綠混凝土性質與指標之研究

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(1)綠混凝土性質與指標之研究. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國 98 年 12 月.

(2) PG9802-0238 098301070000G1007. 綠混凝土性質與指標之研究. 受委託者：國立臺灣科技大學研究主持人：張大鵬協同主持人：黃兆龍研究員：施正元陳君弢邱建國研究助理：陳柏存楊宗叡沈伯豪. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國 98 年 12 月.

(3) 目次. 目次表次 ········································································································· Ⅲ 圖次 ········································································································ V 摘要 ······································································································· VII 第一章緒論 ····························································································· 1 第一節研究緣起與背景 ·························································· 1 第二節研究目的 ······································································ 3 第三節研究方法與流程 ·························································· 3 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧················································ 7 第一節北美地區 ······································································ 7 第二節歐洲地區 ···································································· 18 第三節日本地區 ···································································· 20 第四節中國大陸地區 ···························································· 26 第五節國外綠混凝土評估···················································· 28 第三章國內之綠混凝土相關資料回顧·············································· 29 第四章綠混凝土評核手冊 ·································································· 35 第一節綠混凝土性質 ···························································· 35 第二節綠混凝土指標與評核 ··············································· 36 第三節工程實務案例 ···························································· 40 第五章與綠建材標章之結合 ······························································ 45 第六章結論與建議 ·············································································· 53 第一節結論 ············································································ 53 第二節建議 ············································································ 54 附錄一專家學者座談之會議紀錄 ······················································ 57 附錄二期中報告審查意見回覆表 ······················································ 79 I.

(4) 綠混凝土性質與指標之研究. 附錄三期末報告審查意見回覆表 ..................................................... 85 附錄四綠混凝土評核作業手冊(草案) ............................................. 91 參考書目 ······························································································· 131. II.

(5) 表次. 表次表 2-1 滿足 LEED 要求之混凝土使用相關評分準則 ······················ 17 表 2-2 日本環境對應型混凝土之原材料與製造過程之外部成本 ·· 22 表 2-3 日本環境對應型混凝土之環境負荷與外部成本對應表 ······ 22 表 2-4 中國大陸混凝土綠色度分級驗收指標 ··································· 26 表 2-5 中國大陸室內環境污染物濃度限量 ······································· 28 表 3-1 綠建材之概念 ············································································ 30 表 3-2 非金屬材料任一部份之重金屬成份檢出值標準表··············· 30 表 3-3 混凝土中飛灰取代水泥量之參考值 ······································· 32 表 3-4 日本高爐石粉種類與適用替代率之範圍 ······························· 33 表 3-5 再生粗粒料分類表 ···································································· 34 表 3-6 再生混凝土類別與使用範圍 ··················································· 34 表 4-1 國內工程實務所採用之混凝土配比 ········································ 41 表 4-2 國內工程實務所採用混凝土配比之性能表現 ························ 42 表 4-3 國內工程實務所採用混凝土配比試行評核結果（G 類綠混凝土） ···································································· 43 表 4-4 國內工程實務所採用混凝土配比試行評核結果（R 類綠混凝土） ···································································· 44 表 5-1 高性能 G 類綠混凝土評估表 ·················································· 47 表 5-2 高性能 G 類綠混凝土評估表(續) ··········································· 48 表 5-3 高性能 R 類綠混凝土評估表 ·················································· 49 表 5-4 高性能 R 類綠混凝土評估表(續) ············································ 50 表 5-5 高性能 G 類及 R 類綠混凝土評估表附件一 ························· 51 表 5-6 高性能 G 類及 R 類綠混凝土評估表附件二 ························· 52. III.

(6) 綠混凝土性質與指標之研究. IV.

(7) 圖次. 圖次圖 1-1 研究規劃流程圖 ··········································································· 5 圖 2-1 日本環境對應型混凝土評估範圍 ············································ 24 圖 2-2 日本環境對應型混凝土評估流程 ············································ 25 圖 2-3 中國大陸綠色高性能混凝土評估流程 ···································· 27 圖 4-1 G 類綠混凝土評核流程圖 ······················································ 38 圖 4-2 R 類綠混凝土評核流程圖 ······················································ 39 圖 5-1 高性能 G 類及 R 類綠混凝土評核流程圖 ··························· 46 圖 A-1 第一次專家座談會照片( I ) ··················································· 63 圖 A-2 第一次專家座談會照片( II ) ················································· 63 圖 A-3 第一次專家座談會簽到單 ····················································· 64 圖 A-4 第二次專家座談會照片( I ) ··················································· 71 圖 A-5 第二次專家座談會照片( II ) ················································· 71 圖 A-6 第二次專家座談會簽到單 ····················································· 72 圖 A-7 第三次專家座談會照片( I ) ··················································· 77 圖 A-8 第三次專家座談會照片( II ) ················································· 77 圖 A-9 第三次專家座談會簽到單 ····················································· 78. V.

(8) 綠混凝土性質與指標之研究. VI.

(9) 摘要. 摘要關鍵詞：綠混凝土、減碳、永續發展、再利用. 一、研究緣起由於人類的生存環境於本世紀面臨生態失衡的嚴重威脅，故於 1998 年「京都議定書」正式制定了各先進國二氧化碳排放減量的目標，「永續發展」也已成為全球各國一致努力的目標。混凝土為國內主要營建材料之一，使用量龐大，組成材料的生產過程中常伴隨著產生溫室氣體，因此本研究藉由蒐集國內外綠混凝土定義、性質與指標，並結合國內產官學界建議，希望建立我國綠混凝土的性質與指標，俾做為國內混凝土科技朝向節能減碳及永續發展的重要策略。. 二、研究方法及過程本研究藉由蒐集國內外綠混凝土定義與性質，參考國外綠混凝土評估指標，利用專家座談等方式，聽取產官學界建議，針對國內混凝土產業環境制定綠混凝土性質與指標，希望對於國內綠混凝土發展提出依循之參考。. 三、重要發現根據資料蒐集與專家座談結果，制定「綠混凝土評核手冊（草案）」，確立綠混凝土之定義，並建立綠混凝土評核性質與指標，不但能達到節能減碳目標，符合國際趨勢。. 四、主要建議事項根據本計畫「綠混凝土性質與指標研究」之研究成果，提出立即可行建議及長期建議之建議如下：. 立即可行之建議－綠混凝土性質與指標之後續研究主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：行政院公共工程委員會因本計畫案執行時程關係，故目前僅針對綠混凝土材料生產、製造與施工階段建 VII.

