廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

計畫類別：個別型計畫

計畫編號： NSC91-2211-E-011-056-

執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學營建工程系

計畫主持人：沈進發共同主持人：劉正達

報告類型：精簡報告

處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 92 年 10 月 28 日

(2)

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

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

計畫類別：□ 個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號：NSC 91-2211-E-011-056

執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日

計畫主持人：沈進發

共同主持人：蘇南、劉正達計畫參與人員：朱東川

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

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、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

執行單位：國立台灣科技大學、國立雲林科技大學

中華民國九十二年六月二十日

(3)

1

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

Preparation of NSC Project Reports

計畫編號：NSC 91-2211-E-011-056

執行期限：91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日

主持人：沈進發國立台灣科技大學營建系共同主持人：蘇南國立雲林科技大學營建系

劉正達私立建國技術學院土木系計畫參與人員：朱東川國立雲林科技大學營建系

一、中文摘要

本研究希望將廢棄牡蠣殼粉有效地運用於混凝土材料上，並探討是否對卜作嵐反應有所影響，且在兼顧工作性與強度之前提下，得到廢棄牡蠣殼粉之最佳使用方式及用量，以使廢棄牡蠣殼資源化，研究結果顯示，牡蠣殼粉的取代將造成工作性與強度之降低，細化後之牡蠣殼粉與飛灰、爐石粉取代水泥於水泥砂漿及混凝土，可改善工作性、提高抗壓強度、降低砂漿體中之氯離子含量。

關鍵詞：牡蠣殼、Ca

²⁺

、卜作嵐反應

Abstract

This research attempts to use the oyster shell powder as concrete material effectively, we interest in the influence of the oyster shell powder in pozzolan reaction and find out the optimal way and amount of this material considering both the workability and the strength. The results show that the substitute of oyster shell powder decreases workability and compressive strength, but the mixed materials of grind oyster shell powder, and fly ash or slag powder instead of cement in mortal and concrete can improve its workability, compressive strength, and the durability of chloride penetration.

Keywords: Oyster Shell, Ca

²⁺

, Pozzolan reaction

二、緣由與目的

牡蠣殼處理一直是令人頭痛的問題，

不僅直接造成生態環境的污染，也間接影響人類生活的品質，將牡蠣殼資源化，不僅解決處理問題，更可減少資源的浪費。

在早期尚未使用水泥時的時候即有許多建築物已將牡蠣殼粉作為建材，如赤崁樓、

安平古堡(又稱熱蘭遮城)，兩座城堡皆以糯米、糖漿、砂與牡蠣殼粉調製而成之混合物作為灰漿，而早期的建築物(如土埆厝)，則以少量石灰或牡蠣殼灰為膠著劑。

倘若牡蠣殼粉可有效取代水泥及細骨材，使此二樣用量降低，則對於空氣污染、

溫室效應及河川骨材的需求等所造成之影響降低，小則達成節省資源、減少廢棄物量的目標，大則對我國環境維護及提升國際地位都有極大的幫助。

三、試驗變數

1.試體種類：水泥砂漿試體。

2.齡期：3 天、7 天、28 天、56 天與 90 天。

3. 牡蠣殼粉細度： 1500 cm

²

/g 與 3500 cm

²

/g。

4.水泥砂漿：

(1).牡蠣殼粉取代部分水泥：

(a).水膠比： 0.485、0.58 及 0.68。

(b).取代水泥量：0%、10%及 30%。

(2).牡蠣殼粉取代部分砂：

(a).水膠比： 0.52、0.58 及 0.68。

(b).取代水泥量：0%、5%、10%及 15%。

(3).飛灰或爐石粉與牡蠣殼粉共同取代部分水泥：

(a).水膠比： 0.485、0.58 及 0.68。

(4)

