廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究
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(2) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築 隔熱吸音牆板之研究. 研 究 主 持 人 ： 王榮進 協 同 主 持 人 ： 劉玉雯 研. 究. 員. ： 潘煌鍟、郭建源. 研 究 助 理 ： 楊翔麟. 內政部建築研究所協同研究報告 中華民國 97 年 12 月.
(3) 目次. 目次 目次. I. 表次. III. 圗次. VII. 摘要. XI. 第一章. 第二章. 第三章. 緒論. 1. 第一節 研究背景與目的. 1. 第二節 研究內容. 3. 蒐集之資料與文獻分析. 7. 第一節 輪胎之組成. 7. 第二節 廢輪胎之處理方式. 9. 第三節 橡膠之特性. 22. 第四節 橡膠水泥基材料之工作性、密度與滲透性. 25. 第五節 橡膠混凝土之力學性質. 29. 第六節 橡膠混凝土受高溫作用後之行為. 38. 第七節 橡膠混凝土之隔音性與隔熱性. 43. 第八節 橡膠水泥基材料之抗裂性與抗凍性. 47. 第九節 台灣地區隔間牆建材物性比較. 50. 橡膠水泥板之先期測試. 57. 第一節 材料. 57. 第二節 配比設計. 60. 第三節 橡膠水泥板之製作程序. 66. I.
(4) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 第四章. 第五章. 第六章. 第四節 試驗設備與方法. 71. 第五節 橡膠水泥板之基本性質. 73. 第六節 橡膠水泥板耐燃性之初步試驗. 80. 纖維橡膠水泥板之製作. 87. 第一節 試驗參數與配比設計. 87. 第二節 纖維橡膠水泥板之製作方法. 91. 第三節 試驗方法與設備. 96. 纖維橡膠水泥板之性質. 107. 第一節 纖維橡膠水泥板組成材料之基本性質. 107. 第二節 纖維橡膠水泥板之物理性質. 119. 第三節 纖維橡膠水泥板之力學性質. 121. 第四節 纖維橡膠水泥板之熱學性質. 129. 第五節 纖維橡膠水泥板之經濟性分析. 139. 結論與建議. 141. 第一節 結論. 141. 第二節 建議. 143. 參考文獻. 145. 附錄-期末審查會評審意見執行現況. 151. II.
(5) 表次. 表次 表 2-1. 廢輪胎的基本成分組成[11]. 6. 表 2-2. 轎車胎與貨車胎的重量與橡膠成分差異[12]. 7. 表 2-3. 輪胎與一般常用燃料之組成及熱值比較[13]. 7. 表 2-4. 各國廢輪胎處理現況(1/2) [15]. 10. 表 2-4. 各國廢輪胎處理現況(2/2) [15]. 11. 表 2-5. 國內廢輪胎回收再利用處理方式一覽表(1/2) [14]. 13. 表 2-5. 國內廢輪胎回收再利用處理方式一覽表 (2/2) [14]. 14. 表 2-6. 常用橡膠的燃燒性能[31]. 23. 表 2-7. 高強度橡膠混凝土之配比[45]. 31. 表 2-8. 混凝土抗壓強度發展百分比[45]. 32. 表 2-9. 橡膠混凝土之配比 (kg/m3) [40]. 34. 表 2-10 橡膠混凝土之抗壓強度[40]. 34. 表 2-11. 41. 試體表面之變化與原因分析[49]. 表 2-12 混凝土受高溫作用後之試體狀況[48]. 41. 表 2-13 市面上一般隔間牆建材材質物性表[57]. 50. 表 2-14 市售環球石膏板分間牆性質 [60]. 52. 表 2-15 CNS 3802 纖維水泥板之性能規定. 55. 表 3-1. 水膠比 0.4 非膠結材體積含量. 60. 表 3-2. 水膠比 0.4 (C4)配比表. 61. 表 3-3. 水膠比 0.4 (C4)配比表 (小粒徑橡膠粉). 61. III.
(6) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 表 3-4. 水膠比 0.5 非膠結材體積含量. 62. 表 3-5. 水膠比 0.5 配比表. 63. 表 3-6. 水膠比 0.65 非膠結材體積含量. 63. 表 3-7. 水膠比 0.65 配比表. 64. 表 3-8. 水膠比 0.45 非膠結材體積含量. 64. 表 3-9. 水膠比 0.645 非膠結材體積含量. 65. 表 3-10 水膠比 0.645 配比表. 65. 表 3-11. 76. 橡膠水泥漿試體之濕比重. 表 3-12 C4 與 C645 細橡膠粉試體之抗彎強度試驗結果. 78. 表 3-13 水膠比 0.65 橡膠粒水泥漿抗彎強度試驗結果. 79. 表 3-14 水膠比 0.65 橡膠粒水泥漿試體之抗壓強度試驗結果. 79. 表 3-15 未塗佈防火批覆(水膠比 0.35) 橡膠水泥板燃燒試驗結果. 81. 表 3-16 C65-RG30F0B0-C 試體未塗佈防火批覆平板燃燒試驗結果. 83. 表 3-17 C5-RG30F0B0-B 塗佈防火批覆之不同延時燃燒試驗結果. 84. 表 3-18 C645-RS40F0B0-D 塗佈不同厚度之防火批覆試體高溫加熱試. 86. 表 4-1. 試驗參數表. 88. 表 4-2. 橡膠水泥漿之配比表. 89. 表 4-3. 椰纖維水泥漿配比表. 89. 表 4-4. 各項試驗之試體尺寸. 90. 表 5-1. 橡膠與椰纖水泥漿試體之比重. 108. 表 5-2. 橡膠水泥板之吸水率(%). 110. IV.
(7) 表次. 表 5-3. 楊氏模數與柏松比. 115. 表 5-4. 椰纖水泥漿試體之比重與強度. 117. 表 5-5. 椰纖水泥板之吸水率(%). 118. 表 5-6. 纖維橡膠水泥板之比重. 119. 表 5-7. 纖維橡膠水泥板之吸水率(%). 120. 表 5-8. 纖維橡膠水泥板之抗彎強度. 122. 表 5-9. 纖維橡膠水泥板之衝擊試驗結果. 125. 表 5-10 纖維橡膠水泥板耐燃三級試驗結果. 130. 表 5-11. 纖維橡膠水泥板耐燃二級試驗結果. 131. 表 5-12 纖維橡膠水泥板之熱傳導試驗結果. 135. 表 5-13 纖維橡膠水泥板煙毒試驗結果. 138. 表 5-14 纖維橡膠水泥板之材料價格與用量. 140. 表 5-15 纖維橡膠水泥板與市售水泥板成本之比較. 140. V.
(8) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. VI.
(9) 圖次. 圖次 圖 1-1. 研究步驟流程圖. 4. 圖 2-1. 市售轎車胎之橫斷面圖[10]. 6. 圖 2-2. 廢輪胎經回收後再生料之資本投資與應用市場層級構圖[19]. 12. 圖 2-3. 以原型廢輪胎構築公路之邊坡擋土牆[20]. 15. 圖 2-4. 廢輪胎護坡工法[21]. 15. 圖 2-5. 廢輪胎擋土牆（新竹市衛生掩埋場復育工程）[22]. 16. 圖 2-6. 以廢輪胎作為混凝土梳子壩[23]. 16. 圖 2-7. 以廢輪胎作為土石流源頭處理[23]. 16. 圖 2-8. 攔砂壩之抗磨材料（宜蘭三星鄉）[23]. 17. 圖 2-9. 雲林金湖漁港利用廢棄輪胎施作之防砂試驗堤[24]. 18. 圖 2-10 廢輪胎消波塊[25]. 18. 圖 2-11 德基水庫浮式廢輪胎消波消能堤之案例[8]. 19. 圖 2-12 雲林防砂試驗堤之現況[8]. 19. 圖 2-13 不同橡膠掺量對混凝土滲透高度之影響[40]. 27. 圖 2-14 不同橡膠摻量對普通混凝土滲透係數的影響[40]. 28. 圖 2-15 橡膠混凝土滲透性與水膠比的關係[40]. 28. 圖 2-16 橡膠粉混凝土抗壓強度變化[45]. 33. 圖 2-17 普通橡膠混凝土之抗壓強度[40]. 35. 圖 2-18 飛灰橡膠混凝土之抗壓強度[40]. 35. 圖 2-19 高溫作用前後橡膠混凝土之抗壓強度[49]. 39. VII.
(10) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 圖 2-20 高溫前、後混凝土抗壓強度之比值[49]. 40. 圖 2-21 高溫作用前後橡膠混凝土之抗彎強度[49]. 42. 圖 2-22 水泥覆合物熱傳導性與橡膠添加量關係[62]. 46. 圖 3-1. 廢棉絮. 58. 圖 3-2. 橡膠粒與橡膠粉. 58. 圖 3-3. 椰子纖維. 59. 圖 3-4. 拌合機. 66. 圖 3-5. 平板試體模. 67. 圖 3-6. 長方試體模. 67. 圖 3-7. 恆溫恆溼養護機. 68. 圖 3-8. 單點加溫高溫爐. 71. 圖 3-9. 萬能材料試驗機. 72. 圖 3-10 中心點抗彎試驗. 77. 圖 3-11 加熱試驗前之橡膠水泥板. 81. 圖 3-12 加熱 150℃試驗後之橡膠水泥板. 82. 圖 4-1. 新拌橡膠水泥漿. 92. 圖 4-2. 新拌纖維水泥漿. 93. 圖 4-3. 纖維橡膠水泥板之組成. 93. 圖 4-4. 橡膠心材置置中於模版內. 94. 圖 4-5. 製作完成之纖維橡膠水泥板. 95. 圖 4-6. 各項試驗用板材之尺寸. 96. VIII.
