鹼激發河川淤泥膠結材與泡沫材之製作與力學性質.

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(1)科技部補助專題研究計畫成果報告期末報告. 鹼激發河川淤泥膠結材與泡沫材之製作與力學性質.(第3年). 計計執執. 畫畫行行. 類編期單. 別號間位. ：：：：. 個別型計畫 MOST 105-2221-E-006-059-MY3 107年08月01日至108年07月31日國立成功大學土木工程學系（所）. 計畫主持人：黃忠信計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理：潘彥仰碩士班研究生-兼任助理：古道碩士班研究生-兼任助理：黃元農. 報告附件：出席國際學術會議心得報告. 中華民國 108 年 08 月 28 日.

(2) 中文摘要：本研究分析台南地區河川淤泥之粒徑曲線及有機不淨物含量試驗，並透過不同物理性質與化學性質分類後，評估最適合之再利用途徑。主要應用於無機聚合膠結材、CLSM之原料及改質河川淤泥等不同資源化途徑，其中，經分類後之青山漁港河川淤泥，於高溫煅燒後具卜作嵐之活性，配合適當比例之高爐石粉，可透過鹼激發製成無機聚合膠結材，發展成新型之綠色營建材料，為增加其附加價值與市場競爭性，本研究探討河川淤泥不同煅燒溫度，鹼活化劑適當之鹼模數、鹼當量及水膠比等配比設計，製成低能源損耗且具高抗壓強度之無機聚合膠結材，另外，利用機械發泡方式，加入適量預成形泡沫於具黏性之無機聚合物，使泡沫無機聚合膠結材具有輕質材料之特性外，尚具有隔音、隔熱及調節濕度等功能，比較其不同空氣含量之力學性質。為改善無機聚合物之抗彎強度與韌性不足，加入高分子材料改質後並量測其抗彎、抗壓強度及吸水率。綜合無機聚合物、泡沫無機聚合物與改質無機聚合物之特性，製作泡沫改質無機聚合物，比較其為結構與相關力學性質之優劣。中文關鍵詞：河川淤泥、無機聚合膠結材、鹼活化液、鹼激發、無機聚合泡沫材、預成形泡沫、營建材料英文摘要： When river sludge is accumulated to a certain amount, it could cause a serious impact on human beings and surrounding environment. In order to reduce the impact, the dredging of river sludge becomes an important task of the government in Taiwan. Furthermore, the reuse or reutilization of evacuated river sludge is also an important issue. Therefore, the feasibility for the reuse and reutilization of river sludge as a construction material should be studied in detail. Here, the grain size distribution curve and organic content of different river sludge samples were first characterized. Based on the two physical and chemical measurements, river sludge samples can be divided into different groups of engineering applications. River sludge samples can be used for the productions of inorganic polymer, controlled low strength material (CLSM) and organo-modified sludge powder and a replacement for fine aggregate in concrete. The four candidate construction materials made from river sludge samples were produced and then tested to confirm the validity for the reuse of river sludge samples in different engineering applications. Furthermore, foamed inorganic polymers with various relative densities and latex-modified inorganic polymers with different introduction of polymeric materials were made from some river sludge, tested mechanically and then compared to each other. As a result, the improvement of mechanical properties and the reduction of manufacturing cost were studied to evaluate the feasibility of using a large amount of river sludge as a raw material in producing inorganic polymeric binders and.

(3) concrete with good thermal insulation and high energy absorption. Also, the appropriate alkali-equivalent content AE%, silicate modulus Ms and water-binder ratio W/B in the alkaline activator for various calcination temperatures were investigated. It is found that the optimal proportion and dosage are 75% fraction of river sludge under the calcination temperature of 700℃, 25% fraction of blastfurnace slag powders with a fineness of 4000cm2/g, and the alkaline activator of W/B=0.35, Ms=1 and AE%=6%, giving a maximum compressive strength of the resulting inorganic polymeric binder. The SBR latex was added to enhance the waterproof of alkali-activated river-sludge inorganic binders. When the volume fraction of SBR latex was 5%, the early compressive strength and waterproofing of the resulting organo-modified inorganic binders were enhanced significantly. Finally, organo-modified inorganic polymeric foams with various relative densities were made by mixing different amounts of preformed air bubbles with SBR latex and alkali-activated river-sludge inorganic binders. However, it is found that the complete mixture of hydrophobic SBR latex with preformed air bubbles is difficult, leading to a lower air content of foams as expected. But, the organo-modified river-sludge inorganic polymeric foams are lightweight, good thermal insulation and sound protection and thus can be employed as a novel construction material. 英文關鍵詞： River sludge, Inorganic polymeric binder, Alkaline activator, Alkali-activation, Inorganic polymer foam, Preformed air bubble, Construction material.

(4) 科技部補助專題研究計畫成果報告期末報告鹼激發河川淤泥膠結材與泡沫材之製作與力學性質 (3/3) 計畫類別：個別型計畫計畫編號： MOST 105-2221-E-006-059-MY3 執行期間： 105 年 8 月 1 日至 108 年 7 月 31 日. 執行機構及系所：國立成功大學土木工程學系. 計畫主持人：黃忠信計畫參與人員：潘彥仰、古道、黃元農. 本計畫除繳交成果報告外，另含下列出國報告，共 ___ 份： □執行國際合作與移地研究心得報告 □出席國際學術會議心得報告 □出國參訪及考察心得報告中華民國 108 年 8 月 25 日. I.

(5) 目錄目錄 ........................................................................................................................................ I 中英文摘要及關鍵字 ......................................................................................................... IV 第一章. 前言 ................................................................................................................... 1. 第二章. 河川淤泥於營建材料再利用 ........................................................................... 4. 2.1. 試驗規劃 ........................................................................................................... 4. 2.2. 試驗材料及設備 ............................................................................................... 4. 2.3. 2.4. 2.2.1. 試驗材料 ............................................................................................... 4. 2.2.2. 試驗設備 ............................................................................................... 5. 研究方法與步驟 ............................................................................................... 6 2.3.1. 試體配比設計 ....................................................................................... 6. 2.3.2. 試驗參數 ............................................................................................... 7. 2.3.3. 試體製作與試驗方法 ........................................................................... 8. 試驗結果與討論 ............................................................................................. 10 2.4.1. 河川淤泥分類 ..................................................................................... 10. 第三章. 泡沫與改質無機聚合物 ................................................................................. 28. 3.1. 試驗規劃 ......................................................................................................... 28. 3.2. 試驗材料及設備 ............................................................................................. 28. 3.3. 3.2.1. 試驗材料 ............................................................................................. 28. 3.2.2. 試驗設備 ............................................................................................. 29. 研究方法與步驟 ............................................................................................. 31 3.3.1. 無機聚合物 ......................................................................................... 31. 3.3.2. 泡沫無機聚合物 ................................................................................. 32. 3.3.3. 改質無機聚合物 ................................................................................. 34. II.

(6) 3.4. 3.5. 試驗方法 ......................................................................................................... 35 3.4.1. 抗壓強度試驗 ..................................................................................... 35. 3.4.2. 抗彎強度試驗 ..................................................................................... 36. 3.4.3. 吸水率試驗 ......................................................................................... 36. 試驗結果與討論 ............................................................................................. 37 3.5.1. 無機聚合物 ......................................................................................... 37. 3.5.2. 泡沫無機聚合物 ................................................................................. 39. 3.5.3. 改質無機聚合物 ................................................................................. 42. 第四章. 煅燒溫度與配比設計於泡沫與改質無機聚合膠結材之影響 ..................... 61. 4.1. 試驗規劃 ......................................................................................................... 61. 4.2. 研究方法與步驟 ............................................................................................. 61. 4.3. 4.2.1. 試體配比設計 ..................................................................................... 61. 4.2.2. 試體製作流程 ..................................................................................... 63. 試驗結果與討論 ............................................................................................. 66 4.3.1. 無機聚合膠結材 ................................................................................. 66. 4.3.2. 泡沫無機聚合膠結材 ......................................................................... 68. 4.3.3. 改質無機聚合膠結材 ......................................................................... 70. 4.3.4. 泡沫改質無機聚合膠結材 ................................................................. 71. 參考文獻 ............................................................................................................................. 98. III.

(7) 摘要本研究分析台南地區河川淤泥之粒徑曲線及有機不淨物含量試驗，並透過不同物理性質與化學性質分類後，評估最適合之再利用途徑。主要應用於無機聚合膠結材、 CLSM 之原料及改質河川淤泥等不同資源化途徑，其中，經分類後之青山漁港河川淤泥，於高溫煅燒後具卜作嵐之活性，配合適當比例之高爐石粉，可透過鹼激發製成無機聚合膠結材，發展成新型之綠色營建材料，為增加其附加價值與市場競爭性，本研究探討河川淤泥不同煅燒溫度，鹼活化劑適當之鹼模數、鹼當量及水膠比等配比設計，製成低能源損耗且具高抗壓強度之無機聚合膠結材，另外，利用機械發泡方式，加入適量預成形泡沫於具黏性之無機聚合物，使泡沫無機聚合膠結材具有輕質材料之特性外，尚具有隔音、隔熱及調節濕度等功能，比較其不同空氣含量之力學性質。為改善無機聚合物之抗彎強度與韌性不足，加入高分子材料改質後並量測其抗彎、抗壓強度及吸水率。綜合無機聚合物、泡沫無機聚合物與改質無機聚合物之特性，製作泡沫改質無機聚合物，比較其為結構與相關力學性質之優劣。. 關鍵詞:河川淤泥、無機聚合膠結材、鹼活化液、鹼激發、無機聚合泡沫材、預成形泡沫、營建材料. IV.