(b).取代水泥量：0%、飛灰(或爐石粉)5%和牡蠣殼粉 5%及飛灰(或爐石粉)10%。

四、結果與討論

1.牡蠣殼粉、飛灰及爐石之基本性質依 CNS10896 [卜特蘭水泥混凝土用飛灰及天然卜作嵐攙和物檢驗法] 進行水泥、牡蠣殼粉、飛灰及爐石之物理性質分析，由表 1、表 2 所示。

2.工作性

牡蠣殼粉取代水泥方面，砂漿體流動性隨水膠比增加而增加，相同細度下，隨牡蠣殼粉取代量而遞減，相同取代量，高細度牡蠣殼粉流動性相較於低細度大，細度 3500 cm

²

/g 牡蠣殼粉流度值也較控制組 (0%)高，由此可知，牡蠣殼粉取代後其流動性降低，為了消除此缺點，因將牡蠣殼粉予以細化，以增加流動性，見圖 1。

牡蠣殼粉與飛灰取代水泥方面，在高水膠比時甚至高於飛灰取代組，由此可推測，藉助飛灰之特性，牡蠣殼粉與飛灰共同取代可提高流動性，而爐石粉提升流動性之效應並無飛灰明顯，有可能是拌和水量還不足以使爐粉石產生提高漿體流動之效應所致，此時藉細度 3500 cm

²

/g 牡蠣殼粉產生較佳流度，然而在高水膠比時爐石粉開始利用斥水之特性使流動性提高，見圖 2、圖 3。

牡蠣殼粉取代砂方面，因砂所佔之體積為砂漿體中最大者，牡蠣殼粉取代砂皆產生流度降低之現象，其原因如同取代部分水泥一樣，見圖 4。

3.抗壓強度

抗壓強度以水膠比 0.485 為例，牡蠣殼粉取代水泥方面，強度隨取代量增加而降低，由卜作嵐活性指數可推測，牡蠣殼粉本身活性較低，膠結性不足，造成強度降低，細度 3500cm

²

/g 相較細度 1500cm

²

/g 於強度上有增加之趨勢，尤其以取代 10%

組，甚至超越控制組，原因乃高細度能填充孔隙，使漿體結構緻密，細度 1500cm

²

/g 牡蠣殼粉雖顆粒粗，又是不規則片狀，但細化後使比表面積增加，使漿體中孔隙減

少，此證明高細度對強度上有提升作用，

取代量超過 10%後，水泥凝聚力不足，結構體將不再緊密，導致強度降低，見圖 5~

圖 7。

牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉取代方面，

因為牡蠣殼含有大量的碳酸鈣及氯含量，

根據文獻研究中，此二者皆能提供早期強度發展，所以在早期時強度由牡蠣殼粉所提供，而晚期強度則由飛灰卜作嵐反應提高，如此相互作用，使牡蠣殼粉與飛灰取代水泥強度較控制組高，見圖 8~圖 13。

取代砂方面，牡蠣殼粉取代 5%砂，抗壓強度相較於控制組高，其他取代量為 10%及 15%均使強度降低，原因係牡蠣殼粉細度較一般標準砂細，雖牡蠣殼粉有易吸水及不規則片狀性質，但針對只有取代 5%

的量，顯然影響微乎其微，且似乎有填充孔隙效用，見圖 14~圖 16。

4.氯離子含量

牡蠣殼粉為海水養殖產物，長期生長於高鹽分海水中，而海水含有多種類及高濃度之氯化物成分，在牡蠣殼粉取代水泥方面，漿體中氯離子含量隨取代量增加而增加，水膠比的提高，氯離子濃度有降低趨勢，依細度而言，因為是以重量取代，

所以 1500 cm

²

/g 與 3500 cm

²

/g 兩者差別不大，見圖 17。

牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉取代水泥方面，除牡蠣殼粉取代量降低關係，所含氯離子量減少外，Dhir[21]曾指出飛灰中之 Al

