第二章 文獻回顧

第二章 文獻回顧

2.1 建築拆除物及剩餘土石方發生量

近年臺灣正值早期所建國宅、眷村及舊屋之改建尖峰期，建築拆除物 年發生量約二百萬立方公尺，約佔事業廢棄物的 25% [黃榮堯,1998]；921 震災造成眾多房屋瞬間毀損，所發生的建築拆除物估約二千萬立方公尺[內 政部,2000]；國內年平均開採的砂石約為八千四百萬立方公尺，其中河川砂 石佔 80%，且使用之砂石有 49%來自盜採，已經嚴重影響水流及河防構造 物之安全[經濟部礦業司,1999]。此龐大建築拆除物在無法即時且有效地處 理前，必然被隨地的堆置在空曠農旱地、山谷或河川區，很容易造成二次 污染危害環境。所以，若能再利用此類建築拆除物，一則可解決其處理之 社會問題，再則可為土石料源替代物，降低環境衝擊。

根據陳明良、林慶元(1996)之調查，發生自臺北都會區之建築拆除物約 為 58%之剩餘土石方（混凝土、土、陶、磁、磚、瓦等）及 42%之雜物（木、

金屬、橡塑膠、玻璃、紙等碎屑）；另楊朝平(2000)調查發現，台中地區一 般建築拆除物裡約有八成、發生自 921 震災之建築拆除物裡約有九成是剩 餘土石方（見圖 2.1）。進一步，聶俊華(2001)調查了埔里、南投、霧峰、大 里、太平五場由 921 震災所產生之剩餘土石方粒徑分佈；圖 2.2 為其僅被分 類而未破碎處理之原始粒徑分佈，而圖 2.3 為經破碎處理後之粒徑分佈；比 較圖 2.2、圖 2.3 知曉原始之剩餘土石方含甚多大塊料，而被破碎後約可將 其最大粒徑處理至小於 100mm、級配趨良好，使其較適用為工程土石料。

2.2 剩餘土石方性質 一、粗料

剩餘土石方中的粗料是具高再利用價值者，經破碎、洗淨可為再生骨 材(Reclaimed Concrete Material, RCM)。與天然骨材相較，RCM 表面多角、

(a) 921 震災建築拆除物堆

(b) 經分類、破碎處理後之剩餘土石方

(c) 尚存於剩餘土石方裡之雜物

圖 2.1 剩餘土石方之分類、破碎處理

0 20 40 60 80 100

0.01 0.1

1 10

100

Particle diameter (mm)

Percent finer (%)

數列1 數列2 數列3 數列4 數列5 By-product materials

P u l i N a t o u W u f e n g T a l i T a i p i n g

圖 2.2 921 震災所產生之剩餘土石方原始粒徑分佈[聶俊華,2001]

0 20 40 60 80 100

0.01 0.1

1 10

100

Particle diameter (mm)

Percent finer (%)

數列1 數列2 數列3 數列4 數列5 Reclained by-product materials

P u l i N a t o u W u f e n g T a l i T a i p i n g

圖 2.3 經破碎處理之 921 震災剩餘土石方粒徑分佈[聶俊華,2001]

粗慥，其面乾內飽和比重較低約 2.0~2.4（天然骨材比重約 2.6），其吸水率 為 3%~8%較高（天然骨材吸水率為 0.8%~3.7%）；使用 RCM 之混凝土，其 強度約僅一般的 70%且變異大[Hansen and Narud, 1983; ACPA , 1993; Mabin, 1993]。康裕明(2000)調查 921 震災剩餘土石方粗料之性質，得面乾內飽和 比重於混凝土塊是 2.35、於磚塊是 2.05，吸水率於混凝土塊是 7.9%、於磚 塊是 18.8%，磨損率於混凝土塊是 30.9%、於磚塊是 47.3%。楊朝平(2001, 2002)調查國內之 RCM 材料性質為含泥量 1.5%~5.2%，面乾內飽和比重 2.17~2.20，潔淨狀態吸水率 7.5%~10.7%，磨損率 22.3%~ 31.0%。雖然將剩 餘土石方用為 RCM 具較高經濟價值，唯於國內目前因分類單價高及無可依 循之規範等原因，致被接受度低，尚無工程實績。

二、細料

楊朝平(2002) 調查了埔里、南投、霧峰、大里、太平五場剩餘土石方 細料之性質，其比重為 2.65~2.68，相近於一般土壤者；其夯實最大乾單位 重為 15.4kN/ m³~16.7kN/ m³，大於「公共工程施工綱要規範」所定工程土方 之下限值 14.7^{kN/ m3}；於最佳夯實狀態，其屬不透水性~半透水性土，無圍 壓縮強度為 46.2kPa~90.6kPa稍遜於同類天然土，壓縮指數為 0.107~0.129 略大於同類天然土，有效摩擦角為 29.3^o~36.2^o不亞於同類天然土。

2.3 剩餘土石方再利用途

剩餘土石方之再利用途甚廣可為土方、骨材之替代物，如工地道路、

回填、路基、堤防、構造物基礎底層、護岸拋石、雨水滲透設施等土石料 及道路護欄、消波塊、漁礁等混凝土製品之骨材[Yrjanson, 1989; 顏聰, 2000;

陳豪吉、廖惇治, 2001; Hanks and Magni, 1989]。美國在 1989 年 10 月於舊 金山、1994 年 1 月於洛杉磯北嶺發生大地震，各產生了上百萬噸的建築拆

除物，在有效的分類處理計畫下，其再利用率達 60%以上[陳紹昀, 2000]。

日本東京都舊廳舍面積廣達 50,000m²，於 1991 年費時五個多月被拆除，並 在基地內施行建築拆除物之分類處理將其化整為零再利用；事前周詳規劃 再利用途、去處，調查建築拆除物之組成、性質及研發再利用技術，施工 中徹底分類作業等，至為重要[衫山 裕, 1995]。

於臺灣 921 震災後，行政院 921 震災災後重建推動委員會頒行「 921 震 災建築廢棄物處理事宜-（89）重建地字 89000468 號」，以打通建築拆除物 之通路俾提高再利用率。國內的再利用實績有「臺中縣烏日鄉二高後續計 畫快官草屯路段-烏日交流道路基及其高架橋下平面道路路基之填方」、「臺 中港經濟部加工出口區二期工程填方」兩案例；其剩餘土石方料源為分類 自臺中縣 921 震災建築拆除物者，總用量約為 30 萬方[交通部臺灣區國道新 建工程局, 2002; 行政院環境保護署, 2001]。

為提昇剩餘土石方之再利用率或拓展其再利用途，日本已制定相關之 技術規範有「建設發生土利用技術手冊」、「建設發生土改良工法手冊」、「建 設副產物適正處理推進綱要」等[日本土木研究中心, 1997a, 1997b; 松林久 行, 1998]。我國內政部雖於 2000 年檢討修正最新版的「營建剩餘土石方處 理方案」，惟多著墨於管理面，尚缺技術面之本土規範可供設計、施工依循。

2.4 剩餘土石方分類

建築拆除物需被分類去除雜物並破碎使成剩餘土石方，再經篩選粒徑 或調整級配等處理後，方可再利用為骨材或土方。雖然完整的分類流程，

宜含撿除大型物、粗篩、磁選金屬物、風吹輕質物、人工撿拾雜物、破碎 等項作業，惟因臺灣多雨當建築拆除物過濕時，粗篩、磁選金屬物、風吹 輕質物之效率往往不如預期有效，且機具亦常故障，故分類作業大多仍是 倚靠人工撿拾[行政院環境保護署, 2001]。於分類處理流程中之粗篩作業

