䞣 ҷ䞣 5ˁǃ10ˁঞ 15ˁ㟛᥻ࠊ㌘ߚ߹䘨 6.8MPa(88.3%)ǃ 6.4MPa(83.1%)ঞ 5.9MPa(76.6%)DŽ‵㝴㉝পҷ䞣ᮐ唵ᳳ 56 ໽ Ⳍ 䓗 ᮐ ᥻ ࠊ ㌘ ˈ ݊ ᔋ ᑺ ؐ ߚ ߹ 䘨 8.1MPa(93.1%) ǃ 7.1MPa(81.6%)ǃ6.4MPa(73.6%)ঞ 6.2MPa(71.3%)ˈҹ储〡 ↨পҷⷖ೼ 5%পҷ䞣݊ᡫᢝᔋᑺؐ㟛᥻ࠊ䷫⚎᥹䖥DŽ C. 储〡䅞࣪䞣 ೪ ˇ ᠔⼎ˈҹ唵ᳳ 28 ໽݊‵㝴㉝পҷ䞣 0ˁ⚎᳔Ԣ (0.0124%)ˈ‵㝴㉝পҷ䞣 5ˁǃ10ˁǃ15ˁǃ20ˁ㟛᥻ࠊ ㌘(0.0124%)Ⳍ↨ϟ݊䅞࣪䞣ߚ߹⚎ 0.0232ˁǃ0.0144ˁǃ 0.0280ˁǃ0.0304ˁDŽ䱼㨫‵㝴㉝পҷ䞣๲ࡴˈ储〡䅞࣪䞣 г䱼Пᦤ催ˈ䰸њপҷ䞣 20%催ᮐ 0.03%ˈ݊们৘পҷ䞣 䛑᥻ࠊ೼ 0.03%ܻDŽ唵ᳳ 56 ໽৘‵㝴㉝পҷ䞣㟛᥻ࠊ㌘ (0.0192%)Ⳍ䓗ϟˈ৘䅞࣪䞣ߚ߹⚎ 0.0248%(催 29%)ǃ 0.0252%(催 31%)ǃ0.0336%(催 75%)ǃ0.0328%(催 71%)ˈ ҹ‵㝴㉝পҷ䞣 0%(0.0192%)⚎᳔ԢDŽ D. ⸿䝌呑⍌⊵䞡䞣᧡༅ ೪ ˈ 乃⼎ˈҹ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20%)䀺储೼Ѩ⃵ᕾ⪄ ݊䞡䞣᧡༅ߚ߹⚎-1.82~ -5.35ǃ-1.75~ -5.08ǃ-1.78~ -5.07ǃ -1.31~ -3.94ǃ-0.89~ -3.71DŽ㌤ᵰ乃⼎⬅ᮐ‵㝴㉝ϡᯧফࠄ ⸿䝌呑⒊⎆։㴩ˈ⭊পҷ䞣䍞໮ᢉᡫ։㴩㛑࡯䍞Շˈҹ‵ 㝴㉝পҷ䞣 20%䀺储П㗤Йᗻ⚎᳔ՇDŽ ೪ ˉ ֽࣽઓᑠʳ ˢˠ პᨠቹ ೪ ˊ ‵㝴㉝ 5%ֽࣽઓᑠ ˢˠ პᨠቹ 5447