(11) 圖次. 圖 4-7. 吸音試驗之纖維橡膠水泥板. 96. 圖 4-8. 纖維橡膠水泥板之抗彎試驗. 98. 圖 4-9. 砂上全面支承. 99. 圖 4-10 耐衝擊試驗裝置. 100. 圖 4-11 隔熱材料導熱係數之測定裝置. 101. 圖 4-12 隔音牆試驗安裝框架. 104. 圖 4-13 NES 煙毒性試驗裝置. 105. 圖 5-1. 心材-橡膠水泥板. 107. 圖 5-2. 橡膠含量與水泥漿比重之關係. 108. 圖 5-3. 橡膠含量 30%之水泥漿吸水率歷時曲線(C5-R30). 111. 圖 5-4. 橡膠含量 40%之水泥漿吸水率歷時曲線(C5-R40). 111. 圖 5-5. 橡膠含量 50%之水泥漿吸水率歷時曲線(C5-R50). 112. 圖 5-6. 不同橡膠含量之水泥板吸水率歷時曲線 (7 天). 112. 圖 5-7. 橡膠水泥板吸水後之尺寸變化率. 113. 圖 5-8. 橡膠含量與橡膠水泥漿試體抗壓強度之關係. 114. 圖 5-9. 橡膠含量與橡膠水泥漿試體抗彎強度之關係. 115. 圖 5-10 新拌之椰纖水泥漿. 116. 圖 5-11 椰纖水泥板之吸水率歷時曲線. 118. 圖 5-12 纖維橡膠水泥板之吸水率歷時曲線. 120. 圖 5-13 包覆材-椰纖水泥漿與心材-橡膠板兩者剝離之情形 (I). 122. 圖 5-14 包覆材-椰纖水泥漿與心材-橡膠板兩者剝離之情形 (II). 123. IX.
(12) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 圖 5-15 纖維橡膠水泥板抗彎破壞之情形(I). 123. 圖 5-16 纖維橡膠水泥板抗彎破壞之情形 (II). 124. 圖 5-17 C5R30 衝擊試驗後之情形. 126. 圖 5-18 C5R40 衝擊試驗後之情形. 127. 圖 5-19 C5R50 衝擊試驗後之情形. 128. 圖 5-20 耐燃性試驗情形. 131. 圖 5-21 耐燃 3 級試驗後纖維之橡膠水泥板—橡膠含量 40%. 131. 圖 5-22 耐燃 3 級試驗後纖維之橡膠水泥板—橡膠含量 50%. 132. 圖 5-23 耐燃 2 級試驗後纖維橡膠水泥板之受熱面—橡膠含量 50%. 133. 圖 5-24 標準板耐燃三級試驗曲線圖. 133. 圖 5-25 纖維橡膠水泥板耐燃三級試驗曲線圖--橡膠含量 40%. 134. 圖 5-26 纖維橡膠水泥板耐燃三級試驗曲線圖—橡膠含量 50%. 135. X.
(13) 摘要. 摘 要 關鍵詞：橡膠水泥板，熱傳導係數，衝擊性，耐燃性 一、研究緣起 廢輪胎是環境，衛生與安全的難題之一，廢舊輪胎的回收利用已是全世 界關注的焦點。台灣地區每年大約產生 13 萬公噸的廢輪胎，但其再生利用之 市場仍不足以消化之。而國外廢輪胎之回收處理方式已逐漸從早期能源回收 的輪胎衍生燃料走向資源回收的進行材料回收再利用之方式，資源回收亦朝 向開發附加價值較高的產品。廢輪胎由於熱值高(每公斤 37 百萬焦耳)，過去 常充當水泥窯、電廠、紙廠燃料使用。但所排放的空氣中，含有致癌空污物， 爐渣也有大量的灰燼，整體資源利用效益應重新加以評估。若改以低溫液氮 冷卻，破碎後，所分離抽出橡膠塊粒，用於瀝青或水泥混凝土或隔音牆填充 料，由於供需量大，應可提升廢輪胎資源再利用之效益。因此，本計畫主要 目的為利用廢輪胎橡膠粒與農業廢棄物-椰纖製作橡膠水泥板，以應用於建築 隔間材料上，研究成果更可提供營建業之應用參考。 二、研究方法及過程 本研究以三種橡膠含量(30%、40%與 50%)製作橡膠水泥板，再以椰纖含 量為 15%(體積比)之水泥漿包裹，形成纖維橡膠水泥板，並分別製作試體以 供板材各項性能測試用。測試項目主要為(1) 建立纖維橡膠水泥板之配比設 計與製造技術；(2) 探討橡膠水泥板之各項性能，包括工作性、含水率、容 積比重、吸水長度變化率、抗彎強度、耐衝擊性、耐燃性、隔熱性與隔音性。. XI.
(14) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 三、重要發現 試驗結果顯示，橡膠水泥板之比重約為 1.4 – 1.48，含水率約為 5 - 6%， 24 小時之吸水率約為 13.8% - 15.4%。各組橡膠水泥板之彎曲破壞載重約為 80 - 83 kgf；熱傳導係數約為 0.247-0.286 kcal/m℃hr；衝擊作用後未出現龜 裂、剝離、貫穿孔及裂開之情形，凹陷直徑為 24mm。此外，由耐燃試驗顯 示，各組橡膠水泥板均已達到耐燃 2 級之標準。 四、主要建議事項 建議一 制定獎勵措施：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院農委會 (1)制定獎勵措施，鼓勵生產廢舊輪胎橡膠顆粒與椰子纖維，以保持 原料來源穩定；(2)辦理橡膠水泥板隔間牆推廣說明會或參加相關產品建 材展覽會，提高橡膠水泥板的知名度；(3)協助廠商進行工業化生產輕質 橡膠水泥板。 建議二 提升纖維橡膠水泥板之功能：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：行政院農委會 (1)繼續增強輕質橡膠水泥板的耐燃性能，朝向耐燃 1 級標準的目 標；(2)進行橡膠水泥板外觀之結構(如顏色、圖樣)及其他附加功能之研 發，提升國人生活品質；(3)制定輕質橡膠水泥板隔間牆相關規範與試驗， 做為建築結構設計與使用依據。. XII.
(15) 摘要. Abstract Keywords：partition of scrapped tire rubber concrete, coefficient of thermal conductivity, impact endurance, fireproof capability. 1. Forward Many junk tires are always discarded as the trash, and become a big problem in the environment and the sanitation all over the world. In some countries, the handling way of junk tires in early stages was treated as derivative fuel materials belong to a kind of energy recycling and was utilized for example in cement furnace, power plant and paper plane, where the heat value of the junk tire is about 37 MJ/kgf. However, the emissive air due to combustions contains some cancer-induced materials and the slag also possesses a large amount of ashes. Both disadvantages will affect the overall benefit of resource recycling which need to be re-evaluated and considered in use. Recently, a kind of resource recycling like materials recycling is proposed that can reproduce more valuable manufactures in industry. Especially, the rubber particles separated from junk tires by liquid nitrogen can be used as a fillet in asphalts or cement concrete. This separated technique can provide many scrapped tire rubbers and promote the recycling benefits of junk tires. In Taiwan, there are about one hundred thirty thousand tons junk tires per year. It is still difficult to handle all junk tires in recycling markets domestically. Therefore, the aim of this research is to make lightweight rubber concrete containing scrapped tire rubbers and coconut fibers. XIII.
(16) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. into the partition that can be used as the partition wall in the building broadly.. 2. Investigation Method and Procedures This research is trying to make lightweight coconut-fiber/rubber concrete with rubber/cement plate as the fillet and coconut fiber/cement as the binder, where 30%, 40% and 50% in volume of the rubber and 15% coconut-fiber in volume are adopt, respectively. The scrapped tire rubbers/coconut fibers concrete plates and samples are tested and found out the mixture proportions and manufacture techniques first, and then measure the material proportions of rubber/cement plate including workability, water absorbing and length increment, bulk specific gravity, bending strength and impact resistance. Finally, the properties of heatproof and sound absorbing in the partition are also investigated.. 3. Major Findings Results show that the measured rubber/cement plate has the water absorbing of 5% to 6%, bulk specific gravity of 1.4 – 1.48. Meanwhile, the bending strength is 80 - 83 kgf and the coefficient of thermal conductivity is about 0.247 - 0.286 kcal/m℃hr, respectively. The partition of scrapped tire rubber concrete after the impact test, no cracks, the detachment, pinholes and the split exist, and the indentation diameters are all below 20mm. Besides, from the fire resistant test one finds that each group of designed the partition can reach the 2rd degree standard of the fire resistance.. 4. Suggestions. XIV.
(17) 摘要. For the resource recycling of the scrapped tire rubber and coconut fibers, the lightweight coconut-fiber/rubber concrete has been found to be suitable for the partition in the building compartments in this research. Thereby, some suggestions are necessary to be down immediately: (1) A system of rewards is needed to encourage producing scrapped tire rubber particles in order to keep the stable source of raw materials. (2) To have a well-known renown for scrapped tire rubber partition, one should participate in market illustration or product exhibition. (3) Technical assistance of scrapped tire rubber partition for factory owners is also a way. Besides, the medium and long term suggestions are also made: (1) The fireproof capability of scrapped tire rubber concrete is needed to be enhanced in the future. (2)The color and the pattern of scrapped tire rubber partition continue to modify to promote the quality of life. (3) Finally, the experimental standard and the Code of scrapped tire rubber partition are necessary in industry.. XV.
(18) 第一章 緒論. 第一章 緒 第一節. 論. 研究背景與目的. 廢輪胎是環境，衛生與安全的難題之一，廢舊輪胎的回收利用已是全世 界關注的焦點。廢輪胎由硫化橡膠所合成，其性質非常穩定，可在自然環境 中持續一百年以上而不致腐壞[1]。且由於廢輪胎之彈性佳、韌性強，無法以 機械力壓實，因此堆置時須佔據大量的空間；同時在遇雨積水之情況下，極 容易引起登革熱疾病的發生。再加上廢輪胎含有高熱值，若堆積貯存不慎， 極易起火燃燒，不但造成空氣污染，而所產生的熔油、熔渣亦會滲入地下， 進而造成土壤及地下水的污染[2]。因此，利用掩埋來處理廢輪胎之方法，不 但需廣大之土地面積，且亦無法有效根本解決廢輪胎之處理問題。 台灣地區每年大約產生13萬公噸的廢輪胎，但其再生利用之市場仍不足 以消化之[3]。而國外廢輪胎之回收處理方式已逐漸從早期的〝能源回收─作 為輪胎衍生燃料〞走向〝資源回收─進行材料回收再利用〞之方式，資源回 收亦朝向開發附加價值較高的產品。目前廢舊輪胎資源回收利用的技術包 括：廢舊輪胎直接原型利用或翻修、廢橡膠熱能利用、改性瀝青、建築高速 公路、生產防水卷材、防水塗料橡膠製品等多個方面。此外，廢輪胎粉可以 加入化學添加劑，製成各種成品，如橡膠板、高速公路護欄、鐵路平交道、 人造草皮、運動場跑道、防護墊等；廢輪胎於海洋之應用亦遍及人工魚礁、 海岸防波堤、消波塊、碼頭防撞及浮油回收等方面[4-6]。 輪胎的組成複雜，內容包括天然與合成橡膠，黑碳，尼龍線圈，鋼絲，. 1.