²

O

³

在水泥水化過程中，釋放出溶解性氧化鋁，此類氧化鋁會與氯離子發生化學結合成氯鋁酸鹽(Chloro-Aluminates)，因而降低氯離子量，爐石粉也推測如此，另外飛灰與爐石粉氯離子量高於控制組之可能原因，推測飛灰與爐石粉取得來源為台塑麥寮廠及中聯爐石高雄廠，兩廠位於濱海地區，長期受高鹽分海風吹蝕，造成粉體本身多少含有些低量氯化物成分，見圖 18、圖 19。

牡蠣殼粉取代砂方面，因以取代砂量

計算，水泥與砂比為 1：2.75，相對牡蠣

殼粉取代水泥之量雖同為 10%，但仍顯的

比取代水泥量多，所以牡蠣殼粉取代砂之

氯離子量相對增加許多，見圖 20。

(5)

3

依 CNS 12891「混凝土配比設計準則」

規定，鋼筋混凝土氯離子含量需低於 0.3 kg/m

³

，預力混凝土需低於 0.15 kg/m

³

，牡蠣殼粉取代水泥 30%以上超過 0.15 kg/m

³

標準值，而取代砂皆超過 0.15 kg/m

³

標準，且 10%及 15%更超過 0.3 kg/m

³

標準以外，倘若添加於混凝土中仍需考慮提高水灰比或是降低取代量，且必需視配比設計、添加物種類及含量而定。

5.X 光繞射分析

牡蠣殼粉取代方面，由圖中可看出大部分尖峰值皆為 Ca(OH)

²

，隨齡期增加而提高，也有少量因牡蠣殼粉的取代造成 CaCO

³

的生成，雖然我們知道水泥水化會生成些微的 CaCO

³

，但牡蠣殼粉之取代所造成 CaCO

³

之提高更加明顯，而 CaCO

³

的生成推測是促進漿體強度發展，加快早期強度成長速率之原因之一，見圖 21

飛灰或爐石粉取代方面，因飛灰中的 SiO

²

與 Al

²

O

³

與 Ca(OH)

²

發生卜作嵐反應，

隨著反應逐漸進行，而漸漸消耗 Ca(OH)

²

含量，隨著齡期增加，卜作嵐反應持續進行，X 光繞射強度逐漸降低，Ca(OH)

²

峰值明顯下降，因卜作嵐反應逐漸消耗 Ca(OH)

²

形成 C-S-H 膠體，填充了漿體孔隙，使漿體結構更加緻密，讓強度提高，滲透性降低，見圖 22、圖 23。

6.掃描式電子顯微鏡

牡蠣殼粉取代水泥 30%方面，由圖 24 及圖 25 中可看出牡蠣殼粉取代部分水泥後孔隙增加，結構並不十分緻密，在 90 天齡期時，C-S-H 膠體似乎呈現連續性結構，針刺交互相錯現象，雖有少許 C-S-H 膠體產生，仍不足以填充牡蠣殼粉取代後所造成的孔隙，而 Ca(OH)

²

的生成量似乎也越來越多，這也說明了牡蠣殼粉取代 30%水泥其抗壓強度降低的原因之一。

牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉共同取代方面，飛灰之卜作嵐反應於 28 天後開始產生作用，圖中顯示 28 天齡期時，漿體結構中開始發生卜作嵐反應而產生些微 C-S-H 膠體，C-S-H 膠體呈現局部且交互相錯之參雜現象，於 90 天齡期時，C-S-H 膠體明顯增加且呈現連續性結構，這是因為飛灰的

卜作嵐反應產生之結果所造成現象，因為 C-S-H 膠體的增加，填充漿體結構的孔隙，使漿體強度提升，見圖 26~圖 29。

五、結論與建議 1.結論

牡蠣殼粉於細度 1500cm

²

/g 取代水泥並無明顯成效，但將牡蠣殼粉細化為 3500cm

²

/g 後，不僅可使流動性增加，取代水泥 10%對抗壓強度也有所提升，牡蠣殼粉提高早期強度，飛灰及爐石粉增加晚期強度，共同取代後更有互補作用，本研究中牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉共同取代水泥，氯離子量也均未超過 CNS 標準值，唯取代砂因體積量較多，造成氯離子量過高，需特別注意，根據上述分析說明，列成以下幾點結論：