(10) 綠混凝土性質與指標之研究. 立相關評估流程與指標，並配合工程實務應用之配比進行試行驗證，惟尚未擴及整個混凝土結構之完整生命周期，故建議根據本研究案之結果，後續可擴及至綠混凝土之組成材料製作運送作業、綠混凝土使用後拆除作業與重製等階段，並進一步建立國內綠混凝土全生命周期過程中所排放之二氧化碳量相關資料與計算標準。. 長期性建議－舉辦綠混凝土性質與指標評核手冊內容專家座談與公聽會主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：行政院公共工程委員會節能減碳與永續發展已為世界各國致力之目標，在 2009 年底召開的哥本哈根會議更是嚴格制訂各國之溫室氣體排放與減量標準，而本研究完成的「綠混凝土性質與指標評核手冊」便是基於環境與永續的原則下所制定完成，所建立之綠混凝土評核性質與指標，不但能達到節能減碳之目標，符合國際趨勢，亦能改善預拌混凝土產品品質與業者形象，故建議未來持續舉辦相關專家座談與公聽會討論本研究報告之附件「綠混凝土性質與指標評核手冊」，以吸取更多方面建議，修改評核項目內容，以便未來推動時以獲得業者認同。. 長期性建議－將「綠混凝土」提案納入「高性能綠建材」評估項目主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：台灣建築中心國內目前對於建築物所使用之建材依類別有建立相關綠建材標章評核制度，且目前參與申請與評核之廠商相當踴躍，實施情況相當良好。據此，為提高混凝土業者品牌形象與利潤，本研究已完成將「綠混凝土性質與指標評核手冊」中對於綠混凝土之評核性質與指標，與現行之「綠建材標章」評定流程加以結合，而提出「高性能 G 類綠混凝土評核表」與「高性能 R 類綠混凝土評核表」，做為將來主辦機關提案納入「高性能綠建材」評估項目之依據。. VIII.

(11) 摘要. 長期性建議－建立綠混凝土標章制度推廣獎勵措施主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：行政院公共工程委員會建議政府工程相關單位將綠混凝土設計納入設計規範或建立相關獎勵措施，以增加混凝土業者取得混凝土標章之誘因，提高混凝土業者之申請意願與推廣。. IX.

(12) 綠混凝土性質與指標之研究. X.

(13) 摘要. ABSTRACT Keywords: Green concrete, CO2 reduction, Sustainable development, Reuse 1. Background The environment where people live faces serious threats from ecology unbalance in this century, therefore developed countries set a goal of carbon dioxide reduction inside Kyoto procotol in 1998, furthermore, sustain development becomes a globe target. Owing to large quantity of usage, concrete is a main construction material, during manufacturing lots of greenhouse gases emit. In this study, collecting the definitions, properties, and indices of green concrete overseas, combining suggestions of experts, establishing property and index of green concrete for domestic concrete industry as important strategies of concrete technology for energy saving, carbon dioxide reducing, and sustain development.. 2. Methodology and Process By way of collecting the definitions and properties of green concrete as well as referring evaluation indices, through expert meeting, finding out the suitable procedure and result for the future development of concrete industry in Taiwan.. 3. Important Discoveries According to data and conclusions, draft of green concrete assessment manual is finished, not only confirming the definition of green concrete, but also establishing the index of green concrete, conforming the international tendency of energy saving and carbon dioxide reducing.. 4. Major Recommendations Draft of green concrete assessment manual is able to be executed, let the concept of green concrete be promoted and prevailed. On the other hand, green concrete can obtain the medal of green construction material in the future, which improving the image and quality of XI.

(14) 綠混凝土性質與指標之研究. ready mix concrete industry, and extending the scope of entire life cycle of concrete structures.. XII.

(15) 第一章緒論. 第一章. 緒. 論. 本世紀全球暖化、酸雨、森林縮減、臭氧層破壞、異常氣候等現象，人類的生存環境面臨了生態失衡的嚴重威脅，也讓人們警覺到環境保護的重要性，因而展開全面性的地球環保運動，於 1998 年所公佈的「京都議定書」更正式制定了各先進國二氧化碳排放減量的目標，顯示地球環保的問題嚴然成為超國境和超政體的國際要務。最近於 2007 年底在印尼峇里島舉行的全球氣候變遷會談(COP13)，會後各國簽署之「峇里島路線圖」協議，是繼京都議定書後成為未來各國減碳與環境發展之依據，2009 哥本哈根全球會議，將更深一層規劃「節能減碳」之決心，顯示「永續發展( Sustainable Development)」已成為人類永續生存的關鍵議題。循此，營建工程業也有考慮共同為「節能減碳」盡些心力，先針對大量耗能且有明顯大量「碳足跡」的營建材料來著手，以其為人所詬病的混凝土為主。在國內一般建築與公共工程建設大都以混凝土為主要營建材料，使用量龐大，本研究即探討如何利用綠混凝土的性質與指標，以使混凝土由材料取得、生產、施工與與使用過程中，減少溫室效應氣體的排放及減輕對環境的衝擊，以及將工業廢棄物有效地作為混凝土組成的替代膠結材料及粒料，適當有效地減少混凝土中的水泥使用量，俾做為國內混凝土科技朝向節能減碳及永續發展的重要策略。. 第一節研究緣起與背景為了經濟發展及文明生活，人類大興土木，大事建設，對於環境的破壞規模，已擴大至地球的尺度，例如氣候暖化、酸雨、森林枯絕、臭氧層破壞、異常氣候等現象。所以，21 世紀的來臨，人類的生存環境面臨了生態失衡的嚴重威脅。有鑑於此，1992 年的「地球高峰會議」史無前例地聚集了 170 個國家的政府代表及 118 位的國家元首，共同商討挽救地球環境危機的對策，掀起了全球環保的熱潮。1993 年聯合國成立了「永續發展委員會」(United Nations Commission on Sustainable Development, UNCED)，從此展開全面性的地球環保運動。1995 年土耳其伊斯坦堡之「城市高峰會」提出綠色建築 1.