裡，發現各廠商所使用之篩網網目不一（如 3/4ⁱⁿ篩、1/2ⁱⁿ篩、4^#篩等），而 網目會影響分類處理品質及速率，譬如使用較大網目者其分類處理品質低 但速率快。選用適宜篩網網目的依據是圖 2.2 之剩餘土石方原始粒徑分佈，

知曉其粒徑小於 3/4ⁱⁿ(19.1mm)之含量於埔里場 41.2%、南投場 37.6%、霧峰 場 21.2%、大里場 13.7%、太平場 37.6%甚多。惟此等較細料在粗篩時已被 分離堆置不再去除雜物，故一般使用者比較無法接受此料為工程土方而無 再利用通路，致成為土資場無法處理之物困擾業者，見圖 2.4 其雜物含量約 10%。

行政院公共工程委員會之「公共工程施工綱要規範」界定含有木本、

草本、樹根或金屬屑、玻璃碎片、塑膠類、木屑、竹片、紙屑、瀝青等雜 物之土石為不適用材料。雖然在一般觀念中認為土壤中若含有機雜物，長 久待其腐化後會影響土壤之透水性、壓縮性、抗剪性等工程性質，惟至今 有機雜物含量影響土壤性質之定量化研究尚不明確。有著書認為泥炭土為 含大部分未分解有機雜物之土，農田沃土約含 10%之有機雜物，而風化土 之有機雜物含量則小於 1%；有機雜物多集中於表土，愈深層其含量遽減；

土壤中之有機雜物含量在 2%~4%左右就會影響其工程性質[日本土質工學 會, 1985]。Franklin 等人 (1973) 做了系列試驗，以觀察土壤中下水道污泥 含量對夯實行為、強度的影響，發現隨污泥含量之增加其最佳含水量增大，

而最大乾單位重、無圍壓縮強度遞減，此種變化趨勢於污泥含量大於 8%時 更為顯著。

因為尚存於剩餘土石方裡之雜物為金屬屑、玻璃碎片、塑膠類、木屑、

紙屑等物而非易被細菌、黴菌等分解之有機物，故認為雜物對剩餘土石方 工程性質之影響性較有機物低且長時間後方會顯現出來，惟相關於此方面 之研究甚少。Lancaster 等人(1996) 於不良級配砂土 (SP-SM) 裡摻入木屑、

圖 2.4 含多雜物之剩餘土石方較細料

米殼等雜物觀察其對夯實性質之影響，建議若土壤之雜物含量大於 10%時 不適用為待夯實改良之土料。根據吳信龍(2002)對 921 震災剩餘土石方之研

究，發現當雜物含量大於 2.0%時，其夯實曲線之乾單位重趨於降低，含水 量趨於增加，曲線會向右下方遷移，而無法觀察出雜物含量對其承載力之 明顯影響趨勢。

2.5 土壤穩定處理

2.5.1 相關規範

利用添加材料強化土壤以滿足工程需求之歷史，可遠溯至我國萬里長 城之建造及古羅馬道路之舖築，當時均使用石灰作為強化土壤之材料，唯 石灰易受潮變質、水化反應熱大。1950 年代工程界漸使用瀝清、水泥、飛 灰為土壤穩定材，並逐漸發展出可供利用之測試、設計及施工之規範如下：

a. 波 特 蘭 水 泥 協 會 出 版 之 “Soil-Cement Laboratory Handbook”

[PCA,1957]。

b. ASTM D-558 規範“Standard test methods for moisture-density relations of soil-cement mixtures”。

c. ASTM D-559 規範“Standard test methods for wetting and drying compacted soil-cement mixtures”。

d. ASTM D-1663 規範“Standard test methods for unconfined compression strength of soil-cement mixtures”。

e. Federal Highway Administration Department of Transportation 出版之“Soil stabilization in pavement structures - A user’s manual” [ FHWA, 1979a, 1979b]。

f. 美國波特蘭水泥協會出版的 “State-of-the-art Report on Soil Cement”

[ACI,1990]。

g. 日本道路協會所制定之「舖裝試驗法便覽」裡也規範了穩定處理路盤之 試驗方法[日本道路協會, 1988]。

經穩定處理之土壤可提昇其工程性質及應用如下[FHWA, 1979b]：

a. 作為工作廣場。

b. 減少灰塵。

c. 增進土壤防水能力。

d. 提昇次級材料用途。

e. 增加強度。

f. 增加耐久性。

g. 減小土壤體積變化。

h. 提昇土壤工作性。

i. 降低土壤含水量。

j. 減小路面需要厚度。

k. 保護砂石料資源 l. 降低成本。

m. 節約能源。

n. 作為磨耗層。

2.5.2 土壤穩定處理方法

依 FHWA 出版之“Soil stabilization in pavement structures - A user’s manual” [ FHWA, 1979a] 及張廷玨等之著作[張廷玨等, 1994]，整理之土壤 穩定處理方法為：

一、石灰穩定處理(lime stabilization)

由於石灰( CaO)穩定主要源自細小土壤與石灰的多種反應故適用於塑 性土，以其粘土含量大於 10%、塑性指數PI >10 之土為宜。其適用之土壤 為 AASHTO 分類系統之 A-4, A-5, A-6, A-7 等類土，USCS 分類系統之 CH, CL, MH, ML, SC, SM, SM-SC 等類土。一般而言，當土壤與石灰拌和之後，

可降低其塑性、體積變化及增進強度、工作性，惟混合物性質依土壤種類、

石灰種類、石灰用量、含水比、養治時間溫度等諸多變數而定。石灰加入 塑性土壤會引起之反應為：

(1)陽離子交換(cation exchange)

石灰加入塑性土時會立即發生陽離子交換，足夠量的石灰可提供超量 的Ca 而取代土壤中的相異陽離子(⁺⁺ Na 、⁺

K

(2)膠凝-附聚反應(flocculation-Agglomeration reaction)

石灰加入塑性土時亦會立即發生膠凝-附聚反應，即因孔隙電解質含量 增加及粘土換成鈣形式之離子交換結果，使土壤紋理產生明顯改變而黏結 成團粒，並立刻改善土壤之塑性、工作性和強度。

(3)卜索蘭反應(pozzolanic reaction)

石灰、水和土壤中之矽與氧化鋁間產生反應而形成膠結性材料稱為卜 索蘭反應，續增進混合料強度和耐久性。

土壤、石灰之反應產物為水化矽酸鈣與水化鋁酸鈣，其水化形式具多 種變化；當足量的石灰拌入土壤其混合料的 pH 值可高達 12.4，因可顯著提 昇土壤 pH 值而促進矽、鋁溶解加速反應。土壤、石灰之反應需能顯著的增 加強度才稱「反應」，若於 22.8 C^o 養治 28 天，其無圍壓縮強度小於 345kPa，

則稱「無反應」[Thompson and Robnett, 1970]。另一方面，CaO+

CO

→ ^CaCO

二、飛灰穩定處理(fly ash stabilization)