(8) Abstract When river sludge is accumulated to a certain amount, it could cause a serious impact on human beings and surrounding environment. In order to reduce the impact, the dredging of river sludge becomes an important task of the government in Taiwan. Furthermore, the reuse or reutilization of evacuated river sludge is also an important issue. Therefore, the feasibility for the reuse and reutilization of river sludge as a construction material should be studied in detail. Here, the grain size distribution curve and organic content of different river sludge samples were first characterized. Based on the two physical and chemical measurements, river sludge samples can be divided into different groups of engineering applications. River sludge samples can be used for the productions of inorganic polymer, controlled low strength material (CLSM) and organo-modified sludge powder and a replacement for fine aggregate in concrete. The four candidate construction materials made from river sludge samples were produced and then tested to confirm the validity for the reuse of river sludge samples in different engineering applications. Furthermore, foamed inorganic polymers with various relative densities and latex-modified inorganic polymers with different introduction of polymeric materials were made from some river sludge, tested mechanically and then compared to each other. As a result, the improvement of mechanical properties and the reduction of manufacturing cost were studied to evaluate the feasibility of using a large amount of river sludge as a raw material in producing inorganic polymeric binders and concrete with good thermal insulation and high energy absorption.. Also, the appropriate alkali-equivalent content AE%, silicate modulus Ms and water-binder ratio W/B in the alkaline activator for various calcination temperatures were investigated. It is found that the optimal proportion and dosage are 75% fraction of river sludge under the calcination temperature of 700℃, 25% fraction of blast-furnace slag powders with a fineness of 4000cm2/g, and the alkaline activator of W/B=0.35, Ms=1 and AE%=6%, giving a maximum compressive strength of the resulting inorganic polymeric binder. The SBR latex was added to enhance the waterproof of alkali-activated river-sludge inorganic binders. When the volume fraction of SBR latex was 5%, the early compressive strength and waterproofing of the resulting organo-modified inorganic binders were enhanced significantly. Finally, organo-modified inorganic polymeric foams with various relative densities were made by mixing different amounts of preformed air bubbles with SBR latex and alkali-activated river-sludge inorganic binders. However, it is found that the complete mixture of hydrophobic SBR latex with preformed air bubbles is difficult, leading to a lower air content of foams as expected. But, the organo-modified river-sludge inorganic polymeric foams are lightweight, good thermal insulation and sound protection and thus can be employed as a novel construction material.. Key Words: River sludge, Inorganic polymeric binder, Alkaline activator, Alkali-activation, Inorganic polymer foam, Preformed air bubble, Construction material. V.

(9) 第一章. 前言. 台灣主要河川受地質與地形條件影響，由於台灣本島南北狹長且山脈縱貫南北，河川東西分流但地形陡峭，使得河川大多短促而流急，加上河川流域地質脆弱，尤其河川上游易受風化，同時水流沖刷侵蝕旺盛，當面臨梅雨季節或颱風挟帶豐沛雨量肆虐時，河川流域沿岸土壤受到雨水激烈沖刷，加上居民不當開發山坡地，水土保持設施不足，河川水流至下游後坡度漸緩，造成水流懸浮物大量沉澱堆積，形成所謂河川淤泥，台灣各主要河川皆發生淤泥占據河道問題，進而影響河川排水疏洪功能，甚至改變原有河道地形，對沿岸居民之生命財產安全造成威脅，河川淤泥堆積，除了造成洪水氾濫與航道淤塞外，對河川沿岸生態環境更衍生許多問題，其中，河川內有機物分解後，隨河川淤泥沖刷並沉積於水中，消耗水中大量氧氣，造成水中生物死亡，破壞原有之河川生態環境，甚至導致水質優養化、臭味飄散與景觀破壞。根據經濟部水利署資料[1]顯示，台灣每年河川疏濬量約為水庫疏濬量之 3~5 倍，每年疏濬量如表 1-1 所列，由此表中數據可知，台灣每年河川疏濬量相當可觀，而目前河川淤泥的主要處置方法為回歸河道、淤泥棄置、回收再利用等，早期多將河道內無經濟價值之廢棄河川淤泥挖出，並就近堆置於河道兩旁，或堆置於附近空曠處，但若再經下次強降雨沖刷後，將會再次流入河中，此作法無法實際解決河川淤泥堆積之問題，甚至河川淤泥疏濬成本每年持續增加，無法徹底解決堆積如山的淤泥，於是近年許多學者積極投入河川淤泥廢棄物資源再利用之研究，依河川淤泥資源化功能不同大致可區分為「農業化」、「能源化」及「材料化」等，本研究將尋求一適宜資源再利用方式，提高河川淤泥再利用之經濟價值外，亦能大量處理或消耗河川淤泥之方法，其中，將河川淤泥透過不同物理性質與化學性質分類後，可製成各種營建材料，主要應用於無機聚合膠結材、CLSM 之原料、改質河川淤泥、以及河川淤泥取代混凝土中之細粒料等不同資源化途徑。潘彥仰[2]研究發現，經煅燒之河川淤泥具有偏高嶺土之特性，可應用於製作鹼激 1.

(10) 發無機聚合膠結材，進而發展成新型綠色建材。鹼激發無機聚合物之工程性質，相較於傳統混凝土差異甚大，現有製作膠結材之主要原料為卜特蘭水泥，而其原料礦物之開採，易破壞地形及環境生態，至於河川淤泥，是極需被大量消耗使用之廢棄材料，依製造原料之過程，卜特蘭水泥高耗能且排放大量二氧化碳，加劇溫室效應，至於無機聚合膠結材，則無前述之高耗能及二氧化碳高排放量等缺點，使得無機聚合膠結材具有取代傳統混凝土之潛力。本研究無機聚合膠結材所使用之鹼活化劑，乃是由氫氧化鈉及矽酸鈉所調配之複合激發劑，但因鹼活化劑藥劑成本昂貴，導致鹼激發膠結材無法大量應用於營建工程上，故希望由鹼激發製程及提升應用產品附加價值兩方面著手，鹼激發製程方面，試圖降低河川淤泥之煅燒溫度，以減少製作無機聚合物之能源損耗，至於附加價值方面，可藉由添加高分子材料與預成形泡沫於無機聚合物中，增加或提供其他優良工程性質。參考泡沫混凝土相關文獻[3]，將預成形泡沫加入膠結材或混凝土中，除使其具有輕質材料之特性外，尚具有隔音、隔熱及調節濕度等功能，使用河川淤泥所製成之無機聚合物，類似於傳統卜特蘭水泥製品或陶瓷材料，兩者抗壓強度皆遠大於其抗拉及抗彎強度。參考改質混凝土材料之研究結果[4]，若添加高分子材料於混凝土中，可改善其韌性不足之缺點。整合上述各材料特性，本研究嘗試製作泡沫改質無機聚合物，希望此新型營建材料除保有無機聚合物之優良工程性能外，同時增加其輕質、隔音及隔熱等附加價值，使其更具市場經濟性與競爭力。. 2.

(11) 表 1-1 河川淤泥與水庫淤泥疏濬量比較表[1]. 疏濬年份疏濬量 (萬立方公尺). 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. 2016. 2017. 2018. 2019 ( 1-5 月). 河川疏濬量. 6242.90 4000.30 3594.80 3079.30 2580.00 2859.38 2842.18 3244.48 1880.00. 水庫疏濬量. 1305.80 645.90 1057.10 686.50 480.00 674.96 862.50 959.92. 3. 504.36.

(12) 第二章. 河川淤泥於營建材料再利用. 2.1 試驗規劃採集不同河川流域及出海口之淤泥進行相關試驗，分別為台南市曾文溪中上游、曾文溪中下游、麻豆大排、台中港出海口及青山漁港。首先，利用有機不淨物試驗法，依據淤泥之有機質含量試驗結果進行初步分類，再依其粒徑曲線不同，進一步細分其適宜之資源化再利用途徑，藉此建立一快速判定不同淤泥種類之處理方式。目前河川淤泥之主要資源化之應用途徑包括：淤泥取代混凝土中之粒料、作為 CLSM 之材料、鹼激發膠結材之原料、化學改質成防水材料及燒結成輕質骨材等方式，透過上述有機物與粒徑曲線之分類方法，判斷不同淤泥適宜作為何種應用途徑之原料。. 2.2 試驗材料及設備 2.2.1 試驗材料本試驗所使用的材料及其性質敘述如下: 河川淤泥本研究所採集之河川淤泥來源為曾文溪流域、將軍溪流域及大甲溪流域，首先，試驗量測其有機物含量、粒徑曲線及含水率等，並依據試驗結果數據進行河川淤泥之分類及再利用途徑。水泥本研究採用之水泥皆為第一型普通波特蘭水泥(Ordinary Portland Cement，OPC)。陽離子界面活性劑本研究所使用之陽離子界面活性劑，又稱改質劑，為 Acros Organics 所生產之正. 4.

(13) 12 胺(Dodecylamine)，其化學分子式為C12 H27 N，分子量 185.35，溶點 28℃ ~ 32℃，沸點 192℃ ~ 247℃。氫氧化鈉採用日本昭和化學株式會社 SHOWA 所製造之試藥級氫氧化鈉。矽酸鈉採用日本昭和化學株式會社 SHOWA 所製造之 3 號試藥級矽酸鈉，其SiO2 占29%，. Na2 O占 9.5%。. 2.2.2 試驗設備本試驗所使用之設備如下：直流攪拌機用於攪拌無機聚合膠結材之漿體，以及進行改質時，使河川淤泥於水溶液中能均勻分散，方能與改質劑充分作用。砂漿拌合機用於拌合改質水泥砂漿，轉速可分為低、中、高三段。抗壓試驗模具無機聚合膠結材採用 3cm×3cm×3cm 之方型模具。改質水泥砂漿採用 5cm×5cm×5cm 之方型模具。河川淤泥取代細粒料所製成之混凝土，則採用 ø10cm×20cm 之圓柱模具。透水試體模具用於製作改質水泥砂漿之透水試體，為 ø15cm×4cm 圓盤試體。吸水試體模具用於製作改質水泥砂漿之吸水試體，為 16cm×4cm×4cm 之長方柱試體。水氣穿透率模具. 5.

