廢棄花崗岩礦泥再利用於高性能混凝土之研究

廢棄花崗岩礦泥再利用於高性能混凝土之研究

黃兆龍 陳俊村 林義翔

國立臺灣科技大學營建工程系所

摘 要

本研究以花崗岩石材加工後之廢棄礦泥，利用緻密配比設計法設計 3 種水 膠比 (W/B = 0.23、0.35 及 0.47) 之高性能混凝土 (high performance concrete, HPC)，探討廢棄礦泥對混凝土工程性質之影響，以及與飛灰應用差異之比較。

研究結果顯示，花崗岩礦泥化學成分與飛灰相似，但為結晶成分，材料特性與 惰性材料較相近。廢棄礦泥高性能混凝土可製成流動化混凝土，具有較高的早 期強度，W/B 為 0.23 時，廢棄礦泥高性能混凝土 91 天抗壓強度超過 700 kgf/cm²，超音波速達 4,950 m/s，電滲量與飛灰高性能混凝土相近，達「低」

滲透性混凝土標準；W/B 為 0.35 及 0.47 時，微觀結構鬆散，強度性質較飛灰 高性能混凝土低，但由部分飛灰取代則可有效提升混凝土中、長期抗壓強度、

緻密性與抗滲性。

關鍵詞：花崗岩，廢棄礦泥，緻密配比，高性能混凝土。

A STUDY OF RECYCLING GRANITE MINERAL SLUDGE WASTE FOR MAKING HIGH PERFORMANCE CONCRETE

Chao-Lung Hwang Chun-Tsun Chen Yi-Siang Lin

Department of Construction Engineering, Taiwan University of Science and Technology,

Taipei 10672, Taiwan, R.O.C.

Key Words: granite, mineral sludge waste (MSW), densified mixture de- signed algorithm (DMDA), high performance concrete (HPC).

ABSTRACT

In this study, the mineral sludge waste (MSW) from processing granite rock is recycled for producing high performance concrete (HPC). The Den- sified Mixture Designed Algorithm (DMDA) is applied to design HPC with different water-to-binder ratios (W/B = 0.23, 0.35 and 0.47), and the effect of using MSW on the properties of HPC is investigated and compared with fly ash (FA) HPC. The results show the chemical composition of MSW is similar to FA but it will act as inert material due to the crystal phase.

MSWHPC can have a flowing character and the early age compressive strength is slightly higher than FAHPC. As W/B = 0.23, the 91-day com- pressive strength of MSWHPC is greater than 700 kgf/cm² and its ultra- sonic pulse velocity (UPV) is greater than 4,950 m/s. The chloride penetration of MSWHPC is similar to FAHPC in the “Low” range. As W/B = 0.35 and 0.47, the micro-structure of MSWHPC is loose and its strength is lower than that of FAHPC. However, the addition of FA to

replace part of MSW can effectively improve the medium and long-term compressive strength, density and permeability.

一、前 言

天然石材本身存在著解理與裂縫，因此石材經由原石 切割、雕刻或研磨等加工過程，到成品或半成品的完成，

石材的平均成材率只有 60% [1]，其餘 40%成為邊材與礦 泥等廢棄物。臺灣每年石材加工產生之花崗岩廢棄物超過 90萬公噸，礦泥就佔所有廢棄量之 83.6% [1, 2]，因此如何 有效處置和利用深具迫切性。

目前邊材可回收加工或粉碎，再應用於石材傢具或當 混凝土粒料使用，然而數量龐大的花崗岩礦泥因為成本的 考量，通常以衛生掩埋方式處置，雖不致污染環境，但仍 會衝擊生態環境及浪費土地資源。近年來，石材廢棄物資 源化處理技術不斷提升，廢棄花崗岩礦泥可利用固化技術 製成人工魚礁、消波塊、高壓磚、水泥纖維版等製品，以 及應用於海堤建造上等[3-6]，或是以煆燒研磨和高溫熔融 等後處理方式，製作礦物摻料及微晶材料等[7, 8]；然而，

