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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


中華民國九十八年五月十六日

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邊坡穩定工法之碳足跡(COfootprint)分析與比較 

 

原著:Susanne Kytzia, Paul Hardegger, Reto Schnellmann, Benjamin Scherrer

 

1.概述

本文針對下列兩種不同的邊坡穩定工法,依據其對地球溫室效應的影響程度來進行比較:

1.使用噴凝土、地錨及點焊鋼絲網所組成之傳統邊坡穩定工法。

2.高拉力強度鋼線網結合岩釘之邊坡穩定金屬網。

上述工法的比較是採用所謂〝CO2 足跡(CO2 footprint)〞法,也就是將工法所使用的各項材料在其生命週期間及結構物構築時,所排放會影響氣候變遷之氣體的排放量,加以列表量化後進行比較。

本文內容如下:

  • 利用基本資料進行初步分析,並綜整相關建議以為後續進一步分析之用。

  • 在生命週期分析中,僅限於對施工材料的製造及將其運送至工地為研析範圍,有關施工、營運、維護、拆除及運棄等均不在比較範圍內。

分析方法是根據下列因素來進行:

  • 簡述該兩種不同的邊坡穩定工法的施工方式。

  • 詳列該二種工法所使用的施工材料。

  • 有關施工材料的製造、所消耗的能源及運送等項目之標準程序的分類資料庫。

2.分析方法

本研究所採用的〝CO2足跡〞法,基本上是根據ISO 14040所建構之〝生命週期評估法(Life Cycle AssessmentLCA)〞方法:

1)研究目的及研究範圍之決定。

2)生命週期分析僅限於會影響氣候變遷之氣體的排放量。

3)利用全球暖化潛勢(Global Warming Potential)來評估其對環境所產生的衝擊。

2.1   研究目的及研究範圍

a) 功能性

本文所要比較的2種邊坡穩定構造物如圖1及圖2所示,該2種構造物分別採用本文所要比較的2種工法來構築。

上述2種邊坡穩定構造物之比較是根據下列項目來進行:

  • 功能性:只考慮構造物對穩定邊坡的功能;其他功能如景觀性等均不加以考量。

  • 生命週期: 2種構造物具有相同之服務週期。

  • 維修:假設該2種構造物於生命週期中皆不需要任何維修工作。

圖1 使用柔性邊坡穩定金屬網系統

圖2 噴凝土護坡工法

1及表2為簡單計算後,所整理出有關構築上述二種邊坡穩定構造物所使用之材料項目及數量明細,分析時假設構造物的尺寸如圖1及圖2所示,邊坡防護長度為100m 

1 柔性邊坡穩定金屬網系統所使用的材料數量(邊坡長度為100m)

邊坡穩定金屬網系統   材料 重量
      (kg)
岩釘      
  岩釘長度 = 4.0 m  鋼材 1,817.30
  岩釘長度= 6.0 m 鋼材 4,088.90
  岩釘灌漿 水泥,w/c = 0.4 23,400.00
鋼線網       
  高拉力鋼線網 高強度鋼線 1,963.60
  鍍鋅 169.6
  鍍鋅 8.9
  承壓釘鈑 鋼版 495
  承壓釘鈑的防蝕 熱浸鍍鋅  
  連接鉗 鋼材 123.8
  防蝕保護  熱浸鍍鋅  
  鋼索(邊界固定,頂部及底部) 高強度鋼線 100
  鋼索的防蝕保護 熱浸鍍鋅 0.5
  螺旋狀之錨定鋼索= 4.0 m (頂部及底部) 高強度鋼線 42.4
  螺旋狀之錨定鋼索的防蝕保護  熱浸鍍鋅          0.2
  錨碇鋼索的灌漿 水泥 896
植生      
  防刷蝕植生毯 聚丙烯 714

 

2 噴凝土護坡所使用的材料數量(邊坡長度為100m)

噴凝土施工 材料 重量
      (kg)
岩釘       
  岩釘 = 4.0m 鋼材 1,081.90
  岩釘 = 5.0m 鋼材 6,713.70
  噴凝土 水泥,w/c = 0.4 40,350.00
噴凝土      
  總噴凝土量 (噴撒損失 ~25%)   564,360.00
  鋼夾 鋼材 6324.8
  頂鈑 鋼材 589.2
  頂鈑防蝕保護  熱浸鍍鋅  
排水      
  排水管 PVC 64

b)    系統定義

本文所進行的生命週期分析僅限於施工材料的製造與運送至工地為研析範圍。

系統的定義是基於下列考量:

  • 在結構物生命週期評估中,是假設構築結構物的過程對環境汙染的影響程度是很小的,Kasser (1998)及Geiger & Fleischer (1997)的研究結果顯示對於住宅大樓而言,不到1%的大樓能源總量是由結構體施工所消耗,因此,預期結構體在施工階段並不會出現較高的能源消耗量。

  • 假設在一般情況下,在營運及維修方面將無任何費用上的支出(依照a節)。

  • 當拆除上述2種邊坡穩定構造物時,只有鋼材及混凝土須要進行處理。

 

此外,下列有關施工材料的製造過程也不列入考慮:

  • 高拉力鋼線網之鍍鋅處理:本研究僅考慮鋅或鋁之塗料製造過程,但有關塗裝過程所消耗能源則不加以考慮。

  • 高拉力鋼線網的鋼線材料之加工。

上述的簡化是必要的,因為這些過程無法用標準數據來進行評估。不過,鍍鋅過程及鋼線材料之加工所消耗的能源,若與鋼材製造過程來作比較,則可以假設其量甚小,甚至可達忽略的程度。

 

2.2   生命週期分析中所使用的參考數據

施工材料在製造及運送過程(包括材料的回收、材料模組的製造及能源的供應)中,可能會影響氣候變遷之氣體排放量是引用自ETH的相關資料庫。

由於該資料庫對排放量的估計相對保守(考量最壞的情況),在每個方案中將選擇產生汙染程度最高的過程來進行分析:

  • 運送距離及方式的選擇,是假設平均運送距離為100km,以28 t卡車為運送交通工具,由海外運送的話則假設透過8000km的海運及500km的卡車運送。

  • 鋼材等級的選擇:採用會產生較高氣體排放量的〝低合金氧化鋼材〞製程作為參考基準。

有關所使用的製程項目及其對環境的衝擊詳列於表3

 

3 所使用的標準製程項目及其對環境的衝擊

材料

說明

單位 CO2 – 石化 GWP
鋼材        
鋼筋  63%低合金含量轉化鋼, 37%不含合金或低合金含量電製鋼(electric steel)  [kg CO2/kg] 0.54 1.25
低合金含量轉化鋼 本過程產製基本鋼材 [kg CO2/kg] 0.72 1.7
水泥        
波特蘭水泥, 90%爐渣,5%基本添加劑,5%飛灰 [kg CO2/kg] 0.764 0.829
強度等級 Z 42.5,廠拌
噴凝土        
混凝土 375 kg 水泥,150 kg 水,1880 kg 砂石 [kg CO2/kg] 0.121 0.135
運送        
卡車, 28 t   [kg CO2/tkm] 0.174 0.223
海運   [kg CO2/tkm] 0.0001 0.011
塗裝        
熱浸鍍鋅所需的鋅 [kg CO2/kg] 0.483 2.46
防蝕保護所需的鋁 [kg CO2/kg] 1.82 11.7
其他        
噴凝土護坡排水管 排水管 [kg CO2/kg] 0.02 2.16
沖刷蓆墊 材質為聚丙烯  [kg CO2/kg] 0.002 2

2.3   評估衝擊的方法

可能會影響氣候變遷的氣體排放量,一方面可經由燃燒石化燃料時所產生之二氧化碳的多寡(單位為kgCO2),另一方面,也可透過紀錄所有會影響氣候變遷的氣體之排放量,以CO2為參考基準進行加權,然後加總而成為一個整體綜合指數,這個整體綜合指數即所謂〝地球暖化潛勢(Global Warming Potential)〞,簡稱GWP ,其單位為kg CO2 當量。

3. 分析結果

根據前述2種邊坡穩定構造物,在其生命週期中所排放可能會影響氣候變遷的氣體排放量的比較結果(如圖3所示),邊坡穩定金屬網系統對地球溫室效應的影響程度,無論在CO2石化及地球暖化潛勢(GWP)方面,噴凝土護坡工法的氣體排放量均約為邊坡穩定金屬網系統的4~5倍左右。 

上述的差異主要是因為該2種邊坡穩定構造物所使用的材料數量不同所致,於噴凝土工法中約使用14,700 kg鋼筋,40,300 kg水泥 及564,000 kg 混凝土,但當邊坡穩定金屬網系統應用在相同的邊坡時,則僅使用8,100 kg 鋼筋及23,400 kg水泥。上述施工材料數量上的差異將導致無論在材料製造與運送方面,均對環境產生明顯的衝擊及影響。

3    生命週期及施工過程中所排放可能會影響氣候變遷的氣體排放量比較圖

根據上述分析結果,對邊坡穩定金屬網系統而言:

  • 岩釘對地球溫室效應所產生的影響遠大於鋼線網及植生。

  • 絕大部份的總汙染量是由水泥用量所產生,其次為鋼材(兩者的比例約為3:1)。

  • 材料運送所產生的汙染量相對較小,僅約佔總汙染量的5%左右。

 

根據上述分析結果,對噴凝土護坡工法而言:

  • 噴凝土所產生的汙染量(約佔總汙染量的70%左右)較岩釘所產生的汙染量(約佔總汙染量的30%左右)來得大。

  • 絕大部份的總汙染量是由水泥用量所產生,其次為鋼材(兩者的比例約為12:1)。

  • 材料運送所產生的汙染量約佔總汙染量的9%左右,較鋼材所產生的汙染量來得大。

4. 結論與建議

根據本研究的分析結果可知,相同的邊坡若採用邊坡穩定金屬網系統施工,其對地球溫室效應所產生的影響將遠小於採用噴凝土護坡工法,邊坡穩定金屬網系統的汙染排放量僅為噴凝土工法的1/4左右。

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