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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一一三年八月二十四日

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社務委員：黃騰輝、陳玫英、伍勝民、黃武龍、陳錦芳、周子劍、蔡震邦
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監  察  人：施義芳、陳清展、鄭明昌、陳菁雲、巫垂晃
社　　長：陳玫英

副  社  長：黃騰輝、拱祥生

總  編  輯：楊耀昇

副  總  編：朱煌林
營運總監：伍勝民

總  主  筆：周子劍
本期主筆：拱祥生
執行編撰：李惠華
文字記者：許素梅

台灣混凝土之創新挑戰與機遇

精進推廣篇

黃兆龍、湛淵源  技師

2015年筆者接受亞東混凝土預拌廠的委託，對該公司進行全面體質改善，所以對其員工進行教育訓練[1]，為期一年時間，共完成甲級、乙級及丙級的教育訓練，讓廠內員工了解混凝土組成材料的功能及效益。2015年，公路總局針對臺灣環海地區橋梁工程的鋼筋混凝土嚴重腐蝕問題，希望能徹底找出鋼筋混凝土腐蝕防治對策，做為未來工程規範之參考，尤其淡江大橋的應用[2]。研究團隊沿襲過去有關的研究及高性能混凝土應用於臺灣環海地區橋梁工程的實務經驗所累積的戰略思維[3]，並將過去國人對高性能混凝土及自充填混凝土的誤解[4]，進行全盤性的分析及驗證，這一項難得的機會可以完整檢視混凝土緻密配比DMDA的適用性，並且可以在試驗室將之應用於模型橋樑構件上，詳細觀察結構行為，這是筆者第一次參與利用高性能混凝土於結構構件上，全面理解材料與結構間的行為。首先依據過去高性能混凝土DMDA的標準作業程，材料性能進行完整物化性質的探討，循序漸進執行緻密堆積，找出顆粒材料與飛灰等細粒材料的比率，依據建立配比性能資料庫，確認符合安全性、耐久性、工作性、生態性及經濟性之要求，且符合配比設計準則。

計畫共針對強度420 kgf/cm2 (6,000 psi)及700 kgf/cm2 (10,000 psi)抗壓強度設計普通混凝土(OPC)、高流動性高性能混凝土(HFHPC)、自充填混凝土(SCC)及高性能輕質混凝土 (HPLWC)，建立完整水灰比/水膠比與強度等資料庫。最後依試驗室小型試驗所得資料選定設計強度之配比，接著放大尺寸進行中型試驗，委請預拌混凝土廠商生產出所設計的混凝土，並以預拌車送至臺灣科技大學結構實驗室製作預力高性能鋼筋混凝土梁構件，並經過嚴格的力學試驗。驗證結果與預期OPC、SCC、HFHPC 與HPLWC的品質皆能達到結構設計強度安全性、耐久性能指標，而以 DMDA 緻密配比邏輯設計之混凝土優於傳統混凝土。在節能減碳方面，設計強度420 kgf/cm2及700 kgf/cm2之高性能混凝土較傳統混凝土減少碳排量分別約為199 kg/m3及283 kg/m3，顯示高性能混凝土對環境更友善；經濟性上材料成本皆比普通混凝土節省因減少40%水泥，價格更便宜；生態性上卜作嵐材料使用量超過40%符合再生綠建材之G 類「綠混凝土」。

各類型混凝土梁構件之極限彎矩強度均滿足公路橋梁規範所計算出之極限彎矩強度。經由蒐集相關構件行為數據深入分析研究後，確認高性能混凝土運用於橋梁工程之工程性質，能夠確實發揮其高工作性、高水密性、高體積穩定性，並確保其材料耐久性及構件安全性，可以達成「安全橋梁、永續結構」之預想目標。本計畫的完成證明緻密混凝土配比設計法則，確實對混凝土中顆粒材料的緻密度達到「物理緻密」，而卜作嵐材料透過「化學強化」使物理性質不斷提昇，達到永續結構的目的。

另一項成就是建構如圖1，以DMDA進行HPC與SCC時緻密堆積比率的調整，可以透過移動最大單位重的5%範圍，來滿足所需HPC與SCC所要求的性質，並且性能穩定保持耐久性質、長期強度的成長、低水泥量與低水量等節能減碳的循環經濟的目標，圖1下方所標示的HPC與SCC的指示為飛灰、砂與粗粒料的調整位置，此計畫結果將三十多年來的混凝土研究成果彙整成一重要配比指標。