因資源再生產品之市場行銷空間有限，且資源化再處理有 能源耗費的問題，這不但會影響資源化處理數量，同時也 無法發揮資源化的功效。

由於花崗岩本身質地堅硬，而花崗岩礦泥仍保有原石 特性，不含重金屬且無毒物析出問題，屬於無害廢棄物 [8]，因此極具資源化開發潛力與經濟價值。混凝土為常見 的營建材料之一，若以廢棄礦泥不經二次處理而直接添加 入混凝土中使用，則能有效處理廢棄礦泥、減少再處理能 源消耗，並且降低混凝土每立方米材料成本。故本研究以 廢棄花崗岩礦泥，利用緻密配比法[9-12]設計高性能混凝 土，評估廢棄花崗岩礦泥應用於混凝土之可行性。

二、試驗材料

本研究廢棄花崗岩礦泥來自臺灣白馬石材公司，為 花崗岩原石經切削、沈澱及脫水所收集之廢棄礦泥，含 水量約 30%；水泥採用臺灣水泥公司生產符合 ASTM C150及 CNS 61 規定之普通卜特蘭第 I 型水泥；飛灰取自 臺電興達火力發電廠，性質符合 CNS 3036 規定之 F 級飛 灰；表一所示為水泥、飛灰及廢棄花崗岩礦泥之化學成 分與比重，相關之飛灰及廢棄花崗岩礦泥之粒徑分佈如 圖 1 所示。

粗粒料、細粒料取自臺灣壽豐溪之天然河石與河砂，

材料經烘乾後密封儲存，其中粗粒料最大骨材粒徑 (Dmax) 為 12.5 mm，比重為 2.69，吸水率為 1.31%；細粒料比重 為 2.67，吸水率為 1.81%，細度模數 FM 為 3.18，屬於粗 砂等級。強塑劑 (superplasticizer, SP) 採用臺灣巴斯夫化學 建材股份公司所生產的 51TH 型藥劑，係屬羧酸系高性能

表一 水泥、飛灰與廢棄花崗岩礦泥材料性質 材料 (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O 比重

水泥 21.46 4.84 3.12 62.37 2.87 2.06 0.70 0.22 3.15 飛灰 55.59 24.04 5.84 2.86 1.16 0.41 0.93 --- 2.17 廢棄礦泥 57.03 14.09 12.37 6.03 2.68 0.15 2.88 2.11 2.85

圖 1 廢棄花崗岩礦泥與飛灰粒徑分佈曲線圖

減水劑，性質介於 ASTM C494 規定 F 型和 G 型之間。水 則取自一般民生用水。

三、花崗岩礦泥性質分析

1. 花崗岩礦泥基本物化性質

花崗岩的構成礦物為石英、長石和雲母，石英的化學 成分為 SiO2，長石則是 Al、K 和 Na 的來源[1]。花崗岩礦 泥為石材泥漿排放至廢水處理場，經過沉降分離、脫水後 所產出之廢棄物，礦泥的特性依原石種類及加工過程所添 加之材料而有所不同，目前花崗岩的切割機械有鋼砂拉鋸 和多片圓盤鋸兩種，前者需添加鋼砂和石灰，因此化學組 成含有鐵和鈣的成分，而後者加工並未添加其他材料，所 產生花崗石礦泥的化學成分與原石較相近。本研究將取得 的花崗岩礦泥經乾燥後進行成分分析，由表一結果顯示礦 泥化學組成以 SiO2及 Al2O3為主，晶相屬結晶物質，其成 分各佔有 57%及 14%，與飛灰的組成成分相近，但因原石 加工是以鋼砂拉鋸切割的方式，故礦泥組成中含有 12%的 Fe2O3及 6%的 CaO 成分。一般花崗岩的比重與混凝土粒料 相近，約在 2.60～2.75 之間，但由於礦泥混摻有少量鋼砂，

表二 花崗岩礦泥與飛灰卜作嵐活性指數 組別 齡期 抗壓強度平均值

(kgf/cm²)

活性指數 (%)