(16) 綠混凝土性質與指標之研究. 都市與永續都市議題；直到 1998 年，「京都環境會議」更正式制定了各先進國二氧化碳排放減量的目標，再次顯示了地球環保問題已成為超國境、超政體的國際要務，同時也顯示「永續發展( Sustainable Development)」已成為人類最重要的課題。1998 年加拿大溫哥華之「Green Building Challenge 1998」提出綠建築之議題；2000 年荷蘭馬斯垂克之「永續建築研討會」則正式以永續建築為名舉辦國際研討會；2007 年 12 月在印尼峇里島舉行的全球氣候變遷會議，各國簽署「峇里島路線圖」協議，為繼「京都議定書」成為未來各國減碳與環境發展之依據。至今，建築之永續考量已成為各國之重要發展政策目標，其主要考量點在於減少營建活動對地球環境的破壞，並減少資源的耗費。由於台灣的能源需求大部分仰賴進口，除了降低能源的消耗外，積極開發新能源亦勢在必行。針對上述建築之永續發展，台灣以綠建築為名展開相關之工作推動。我國於 1996 年成立永續發展委員會後，將綠建築議題納入台灣永續城鄉發展政策中，綠建築概念在台灣展開，此為綠建築議題正式進入國家政策之開端。隨著社會經濟的快速發展，為提升居住生活機能與品質，許多私人建築與公共工程建設也隨之蓬勃發展，這些工程建設大多以混凝土為主要材料，使用量龐大，然而在混凝土材料的生產與使用過程中也同時生成許多的溫室氣體，如生產一公噸水泥約在營建工程中產生一公噸的二氧化碳氣體，如此大量的二氧化碳氣體除會對環境造成巨大的衝擊之外，且與當今環保減碳永續發展的觀念背道而馳。如何減少大量碳足跡的水泥數量及體積成為台灣共同努力的目標，1980 年代以來混凝土科學與技術的快速發展，工業廢棄物如煉鋼後所產生的爐石與燃煤發電後產生的飛灰等，都被作為混凝土組成的材料。將這些材料適當加入後，除可以減少混凝土中水泥的使用量外，直接減少二氧化碳產生量、更重要的可提升混凝土耐久性質、增加其他工業廢棄物的附加價值與可再利用性，以達到環保減碳永續發展之目標與減少自然生態環境上巨大的衝擊。在這樣的背景之下，具有環保、減碳等綠色概念特性的綠混凝土因應而生，本研究希望藉帶動混凝土科技與相關產業朝向智慧、潔淨、效能及永續之目標前進。. 2.

(17) 第一章緒論. 第二節研究目的當混凝土科技走向永續發展與資源再利用之際，正是著手規劃與建立台灣相關綠混凝土性質與指標之最佳時機，期能建立本土化指標與推廣平台，帶動混凝土科技與相關產業朝向智慧、潔淨、效能及永續之目標前進，除了水泥減量同時提升混凝土耐久性質，並增加工業廢棄物的附加價值與再利用性，以達到節能減碳永續發展之目標。本研究目的藉他山之石以攻錯外，並依國情與經驗設定評估準則，最後落實實務工作，所以可分列如下： (1) 比較世界主要國家有關綠混凝土之定義、種類、特性及用途，作為我國推動使用綠混凝土之參考。 (2) 歸納綠混凝土製造技術與相關研究之發展軌跡，建立國內綠混凝土評估指標及適用範疇。 (3) 透過綠混凝土之指標，落實善用資源之理念，節能減碳以達成環境永續發展目標。 (4) 依據綠混凝土之指標，推廣綠混凝土應用範疇。. 第三節研究方法與流程本研究最終目的在建立台灣綠混凝土性質與指標評估模式，作為未來混凝土工程界之依循，整體研究方法與流程如下： 1.綠混凝土相關文獻資料比較分析關於綠混凝土性質與指標之研究，首先要先瞭解國內外關於綠混凝土相關之定義、種類、特性及用途以及綠混凝土相關技術報告、研究成果、工程實例與審核指標，而後進行資料比較分析，確認國內外綠混凝土相關特性並加以歸納分類整理，比較分析評量實施之方式與成效，進而訂定初步符合國情的綠混凝土之效能與應用指標。 (1)國外綠混凝土相關研究發展現況針對歐洲、美加、日本、中國大陸等主要地區，蒐集綠混凝土相關文獻資料、技術報告與施工規範等，綜合歸納整理分析。 3.

(18) 綠混凝土性質與指標之研究. (2)國內綠建築相關研究發展現況以國內相關單位(內政部、環保署等)為區別，蒐集關於環境保護與綠色標章之相關規定與檢核標準資料，加以分析整理，以便作為將來綠混凝土指標之關連性參考。 (3)現有國外綠混凝土相關檢測指標標準針對歐洲、美、加、日本、中國大陸等主要地區，蒐集綠混凝土指標之相關檢測標準與試驗方法，綜合歸類整理分析。 (4)現有國外綠混凝土相關工程實例蒐集國外現有之工程實績，分析整理其混凝土設計方式與相關參數，作為綠混凝土指標訂定之相關依據。 2. 綠混凝土指標可行性分析：依國外現有的綠混凝土相關指標與測試方法，選擇適合國內環境與使用的指標，再配合國內典型混凝土種類測試並調整指標參數，以符合國內之使用。 (1)實地訪視與專家座談實地訪視國內現有之綠建材與預拌混凝土製造廠商，瞭解產業製造流程作為將來評估之依據，並舉行產官學專家座談，提出綠混凝土評估指標，並進行沙盤推廣，使評估指標能被順利推動。 (2)綠混凝土性質與指標之訂定針對綠混凝土中所使用之工業廢棄物如飛灰、爐石等，以性能指標建立相關的使用量規定與材料性質，與來源檢驗標準與要求，再依施工條件訂定適合之綠混凝土相關工程性質如：有毒物析出量、坍(流)度、CO2 產生量、再生重複使用性、抗壓強度與耐久性(電阻、氯離子流通量、中性化)等功能性要求，建立各種功能綠混凝土評估指標。 (3)綠混凝土指標檢驗項目依前述所訂定之綠混凝土指標，建立指標之檢驗方法與訂定指標相關之核可標準，並配合現有規範起草綠混凝土指標檢驗規範。本研究之研究規劃流程如圖 1-1 所示。. 4.