(19) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 硫，石油，樹脂等，在製造過程中加以混合並經高溫成型後，基本上已產生 質變且無法回復原來的材質。廢輪胎由於熱值高(每公斤 37 百萬焦耳)，過去 常充當水泥窯、電廠、紙廠燃料使用。但所排放的空氣中，含有致癌空污物， 爐渣也有大量的灰燼，整體資源利用效益應重新加以評估。若改以低溫液氮 冷卻，破碎後，所分離抽出橡膠塊粒，用於瀝青或水泥混凝土或隔音牆填充 料，由於供需量大，應可提升廢輪胎資源再利用之效益。而近年來，美國、 加拿大、日本等先進國家已分別進行廢舊輪胎橡膠水泥基材料各項性能之相 關研究，並逐漸應用於實際工程中[7-13]。 本研究之主要目的為探討廢舊輪胎橡膠顆粒應用於水泥基材料中之工程 性能、隔熱、吸音與防火性能，並研發具有隔熱、吸音與防火性能之橡膠水 泥混凝土版，以作為建築工程非承重牆之材料。主要研究內容為，國內外廢 舊輪胎橡膠水泥基材料相關文獻之搜集與整理，廢舊輪胎橡膠混凝土板之配 比設計與隔熱、吸音、防火性能與煙毒性測試，以及廢舊輪胎橡膠混凝土板 之經濟效益評估。. 2.
(20) 第一章 緒論. 第二節. 研究方法與進度. 本計畫擬採用一定級配之廢輪胎橡膠粒，製作具有強度、耐燃性、防 火性與隔熱性之輕質橡膠水泥板，以供建築隔間之應用。研究方法主要分 成三大部分：(1) 建立輕質橡膠水泥板之配比設計與製造技術；(2) 探討輕 質橡膠水泥板之各項性能，包括容積比重、吸水率、防火性、耐燃性與隔 熱性；(3) 分析評估輕質橡膠水泥板之經濟效益。 研究內容之各項步驟，如圖 1-1 研究流程圖所示。目前之執行進度說 明如表 1-1 所示。. 3.
(21) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 蒐集資料 整理與分析. 準備材料(橡膠粒，膠. 結材料，模具等等. 配比設計 No 輕質橡膠水泥 板試拌 Yes 輕質橡膠水泥板之產製技術. 隔熱性 試驗. 耐燃性 試驗. 吸水率、容積比 重試驗. 試驗結果分析與討論. 經濟效益評估析. 結論與建議 圖 1-1 研究步驟流程圖 *資料來源：本研究整理. 4. 煙毒 性試驗. 抗彎破壞載重 試驗.
(22) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第二章 蒐集之資料與文獻分析 第一節. 輪胎之組成. 輪胎主要是由橡膠、鋼絲、與纖維所組成，目前一般市售轎車胎之橫斷面， 如圖2-1所示[9]。由圖2-1可知，除了兩條胎唇鋼絲外，整個胎體皆佈滿鋼環帶， 胎面下以尼龍纖維加強，胎唇趾部份則再以纖維加以保護。廢輪胎之基本成分組 成，包括橡膠、硫化劑、促進劑…等，其中橡膠為主要組成成分，如表2-1所示 [12]。在輪胎的各部份組成中，橡膠成分約佔總重的60至70%之間。隨著輪胎應 用範圍的不同，組成成份亦略有變化，根據美國聯邦公路總署(Federal Highway Administration，簡稱FHWA)之研究報告[10]，將輪胎依其使用特性區分為轎車 胎與貨車胎兩種，其重量與橡膠成分的組成，如表2-2所示。典型轎車胎的重量 約9.1公斤，其中可回收橡膠重量約為5.4至5.9公斤，而天然橡膠含量約為35%， 合成橡膠的含量約為65%。另貨車胎重量約為18.2公斤，橡膠含量約介於60至70% 之間，其中天然橡膠成份約佔65%，合成橡膠成份約35%。 廢輪胎的熱值含量高達15,000Btu/1，相當是一千二佰萬桶的原油，每公斤 3700 萬焦耳，此為其他燃料所不能比擬。由於廢輪胎之熱值較煤為高，且殘餘 之灰渣亦較煤少的多，所以可以做為一種極佳的輔助燃料[11]。表2-3為輪胎之 主要組成元素與一般常用燃料之比較[12]。由表2-3可知，輪胎因灰份較煤低， 而擁有比煤高的熱值，又因含硫成份較重油稍低，可在燃燒製程中作為輔助燃 料之用。. 5.
(23) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 圖2-1 市售轎車胎之橫斷面圖 資料來源：[9]. 表2-1 廢輪胎的基本成分組成 主成份. 主要成份物. 橡膠. 天然橡膠、合成橡膠. 硫化劑. 有機硫. 硫化促進劑. 促進劑. 促進劑. 氧化鋅、硬脂酸. 抗氧化劑. 氮類抗氧化劑、氛類抗氧化劑、臘. 加強劑. 碳黑、白碳. 填充劑. 碳酸鈣. 軟化劑. 松焦油、芳香油. 染色劑. 鈦白、氧化鋅. 資料來源：[12]. 6.
(24) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 表2-2 輪胎種類. 重量. 轎車胎 卡車胎. 轎車胎與貨車胎的重量與橡膠成分差異 可回收橡膠. 橡膠成份含量百分比. 重量(kg). 百分比(%). 天然. 合成. 9.1. 5.4~5.9. 60~65. 35. 65. 18.2. 10.9~12.7. 60~70. 65. 35. 資料來源：[10]. 表2-3 輪胎與一般常用燃料之組成及熱值比較 組成. 輪胎. 重油. 媒. 含水率(%). －. －. 2.6. 碳(%). 89.2. 86.0. 69.0. 氫(%). 7.3. 11.1. 4.0. 硫(%). 1.8. 2.4. 0.4. 氮(%). 0.2. 0.3. 1.3. 灰份(%). 1.5. －. 15.2. 熱值(kcl/kg). 8970. 10350. 6500. 資料來源：[12]. 另一方面，廢輪胎在破碎處理過程中會產生廢粗鋼絲、細鋼絲、膠片與少 量廢棉絮等，而在磨粉過程中除了產生膠粒或膠粉產品之外，同時亦會產生鋼 絲及棉絮。上述各類資源化產品或衍生物之個別處理方式或再利用途徑，分別. 7.
(25) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 說明如下[14-15]： (1)膠片(尺寸在1 吋左右) 除了東南水泥將廢輪胎破碎後之膠片做為該廠水泥窯之輔助燃料外，其餘 各廠大都以相當於運費的價格售予永豐餘新屋廠或台汽電官田廠做為輔助燃 料。國內約有90%的廢輪胎膠片係作為輔助燃料使用。 (2)廢輪胎膠粒或膠粉產品 目前市面上以5 目膠粒產品的市場與應用途徑較為廣泛，其可出售給再生 膠製造業、下游橡膠製品製造業(作為緩衝墊…等橡膠製品)、或作為地磚/道路/ 球場舖材等。 (3)廢鋼絲 廢鋼絲可透過回收商出售給鋼鐵廠，其售價視廢鋼絲中橡膠沾黏情形以及 表面銹化情形之不同而有所差異，每公斤價格從0.1 元到1.5 元不等，愈乾淨的 鋼絲，售價愈高。隨著各廠處理技術與設備的提昇與改善，大多數處理廠產生 之廢鋼絲中膠片的含量已大幅降低，且為鋼鐵廠所能接受者。 (4)廢棉絮 廢輪胎磨粉過程產生的棉絮遠較破碎處理過程產生之棉絮量為多，且研磨 尼龍胎較研磨鋼絲胎所產生之廢棉絮為多。廢棉絮目前被認定為一般事業廢棄 物，必須委託合格的清理機構進行清除處理，依據業者提供的資料顯示，目前 的委託處理費用約為1500~2000 元/公噸。對多數的廢輪胎破碎廠而言，由於棉 絮量較少，大都將其混在膠片中送到下游膠片再利用廠一併處理。. 8.
(26) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第二節. 廢輪胎之處理方式. 1. 國外廢輪胎回收處理概況 世界各國較常採用的廢輪胎處理方式，大致上可分為掩埋、翻胎再製、原 型利用、熱轉換技術(包括焚化、熱裂解、氣化…等)與機械製程材料回收(包括 切碎、粉碎、造粒…等)等六種方式。而目前歐、美、日先進國家之水泥業與造 紙業者，均已利用回收輪胎做為輔助燃料；亦有利用輪胎鋪設道路、燃燒發電、 再製胎等；另外廢輪胎粉可以加入化學添加劑，製成各種成品，如橡膠板、高 速公路護欄、鐵路平交道、人造草皮、運動場跑道、防護墊等。世界各國廢輪 胎之處理概況如表2-4所示[16]。 不同的廢輪胎處理技術，其相對產生的再生料產品有極大之差異。以熱轉 換技術處理者，主要產品為能源、油和焦炭…等；而使用機械製程進行材料回 收之主要產品則為廢鋼絲、橡膠碎片、粒狀物或碎屑…等。廢輪胎使用機械方 式進行材料回收之程序，包括常溫切碎(shredding)、常溫造粒(granulation)和低溫 (cryogenic) 造粒。目前全球已有相當多的廢輪胎切碎製程以全商業化性質在運 轉。由於切碎製程相當容易安裝，且現成設備僅需要少量或不需額外之資本支 出即可使用，是一種相當低投資成本的廢輪胎處理方式，但其運轉維修成本較 高。機械製程產生之主要產品以橡膠粉或橡膠片居多，未經處理的廢輪胎橡膠 粉（5~15mesh），由於已被硫化而失去熱可塑性，故只能被用來製作不需抗高 應力的產品，如橡膠墊、運動場跑道、兒童遊樂場地面、鐵路平交道等等。在. 9.