控制組 298 100

花崗岩礦泥組 222 74

飛灰組

7天

191 64

控制組 351 100

花崗岩礦泥組 281 80

飛灰組

28天

274 78

圖 2 廢棄花崗岩礦泥或飛灰填充粒料空隙示意圖

比重略高於一般值，表一顯示花崗岩礦泥比重為 2.85，略 低於水泥的 3.15，但高於飛灰的 2.17。另外，顆粒粒徑經 礦泥取樣烘乾處理後進行粒徑分析，結果顯示花崗岩礦泥 與飛灰粒徑分佈相近，皆小於 150 µm，見圖 1 所示；其中，

礦泥顆粒尺寸 D50 = 10 µm，比飛灰顆粒尺寸 D50 = 11.5 µm 還細小，所以可作為混凝土的填充材。

2. 花崗岩礦泥活性指數

活性指數試驗依 ASTM C311 之試驗方法，將花崗岩礦 泥置換 20%的水泥，灌製成 5 × 5 × 5 cm 方塊試體，以齡期 7天及 28 天之抗壓強度為依據，並與純水泥 (控制組) 試 體作比較，進而判斷是否含有卜作嵐活性之特性。由表二 結果顯示，花崗岩礦泥與飛灰之活性指數均較控制組為 低，而花崗岩礦泥 7 天卜作嵐活性指數高於飛灰 10%，但 齡期 28 天則與飛灰相差不大，兩者各為 80%及 78%。然而，

比較兩材料於兩個齡期之活性指數差異可知，飛灰組至齡 期 28 天，活性指數相較 7 天有 14%的成長幅度，花崗岩礦 泥則僅有 6%，主要因飛灰為火力發電廠高溫燃燒煤炭粉過 後的產物，其 SiO2屬於非結晶型活化矽，隨著齡期的增長，

會緩慢與水泥水化生產物 Ca(OH)2產生卜作嵐反應 (Poz- zolanic Reaction)，可增加中、長期強度[9]。而本研究所採 用之廢棄花崗岩礦泥為直接脫水取用，含有結晶物，性質 與花崗原石接近，屬於惰性材料，不會產生膠結性或卜作 嵐反應[9]，而本研究結果顯示花崗岩礦泥強度活性指數略 高於飛灰，應與原石切割時添加之石灰發生反應有關。

表三 富勒曲線粒料架構比例計算與堆積試驗結果 混合料比例 (vol. %)

Dmax h 粗 粒料 細

粒料 花崗岩礦泥/

飛灰

乾搗 單位重 (kg/m³)

堆積體 積比率

(%) 12.5 0.55 41 53 6 1980 73.7 12.5 0.50 38 55 7 2017 75.0 12.5 0.45 36 55 9 2068 76.8 12.5 0.40 33 56 11 2018 74.8 12.5 0.35 30 56 14 2005 74.2

圖 3 理論富勒曲線與實際設計級配曲線圖

四、試驗計畫與配比設計

本研究主要目的係將廢棄花崗岩礦泥應用於高性能 混凝土中，係以飛灰、廢棄花崗岩礦泥及其兩種混合料作 為粒料間空隙填充料，並計算混凝土配比；另利用強塑劑 控制各組配比的工作性，將所有組別工作度限定為坍度 (250 ± 25 mm) 及坍流度 (600 ± 100 mm) 之高流動性水 準，並製作φ^{10 × 20 cm}之圓柱試體，以進行各項性質分 析，藉此相互對比與探討廢棄花崗岩礦泥應用於高性能混 凝土之可行性。

本研究配比設計採用緻密配比設計法[9-12]，分為粒 料與漿體兩部分設計。在緻密配比中，粒料系統的設計概 念以粗、細粒料為主架構，利用廢棄礦泥與飛灰的微細顆 粒特性填充粒料間隙 (見圖 2 所示)，使粒料間空隙達到最 小化。本研究透過富勒曲線 (Fuller’s curve) 計算公式 (1)，配合各材料粒徑分析資料，利用最小平方法推算出不 同 h 次方數之粗、細粒料與廢棄花崗岩礦泥或飛灰間的混 合比例，並依計算結果實際進行混合乾搗單位重試驗。由 表三結果顯示，當 h 為 0.45 有相對較大的單位重，以及緻 密度較高的堆積體積比率，故本研究採用 h 為 0.45 為高性 能混凝土粒料間緻密混合比例，其中粗、細粒料與廢棄花