(1).將牡蠣殼粉細化後取代水泥對流動性及抗壓強度有所增加。

(2).飛灰或爐石粉共同與牡蠣殼粉取代水泥不僅大大提升流動性，且因卜作嵐反應的進行，使抗壓強度明顯的增加。

(3).牡蠣殼粉因長期於海水養殖，所以氯含量高，於取代時需特別注意取代量與配比上的設計。

2.建議

(1).因牡蠣殼粉含有高氯離子量，對於取代量多時，須特別注意對混凝土結構物所產生之影響，可用最簡單方法先將牡蠣殼以水洗淨或浸泡，將氯離子含量降至最低。

(2).牡蠣殼粉取代部分水泥會產生大量碳酸鈣化合物，經本研究進行之試驗觀察，碳酸鈣並無明顯影響，惟牡蠣殼粉取代將造成早期強度速率加速發生，建議往後可針對牡蠣殼粉生成之碳酸鈣所造成影響做後續研究，也直接探討碳酸鈣對於早期強度之影響。

(3).本研究利用牡蠣殼粉取代部分水泥及

砂，也利用飛灰或爐石粉與牡蠣殼粉共

同取代部分水泥進行探討，後續研究可

嘗試以飛灰或爐石粉取代部分水泥連

同牡蠣殼粉取代部分砂，進行各項試驗

之研究。

(6)

五、參考文獻

1.藤島亥治郎，「台灣的建築」，第 190-194 頁，臺原出版社，台北，1999.06。

2.台灣省農林廳漁業局，「廢棄牡蠣殼處理模式之規劃研究」，國立台灣海洋大學，

第 126-128 頁，1997.07。

3.台灣省農林廳漁業局，「廢棄牡蠣殼有效利用與維護漁村環境衛生報告」，財團法人台灣漁業技術顧問社，第 3-10 頁，

1994.08。

4.P. K. Mehta , 「 Concrete Structure , Properties , and Materials」, Prentice-Hall Inc., New Jersey , pp194-196 , 1986.

5.沈得縣，「高爐熟料與飛灰之波索蘭反應機理及對水泥漿體巨微觀性質影響之研究」，國立台灣工業技術學院，博士論文，1991。

6.J. Francis Young , 「 The Science and Technology of Civil Engineering Materials 」 , Prentice-Hall Inc., New Jersey , pp206-215 , 1998.

7.R. K. Dhir , M. R. Jones , 「Development of chloride resisting concrete using fly ash」, Elsevier Science , pp.37-142 , 1999.

表 1 水泥、牡蠣殼粉、飛灰及爐石粉之化學性質材料

成分(%)

水泥 (Cement)

牡蠣殼粉 (Oyster)

飛灰 (Fly Ash)

爐石粉 (Slag) SiO2 21.22 29.78 70.67 33.60 Al2O3 5.13 5.58 18.13 14.03 Fe2O3 2.91 1.34 2.89 0.36

CaO 62.48 57.87 0.45 41.38 MgO 3.80 0.02 1.99 6.96 SO3 2.14 0.05 1.51 1.52

K2O - 0.09 0.30 -

Na2O - 0.30 0.21 -

鹽基度 3.37 2.13 0.29 1.86

本表參考台泥及中聯爐石處理資源化股份有限公司所提供之資料

表 2 水泥、牡蠣殼粉、飛灰及爐石粉之物理性質牡蠣殼粉

(Oyster) 材料

性質

水泥

(Cement) 1500 cm²/g

3500 cm²/g

飛灰 (Fly Ash)