(27) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 歐、美地區亦有直接將未經處理的廢輪胎橡膠粉填加於瀝青中（40~60mesh）， 以製成作為舖設道路之用的橡膠瀝青[16-18]。廢輪胎回收再利用之再生料等 級、資本投資與應用市場之層級構圖，如圖2-2所示[19]。 表2-4 國家. 各國廢輪胎處理現況(1/2). 目前之處理方式. 法令規定. 未來計劃. 30 %未利用，37 %水 西德. 1.建立焚廠 泥廠輔助燃料，22 % 輪 胎 不 得 與 一 般 廢 2.發展新的回收再利用 物理處理後再利用(其 棄物一起清除 技術 中90 %為再胎)，11 % 3.道路工程之應用 以舊胎型式外銷出口. 36 %掩埋，29 %堆放 英國. 於堆場，21 %焚燒，8 只 能 棄 置 於 有 執 照 1.燃燒發電 %外銷，4 %水泥廠燃 許可之場址 燒，2 %其它用途. 2.道路工程. 廢輪胎為都市廢棄 棄置於可控制的地 義大利 物，應由當地政府機 1.燃燒以回收能源 方，或者切碎及燃燒 構負責解決 挪威 傾倒棄置 無 1.計畫限制廢胎棄置 23 %粉碎後再利用， 荷蘭. 1.計畫回收再利用半數 54 %售予國外水泥廠 西元2000 年時將完 的廢輪胎，另外50%則 作補助燃料(數量減少 全禁止廢胎掩埋 予以焚燒 中). 瑞典. 10~15 %再製胎. 1.調查回收再利用技術. 無. 考慮補助廢胎之收集. 資料來源：[16]. 10.
(28) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 表2-4 國家. 各國廢輪胎處理現況(2/2) [16]. 目前之處理方式. 法令規定. 未來計劃. 無法令，但須申報數 奧地利 由水泥業燃燒. 量，且不能存放於一 1.維持目前狀況 般掩埋場 無 1. 輪胎粉碎. 丹麥. 由水泥業燃燒. 瑞士. 掩埋、水泥業燃燒， 無聯邦法令，但一些 1.推廣水泥業之燃用 將橡膠粉填加於建築 州政府禁止掩埋，或 2.推廣橡膠瀝青 收取處理費 材料. 芬蘭. 棄置、熱解、做墊子、 防護板、路面實驗用. 1.進行熱解研究. 無. 2.路面使用 1.製作橡膠瀝青. 30%以再製胎、再生 美國. 2.將橡膠粉與高分子聚 膠、補助燃料、發電、 3/4 以上的州已有相 合物混合，以製作新的 橡膠瀝青等方式再利 且附加價值高的產品 關法規 用，10%合法掩埋， 3.當土木工程基礎之墊 60%非法棄置 材填料工程 50%以再生膠、再製. 日本. 1.再生膠 胎、外銷等方式資源 再利用，34%以上水泥 依 廢 棄 物 清 除 處 理 2.再製胎 3.出口外銷 補助燃料、解熱、鍋 法處理 4.能源利用. 爐燃燒等方式回收能 源，剩餘5%則未利用 資料來源：[16]. 11.
(29) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 再生料等級. 資本投資. 主要消費者. 應用案例. < 100,000歐元. 100%公共部門. 人工魚礁、防蝕控 制、噪音隔屏、穩 定工程(stabilization). 碎片 (Shred and chip). < 1,000,000歐元. ±80%公共部門 ±20%私營企業. 建築、道路、絕緣 材料之輕質填料、 掩埋場建築. 粒狀物和粉末 (Granulate and powders). > 1,000,000歐元. ±80%私營企業 ±20%公共部門. 消費性/ 工業性產品、 運動場鋪材、部分 公共土木工程應用. 多工處理後之材料 (Multi-treatment materials). < 10,000,000歐元 ±95%私營企業 ±5%公共部門. 消費性/業性產品、 塗層、部分道路建 築. 全胎. 品質提升之材料 (Upgraded materials). > 10,000,000歐元. ±95%私營企業 ±5%公共部門. 消費性/業性產品， 例如塗層、TPE、顏 料. 圖2-2 廢輪胎經回收後再生料之資本投資與應用市場層級構圖 資料來源：[19] 2. 國內廢輪胎回收處理技術 國內廢輪胎再利用方式有中古胎二次利用(再製胎使用)、土木工程應用、作 為輪胎輔助燃料使用、熱裂解處理、研磨成橡膠粒或橡膠粉資源化利用等，如 表2-5所示[14]。其中，中古胎二次利用及部分土木工程應用係為整胎利用，其 餘之廢輪胎再利用所涉及之回收處理技術，大都以破碎法為其前處理方式。而. 12.
(30) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 廢輪胎以常溫機械破碎後之再生料(約1吋左右之膠片產品)，其應用途徑以能源 回收居多，且應用範圍集中在汽電共生廠(設施)鍋爐之輔助燃料，應用在水泥業 作為生產水泥替代燃料者則較少數。 表2-5 國內廢輪胎回收再利用處理方式一覽表(1/2) [14] 處理方式. 應用領域&備註說明. 應用領域：公園的遊樂器材、賽車場所防撞 欄、提岸碼頭邊的防撞材、軍方靶場的檔土. 土木工程應用─全胎應用. 牆及近於規模化的人工漁礁及海邊、水庫邊 的消波堤及平台等。. 應用實例： (1) 將(2) 廢輪胎使用做為擋土牆者：台灣省林業 試驗所，(3). 將(4). 廢輪胎做為邊坡之. 節制壩，(5). 僅為小型試用。. (6) 高雄大林蒲海岸填海造陸計畫之南星計畫廢 輪胎護岸工程，(7) 採 用 廢 輪 胎 做 為 海 堤 護 岸工程。 (8) 雲林金湖漁港防砂試驗工程：做為此種應用 之安全性，(9) 仍待理論分析及實務來驗證 因安全考量，目前一般利用高速公路運輸之卡 再製胎的使用. 車，已少有使用再製胎的情形。但行駛於一般道 路之重型卡車(如砂石車)使用勘用胎情形相當普 遍。. 勘用胎出口. 勘用胎通常堆置在各維修廠區或回收處理廠，由 貿易商引介及挑選後輸往開發中國家繼續使用。. 資料來源：[14]. 13.
(31) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 表2-5. 國內廢輪胎回收再利用處理方式一覽表 (2/2). 處理方式. 應用領域&備註說明 使用於水泥窯者，須使用於橫窯並重新建置入料. 輪胎輔助燃料. 口，所費不貲。國內部分特定汽電共生廠亦接受 破碎至3cm x 3cm 以下之廢輪胎膠片作為其輔助 燃料。 國內各廢輪胎處理廠目前最常使用之處理方. 常溫機械破碎. 式。不論廢輪胎處理之最終產品為何，大都需先 經破碎程序將廢輪胎切碎成膠片後，再進行粉碎 研磨或熱裂解處理。 將廢輪胎在缺氧狀態下將其裂解成裂解油、碳黑. 熱裂解. 和瓦斯等產品，國內目前僅1 家處理機構使用廢 輪胎熱裂解製程。. 資料來源：[14]. 3. 國內外現有之再利用方法 (1) 山坡地水土保持的利用 在山坡地或山林中，常有因不當砍伐林地，或者種植不易抓住土壤中水量 的植物，而導致大雨來臨時，隨之而來的土石流造成山坡地的裸露，之後會很 容易因雨水的沖刷而導致土壤的流失。但若在未大量種植草及樹木的山坡地 上，堆放排列好的廢輪胎，不但可替代植草磚之用途，也可避免土壤的流失， 落實水土保持的工作。以原型廢輪胎構築公路邊坡擋土牆之應用，以及在水土. 14.
(32) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 保持工程之應用，如圖2-3~圖2-8所示[7,20-22]。. 圖2-3 以原型廢輪胎構築公路之邊坡擋土牆 資料來源：[21]. 圖2-4 廢輪胎護坡工法 資料來源：[7]. 15.
(33) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 圖2-5 廢輪胎擋土牆（新竹市衛生掩埋場復育工程） 資料來源：[22]. 圖2-6 以廢輪胎作為混凝土梳子壩 資料來源：[8]. 圖2-7 以廢輪胎作為土石流源頭處理 資料來源：[8]. 16.
(34) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 圖2-8 攔砂壩之抗磨材料（宜蘭三星鄉） 資料來源：[8]. (2) 在海岸保護方面的利用 利用廢輪胎加上高爐水泥固定後可做為擋土牆、攔沙壩、潛堤、消波堤… 等具有保護海岸，防止侵蝕之工程。若以大型的廢輪胎及混凝土混合，則可製 成堆置在海岸邊的消波塊，減少波浪的能量對海防的衝擊，進而提供靜穩的海 域養殖環境或作為海域工程的保護設施；而且廢輪胎的材質具有彈性，對於碼 頭上漁船的停靠具有保護作用，能讓力量分散，不致於撞上邊岸，而且在大風 浪時，也能夠防範漁船間互相的撞擊而損毀。廢輪胎於海岸保護工程之應用圖 2-9 ~ 圖2-12所示[23-24]。 (3) 在海洋資源方面的利用 在海洋生態系中，仔稚魚是海洋生態食物鏈中重要之一環，若無適當之棲 息場所很容易使仔稚魚散失，所以在水深10m 的淺海域內投放稚魚保護礁是有. 17.
(35) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 其必要性。但若使用水泥製成的人工魚礁投放，會因為重量較大，在投放後的 五年內便會有被沙埋沒之堪慮，頗不經濟；而且稚魚保護礁之投放又必須考量 其漲退潮時所帶來之安全性，如使船舶擱淺等，所以廢輪胎製成之人工魚礁， 正可以彌補這項缺失，而且還可用來做緩和海浪對海岸的衝擊。至於廢輪胎架 構而成之人工魚礁放置於海中﹙沈建全，1998 年﹚，是否會造成二次污染問題， 根據俞克儉與蔡復進(1998 年)報告指出，廢輪胎並不會對海洋中的生物造成不 良影響，而且不但具有彈性，也較安全，又有聚魚效果，不用擔心有二次污染 的問題。. 圖2-9 雲林金湖漁港利用廢棄輪胎施作之防砂試驗堤 資料來源：[23]. 圖2-10 資料來源：[24]. 廢輪胎消波塊. 18.
(36) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 圖2-11 德基水庫浮式廢輪胎消波消能堤之案例 資料來源：[7]. 圖2-12 雲林防砂試驗堤之現況 資料來源：[7]. (4) 再製輪胎 為最簡單且通用的廢輪胎回收再利用方法；將廢輪胎已磨損的胎面刮除. 19.