表四 高性能混凝土配比設計結果 材料配比/ (vol.%) 編號 W/B W/C 漿量厚度

(µm) 水泥 飛灰 廢棄礦泥 細粒料 粗粒料 水 (含強塑劑)

強塑劑 (wt.%)

F2315 0.23 0.35 15 0.125 0.093 --- 0.393 0.254 0.137 1.10 F3515 0.35 0.60 15 0.091 0.093 --- 0.393 0.254 0.172 0.39 F4715 0.47 0.92 15 0.067 0.093 --- 0.393 0.254 0.195 0.32 S2315 0.23 0.35 15 0.125 --- 0.093 0.393 0.254 0.137 1.10 S3515 0.35 0.60 15 0.091 --- 0.093 0.393 0.254 0.172 0.39 S4715 0.47 0.92 15 0.067 --- 0.093 0.393 0.254 0.195 0.32 FS2315 0.23 0.35 15 0.125 0.047 0.047 0.393 0.254 0.137 1.10 FS3515 0.35 0.60 15 0.091 0.047 0.047 0.393 0.254 0.172 0.39 FS4715 0.47 0.92 15 0.067 0.047 0.047 0.393 0.254 0.195 0.32 註：強塑劑用量為水泥 + 飛灰和礦泥總重量百分比。

圖 4 漿量包裹粒料示意圖

崗岩礦泥或飛灰間的體積比例各為 36%、55%及 9%，而依 所得之混合比例繪製實際級配曲線，由圖 3 顯示與理論之 富勒級配曲線相近。

1 1 , 3 2 d h

P h ~

D

=    = (1)

式中 P：小於粒徑 d 之粒料含量；

D：粒料之最大粒徑。

在漿體材料部分包含水泥、水與強塑劑，此部分主要 用以潤滑粒料與填充粒料剩餘空隙 (Vv) 之用，計算漿體 時係基於假設粒料為圓形顆粒，推求粒料總表面積 (S)，

並且指定包裹粒料之漿量厚度 (t)，見圖 4 所示，應用公式 (2) 可計算得出水泥總漿量 (Vp)。而本研究固定包裹粗細 粒料之漿量厚度 (t) 為 15 µm，共設計三種不同抗壓強度 組合 (相應之 W/B 各為 0.23、0.35 及 0.47) 之高性能混凝 土配比，合計共 9 組，結果整理於表四所示。

p v

V = + ⋅ (2) V S t

表五 高性能混凝土工作性測試結果 試體編號 W/B 坍度

(mm)

坍流度 (mm)

流動時間 (sec) F2315 0.23 275 620 276

F3515 0.35 275 665 49

F4715 0.47 265 500 8

S2315 0.23 275 635 227

S3515 0.35 275 530 15

S4715 0.47 275 500 8

FS2315 0.23 275 700 217 FS3515 0.35 275 570 35 FS4715 0.47 270 590 19

五、工程性質結果與分析

1. 工作性

本研究設計之高性能混凝土坍度為 250 ± 25 mm、坍 流度為 600 ± 100 mm，屬於高流動性標準，且限定各組混 凝土應無目視泌水與析離現象發生，以確保混凝土硬固與 耐久性質。依表五各組工作性測試結果顯示，適量的摻加 強塑劑，無論添加飛灰、花崗岩礦泥或採兩者混合使用，

均不會影響混凝土的流動性，各組坍度約介於 265~275 mm 之間、坍流度則介於 500~700 mm 之間，具備高工作性，

但低 W/B 具有較高的水泥用量，需添加較高的強塑劑量以 維持相同的工作性標準。另外，表五之流動時間測試係指 混凝土脫離坍度錐向外擴散至停止所需的時間，量測結果 顯示低 W/B 較高 W/B 有較長的流動時間，填模效果較佳。