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 R0 T R5 R10 In te n sit y R15 CH CH CH CH SiO2 Age-1day R20 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 20 30 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 20 30 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 20 30 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 20 30 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 20 30 40 C3AHX CH R0 T R5 R10 R15 CH CH SiO2 CH Age-7day R20 In te n sit y (1) (2) ೪ ˋ ᒶ䓾㚢‵㝴㉝∈⊹ⷖ┓П X ܝ㉝᳿㐲ᇘ E. ᖂ㾔䀺倫ߚᵤ (1)ܝᅌ乃ᖂ䦵(OM) ೪ ˉ̑ˊ ⚎᥻ࠊ㌘㟛‵㝴㉝ 5%П OM ᖂ㾔೪˗㍧ᬒ໻ס ⥛ 300X ᕫⶹˈ᥻ࠊ㌘П∈⊹ⷖ┓Ё偼ᴤ㟛┓储㎞ᆚ㌤ড় 㡃དˈ‵㝴㉝ 5%П∈⊹ⷖ┓ৃⳟߎ㺖㏿ҟᮐ‵㝴偼ᴤ㟛 ┓储䭧ˈᄨ䱭ⱘ⫶⫳ᰃ⬅ᮐ‵㝴⚎ϔ。᳝″催ߚᄤᴤ᭭ˈ ⏏ࡴᮐ∈⊹ⷖ┓Ё᳗Փܽ㗙П䭧ⱘ䥉㌤࡯䅞ᕫ↨䓗㛚ᔅDŽ (2) X ܝ㉝᳿㐲ᇘ(XRD) ೪ 8(1)੡ᮽᳳ仞䅋 1 ໽∈࣪࠯䭟ྟˈCH ৿䞣䓗ᇥˈᴀ ⷨおՓ⫼ℷᐌ⿴ᑺ⫼∈䞣ˈⱐ⧒‵㝴㉝পҷ䞣 10%݊৿∈ 䞣䓗催ˈᇢ㟈 CH ৿䞣↨݊Ҫ৿䞣䓗໮˗೪ ˋʻ˅ʼ੡唵ᳳ 7 ໽݊৘㌘পҷ䞣ⱘ CH гϡᮋⱘ៤䭋ˈ಴⛵र԰ጤডឝˈ ᠔ҹ CH ৿䞣ձ㟞๲ࡴDŽ (3)ᥗᦣᓣ䳏ᄤ乃ᖂ䦵(SEM) ೪ ˌ ⚎ SEM ᬒ໻ס⥛ 5000X ᕫⶹˈ唵ᳳ 28 ໽ᰖˈ᥻ ࠊ㌘П┓储Ёৃ㾔ᆳࠄ∈ࣽ⫳䭋ߎᇥ䀅⇿⇻࣪䟷ሸण㌤᱊ ⠽ǃϡ㽣ࠛ⥿⩄⢔Пஂ⸿䢕䝌䟷∈࣪⠽ҹঞѯ䀅 C-S-H 㝴 储∈࣪⠽ˈ೪ ˄˃ ⚎‵㝴㉝ 5%ˈ䱼㨫唵ᳳ๲ࡴ‵㝴㉝㸼䴶 Ꮖ᳝ѯ䀅 C-S-H 㝴储㽚㨫ᚙᔶˈϨ⬠䴶䘢⏵औПぎ䱭г᳝ ϔѯᖂ㾔㌤ᾟˈ⇿⇻࣪䟷㌤᱊ǃ䞱ㅵ⢔П䟷䞽⷇ǃஂ⸿ൟ 䢕䝌䟷ঞ C-S-H 㝴储⫳៤ˈ฿ܙ⬠䴶䘢⏵औ㺖㏿Пᄨ䱭DŽ IV. ㌤䂪 1. ϡৠ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20)৘⌕ᑺؐߚ߹⚎ 12.0cmǃ 12.5cmǃ12.5cmǃ12.0cm ঞ 12.0cmDŽ಴‵㝴㉝᭹∈ᗻ Փᕫ∈⊹ⷖ┓⌕ᑺؐ⛵ᯢ乃ⱘᏂ⭄ᗻDŽ 2. ҹѨ。‵㝴㉝পҷ䞣ˈ߱ޱᰖ䭧ߚ߹⚎ 121minǃ 161minǃ168minǃ196min ঞ 201min˗㌖ޱᰖ䭧ߚ߹⚎ 195minǃ240minǃ270minǃ285min ঞ 300minDŽ䱼㨫 ‵㝴㉝পҷ䞣๲ࡴˈ᠔䳔ޱ㌤ᰖ䭧ᛜ䭋DŽ 3. 䱼㨫‵㝴㉝পҷ䞣๲ࡴ݊ᔋᑺؐг᳝䰡Ԣⱘ䍼ࢶˈҹ ೪ ˌ ֽࣽઓᑠ ˦˘ˠ პᨠቹ ೪ 1˃ ‵㝴㉝ 5%ֽࣽઓᑠ ˦˘ˠ პ ᨠቹ 储〡↨পҷⷖ೼ 5%পҷ䞣݊ᔋᑺؐ㟛᥻ࠊ䷫⚎᥹䖥DŽ 4. ҹ唵ᳳ 28 ໽݊‵㝴㉝পҷ䞣 0ˁ⚎᳔Ԣ(0.0124%)ˈ䱼 㨫‵㝴㉝পҷ䞣๲ࡴˈ储〡䅞࣪䞣г䱼Пᦤ催ˈ䰸њ ‵㝴㉝পҷ䞣 20%催ᮐ 0.03%ˈ݊们᥻ࠊ೼ 0.03%ܻDŽ 5. ҹ‵㝴㉝পҷ䞣(0%~20%)䀺储೼Ѩ⃵ᕾ⪄݊䞡䞣᧡ ༅ߚ߹⚎-1.82~ -5.35ǃ-1.75~ -5.08ǃ-1.78~ -5.07ǃ-1.31~ -3.94ǃ-0.89~ -3.71DŽҹপҷ䞣 20%䀺储㗤Йᗻ⚎᳔ՇDŽ 6. ⬅პᨠॄ䄝ˈ∈⊹┓储੠‵㝴业㉦䭧П⬠䴶㌤ড়ᗻ ᏂˈՓᴤறհၴ⬠䴶䘢⏵औ䅞ᕫ↨䓗㛚ᔅˈҹ㟇∈⊹ ⷖ┓П࡯ᅌᗻ䊾ϟ䰡ˈ䱼㨫唵ᳳ๲ࡴ‵㝴㉝㸼䴶᳝ѯ 䀅 C-S-H 㝴储㽚㨫ˈ⬠䴶䘢⏵औПぎ䱭г᳝ϔѯᖂ㾔 ㌤ᾟˈ㗠฿ܙ⬠䴶䘢⏵औ㺖㏿Пᄨ䱭ˈՓᒶ䓾㚢‵㝴 ㉝∈⊹ⷖ┓П┓储㌤ᾟ᳈⚎㏏ᆚ䘆㗠ᦤछᔋᑺⱐሩDŽ  䁠 䃱 ᛳ䃱೟⾥᳗Ꮉ⿟㰩㺰ࡽᴀᇜ丠㿜⬿䚼ߚ㍧䊏ˈ㿜⬿㎼ 㰳 NSC 99-2221-E-151-051. REFERENCES