爐石粉 (Slag)

比重 3.14 2.38 2.40 2.20 2.92 細度(cm²/g) 2800

±200

1500

±200

3500

±200

2900

±200 4400

±200 需水量(%) 100 111.3 104 103 94.5 卜作嵐活性

指數(%) (28 天)

100 42.1 46.5 79 85

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0% OA10% OA30% OB10% OB30%

牡蠣殼粉取代量(%)

流度值(% )

0.485 0.58 0.68

圖 1 各水膠比取代水泥量與流度值關係

0 50 100 150 200 250

0% F5%OA5% F5%OB5% F10%

流度值(% )

0.485

0.58 0.68

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0

0% S5%OA5% S5%OB5% S10%

流度值(%) 0.485

0.58 0.68

A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g

(7)

5 0.0

20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

0% 5% 10% 15%

流度值(% )

0.52 0.58 0.68

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

OA10%

OA30%

OB10%

OB30%

圖 5.水膠比 0.485 齡期與抗壓強度關係

0 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

OA10%

OA30%

OB10%

OB30%

0 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

OA10%

OA30%

OB10%

OB30%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

F5%OA5%

F5%OB5%

F10%

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(MPa)

0%

F5%OA5%

F5%OB5%

F10%

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

F5%OA5%

F5%OB5%

F10%

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度( MPa)

0%

S5%OA5%

S5%OB5%

S10%

A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g

A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g A 表示細度 1500 cm²/g B 表示細度 3500 cm²/g

(8)

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

S5%OA5%

S5%OB5%

S10%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

S5%OA5%

S5%OB5%

S10%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

5%

10%

15%

圖 14.水灰比 0.485 齡期與抗壓強度關係

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

5%

10%

15%

0 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 齡期(天)

抗壓強度(M P a)

0%

5%

10%

15%

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

0% OA10% OA30%

取代量(%)

氯離子含量(k g/ m 3)

0.485 0.58 0.68

圖 17.各水膠比取代量與氯離子含量關係

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

0% F5%OA5% F10%

取代量(%)

氯離子含量(k g/ m3 )

0.485 0.58 0.68

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

0% S5%OA5% S10%

取代量(%)

氯離子含量(k g/ m 3)

0.485 0.58 0.68

A 表示細度 1500 cm²/g

A 表示細度 1500 cm²/g A 表示細度 1500 cm²/g

(9)

7 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0% 5% 10% 15%

取代量(%)

氯離子含量(k g/ m 3)

0.52 0.58 0.68

圖 21 O30%之齡期與繞射強度關係

圖 22 F5%O5%之齡期與繞射強度關係

圖 23 S5%O5%之齡期與繞射強度關係

圖 24 O30%-28 天之 SEM 圖

圖 25 O30%-90 天之 SEM 圖

圖 26 F5%O5%-28 天之 SEM 圖

圖 27 F5%O5%-90 天之 SEM 圖

(10)

圖 28 S5%O5%-28 天之 SEM 圖

圖 29 S5%O5%-28 天之 SEM 圖

六、計畫成果自評

本研究計劃自 91 年 8 月執行開始至 92 年 7 月結束，歷時一年，在研究過程中皆照原始計畫所訂定內容逐項進行，且陸續增加許多研究項目，使研究架構更加豐富與完整，對於預期成果也有所滿意，本計畫在國內外之研究仍屬少數，在學術研究上仍有許多發展空間，而陸續的研究將使我們能更加瞭解材料之運用效果，而實際運用於營建業上或許將不再是遙不可期的目標。

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC91-2211-E-011-056-

執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學營建工程系

計畫主持人： 沈進發 共同主持人： 劉正達

報告類型： 精簡報告

處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 92 年 10 月 28 日

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

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

計畫類別：□ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 91-2211-E-011-056

執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日

計畫主持人： 沈進發

共同主持人： 蘇南、劉正達 計畫參與人員： 朱東川

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

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、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