(19) 第一章緒論. 綠混凝土性質與指標之研究. 文獻資料比較分析. 專家座談與訪視. 1.彙整國內外綠混凝土發展現況. 1.訪視國內混凝土相關產業製作流程. 2.分析相關檢驗指標與工程實例. 2.邀請專家座談研擬相關評估指標. 指標可行性分析 1.訂定綠混凝土性質 2.確定綠混凝土指標 3.綠混凝土指標檢驗項目. 確立綠混凝土評估指標. 綠混凝土性能評估表. 撰寫報告. 圖 1-1 研究規劃流程圖 (資料來源：國立台灣科技大學綠混凝土研究團隊繪製). 5.

(20) 綠混凝土性質與指標之研究. 6.

(21) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. 第二章. 國外之綠混凝土相關資料回顧第一節北美地區. 壹、綠混凝土定義 1.美國卜特蘭水泥協會[1] 美國卜特蘭水泥協會(Portland Cement Association, PCA)成立於 1916 年，成員的組成主要包括北美地區主要的水泥生產公司，宗旨在於促進並推廣卜特蘭水泥與混凝土。該協會基於能源暨環境先導設計評估(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)的精神提出綠混凝土應具備以下性質： (1)促進現地永續發展(Creation of Sustainable Sites) 綠混凝土具有以下特性可促進現地之永續發展： (A)再發展閒置污染的土地 (Redevelopment of Brownfield)：水泥不僅可用於固化及穩定曾受污染的土地，並可降低污染物的滲流量。 (B)保護或回復自然保留地(Protection or Restoration of Habitat)：建築物內的混凝土停車空間相對於戶外平面停車場而言，可降低對自然環境的衝擊。 (C)最大化戶外開放空間 (Maximization of Open Space)：建築物內低樓層的混凝土停車空間可降低對自然環境的衝擊，不僅減少整體結構物所佔的面積，亦可降低戶外平面停車場、道路空間及人行步道等所需的鋪面空間。 (D)控制暴雨逕流量 (Quantity and Quality Control of Stormwater)：使用透水混凝土可降低暴雨瞬間逕流量，同時亦可降低逕流所攜之各類污物。 (E)降低熱島效應(Reduction of Heat Island Effect)：相對於瀝青混凝土而言，使用淺色混凝土或透水混凝土做為鋪面、屋頂材料等，由於其陽光反射指數 (Solar Reflectance Index, SRI)高，故可降低熱島效應，進而節省室內空調所須的電力及增加空氣品質。 (2)增進能源使用效率(Enhancement of Energy Performance) 綠混凝土具有以下特性可增進能源之使用效率： 7.

(22) 綠混凝土性質與指標之研究. (A) 滿足最低能源效率要求 (Minimum Energy Performance) ：混凝土具高熱容 (heat-storage capacity)，因此可調節建築物內室溫的變化以降低空調的要求。 (B)達到最佳能源使用效率(Optimization of Energy Performance)：混凝土搭配其它節能裝置可使整體結構物滿足最佳能源使用效率。 (C)建築物再利用(Building Reuse)：由於混凝土具耐久性,建築物於翻修時可保留混凝土結構物，如外牆、屋頂及主構件等。 (D)營建廢棄物的再處理(Construction Waste Management)：混凝土結構物拆除後可藉由破碎等處理而再利用，例如運用於回填、路基材料等。 (3)使用回收材(Application of Recycled Materials) 綠混凝土組成成份包含回收材料，如飛灰、爐石、矽灰等卜作嵐材料與回收混凝土粒料。 (4)當地製造(Local Manufacture) 綠混凝土儘可能使用附近所產之材料以節省材料運輸距離。 (5)可建造耐久結構(Durable Structures) 綠混凝土本身使用卜作嵐材料而具耐久性,因此興建耐久結構物。美國卜特蘭水泥協會基於以上精神，除了發行了與水泥及混凝土相關的出版品外，並每年頒發獎項鼓勵採取永續發展的水泥製造廠及工程案例，於最近更提出高性能建築物永續發展要求草案(High Performance Building Requirements for Sustainability) 供各級政府立法與採用標準的參考。 2.美國國家預拌混凝土協會[2] 美國國家預拌混凝土協會(National Ready Mixed Concrete Association, NRMCA)成立於 1930 年，主要由預拌混凝土相關業者包含材料、製作、銷售、承包等各方面，其提出綠混凝土應具備以下性質： (1)耐久性(Durability) 綠混凝土可於不同的環境下提供適當的強度與可服務性(serviceability)，並可抵抗各種人為破壞，如火災、爆破等及各類自然災害,如地震、颶風等。 8.

(23) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. (2)當地製造(Local Production) 綠混凝土主成份包含粒料及用水多為現地附近可取得,進而降低運輸過程中對環境的衝擊。 (3)回收材料(Recycled Materials) 綠混凝土可使用工業廢棄物，如飛灰、爐石等，故可降低水泥用量,進而減少二氧化碳的排放。此外，廢棄混凝土可經由破碎等過程，將其中的粒料回收再利用，可用於新拌混凝土或回填料。 (4)暴雨控制(Stormwater Management) 透水混凝土可降低暴雨逕流量並可適當攔截污染物。 (5)節能使用(Energy Conservation) 綠混凝土可提供高隔熱性能，進而降低室內空調的要求。此外，綠混凝土硬固後表面可不需再粉飾，因而可降低興建與維護成本。 (6)高光反照率(High Albedo) 綠混凝土相對於其它常見材料而言，可提供較高的光反射率，用於屋頂與鋪面可因而降低熱島效應。此外，綠混凝土的高光反射率特性可降低建築物夜間外觀照明的需求。 (7)適合植栽屋頂(Ideal for Green Rooftops) 使用綠混凝土的低滲水特性可於屋頂植栽，進而降低熱島效應及室內空調的要求。 (8)LEED 評估得分 (LEED Credits) 使用混凝土有助於在 LEED 中取得分數。綠混凝土在以下類別有助於取得分數： (A)現地永續發展(sustainable sites)；(B)能源與大氣(energy and atmosphere)；(C)材料資源(materials and resources)；(D)創新與設計過程(innovation and design process)。美國國家預拌混凝土協會除持續舉辦一連串綠混凝土相關的研討會外，並針對從業人員辦理相關認證如永續混凝土專業認證 (NRMCA Concrete Sustainability Professional Certification)及綠混凝土建築專業認證(Concrete Green Building Specialist Certification)等。 9.