(14) 用於製作改質水泥砂漿之透氣試體，為 ø7cm×1cm 圓盤試體。透濕杯量測改質水泥砂漿水氣穿透率。所使用透濕杯，為符合 ASTM E96 要求測試面積之鋁合金製品，以矽膠墊圈及鋁合金圓蓋密封試體。 100 噸萬能試驗機由日本 Shimadzu 公司製造，型號為 UH-C100A，透過電腦連線操作儀器，抗壓結果則由電腦軟體繪圖輸出，用於量測不同齡期試體之抗壓強度。陶瓷高溫燒結爐由起墩公司所生產，型號 CT-5002C，爐內空間為 46cm×60m×63cm，最高溫可達 1260℃，爐內以氧化鋁磚作為隔熱材，均溫性為±5℃，爐內溫棒誤差為±3℃，可設定兩組溫度變化模式，一組中可設定八段溫度變化。透水儀配置 3 組透水裝置，連接空氣壓力機，透過壓力氣閥控制透水壓力，施加水壓力於透水試體，測得其透水量。吸水儀為方形金屬盒，中間兩金屬管高 3cm，試驗時將金屬盒加滿水，置試體於金屬管上方，測得其吸水量。. 2.3 研究方法與步驟 2.3.1 試體配比設計 2.3.1.1 改質河川淤泥本研究使用改質河川淤泥分別取代水泥砂漿中之細粒料 0%、10%、30%、50%及. 6.

(15) 100%，透過抗壓試驗、透水試驗及吸水試驗等，探討改質河川淤泥不同取代量，對所製成水泥砂漿之影響。. 2.3.1.2 無機聚合膠結材本研究所製作無機聚合膠結材，由經 850℃[5]煅燒後河川淤泥、爐石粉及鹼活化劑所組成，鹼活化劑則由水、矽酸鈉及氫氧化鈉所組成，透過改變鹼當量(AE%)及鹼模數(Modulus of water-glass，Ms)兩鹼活化劑重要參數，比較不同鹼活化劑所製成膠結材抗壓強度之差異。. 2.3.1.3 控制性低強度材料 CLSM 本研究除使用水泥作為膠結材外，另外使用未煅燒河川淤泥 100%、煅燒河川淤泥 100%、未煅燒河川淤泥 70%+爐石 30%，以及煅燒淤泥 70%+爐石 30%等四種不同配比製作膠結材，並改變河川淤泥取代細粒料之百分比，比較對所製成 CLSM 坍流度及抗壓強度之影響。. 2.3.1.4 河川淤泥取代混凝土細粒料本研究以河川淤泥分別取代混凝土中之細粒料 0%、10%、30%、50%及 100%，透過抗壓試驗與坍度試驗結果，探討河川淤泥不同取代量，對所製成混凝土抗壓強度及工作性之影響。. 2.3.2 試驗參數鹼活化劑中的 Si2O 和 Na2O 的比例和濃度，將影響膠結材之聚合反應與其抗壓強度，本研究透過改變鹼活化液中之鹼當量(AE%)及鹼模數(Ms )兩變數，藉由試驗結果，探討鹼當量及鹼模數對所製成無機聚合膠結材抗壓強度之影響，其中，鹼當量與. 7.

(16) 鹼模數之定義分別如下： Na 2 O .....(重量比) 總粉料. (2-1). SiO 2 .....(莫耳數比) Na 2 O. (2-2). 鹼當量(AE%) =. 鹼模數(M S ) =. 於無機聚合膠結材製程中，鹼活化液中之含水量，同時也將影響試體之強度與工作性，除上述兩變數外，相對於水泥材料之水灰比(W/C)，無機聚合膠結材通常選用水膠比(water/binder ratio，W/B)為另一試驗變數，由於矽酸鈉含有大量 H2O，計算鹼活化劑之水膠比採用下列定義：. 水膠比 =. 鹼活化劑中水量+添加水量 .....(重量比) 總粉料+鹼活化劑中固體成分. (2-3). 2.3.3 試體製作與試驗方法 2.3.3.1 改質河川淤泥將河川淤泥與水 1：1 攪拌半小時，同時，將改質劑與熱水加入燒杯內，加熱攪拌均勻半小時後，再倒入河川淤泥溶液並持續攪拌一小時，攪拌完之混合液，須靜置一天將上層水濾除後，改質河川淤泥放入烘箱內並以溫度 110℃烘乾數天後，即為本研究所使用之改質河川淤泥。根據配比設計所計算獲得所需之各材料量，依照水泥砂漿拌合方法進行攪拌混合，然後量測其流度值，若流度符合規範標準，再將改質河川淤泥所製成之水泥砂漿，分別填入 5cm×5cm×5cm 方型抗壓試體模具、ø15cm×4cm 圓盤透水試體模具及 16cm ×4cm×4cm 之長方體吸水試體模具內，進行搗實並用刮刀將其墁平。. 8.

(17) 2.3.3.2 無機聚合膠結材無機聚合膠結材之製作流程如下：煅燒河川淤泥：本研究採取煅燒溫度為 850℃，高溫爐升溫速度為 3℃/min。調配鹼活化劑：，將氫氧化鈉、水及矽酸鈉均勻攪拌後，並靜置一天，使鹼活化劑能充分混合反應。拌合漿體：先將河川淤泥以轉速 500RPM 直流攪拌機與鹼活化劑攪拌 30 分鐘後，再加入爐石粉攪拌 10 分鐘後，即可完成。漿體灌模：先將 3cm×3cm×3cm 抗壓試體模置於震動台上，分兩層將已拌合完成漿體灌入試體模內，並以刮刀將試體頂部墁平，再蓋上塑膠片。試體養護：本研究試驗量測各試體之 7 天及 28 天抗壓強度，試體經養護一天後即可脫模，分別置於常溫中再養護至指定齡期。. 2.3.3.3 控制性低強度材料 CLSM 本研究製作 ø10cm×20cm 圓柱抗壓試體，根據配比設計所計算獲得之各材料量，依照混凝土試體製作方法進行拌合，拌合完成後先量測其坍度，再將漿體澆置於各試體模內，分兩層搗實並用刮刀將試體頂部墁平。. 2.3.3.4 河川淤泥取代混凝土細粒料本試驗所製成混凝土採設計強度 280kgf/cm2 之配比設計，先製作 ø10cm×20cm 圓柱抗壓試體，根據配比設計計算所需之各材料量，依照混凝土試體製作方法進行拌合，拌合完成後先量測其坍度，再將漿體澆置各試體模內，分兩層搗實並用刮刀將試體頂部墁平。. 9.

(18) 2.4 試驗結果與討論 2.4.1 河川淤泥分類由試驗結果發現，曾文溪中上游之河川淤泥，其有機質澄液顏色為 4~5 號色，4 號篩以下之黏土含量約為 16%，經分類判定為加入改質劑作為防水材料較適宜。麻豆大排之河川淤泥，其有機質澄液顏色深於 18 號色，粒徑曲線以黏土為主，經分類判定為鹼激發膠結材之原料或製成 CLSM。至於曾文溪中下游之河川淤泥，有機質澄液顏色為 2~3 號色，黏土含量僅 2.83%，因此，經分類判定適用於取代混凝土中之細粒料。台中港近海與離海處之河川淤泥，有機質澄液顏色為 1 號色，黏土及粉土含量總合僅 2.21%及 3.27%，因此，經分類可取代混凝土中之細粒料。青山漁港之河川淤泥，有機質澄液顏色為 11~12 號色，粒徑曲線以黏土為主，經分類可作為鹼激發膠結材之原料上述各處河川淤泥之分類結果，如圖 2.1 所示。. 2.4.1.1 改質淤泥由試驗結果得知，曾文溪中上游河川淤泥之陽離子交換當量為 4.61 meq/100g，代表所需添加之改質劑少，可降低其再利用製造成本。. 2.4.1.1.1 改質淤泥水泥砂漿抗壓強度根據規範 CNS3763 [12]規定，添加防水劑之水泥砂漿，與未添加防水劑之水泥砂漿，其抗壓強度比應達 85%以上。試驗結果如表 2.1 所示，將不同改質河川淤泥取代水泥砂漿細粒料百分比者，其抗壓強度與齡期之關係，繪於圖 2.2 中，由圖可發現，改質淤泥取代 10%及 30%細粒料時，所製成水泥砂漿之抗壓強度折減甚少，取代高達 50%時，其試體抗壓強度仍有 263.67 kgf，亦即折減至 87%，與規範所規定之 85%非常接近，當取代量提高至 100%. 10.

(19) 時，所製成水泥砂漿之抗壓強度約只剩 48%，降低許多，由此可知，依照水泥砂漿抗壓強度折減規定，改質淤泥至多能取代 50%之細粒料。. 2.4.1.1.2 改質淤泥水泥砂漿吸水比根據規範 CNS3763 [12]所規定，添加防水劑之水泥砂漿，與未添加防水劑之水泥砂漿，其吸水比應低於 0.5。吸水比試驗結果，如表 2.2 所示，將不同改質河川淤泥取代水泥砂漿細粒料百分比之吸水比，繪於圖 2.3，由圖可發現，吸水比隨改質淤泥取代百分比增加而降低，改質河川淤泥取代量 10%時所製成之水泥砂漿，其吸水比約為 0.7。當改質河川淤泥取代量提高至 30%時，所製成水泥砂漿之吸水比為 0.25。當改質河川淤泥完全取代細粒料時，所製成水泥砂漿吸水比約為 0.16。由上述試驗結果可證明，改質河川淤泥為一防水性材料，只需添加少量於水泥砂漿中，便能有效降低降低水泥砂漿之吸水比。. 2.4.1.1.3 改質淤泥水泥砂漿透水比根據規範 CNS3763 [12]所規定，添加防水劑之水泥砂漿，與未添加防水劑者之透水比應以低於 0.5。透水比試驗結果，如表 2.3 所示，將不同改質河川淤泥取代水泥砂漿細粒料百分比之吸水比，繪於圖 2.4 中，由此圖可發現，改質河川淤泥取代量 30%時，水泥砂漿透水比，遠低於規範所規定之 0.5，但透水比結果與吸水比試驗者不同，當改質淤泥完全取代細粒料時，水泥砂漿透水比不減反增，兩者差異乃在於透水比試驗於加壓水壓下進行，透水比試體更容易被水滲入，前述抗壓強度結果發現，當改質淤泥取代量提高至 100%時，水泥砂漿之抗壓強度僅剩標準組的 48%，試體因其抗壓強度不足導致試體產生裂縫，使其透水量大增。因此，改質淤泥不需取代過多水泥砂漿中之細粒料，當僅取代 30%或 50%時，即. 11.