火力發電廠燃煤之灰燼約為燃煤量之 15%；煤灰中顆粒較大者稱底灰

約佔 20%，餘為較細顆粒之飛灰。於工程應用上，使用飛灰旨在將其適當 處理以降低環境衝擊，並非特別期待其穩定土壤之效果（雖其具與鹼性土 壤產生膠結物之自硬效應），故一般需配以石灰或水泥來穩定土壤。飛灰顆 粒較大(<0.3mm )成為塑性土填隙料之效果不彰，認為僅粉土較適合飛灰穩 定處理。

三、水泥穩定處理(cement stabilization)

基本上，可依水泥對土壤的穩定處理用途再區分成「水泥穩定土(cement stabilized soil)」與「土壤水泥(Soil-cement)」兩類。

(1)水泥穩定土

為將水泥、土壤和水按一定比例拌和，壓實至特定密度並養護者，如 要求低強度、高流動性之技術回填材料[張育維,2001]。

(2)土壤水泥

依夯實品質管理法，將具最佳狀態含水比之土壤拌以水泥後夯實至密 度大於 0.95γ_d(max) （γ_d(max) ：夯實最大乾單位重），使其硬化之混合物；於路 基、停車場、水庫護坡、河川護岸等使用上已有甚多實績[Portland Cement Association 網站]。

在許多方面水泥和石灰的穩定性相類似，惟主要不同處在於卜索蘭反 應上，石灰遇水需與土壤中之矽與氧化鋁間產生反應，方形成膠結性材料，

而水泥自身即可發生卜索蘭反應不必求之於土壤；於粗料土水泥膠質會黏 結土壤顆粒表面續增進混合料強度和耐久性，於細料土其粘土礦物與水泥 反應產生含水矽酸鈣達幫助土壤穩定之效。

混凝土之水泥選擇準則亦適用於土壤水泥，若可能存於土壤或水的溶 解性硫酸鹽含量低於限制值，可使用第二類水泥。惟於土壤水泥上最常用 之水泥系固化劑為波特蘭第 I 型普通水泥，表 2.1 為其成分與性質，主要成

份為鹽基 CaO 與酸基 SiO2, Al₂O₃, Fe₂O₃。於製造過程鹽基與酸基結合成 C2S、C3S、C3A 與 C4AF 等化合物(C=CaO, S=SiO2 , A=Al2O3, F=Fe2O3)，其 中以矽酸鈣 C3S 的含量最多，亦為產生強度之主要成分。

茲轉載王帥裕(1999)對水泥、水、土壤三相態間之水泥水化反應(Cement hydration)於本節；當水泥遇水產生水化作用時，水泥中所含的各種成分便 開始與水發生化學反應，並衍生成三種重要產物：

a. 鈣與矽的化合物 C3S2Hx或 C2SHx或者二者兼具(H=H2O)，是水泥本身水 化作用所產生膠結物之主要成分。

b. 鈣與鋁的化合物 C3AHx與 C4AHx。 c. 石灰 Ca(OH)₂。

水化作用之反應化學式為：

C₃S + H2O C₂S₂H_x + Ca(OH)₂ (2.1) Ca(OH)₂ Ca⁺⁺ + (OH)^- (2.2) Ca⁺⁺ + (OH)^- + SiO₂ (土壤中) CSH

Ca⁺⁺ + (OH)^- + Al₂O₃ (土壤中) CAH (2.3) C₂S₂H_x(在低 pH 值下) CSH + Ca(OH)₂ (2.4)

式(2.1)為水泥水化作用之主要反應式，當 C3S 遇水會發生反應而產生 C3S2Hx，並釋放出 Ca(OH)2 (石灰)。Ca(OH)2在鹼性環境下(pH ＞12)隨即分 解成離子狀態如式(2.2)，並與土壤中所含之 SiO2 及 Al₂O₃發生化學反應生 成 CSH 及 CAH 之膠結物如式(2-3)所示，此為水泥水化作用之次要反應式。

由於 Ca(OH)2分解出(OH)^-參與式(2.3)之反應，以及 Ca(OH)2與矽和空氣中 二氧化碳反應因而降低pH 值，使得 C2S₂H_x呈現不穩定狀態，如式(2.4)分解

表 2.1 波特蘭第 I 型普通水泥性質[台灣水泥公司, 2000]

項 目 中國國家標準

CNS 61-R2001 T.C.C. 試驗值

二氧化矽(SiO2), % - 21.21

氧化鋁(SiO2), % - 5.29

氧化鐵(Fe2O3), % - 3.07

氧化鈣(CaO), % - 63.71

氧化鎂(MgO), % max. 6.0 2.25

三氧化硫(SO3), % max. 3.5 2.08

燒失量(L.O.I.), % max. 3.0 0.72

不溶殘渣(Ins.Res), % max. 4.3 0.16

矽酸三鈣(C3S), % - 48

矽酸二鈣(C2S), % - 24

鋁酸三鈣(C3A), % - 8.8

化學成分

鋁鐵酸四鈣(C4AF), % - 9.3

墁料空氣含量, % max. 12.0 5.8

細度, m²/kgf min. 280 335

健度% max. 0.8 0.02

3天 min. 1800 3020

7天 min. 2800 4240

抗壓強度 psi

28天 min. 4000 5870

初凝 min. 0:45

max. 6:15 2:40

終凝 - 4:30

物理性質

凝結時間

假凝結% min. 50 85

為 CSH 與石灰。

由於水泥水化作用期間會產生石灰，因此在整個土壤、水泥反應過程

中，石灰與土壤礦物間之反應就顯得十分重要。土壤礦物與石灰間的反應 可分為下列兩個型式：

(1)陽離子交換及膠凝-附聚反應

此為短時間完成之作用，當石灰分解成離子狀態後，高價之鈣離子會 取代土壤中低價之陽離子，由於顆粒表面帶有負電荷，因此離子交換後可 以限制土壤顆粒表面複水層之擴張，減低土壤顆粒間之相斥力，使土壤顆 粒形成緊密之密簇構造，進而提高土壤之強度。

(2)卜索蘭反應

其反應進行相當緩慢，甚可長達數年之久，如碳化作用和波索蘭反應。

石灰中之鈣離子與土壤礦物中之矽酸鹽及鋁酸鹽產生膠結反應，形成矽鈣 膠體(CSH)及鋁鈣膠體(CAH)，此種膠體之膠結及硬化作用可將土壤顆粒包 圍，增加土壤顆粒間之附著力，提高土壤之強度。

在經水泥水化反應後，水泥穩定土中之膠結物有助於顆粒間之鍵結和 土壤中孔隙之填塞，對於強度之增加有相當大之作用。且一般認為水泥穩 定土工程性質之改變主要是水泥硬化所致，當水泥硬化作用產生時水泥顆 粒和周遭之土壤顆粒固結，形成不連續之強且硬的骨架圍繞在土粒之四 周，可以視骨架為塞入土壤之孔隙中之填塞作用。

四、瀝青穩定處理(asphalt stabilization)