(24) 綠混凝土性質與指標之研究. 3.加拿大水泥協會[3] 加拿大水泥協會(Cement Association of Canada, CAC)成員的組成主要包括加拿大主要的水泥生產公司，其間許多亦同時是美國卜特蘭水泥協會會員，因此與卜特蘭水泥協會關係密切。該協會指出綠混凝土具有以下性質： (1)促進環境利益(Environmental Benefits) 綠混凝土的以下特性可促進環境利益： (A)低二氧化碳排放係數(Low CO2 intensity)：相對於其它營建材料，綠混凝土排放較少的二氧化碳。 (B)高資源使用效率(Resource efficient)：綠混凝土的成份如粒料等，多存於自然界中, 且易回復其自然狀態。 (C)可使用當地資源(Local resource)：綠混凝土的成份如粒料等多可由現地附近取得。 (D)較少營建廢棄物(Less construction waste)：綠混凝土係依據需求量所製作，故較少剩餘廢棄物。 (E)可再利用性(Reusable)。 (F)可為利用回收物的媒介(Recycling medium)：綠混凝土可含工業廢棄物或副產品，如飛灰、爐石等。 (G)廢棄混凝土可重生(New life for old concrete)：綠混凝土的成份如粒料等可回收再利用。 (H)補充含水土層(Replenishes aquifers)：綠混凝土可降低暴雨逕流量並可讓逕流回歸地下水層。 (2)促進經濟利益(Economic Benefits) 綠混凝土的以下特性可促進經濟利益： (A)具成本效益(Cost-effective)：綠混凝土相對於其它營建材料在整體生命週期而言成本較低。 (B)建築耐久結構(Longer-lasting structures)：綠混凝土具耐久性，故可降低建築物維護及重建的成本。 10.

(25) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. (C)低運輸成本(Reduced transportation costs)：綠混凝土可當地製造。 (D)低使用成本(Lower operating costs)：綠混凝土因具高熱容，可降低室內對空調的要求。 (E)低照明花費(Lower lighting costs)：綠混凝土具高反光率，可降低建築物夜間照明的需求。 (F)表面不需粉飾(No need for additional interior or exterior finishe)：綠混凝土表面可不需粉刷。 (3)促進社會整體利益及生活品質(Social and Quality of Life Benefits) 綠混凝土的以下特性可促進社會整體利益及生活品質: (A)安全性(Safety)：綠混凝土可抵抗許多種類的破壞,如火災、風災、地震等。 (B)較佳室內空氣品質(Better indoor air quality)：綠混凝土相對於其它營建材料不釋出有害氣體。 (C)潔淨性(Cleanliness)：綠混凝土易清理且不易孳生黴菌。加拿大水泥協會除了發行一些關於水泥及混凝土永續性的出版品外，並定期出版水泥工業的永續展望報告，該協會亦協助修訂水泥國家標準，期符合 LEED 的精神。. 貳、綠混凝土評估準則 1.美國卜特蘭水泥協會美國卜特蘭水泥協會針對前述綠混凝土的性質，建議可以以下條件另訂定綠混凝土的評估標準： (1)穩定土壤能力 (2)降低滲濾污物能力：可降低污物至一定濃度以下。 (3)高滲透性：至少降低暴雨逕流量達 25%以上。 (4)降低熱島效應能力：藉由控制表面性質如顏色及平滑度等來促使陽光反射指數(Solar Reflectance Index, SRI)至少大於 29。此外，ASTM E 1980-01 內有各類材料關於陽光反射指數的計算值。 11.

(26) 綠混凝土性質與指標之研究. (5)高熱容性：使用混凝土時，必須考慮建築物是否滿足 ASHRAE/IENSA Standard 90.1-2004 的規定，對於新建建築物必須可節能 10.5%至 42%，對於既存建築物則必須節能 3.5%至 35%。 (6)使用回收材比例：至少使用總重 10%以上的回收材，或是使用少於 40%的水泥用量，或是 40%以上的水泥被其它膠結材料所取代。 (7)使用當地材料：至少總價 10%以上的原料生產地離現地 500 英哩內。 2.美國國家綠建築標準[4] 美國國家綠建築標準(National Green Building Standard, NGBS)係由全美住宅建築商協會(National Association of Home Builders, NAHB)經多年研發後，於 2009 年正式被美國國家標準協會(American National Standards Institute, ANSI)所採用，將於未來做為美國綠建築興建與評估的指南之一。NAHB 成立於 1942 年，是美國重要的商會之一，於各地設有超過 800 個分支機構，約 2/3 的成員為住宅建造及修繕業者，其餘亦多為相關業者，如建築材料供應商、仲介商、房屋貸款業者等。NAHB 內部的次團體的工作包括分析當前住宅工業的相關政策議題、透過大眾媒體介紹住宅工業、監測並改善當前的住宅財務系統、分析未來經濟與消費趨勢、提供會員教育訓練與相關資訊等，可以說 NAHB 是相關行業於國會的重要遊說團體之一，影響美國政府制定相關之立法與規範等。 NGBS 其架構係以各項評分及總積分來評定建築物，依積分高低分為：(1)寶石級 (emerald)；(2)金等(gold)；(3)銀等(silver)；(4)銅等(Bronze)。雖然 NGBS 是 ANSI 當中唯一採用的綠建築評分標準，但由於其制定背景，目前該標準的認證係由 NHAB 下的研究中心辦理，申請認證者多為私有住宅的建築企畫案。直到目前為止，已有超過 500 個企畫案獲得認證。NGBS 當中雖無明確定義綠混凝土,但該標準中的第六章提到資源使用效率(Resource Efficiency)，其部份條文可為綠混凝土的評估指標： (1)使用回收材料：依使用回收料的百分比給予分數。 (2)可回收性：依使用材料的可回收種類數量給予分數。 (3)使用可再生材料：可再生材料多指生物產品(biobased products)，依其所使用的種類 12.