(37) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 後，重新再貼上新的胎面，製成再生胎；不過近幾年再生胎的需求已經不大了， 一方面是新輪胎在價格上低廉，且在車輛行進中也比較安全、舒適；反之，再 生胎安全性較差，如果超載或超速，新的膠層會因為輪胎磨擦過熱使得輪胎溫 度升高、減低強度而導致脫落，進而發生爆破或其他故障，並且可能有翻車或 與對面來車相撞等事故發生[11]。 (5) 直接原型再利用 將未嚴重破損、分裂的廢輪胎，以原來的形狀再加以利用，例如當做盪鞦 韆、跳圈圈…等遊樂設施，以減少孩童骨折或其它意外的發生。或者作為公路 護欄、擋車墩，因為其具有彈性，可以減少衝擊的力量，增加遊樂及行車安全； 此種再利用方法簡單，不須高等的回收再利用技術，但在廢輪胎的使用量上數 量有限。 (6) 粉碎後再利用 經由切片機切碎或研磨機磨碎後所得之橡膠粒，及經液態氮冷凍，再以超 低溫粉碎機粉碎後取得的橡膠粉，則可以加入樹脂等化學添加劑中，製成各種 橡膠再製品，不但富彈性、耐久性強、隔音效果佳，且不易龜裂或老化，並可 止滑提高安全性。橡膠粉也可直接加入瀝青中，和瀝青混和後成為鋪路用的橡 膠瀝青；因為橡膠粉可增加瀝青的彈性，降低行車的噪音，增加行車舒適度與 安全，甚至有實驗證實橡膠瀝青路面可以減少輪胎的磨耗程度，並且路面壽命 比一般的路面估計可以多至2 倍，但價格高且僅止於研究試驗階段，尚未大量 使用於道路系統上[11, 25]。. 20.
(38) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. (7) 農業上的應用 根據美國的研究報告中指出[26]，可以將廢輪胎切碎後混在泥土中，並用其 種樹，對植物生長情況較好，因為切碎的廢輪胎塊性質穩定，能夠與泥土充份 的混合，使土壤疏鬆，增加通氣性，以改善排水不良的土壤；而且廢輪胎中的 棉絮可作為有機肥及培養土，讓植物在良好的環境下成長。 (8) 浮油吸附劑 根據王智龍與林啟燦等人﹙1999年﹚首先提出之構想，利用廢輪胎將其磨 成粉來做為吸附浮油回收之材料，主要是因為輪胎粉的表面是由高分子的橡膠 材質所構成，具有親油特性，所以吸油能力佳。初步測試結果顯示，每公克的 輪胎粉若重複使用，可以回收二百公克以上的浮油，且不易受海況影響、操作 容易[27]。此法可提供輪胎粉拓展出另一條展新的再利用市場，同時亦可減少廢 輪胎之囤放量。. 21.
(39) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 第三節. 橡膠之特性. 橡膠為以化學方法連結簡單之低分子物質而成之一種高分子材料，此種連 結過程稱為聚合反應，聚合反應之方式，通常可分為聚加成反應及聚合反應兩 種。橡膠材料在工程上被重用，其有優良的優點，亦有缺點，橡膠之特性茲分 述如下[28-29]： 1. 優點 (1) 強度大：抗壓強度為70～2400kgf/cm²。抗拉強度為300～900kgf/cm²。 (2) 質輕：比重為1.0～1.5(約鋁之一半)。 (3) 有展延性，極易輾薄，且膠結力強。 (4) 易成型，加工方便。 (5) 可著色或透明，光澤而美麗。 (6) 傳熱率低。 (7) 共有高度之電阻絕緣性。 (8) 能抵抗多種液體及化學藥品之作用。 2. 缺點 (1) 硬度略差。 (2) 低溫下易變脆。 (3) 不耐高溫，易軟化或燃燒。 (4) 尺寸不穩定，易變型。 橡膠具有易燃之特性，其燃燒歷程可分為以下3個階段[30]： (1) 熱分解：加熱到一定溫度後橡膠開始分解出低分子化合物，或者先變軟，熔 化，再分解成低分子化合物。. 22.
(40) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. (2) 燃燒：火焰是分解出低分子化合物進行激烈氧化反應的一種標誌。可燃性低 分子化合物和氧氣在高溫下發生激烈的化學反應，放出大量的熱，促使橡膠 繼續分解；同時氧化反應又生成新的物質，有可燃性的物質，如低分子醇、 醛和一氧化碳等，也有不可燃性物質，如二氧化碳、水、煙（碳）和殘渣。 (3) 繼續燃燒：由於燃燒放出大量的熱，又有新分解出的可燃燒性物質，在氧氣 存在下，使燃燒繼續下去，直至橡膠燒盡，只剩下殘渣。這類橡膠如NR、 BR、SBR、NBR、IIR、EPDM、PU。 橡膠燃燒時會產生有毒氣體的排放，如：SO2 ( 二氧化硫)、HCL(鹽酸)、 PAHs(多環芳烴)、Dioxin(戴奧辛)、H2S（硫化氫）、HCN（氰酸）、NOX（氮 氧化物）。由於廢輪胎的熱值比MSW（城市固體廢棄物）高很多，所以燃燒時 需要更大的燃燒面積、火燄溫度以及更充足的氧氣。不恰當的燃燒會造成飛灰 的排放。常用橡膠之燃燒性能如表2-6所示[29]。 表2-6 常用橡膠的燃燒性能 名稱. 分解溫度/℃. 燃燒熱/(kj×mol-1). NR. 260. 46.05. BR. 382. 44.80. SBR. 378. 43.54. IIR. 260. NBR CR. 380 ＞180. 46.89 －. CSM. ＞200. －. EPDM. －. －. FKM 矽橡膠. ＞250. －. ＞400. －. 資料來源：[29]. 23. －.
(41) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 另一方面，橡膠之熱傳導係數較低，約為0.1w/m .k ，而普通混凝土的熱傳 導係數為2.1w/m .k。因此若將較大量的膠粉摻入混凝土中，將可減小混凝土的 熱傳導係數。由Paine K.A等，對橡膠混凝土隔熱效能之研究顯示[31]，混凝土中 膠粉用量為粗骨料的80%~100%時，混凝土的熱傳導係數大大減小，具有優良的 保溫隔熱效能，可作冬暖夏熱地區以框架體係為主的建築物節約能源牆體材 料。此外，當使用粒徑為0.5~20mm 之膠粉替代粗粒料時，可使混凝土的隔熱效 能提高至與傳統絕熱材料相當；而橡膠粉完全替代粗粒料時，混凝土之導熱係 數小於0.3 w/m .k，且放置28天後測得的抗壓強度高於5MPa [31]。. 24.
(42) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第四節 橡膠水泥基材料之工作性、密度與滲透性 1. 工作性 廢橡膠水泥基材料與普通混凝土水泥基材料相比具有更好之工作性。橡膠 顆粒粒徑、級配、表面形態與摻量均會影響水泥基材料之工作性。文獻[32]指出， 經由維勃稠度儀測試橡膠水泥砂漿之工作性，橡膠顆粒摻量為水泥之0% 15%。試驗結果顯示，摻入橡膠顆粒後，水泥砂漿之工作性可獲得改善。1999 年，Khatib與Bayomy則進行了橡膠顆粒摻量對混凝土工作性影響之研究。研究 成果指出，隨著橡膠顆粒含量的增加，混凝土之工作性變差。當橡膠顆粒體積 摻量達到40 %時，混凝土之坍度幾乎為零。而以一定級配之廢橡膠顆粒等體積 代替砂時，當水泥砂漿摻加廢橡膠顆粒小於50 %，可獲得較未摻加者較佳之工 作性。而當添加之橡膠顆粒大於50 %時，隨著廢橡膠顆粒摻量的增加，橡膠水 泥基材之工作性變差。其中廢橡膠顆粒摻量為60 %時，分層度最大，可施工性 差[33-34]。. 2. 含氣量與密度 廢橡膠水泥基材料在成型過程中，由於橡膠顆粒的加入會捲入大量之空 氣，因此廢橡膠水泥基材料具有較高之含氣量。而材料組成、橡膠顆粒表面狀 態、摻量、級配與粒徑等均會影響含氣量[35]。在定配比單方混凝土拌合物中， 加入120kg廢輪胎橡膠顆粒，其所引入之空氣含量高達15 %，且隨材料組成不 同，而造成不同之含氣量。 由於廢橡膠水泥基材料之製作過程中引入大量空氣，使得廢橡膠水泥基材. 25.
(43) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 料具有一些優異之性能；如自重小、密度小之特點。1999年，Khatib與Bayomy 經由試驗發現[34]，在混凝土中加入橡膠顆粒將減輕其自重。但橡膠摻量於 10%-20%時，自仲之減少可忽略[36]。2002年，法國科學家 A Benzzouk等進行 不同表面狀態(密實表面與膨脹表面)，不同粒徑橡膠顆粒水泥基材料密度之研 究。試驗結果顯示，摻入密實表面橡膠顆粒之水泥基材料，密度約減少22 %。 而入膨脹表面橡膠顆粒之水泥基材料，密度約減少35 %。對於同一摻量，隨著 橡膠顆粒粒徑之減小，橡膠水泥基材料自重之減少更明顯，尤其是膨脹表面橡 膠顆粒水泥基材料[37]。而此現象主要是基於橡膠表面狀態、比表面積不同所造 成捲入空氣趨勢大小之差異。 3. 滲透性能 當混凝土中添加橡膠微粒量為5% (50 kg/m3) 時，其平均滲水高度低於對照 組混凝土；而橡膠微粒添加量為10% (100 kg/m3)與15% (150 kg/m3)時，試體之平 均滲水高度較對照組高。換言之，混凝土中橡膠微粒摻量在5% (50 kg/m3)以下 時，可改善混凝土之滲透性能。但隨著橡膠摻量增加，混凝土之抗滲性能將有 所下降，如圖2-13所示[38]。 此外，摻入橡膠微粒混凝土之滲透係數較對照組混凝土者小；其中以摻量 為5%者之滲透係數最小，而10%和15%兩組有所增加，但仍小於對照組之滲透 係數，如圖2-14所示[38]。由此可知，由於橡膠微粒的摻入，在一定程度上改善 了混凝土之滲透性能；且以5%之摻量最佳。 另一方面，由不同水膠比之橡膠混凝土滲透性試驗結果(圖2-15)可看出，橡 膠混凝土之滲透性與普通混凝土者均隨水膠比增加而有所增加。同時，橡膠混. 26.
