添加再生綠建材對輕質(zhì)骨材混凝土工程性質(zhì)之影響

1、添加再生綠建材對輕質(zhì)骨材混 凝土工程性質(zhì)之影響添加再生綠建材對輕質(zhì)骨材混凝土工程性質(zhì)之影響Properties of recycled green building materials applied inlightweight aggregate concrete王和源S沈永年2、王士場'*1.高雄應用科技大學土木工程與防災科技研丸所教授2. 離桂應用科技大學土木工程與防夾科技研究所副教授3. 高雄應用科技大學土木工程與防災科技硏丸所碩士摘要本研究使用之再生綠建材以臺灣生產(chǎn)之再生礦粉摻料（含飛灰、爐石、玻璃砂、橡 膠粉為主，并以廢液晶玻璃砂、廢輪胎橡膠粉分別取代部分細骨材0%、5%及

2、10%, 固定水膠比（W/B=0.4）依ACI混凝土配比設計拌制成輕質(zhì)骨材混凝土，經(jīng)養(yǎng)護齡期7、 28、56及91天進行硬固、非破壞與耐久性質(zhì)試驗，并探討其各項工程性質(zhì)。結(jié)果顯示: 添加再生綠建材因種類不同坍度有所增減，但是仍符合設計坍度。輕質(zhì)骨材較常重混凝 土有較佳之硬固性質(zhì)，顯示榕各種綠建材應用于輕質(zhì)骨材混凝土中，不但能有效利用廢 棄資源，落實環(huán)保議題的提倡，提高再生綠建材使用率。在永續(xù)循環(huán)發(fā)展趨勢潮流 下，對廢棄物資源進行有價值的再生利用，朝向綠色建材之方向發(fā)展。關(guān)鍵詞：再生綠建材、廢液晶玻璃、廢輪胎橡膠粉、輕質(zhì)骨材AbstractThis study used the producti

3、on of renewable green building materials in Taiwan's renewable slag admixture （including fly ash, slag, glass sand, rubber powder） as the main, and to waste LCD glass sand, waste tire rubber powder to replace part of the fine aggregate 0%, 5% and 10%, according to AC! concrete mixture design mad

4、e of lightweight aggregate concrete. after curing age 78.56 and 91 days for a mechanical, non-destructive nature and the durability tests, and to explore its the nature of the projects. The results showed that: Add different types of renewable green building materials due to an increase or decrease,

5、 but still comply with the design Light weight aggregate concrete has a better more often the hard-solid and durable nature of the show will be a variety of green building materials used in lightweight aggregate concrete, not only can effective use of waste resources to implement the advocate of env

6、ironmental issues, improve utilization of renewable green building materials. In the sustainable cycle of development* trend of the tide, the right waste valuable resources, recycling, green building materials towards the direction.Keywords： Recycling green building materials, waste LCD glass, waste

7、 tire rubber powders, lightweight aggregate一、前言臺灣為海島國家，地區(qū)山高水急從條件上應該有足夠的天然砂石供應國內(nèi)營造業(yè)所 需，但臺灣本身人口稠密及地形陡蠟和保護環(huán)境意識高漲的情況下，使得天然砂石開采 與來源越來越困難。為了應付工程建設上所需大量砂石，一部分需要仰賴國外進口砂石。 同時，臺灣地區(qū)現(xiàn)有重要水庫普遍老化且有淤塞之問題，水庫淤泥日漸增加及粗細骨材 日漸短缺，未來勢必面臨替換骨材之情況，水庫清除淤砂以增加蓄水量已成為政府重要 的水利政策【1、21利用再生資源技術(shù)可有效將廢棄物完全轉(zhuǎn)換另一新資源， 為維護環(huán)境極重要之研究領(lǐng)域。如能將水庫中淤泥加

8、工制成工程用之輕質(zhì)骨材，則不僅 解決水庫蓄水的問題，恢復水庫原有之蓄水功能，更可解決臺灣砂石短缺的問題，水庫 淤泥制成輕質(zhì)骨材能有效解決水庫淤泥無法棄置及處理問題。輕質(zhì)混凝土具有質(zhì)輕、高強度、低膨脹性、隔熱、消音、防水、抗火、耐久、體積 穩(wěn)定、施工方便、經(jīng)濟等諸多工程特性【36】，且輕質(zhì)粒料之吸水性與電阻比普通粒料 小，抗硫酸鹽性則較佳【7】，實宜大力倡導這些特點，以鼓勵髙樓建筑興建【8】、橋梁、 房舍外墻等工程優(yōu)先選用輕質(zhì)混凝土興建。輕質(zhì)骨材應用于結(jié)構(gòu)體上有不錯的成效，有 許多優(yōu)點如與更量比之下的高強度特性，良好的拉伸應變能力，低熱傳導系數(shù)與由于輕 質(zhì)骨材內(nèi)部的空隙，而擁有隔音與隔熱之性質(zhì)【