2. 抗壓強度

抗壓強度為評估高性能混凝土安全性的主要指標項 目，圖 5 結果顯示無論以飛灰、礦泥或是飛灰與礦泥混合

圖 5 不同組合填塞料之高性能混凝土抗壓強度與齡期回歸關係圖

料作為填塞料，所設計出的高性能混凝土皆能隨齡期增長 而持續穩定成長。飛灰除了顆粒尺寸微小可作為填充料 外，其具備的卜作嵐反應特性，約在 7 至 14 天時開始反應，

可使得飛灰高性能混凝土 28 天後強度顯著提升[13, 14]，

由圖 5(a) 可知其整體強度成長率最高。圖 5(b) 顯示摻有 廢棄花崗岩礦泥的高性能混凝土可滿足各種強度需求，其 於齡期 3 天有較高的早期強度，此一現象應該與花崗岩礦 泥在加工所添加之切削劑 (石灰) 間接提供了水化膠結反 應有關，而由於花崗岩礦泥不具有卜作嵐反應，因此填塞 效益受制 W/B 影響大，W/B 較低時，混凝土內部缺陷及孔 隙相對較少[9]，因花崗岩本身質地堅硬，當填塞效益愈佳 時，相對的強度值亦愈高，以 91 天齡期為例，W/B 為 0.23 之抗壓強度值超過 700 kgf/cm²，比摻有飛灰的高性能混凝 土還高出 4%；相反的，本研究花崗岩礦泥高性能混凝土 W/B為 0.35 及 0.47 之中、低強度設計組，由於 W/B 偏高，

水泥顆粒周圍存有過多之游離水，易使顆粒間距增大，並 形成孔隙[14]，因此花崗岩礦泥填塞效益較差，抗壓強度 明顯低於飛灰高性能混凝土。然而，若同時摻有飛灰與花 崗岩礦泥，藉由飛灰卜作嵐反應可提升混凝土微結構緻密 性，可間接提高花崗岩礦泥填塞效益，由圖 5(c) 及圖 5(b) 比較可知，在 W/B 為 0.35 及 0.47 時，於齡期 56 天後之抗 壓強度值有提升作用，但在 W/B 為 0.23 之高強度設計組 則無提升效果。

3. 超音波速

混凝土係由粒料與膠結料兩大部分組成的非均質複 合材料，故材料的組成間存在著許多的界面與缺陷。超音 波速量測為非破壞性檢測項目之一，藉由量測脈波在混凝 土內之傳遞速度，可間接探知混凝土內部結構之品質或缺 陷、裂縫等資訊。通常脈波速率愈高，混凝土內部音波傳

遞愈快，相對地密度愈高，混凝土強度與抗滲透性也愈佳 [15]。本研究超音波速量測根據 ASTM C597 之規定進行，

量測結果如圖 6 所示，三種不同組合填塞料之高性能混凝 土超音波速，無論 W/B 為 0.23、0.35 或 0.47，其波速均超 過 4,000 m/s 以上的高品質波速。摻有飛灰的高性能混凝 土，藉由飛灰填充微空隙 (物理效應) 之特性，以及透過 飛灰中的 SiO2及少量的 Al2O₃與水泥中的氫氧化鹼與水產 生卜作嵐反應，形成如同水泥水化之反應膠結體，使得中、

長期混凝土緻密度提升，反映出較佳的波傳速率，見圖 6(a) 所示。摻有花崗岩礦泥的高性能混凝土，當 W/B 為 0.23 測得之超音波速與添加飛灰之效果一樣好，圖 6(b) 顯示超 音波速在齡期 91 天可達 4,900 m/s 以上，顯見混凝土緻密 性佳；而隨著 W/B 的提升，配比用水量愈高，內部生成孔 隙、裂縫的缺陷的機率愈高[9]，屬惰性材料之花崗岩礦泥 填充效益遠不及飛灰的卜作嵐反應效益，使得超音波傳遞 路徑愈長，W/B 為 0.35 及 0.47 於齡期 56 天測得之波速值 各低於飛灰高性能混凝土 4.5%及 9.4%。然而，若同時以 飛灰與礦泥混合摻入，則飛灰可有效改善高 W/B 之混凝土 緻密度，比較圖 6(c) 及圖 6(b) 可看出，W/B 為 0.35 及 0.47 之中、長齡期超音波速有顯著的提升效果；然而，如同抗 壓強度之情形一致，對於 W/B 為 0.23 之高強度配比則影 響不大。

