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 | ||||
| 廣告專線 :(02)8961-3968轉142 傳真:(02)2964-1159,2963-4076 地址:新北市板橋區三民路二段37號A3 網址:http://www.twce.org.tw E-mail:mail@twce.org.tw | NO. 1286 | ||
|
談「綠建材標章制度」的綠混凝土 湛淵源 技師/華夏科大建築系 「綠建材標章制度」起源 台灣建築中心(Taiwan Architecture and Building Center),配合內政部建築研究所推動「綠建材標章制度」[1],自民國88年起,進行相關建材逸散(有害氣體,VOC)之分析研究,及相關建材檢測試驗設備建置工作,歷經周密之規劃研究,民國92年開始,籌畫台灣綠建材標章制度。經過草創時期的努力,綠建材標章制度於民國93年7月正式上路,率先針對「健康」綠建材、「再生」綠建材兩類,進行審查與標章核發,見圖1。技術部份,則有綠建材「通則」以及「健康」、「生態」、「再生」、「高性能」等四類綠建材評定基準。 民國94年起,台灣四類綠建材標章,全面開放受理申請,陸續推行多項鼓勵綠建材標章申請的措施、與多方進行綠建材觀念之推廣宣導。綠建材標章,自民國99年1月1日起,其評定方式改採「指定評定專業機構」辦理,標章核發層級提升至「內政部」,並將「技術許可作業」與「核發標章之行政作業」分階段處理,依據綠建材標章相關要點:「綠建材標章申請審核認可及使用作業要點」、「綠建材標章評定專業機構申請指定作業要點」及「綠建材性能試驗機構申請指定作業要點」執行。
「綠建材」,可稱為是「綠建築」的基礎。建築物在居住、使用等功能上,最終目標是要符合人本需求,且在現行居住環境、及未來正處於全球溫室效應嚴峻和極端氣候變遷下,能兼顧到「健康」、「生態」、「再生」、「高性能」的要求。以目前高房價而言,建築物最重要者是要朝向耐久永續使用,因此,建築物的「綠」與建材的「綠」,就顯得格外重要。 「綠建材」在技術的部份有四種領域,分別為「健康」、「生態」、「再生」、「高性能」等四種面向,而且相互間有某種程度的高關聯性。本文介紹探討是屬於「再生」使用的「綠建材」;這種建材必須符合3R原則[1],重複使用(Recycle)、減量使用(Reduce)、重新使用(Reuse);綠混凝土(Green concrete)[2]即是其中一項,它是屬於建築結構構造材料,有異於附屬建築物的一般使用性功能的材料,再生綠建材評定基準與要項,如參考文獻1及圖2所示。 再生建材評定基準,包含「建材項目」、「可使用之回收材料」、「回收材料使用百分率」、「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」等六項,其中回收比率(使用比率)項,是以比率超過再生材料某依比例為核,而且確保再生建材性能,必須符合再生建材規定之「品質與性能試驗項目及方法」,保證再生建材設計性能符合設計使用需求。圖2則是「再生綠建材」的評定要項。 再生綠建築評定基準中相關綠混凝土(參考文獻)可分成19.綠混凝土(R類)、18.綠混凝土(G類)、18.綠混凝土(H類)。第19項綠混凝土(R類),主要針對回收粒料取自營建剩餘土石方、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。18.綠混凝土(G類)及18.綠混凝土(H類)採用添加回收的爐石粉、飛灰及其他符合CNS 3036之卜作嵐攙和物等。於第19項綠混凝土(R類)中主要是以添加回收粒料,是總粒料用量20%以上為主,但是28天抗壓強度(CNS 1232)必須大於210kgf/cm2,56天氯離子滲透電量(CNS 14795)必須小於2000庫倫,這是避免綠混凝土採用再生粒料有低強度的疑慮,CNS 14795是要保證綠混凝土使用之後的長期耐久永續性能得以確保。第18.綠混凝土(G類)及18.綠混凝土(H類)是建築結構與構造混凝土,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,H類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[2],以當前結構混凝土規範ACI 318,與在國內混凝土設計施工規範中,結構混凝土添加卜作嵐比例(以暴露在除冰鹽環境,台灣暴露於鹽霧環境中似可擬沿用),條文限制在50%(含)以下,綠混凝土(G類)此限制是毫無疑慮的;但在(H類)中高性能綠混凝土,卜作嵐添加率50%以上,56天抗壓強度大於420kgf/cm2,且氯離子滲透電量要小於必須小於2000庫倫(CNS 14795),這可能會有些誤解的地方,就是卜作嵐材料添加越多,強度會起得來嗎?