[1] Jin-hung Lin, “A Study Rubber Admixture in Concrete on Damping Ratio Property,” DEPT .of ARCHITECTURE NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY, Thesis Research Proposal,2006.(In Chinese) [2] N.Oikonomou, S. Mavridou, “Improvement of chloride ion penetration

resistance in cement mortars modified with rubber from worn automobile tires,”Cement & Concrete Composites (31) 403–407, 2009. [3] A. Benazzouk, O. Douzane, T. Langlet, K. Mezreb, J.M. Roucoult, M.

Que´neudec, “Physic-mechanical properties and water absorption of cement composite containing shredded rubber wastes,”Cement &Concrete Composites (29)732–740,2007.

A study SCC increase blast furnace in column filling

at high-rise building

Wang Her-Yung*,Chen Shyh-Haur,

Chang Chia-Chi,Yeh Yi -Tihg

Department of civil engineering Technology. K.U.A.S.

Kaohsiung city, Taiwan. wangho@cc.kuas.com.tw

Abstract

—

Slump loss of ready-mixed self-compacting concrete (SCC) may cause tube plugging in pumping. In the study, on-site test results of SCC of High-rises building in Kaohsiung, including the slump and slump -flow, V-funnel test, Box test will be used to examine the high-flowable ability of SCC. And the main purpose of the study is investigating the mechanical properties, to ensure the quality of SCC which meets the demand of column grouting. The results showed, slump and slump-flow didn’t change with the different proportions which recycled mineral admixture (slag powder) replacing Portland cement, and it meets the design value (650±50mm). The highest compressive strength was the adding percentage 45%. Slump loss of two groups from 0 to 90 minutes meets design standards. The results indicated that applied SCC adding slag powder in High-rises building won’t affect the mechanical properties, fulfill the waste recycling.