執行單位：國立台灣科技大學、國立雲林科技大學

中 華 民 國 九十二 年 六 月 二十 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

廢棄牡蠣殼粉取代水泥及細骨材對水泥砂漿性質之影響

計畫編號：NSC 91-2211-E-011-056

執行期限：91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日

主持人：沈進發 國立台灣科技大學營建系 共同主持人：蘇南 國立雲林科技大學營建系

劉正達 私立建國技術學院土木系 計畫參與人員：朱東川 國立雲林科技大學營建系

一、中文摘要

關鍵詞：牡蠣殼、Ca

、卜作嵐反應

Abstract

Keywords: Oyster Shell, Ca

, Pozzolan reaction

二、緣由與目的

牡蠣殼處理一直是令人頭痛的問題，

不僅直接造成生態環境的污染，也間接影 響人類生活的品質，將牡蠣殼資源化，不 僅解決處理問題，更可減少資源的浪費。

在早期尚未使用水泥時的時候即有許多建 築物已將牡蠣殼粉作為建材，如赤崁樓、

安平古堡(又稱熱蘭遮城)，兩座城堡皆以 糯米、糖漿、砂與牡蠣殼粉調製而成之混 合物作為灰漿，而早期的建築物(如土埆 厝)，則以少量石灰或牡蠣殼灰為膠著劑。

倘若牡蠣殼粉可有效取代水泥及細骨 材，使此二樣用量降低，則對於空氣污染、

溫室效應及河川骨材的需求等所造成之影 響降低，小則達成節省資源、減少廢棄物 量的目標，大則對我國環境維護及提升國 際地位都有極大的幫助。

三、試驗變數

1.試體種類：水泥砂漿試體。

2.齡期：3 天、7 天、28 天、56 天與 90 天。

3. 牡 蠣 殼 粉 細 度 ： 1500 cm

/g 與 3500 cm

/g。

4.水泥砂漿：

(1).牡蠣殼粉取代部分水泥：

(a).水膠比： 0.485、0.58 及 0.68。

(b).取代水泥量：0%、10%及 30%。

(2).牡蠣殼粉取代部分砂：

(a).水膠比： 0.52、0.58 及 0.68。

(b).取代水泥量：0%、5%、10%及 15%。

(3).飛灰或爐石粉與牡蠣殼粉共同取代 部分水泥：

(a).水膠比： 0.485、0.58 及 0.68。

(b).取代水泥量：0%、飛灰(或爐石 粉)5%和牡蠣殼粉 5%及飛灰(或爐 石粉)10%。

四、結果與討論

1.牡蠣殼粉、飛灰及爐石之基本性質 依 CNS10896 [卜特蘭水泥混凝土用飛 灰及天 然卜 作嵐攙 和 物檢驗 法] 進行水 泥、牡蠣殼粉、飛灰及爐石之物理性質分 析，由表 1、表 2 所示。

2.工作性

牡蠣殼粉取代水泥方面，砂漿體流動 性隨水膠比增加而增加，相同細度下，隨 牡蠣殼粉取代量而遞減，相同取代量，高 細度牡蠣殼粉流動性相較於低細度大，細 度 3500 cm

/g 牡蠣殼粉流度值也較控制組 (0%)高，由此可知，牡蠣殼粉取代後其流 動性降低，為了消除此缺點，因將牡蠣殼 粉予以細化，以增加流動性，見圖 1。

/g 牡蠣殼 粉產生較佳流度，然而在高水膠比時爐石 粉開始利用斥水之特性使流動性提高，見 圖 2、圖 3。

牡蠣殼粉取代砂方面，因砂所佔之體 積為砂漿體中最大者，牡蠣殼粉取代砂皆 產生流度降低之現象，其原因如同取代部 分水泥一樣，見圖 4。

3.抗壓強度

抗壓強度以水膠比 0.485 為例，牡蠣 殼粉取代水泥方面，強度隨取代量增加而 降低，由卜作嵐活性指數可推測，牡蠣殼 粉本身活性較低，膠結性不足，造成強度 降低，細度 3500cm