乍看之下確是有疑慮的,尚且是使用高性能混凝土(High-performance concrete,HPC)手法設計的,HPC設計上必須要夠強、夠耐久、夠體積穩定性的高性能,這與綠建材的「高性能建材」化、與本地(本土)化的「生態建材」精神,是非常契合的。 在台灣,早期採用HPC施作建築物,首推高雄東帝士T&C Tower的85層大樓為出發點,結構混凝土設計採用本地的膠結材料-水泥、興達火力電廠回收的「飛灰」,和中鋼煉鋼產生爐碴急速噴水回收磨成細粉的「爐石粉」為主;設計強度56天8000psi(55MPa、560kgf/cm2),其設計強度也是日後ACI 363(高強度混凝土規範),將高強度混凝土強度定義由原先f’c=42MPa(420kgf/cm2、6000psi)提高至目前的f’c=55MPa(560kgf/cm2、8000psi)。 東帝士大樓完成後,國科會(目前為科技部)於86-88年,邀集各大學土木營建科系有興趣HPC學者,成立高性能混凝土研究群,針對高強與高流動性的HPC,進行廣泛研究(分成物化性質、新拌性質、硬固性質)三種群體進行研發,當時定義HPC的強度f’c=55MPa(560kgf/cm2、8000psi),坍度230-270mm、坍流度500-700mm而且不產生浮(泌)水和析離現象;經過為期三年的研究,充分對HPC的行為有清楚了解,在日後推廣應用影響非常深遠;尤其是日本的高流動化自充填混凝土(Self-compacting concrete,SCC)之推廣應用,在國內已是常態使用的混凝土。HPC在台灣建築中心綠建材的分支-再生建材資料庫,已有綠高性能混凝土的再生材料選項,18.綠混凝土(H類) green concrete:高性能綠混凝土為56天抗壓強度大於420kgf/cm2(41.2MPa),56天氯離子滲透電量(CNS 14795)小於2000庫倫。 在國內,各預拌混凝土廠製作HPC(18.綠混凝土(H類)),要達到56天420(或560)kgf/cm2強度,並非難事;但是要符合56天氯離子滲透電量小於2000庫倫(CNS 14795),在卜作嵐比例50%以上,這便需要特別的設計與產製工作才能達標;HPC同時要達到上述條件,必須要謹慎設計。高雄東帝士T&C Tower柱內灌注56天8000psi的HPC[2],它的卜作嵐用量比例僅為20%,強度為9200psi(63MPa),而氯離子滲透電量為950庫倫,雖然是採用HPC設計法,強度與氯離子電量,均符合綠混凝土(H類)56天抗壓強度大於420kgf/cm2和56天氯離子滲透電量小於2000庫倫;唯一沒有符合的,是卜作嵐用量比例50%以上的需求。 綠建築九大指標中,CO2減量與廢棄物減量指標中,使用具耐久永續性的HPC及水泥強度效益比例(Cement Strength Efficiency Ratio,CSER psi/kg)和再生材料,都有加分效果;所謂CSER,是56天齡期的抗壓強度(psi)/1立方米混凝土水泥用量(kg),也就是添加卜作嵐材料越多,所能發揮56天強度越高,CSER值一定會越高,與10(psi/kg)傳統混凝土設計(卜作嵐材料=0)相除,即為CSER值,越高加分效果越大。 另外,本文介紹作者在營建科系大學內,所研發推廣HPC之一些成果,以饗讀者。
高性能混凝土(HPC),在國內EEWH綠建築九大評估系統中,綠建材應用有上兩個指標,一個是CO2減量指標,另一個是廢棄物減量指標。在國內早期,HPC被定義為高工作性與高強度(高強度混凝土一直被認定為高耐久性);而忽略混凝土的高耐久性-永續發展性與穩定性等性質,為此在EEWH中CO2減量指標,凡是採用HPC與再生建材(卜作嵐與回收粒料等)和CSER值建築物,CO2減量指標及廢棄物減量指標中,是很容易通過的,但是建築物設計時,並無配套獎勵容積措施,使得建商並不熱衷於建築物與建材之CO2減量指標及廢棄物減量指標,且兩種指標通過比率,除生態多樣性指標外,通過數較低的現象,呈現與國際潮流-建築物節能減碳與永續發展趨勢,大相逕庭。表1、表2、表3,是筆者在國內大學營建科系就學和服務時,繼高雄東帝士T&C Tower的HPC應用後,展開系列HPC的研發推廣過程,文獻[3]是輔導大學研究生的論文成果,見表1。在表1中,HPC設計的水泥用量,以B2812為例,w/cm=0.28設計水泥用量,只有185kg/m3,卜作嵐飛灰、爐石粉和矽灰這些再生材料用量,高達305、10、10kg/m3,卜作嵐用量比例都在50%以上,而B4012配比更高達74%。