Key words：Self-compacting concrete (SCC), High-rises building, mechanical properties, compressive strength

I. 前言 高層建築方面自70年代以來，工業社會的發展重心集 中於都市而造成昂貴地價與種種都市問題【1】，台灣地狹 人稠，超高樓層陸續出現，因此有越來越多的SRC工程採 用鋼柱內逆打灌漿【2】。 震災頻繁且人口與建築密度高度不斷增長下，顯示建 築耐震性能之重要，CFT (Concrete Filled in Tube) 工 法是在箱型柱內灌入高性能高強度混凝土，利用混凝土高 抗壓特性，使良好延展性之鋼骨結構得以提高勁度，整體 結構受地震力時位移量降低，不易搖晃受損及增加居住之 舒適性【3】。台灣首座以高性能混凝土應用於高雄85大樓 國際廣場大廈工程柱內灌漿(8000 psi)，之後更陸續研究 發展綜合應用水泥、飛灰、爐石及矽灰等膠結材料，結合 特殊之化學添加劑發展自充填混凝土【4、5】。飛灰、爐 石應用於混凝土工程已有數十年的時間，過去試驗證明正 確地使用飛灰及爐石，不僅助於改善新拌混凝土工作度、 降低水化熱，且提高硬固混凝土的強度和耐久性。飛灰與 爐石以再生材料取代水泥符合高性能混凝土所要求之「耐 久性、安全性、工作性、經濟性及生態性」，不僅能節省 材料成本，對混凝土若干性質，亦有改善效果【6-9】。 本研究主要探討自充填混凝土之新拌混凝土現地實 行之試驗，包括坍流度、流速(V型)、鋼筋間隙通過試驗(箱 型)等驗證自充填混凝土具有高流動化特性、緻密性及耐 久性，並說明柱不同高爐水泥材料替代水泥比例(45%、25%) 不同組合下對應工作關係之結果。 II. 試驗計畫 本研究針對爐石粉取代水泥之自充填混凝土應用於 連絡作者：教授、博士、E-mail：wangho@cc.kuas.edu.tw 807 高雄市三民區建工路 415 號，07- 3814526 轉 5237 表 1、自充填混凝土配比表 4696 978-1-61284-459-6/11/$26.00 ©2011 IEEE

25% 45% 0 100 200 300 400 500 600 700 Slump flo w (mm)

Slay powder content

0min 30min 60min 90min 圖 1、SCC 之坍流度試驗結果 表 2、水泥、飛灰與爐石之化學成分 Properties Cement Fly ash Slag

SiO2 20.74 48.27 35.47 Al2O3 4.65 38.23 13.71 Fe2O3 3.10 4.58 0.33 CaO MgO 62.85 3.43 2.84 2.92 41.00 6.60 SO3 2.36 0.75 0.50 K2O Na2O 0.69 0.21 1.16 0.21 - - C3S C2S C3A C4AF LOI 60.84 11.96 6.92 9.34 2.11 - - - - 5.38 - - - - 0.95 高層建築柱內灌漿，固定水膠比(W/B＝0.36)，並添 加飛灰、爐石粉取代水泥（0%、25%、45%）及G型減水緩 凝劑依重量取代法，配比表如表1所示。拌合製做成自充 填凝土並探討新拌性質(坍度、坍流度、V型漏斗試驗、箱 型試驗、單位重、含氣量)，硬固性質(抗壓強度、超音波 波速)及耐久性質(表面電阻、硫酸鹽侵蝕、體積穩定性)。 A. 試驗材料 水泥與礦粉摻料化學性質如表2所示，骨材之基本性 質如表3所示。本研究所使用之水泥為品牌水泥第I型符合 CNS61規定；飛灰為台電興達火力發電廠生產F級低鈣飛灰 符合CNS3036；爐石粉採用中聯資源公司生產之水淬爐石 粉符合CNS12549；化學藥劑採用欣得實業公司提供G型減 水緩凝劑；粗細粒料來自里港地區之河川砂石，符合CNS 1240混凝土之要求規定，拌製混凝土前處理成面乾內飽和 狀態；拌合用水符合CNS1237混凝土拌合用水要求規定。 III. 結果與討論 A. 自充填混凝土坍流度 自充填混凝土新拌結果之坍流度如圖1所示，設計坍 流度為650±50㎜，試驗結果得知SCC配比中不管添加25% 或45%仍可維持良好的坍流度，添加25%之爐石粉造成坍流 度損失較大。而本研究兩組添加量(25%及45%)其配比中細 粒料細度模數(F.M)為2.69及2.75，結果試驗資料皆符合 規範規定且現場澆置並無異常現象產生(如:塞管)。 B. 自充填混凝土流速試驗 自充填混凝土新拌流速試驗結果圖2所示，45%黏滯性 較高，致使秒數較25%高，而添加25%或45%兩者皆仍可符 合規範與設計值，惟需注意如何控制黏滯性，讓相關試驗 皆通過。坍流度未達設計值則V型流速試驗時間會太慢， 反之，坍流度過大，V型流速試驗則太快，須以SCC黏滯性 加以改善與控制。 C. 自充填混凝土鋼筋間隙通過充填時間 如圖3所示，SCC含45%爐石充填時間依坍損時間成正 比，使現地施作人員較易掌控澆置進度，反之添加爐石25% 比例之試驗，惟需注意廠拌時如何控制藥劑添加量，不至 於放大導致析離。 D. 泵送壓力值 圖4所示，泵送車澆置速率其壓力值與坍流度之關 25% 45% 0 2 4 6 8 10 12 0min 30min 60min 90min V-fun nel (sec )