4. 表面電阻

混凝土導電性能與其微結構及孔隙內部電解質溶液 成分與濃度有關[16]。影響電阻值的高低主要取決於混凝 土內部微結構緻密程度，當混凝土緻密性愈高表示孔隙愈 少，電導通路愈長，電阻值愈大。雖然一般僅量測混凝土 表面阻抗性，但因外界危害因子乃經由表面滲透，再經連 通路徑滲入內部，因此能反映出外界危害因子穿透表層進

圖 6 不同組合填塞料之高性能混凝土超音波速與齡期關係圖

圖 7 不同組合填塞料之高性能混凝土表面電阻與齡期關係圖

入內層的難易程度，亦能間接判斷混凝土的抗滲性。本研 究採用英國 C.N.S.公司出產的 Wenner 四極式電阻儀進 行硬固混凝土電阻值量測，由圖 7 測定結果顯示無論以飛 灰、花崗岩礦泥或是飛灰與花崗岩礦泥之混合料製作高性 能混凝土，電阻值皆隨著齡期成長，這表示隨時間增加，

水泥膠結材持續水化反應，水化產物填塞了原有水分散失 所佔有的空間，增加了漿體微結構密度，也提高了混凝土 電阻值。此外，混凝土的導電行為乃經由孔隙內溶液離子 導電產生之腐蝕行為，而混凝土緻密性、W/B 和用水量支 配可透水孔隙量的多寡和電阻的高低[17]，混凝土用水量 少，微結構形成的孔隙量較少[9]，因此 W/B 愈低，相對

的有較佳緻密性與阻抗性。

飛灰於早期出現卜作嵐反應較不顯著，由圖 7 可看出 三種不同組合填塞料之高性能混凝土表面電阻值相差不 大，但飛灰在齡期 7 天後即有明顯卜作嵐反應，使得混凝 土表面電阻值迅速的提升；花崗岩礦泥之混凝土電阻值與 飛灰混凝土比起明顯偏低，電阻值約僅有飛灰混凝土的 1/5~1/7，見圖 7(a) 及 (b)，這除了因礦泥本身無卜作嵐特 性外，主要是花崗岩加工所摻入的鋼砂具導電性而直接影 響電阻量測值。另外，當以飛灰替代部分的花崗岩礦泥，

可透過飛灰卜作嵐反應的轉換效果與固化效果，提升混凝 土中、長期電阻值與抗滲性，見圖 7(c) 所示。

圖 8 不同組合填塞料之高性能混凝土電滲量比較圖

圖 9 飛灰與花崗岩礦泥之高性能混凝土微觀觀測圖片 (齡期為 28 天)

5. 氯離子電滲

混凝土滲透性能反映出混凝土內部孔隙量多寡與路 徑連通情況等，藉此探知混凝土耐久性之良窳。本試驗依 循 ASTM C1202 規定之方法進行，量測混凝土於齡期 91 天之通過電荷量 (Coulombs, 庫侖)，間接探知摻用花崗 岩礦泥之高性能混凝土滲透性與耐久性能；在評估指標 上，當電滲量小於 1,000 庫侖，屬於「非常低」滲透量，

1,000～2,000 庫侖屬於「低」滲透量，2,000～4,000 庫侖屬 於「中」滲透量，4,000 庫侖以上屬於「高」滲透量。混凝 土中所含水量愈高，則硬固混凝土所含孔隙量必然愈高 [11]，圖 8 為不同組合填塞料之高性能混凝土電滲量比較 圖，顯示隨著 W/B 的增加，通過電滲量愈高，亦表示滲透 性愈大，各組合 W/B 為 0.47 時，電滲量介於「中」至「高」