(20) 可使所製成水泥砂漿於承受水壓作用下，仍能達到良好之抗滲效果。. 2.4.1.1.4 改質淤泥水泥砂漿水氣穿透率根據 ASTM 規範量測水泥砂漿水氣穿透率，試驗結果如表 2.4 所示，並將不同改質河川淤泥取代水泥砂漿細粒料百分比之水氣穿透率，繪於圖 2.5，由試驗結果可發現，改質淤泥取代細粒料 50%時，所製成水泥砂漿試體之水氣穿透率不減反增，將改質淤泥添加至水泥砂漿中，不僅具有良好之防水性能，使其水氣穿透率並未明顯下降，甚至可能產生上升趨勢，代表其能使結構物有效調節室內外濕度及溫度。但當改質淤泥取代量高達 100%時，所製成水泥砂漿之水氣穿透率突然增加，原因乃是其抗壓強度僅剩標準組的 48%，水氣穿透率試驗須以強力夾固定試體，當試體強度過低時，將導致試體產生裂縫或破裂，使其水氣穿透率大增，進而影響試驗結果。. 2.4.1.2 無機聚合膠結材本試驗採用經 850℃煅燒之河川淤泥，水膠比為 0.4，將 70%煅燒後河川淤泥與 30%爐石拌合製成無機聚合膠結材。以下針對改變鹼活化劑之鹼模數及鹼當量，探討其對所製成鹼激發膠結材抗壓強度之影響。. 2.4.1.2.1 無機聚合膠結材抗壓強度麻豆大排河川淤泥作為製造無機聚合膠結材之原料時，其抗壓強度試驗結果如表 2.5 所示，將不同鹼活化劑鹼模數及鹼當量與其所製成試體 7 天與 28 天抗壓強度之關係分別繪於圖 2.6 及圖 2.7，由圖可發現，齡期 7 天時，試體最高抗壓強度可達 310.38 kgf/cm^2，但齡期 28 天時，試體抗壓強度幾乎皆較齡期 7 天者低，此現象與一般卜作嵐水泥膠結材行為差異甚大，推斷應是所適用鹼活化劑鹼量過高造成。調整鹼活化劑之鹼量及河川淤泥取代量後，試驗結果如表 2.6 所示，將不同鹼活化劑鹼模數及鹼. 12.

(21) 當量與其所製成試體 7 天及 28 天抗壓強度之關係，分別繪於圖 2.8 及圖 2.9，由圖可發現，改變鹼活化劑鹼量後所製成無機聚合膠結材，齡期 28 天抗壓強度不低於齡期 7 天抗壓強度，鹼活化劑最佳配比為鹼當量 5%且鹼模數 0.75，28 天抗壓強度可高達 303 kgf/cm^2。另外，若鹼活化劑鹼模數低於 1 時，則不會出現抗壓強度隨齡期增加而下降之現象。青山漁港之河川淤泥作為膠結材之原料時，試驗結果列於表 2.7 中，將不同鹼活化劑鹼模數及鹼當量與其所製成試體 7 天及 28 天抗壓強度之關係，分別繪於圖 2.10 與 2.11，由圖可發現，此鹼活化劑配比皆無抗壓強度隨齡期增加而下降之現象，最佳鹼活化劑配比為鹼當量 8%且鹼模數 1.25，28 天抗壓強度可高達 563 kgf/cm^2，最低抗壓強度仍可達 293.58 kgf/cm^2。比較兩採樣地點之河川淤泥，可發現青山漁港之河川淤泥，其所製成鹼激發膠結材抗壓強度遠高於麻豆大排之淤泥者，且無抗壓強度隨齡期增加而下降之現象，推斷此結果之可能原因，包括原先設計鹼活化劑鹼量不適宜麻豆大排之河川淤泥，或麻豆大排河川淤泥內含有機雜質過多，影響所製成鹼激發膠結材之抗壓強度。. 2.4.1.3 控制性低強度材料 CLSM 本試驗採用不同膠結材及改變河川淤泥取代細粒料百分比，比較所製成 CLSM 坍流度及抗壓強度之變化。. 2.4.1.3.1 CLSM 抗壓強度 CLSM 為一低抗壓強度混凝土，為確保抗壓強度較土壤為高，但不能差異太大，因此，必須進行抗壓強度試驗，根據規範規定，CLSM 抗壓強度須介於 7~84 kgf/cm^2 之間。試驗結果如表 2.8 所示，以水泥當作膠結材時，其抗壓強度皆達規範標準，但當. 13.

(22) 膠結材使用未煅燒河川淤泥、煅燒河川淤泥及未煅燒河川淤泥 70%+爐石 30%等三種配比，其所製成 CLSM 之抗壓強度皆低於標準值，當膠結材選用煅燒河川淤泥 70%+ 爐石 30%，河川淤泥取代細粒料 25%時，其所製成抗壓強度可達標準值。因此，若要使用水泥以外之膠結材，目前只有煅燒河川淤泥 70%+爐石 30%能符合規範，但仍需考慮河川淤泥煅燒及鹼活化劑之成本是否符合再利用效益。. 2.4.1.4 河川淤泥取代混凝土細粒料首先，量測其氯離子含量是否超標，若超標則須清洗至規範允許值方能使用，透過不同河川淤泥取代混凝土細粒料百分比，觀察其對所製成試體坍度及抗壓強度之影響。. 2.4.1.4.1 河川淤泥氯離子含量及清洗結果台中港出海口近海之河川淤泥氯離子含量超標達 35.03 倍，須清洗 4 次以上方能低於標準值。至於距離海岸線 100 公尺之河川淤泥，其氯離子含量超標 1.08 倍，僅須清洗 1 次即能達標準。因此，台中港出海口近海之河川淤泥，由於氯離子含量高，使其再利用程序相對複雜，同時也提高其處理成本。. 2.4.1.4.2 河川淤泥取代混凝土細粒料坍度本試驗採固定水灰比之配比，比較不同河川淤泥取代混凝土細粒料百分比，對其所製成混凝土坍度之影響，試驗結果列於表 2.9 中，可發現三處採樣河川淤泥之試驗結果相近，當取代量百分比提高時，所製成混凝土坍度下降，將影響混凝土之工作性，此現象乃是曾文中下游及台中港出海口之河川淤泥，其粒徑分佈介於 50 號篩與 100 號篩之間，其表面積較大，導致將河川淤泥取代細粒料時，所製成混凝土之工作性明顯下降，將使混凝土搗實不易均勻，進而影響其抗壓強度。. 14.

(23) 為解決混凝土坍度下降問題，於固定水灰比情況下，將取代量 100 %之配比，另外添加強塑劑 1.8%，發現所製成混凝土之坍度回到 15~17cm 左右，與未取代標準組之坍度接近，如此，可有效改善其坍度過低問題。. 2.4.1.4.3 河川淤泥取代混凝土細粒料抗壓強度本試驗採固定水灰比之配比，比較不同河川淤泥取代混凝土細粒料百分比，對所製成混凝土抗壓強度之影響，試驗結果如表 2.10 所示，並將不同取代量與抗壓強度之關係，分別繪於圖 2.12，由圖可發現，三處採樣河川淤泥之試驗結果相近，當取代量百分比提高時，所製成混凝土之抗壓強度並無明顯下降，當取代量提高至 100%時，並未明顯影響其所製成混凝土之抗壓強度。另外，為解決所製成混凝土坍度下降問題，於固定水灰比情況下，當取代量為 100 %時，添加強塑劑 1.8%，由試驗結果發現，其所製成混凝土之抗壓強度與未取代者之標準組接近，因此，若使用粒徑較小之河川淤泥取代混凝土中細粒料時，於固定水灰比條件下，適量添加強塑劑，不僅能改善坍度下降問題，更能維持混凝土之抗壓強度。. 15.

(24) 表 2.1 曾文溪中上游-改質淤泥水泥砂漿抗壓強度抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ). 取代細粒料百分比 3天. 7天. 28 天. 0%. 244.85. 272.81. 299.89. 10%. 243.45. 262.80. 293.44. 30%. 239.72. 261.27. 280.04. 50%. 205.34. 258.91. 263.67. 100%. 81.17. 114.32. 144.27. 表 2.2 曾文溪中上游-改質淤泥水泥砂漿吸水比取代細粒料. 1hr. 1hr. 5hr. 5hr. 24hr. 24hr. 百分比. 吸水量(g). 吸水比(g). 吸水量(g). 吸水比(g). 吸水量(g). 吸水比(g). 0%. 51.33. 10%. 24.67. 0.48. 36.33. 0.57. 46.00. 0.70. 30%. 6.50. 0.13. 9.67. 0.15. 16.67. 0.25. 50%. 3.83. 0.07. 5.67. 0.09. 12.00. 0.18. 100%. 2.67. 0.05. 3.83. 0.06. 10.33. 0.16. 64.00. 16. 66.00.

(25) 表 2.3 曾文溪中上游-改質淤泥水泥砂漿透水比. 1hr 取代細粒料百分比. 透水比透水量(g). 0%. 9.33. 10%. 6.33. 0.68. 30%. 2.10. 0.23. 50%. 1.23. 0.13. 100%. 7.67. 0.82. 表 2.4 曾文溪中上游-改質淤泥水泥砂漿水氣穿透率. 透氣量. 水氣穿透率. (g). 取代細粒料百分比. 透氣比. 0%. 0.20. g/𝐦𝐦𝟐𝟐 × 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐. 10%. 0..30. 106.06. 1.50. 30%. 0.33. 116.66. 1.65. 50%. 0.35. 123.74. 1.75. 100%. 0.74. 252.77. 3.58. 70.71. 17.

(26) .0 表 2.5 麻豆大排-無機聚合膠結材抗壓強度(河川淤泥 70%,爐石 30%) 抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 1. 模數鹼當量(%). 1.25. 1.5. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 4. 130.52. 134.97. 212.45. 126.37. 253.93. 166.08. 6. 301.78. 242.23. 310.38. 255.34. 8. 279.12. 185.63. 291.86. 178.82. 251.76. 152.08. 10. 237.49. 153.45. 234.52. 136.01. 199.41. 143.15. 表 2.6 麻豆大排-調整鹼量之無機聚合膠結材抗壓強度(河川淤泥 70%,爐石 30%) 抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 0.5. 模數鹼當量(%). 0.75. 1. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 4. 178.08. 184.12. 211.86. 232.89. 216.91. 131.85. 5. 167.71. 190.07. 256.89. 303.11. 272.05. 285.34. 6. 189.93. 225.92. 237.63. 256.48. 278.38. 248.22. 18.