9、911】。近年來，為能積極響應節(jié)能減 碳，各國皆全力研究各種廢棄物添加于混凝土中，對其工程性質(zhì)之影響，例如:臺電火力 發(fā)電廠所產(chǎn)生的飛灰及中國鋼鐵公司所生產(chǎn)之水淬爐石粉，研究顯示添加適當水淬爐石 粉或飛灰等工業(yè)廢棄物取代部分水泥或砂，無論在工程質(zhì)量或經(jīng)濟效益都較單獨添加水 泥優(yōu)良【12、13】。臺灣光電相關(guān)產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)值占有率最大者為液晶面板(TFT-LCD)制造業(yè)，且產(chǎn)量高 達世界第一。此若是沒有妥當?shù)奶幚?，慢慢的將會造成生態(tài)環(huán)境的污染。由于廢玻璃焚 化不容易熔成灰燼，而將廢液晶玻璃取代骨材或玻璃粉取代水泥使用于各種混凝土已證 實可獲得良好的工程性質(zhì)【1420】。另外，依據(jù)行政院環(huán)保署事業(yè)廢棄物

10、信息中心2008年公告，廢輪胎屬于應回收或 再利用之一般廢棄物，回收再利用統(tǒng)計址為1326公噸【21】。在世界上有國家曾立定政 策要求各項建設必須使用一定數(shù)量的廢輪胎。目前國內(nèi)外皆有人針對橡膠粉粒取代混凝 土中的細粒料，加入混凝土中進行各項研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于橡膠的比重較一般常重 骨材輕，當橡膠粉加入混凝土中，隨著取代量的提高，其坍度會變小，工作性降低，抗 壓強度與劈裂拉伸強度有明顯下降的趨勢【2229】。一般人視為垃圾的廢輪胎，經(jīng)粹裂后的橡膠粉末添加在混凝土中，可以作為瀝青混 凝土鋪面【30、31】，可增加路面的彈性及路面摩擦力加使用壽命【32】，延長路面的使 用年限，椽膠混凝土優(yōu)良的延性

11、也能利用結(jié)構(gòu)物抗震，F(xiàn)attuhi and Clark(1996)發(fā)現(xiàn)，橡 膠混凝土具有輕質(zhì)、吸音、減振等特性，可應用在鐵道工程、高速公路工程上【33】； Eldi和Senouci將經(jīng)破碎處理后的廢橡膠輪胎碎片加入混凝上，其抗壓和抗拉強度皆降 低，但韌性及抗彎能力卻明顯提升【34】若善加回收利用也能創(chuàng)造龐大商機。如何將其 回收再利用，亦為一值得探討的課題。本研究擬將飛灰、爐石粉、橡膠粉與玻璃砂等四種再生綠建材應用于輕質(zhì)骨材混凝 土內(nèi)，與常重混凝土比較其工程性質(zhì)，并分析新拌、硬固、耐久等性質(zhì)之試驗結(jié)果。藉 以評估綠建材應用于混凝土之使用性，朝向綠色建材之方向發(fā)展。二、試驗規(guī)劃2.1試驗材料與配比

12、采用的水泥由臺灣水泥公司生產(chǎn)的普通水泥，其性質(zhì)符合ASTM C150及CNS 61 第I型波特蘭水泥，水泥購進時均以不透水塑料密封，以確保質(zhì)量。飛灰采用臺電興達 火力發(fā)電廠之F級飛灰，符合CNS 3036規(guī)范。爐石為中國鋼鐵公司所生產(chǎn)的水淬爐石 粉，經(jīng)中聯(lián)爐石資源處理公司研磨成細粉。廢液品玻璃砂由壓碎機壓碎后，通過篩號為 #4,以達近似天然細骨材之粒徑，玻璃砂物化性及粒徑分布其化學分析如表1所示。廢 輪胎橡膠粉采用臺灣水刀公司產(chǎn)制Z廢棄輪胎橡膠，細度為#30其物化性分析如表2所 示。輕質(zhì)骨材取自臺灣石門水庫淤泥經(jīng)脫水、造粒燒結(jié)制成輕質(zhì)骨材顆粒，依照ASTM C33及CNS 3691進行篩分析后