/g 相較細度 1500cm

/g 於強度上有增加之趨勢，尤其以取代 10%

組，甚至超越控制組，原因乃高細度能填 充孔隙，使漿體結構緻密，細度 1500cm

/g 牡蠣殼粉雖顆粒粗，又是不規則片狀，但 細化後使比表面積增加，使漿體中孔隙減

少，此證明高細度對強度上有提升作用，

取代量超過 10%後，水泥凝聚力不足，結 構體將不再緊密，導致強度降低，見圖 5~

圖 7。

牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉取代方面，

因為牡蠣殼含有大量的碳酸鈣及氯含量，

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

計畫類別：個別型計畫

執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學營建工程系

計畫主持人：沈進發共同主持人：劉正達

報告類型：精簡報告

處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 92 年 10 月 28 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 □ 成果報告

計畫類別：□ 個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號：NSC 91-2211-E-011-056

計畫主持人：沈進發

共同主持人：蘇南、劉正達計畫參與人員：朱東川

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

中華民國九十二年六月二十日

主持人：沈進發國立台灣科技大學營建系共同主持人：蘇南國立雲林科技大學營建系

劉正達私立建國技術學院土木系計畫參與人員：朱東川國立雲林科技大學營建系

不僅直接造成生態環境的污染，也間接影響人類生活的品質，將牡蠣殼資源化，不僅解決處理問題，更可減少資源的浪費。

在早期尚未使用水泥時的時候即有許多建築物已將牡蠣殼粉作為建材，如赤崁樓、

安平古堡(又稱熱蘭遮城)，兩座城堡皆以糯米、糖漿、砂與牡蠣殼粉調製而成之混合物作為灰漿，而早期的建築物(如土埆厝)，則以少量石灰或牡蠣殼灰為膠著劑。

倘若牡蠣殼粉可有效取代水泥及細骨材，使此二樣用量降低，則對於空氣污染、

溫室效應及河川骨材的需求等所造成之影響降低，小則達成節省資源、減少廢棄物量的目標，大則對我國環境維護及提升國際地位都有極大的幫助。

3. 牡蠣殼粉細度： 1500 cm

(3).飛灰或爐石粉與牡蠣殼粉共同取代部分水泥：

(b).取代水泥量：0%、飛灰(或爐石粉)5%和牡蠣殼粉 5%及飛灰(或爐石粉)10%。

1.牡蠣殼粉、飛灰及爐石之基本性質依 CNS10896 [卜特蘭水泥混凝土用飛灰及天然卜作嵐攙和物檢驗法] 進行水泥、牡蠣殼粉、飛灰及爐石之物理性質分析，由表 1、表 2 所示。

牡蠣殼粉取代水泥方面，砂漿體流動性隨水膠比增加而增加，相同細度下，隨牡蠣殼粉取代量而遞減，相同取代量，高細度牡蠣殼粉流動性相較於低細度大，細度 3500 cm

/g 牡蠣殼粉流度值也較控制組 (0%)高，由此可知，牡蠣殼粉取代後其流動性降低，為了消除此缺點，因將牡蠣殼粉予以細化，以增加流動性，見圖 1。

/g 牡蠣殼粉產生較佳流度，然而在高水膠比時爐石粉開始利用斥水之特性使流動性提高，見圖 2、圖 3。

牡蠣殼粉取代砂方面，因砂所佔之體積為砂漿體中最大者，牡蠣殼粉取代砂皆產生流度降低之現象，其原因如同取代部分水泥一樣，見圖 4。

抗壓強度以水膠比 0.485 為例，牡蠣殼粉取代水泥方面，強度隨取代量增加而降低，由卜作嵐活性指數可推測，牡蠣殼粉本身活性較低，膠結性不足，造成強度降低，細度 3500cm