簡而言之，瀝青穩定處理土壤即現今之瀝青舖面，美國約於 1870 年已 開始應用瀝青穩定土壤於道路上，1930 年以後其已成制式道路舖面。期待 瀝青穩定土之改良性質為防水性、防面層破碎、防車轍、抗疲勞及增加耐 久性、柔性、工作性、車行舒適性等，迥異於水泥或石灰穩定土之強度改 良。瀝青穩定處理較不適用於塑性土，因其顆粒小表面積大需多量瀝清不 經濟。瀝青穩定處理則較適用於無塑性土，其可期待之穩定作用為：

a. 防水作用，因土壤顆粒被瀝青包圍而阻止水份滲透，可防止舖面發生轍 或凍溶劣化等。

b. 黏結作用，土壤顆粒被瀝青黏結增加抗剪能力，唯不太會增加土壤摩擦 角。

五、結合穩定處理(combination stabilizers)

即石灰-水泥穩定處理(lime-cement stabilization)、石灰-瀝青穩定處理 (lime-asphalt stabilization)等，一般先以石灰處理土降低其塑性俾利於拌合工 作性後，再拌合水泥或瀝青穩定之。

圖 2.5 為土壤穩定處理方法之選擇流程，主要是依據土壤之粒徑分佈與 稠度而定；根據經驗最有效率的土壤穩定方法示於表 2.2，另表 2.3 則為特 定用途之建議土壤穩定方法。知曉於水泥、石灰、瀝青三種穩定劑中，以 水泥之適用土壤種類最廣。

2.6 土壤水泥

本研究擬以土壤水泥改良技術來擴展剩餘土石方較細料之再利用，考 慮的主要用途是工程土方（回填、堤防、路堤等），改良技術為夯實與水泥 固化，即此種土壤水泥是一種被夯實的土壤、水泥及水的混合物；以下回 顧相關於土壤水泥之文獻。

2.6.1 土壤水泥影響因素

以水泥固化土壤之主要目的為改良其工程性質（壓縮、抗剪、透水、

表面磨耗），改良成效受土壤、水泥化合物及外在條件所影響，其性質亦隨

Perform sieve analysis test

Perform atterberg limit test

＜25%

pass No.200

＞25%

pass No.200

PI＜10

PI>10

PI＜10

10<PI＜30

PI>30

Add sufficient lime to reduce PI ＜ 10 (subgrade) PI ＜ 6 (base course)

Add sufficient lime to reduce PI ＜ 30

Bituminous stabilization Lime stabilization Cement stabilization

Lime stabilization Bituminous stabilization for base courses PI ＜ 6

(%pass No. 200) ＜72

Cement stabilization

Lime stabilization

Cement stabilization

Cement stabilization

Cement stabilization

圖 2.5 土壤穩定處理方法選擇流程[FHWA, 1979a]

表 2.2 最有效率的土壤穩定方法[FHWA, 1979b]

Soil types Most effective stabilization methods

Coarse granular soils

Mechanical blending (remove undesirable soil and replace with better ones), soil-asphalt, soil-cement, lime-fly ash

Fine granular soils Mechanical blending, cement stabilization, soil-cement, lime-fly ash, chlorides

Clays of low plasticity Compaction, cement stabilization, chemical waterproofers, lime modification

Clays of high plasticity Lime stabilization

表 2.3 特定用途之土壤穩定方法[FHWA, 1979b]

Purpose Soil type Recommended

stabilization methods

1.Subgrade stabilization

Coarse granular SA, SC, MB, C Fine granular SA, SC, MB, C Clays of low PI C, SC, CSS, LMS, SL A. Improved load carrying and

stress distributing characteristics

Clays of high PI SL, LMS

Fine granular CSS, SA, SC, LF Reduce frost susceptibility

Clays of low PI CSS, SC, SL, CW, LMS Waterproofing and improved

runoff

Clays of low PI CSS, SA, CW, LMS, SL Clays of low PI CSS, SC, CW, C, LMS, SL

Control of shrinkage and swell

Clays of high PI SL Clays of high PI SL, LMS Reduce resiliency

Elastic silts and clays SC, CSS

2.Base course stabilization

Fine granular SC, SA, LF, MB Improvement of substandard

materials

Clays of low PI SC, SL

Coarse granular SA, SC, MB, LF Improved load carrying and stress

distributing characteristics Fine granular SC, SA, LF, MB Reduction of pumping Fine granular SC, SA, LF, MB

3.Shoulders (unsurfaced)

Improved load carrying ability All soils See section 1A above Improved durability All soils See section 1A above Waterproofing and improved

runoff

Plastic soils CSS, SL, CW, LMS Clays of high PI SL, LMS

Control of shrinkage and swell

Elastic silts and clays SC, CSS Fine granular CSS, CL, SA

4.Dust palliative

Plastic soils CL, CSS, SL, LMS Fine granular PSC, CS, SA

5.Ditch lining

Plastic soils PSC, CS

6.Patching and reconstruction Granular soils SC, SA, LF, MB C: Compaction CSS: Cement Stabilization Soil CL: Chlorides CS: Chemical Solidifiers CW: Chemical Waterproofers LF: Lime Fly Ash LMS: Lime Modified Soil MB: Mechanical Blending PSC: Plastic Soil Cement SA: Soil Asphalt SC: Soil Cement SL: Soil Lime

之而異。圖 2.6 為土壤水泥性質影響因素一覽，以下略說明之。

一、土壤種類

參閱圖 2.5、表 2.2、表 2.3，以水泥穩定處理砂、粉土及低~中度塑性 的黏土，較能發揮其效用性和經濟性，若塑性指數PI 超過 30%，則水泥與 土壤將難混合；另如將水泥用在高塑性的土壤穩定裡，則應在加水泥前先 加石灰，以降低塑性，增加工作度。自 1980 年國內也陸續出現相關於水泥 穩定土及土壤水泥之研究，如以污水廠有機污泥、水庫淤泥、工程泥漿為 穩定對像者[王偉峰, 1995; 王帥裕, 1999]，探討區域土之水泥穩定效果及其 力學性質者 [陳修,1985；廖新興, 1986；陳呈昌, 1988；蘇鼎鈞, 1989；黃心 泉, 1993；張國明, 1998；李嘉益,2001]。

美國墾務局 USBR(1992)建議只有幾種土壤較適合用於土石壩之土壤 水泥護坡，早期墾務局所使用於保護壩體坡面土壤水泥之土壤多為細粒粉 土質砂（即 USCS 分類屬SM、SP−SM 者）；唯最近隨著輾壓混凝土技術所 帶動拌和、施工法之進步亦有採用較粗顆粒者，此種土壤級配接近輾壓混 凝土之骨材，不過混合及澆注含粗顆粒的土壤水泥使成均勻層較困難。一 般對用於保護壩體坡面土壤水泥之土壤性質要求如下：

a. 最大粒徑≤38mm。 b. 至少 85%通過 4 號篩。

c. 10% ~ 30%通過 200 號篩。

d. 低塑性或無塑性細料。

e. 去除大於 25.4mm的粘土團粒，小於 25.4mm的粘土團粒不得超過 10%。

規範土壤級配範圍有助於確保土壤水泥達到均一之耐久性與強度；為 達到土壤級配的一致性，需研判承包商將採用的混合程序及借土區土壤級 配變化，故於安全起見需以最不良之土壤級配來規範水泥配比。混合來自

圖 2.6 土壤水泥影響因素[摘自房性中, 1997；王偉峰, 1995]