(27) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. 與比例給予分數。 (4)使用再生能源製造：製造產品過程中所須能源須有一定比例來自再生資源、再生能源或廢物燃燒所得。 (5)使用當地原料生產：產品所需原料應多為當地生產。 3.能源暨環境先導設計評估[5] 能源暨環境先導設計評估(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)係由美國綠建築協會(U.S. Green Building Council, USGBC)所研發用來評估建築物永續發展之評分系統。該非營利組織成員組成廣泛，不僅涵蓋建築業者亦包括學者專家、政府代表、一般民眾及其它非營利組織等，成立目的在於改善建築物與社區的設計、建造及營運方式以實現具環境與社會責任、健康、繁榮的環境並提升生活品質。 LEED 自 1994 年發展以來，其經由不斷討論已修訂數版，內容日趨完備，近年來更廣為美國與世界各國所接受，已成為國際間認可之綠建築標章系統之一。其建立的目標在於：(1)建立評估綠建築的標準；(2)整合建築物的設計流程；(3)建立建築業界環境優先的觀念；(4)激勵綠觀念的競爭；(5)促進消費者瞭解對綠建築的益處；(5)轉變建築業的市場生態。有別於前述之美國國家綠建築標準(NGBS)，新版 LEED(v3, 2009) 涵蓋範圍更廣且規定更為明細，主要內容分為三大部份：(1)綠建築設計與施工指南 (Green Building Design and Construction Reference Guide)；(2)綠建築內裝設計與施工指南(Green Interior Design and Construction Reference Guide)；(3)綠建築運作與維護指南 (Green Building Operations & Maintenance Reference Guide)。 LEED 係以積分形式來評估一個新建物計畫對環境的友善程度。依其各項目評分及總積分高低，最新版的 LEED 授予各計畫四級認證，分別為(1)認證通過(Certified)、(2) 銀等(Silver)、(3)金等(Gold)、(4)白金等(Platinum)。該認證逐漸為美國各級政府所接受，目前已有 45 個州以立法、行政命令、政策宣導等方式獎勵建築業採取 LEED 認證，如稅收減免，以辛辛那提市(Cincinnati, Ohio)為例，新建或翻修建築物可獲得 100%的房屋稅減免。於內華達州(State of Nevada)，使用合乎 LEED 標準的營建材料即可獲當地稅的減免。以行政命令而言，更多中央政府及地方機關要求公用建築必須合乎 LEED 13.

(28) 綠混凝土性質與指標之研究. 認證，例如：能源部(Department of Energy)提出承租或新建價值超過 500 萬美金的中央政府建築物宜獲得 LEED 金等以上認證；內政部(Department of Interior)要求所屬總價超過 200 萬美金的新建或翻修建築物必須達到 LEED 認證；環保署(Environmental Protection Agency)要求所屬面積大 2 萬平方英呎的新建建築物必須滿足 LEED 金等認證；農業部(Department of Agriculture)要由所屬之新建或翻修建築物必須達到 LEED 銀等認證。其它如政策宣示：國務院(Department of State)承諾未來 10 內於全球所新建之大使館採用 LEED 認證；工兵署(U.S. Army)承諾所有新建築達到 LEED 銀等以上認證。僅就最近半年內就有三個州政府採用不同方式鼓勵採用 LEED，如伊利諾州(State of Illinois)新法案要求新建建築物的構件必須具永續性，LEED 認證所需費用可由州稅基金(Illinois Tax Increment Fund)補貼。新建或翻修州屬建築物必須有 LEED 或其它相關認證，當面積大於 1 萬平方英呎時則必須滿足至少銀等；紐約州(State of New York)新法案要求州屬建築物滿足 LEED 或其它相關認證；田納西(State of Tennessee)新法案允許負責新建部門增加綠建築與能源效率的投資甚至於辦理 LEED 及相關認證所需之費用。其它地方政府亦有類似法案，但通常要求項目更明確如：Bothell 市(Bothell, WA) 要求減少停車空間、授權使用替代營建材料、依所獲認證等級給予 10%~50%的建築執照稅減免。San Jose 市(San Jose, CA)為確保建築物進行認證，申請建築執照時必須預付保證金。Wilmington 市(Wilmington, OH)劃定特地區域，其中獲得 LEED 認證的建築物可得 50~75%執照費的減免。 LEED 內各項要點並非嚴格要求，其訂定基本上採共識決及市場導向的架構以促進產業採用。雖然其中並無針對混凝土材料使用的專章，但基於以下各點精神應可運用於綠混凝土的製作上： (1)促進現地永續發展 (Sustainable sites) (2)提升用水效率 (Water efficiency) (3)降低能源使用 (Energy performance) (4)使用再生及回收資源 (Reused, recycled materials and resources) (5)提升室內環境品質 (Indoor environmental quality) 14.

(29) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. (6)使用創新技術及設計流程 (Innovation and design process) (7)地域優先性 (Regional priority) 另外，RMC 研究與教育基金會(RMC Research & Education Foundation)也整理出混凝土的使用可滿足 LEED 的要求如表 2-1 所示[6]： 4.其它學者關於綠混凝土所應具備之性能與評估準則，美國學者們也陸續提出他們的見解。 Khan 指出對於環境友善的混凝土應具備以下條件包括有[7]：(1)降低卜特蘭水泥用量並提升摻料用量；(2)以回收混凝土為粒料並提升其用量；(3)預拌混凝土廠使用回收水； (4)使用非飲用水；(5)使用提升粒料及拌合水效能的材料；(6)設計壽命可達 100 至 150 年之耐久結構物；(7)利用混凝土來從事污染控制。 Mehta 也曾在 1999-2001 年間指出可以下指標來降低混凝土製造及使用過程中對環境的衝擊[8-10]：(1)降低水泥用量(Cement conservation)：使用工業廢棄物，如飛灰、爐石等；(2)降低粒料用量(Aggregate conservation)：使用回收粒料，並回收廢棄混凝土等； (3)降低用水量(Water conservation)：使用較佳級配、減水劑、回收水、非透水性織布養護等；(4)提升耐久性(Concrete durability)：使用工業廢棄物、較佳級配、減水劑等來降低劣縫產生及長期乾縮量。在 2009 年，Mehta 指出為降低二氧化碳的排放量，混凝土的製作方面可朝兩方向努力，包括藉由配比設計提升水泥的使用效率及藉由摻料的使用來降低熟料的使用[11]。他同時指出目前水泥工業正朝以下目標努力,期能於 2030 年前達到下列目標：(1)降低水泥用量達 30%以上；(2)熟料佔水泥的成份由 0.83 降至 0.60 以下；(3)利用生物或工業廢棄物作為熟料製造所需之能源,所佔總需能源比例提升至 20%以上。另外，Gottfried 於 1996 年曾提到以下列兩項來評估混凝土的永續發展性，包括[12]： (1)使用資源效率(Resource-efficient options)方面，使用飛灰及爐石、使用回收及輕質粒料、提升鋼筋抗蝕及使用低廢料產生之模板等；(2)對於人類健康與環境污染影響(Health and pollution issues)方面，須考量混凝土使用摻料後所釋放出的氣味與化合物等及摻料製作本身所需原料對環境的影響。而 Penttala 於 2009 年則主張依以下各點來評估綠混 15.