(27) 表 2.7 青山漁港-無機聚合膠結材抗壓強度(河川淤泥 70%,爐石 30%) 抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 1. 模數鹼當量(%). 1.25. 1.5. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 4. 344.90. 407.05. 345.79. 385.67. 256.96. 293.58. 6. 434.97. 505.63. 454.70. 498.06. 517.13. 534.56. 8. 382.53. 528.53. 512.31. 562.53. 547.89. 558.11. 10. 424.01. 498.97. 498.83. 515.96. 470.07. 484.91. 表 2.8 麻豆大排-CLSM 抗壓強度抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 取代細粒料百分比(%) 25. 50. 水泥. 19.1. 9.4. 未煅燒淤泥. 0.92. 0.63. 煅燒淤泥. 5.9. 2.54. 未煅燒淤泥 70%+爐石 30%. 3.22. 1.25. 煅燒淤泥 70%+爐石 30%. 12.5. 6.51. 膠結材. 19.

(28) 表 2.9 河川淤泥取代混凝土細粒料之坍度坍度(cm) 取樣地點曾文溪中下游. 台中港近海. 台中港離海. 0%. 16. 16. 17. 10%. 15. 14. 14. 30%. 12. 13. 12. 50%. 10. 10. 10. 100%. 8. 8. 7. 取代百分比. 表 2.10 淤泥取代混凝土細粒料之抗壓強度抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 取樣地點. 曾文溪中下游. 台中港近海. 台中港離海. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 0%. 301.60. 394.16. 304.97. 400.70. 297.95. 393.84. 10%. 287.25. 386.00. 298.70. 382.54. 287.36. 377.80. 30%. 276.73. 371.49. 282.70. 374.00. 280.80. 373.88. 50%. 270.16. 356.81. 274.63. 365.21. 273.45. 369.65. 100%. 257.12. 330.62. 266.70. 352.68. 260.14. 352.47. 取代百分比. 20.

(29) 河川淤泥. 有機不淨分類法. 標準色-11 號. 11 號以上. 11 號以下. 有機物含量低. 有機物含量低. 有機物含量高. 黏土含量 10%以下. 黏土含量 10%以上. 黏土含量 10%以上. 改質淤泥. 鹼激發、CLSM. (曾文溪中上游). (麻豆大排、青山漁港). 取代混凝土細粒料 (曾文溪中下游、台中港近海、離海). 圖 2.1 河川淤泥分類結果 21.

(30) 齡期=3天齡期=7天齡期=28天. 250. 2. 抗壓強度(kgf/cm ). 300. 200 150 100 50 0 0. 120. 100. 80. 60. 40. 20. 細骨材取代量(%) 圖 2.2 曾文溪中上游-改質淤泥所製成水泥砂漿之抗壓強度. 1. 吸水比吸水比上限. 吸水比. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2. 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 細骨材取代量(%) 圖 2.3 曾文溪中上游-改質淤泥所製成水泥砂漿之吸水比. 22. 100.

(31) 1. 透水比. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2. 0 0. 透水比透水比上限 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. 細骨材取代量(%) 圖 2.4 曾文溪中上游-改質淤泥所製成水泥砂漿之透水比. 250. 2. 水氣穿透率(24hr g/m ). 300. 200 150 100 50. 0 0. 水氣穿透率 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 細骨材取代量(%) 圖 2.5 曾文溪中上游-改質淤泥所製成水泥砂漿之水氣穿透率. 23. 100.

(32) 350. 模數=1 (7天) 模數=1.25 (7天) 模數=1.5 (7天). 抗壓強度(kgf/cm2). 300. 250. 200. 150. 100 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 鹼當量(%) 圖 2.6 麻豆大排-無機聚合膠結材 7 天抗壓強度. 350. 2. 抗壓強度(kgf/cm ). 300. 250. 200. 150. 模數=1 (28天) 模數=1.25 (28天) 模數=1.5 (28天). 100 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 鹼當量(%) 圖 2.7 麻豆大排-無機聚合膠結材 28 天抗壓強度. 24. 11. 12.

(33) 350. 模數=0.5(7天) 模數=0.75(7天) 模數=1(7天). 抗壓強度(kgf/cm2). 300. 250. 200. 150. 100 3. 3.5. 4. 4.5. 5. 5.5. 6. 6.5. 7. 鹼當量(%) 圖 2.8 麻豆大排-調整鹼量之無機聚合膠結材 7 天抗壓強度. 350. 2. 抗壓強度(kgf/cm ). 300. 250. 200. 150 模數=0.5(28天) 模數=0.75(28天) 模數=1(28天). 100 3. 3.5. 4. 4.5. 5. 5.5. 6. 6.5. 鹼當量(%) 圖 2.9 麻豆大排-調整鹼量之無機聚合膠結材 28 天抗壓強度. 25. 7.

(34) 700. 模數=1(7天) 模數=1.25(7天) 模數=1.5(7天). 2. 抗壓強度(kgf/cm ). 600. 500. 400. 300. 200 2. 3. 4. 5. 7. 6. 8. 9. 10. 11. 12. 鹼當量(%) 圖 2.10 青山漁港-無機聚合膠結材 7 天抗壓強度. 700. 2. 抗壓強度(kgf/cm ). 600. 500. 400. 300. 200 2. 模數=1(28天) 模數=1.25(28天) 模數=1.5(28天) 3. 4. 5. 7. 6. 8. 9. 10. 鹼當量(%) 圖 2.11 青山漁港-無機聚合膠結材 28 天抗壓強度. 26. 11. 12.

(35) 曾文溪中下游台中港濕砂台中港乾砂. 420. 抗壓強度(kgf/cm2). 400. 380. 360. 340. 320. 300 0. 20. 40. 60. 80. 100. 細骨材取代量(%). 圖 2.12 河川淤泥取代混凝土細粒料所製成混凝土抗壓強度. 27. 120.

(36) 第三章. 泡沫與改質無機聚合物. 3.1 試驗規劃使用台南市青山漁港之河川淤泥，製成河川淤泥無機聚合膠結材，藉由實驗結果獲得其最佳配比設計，進而製作河川淤泥泡沫無機聚合膠結材，經由一系列試驗量測不同空氣含量泡沫無機聚合膠結材試體之物理及力學性質，以探討不同空氣含量對所製成河川淤泥泡沫無機聚合膠結材性能之影響。藉由前述研究所獲得河川淤泥無機聚合膠結材之最佳配比設計，再添加不同種類高分子材料，以製成高分子改質無機聚合物，然後，量測添加不同高分子種類與劑量所製成高分子改質無機聚合物，其單位重、吸水率、抗壓強度及抗彎強度等性質變化，獲得適宜應用於改善河川淤泥無機聚合膠結材之高分子材料種類及所需劑量，進一步探討添加不同高分子材料種類與劑量，對高分子改質無機聚合膠結材物理與力學性質之可能影響。. 3.2 試驗材料及設備 3.2.1 試驗材料本研究使用材料及其性質，茲分別如下：河川淤泥使用挖取自台南市將軍區青山漁港之河川淤泥，先經由 850℃高溫持續煅燒 6 小時[2]後，放入粉碎機中碾磨至細度小於 0.3mm 時方可使用。高爐石粉本研究採用中聯資源股份有限公司所生產型號 S4000 之爐石粉，其比重約為 2.90，此爐石平均粒徑為 8.31 μm，比表面積約為 4000cm2 /g。氫氧化鈉. 28.

(37) 採用日本昭和化學株式會社 SHOWA 製造之試藥級固體氫氧化鈉，其 NaOH 含量達 97%。矽酸鈉採用日本昭和化學株式會社 SHOWA 所製造之 1 號試藥級矽酸鈉，為一黏稠狀液體，其中SiO2 約 36~38%，Na2 O約 17~18%，其莫耳數比則介於 2.00~2.30。發泡劑. 採用台北松江實業股份有限公司所製造型號好泥友 S45 之高性能輸氣劑，為一透明無色之液體，其密度約為 1.0~1.03g/cm3 ，pH 值則介於 9~12 之間，所製成預成形泡沫之密度約為 0.03g/cm3 。丁苯乳膠(簡稱 SBR 乳膠) 本研究採用優泥企業有限公司型號 L210 之 SBR 高黏度乳膠，為白色黏稠之液體，其密度約 0.96 g/cm3 ，固型量為 40%。. 乙烯-醋酸乙烯共聚物乳膠粉(簡稱 EVA 乳膠粉). 本研究使用大連化學工業股份有限公司型號 DA-1200 之 EVA 可再分散性乳膠粉，其密度約 0.5 g/cm3 ，為一乳白色粉體。. 3.2.2 試驗設備本研究所使用之相關試驗設備，茲分別敘述如下：陶瓷高溫燒結爐採用彰化啟墩工業有限公司所生產型號 CT-5002C 之陶瓷高溫燒結爐，爐內空間為 46cm×60m×63cm，最高溫可達到 1260℃，爐內四周以氧化鋁磚作為隔熱材，其均溫性為±5℃，爐內測溫棒之誤差為±3℃，可設定兩組溫度變化模式，每組又可設定八段溫度變化。直立式粉碎機. 29.