影 響 改 良 土 強 度 與 性 質 之 因 素

養治條件 製作改良土條件

黏土礦物之種類與成分 離子交換能力

黏土顆粒表面可溶性矽酸鹽及鋁酸鹽含量 土壤之粒徑分佈

土壤中孔隙水之pH值 有機物質之含量

土壤之阿太保限度 土壤天然含水量

其他 軟弱土壤性質

改良土之夯實程度及拌合方式 固化材料之種類

固化材料之品質 固化材料之添加量 拌合水之種類與用量

養治時間

其他 養治濕度 養治溫度

各方之土壤料源涉及相當大的工作量，且混合方法會因機具而異；而當不 同土壤料源分別堆置時，須分別監控其土壤級配及含水量以求一致。依經 驗，在混合不同來源之土壤時易呈細料、粗料分離之越級配情形，故設計 者在規範混合土壤時須考慮此等經費和技術因素。

二、土壤pH 值

基本上鹼性土壤的水泥穩定效果較佳，一般要求其pH 值大於 12.1；如 塑性土壤與水泥產生之水化反應會造成土壤pH 值變化，即水泥中之 Ca⁺⁺會 取代正一價的陽離子 H⁺而吸附在黏土顆粒上，減少了雙重水層厚度，而於 高pH 值的鹼性環境中較有利於離子交換作用的進行。因此，土壤中水分的

pH 值將會影響土壤水泥的水化反應及穩定土強度，即pH 值愈高者改良效 果愈好，強度發展愈快；反之，如pH 值較小則改良效果差。土壤水泥之無 圍壓縮強度q_u會隨土壤pH 值的增加而增大，例如根據陳修(1985)之研究結 果（參閱圖 2.7），以 16%之水泥含量（cement content，aw=水泥乾重/乾土 重）穩定飽和粘土，其養護 7 天之qu於pH =6.4 試體為 1420kPa，於pH =11.7 試體為 2480kPa；當試體之pH 值大於，8 其q_u增加率趨顯著。

三、土壤有機雜物含量

一般認為土壤若含有機物或有害物質，會因腐植酸作用而抑制水泥之 水化反應(poorly reacting)及遲緩後續固化效果(slow hardening)，致其強度、

耐久性隨有機物含量增加而降低；唯縱使是含有機物之土壤，若其pH 值大 於 12.1 則不影響其硬化過程。基本上，是依乾-濕試驗(wet-dry test)及凍-溶 試驗(freeze-thaw test)來判釋有機雜物對土壤水泥強度、耐久性之影響，而 非僅憑有機雜物含量值[PCA, (1957)]。

圖 2.7 土壤 pH 值對土壤水泥無圍壓縮強度之影響[陳修,1985]

四、拌和水

一般而言，用於土壤水泥之拌合水質應同混凝土結構物者，勿用含有 機物、鹼、鹽及其他不純物之水；另依據公路工程施工規範中之規定，拌 合及養護用水，需為潔淨、無色無臭、不含污泥、油脂、鹽類、酸或鹼性 物、有機物及其他有害物質者；另亦須注意拌和水之pH 值。

五、土壤含水比

穩定對像土需具適量的含水比以滿足水泥水化反應所需之水量；若其 含水比過高，則如同水灰比過大會降低混凝土強度般，於拌合夯實過程中 土壤孔隙水會增大水灰比致強度降低；另若其含水比過低，會因水泥水化 反應所需的水分不足，致膠結作用不完全而降低強度。另一方面，因為水 泥反應會降低夯實之最大乾單位重γ_d(max) 與增加最佳含水比w_opt，所以對同一 乾單位重之穩定土，隨著水泥配比之增加，必須配合增加土樣的含水比以 獲得預期強度。

基本上，調配穩定對象土之含水比應考慮土壤夯實度與水泥配比；而 於特定含水比狀態下被夯實之土壤水泥，其強度隨水泥含量增加而變大之 現象已屬無庸置疑之事；另含同一水泥含量之夯實土壤水泥，其強度亦會 因土壤含水比的變化而顯著不同，惟其差異情形或變化趨勢仍有待探討。

根據 USBR 之「No. DC-7754, Davis Creek Dam 規範」，於現地輾壓時其土 壤水泥含水比應小於w_opt+1%。另根據陳修(1985)之研究結果（參閱圖 2.8）， 以不同水泥含量（a_w=4%~32%）穩定 pH 值為 4.8 之飽和粘土，其在養護 28 天後之q_u隨土壤含水比（35%~50%）的增加而降低，其降低趨勢隨水泥 含量的增大而趨顯著。王明德(2002)觀察三種剩餘土石方之水泥穩定成效，

即 Soil A (A-2-4 類), Soil B (A-2-4 類), Soil C (A-3 類)；各調製三種含水比

（w_opt-2%、w_opt、w_opt+2%）、五種水泥含量（0%、4%、8%、12%、16%）

圖 2.8 土壤含水比、水泥配比對水泥固化粘土之無圍壓縮強度影響[陳 修,1985]

試料，將其夯實成試體後於恆溫恆溼狀態下養護 3 天、7 天、28 天再測其 無圍壓縮強度q_u；發現具同一水泥配比與養護期試體，其q_u於最佳含水比 狀態下最大而於乾、濕兩側會降低 25%~40%，建議可視w_opt為適宜之土壤 水泥含水比。

六、水泥含量

水泥穩定土或土壤水泥之水泥含量a_w設計係依據構造物品質要求，對 特定土壤於實驗室調製不同a_w的試體，測其強度、表面磨耗等值，再考慮 其施工性（拌和、運送、夯實等），並與往例類似工程相較後決定之。一般 而言，為使土壤水泥混合物達同一強度、耐久性，其所需之a_w於塑性土大 於非塑性土，且其所需之a_w隨粉土、粘土含量之增加而增大；表 2.4 所建議 之水泥含量可供擬定試驗計畫參考。

圖 2.9 為 FHWA(1979b)建議決定水泥含量之流程，另 PCA (1957)建議 Method A, Method B 兩種決定砂質土水泥含量（第 I 型波特蘭水泥）之捷徑 法，Method A適用全過 4 號篩之土，而 Method B適用於含停留在 4 號篩 之土：

一、Method A

a. 求穩定對象土之粒徑分佈。

b. 使用圖 2.10(a)，可得到一大略的土壤水泥混合物之最大乾單位重γ_d(max) 。 c. 根據γ_d(max) 從圖 2.10(b)可決定所需之水泥含量aw。

d. 夯實時擇定a_w、γ_d(max) 、w_opt之土壤水泥試體三個，養護 7 天分別測其無 圍壓縮強度q_u並求平均值。

e. 若平均無圍壓縮強度高於圖 2.10(c)所示曲線值，表示所調配之水泥含量 足夠使水泥正常反應，產生預期的強度。

f. 若因平均無圍壓縮強度較高於圖 2.10(c)所示曲線值，則認為可降低設計

表 2.4 土壤水泥之水泥配比參考值[FHWA, 1979b]

Classification Usual range in cement requirement

AASHTO USCS

Percent by volume

(%)

Percent by weight

(%)

Estimated cement content and that used in moisture-density

test (% by weight)

Cement contents for wet-dry and freeze-thaw

tests (% by weight,) A-1-a GW, GP, GM, SW,

SP, SM 5~7 3~5 5 3-5-7

A-1-b GM, GP, SM, SP 7~9 5~8 6 4-6-8

A-2 GM, GC, SM, SC 7~10 5~9 7 5-7-9

A-3 ^SP 8~12 7~11 9 7-9-11

A-4 ^{CL, ML} 8~12 7~12 10 8-10-12

A-5 ML, MH, CH 8~12 8~13 10 8-10-12

A-6 ^{CL, CH} 10~14 9~15 12 10-12-14

A-7 OH, CH, MH 10~14 10~16 13 11-13-15

Determine pH of soil-cement mixture after 15 minutes.

pH ＞ 12.1

pH < 12.1 do not use cement Determine amount of sulfate present in the soil.