(30) 綠混凝土性質與指標之研究. 凝土[13]：(1)永續發展(Sustainable development)期望生產過程中所有材料都可被利用及回收，而無廢棄物產生； (2) 生產過程中的耗能與熱釋放 (Production energy and emissions)；(3)整體結構物的生命週期分析(Life span analysis)；(4)回收性(Recycling of concrete)；(5)建築物所需功能(Functional Properties of Buildings)。. 16.

(31) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. 表 2-1 滿足 LEED 要求之混凝土使用相關評分準則. [6]. (資料來源：Ready Mixed Concrete Industry LEED Reference Guide). 17.

(32) 綠混凝土性質與指標之研究. 第二節歐洲地區壹、綠混凝土定義歐洲地區對於綠混凝土之定義如下： 1.混凝土結構之生命周期(life cycle)所有階段中，對環境可能造成衝擊降至最低的最佳形式，包括原料的取得、組成物質的生產、混凝土的製作、運輸與興建、維修、拆除與回收[14]。 2.環境友善(environmental-friendly)之混凝土結構 3.資源節約(resource saving)之混凝土結構. [15]. 。. [16]. 。. 4.環境永續(environmental sustainable)之混凝土結構. [17]. 。. 另外，綠混凝土產製所使用之組成材料如下所列： 1.增加傳統剩餘產物的使用，例如飛灰。 2.使用混凝土工業的剩餘產物，例如粒料碾碎的石塵、洗滌拌合裝置的泥漿等。 3.使用非混凝土工業的剩餘產物，例如污泥、灰渣等。 4.使用對環境衝擊小的水泥。. 貳、綠混凝土研究之發展[18-21] 自 1990 年開始，歐洲地區混凝土與環境相關議題由廢水與拆除混凝土之回收，進展至生命周期參數之決定。1997 年歐洲 Brite/EuRam 資助以丹麥為主結合希臘、義大利、荷蘭等歐洲國家進行為期三年混凝土生產潔淨技術之研究，而後進展成為一項金額丹麥幣 2 仟 2 佰萬元(約台幣 1 億 4 仟萬元)為期四年(1998 年 7 月~2002 年 6 月)之計畫，名稱為「生命周期混凝土產品之潔淨技術解決方案(TESCOP-Cleaner Technology Solutions in the Life Cycle of Concrete Products)」。潔淨技術包括降低混凝土製造之耗水量、使用省電之照明設備、碾製粒料之回收、使用低耗能製造之水泥、減少配比之水泥量等項目。丹麥因此項計畫成立「丹麥綠混凝土中心」(Danish Centre for Green Concrete)，研究議題如下所列： 1.混凝土含低燒結塊狀物(Concrete with minimal clinker content)； 18.

(33) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. 2.混凝土添加綠種類膠結材料(Concrete with green types of cement and binders) ； 3.混凝土添加無機殘留產物(Concrete with inorganic residual products)； 4.綠混凝土結構之效能與維護(Performance and maintenance of green concrete structures)； 5.綠營建技術與綠混凝土技術(Green construction technical solutions and construction technical solutions for green types of concrete)。此外，2001 年北歐創新中心(Nordic Innovation Center)資助丹麥技術研究院(Danish Technology. Institute,. DTI) 成立混凝土與環境相關平台 (http://www.. ConcreteforEnvironmrnt .net) 。另歐盟委員會(EU Commission)亦資助丹麥技術研究院進行一項金額 34 萬歐元(約台幣 1 仟 5 百萬元) 為期三年(2003 年 12 月~2005 年 12 月)之計畫，名稱為「混凝土生命周期二氧化碳之吸收(CO2 uptake during the concrete life cycle)」，探討北歐國家混凝土中性化對於環境之影響。2006 年 5 月 18~19 日於波蘭華沙舉行之「永續營建之挑戰－混凝土方法(Challenges for Sustainable Construction: the“concrete” approach)」國際研討會，綠混凝土為重要之議題，除了日本與紐西蘭，歐洲主要國家均有專家學者與會分享經驗。另外，歐洲地區另一發展綠混凝土之組織為國際混凝土協會(fib - fédération internationale du béton)，其創立於 1998 年，係結合於 1952 年創立之歐洲混凝土協會 (Comité Euro-International du Béton, CEB)與國際預力協會(Fédération Internationale de la Précontrainte, FIP)。國際混凝土協會於 2006 年時在第八委員會「混凝土」下設立「綠混凝土」工作小組；然而 2008 年轉成在第三委員會「環境層面之設計與建造」(Environmental aspects of design and construction)下設立「混凝土結構生命周期設計之綠混凝土技術」(Green concrete technologies for life-cycle design of concrete structure)工作小組。該工作小組主席及秘書分別為隸屬丹麥技術研究院之 Glavind 和 Nielsen，成員包括日本、德國、比利時、荷蘭、瑞典、加拿大等國之專家學者。經由組織之推動，希冀建立實務取向之準則，提出混凝土結構生命周期中降低環境衝擊之最佳可得技術(BAT- Best Available 19.