(38) 採用台南盈至機械廠所生產型號 VHM-5 之直立式粉碎機，此粉碎機之粉碎方式，乃採雙軸研磨撞擊，其粉碎後河川淤泥粒徑大小，可藉由替換之篩網所控制。直流攪拌機採用新光精機工業股份有限公司所製造型號 G150R 之直流攪拌機，此機器用於製作無機聚合膠結材之漿體。砂漿拌合機用於拌合泡沫無機聚合膠結材與改質無機聚合膠結材，其轉速可區分為 127、 265、426 RPM。. 振動台採用義大利 CONTROLS 公司所生產之震動台，此機器可應用於將無機聚合膠結材漿體內部所含氣泡加以震動逸出，其震動方式為左右震動，震動頻率設定為 60Hz。發泡設備由泵浦、空氣壓縮機、發泡鋼桶及發泡鋼管所組成之設備，可作為製作預成形泡沫之用。抗壓試體模具製作無機聚合物抗壓試體之模具，乃採用 3cm×3cm×3cm 之正立方體矽膠膜，製於製作泡沫無機聚合物與改質無機聚合物之抗壓試體模具，則採用 5cm×5cm× 5cm 之正立方體鐵模。抗彎及吸水試體模具無機聚合物、泡沫無機聚合物及改質無機聚合物之抗彎試驗與吸水試驗之試體模具，皆使用 4cm×4cm×16cm 之長方體鐵模。 100 噸萬能試驗機乃日本 Shimadzu 公司所製造，型號 UH-C100A，透過電腦連線操作此儀器，抗 30.

(39) 壓結果則可由電腦軟體繪圖輸出。 50 噸萬能試驗機採用日本 Shimadzu 公司所製造、型號 UH-C100A 之 50 噸萬能試驗機，主要作為試體抗彎試驗之量測。. 3.3 研究方法與步驟 3.3.1 無機聚合物 3.3.1.1 無機聚合膠結材之配比本研究所製作之無機聚合膠結材，乃由 75%河川淤泥與 25%爐石粉經由鹼活化劑激發而製成，所選用鹼活化劑乃由試驗級矽酸鈉、試驗級氫氧化鈉以及水所混合配製而成，此鹼活化劑中之SiO2 與Na2 O比例及濃度，皆將影響所製成無機聚合膠結材之. 聚合程度及抗壓強度，因此，本研究希望透過改變鹼活化液中之鹼當量(AE%)及鹼模. 數(Ms )兩變數，藉由試驗結果，探討兩變數對所製成無機聚合膠結材抗壓強度之影響，同時，鹼活化液中之含水量，也將影響試體之強度與工作性，以水膠比控制膠結材試. 體之水量。本研究所採用鹼活化液中之鹼當量，分別為 2%、4%、6%、8%及 10%五種，至於鹼模數則為 1，水膠比則固定為 0.35。. 3.3.1.2 無機聚合膠結材之製作方式無機聚合膠結材之製作流程如下：配置鹼活化液：將預先計算配比設計所需之水及矽酸鈉稱適量後，放入一鋼杯中，利用直流攪拌. 31.

(40) 機加以攪拌均勻，每分鐘 500 轉速度攪拌 5 分鐘，使矽酸鈉完全溶於水中，再將氫氧化鈉加入此鋼杯中，並蓋上一保鮮膜，防止氫氧化鈉溶於水中放熱導致水分蒸發，待靜置 24 小時後冷卻至室溫。無機聚合膠結材漿體拌合：秤取配比設計所需河川淤泥及爐石粉量，直流攪拌機轉速設定為每分鐘 500 轉，將河川淤泥粉體徐徐加入一鋼杯中拌合，待拌合 30 分鐘後，再加入爐石粉，持續拌合 5 分鐘後，即完成無機聚合漿體之製作。漿體灌模：將無機聚合膠結材漿體分兩層灌入模具中，並利用振動台將漿體中之空氣加以震動逸出，最後，以塑膠片覆蓋試體頂部，避免試體內水分蒸發，完成漿體灌模。試體脫模及養護：待靜置 24 小時後，將試體由模具中取出後，放置於常溫常壓環境下進行空氣養護。. 3.3.2 泡沫無機聚合物 3.3.2.1 泡沫無機聚合膠結材之配比泡沫無機聚合膠結材中之空氣含量，為影響工程性質之一重要變數，比較無機聚合膠結材抗壓試驗結果，挑選一具備適當黏性與工作性之鹼活化劑配比，預先進行無機聚合膠結材漿體之製作，再依據不同設計相對密度，加入經計算所得之不同泡沫重量，以控制泡沫無機膠結材中之空氣含量，其相對密度 ρd 之定義如下:. 泡沫無機聚合膠結材單位重相對密度ρd = 固體無機聚合膠結材單位重. 32. (3-1).

(41) 根據預先選定不同相對密度，可計算獲得製作不同設計相對密度泡沫無機聚合膠結材所需各種材料用量，WG 乃是一單位體積無機聚合膠結材中之粉體用量，可由前項無機聚合膠結材製作獲得，WS 是一單位體積泡沫無機聚合膠結材粉體用量，可由下列計算式求得: WS =ρd × WG. (3-2). 計算預成形泡沫用量時，則使用下列計算式(3-6)，其中，V 為泡沫無機聚合膠結材之設計體積，ρF 為預成形泡沫之單位重約 0.03g/cm3，預成形泡沫製作時，每單位體積內之泡沫尺寸與數量變異性不大，但是，將預成形泡沫加入無機聚合膠結材漿體中拌合時，可能發生消泡的情形，故計算預成形泡沫用量 WF 時，需要再乘上一放大係數 φ，以彌補與漿體拌合過程可能所損失之泡沫量:. WF= (1 − ρd ) × V × ρF × ϕ. (3-3). 製作泡沫無機聚合膠結材時，鹼活化液中採用鹼當量分別為 4%及 6%二種，鹼模數選定為 1，水膠比則固定為 0.35，試體之不同相對密度，包括 0.35、0.45、0.55 及 0.65 四種，預成形泡沫之單位重為 0.03g/cm3 ，拌合過程中之放大係數則為 1.25。. 3.3.2.2 泡沫無機聚合膠結材之製作方式泡沫無機聚合膠結材製作流程如下：配置鹼活化液：將經配比設計計算所需添加之水及矽酸鈉放入攪拌桶中，利用砂漿拌合機以每分鐘 265 轉速度攪拌 5 分鐘，使桶中之矽酸鈉完全融於水，再將氫氧化鈉加入此攪拌桶中並覆蓋保鮮膜，以防止氫氧化鈉溶於水中，產生放熱反應導致水分蒸發， 33.

(42) 待放置 24 小時後冷卻至室溫。無機聚合物漿體拌合：秤取不同配比設計所需之河川淤泥及高爐石粉量，砂漿拌合機轉速設定為每分鐘 265 轉，將河川淤泥粉體加入攪拌桶中攪拌，待持續拌合 30 分鐘後，再加入高爐石粉，拌合 5 分鐘後，即完成無機聚合物漿體之拌合。預成形泡沫製作：於上述將爐石粉加入混拌時，可進行預成形泡沫之製作，先將發泡液加入其 20 倍重之水量加以稀釋，並利用泵浦將發泡液吸入鋼桶中，鋼桶上端則接一空氣壓縮機，其下端則利用風管與發泡鋼管相互連接，當啟動空氣壓縮機時，乃利用高壓，將發泡液，由鋼桶中加壓擠出，待穿過發泡鋼管後即成為預成形泡沫。泡沫無機聚合物漿體拌合：將所需預成形泡沫量，倒入已拌合完成之無機聚合漿體中，攪拌 2 分鐘後，使預成形泡沫與無機聚合漿體充分混合，即完成泡沫無機聚合漿體之拌合。漿體灌模：將泡沫無機聚合物漿體一次灌入模具中，再以珍珠板盒覆蓋整個模具，以防止水分蒸發或產生消泡，即完成泡沫無機聚合物漿體之灌模。試體脫模及養護：待放置 24 小時後，將試體由模具中取出，並放置常溫常壓環境下進行空氣養護。. 3.3.3 改質無機聚合物 3.3.3.1 改質無機聚合膠結材之配比本研究所製作之改質無機聚合膠結材，與前述無機聚合膠結材之製作方式相同，由 75%河川淤泥與 25%爐石粉經由鹼活化劑激發所製成，於漿體拌合完成後，再加入. 34.

(43) 高分子材料，使無機聚合膠結材之性質改變，添加高分子材料之體積百分比為另一試驗變數。製作改質無機聚合膠結材時，採用鹼活化液中之鹼當量為 6%，鹼模數為 1，所選用高分子材料分別為 SBR 與 EVA 兩種，加入體積百分比為 5%、10%及 15%三種，其中，配比設計之水膠比則固定為 0.35。. 3.3.3.2 改質無機聚合膠結材之製作方式改質無機聚合膠結材之製作流程如下：依前述製作泡沫無機聚合膠結材之步驟預先製作無機聚合膠結材漿體。改質無機聚合漿體拌合：秤取所需不同高分子材料種類及劑量，加入無機聚合膠結材漿體中，再拌合 1 分鐘，使高分子材料均勻散佈於漿體中，如此，方可完成改質無機聚合漿體之拌合。漿體灌模：將改質無機聚合物漿體分兩層灌入模具中，利用振動台將模具內試體中之空氣震動逸出，最後，再以塑膠片覆蓋於試體，以防止水分蒸發，即完成改質無機聚合物漿體之灌模。試體脫模及養護：待靜置 24 小時後，將試體從模具中取出，並放於常溫常壓下進行空氣養護。. 3.4 試驗方法 3.4.1 抗壓強度試驗依據 CNS 1010 規範[15]之試驗步驟，待試體養護至指定齡期後，使用 100 噸萬能試驗機，採用每秒3.5kgf/cm2 之加壓速率進行抗壓試驗，直至試體破壞為止。 35.

(44) 3.4.2 抗彎強度試驗參考 CNS 1230 混凝土試體製作及養護之試驗步驟[16]，製作 4×4×16 試體，以空氣養護至指定齡期後，以 50 噸萬能試驗機進行抗彎試驗，參考 CNS 1234 規範中心點載重法[17]]進行抗彎強度試驗，以應變控制每秒 3.5mm 加壓速率進行抗彎試驗，直至試體破壞後即停止，於電腦程式上讀出試體極限荷重，並計算其破裂模數 (kgf/cm2)，破裂模數 R 可由下式計算:. R=. 3PL 2bd 2. (3-4). 上式中 P 為試驗機所紀錄之最大荷重(kgf)，L 為試體跨距(cm)，b 試體破裂處之平均寬度(cm)，d 則為試體破裂處之平均高度(cm)。藉由抗彎強度試驗，以無機聚合物為對照組，探討在無機聚合物中加入高分子聚合物所製成之改質無機聚合物是否能有增韌或增加其抗彎強度之效果。. 3.4.3 吸水率試驗參考 ASTM C642-13 規範[18]之試驗步驟，將試體以空氣養護至指定齡期後，先測量試體重記為試體乾重，再將試體置入一水箱中，水箱設定條件為溫度 23±2℃，待經過 48 小時後，從水中取出試體，拭去式體之表面水分，並測量此時試體重，將經吸水後試體重量扣除原本試體乾重，再除以試體乾重，即為此試體之吸水率。其公式如下：. 吸水率=(. 濕試體重-乾試體重 ) 乾試體重. 36. (3-5).