(44) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 凝土抗壓強度與滲透性間之相關性良好。當橡膠混凝土之抗壓強度增加時，其 抗滲性能亦有所提升；但相較於未摻橡膠之普通混凝土，其強度與滲透性之關 係出現較大的波動。此現象主要為混凝土之抗壓強度受總孔隙率之影響甚大。 而混凝土之滲透性則受孔隙率，孔徑分佈，以及粒料-基體界面區礦物組成等因 素之影響，且其中連通之孔隙對滲透性更有著重要的影響。由文獻39與文獻40 指出，混凝土之滲透性與孔徑分佈之間存在良好的關係，其中孔徑大於132 nm 之大孔隙為影響混凝土滲透性之主要因子[39-40]。而混凝土中橡膠微粒的存 在，形成大量封閉的氣孔，並切斷孔隙的連通，進而增加孔隙之曲折度，從而 阻止毛細孔成為連續，貫通的網狀結構體系，從而降低混凝土之滲透性。同時， 由於橡膠微粒之憎水性，可降低毛細孔的抽吸作用，使得混凝土抗滲性能得以 提高。也就是說，在孔隙率較大(強度較低)，孔徑較小且不連通的情況下，混凝 土有可能獲得較低的滲透性。而橡膠微粒的摻入量勢必會改變混凝土之孔隙結 構，且隨著橡膠摻量的增加，混凝土孔隙率與孔徑將有所增大，進而造成其滲 透性降低。 45 滲水高度 /mm. 40 35 30 25 20 15 10 0. 5. 10 15 橡膠顆粒? 量/%. 20. 圖2-13 不同橡膠掺量對混凝土滲透高度之影響 資料來源：[38]. 27.
(45) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. Lg [sk(m/s)]]. -11.8 -11.9 -12 -12.1 -12.2 -12.3 -12.4 -12.5 -12.6 -12.7 0. 5. 10. 15. 20. 橡膠顆粒? 量/%. 圖2-14 不同橡膠摻量對普通混凝土滲透係數的影響. Lg [sk(m/s)]. 資料來源：[38]. -11.7 -11.8 -11.9 -12 -12.1 -12.2 -12.3 -12.4 -12.5 -12.6 -12.7 0.3. 0.4. 0.5 水膠比. 圖2-15. 橡膠混凝土滲透性與水膠比的關係. 資料來源：[38]. 28. 0.6.
(46) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第五節. 橡膠混凝土之力學性質. 廢橡膠水泥基材料之力學性質之研究相當廣泛。不少之研究成果顯示，廢 橡膠水泥基材料之強度隨著橡膠粒摻量之增加而降低。但韌性，變形性能與耐 磨性卻可獲得改善。 1. 強度 1993年，Eldin和Senouci採用粗細兩種橡膠顆粒以研究廢橡膠混凝土之強 度。當以粗橡膠顆粒等體積完全替代粗骨料時，水泥基材料之抗壓強度大約降 低85%，抗彎強度約降低50%。而以細橡膠顆粒等體積完全替代細骨料時，水泥 基材料抗壓強度約降低65%，劈裂抗拉強度約降低50%，且廢橡膠混凝土無論承 受抗壓或抗拉荷載，當達到破壞荷載時，均能夠吸收大量之能量，且顯示出延 性之破壞型態。[36] 1999年，Khatip和Bayomy建立強度折減係數(RF)與橡膠粉體積掺量R(占拌 何物總體積的比率)關係之數學模型，且經由回歸分析得出RF與各參數間之關 係。對於對照組混凝土(橡膠粉掺量為0%)而言，RF取1。其回歸方程式為： SRF=a+b(1-R)m，SRF=a+b(1-R)m,……………………………………(2-1) 其中，a = b-1. SRF為強度折減係數，取值範圍0－1。R為橡膠顆粒的體積含量:a,b,m為函數 參數。a,b,m值隨基準混凝土強度等級不同而不同。該數學模型也可用於描述混 凝土之抗彎強度、彈性模數與橡膠體積含量之關係。同時，許多文獻顯示該數. 29.
(47) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 學模型亦可描述任何強度等級的橡膠水泥基材料的力學性能折減與橡膠含量的 關係[41]。而橡膠水泥基材料強度之減小量與橡膠顆粒體積含量增加成非線性關 係[42]。 1999年，Khatib和Bayomy及1995年，Topcu探討橡膠顆粒細度對水泥基材料 強度之影響。研究成果顯示，任何粒度的橡膠顆粒均會降低混凝土之自重與抗 壓強度，且粗橡膠顆粒較細橡膠顆粒對混凝土強度之影響越大[36]。同時Khatib 和Bayomy將抗壓強度之降低歸因於兩個方面，一為橡膠顆粒與周圍之水泥漿體 相比，屬於軟質材料，當承壓時，裂縫將在水泥基體中圍繞橡膠顆粒迅速發展， 導致水泥基體的破壞；另一方面，由於橡膠顆粒與水泥漿體之粘結較差，承壓 時，橡膠顆粒的行為如同混凝土中孔隙的行為，而使得混凝土強度降低[41]。 2002年，法國科學家A.Benzzouk等人研究不同表面形態(密實表面和膨脹表 面)之橡膠顆粒對混凝土強度的影響。研究成果顯示，隨著橡膠顆粒掺量增加， 混凝土之強度下降顯著，且粗橡膠顆粒對強度之影響較其他者大。對於相同自 重的橡膠混凝土，加入膨脹表面橡膠顆粒的混凝土，其強度高於密實表面橡膠 顆粒之混凝土，且隨著橡膠顆粒掺量的增加而差異減小[37]。然而，1993年，Ali 等人及1996年Fattuhi和Clark經由試驗得出，細橡膠顆粒對混凝土自重及抗壓強 度的影響較粗橡膠顆粒之影響大[36]。 1996年，Biel和Lee對水泥種類與橡膠混凝土抗壓強度間之關係進行研究； 其分別採用氯氧鎂水泥和普通矽酸鹽水泥製作橡膠混凝土。研究成果顯示，對 未經過表面處理的橡膠顆粒而言，當橡膠顆粒的掺量達到90％時，兩種拌合物 之抗壓強度均減少90％。同時無論是否含有橡膠粒，氯氧鎂水泥混凝土之抗壓. 30.
(48) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 強度均為普通矽酸鹽水泥者之2.5倍，當橡膠顆粒取代砂體積率為25%時，普通 矽酸鹽水泥之劈裂抗拉強度降低80%，而氯氧鎂水泥混凝土者降低約66%。此外 氯氧鎂水泥可提供橡膠混凝土較高之強度與較佳粘結性能[36]。 文獻[43]採用水泥、複合礦粉、強塑劑（H-FDN100萘系高效減水劑）、粗 粒料（粒徑5~20mm），砂(細度模數為2.9)、橡膠粉[40目(420µm)、60目(250µm) 和80目(178µm)，密度為1.02kg/m3等材料，拌製橡膠混凝土，其配比設計，如表 2-7所示。而不同橡膠摻量混凝土，齡期3及7天與28天抗壓強度之百分比，如表 2-8所示。 表2-7 膠結材用量 （） 540. 膠結材 水泥 礦粉 57. 43. 高強度橡膠混凝土之配比 強塑劑 砂率 ％ ％ 4.3. 4.3. 橡膠粉摻量（kgf/m3） 水膠比. 0.21. 1%. 2%. 3%. 4%. 5.4. 10.8 16.2 21.6. 資料來源：[43] 由表2-8可看出，摻加橡膠粉之混凝土，其抗壓強度發展趨勢與對照組(高強 度)相近。橡膠混凝土之早期強度發展較快，齡期3天的抗壓強度均超過28天者之 70 ％；而晚齡期時強度增長趨於緩慢，且其抗壓強度隨著橡膠粉摻量之增加而 迅速下降。另由圖2-16顯示，三種不同粒徑之橡膠粉混凝土，其28天抗壓強度隨 不同摻加量變化之趨勢亦相近；均是隨著橡膠粉摻量的增加，混凝土抗壓強度 隨之下降。當橡膠粉摻量為16.2 kgf/m3時，混凝土28天之抗壓強度約下降19 ％， 而摻量增至21.6 kgf/m3時，橡膠混凝土之抗壓強度則微幅上升。. 31.
(49) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 基本上，橡膠粉混凝土抗壓強度與粒徑之關係不明顯，而對抗壓強度之主 要影響因子為橡膠粉摻量的多寡。由於橡膠粉為彈性體，其抗壓強度低，當摻 加橡膠粉時，如同增加了混凝土中的軟弱點，使得減弱混凝土之受力性能，進 而造成抗壓強度明顯下降。而當混凝土中橡膠粉摻量增至21.6 kgf/m3時，抗壓強 度不再降低，反而略為增加。此情形可能是因為使用大量的高效活性礦物摻料， 並與橡膠粉相互填充於孔隙中，使得混凝土內部緻密性增加。而當混凝土之緻 密性增加到一定程度時，其抗壓強度不再降低而趨於平緩變化。 表2-8、混凝土抗壓強度發展百分比 3天. 7天. 28天. P0. 75.9. 90.5. 100. RPC80-1. 78.7. 95.8. 100. RPC80-2. 79.8. 93.4. 100. RPC80-3. 86.1. 95.5. 100. RPC80-4. 80.5. 95.1. 100. RPC60-1. 75.0. 90.5. 100. RPC60-2. 73.8. 89.6. 100. RPC60-3. 79.1. 98.6. 100. RPC60-4. 71.4. 88.0. 100. RPC40-1. 79.4. 85.7. 100. RPC40-2. 76.9. 84.1. 100. RPC40-3. 76.7. 86.7. 100. 編號. RPC40-4 73.1 89.1 100 註：P0為對照組 橡膠混凝土試體編號取為RPCm-n，其中m為橡膠粉粒 徑，n為摻量，如RPC40-1指外摻40目橡膠粉，摻量為單 位膠結材料總量之1％ 資料來源：[43]. 32.
(50) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 28天抗壓強度(MPa). 110 105 100 95 RPC80. 90. RPC60. 85. RPC40. 80 0.0. 5.4. 10.8. 16.2. 21.6. 3. 橡膠粉? 量(kg/m ). 圖2-16. 橡膠粉混凝土抗壓強度變化. 資料來源：[43] 另一方面，以橡膠粒取代砂石，摻加量(體積比)分別為0%、5%、10%、15% 時，橡膠混凝土之配比設計，如表2-9所示。而普通橡膠混凝土與添加礦物摻料 混凝土之抗壓強度，如表2-10所示。而圖2-17與圖2-18分別顯示不同橡膠微粒摻 量的混凝土抗壓強度變化[38]。由圖可知，混凝土之抗壓強度隨橡膠微粒摻量增 加而減小，且減小量隨橡膠粒摻量之增加而增大。其中，橡膠粒摻量15%之混凝 土，其齡期3天抗壓強度較對照組混凝土約降低60%左右，7天者約降低61%，而 28天時強度則約降低53%。由此可知，混凝土之抗壓強度隨橡膠粒之摻加而大幅 降低。而飛灰混凝土之早期強度較普通混凝土者低，其主要是因為飛灰與礦粉 等細微粉粒的摻入，影響水泥的二次水化作用，使得混凝土之早期強度降低， 但28天之強度基本上相近。. 33.