2019年經過長期高性能混凝土、自充填混凝土、再生粒料混凝土與控制性低強度材料的研發實務及經驗後，已能實現能將廢棄物符合朝水泥混凝土「膠原蛋白」方向以滿足「循環經濟」精神，終於能夠將之放入臺灣建築中心綠建材標章行列「再生綠建材」中[5]，見表1，「再生綠建材」係指「利用回收材料，經過再製程序，所製造之建材產品，並符合廢棄物減量(Reduce)、再利用(Reuse)及再循環(Recycle)等3R原則製成之建材。 在再生綠建材中經過長期論證，再生綠建材委員同意納入「綠混凝土R、G、H，控制低強度材料」標章，為臺灣「循環經濟」及「節能減碳」盡一分心力，2023年又加入近零(CZ)綠混凝土一項標章，讓臺灣在國際上建立節能減碳的標竿。

圖1　應用黃氏緻密混凝土配比法設計HPC與SCC的比率調整策略

 

表1  再生綠建材評定基準表摘自台灣建築中心再生綠建材網站資訊[5]

建材項目 可使用之回收材料 回收材料使用比率(重量百分比) 品質與性能試驗項目及方法 特殊要求或分級規定 備註說明
4.再生纖維水泥板、纖維水泥板、纖維強化水泥板
Regenerated fiber cement boards		 廢棄混凝土材料、無害性之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、石質下腳料等 回收材料除水泥外之比率佔50 %以上 再生纖維水泥板參照CNS 14890、纖維水泥板參照CNS 3802、纖維強化水泥板參照CNS 13777等品質與性能試驗項目之規定 所使用水泥之重量不得高於50 % 應說明適用之類別
5.高壓混凝土地磚
compressed concrete paving units		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收材料除水泥外之比率如下：
A級：20 %以上
B級：30 %以上
C級：50 %以上		 參照CNS 13295品質與性能試驗項目之規定 抗壓強度依據CNS 13295分級 應說明適用等級
6.混凝土空心磚
hollow concrete blocks		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等 回收材料除水泥外之比率如下：
A級磚：20%以上
B級磚：30%以上
C級磚：50%以上		 參照CNS 8905品質與性能試驗項目之規定 抗壓強度依據CNS 8905分級 應說明適用等級
7.混凝土粒料 Concrete aggregates 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收材料之比率如下：細粒料應佔80 %以上。粗粒料應佔50 %以上。 混凝土粒料參照CNS 1240品質與性能試驗項目之規定，但其中細粒料級配之篩分析若為CNS 1240第2.2.2與第2.2.3節之情形者，應說明篩分析結果 粗、細粒料依CNS 14891之定義，粗粒料為停留於標稱孔寬4.5mm之試驗篩者；細粒料為通過標稱孔寬4.75mm試驗篩，而主要部份停留於標稱孔寬75µm試驗篩者 應說明適用之類別(粗、細粒料或混合料)
8.瀝青鋪面粒料 aggregate for bituminous paving mixtures 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石、飛灰、石質下腳料等 回收材料之比率如下：細粒料應佔80 %以上粗粒料應佔50 %以上 瀝青鋪面粒料參照粒料總類分別參照CNS 15305~15310品質與性能試驗項目之規定。 粗、細粒料依CNS 14891之定義，粗粒料為停留於標稱孔寬4.5mm之試驗篩者；細粒料為通過標稱孔寬4.75mm試驗篩，而主要部份停留於標稱孔寬75µm試驗篩者 應說明適用之類別(粗、細粒料或混合料)
9.陶瓷面磚 ceramic tile 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 依CNS 9737之區分，Ⅰa與Ⅰb類之回收材料使用比率應15%以上；Ⅱ類之回收材料使用比率應15%以上；Ⅲ類之回收材料使用比率應25%以上 參照CNS 9737及CNS 3299-1品質與性能試驗項目之規定 依CNS 9737之分類規定，Ⅰa類為吸水率0.5%以下，Ⅰb 類為吸水率3.0%以下；Ⅱ類為吸水率10.0%以下者；Ⅲ類為吸水率50%以下者 應說明適用之類別等級
12.輕質混凝土嵌板 lightweight concrete panels 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收材料除水泥外之比率佔50%以上 參照CNS 8646品質與性能試驗項目之規定 所使用水泥之重量不得高於8 %。 應說明水泥使用量
13.水硬性混合水泥 blended hydraulic cement 廢棄高爐爐渣、高爐爐石粉、飛灰等 回收材料佔總重量40%以上 參照CNS 15286品質與性能試驗項目之規定 包括卜特蘭高爐爐渣水泥(IS型)及卜特蘭卜作嵐水泥(IP型)。各指定型別之混合水泥，其物理性質應符合CNS 15286第6節中對該型水泥適用性之規定 應說明適用之類別