(45) 藉由量測無機聚合物、泡沫無機聚合物及改質無機聚合物之吸水率，以無機聚合物為對照組，試驗泡沫無機聚合物之吸水率是否會隨著空氣量上升而上升，以及改質無機聚合物是否能藉由添加高分子聚合物達到防水效果。. 3.5 試驗結果與討論 3.5.1 無機聚合物 3.5.1.1 抗壓強度本研究選定一最適當配比設計以製作泡沫無機聚合物，根據潘彥仰[2]研究結果發現，採用青山漁港河川淤泥所製作無機聚合物，發現其最佳配比，乃是水膠比 0.4 且鹼活化液之鹼模數為 1，當選用比表面積為 6000cm2 /g之高爐石粉，依此配比設計. 但考慮使用不同鹼當量分別為 2~8%之鹼活化液，經試拌試體並試驗量測後發現，依此配比所製成無機聚合物試體表面均可能發生嚴重龜裂現象，如圖 3.1 所示，若試體產生此龜裂現象，也將嚴重影響其晚期強度，試驗結果列於如表 3.1 中。推估可能造成試體生成裂縫原因，乃是配比中水量太多，當過多水分從試體中散失時，試體會造成嚴重之乾縮現象，或矽酸鈉與爐石反應造成嚴重乾縮[10]，因此，首先降低鹼活化液中之矽酸鈉量，亦即降低鹼模數為 0.75 及 0.5，試驗結果發現，抗壓強度雖下降，但並沒有改善開裂現象，因此，判定修正鹼活化液中之鹼模數，無法解決試體開裂問題，接著，嘗試改變配比設計中之水膠比為 0.35，研究發現開裂情況可加以改善，改善後試體外觀如圖 3.2 所示，但若再將水膠比降至 0.3 時，卻依然無法完全根除裂縫問題，最後，當更換爐石粉細度為 4000cm2 /g後，試體開裂情形才完全改善，如圖 3.3。因此，本研究選用試體條件為水膠比 0.35 且鹼模數 1，選用比表面積 4000cm2 /g高爐石，選用鹼活化液中之鹼當量 2、4、6、8 及 10%五種，進行試體製作與性質測量，. 37.

(46) 藉由試驗結果獲得最適合製作泡沫無機聚合膠結材之鹼活化液之鹼當量。上述相關試驗過程中發現，使用鹼活化液中鹼當量為 2%時，所製成之無機聚合物並無法硬固，此現象發生原因，乃是當高爐石粉末細度降低後，活性亦降低，因此，所需鹼活化液之鹼當量亦將上升，至於使用鹼當量為 10%鹼活化液，所製成無機聚合物，因鹼當量太高造成鹼激發反應速率過快，於拌合過程中太快硬固於拌合機攪拌桶中，因此，最後只考慮使用鹼活化液中之鹼當量 4%、6%及 8%三種情形下之試驗數據。 75%及 70%河川淤泥所製成無機聚合物，於不同齡期所試驗量測獲得之抗壓強度，分別如圖 3.6 及圖 3.7 所示，所有試驗結果則列於表 3.2，於河川淤泥占所有激發原料粉體 75%時，由此圖及表中，可發現鹼活化液中之鹼當量較佳值為 6%與 8%，當河川淤泥量降低為 70%時，所製成無機聚合物，其最佳鹼活化液中之鹼當量則變成 8%。. 3.5.1.2 抗彎強度抗彎強度，又可稱之為破裂模數，用以代表試體抵抗彎曲作用之能力，由圖 3.8 及表 3.3 河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物於不同齡期之抗彎強度試驗結果，可看出河川淤泥含量 75%時所製成無機聚合物，其不同齡期 7 天與 28 天時之抗壓強度，皆高於河川淤泥含量 70%時所製成無機聚合物者，其中，抗彎強度最高者，為河川淤泥含量 75%且鹼活化液中之鹼當量為 4%及 6%者，綜合前述有關無機聚合物抗壓強度試驗結果，建議選用河川淤泥含量 75%且使用鹼活化液中鹼當量 6%之配比設計，以製作泡沫與改質無機聚合物之膠結材。. 3.5.1.3 吸水率吸水率試驗主要測量試體一定時間內所能達到之吸水程度，用以評估水分進入試. 38.

(47) 體內部的能力，吸水率高低代表試體內部孔隙之多寡。河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物之吸水率，由圖 3.9 所示並列於表 3.4 中，由此圖表可發現，當鹼活化液中之鹼當量 4%到 6%時，鹼當量越高者所製成試體之吸水率越低，表示當鹼活化液中之鹼當量越高時，所製成無機聚合物之微結構越趨緻密，使得外界水分不易由小孔洞進入試體內部。. 3.5.2 泡沫無機聚合物 3.5.2.1 抗壓強度泡沫無機聚合物之基材與空氣含量，皆將影響泡沫無機聚合物之抗壓強度，由於泡沫無機聚合物內空氣量之控制十分困難，因此，試驗結果呈現離散形態，當鹼活化液中之鹼當量為 4%及 6%時，所製成泡沫無機聚合物 7 天、28 天及 91 天抗壓強度數據，分別如圖 3.10~圖 3.12 所示，由圖中可發現抗壓強度隨相對密度降低而減少，此乃因泡沫無機聚合物之抗壓強度，其主要來源為無機聚合物所構成骨架，因此，當泡沫無機聚合物相對密度越小時，代表其中固體無機聚合物含量越少，所能提供之抗壓強度亦將越小，另一原因，則是當相對密度越低時，代表固體無機聚合物所需包裹之氣泡越多，由於氣泡間接觸機會增加，容易形成孔洞分布不均，或孔洞連通形成更大孔洞，因此，相對密度較低之泡沫無機聚合物，其抗壓強度將降低。封閉型泡沫材料之抗壓強度，與其固體組成材料抗壓強度及相對密度有關[19]，其關係式可表示如下： 𝜌𝜌∗ 2. ∗. 𝜎𝜎 = 𝐶𝐶2 𝜎𝜎𝑓𝑓𝑓𝑓 � � 𝜌𝜌 𝑠𝑠. (3-6). ∗. 其中，𝜎𝜎 為泡沫膠結材之抗壓強度，𝐶𝐶2 為微結構幾何常數，𝜎𝜎𝑓𝑓𝑓𝑓 為固體膠結材之. 破壞強度， 𝜌𝜌∗ 為泡沫膠結材之密度，𝜌𝜌𝑠𝑠 則為固體膠結材之密度，𝜌𝜌∗ /𝜌𝜌𝑠𝑠 即為此泡沫材 39.

(48) 料之相對密度，而幂次係數為 2 乃泡沫材料抗壓強度與相對密度之關係，將此式兩側皆取對數後，可進一步表示成：. 𝜌𝜌∗. 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝜎𝜎 ∗ = 2𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 � � + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝐶𝐶2 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝜎𝜎𝑓𝑓𝑓𝑓 𝜌𝜌 𝑠𝑠. (3-7). 將泡沫無機聚合物齡期 7 天、28 天及 91 天齡期試體之抗壓強度試驗結果，利用上式進行線性回歸分析後，可求得如y = ax + b之關係式，其中所求得斜率 a，即為相. 對密度及抗壓強度關係幂次之數值，線性迴歸分析結果分別如圖 3.13~圖 3.15 所示，. 圖 3.13 中當齡期 7 天時，鹼活化液中之鹼當量為 4%與 6%所製作泡沫無機聚合物，其關係幂次數值分別為 8.64 與 6.12，至於圖 3.14 中齡期 28 天時，鹼活化液中之鹼當量為 4%與 6%所製作泡沫無機聚合物，其幂次關係數值，分別為 7.56 與 4.57，由圖 3.15 齡期 91 天時，鹼活化液中之鹼當量為 4%與 6%所製作無機聚合物，則幂次關係數值分別為 6.03 與 3.90，可發現，試驗結果所計算獲得之幂次數值，與理論幂次 2 相差甚遠，造成此結果之原因，可能是因製作泡沫無機聚合物時，並未將預成型泡沫中之水量扣除，造成鹼活化液中之實際鹼當量，較原先設計鹼當量還要低，如表 3.5 所示，由其當試體相對密度越低時，此幂次差異現象更明顯，另一可能原因為泡沫無機聚合物製程問題，有發泡液可能對無機聚合物之聚合反應產稱不良影響，或於無機聚合物拌合過程中，加水亦將造成試體抗壓強度下降。. 3.5.2.2 抗彎強度泡沫無機聚合物應用於隔間牆時，泡沫無機聚合物必須承受彎曲力作用，因此，試驗可測量泡沫無機聚合物抗彎強度以檢測其抗彎能力。一般混凝土試體抗壓強度越大者，其抗彎強度也越大，泡沫無機聚合物 7 天與 28 天抗彎強度，不同相對密度泡沫無機聚合物其 7 天與 28 天抗彎強度試驗結果，分別. 40.