＞0.90% sulfate and fine- grained soil. do not use cement.

＞0.90% sulfate and coarse grained soil. use sulfate resistant cement.

＜0.90%

sulfate

Determine cement content

if soil contains less than 50% silt (0.05 ㎜) and less than 20% clay (0.005 ㎜)，

use portland cement associa - tion short -cut test procedures for sandy soil as given in

“soil-cement laboratory handbook”

All other soils select trial cement contents

Perform freeze - thaw and wet-dry tests.

圖 2.9 決定水泥含量流程[FHWA, 1979b]

(a)土壤水泥混合物之平均最大密度

(b)決定所需之水泥含量

(c)土壤水泥之最小 7 天無圍壓縮強度

圖 2.10 決定砂質土壤水泥含量捷徑試驗- Method A [FHWA, 1979b]

水泥含量是不正確的；於一般情況，欲降低水泥含量皆需依乾-濕試驗及凍- 溶試驗來判釋。

g. 若平均無圍壓縮強度低於圖 2.10(c)所示曲線值，則應將水泥含量調高 2%，再重覆步驟 c、步驟 d。

二、Method B

a. 求穩定對象土之粒徑分佈。

b. 使用圖 2.11(a)，可得到一大略的土壤水泥混合物之最大乾單位重γ_d(max) 。 c. 根據γ_d(max) 從圖 2.11(b)可決定所需之水泥含量a_w。

d. 夯實時擇定a_w、γ_d(max) 、w_opt之土壤水泥試體三個，養護 7 天分別測其無 圍壓縮強度q_u並求平均值。

e. 由圖 2.11(c)找出土壤水泥混合物之最小容許強度，若試體平均無圍壓縮 強度高於最小容許強度，表所定奪之水泥含量足夠使水泥正常反應。

f. 於一般情況，欲降低水泥含量皆需依乾-濕試驗及凍-溶試驗來判釋。

另一方面，美國墾務局 USBR (1992)於 13 個使用土壤水泥水庫坡面工 之工程的平均水泥含量為 12%。於美國之^Calamus 壩，經試驗其借土區的粗 細砂混合料，其土壤水泥中水泥含量下限為 8%，惟為克服惡劣氣候、沖刷 及混合、澆注、夯實作業等之不確定因素，水泥含量須增至a_w=11%。Ute 壩坡面工使用含 25%礫石之級配不良砂（最大粒徑 76.2^mm），雖試驗認定 僅需a_w=7%之水泥含量唯規範定為a_w=9%。對含 50%礫石之土壤，Little Panoche Creek Detention 壩建議a_w=6.3%，而 Red Bluff 水庫建議a_w=9.0% 。

Conconully壩使用含 95%細料及 5%砂之岩石粉，根據實驗室的表面磨耗及強

度試驗結果，建議取a_w=13%。另一方面，為涵蓋施工條件的變化，如土壤 級配的變化，土壤、水泥及水攪拌不均勻，不適夯實等情況，建議製定規

(a)土壤水泥混合物之平均最大密度 (b)決定所需之水泥含量

(c)土壤水泥之最小 7 天無圍壓縮強度

圖 2.11 決定砂質土壤水泥含量捷徑試驗- Method B [FHWA, 1979b]

範時將水泥含量定為實驗室試驗之a_w+2%。

圖 2.12(a)示出水泥含量aw對砂質礫石、粉土質粘土、砂質粘土、均勻 砂四種土之無圍壓縮強度q_u影響性，試體於同一養護期之條件下其q_u隨a_w

之增加而變大，其強度增加率於砂質礫石最顯著、粉土質粘土與砂質粘土 次之、均勻砂最小[ACI,1990]。另圖 2.12(b)示出粒狀土(Granular soils)之qu與

aw關係，可觀察出q_u與a_w間具線性正比例關係（圖例說明 UC=150×c；UC：

無圍壓縮強度，c：水泥含量）；其a_w介於 3%~15%，養護齡期 28 天，於粗 粒土(coarse-granular soils)其qu介於 300 psi ~2200 psi (2067 kPa ~15158 kPa ) 之間變化甚大，於細粒土(For fine-grained soils)其qu介於 200 psi ~1000 psi (1378kPa ~6890kPa ) [FHWA, 1979b]。

七、拌和、夯實

拌和工具的形狀、拌和均勻度、拌和時間與拌合、夯實間隔皆會影響 土壤水泥的性質，其中以拌和時間及拌合、夯實間隔影響最大；若拌和時 間過長，則雖水泥水化作用已發生但因持續被擾動致阻緩土壤膠結而降低 穩定成效。另若拌合後未立刻夯實，則因水泥水化反應之膠結作用已發生 故會造成穩定土強度之損失，間隔愈久損失的強度也愈多；由圖 2.13 知曉，

於粘土及砂質礫石，當其拌和、夯實間隔超過約 100min 時，其. q_u會比立即 夯實者降低約 50%，原則上在拌和後數分鐘內（水泥水化反應發生前）立 即夯實最佳[ACI,1990]。拌和、夯實、養護應盡量符合現地施工作業程序，

根據 USBR 之 No. DC-7754, Davis Creek Dam 規範，建議於實驗室拌和後至 夯實之時間不宜超過 30min ；而於現地土壤水泥之整個施工過程（拌和、. 輸送、散舖、輾壓）不宜超過 90min 。現地輾壓之土壤水泥品質要求比照. 一般天然土即可，即其工地密度應大於 0.95γd(max) 。

(a)摘自 ACI ( 1990)

(b) 摘自 FHWA (1979b)

圖 2.12 不同土類之水泥含量與無圍壓縮強度關係

圖 2.13 拌和、夯實間隔對強度損失之影響[ACI, 1990]

八、養護

以同一水泥含量穩定不同土壤時，水泥穩定土強度q_u與養護齡期之關 係例示於圖 2.14(a)，知曉q_u隨著養護齡期增加而增大，q_u與養護天數之對 數成正比例關係；養護齡期對各類土壤q_u之影響程度以砂質礫石最大，粉 土質粘土、砂質粘土次之，級配不良砂最小[ACI,1990]。另圖 2.14(b)示出粒 狀土之q_u與養護天數關係，試驗條件為a_w=10%，建議式(2.1)之q_u估算公式，

認為 28 天強度為 1.4 倍~1.7 倍的 7 天強度[FHWA, 1979b]。

( ) log( )

2 1 )

2 ( )

1

( t

a t k q

psi

q_{u t}

=

+ ⋅

⋅

t

) 2 (t

qu ：養護

t

t

t

2.6.2 土壤水泥性質

一般土壤經水泥固化改良後具有下列特性，(1)強度增加、變形量減少、

轉變為脆性材料，(2)體積穩定、耐久性增加，(3)滲透性降低；知曉土壤水 泥和原土壤已完全不同，明顯的已成為另一種新材料，水泥含量愈高其性 質愈近於混凝土。最廣範被用來觀察土壤水泥之穩定性質為強度與耐久 性；茲綜合土壤水泥之性質於表 2.5，其含數據及估算公式，可為判釋實驗 結果合理性之依據[FHWA, 1979b]。