(51) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 表2-9. 橡膠混凝土之配比 (kgf/m3). 編號 橡膠粉 水膠比 水泥. 飛灰 礦粉 砂率 減水劑(%). 石. 砂. K-A. 150. 0.33. 339. 113. 57. 0.25. 1.5. 946. 315. K-B. 100. 0.33. 339. 113. 57. 0.25. 1.0. 1050. 350. K-C. 50. 0.33. 339. 113. 57. 0.25. 1.0. 1150. 383. K-D. 0. 0.33. 339. 113. 57. 0.25. 1.0. 1249. 416. P-A. 150. 0.33. 509. 0. 0. 0.25. 0.5. 994. 331. P-B. 100. 0.33. 509. 0. 0. 0.25. 0.5. 1096. 365. P-C. 50. 0.33. 509. 0. 0. 0.25. 0.5. 1192. 398. P-D. 0. 0.33. 509. 0. 0. 0.25. 0.25. 1294. 431. S-B. 100. 0.4. 420. 0. 0. 0.25. 0.5. 1153. 384. W-B. 100. 0.5. 336. 0. 0. 0.25. 0.5. 1042. 348. 資料來源：[38] 表2-10. 橡膠混凝土之抗壓強度 7天強度 (MPa). 28天強度 (MPa). 18.6. 22.6. 30.8. 100. 28.3. 35.6. 46.5. K-C. 50. 30.7. 36.4. 55.8. K-D. 0. 47.6. 58.4. 66.5. P-A. 150. 26.2. 29.1. 32.1. P-B. 100. 39.2. 40.8. 47.6. P-C. 50. 38.8. 47.3. 50.1. P-D. 0. 57.5. 67.5. 68.9. 編號. 橡膠摻量 (kgf/m3). K-A. 150. K-B. 3天強度 (MPa). 資料來源：[38]. 34.
(52) 抗壓強度 (MPa). 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25. 3 day 7 day 28 day. 0. 5. 10. 15. 20. 橡膠顆粒?量 %. 圖2-17. 普通橡膠混凝土之抗壓強度. 資料來源：[38]. 70 3 day 7 day 28 day. 抗壓強度(MPa). 60 50 40 30 20 10 0. 圖2-18. 5. 10. 橡膠顆粒? 量%. 15. 飛灰橡膠混凝土之抗壓強度. 資料來源：[38]. 35. 20.
(53) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 2. 韌性 1996年，Tantala等人對橡膠混凝土之韌性進行研究，分別以體積掺量為5%， 10%橡膠顆粒替代粗骨料。研究成果顯示，不同掺量橡膠混凝土之韌性均高於基 準混凝土。且由於混凝土之抗壓強度降低，橡膠顆粒掺量10%者之韌性不及掺量 5%者之韌性。另1998年，Raghvan等人將兩種細度之橡膠顆粒分別加入水泥砂漿 中進行韌性測試。試驗結果顯示，兩種水泥砂漿在超過最大荷載後仍可繼續承 載，且砂漿試樣在彎曲破壞荷載作用下，並沒有呈現出脆性斷開。對於對照組 而言，橡膠顆粒體積含量為50%和100%時，其韌性大致上相同，韌性值為1.21； 而不加橡膠顆粒混凝土之韌性值為1。因此橡膠粒混凝土之韌性大於不含橡膠粒 者。然而，當橡膠顆粒體積含量由50%增加到100%，混凝土之韌性值並沒有得 到提高[43-44]。 3. 抗衝擊性能 1996年，Bieal和Lee進行橡膠水泥基材料破壞型態之研究。研究成果指出， 橡膠水泥基材料隨著剪切應力增加，其破壞為一緩慢的過程；其裂縫形狀既不 是錐形也不是柱狀。而基準混凝土之破壞則屬於脆性行為，同時伴隨著能量快 速之釋放。而Topcu與Avcular，1997；Senouci，1993；與Topcu，1995之研究指 出，隨著橡膠顆粒掺量的增加，混凝土之抗衝擊性能增加，且破壞時可吸收大 量之能量，進而大幅提高水泥基材料之抗衝擊性能[45]。因此推薦橡膠混凝土可 用於需要控制振動阻尼之情況下，用以吸收大量之震動能量。 4. 彈性變形. 36.
(54) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 1997年，Goulias和Ali之研究發現，隨著橡膠顆粒的掺量的增加，混凝土之 動彈性模量與剛度增加，阻尼性能增加，而硬度與脆性降低。但亦有學者指出， 橡膠顆粒的加入會降低水泥砂漿之彈性模量[37]。此外，法國科學家A.Benzzouk 等人對不同表面狀態(密實表面與膨脹表面)橡膠顆粒對混凝土彈性之影響進行 研究。試驗結果顯示，混凝土中加入橡膠後，其彈性增加，且隨著顆粒粒徑的 增大，混凝土彈性行為表現越為顯著[37]。. 37.
(55) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 第六節 橡膠混凝土受高溫作用後之行為 由於橡膠粉為非耐高溫材料，當溫度達到180℃時，橡膠開始軟化，溫度超 過250℃時，則開始降解[46]。因此，橡膠粉混凝土受高溫作用後，在不發生爆 裂，且外觀完整時，其質量損失小於5 %。而隨著橡膠粉摻量增加，混凝土之質 量損失略有增加。 由文獻47指出，橡膠混凝土經500 ℃之高溫作用後，其抗壓強度下降，相對 抗壓強度剩餘率最大約88.1 %，而最小約為70.0 %。而摻加較大粒徑(1.20 mm) 之橡膠混凝土試體，其抗壓強度損失相對較小，如圖2-19所示。此外，採用外摻 方法之試體殘餘抗壓強度較採用取代方法者高。在經500 ℃高溫作用後，有無摻 加橡膠粉之混凝土內部結構密實性都很高，其抗壓破壞形態與常溫時相近，均 為爆炸破壞，但爆炸聲較常溫時小。而在800 ℃高溫作用後，橡膠混凝土之性能 嚴重劣化，其抗壓強度急劇下降，大部分試體之相對抗壓強度剩餘率不足30 %。 只有少數試件由於未發生或只發生輕微爆，其相對抗壓強度剩餘率較高(達35. 0 %)，殘餘強度僅為38 MPa [47]。 橡膠粉混凝土立方體試塊在高溫後之抗壓強度與常溫下之抗壓強度比值, 如圖2-20所示[43]。由圖顯示，經500 ～ 600 ℃高溫作用後，在混凝土表面不發 生爆裂，且外觀完整之情況下，其強度減少量小於5 %。經高溫作用後，橡膠粉 混凝土試體在不發生破壞性爆裂時，所測得的抗壓強度不但沒有下降反而上 升，約增加4%~15 %。此現象主要是由於高強混凝土所採用之水膠比甚低，而橡 膠粉表面凹凸不平，且非極性，所以在攪拌時，橡膠粉將裹藏或吸附一定之水. 38.
(56) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 分，使得新拌混凝土之坍度損失，接著影響水化物之成長，且隨著橡膠粉摻量 之增加，後期強度增加更為緩慢。此外，在高溫作用時，由於橡膠粉融解，釋 放其包藏的水分，並在一定區域連通混凝土內部之空間，而此空間內，如同高 溫蒸汽養護般，促使水泥進一步進行水化反應，並激發了摻合料之火山灰效應 及增強效應，從而強化該區域空間內之混凝土強度。同時，由於橡膠粉在攪拌 後均勻分佈於混凝土裡面，使得高溫後整體混凝土強度提高。然而當混凝土試 體發生爆裂時，其強度則明顯下降，最大損失超過25 %，甚至失去持荷能力[43]。. 圖2-19. 高溫作用前後橡膠混凝土之抗壓強度. 資料來源：[47]. 39.
(57) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 高溫後、前抗壓強度比(ftcu/fcu). 1 .2 0 1 .1 5 1 .1 0. RPC80 RPC60 RPC40. 1 .0 5 1 .0 0 0 .9 5 0 .9 0 0 .8 5 0 .8 0 0 .7 5 0 .0. 5 .4 1 0 .8 1 6 .2 3 橡 膠 粉 ? 量 ( k g/m ). 2 1 .6. 圖2-20 高溫前、後混凝土抗壓強度之比值 資料來源：[47] 另由高溫作用後之試體可發現，經800 ℃作用後，雖然未摻加橡膠粉之試體 各個面都發生爆裂，但爆裂深度、爆裂面均較為均勻。而橡膠混凝土中出現部 分試體在高溫下，雖然只有1個面或2個面發生爆裂，但因其爆裂深度較大，使 得抗壓試驗時容易引起應力集中，進而造成其剩餘抗壓強度較低。各種橡膠混 凝土受高溫作用後之表面變化與原因分析，以及試體狀況，如表2-11與表2-12所 示。ㄧ般而言，未摻加橡膠粉之高強度混凝土，在高溫作用後，試體均發生爆 裂之情形。而橡膠粉混凝土經高溫作用後，試體爆裂情況較為離散。總體而言， 混凝土試體隨著橡膠粉摻量與顆粒細度增加，其爆裂情況加劇。此由於橡膠粉 粒徑較大時，其連通之空間亦較大，而在高溫作用下，橡膠粉的融解如同打通 了原本封閉的區域，疏緩混凝土內部高溫蒸汽壓，進而抑制爆裂的發生。但隨 著摻量之增加，其本身汽化所產生的蒸汽壓，以及因其摻和而弱化的混凝土內 部結構，將導致爆裂的發生[46-47]。. 40.