(49) 如圖 3.16 與圖 3.17 所示，圖中之抗彎強度與抗壓強度一樣，皆隨相對密度減少而降低，此乃因泡沫無機聚合物抗彎強度主要由固體組成材料所提供，相對密度低者代表固體組成材料所能提供強度將越少，另外，當相對密度較低時，微結構中氣孔連通機率較高，易造成孔洞大小分布不均進而產生弱面，因此，泡沫無機聚合物之抗彎強度，將隨其相對密度減少而下降。. 3.5.2.3 吸水率不同相對密度泡沫無機聚合物吸水率之試驗結果，如圖 3.18 所示，可看出相對密度較高之泡沫無機聚合物，亦即其內部空氣含量較少者，泡沫無機聚合物之吸水率，與不含泡沫之無機聚合物差不多，此乃因泡沫無機聚合物空氣含量較少時，微結構內孔洞也較少，形成連續孔洞之機率較低，造成外界水分子不易進入微結構孔洞內填滿。另外發泡劑為一介面活性劑，其作用乃使孔洞表面產生斥水作用[20]，造成外界水不易進入微結構孔洞內填滿，使得微結構孔洞之吸水力，較固體組成材料吸水率低，因此，泡沫無機聚合之吸水率，與固體組成材料差異不大。當試體相對密度較低時，內部空氣量上升，使得微結構孔洞彼此間之連通機率增加，外界水分較易進入試體內部，造成試體吸水率上升。由此可知泡沫無機聚合物之吸水率，除內部空氣量多寡外，亦與微結構孔洞間之連通程度有關。另外，洪塗城[21]發現，泡沫無機聚合物之吸水率與其吸音效彼此存在相關性，因連通孔洞除使吸水率提升外，同時代表對聲音產生良好消能作用，因此，泡沫無機聚合物之吸音效能，將隨其相對密度降低反而提高。. 41.

(50) 3.5.3 改質無機聚合物 3.5.3.1 抗壓強度改質無機聚合物 7 天與 28 天抗壓強度之試驗結果，分別如圖 3.19 與圖 3.20 所示，由圖中可看出，不論 7 天或 28 天齡期，添加高分子聚合物越多者，其抗壓強度將降低更多，此可能原因有二，其一為改質無機聚合物之抗壓強度，主要強度來源為無機聚合物本身及所添加高分子聚合物乳膠，高分子聚合物乳膠之強度，較無機聚合物降低許多，因此，添加此高分子材料後，必然降低改質無機聚合物之抗壓強度，其二為所添加高分子聚合物通常屬中性或弱酸性，其中所含酸可能與鹼活化液中的鹼產生中和作用，使鹼活化液中之鹼濃度降低，導至鹼激發效能降低，造成試體抗壓強度下降。. 3.5.3.2 抗彎強度為增加無機聚合物之抗彎強度及韌性，於製造無機聚合物過程中加入高分子材料，改質無機聚合物 7 天與 28 天抗彎強度試驗結果分別如圖 3.21 及圖 3.22 所示，但是由圖中可見，僅在齡期 7 天，添加 5%EVA 者，試體抗彎強度稍微增加 2%外，其他高分子材料添加量皆未產生良好效果，一般混凝土抗壓強度與抗彎強度具正相關性，通常抗彎強度為抗壓強度之 0.11 到 0.23 倍[22]，因此，將無機聚合物之抗壓與抗彎試驗結果，探討高分子添加量與抗彎抗壓強度比之關係，如圖 3.23 及圖 3.24 所示為 7 天與 28 天試驗結果，可看出添加高分子材料確能提高抗彎抗壓強度比值，在齡期 7 天，當添加 SBR 時，最佳添加量為 10%，至於添加 EVA 時，最佳添加量則為 5%，當齡期 28 天，SBR 與 EVA 之最佳添加量皆為 5%，如前所述，當添加材料本身較弱情況下，試體抗彎強度增加量並不明顯，甚至降低許多。. 42.

(51) 3.5.3.3 吸水率一般混凝土中添加高分子聚合物，可改良其防水性質，因此無機聚合物中添加高分子聚合物，可能產生降低其吸水率之效果，圖 3.25 所示乃改變無機聚合物之吸水率試驗結果，由圖中可看出，當添加 SBR 與 EVA 乳膠 10%時，降低試體吸水率之效果最好，當添加太多高分子材料時，反而因為降低材料之工作性，導致試體產生許多孔洞，導致其吸水率不減反升。. 43.

(52) 表 3.1 不同配比設計無機聚合物試體之抗壓強度與開裂情形抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 鹼模數. 水膠比. 鹼當量. 7天. 28 天. 1 1 1 1 0.75 0.75 0.75 0.75 0.5 0.5. 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4. 2 4 6 8 2 4 5 6 4 6. 13.39 37.50 45.99 34.07 13.51 30.34 28.73 21.57 19.32 18.16. 12.10 34.26 38.69 20.33 6.48 29.28 33.67 15.70 15.81 12.19. 91 天. 開裂與否. 11.90 11.62 9.92. 是是是是是是是是是是. 爐石細度 6000𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 /𝐠𝐠. 表 3.2 河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物不同齡期之抗壓強度. 河川淤泥量. 鹼當量 AE%. 抗壓強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 7天. 28 天. 91 天. 75%. 4% 6% 8%. 275.41 436.16 340.45. 298.52 456.82 450.97. 214.23 454.08 465.64. 70%. 4% 6% 8%. 341.19 468.60 419.56. 352.30 524.60 542.68. 287.86 461.34 571.57. 水膠比 0.35、鹼模數 1.00. 44.

(53) 表 3.3 河川淤泥所製成無機聚合物之抗彎強度. 河川淤泥量. 75%. 70%. 鹼當量 AE%. 抗彎強度(kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜𝟐𝟐 ) 7天. 28 天. 4%. 48.98. 85.48. 6%. 47.87. 79.09. 8%. 51.71. 75.02. 4%. 31.65. 80.18. 6%. 36.77. 63.92. 8%. 32.61. 55.95. 水膠比 0.35、鹼模數 1.00. 表 3.4 河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物之吸水率. 河川淤泥量. 鹼當量 AE%. 吸水率(%). 75%. 4%. 13.0. 75%. 6%. 11.2. 75%. 8%. 8.1. 70%. 4%. 12.2. 70%. 6%. 10.6. 70%. 8%. 8.1. 水膠比 0.35、鹼模數 1.00. 45.

(54) 表 3.5 泡沫無機聚合物之設計與實際水膠比設計. 膠結材水量. 泡沫量. 實際. 水膠比. (g). (g). 水膠比. 1. 1792.3. 0.0. 0.35. 0.75. 1344.2. 43.5. 0.36. 1165.0. 60.8. 0.37. 0.55. 985.8. 78.2. 0.38. 0.45. 806.5. 95.6. 0.39. 0.35. 627.3. 113.0. 0.41. 0.65 0.35. 表 3.6 改質無機聚合物抗壓強度高分子添加量. SBR. EVA. 抗壓強度. 抗彎強度. 𝟐𝟐. (kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜 ). (%). 7天. 0. 𝟐𝟐. 抗彎抗壓比. (kgf/𝐜𝐜𝐜𝐜 ). 28 天. 7天. 28 天. 7天. 28 天. 436.16. 456.82. 47.87. 79.09. 0.110. 0.173. 5. 125.87. 137.60. 21.06. 37.74. 0.167. 0.274. 10. 105.20. 146.00. 20.31. 37.86. 0.193. 0.259. 15. 98.93. 125.87. 13.48. 20.91. 0.136. 0.166. 0. 436.16. 456.82. 47.87. 79.09. 0.110. 0.173. 2.5. 369.60. 409.47. 44.33. 57.97. 0.120. 0.142. 5. 269.47. 285.20. 48.99. 69.26. 0.182. 0.243. 7.5. 228.53. 240.40. 27.36. 53.80. 0.120. 0.224. 10. 267.87. 276.27. 19.80. 44.38. 0.074. 0.161. 水膠比 0.35、鹼模數 1.00、AE6%. 46.

(55) 表 3.7 改質無機聚合物吸水率高分子吸水率(%) 添加量(%). SBR. EVA. 0. 11.16. 2.5. 9.07. 5. 7.74. 10. 7.48. 15. 10.84. 0. 11.16. 2.5. 5.18. 5. 6.13. 7.5. 5.30. 10. 4.31. 水膠比 0.35、鹼模數 1.00、AE6%. 47.

(56) 圖 3.1 乾縮開裂之無機聚合物試體表面外觀. 圖 3.2 裂縫改善之無機聚合物試體表面外觀. 48.

(57) 圖 3.3 無裂縫之無機聚合物試體表面外觀 (由左至右分別為鹼當量 4%、6%、8%). 圖 3.4 鹼當量 4%之泡沫無機聚合物 (由左至右設計相對密度分別為 0.75、0.65、0.55、0.45). 49.

(58) 圖 3.5 鹼當量 6%之泡沫無機聚合物 (由左至右設計相對密度分別為 0.75、0.65、0.55、0.45、0.35). Compressive strength(kgf/cm2). 600. 500. 400. 300. 7-Day 28-Day 91-Day. 200 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. AE%. 圖 3.6 河川淤泥 75%所製成無機聚合物不同齡期之抗壓強度. 50.

(59) Compressive strength(kgf/cm2). 600. 500. 400. 300. 7-Day 28-Day 91-Day. 200 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. AE%. 圖 3.7 河川淤泥 70%所製成無機聚合物不同齡期之抗壓強度. 75% 7-day 75% 28-day 70% 7-day 70% 28-day. Flexural strength(kfg/cm2). 100. 80. 60. 40. 20 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. AE%. 圖 3.8 河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物不同齡期之抗彎強度. 51.

(60) 14. 13. Absorption(%). 12. 11. 10. 9. 75%Sludge 70%Sludge. 8. 7 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. AE% 圖 3.9 河川淤泥 75%及 70%所製成無機聚合物之吸水率. 圖 3.10 鹼當量為 4%及 6%所製成泡沫無機聚合物之 7 天抗壓強度. 52.

(61) 圖 3.11 鹼當量為 4%及 6%所製成泡沫無機聚合物之 28 天抗壓強度. 圖 3.12 鹼當量為 4%及 6%所製成泡沫無機聚合物之 91 天抗壓強度. 53.

(62) y = 6.1164x + 2.9391. y = 8.6398x + 3.2046. 圖 3.13 泡沫無機聚合物 7 天抗壓強度之對數座標圖. y = 4.5707x + 2.6538. y = 7.5572x + 3.0024. 圖 3.14 泡沫無機聚合物 28 天抗壓強度之對數座標圖. 54.