15.透水性混凝土地磚
permeable concrete paving blocks		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收材料除水泥外之比率佔50%以上 參照CNS 14995品質與性能試驗項目之規定 不得以燒結方式製造，水泥用量不得高於30% 應說明水泥用量
19.綠混凝土(R類)
green concrete		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收粒料佔總粒料之比率（重量）20%以上 抗壓強度依CNS1232之方法；氯離子滲透電量試驗依CNS14795之試驗方法。 28天抗壓強度大於210kgf/cm2，56天氯離子滲透電量小於2000庫倫。 應說明適用之類別及性能符合情形
18.綠混凝土(G類)
green concrete		 爐石粉、飛灰及其他符合CNS3036之卜作嵐攙和物等。 卜作嵐材料佔膠結材料（包含水泥和添加之卜作嵐材料之總重量）之40%以上。
18.綠混凝土(H類)
green concrete		 爐石粉、飛灰及其他符合CNS3036之卜作嵐攙和物等。 卜作嵐材料佔膠結材料（包含水泥和添加之卜作嵐材料之總重量）之50%以上。 高性能綠混凝土為56天抗壓強度大於420kgf/cm2，56天氯離子滲透電量小於2000庫倫。
20.輕質發泡混凝土磚
Lightweight Aerated Concrete Blocks		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、爐石粉、飛灰、石質下腳料等。 回收材料除水泥外之比率佔60%以上 參照CNS 13480品質與性能試驗項目之規定 依CNS 13480對於種類與品質性能之規定分類 應說明適用之類別
24.隔熱混凝土用輕質粒料Lightweight Aggregates for Insulating Concrete 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、礦石纖維等。 回收材料佔總重量50%以上 參照CNS 14826品質與性能試驗項目之規定 依CNS 14826對於種類與性能之規定，以粒料所製作之混凝土單位重量與熱傳導係數應符合 應說明適用之類別
25.建築用隔熱材料
Thermal insulating material for buildings		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、回收橡膠、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、礦石纖維等 回收材料佔總重量30%以上 參照CNS 9960品質與性能試驗項目之規定 依CNS 9960依基材之分類與對應性能之規定。於23℃之熱傳導係數應在0.065 W/m‧K 以下 應說明適用之類別及熱傳導係數
26.屋頂隔熱磚
Roof paving of thermal resistance		 回收木材、橡膠、不含氯高分子材料，及各種無害性製程廢料等 除水泥外之回收材料佔總重量50%以上 依據CNS 13295測試抗壓強度及抗彎強度，並依據CNS 7333測試熱傳導係數 抗壓強度應在90㎏f/cm2以上，抗彎強度30㎏f/ cm2以上；熱傳導係數應低於0.2W/m‧K內含木質粒料時含水率應小於16% 應說明使用 之材料及性能符合情形
27.控制性低強度材料
Control Low Strength Material		 營建剩餘土石方、污泥、水庫淤泥、安定化鋼碴、旋轉窯碴、無害之無機性廢料如廢陶瓷、廢玻璃、礦石纖維等 除水泥外之回收材料佔總重量50%以上 參照公共工程委員會施工綱要規範03377章V7.0品質項目之規定符合CNS草制1040178品質試驗之規定 1.落沉時間24小時內
2.28天抗壓強度90 kgf/cm2以下
3.200ºC高溫及2 MPa高壓下3小時養護，無表面破裂現象		 依施工綱要規範之性質要求並應說明符合情形

註：本表中《可使用之回收材料》僅為舉例，其它各種回收材料符合各目的事業主管機關所制定之再利用管理辦法規定者亦皆可納入。

參考文獻

1.      黃兆龍、陳建成、洪盟峰、李隆盛、邱英嘉、謝素蘭、侯威銘，2015，預拌混凝土品管人員訓練與認證計畫，亞東預拌混凝土股份有限公司。

2.      黃兆龍、歐煜辰、林進隆，2015，高性能混凝土運用於橋梁之委託研究工作，交通部公路總局委託專案計畫。

3.      黃兆龍、陳建成、郭昭宏、邱英嘉、鄭棟元、陳廷芳、詹宜峰、郭金祥，1991，反覆載重下單筋混凝土樑之鋼筋腐蝕機理之研究，國家科學委員會專案計畫。

4.      黃兆龍，2003，高性能混凝土理論與實務，詹氏書局。

5.      臺灣建築中心綠建材標章網站 https://gbm.tabc.org.tw/modules/pages/regeneration ,2024.0408。

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