(58) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 表2-11 試體變化 溫度. 試體表面之變化與原因分析 試體表面顏色變化. 原因分析. HSRC試體外觀顏色變為 高溫時試體內部形成了一 經500 ℃作用後. 淺灰色、色差較小，試件 個溫度梯度場，斷面處的 的斷面中心部位與外圍部 骨料顏色也發生了相應變 位的色差亦較小. 經800 ℃作用後. 化。因此，可根據高溫作. HSRC試體外觀顏色變為 用後混凝土顏色變化來定 灰白色，色差明顯，其斷 性判斷建築物所經歷的火 面中心部位變成黑褐色. 災溫度，這為建築物的火 災鑑定、檢測提供了依據。. 資料來源：[47] 表2-12 添加量 溫度. HSRC-a. 混凝土受高溫作用後之試體狀況 橡膠粉0％. 橡膠粉1％. 橡膠粉2％. 橡膠粉3％. 大部份試體 大部份試體 試體外觀完 有 1 個 試 體 所有試體均 外觀完整,只 外觀完整， 整 輕度爆裂 爆裂，且爆 500℃ 高 溫 有1個試體只有1個試 裂 面 積 較 作用試體狀 表面爆裂， 體 表 面 爆 大，最大爆 況 且爆裂程度 裂，且爆裂 裂深度約10 較輕 程度較輕 mm 所有試體均 爆裂情況最 摻 加 1.2mm 摻1.20 mm橡膠粉的1個 輕度爆裂， 為嚴重，各 橡 膠 粉 的 3 試體外觀完整，其餘試體 雖然爆裂面 個面均不同 個試件外觀 均 爆 裂 ， 且 爆 裂 面 積 較 800 ℃高溫 積很小，爆 程度爆裂， 完整，而摻 大 ， 爆 裂 深 度 均 超 過 15 作用試體狀 裂深度均小 最大爆裂深 0.42mm橡膠 mm，但爆裂面主要是上 於5 mm，但 度 超 過 15 粉 的 3 個 試 表面。 況 試件已無完 mm. 均爆裂，但 整性 爆裂程度較 輕 資料來源：[46]. 41.
(59) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 另一方面，高溫作用前後橡膠混凝土之抗彎強度，如圖2-21所示。經500 ℃ 作用後，橡膠混凝土之抗彎強度變化較離散。大部分試體抗彎強度均呈下降之 趨勢，但下降幅度不大，相對抗彎強度剩餘率達90 %。個別試體則因為發生爆 裂，相對抗彎強度剩餘率低於80 %。總體而言，橡膠混凝土隨著橡膠粉摻量的 增加，其殘餘抗彎強度下降幅度增大。而經800 ℃作用後，橡膠混凝土之抗彎強 度與抗壓強度一樣急劇下降。與500 ℃作用後的抗彎強度相比，其下降幅度最大 超過60 %。而與純高強度混凝土相比，其殘餘抗彎強度則較高。此外，室溫(28 天)與500 ℃作用後之試體在抗彎破壞時，其斷面處砂、石與水泥石斷口較為平 整，內部結構密實。而經800 ℃作用後之試體抗彎破壞時，其斷面粗糙，各材料 斷口不規整，且有許多孔洞，密實性明顯下降[47]。. 圖2-21 高溫作用前後橡膠混凝土之抗彎強度 資料來源：[47]. 42.
(60) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第七節 橡膠混凝土之隔音性與隔熱性. 1. 隔音效能 對廢橡膠水泥基材料而言，入射聲波之反射、散射、折射與衍射作用較一 般水泥系材料明顯。此情形主要是由於橡膠顆粒分散於水泥基材料基體之三維 網狀結構體中，入射之聲波在橡膠顆粒間發生反彈。而橡膠本身是一種線彈性 高分子材料，且具有較大之阻尼比，當受到衝擊後入射聲波衝擊後，可將其轉 化成不同的、聽不到的頻率，使得聲波在無數橡膠顆粒之間被吸收、反彈、震 顫與改變頻率。同時，由於橡膠顆粒之添加，使得水泥基材料之含氣量提高， 造成入射聲波幾乎全部被吸收。另一方面，橡膠顆粒填充於水泥基材料之網路 結構中，使得整體水泥基材料基體更緻密，且結構堅硬，彈性好。而除了透射 被粘質性橡膠吸收大量聲能更發生衍射，使得聲波的傳播路徑加長，進而大大 的消耗聲能，從而使其具有良好之隔聲效果[48]。 由文獻[48]指出，隨著膠粉用量的增大，混凝土的動彈性模量和固有頻率將 低，超因波在其中的傳播速度減慢，隔音效能提高。史巍等，對橡膠混凝土的 隔音效能進行了研究，試驗結果表明，當膠粉的粒徑為1~2mm，體積為砂體積 的25%時，對混凝土的隔音效能最好，固有頻率較普通混凝土降低17%動彈性模 量降低40%為改善膠粉與混凝土基體的粘合效能而用氫氧化鈉飽和溶液處理將 不會影響混凝土隔音效果。因此，廢橡膠水泥基材料可用於需要控制噪音的環 境中，減少雜訊污染[48]。. 43.
(61) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 1999年12月18日，由上海市聲學學會主持，大韓民國世光株式會社介紹了 一種隔聲隔振浮築結構的新材料－世光消音劑。該型消音劑利用廢橡膠輪胎為 原料經清理、破碎、鬆散並添加粘結劑、加強劑、防老化劑等，製成類似於肉 鬆般有袋裝之消音劑。而將其鋪裝於樓層結構層上，並在其上面蓋一層塑膠薄 膜，再澆灌細石混凝土(30mm3)，即可構成浮築式隔振結構。此材料在日、美、 韓國等已應用於高層建築、高級辦公室和高級公寓，是為一種具有耐久性、耐 熱性、耐寒性與保溫性，且施工十分便捷之無毒無害的綠色建材。經試驗測試， 未裝世光消音劑時計權撞擊聲壓級為80dB，而鋪裝世光消音劑後為62 dB。顯示 其具有隔離500Hz以上撞擊聲效果。此外，近年來，法國技術人員用廢舊輪胎建 築”綠色消音牆”，使用證明吸音效果極佳，音頻在250~2000Hz的噪音可被吸收 掉85% [48]。而中國橡膠解放軍日報曾報導：上海首段降噪音瀝青路面試驗段經 兩年運行，已經通過市科委和市政局組織的專家驗收。龐大的載重貨車隆隆駛 過時，噪音比其他路段低了將近3個分貝。因此，廢橡膠水泥基材料作為一種隔 聲降噪材料具有很廣泛之應用前景，同時也需要更多這方面的研究[48]。 針對橡膠水泥隔音效能與含量關係，隨著橡膠水泥中的橡膠含量增加，由 於孔隙與橡膠顆粒會減少水泥的動態彈性模數(Elasticity dynamic modulus)，因此 代表著橡膠水泥中的隔音性將大幅提高[56] 2. 隔熱效能 橡膠水泥基材料的高含氣量使其具有一定保溫性能。空氣的導熱係數很 小，傳熱能力較差，再加上橡膠本身屬於絕緣材料，傳導能力差且橡膠阻尼大， 因此會消耗大量的熱能，提高橡膠水泥基材料的熱阻，減小導熱係數。橡膠導. 44.
(62) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 熱係數較低，約為0.1w/m.k，而普通混凝土的導熱係數為2.1 w/m.k。因此若將較 大量膠粉掺入混凝土中，可減小混凝土的導熱係數。Paine K.A等，對橡膠混凝 土的隔熱效能之研究顛示，混凝土中膠粉用量為粗骨料之80%~100%時，混凝土 之導熱係數將大幅減小，且具有優良之保溫隔熱效能，可作冬暖夏熱地區以框 架體係為主的建築物節約能源牆體材料[48]。另Paine K.A等對橡膠混凝土傳熱效 率之研究成果指出，以粒徑為0.5~20mm之膠粉替代粗骨料時，可使混凝土之隔 熱效能提高至與傳統絕熱材料相當。而橡膠粉完全替代粗骨料時，混凝土之導 熱係數小於0.3w/m K，且放置28天後所測得之抗壓強度高於5MPa [31]。此外， 若採用一定級配之橡膠顆粒以等體積取代砂，且掺量為0%－100%時，由試驗結 果顯示，掺入橡膠顆粒之水泥砂漿具有較小的熱傳導係數，其中全部用橡膠顆 粒等體積取代砂之水泥砂漿熱傳導係數僅為0.0999W/mK。顯示摻入橡膠顆粒砂 槳之熱傳導係數均小於基準砂槳熱傳導係數之0.23121W/mK。然而，熱傳導係 數的下降與橡膠顆粒摻量的增加並不成線性關係。同時，水灰比、灰砂比、亦 會影響砂漿之隔熱保溫性能。 若將純水泥與粒徑小於1mm之橡膠顆粒混和，試驗結果發現，熱傳導率將 隨橡膠量增加而減少。由於橡膠顆粒具有很低的熱傳導率，因此當添加進入水 泥時，橡膠水泥漿之熱傳導率隨橡膠添加量增加而減少。而當橡膠含量達50% 時，熱傳導率僅為 0.47W/m K，但抗壓強度可達10.50MPa [57]。此外，以通過4 號篩，停留在200號篩上的橡膠取代細骨材製成的水泥砂漿而言，其隔熱性亦隨 橡膠量增加而增加 [58]，如圖2-22所示。. 45.
(63) 廢輪胎橡膠混凝土應用於建築隔熱吸音牆板之研究. 圖2-22 水泥覆合物熱傳導性與橡膠添加量關係 資料來源：[57]. 46.
(64) 第二章 蒐集之資料與文獻分析. 第八節 橡膠水泥基材料之抗裂性與抗凍性. 1. 橡膠水泥砂漿的收縮效能 由於橡膠自身之彈性作用，可使水泥膠砂中之漿體，在吸附水消失時能夠 自由收縮，而延緩開裂時間。並且橡膠可抑制已有微裂縫之繼續廷伸，減小裂 紋寬度及數量，進而明顯改善混凝土之塑性收縮開裂[32]。文獻指出，在水泥 砂漿中摻加橡膠後，其乾縮率稍微減小。若使用經NaOH 處理後之橡膠則水泥 砂漿之乾縮率更可獲得明顯改善。同時，隨著橡膠摻量的增加，混凝土初裂時 間出現逐步延長之趨勢，且裂縫寬度亦有減小之趨勢。當增加橡膠摻量時，可 更有效改善水泥膠砂之抗開裂效能。而橡膠摻量大於10%時，橡膠混凝土之抗 裂性較聚丙烯纖維者佳。 2. 抗裂性 根據中心質理論，橡膠顆粒分佈在水泥基材料的三維網狀結構裡，形成了 不同於砂的柔性中心質，分散了水泥基材料內部產生的應力集中，同時橡膠顆 粒是一種粘彈性介質，可吸收、消耗掉大量的應變能，實現了能量的轉化，延 緩了裂縫的發生時間，降低了裂縫的發生機率，同時可以阻礙、抑制裂縫的發 展。橡膠水泥基材料由於橡膠顆粒以骨料方式分佈於其結構中，使其具有良好 之變形以緩解水泥基材料內部的拉應力，從而使得水泥基材料具有良好之抗裂 性。1998年，Raghvan 等人採用平板法測試添加廢橡膠水泥砂漿之塑性收縮裂. 47.
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