一、強度

在材料或土壤力學上，我們常以抗剪強度參數即三軸試驗所得之凝聚 力 c 及摩擦角φ 來評估土壤之抗剪強度；然而在土壤水泥的研究上，因aw之 增加及養治時間之延長，其凝聚力會大幅增加，而摩擦角的增加幅度有限，

(a)摘自 ACI ( 1990)

(b) 摘自 FHWA (1979b)

圖 2.14 不同土類之無圍壓縮強度與養護齡期關係

表 2.5 土壤水泥性質一覽[FHWA, 1979b]

Property Granular soils Fine-grained soils Notes

Density (kN/ m³⁾ 15.70~21.58 13.73~19.62

a. May be higher or lower than untreated soils.

b. Delay between mixing and compaction causes density reduction.

qu=(90~150)×a_w q_u=(40~80)×a_w

Unconfined compression strength, q_u (psi)

) log(

2 1 )

2 ( ) 1

( t

a t k q

q_{u t}

=

+ ⋅

⋅

aw：Cement content (% by weight)

k=70：For coarse-granular soils

k=10：For fine-grained soils

t

t

t

t

Cohesion, c (psi⁾ To a few hundred psi

C=7.0+0.225q_u

Depends on a_w and Curing time

Friction angle,φ^{(o) 35~45 30~40} May decrease at high confining stress.

Tensile strength (psi)

(

5 1~

3

1)×q_u Need 1%~3% cement to develop.

Bearing stress from CBR

test (psi) 0.55×q¹_u^.431

Tangent modulus from compression test,

E

1×10⁶~5×10⁶ 10⁵~10⁶

Poisson’s ratio 0.1~0.2 0.15~0.35

1psi=6.89kPa

使得試體之抗剪強度在低圍壓下受圍壓之影響不顯著；又由於無圍壓縮試 驗之操作遠比三軸壓縮試驗簡單且迅速，因此在探討土壤水泥的強度行為 時，大多利用無圍壓縮試驗所得之無圍壓縮強度q_u來觀察土壤水泥之強度 變化情形。

於道路工程，美國數個州對土壤水泥之強度要求示於表 2.6，因地方而 異，用於基層(Base course)之土壤水泥其無圍壓縮強度qu應大於 100 psi 或 150 psi ，而用於底層(Subbase)之土壤水泥其q_u不得小於 50 psi 或 100 psi 或 150 psi (1 psi =6.89 kPa )[FHWA, 1979b]。於水庫邊坡保護方面，要求土壤水 泥之 7 天無圍壓縮強度大於 600psi、28 天無圍壓縮強度大於 875psi（參考：

鋼筋混凝土之q_u ≥3000psi；無筋混凝土之q_u ≥2500psi）[USBR, 1992]。

二、耐久性

水泥在土壤中不僅單純的產生膠結物將土壤顆粒包住，同時因為石灰 和黏土顆粒反應陽離子置換作用取代氫離子而降低黏土的親水性，因而降 低了膨脹與收縮的潛能達到了體積穩定、耐久之效。另一方面，因為膠結 物填入土壤顆粒之孔隙中，液體流動路徑被阻塞而降低滲透性，土壤水泥 無論為經由夯實或是攪拌方式進行，其滲透係數約可降至 10^-7~10^-8cm/sec， 且隨著a_w的提高滲透性降低[FHWA, 1979b]。

所謂耐久性即是觀察土壤水泥於凍-溶試驗與乾-濕試驗之重量損失 率；於道路工程，對土壤水泥耐久性之要求基準示於表 2.7，其重量損失率 於 A-1-a、 A-1-b、 A-2-4、A-2-5 、A-3 類不得大於 14%，於 A-2-6、A-2-7、

A-4、A-5 類不得大於 10%，而於 A-6、A-7 類不得大於 7% [FHWA, 1979b]。

於水庫邊坡保護方面，經 12 循環後之試體重量損失率應小於 6% [USBR, 1992] 。

表 2.6 於道路工程對土壤水泥之強度要求[FHWA, 1979b]

Minimum strength requirement

Agency Specimen curing

Base course Subbase

California DOT Mixture is “loose cured”

24 hours prior to compaction Illinois DOT

48 hours and 48.9^oC ¹⁵⁰ psi (1034kPa) 100psi (689kPa)

Louisiana DOT 7 days moist room, 8 hours drying (60^oC), 8 hours cooling and 10 days capillary soaking at a confining pressure of 1

psi

100psi (689kPa) 50 psi (345kPa)

Texas State Department of Highways and

Transportation

AASHTO T220 100psi (689kPa) 50psi (345kPa)

Virginia Department of Highways and Transportation

72 hours (48.9^oC^{) Not used 150} psi (1034kPa)

表 2.7 土壤水泥耐久性要求（凍-溶試驗與乾-濕試驗）[FHWA, 1979b]

AASHTO soil group USCS soil group Max. allowable weight loss from wet-dry and freeze-thaw test (%)

A-1-a GW, GP, GM, SW, SP, SM 14

A-1-b GM, GP, SM, SP 14

A-2-4、A-2-5 14

A-2 GM, GP, SM, SP

A-2-6 、 A-2-7 10

A-3 SP 14

A-4 CL, ML 10

A-5 ML, MH, CH 10

A-6 CL, CH 7

A-7 OH, MH, CH 7

a. Maximum volume changes after wet-dry and freeze-thaw test should be less than 2% of the initial volume.

b. Maximum water content during the test should be less than the quantity required to saturated the specimen at the time of molding.

c. Compressive strength should increase with curing age of specimen.

2.6.3 國內相關研究 一、粒狀土

廖新興(1986)以本省分佈甚廣之紅土為對像，調製水泥含量a_w為 4%、

8%、12%及土壤含水比 w為 15.5%、17.8%、20.5%、23.6%之試料（其最佳 夯 實 含 水 比 w_opt =20.5% ）， 將 其 夯 實 成 乾 單 位 重

γ

a. 隨著a_w、

_γ

b. 於夯實乾側之試體需有較大乾單位重及水泥含量方可達較佳穩定效果，

而於夯實濕側之試體在較低乾密度及水泥含量下即可大幅提昇其強度。

c. 見圖 2.18(a)，於a_w=8%之夯實最佳狀態試體，其無圍壓縮強度約為 5000kPa (1kgf/ cm²=98.1kPa )。

d. 土塊尺寸會影響穩定效果，過 10 號篩之穩定土強度大於過 4 號篩者。

e. 對具同一

_γ

房性中(1997)探討水泥穩定土用於柔性舖面之可行性，其穩定對像為泥 質砂含卵、礫石及粘土質泥含砂，試樣之土壤含水比為w +2%，_opt a_w為 2%、

5%、8%，將其夯實成試體養護 7 天再浸水 4 小時後測其q_u。表 2.8、表 2.9 為其試驗條件與結果一覽，於a_w=8%之最大乾單位重試體，其無圍壓縮強 度於泥質砂含卵、礫石約為 1500kPa 、於粘土質泥含砂約為 820kPa ，甚低 於廖新興(1986)所求水泥穩定紅土之 5000kPa。其建議水泥穩定土若用於底 層宜以q_u（大於 147kN/ m²），若用於路基宜以加州承載比CBR（10%~15%）