審視這些配比卜作嵐用量,都超過ACI 318與國內營建署混凝土施工規範50%要求;從表2與表3指出,B28至B3212系列配比,56天齡期,都大於42MPa(420kgf/cm2,6000psi)甚至超過55MPa(560kgf/cm2,8,000psi);國際上,與混凝土耐久性息息相關的是電化學性質,諸如表面電阻及氯離子電量,分別為60.5-61.0KΩ-cm及479-707庫倫,事實上,都遠大於20KΩ-cm(不會發生腐蝕的要求)及小於2,000庫倫的永續性需求。針對添加在混凝土內以取代水泥的補充性膠結材料(Supplementary cementitious materials,SCMs),這些工業產品廢棄回收物-SCMs,飛灰與爐石粉和矽灰,都是經過原生工業產品製造過程,經高溫燒結(1,200-2,000oC)過程中,回收再生的材料(灰塵與熔渣),因為成分富含有SiO2與Al2O3化學成分,與水泥水化產物氫氧化鈣CH(Ca(OH)2)、氫氧化納(NH)、氫氧化鉀(KH)和水(或濕氣),反應合成C(N/K)-S/A-H卜作嵐反應水化產物,這是結構物耐久永續的基因-卜作嵐反應,同時也是古代混凝土(Ancient concrete)永續耐久的基礎。例如:希臘萬(古)神殿與羅馬競技場,這些古代混凝土,所憑藉就是石灰(熟)和義大利的火山灰(經高溫噴出),這些是非常類似水泥水化產物CH與S/A(SiO2與Al2O3)的合成,非常近似現代混凝土內的卜作嵐反應。 建築中心再生綠建材評估基準之第18項與第19項,綠混凝土是屬結構性材料,是引用性能規範(Performance specification)作基礎,使用材料仍然要符合CNS相關規定,綠混凝土經各項材料設計組合後,所拌製混凝土的性能需求,見圖3,56天是要強度大於420kgf/cm2與氯離子電量小於2000庫倫;這個意義就是,在再生建材「綠」的外表下,有著「永續發展」的實質內涵,56天以後,綠混凝土一直到壽命終止前,抗壓強度恆大於420kgf/cm2 與氯離子電量恆小於2000庫倫的精神,這是HPC設計及產製最終的目標;該圖中以28天為例,符合第18項綠混凝土中,只有B4012與C40I和C40II配比,不符合再生建材評定基準中規定;而第19項,56天為例,只有B3212至B28系列與B3012配比,符合高性能綠混凝土相關規定。換言之,添加卜作嵐材料的配方,一定要設計降低水膠比及較低的水量,和使用高性能減水劑(諸如羧酸系列,用量少性能高),是可以製造優質的綠混凝土。高性能綠混凝土如果採用性能規範,以工作性(如自充填混凝土工作性)、強度(56天強度大於420kgf/cm2)、耐久性(56天氯離子電量小於2000庫倫)、經濟性(56天CSER值大於2)、生態性(配方卜作嵐用量比率50%以上)等性能,達到建築物結構混凝土綠與永續高性能化,可以提供技師先進參酌應用。 結論 在現今地球溫室效用與氣候異常,日趨惡劣化,加上全世界人口,2021年6月時,已接近79億以上[4],解決人口居住問題與綠色節能減碳的工作,已刻不容緩。綠建材是綠建築的基礎,也是建築行業對地球友善的具體表現。再生綠建材評定基準包含再生建材的種類,而其中第18及第19選項,是再生綠混凝土種類規定:第18項綠混凝土(H類)屬於高性能綠混凝土,是同時具有綠建材特性,本地製造的「生態」混凝土、採用大量工業回收卜作嵐材料的「再生」混凝土、又是屬於「高性能」化設計產製的混凝土、耐久「健康」的優生混凝土,採用性能規範(Performance specification)研發產製產品。
參考文獻 1. 台灣建築中心再生建材評估基準http://gbm.tabc.org.tw/modules/pages/regeneration 2. 黃兆龍,卜作嵐混凝土使用手冊,財團法人中興工程顧問社出版,科技圖書股份有限公司總經銷,初版,台北,2007.11。 3. 楊偉奇,優生混凝土耐久性質之研究,國立台灣科技大學碩士論文,台北,1998.6。 4. 世界人口成長及時統計網站https://www.worldometers.info/ 2021.6.10 10:25分 表1 國內高性能混凝土配比設計
*配比:B××××表示採用HPC設計法;第2與第3字是水膠比28,w/cm=0.28;CI:傳統混凝土使用第I型水泥,CII: 傳統混凝土使用第II型水泥。
表2 國內高性能混凝土抗壓強度發展
*CSER值: f56 /表1之水泥用量,單位:psi/kg。
表3 國內高性能混凝土表面電阻及快速氯離子滲透電量(耐久性)
*採用英國C.N.S.公司出產四極式表面電阻儀量測; **:採用CNS 14795-快速氯離子滲透電量量測。
|
Top | Back |