Slay powder content

圖 2、SCC 之 V 型試驗結果 0 10 20 30 40 50 60 33.0 33.2 33.4 33.6 33.8 34.0 34.2 34.4 34.6 34.8 35.0 Slag(%) 0 25 45 L-bo x (se c) Time (min) 圖 3、SCC 之箱型填充時間結果 4697

坍流度與泵送壓力值關係圖 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 64.5 65 65.5 66 66.5 67 67.5 68 68.5 69 69.5 坍流度(cm) 泵 送 壓 力 C3-49D C2-49C C3-61D C7-8G C6-6F C3-49G C2-61H C3-49G 圖 4、泵送壓力值與坍流度之關係 1 10 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Co pr ess ive st re ng ht ( kg /cm 2) Age (Day) Slag(%) 0 25 45 圖 5、SCC 爐石粉添加比例之抗壓試驗成長趨勢圖 係，其呈現『C』字型，表示澆置開始因需較大之泵送能 力將 SCC 經由水平管、立管及彎頭逆打上去隨即壓力值逐 漸穩定趨勢，並透過透氣孔判斷澆置是否完成。 E. 混凝土抗壓強度 圖5所示，添加爐石粉比例高則抗壓強度皆隨時間增 加大。以發展抗壓強度56天做為基準，兩種比例在3天齡 期抗壓強度發展趨勢接近，齡期7天時，強度趨勢逐漸變 大，最終至齡期56天，以45%爐石粉取代量高於25%。因此， 當水泥取代量較多時，不但可以落實廢棄資源再利用，更 可提高混凝土抗壓強度。 F. 超音波波速 圖6所示，顯示超音波波速發展與添加比例成正比關 係，添加45％爐石粉時，對於緻密性有較佳之影響，相對 超音波波速在晚齡期呈現較高的趨勢，56天齡期取代量各 組超音波波速已經超過4100 m/s，主要為自充填混凝土期 設計採用高膠結用量，因水化膠體巨量，膠體填空內部孔 隙。各組其超音波波速成長趨勢略微接近，早齡期主要為 水泥水化填空孔隙，晚齡期則是添加卜作嵐材料因而產生 C-S-H膠體，提升混凝土本身緻密性。本試驗於爐石添加 45%之7天超音波速為28天的96%，是三組中較高。 G. 表面電阻 圖7顯示，於相同用水量，相同膠結料490kg/m3_的情 況下，於7天齡期表面電阻發展較為緩慢，而至28天齡期 時 ， 水 泥 水 化 大 致 完 成 ， 混 凝 土 表 面 電 阻 可 達 至 12kΩ-cm，而56天齡期時因卜作嵐反應產生，混凝土表面 電阻發展趨勢皆大於20KΩ-cm。而添加45％爐石粉電阻於 56 天 齡 期 時 ， 與 其 他 兩 組 更 有 較 高 的 表 面 電 阻 值 達 33kΩ-cm，故隨高爐水泥添加量增加表面電阻隨之提高。 H. 硫酸鈉侵蝕 圖8所示，隨齡期增加，添加爐石粉比例高者，其硫 0 10 20 30 40 50 60 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 Ul tra son ic Pulse V el oci ty (m/s) Age (Day) Slag(%) 0 25 45 圖 6、SCC 爐石粉添加比例之超音波趨勢圖 0 10 20 30 40 50 60 5 10 15 20 25 30 35 Re sistivity (kΩ -cm ) Age (Day) Slag(%) 0 25 45 圖 7、SCC 爐石粉添加比例表面電阻試驗趨勢圖 4698