13、，過濾部份過大、小之粒徑顆粒，以降低粒徑對吸水率 之影響，再將輕質(zhì)骨材預先浸水24小時以上，以減少輕質(zhì)骨材內(nèi)部之大最吸水能力， 降低水膠比之影響。輕質(zhì)骨材基本性質(zhì)表3所示。配比如表4所示。2.2試驗變境與方法本研究針對再生綠建材應用于輕質(zhì)骨材混凝土和一般常重混凝土之中進行探討其 差異，固定水膠比(W/B=0.4),以再生綠建材取代一般砂(0%、5%、10%),樣合成輕 質(zhì)骨材混凝土和一般常重混凝土并探討其新拌性質(zhì)、硬固性質(zhì)、耐久性質(zhì)，并從中尋找 各再生礦粉摻料最佳替代含量。本研究各組新拌混凝土皆進行坍度試驗。工程性質(zhì)于7、28、56天齡期進行如抗壓 及超音波速等試驗。混凝土坍度試驗依據(jù)CNS1

14、176；單位重試驗依據(jù)CNS 11151；抗壓 強度試驗依據(jù)CNS 1232標準測定：劈裂強度試驗依據(jù)CNS 3801標準規(guī)定：超咅波試 驗依據(jù)ASTM C597標準測定：硫酸鹽侵蝕試驗依據(jù)ASTM C1012規(guī)范。硫酸鹽侵蝕 試驗依據(jù)ASTM C1012規(guī)范制作完成后養(yǎng)護于飽和石灰水中，7天齡期時于烘箱以 I00±5r烘干24小時，浸泡于飽和硫酸鹽中24小時，進行反復5次干濕循環(huán)抗硫酸鹽 試驗，以評估硫酸鹽侵蝕對輕質(zhì)混凝土之影響。三、結(jié)果與分析3.1再生綠建材材料性質(zhì)本研究所使用再生綠建材材料性質(zhì)如表1至表3所示，爐石粉的Cao占整體41%與 水泥(62.85%)最為接近，爐石粉適

15、量替代水泥，可降低初期水化熱及混凝土內(nèi)部溫度上 升之速率。在SiO2成分中分別以廢玻璃砂(62.48%)、飛灰(48.27%)二種綠建材較水泥 (20.74%)高。若飛灰適當加以取代水泥，將增加骨材流動性與砂漿體積及混凝土塑性， 水化早期較少參與反應，故飛灰早期強度較低。隨著卜作就反應增加，晚期強度發(fā)展較 佳。將廢液晶玻璃粉碎后添加于混凝土中作為骨材使用，為可行的資源化途徑。輕質(zhì)骨 材(1.35)在比重較常重骨材(2.65)輕，輕質(zhì)骨材的干搗單位重(90Ikg/m3)也較一般粗骨材 (1572kg/n?)輕，可減少本身自重及增加抵抗地震能力。而輕質(zhì)骨材的吸水率(10%)則比 常重骨材(0.87

16、)高，故拌制混凝土時需加注意。橡膠主要成分為碳，比審較輕，添加廢 椽膠于混凝土會影響其工作度及降低抗壓強度，但延展性提高有助于混凝土抵抗反復荷 載能力，可應用于非主結(jié)構(gòu)的混凝土工程上。3.2新拌性質(zhì)表5所示由于輕質(zhì)骨材顆粒密度較低，顆粒堆枳之載重較輕，下壓力較小，水平的 側(cè)向推力較小，為避免輕質(zhì)骨材上浮之情況，故設計較高漿量，使具有足夠漿量包裹骨 材表面。本研究采用設計坍度150mm180mm,各組混凝上拌和后均無目視的泌水及析 離現(xiàn)象，其常重混凝土坍度值為150mnl73mm,輕質(zhì)混凝土坍度值為I51mm-175mm 之間，各組皆符合設計坍度范圍。添加廢玻璃砂5%、10%時，其坍度增加6mm

17、15mm, 其原因可能是廢玻璃砂是為片狀顆粒，且為不規(guī)則的形狀有凌有角，顆粒跟顆粒之間會 有個互制的影響，雖然本身不容易流動，但水分具有潤滑的作用，因此對坍度有較大的 提升作用。而各添加廢橡膠粉坍度值皆比控制組小，隨著廢橡膠粉的添加量增加，坍流 度值也會跟著減少，此結(jié)果與熊杰【35】所述混凝土加入橡膠粉時，會使混凝土工作度 下降相符合。再單位重因廢玻璃砂(2.42)與廢橡膠粉(0.95)的比重較一般砂輕，固隨取代 量增加，混凝土新拌單位重降低。3.3抗壓強度圖1所示，輕質(zhì)骨材混凝土于齡期7天時，抗壓強度為2435.7MPa,齡期28天抗 壓強度為32.376MPa,各組皆大于常重混凝土 533