組，甚至超越控制組，原因乃高細度能填充孔隙，使漿體結構緻密，細度 1500cm

/g 牡蠣殼粉雖顆粒粗，又是不規則片狀，但細化後使比表面積增加，使漿體中孔隙減

取代量超過 10%後，水泥凝聚力不足，結構體將不再緊密，導致強度降低，見圖 5~

根據文獻研究中，此二者皆能提供早期強度發展，所以在早期時強度由牡蠣殼粉所提供，而晚期強度則由飛灰卜作嵐反應提高，如此相互作用，使牡蠣殼粉與飛灰取代水泥強度較控制組高，見圖 8~圖 13。

取代砂方面，牡蠣殼粉取代 5%砂，抗壓強度相較於控制組高，其他取代量為 10%及 15%均使強度降低，原因係牡蠣殼粉細度較一般標準砂細，雖牡蠣殼粉有易吸水及不規則片狀性質，但針對只有取代 5%

的量，顯然影響微乎其微，且似乎有填充孔隙效用，見圖 14~圖 16。

/g 兩者差別不大，見圖 17。

牡蠣殼粉與飛灰或爐石粉取代水泥方面，除牡蠣殼粉取代量降低關係，所含氯離子量減少外，Dhir[21]曾指出飛灰中之 Al

，牡蠣殼粉取代水泥 30%以上超過 0.15 kg/m

標準，且 10%及 15%更超過 0.3 kg/m

標準以外，倘若添加於混凝土中仍需考慮提高水灰比或是降低取代量，且必需視配比設計、添加物種類及含量而定。

牡蠣殼粉取代方面，由圖中可看出大部分尖峰值皆為 Ca(OH)

，隨齡期增加而提高，也有少量因牡蠣殼粉的取代造成 CaCO

的生成，雖然我們知道水泥水化會生成些微的 CaCO

的生成推測是促進漿體強度發展，加快早期強度成長速率之原因之一，見圖 21

含量，隨著齡期增加，卜作嵐反應持續進行，X 光繞射強度逐漸降低，Ca(OH)

峰值明顯下降，因卜作嵐反應逐漸消耗 Ca(OH)

形成 C-S-H 膠體，填充了漿體孔隙，使漿體結構更加緻密，讓強度提高，滲透性降低，見圖 22、圖 23。

的生成量似乎也越來越多，這也說明了牡蠣殼粉取代 30%水泥其抗壓強度降低的原因之一。

卜作嵐反應產生之結果所造成現象，因為 C-S-H 膠體的增加，填充漿體結構的孔隙，使漿體強度提升，見圖 26~圖 29。

/g 取代水泥並無明顯成效，但將牡蠣殼粉細化為 3500cm

(1).將牡蠣殼粉細化後取代水泥對流動性及抗壓強度有所增加。

(2).飛灰或爐石粉共同與牡蠣殼粉取代水泥不僅大大提升流動性，且因卜作嵐反應的進行，使抗壓強度明顯的增加。

(3).牡蠣殼粉因長期於海水養殖，所以氯含量高，於取代時需特別注意取代量與配比上的設計。

(1).因牡蠣殼粉含有高氯離子量，對於取代量多時，須特別注意對混凝土結構物所產生之影響，可用最簡單方法先將牡蠣殼以水洗淨或浸泡，將氯離子含量降至最低。

1.藤島亥治郎，「台灣的建築」，第 190-194 頁，臺原出版社，台北，1999.06。

2.台灣省農林廳漁業局，「廢棄牡蠣殼處理模式之規劃研究」，國立台灣海洋大學，

3.台灣省農林廳漁業局，「廢棄牡蠣殼有效利用與維護漁村環境衛生報告」，財團法人台灣漁業技術顧問社，第 3-10 頁，