滲透量之等級。

花崗岩礦泥高性能混凝土雖然電滲量皆高於飛灰高 性能混凝土，見圖 8(a) 及 (b) 所示，然而隨著 W/B 的降 低，顯示採用花崗岩礦泥之抗滲性效果良好，當 W/B 為

0.23 時，礦泥與飛灰高性能混凝土電滲量各為 1,228 及 1,073庫侖，皆屬於混凝土「低」滲透等級。另外在高 W/B 部分，由圖 8(b) 及 (c) 比較可知，以飛灰配合花崗岩礦泥 的混合，能夠透過飛灰持續的卜作嵐反應將孔隙減少或將 孔隙細緻化，除了能提升混凝土抗壓強度與超音波速外，

亦可使混凝土氯離子電滲量降低。

6. 微觀觀測

本 研 究 利 用 掃 瞄 式 電 子 顯 微 鏡 (scanner electron microscopic, SEM) 觀察飛灰與花崗岩礦泥之高性能混凝 土微觀結構。由圖 9(a) 及 (b) 顯示花崗岩礦泥之晶相結構 偏向於直條狀，飛灰則為圓球狀，在低 W/B (0.23) 設計 下，兩者微觀結構孔隙偏少，緻密性較佳。若採用高水膠 比 W/B (0.47) 設計，則由圖 9(c) 可清楚看見微觀結構較 為鬆散，有明顯針狀鈣釩石存在，而由於花崗岩礦泥不具 卜作嵐反應，因此亦可從微觀照片發現氫氧化鈣 (CH) 的 存在。另由圖 9(d) 的微觀觀測圖片，可看出飛灰球表面已 有明顯的水化膠體反應物，顯示已開始與水泥水化生成之

氫氧化鈣 (CH) 進行卜作嵐反應，這能促使漿體結構更為 緻密，也是飛灰在高水膠比同時摻入花崗岩礦泥高性能混 凝土，可協助提升中、晚期抗壓強度、超音波速、抗滲性 的主因。

六、結 論

本研究以廢棄花崗岩礦泥製作高性能混凝土，經由上 述工程性質測試與微觀觀測結果，其結論歸納如下：

1. 花崗岩礦泥顆粒尺寸之 D50僅有 10 µm，比飛灰還細小，

但比重 2.85 較飛灰重；化學成分以 SiO2及 Al2O₃為主，

與飛灰的組成成分相近，因加工摻入鋼砂與石灰，含有 12%的 Fe2O₃及 6%的 CaO 成分，但因為是結晶型態且 材料活性並不明顯，礦物摻料類型屬於惰性材料。

2. 本研究設計之配比為高流動性高性能混凝土，結果顯示 花崗岩礦泥可作為再生營建資源，製成之高性能混凝土 符合工程施工性 (坍度 = 250 ± 25 mm 及坍流度 = 600

± 100 mm)，同時也可滿足各種強度需求。

3. 花崗岩礦泥含有加工所添加之石灰，有助混凝土早期抗 壓強度；此外，雖然花崗岩礦泥不具有卜作嵐反應，但 若採用低 W/B 設計，則顯示其填塞效益大；以齡期 91 天為例，W/B 為 0.23 之花崗岩礦泥高性能混凝土抗壓 強度超過 700 kgf/cm²，超音波速達 4,900 m/s，遠超過 4,000 m/s 高品質波速標準，氯離子電滲量僅 1,228 庫 侖，符合「低」滲透混凝土標準。

4. 本研究花崗岩礦泥高性能混凝土中、低強度設計組中 (W/B為 0.35 及 0.47)，由於 W/B 偏高，內部結構較鬆 散且孔隙缺陷較多，填塞效益較差。然而，藉由部分飛 灰取代則可有效提升混凝土中、長期抗壓強度、超音波 速與抗滲性；但對於高強度設計組 (W/B 為 0.23)，則 無明顯提升效果。

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2011年 07 月 11 日 收稿 2011年 07 月 15 日 初審 2011年 09 月 15 日 複審 2011年 11 月 28 日 接受