為品質判釋依據，認為 4%~5%的水泥含量可確保安全、經濟原則。

(a) 土壤含水比~無圍壓縮強度 (b) 應力~應變關係 圖 2.15 水泥穩定紅土之抗壓行為 [廖新興, 1986]

(a)乾側 (b)濕側 圖 2.16 水泥穩定紅土之密度對無圍壓縮強度影響性[廖新興, 1986]

圖 2.17 水泥穩定紅土之粒徑對無圍壓縮強度影響性[廖新興, 1986]

(a) (b)

圖 2.18 水泥穩定紅土夯實狀態與無圍壓縮強度關係[廖新興, 1986]

表 2.8 水泥穩定泥質砂含卵、礫石之無圍壓縮強度[房性中, 1997]

表 2.9 水泥穩定粘土質泥含砂之無圍壓縮強度[房性中, 1997]

張國明(1998) 針對水泥穩定土於土壩壩心、護坡之適用性，以取自新 竹寶山第二水庫集水區（頭嵙山層香山相砂岩層）、臺中大度山（紅土礫石 層）、臺中盆地（洪積砂礫土層）之粒徑為 4.75mm ~0.074 mm 土為試料，調 製水泥含量 11%~400%之攪拌試體（無夯實）進行試驗。發現

a. 於水泥含量大於 25%之試體其q_u增加率較大約可發展至 35000kPa ，唯 若依特定用途其水泥含量需大於 50%者較無改良價值。

b. 抗拉強度約僅q_u之 0.01%。

c. 隨著水泥含量增加其乾縮量漸減小，此結果不吻合於混凝土，是否暗示 土壤之乾縮性比水泥漿大。

d. 經硫酸鈉浸蝕後之試體，其q_u約降低 30%。於水泥含量低於 25%之試體，

百慕達草之生長情況優於百喜草。

郭呈彰(1999)除添加水泥於 A-4 類(ML)土壤內，並針對土壤的「搶水」

現象添加入 SST 安定劑以提昇水泥穩定土之工程性質。所得結果如下：

a. 依夯實試驗，純土壤之w =6.9%、_opt γ_d(max) =21.09kN/ m³。

b. 依夯實試驗，於水泥含量 2%、4%、6%、8%之水泥穩定土，其w 約為_opt 8.1%、γ_d(max) 約為 20.60kN/ m³，水泥含量對其夯實狀態影響小。

c. 水泥穩定土之w 高於純土壤，而_opt γ_d(max) 小於純土壤，

d. SST 安定劑有利於水化作用進行可提昇水泥穩定土強度，SST 安定劑含 量以 0.04%為宜。

e. 對水泥含量 4%之穩定土添加 0.04%之 SST 安定劑，約可提昇 28 天無圍 壓縮強度 25%（與無添加 SST 安定劑者相較）。

f. 對 水 泥 含 量 4% 、 SST 安 定 劑 0.02% 之 穩 定 土 ， 於 乾 單 位 重 18.84kN/ m³~20.60kN / m³範為，其 CBR值為 52%~170%。

g. 添加水泥入土壤內具提昇強度之效，唯因水泥內之 Mg、Na、Ca、Al 等

金屬元素易生搶水現象致水化作用不完全，如添加 SST 安定劑可減弱金 屬元素正價位有助於確保水化作用所需之水份。

林明禹(2002)從經由大宗剩餘土石方資材再利用途徑，探討石材加工衍 生泥餅、砂石採取尾砂及營建挖方軟弱土之水泥穩定土性質，其所定之水 泥含量為 1%~20%甚廣。發現水泥含量 10%之穩定土其 28 天無圍壓縮強度 已達 1000kPa ，符合填方材料之基本要求；僅使用試料本身的特性做適當 的調配混合亦可提昇穩定土之強度，如僅添加 2%水泥其穩定土之 28 天無 圍壓縮強度亦可達 1000 kPa 。

二、淤泥

王偉峰(1995)以取自淡水河、石門水庫、彰化鹿港、雲林麥寮四處之淤 泥為水泥穩定對像，得下述結果：

a. 土壤含水比高者其改良強度低，土壤含水比不宜大於 50%。

b. 淤泥之粒徑分佈對改良強度之影響性小。

c. 養護 28 天水泥穩定土之彈性係數約為(100~400)倍的無圍壓縮強度值。

d. 養護有助於增加耐久性。

e. 不可恢復的體積收縮發生在第一次的乾-濕循環中，粘土含量高者體積收 縮大。

f. 水泥穩定土經乾-濕循環後之無圍壓縮強度不低於水中養護者。

陳建成(1998) 研究白河水庫淤泥之水泥夯實土在靜載重與重覆載重下 之壓縮性，此淤泥含 24%粘土，其分類為 A-7-6(16)或 CL。結果為

a. 於水泥含量 0%~18%範圍之水泥穩定土，其夯實w 為 19.5%~21.5%，以_opt 水泥含量 6%之試料其w 最大；其_opt γ_d(max) 為 16.14kN/ m³~16.43kN/ m³，

以水泥含量 0%試料之γ_d(max) 最大，而水泥含量 6%試料之γ_d(max) 最小，水

泥含量對w 、_opt γ_d(max) 之影響無特定趨勢。

b. 如預期般，該水泥穩定土之無圍壓縮強度隨水泥含量增加而變大。

c. 該水泥穩定土之壓縮行為類似過壓密粘土。

d. 重覆載重致該水泥穩定土之應變增量微。

三、皂土

祝錫智、陳達政(1988)欲探討水泥穩定皂土用於截水牆之可行性，對 6 種不同皂土：水泥：水之配比試體，以三軸試驗儀觀察其透水性和受剪行 為。所測得試體之滲透係數為10⁻⁷ cm/sec~10⁻⁶cm/sec；在圍壓為 54kPa 、 103 kPa 、200 kPa 之條件下，其破壞時之軸差應力為 98kPa ~589 kPa ，水泥 的膠結性質是提供強度的主要來源；破壞時之軸向應變為 2.0%~4.0%，圍 壓 對 其 影 響 小 ； 該 水 泥 穩 定 土 之 摩 擦 角 低 於 10 度 ， 黏 著 力 為 39 kPa ~235 kPa 。祝錫智、許世傑(1990) 進一步使用高爐水泥穩定皂土，

並與普通水泥之穩定效果相比較；發現使用高爐水泥會使穩定土之強度、

破壞軸向應變、黏著力增大，而其滲透係數、摩擦角較低。

王帥裕(1999)所使用之皂土含水比為 60%~90%甚高，設定之水泥含量 為 10%、15%、20%、30%、40%五種。水泥穩定土之強度與水泥含量呈正 比例增大，而與土壤含水比呈反比例減小，如水泥含量 40%試體之 7 天無 圍壓縮強度於土壤含水比 60%、75%、90%之試體分別約為 3300 kPa 、 1800 kPa 、650 kPa 。隨著養護時間增長至 28 天，其無圍壓縮強度之發展於 水泥含量大於 40%試體方較顯著。於壓密過程，純皂土之行為類似正常壓 密粘土，其靜止土壓係數

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於壓密初其因水泥之固化使其

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