(34) 綠混凝土性質與指標之研究. Technologies)，並配合同一委員會下「混凝土結構環境設計之應用」工作小組之發展目標。. 第三節日本地區壹、綠混凝土定義[22-24] 2008 年於日本所舉辦之洞爺湖高峰會，「環境」為其最重要議題，且 2009 年美國總統歐巴馬也以「環境」為景氣回復與擴大就業之重要支柱。可知世界各國為達環境永續此一目標均持續努力，而位居亞洲領導地位之日本於 1990 年起即針對此一問題進行探討，並對混凝土等相關營建產業進行研究。日本混凝土工學協會之生態混凝土委員會於 1994 年即定義生態混凝土(Eco-concrete)及其所應具備之性能，經多年之研究與發展，將綠混凝土分為兩類型，並分別給予不同之定義，分述如下： 1.環境對應型混凝土：保持混凝土之基本性質，並隨時間增加而改善所使用地區之週邊環境。而基於自然環境考量之各種要求性能，如：綠化植生性能、水質淨化性能、温熱調合性能、調濕性能、吸音遮音性能、生物多樣性能及景觀性能等。 2.環境思慮(或考慮)型混凝土：保持混凝土之基本性質，不產生環境負荷 (有害變化產生)或能進行環境改善(有益變化產化)。基本上可分為：省資源型、省能源型、減低環境負荷型及長壽命型等。. 貳、環境思慮型混凝土之評估要項與方法 1.環境思慮型混凝土之評估要項[22-24] 環境思慮型混凝土依下列各種類型，評估要項分述如下： (1)省資源型環境思慮型混凝土 (A)再生材料佔原材料之使用比率，及再利用可能之材料比率； (B)施工方法所減少之天然資源使用量； (C)現場施工時剩餘材料或資材之最小量。 (2)省能源型環境思慮型混凝土 20.

(35) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. (A)原材料於採取、加工及製造各階段之能源使用； (B)材料或使用機具之運送距離或工廠位址； (C)施工方法及機具之能源使用。 (3)減低環境負荷型環境思慮型混凝土 (A)原材料於採取、加工及製造各階段之環境負荷物質(CO2、NOx、SOx 等) ； (B)施工階段及使用機具之環境負荷物質。 (4)長壽命型環境思慮型混凝土 (A)設計階段之長壽命型設計條件考慮； (B)使用年限提升之原材料選定與製造； (C)使用年限提升之施工規畫。 2.環境思慮型混凝土之評估方法[25-26] 其評估方法主要係針對材料生命週期之環境負荷評估（Life-cycle impact assessment, LCIA），意即由混凝土材料產製、運送、澆灌至最後拆除回收之過程中，計算其資源使用量或投入量與廢棄物排出量，以及上述二項對人體健康、社會資產、生物多樣性、一次生產能力等保護對象影響進行定量評估，再依據各保護對象之權重係數進行統合化之單一環境影響指標建立。統合評估結果可用數值或金錢表示。其中環境負荷所造成之成本可稱為「外部成本」 (External Cost Intensity, EPI)，如表 2-3 所示，而兩者之對應關係如表 2-4 所示。. 21.

(36) 綠混凝土性質與指標之研究. 表 2-2 日本環境思慮型混凝土之原材料與製造過程之外部成本. [25-26]. 註：* CO2、SO4、NO2……分別表示二氧化碳、氧化硫、氧化氮、甲烷、一氧化二氮、煤塵、化學需氧量、總氮、總磷、石油、煤炭 ** 10t 卡車之輸送. (資料來源：コンクリートの環境性能評価法と環境配慮型調合設計法の提案、環境配慮型材料設計のためのコンクリートの環境負荷性評価). 表 2-3 日本環境思慮型混凝土之環境負荷與外部成本對應表. [25-26]. * 森林 CO2 吸收之減少量加算至材料製造及運輸等過程中。 ** 林地主要設定轉換為採石場及最終處理場之面積。 (資料來源：コンクリートの環境性能評価法と環境配慮型調合設計法の提案、環境配慮型材料設計のためのコンクリートの環境負荷性評価) 22.

(37) 第二章國外之綠混凝土相關資料回顧. 上述外部成本之計算公式如下所列：. EPI = ∑ [(∑ Eijv − ∑ Eirw ) × Fi ] i. j. (2-1). r. 其中，i = 環境負荷因子；. j = 使用資源或運送等項目； r = 廢棄物或回收材料使用； Fi = 環境負荷因子之外部成本； Eijv = 使用資源或運送項目 j 所造成之環境負荷因子 i；. Eirw = 廢棄物或回收材料 r 之使用而減少環境負荷因子 i (可減低廢棄物處理所造成之環境負荷，如燃燒或掩埋等)。根據上述各參數定義，式(2-1)又可改寫成如式(2-2)：. EPI = ∑ M m × S m. (2-2). m. 其中，m = 混凝土製造用之原料與過程；. M = 混凝土製造用之原料與過程之量； S = 混凝土製造用之原料與過程之外部成本。而環境負荷因子分為下列幾項：. (1)氣體污染物 (生態綠建材-環境負荷)：CO2、Sox、NOx、CH4、N2O、煤塵(SPM)。 (2)水污染物 (生態綠建材-環境負荷)：COD、T-N、T-P。 (3)能源消耗 (生態綠建材-省能源)：石油、煤炭、天然氣、鈾。 (4)土壤環境改變(生態綠建材-環境負荷)：因採石或掩埋所造成之動植物棲息環境、土地利用改變等，主要利用土壤環境改變造成二氧化碳之吸收減少量予以評估。. (5)廢棄物或回收材料使用(再生綠建材-省資源)。此評估準則實際應用時之評估範圍如圖 2-1 所示，主要範圍包括：. (1)混凝土 1 次原料，如：粘土、石灰岩、粒料等之採取。 (2)混凝土 2 次原料，如：水泥、粒料等製造。 23.

(38) 綠混凝土性質與指標之研究. (3)原料運輸。 (4)混凝土拌合或製造。 (5)固體廢棄物。 (6)混凝土輸送/施工-相同要求品質下所造成之環境荷負大致相同，因此忽略不計。 (7)混凝土維持管理-相同要求品質下所造成之環境荷負大致相同，因此忽略不計。. 圖 2-1 日本環境思慮型混凝土評估範圍. [25-26]. (資料來源：コンクリートの環境性能評価法と環境配慮型調合設計法の提案、環境配慮型材料設計のためのコンクリートの環境負荷性評価) 此評估方法之流程如圖 2-2 所示，其中所得之配比必須經過試驗以確認該配比是否符合品質要求（用途、使用場所、抗壓強度、使用年限、施工期間之平均氣溫、抗壓強度偏差、坍度及空氣量等），並同時進行配比調整。. 24.