18、%,齡期56天以廢玻璃砂取代量 5%為各組最高達50MPa,隨著廢玻璃砂與廢橡膠粉取代量之增加，抗壓強度有下降趨 勢。3.4劈裂強度圖2與圖3顯示，隨著齡期的發(fā)展輕質(zhì)骨材比常重骨材之劈裂強度有較高的趨勢， 各組以廢玻璃砂取代量5%為最高且皆高于控制組(N, L),而廢橡膠粉取代量5%及10% 皆低于控制組，隨著取代量最高，劈裂抗張強度也隨之下降。混和二種廢玻璃砂與廢橡 膠粉之劈裂強度低于控制組但比單一廢橡膠之組別有較高的強度。顯示混和二種材料比 單一使用廢橡膠有較高的效益。3.5超音波波速圖4所示，常垂混凝土其齡期7天之超音波波速為35524034 m/s,齡期28天超音 波波速為371972

19、04 m/s,齡期56天超音波波速為38977415 m/s,比起輕質(zhì)混凝土齡 期7天超音波波速3310-3728 m/s,齡期28天超音波波速3531-3926 m/s,齡期56天超 音波波速為36077188 m/s較高。各取代量中以廢玻璃砂取代量10%為最高。因廢液晶 玻璃砂比重較小于天然河砂比重，以同樣重量來添加于混凝土內(nèi)部，因廢玻璃砂其體積 較大，且較小的廢玻璃砂可填空天然河砂其孔隙，減少混凝土內(nèi)部孔隙，因此隨廢液晶 玻璃砂取代量增加時，超音波波速也隨之增加。3.6抗硫酸鹽侵蝕圖5及圖6顯示，常重混凝土在硫酸鹽浸泡5次循環(huán)后，損失量為-2.7537.184%, 而輕質(zhì)混凝土在硫酸鹽浸

20、泡5次循環(huán)后，損失屋為2.6672.326%。顯示常重骨材較輕 質(zhì)骨材有較佳之抗硫酸鹽侵蝕，各組以廢玻璃砂和廢橡膠粉之混凝土試體再抗硫酸鹽侵 蝕有較好之抵抗性，顯是混和二種材料比單一使用時有較高的效益。四、結(jié)論1. 飛灰、爐石添加于混凝土，可減少水泥用量外，因其本身卜作嵐反應，可提升混凝 土其強度及耐久性質(zhì)。輕質(zhì)骨材其質(zhì)輕，故可減少地震力。玻璃有大量SiO2,理論 上性質(zhì)屬于卜特蘭材料，英物理性質(zhì)皆與混凝土相近，為可行的資源化途徑。2. 當W/B=0.4以含廢玻璃砂、橡膠粉及混合組Z常重混凝土坍度分別為160173mm、 150-153mm及150-154mm：而輕質(zhì)混凝土時則分別為16417

21、5mm、152156mm及 151154mm,皆符合設計坍度 150mm180mm<.3. 添加綠建材于輕質(zhì)骨材混凝土中，于7天齡期時，各配比抗壓強度可達到24MPa, 28天齡期時抗壓強度可達到46MPa,齡期56天以廢玻璃砂取代量5%為各組最高達 50MPa,其抗壓強度為較高。4. 添加綠建材于輕質(zhì)混凝七中有較佳劈裂強度，以廢玻璃砂取代量5%為最高皆高于控 制組，混和二種綠建材之劈裂強度低于控制組但比單一廢橡膠之組別有較佳之強度。5. 齡期56天時，常垂混凝土其超音波波速為38977415 m/s,比輕質(zhì)混凝土齡期56天 超音波波速3607-4418 m/s較高。各取代量中以廢玻璃砂

22、取代量10%為最高。6. 常重骨材較輕質(zhì)骨材有較佳之抗硫酸鹽侵蝕，混和二種材料亦有較佳之抵抗性，顯 示比單一使用時有較高的效益。五、參考文獻1. 王和源、林仁益、施靜杰，高溫高壓養(yǎng)護對輕質(zhì)骨材混凝土抗壓強度與彈性 模數(shù)之影響第三屆全國輕質(zhì)骨材混凝土研討會.第6782頁，（2007）。2. 王寶貴、林日揚、楊駿北、鄭翦民.島嶼生息一臺灣環(huán)境調(diào)查報告J經(jīng)典雜志. 慈濟文化傳播志業(yè)基金會.第114-117頁（2007。3. Wang, H. Y, Study on durability of densified high-performance lightweight aggregate concr

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