一、前言

         臺(tái)灣地區(qū)位於亞熱帶地區(qū)，降水頻率及強(qiáng)度集中，氣候溫暖潮溼，年平均降水量高達(dá)2510mm。且因降水時(shí)間及空間分佈不均，在豐年期每年5~10月之降水量約佔(zhàn)全年之78%，而因臺(tái)灣地形陡坡，山脈高聳，東西向幅度窄，河川坡陡流快，不易蓄貯，因此水庫(kù)在水資源利用於攔豐濟(jì)旱之功能上更顯重要。以2001年為例，臺(tái)灣的降水量為1108億噸，而河川水只有130億噸，(其中水庫(kù)提供48億噸)約佔(zhàn)總降水量之12%而已。臺(tái)灣農(nóng)業(yè)、工業(yè)及民生用水共需185億噸，顯示臺(tái)灣地區(qū)水資源不足，若無水庫(kù)之?dāng)r蓋功能，則本省用水不足之壓力就更大。
         而根據(jù)經(jīng)濟(jì)部水利署所著「2001年蓄水設(shè)施水量營(yíng)運(yùn)統(tǒng)計(jì)報(bào)告」一書中指出目前已完工運(yùn)轉(zhuǎn)且有營(yíng)運(yùn)統(tǒng)計(jì)資料之水庫(kù)計(jì)有40座，其完工當(dāng)年的總?cè)萘繛?,745,000,000m³，水庫(kù)容量因受泥砂淤積之影響，在2001年量測(cè)之結(jié)果發(fā)現(xiàn)其總?cè)萘繛?,204,000,000m³，約減少479,000,000m³，約為總?cè)萘康?7.44%。平均每年減少16,100,000m³，可見水庫(kù)淤積量相當(dāng)嚴(yán)重，甚至有些水庫(kù)的淤積量高達(dá)77%。(1)
         有鑑於此，經(jīng)濟(jì)部水利署自1984~2002間在明德、石門等21座水庫(kù)實(shí)施浚渫清淤工作，共清除約25,600,000m³，再加上運(yùn)用水庫(kù)排砂操作方式辦理「空庫(kù)排砂」約排除10,100,000m3，合計(jì)約35,700,000m³，有效地改善水庫(kù)之容量。而民國(guó)91年提出水庫(kù)淤積緊急浚渫計(jì)畫，辦理石門等九座水庫(kù)之清淤工作，共清除4,750,000m³，其中以阿公店水庫(kù)清淤3,240,000m³最多。而白河水庫(kù)740,000m3次之，截至2002年為止，水庫(kù)的累計(jì)清淤量以石門之10,600,000m³最多，而其次是阿公店為5,400,000m³，由這些數(shù)據(jù)顯示水庫(kù)總淤積清除量約為40,500,000m³相當(dāng)驚人(1)。
         21世紀(jì)是水資源缺乏之世紀(jì)，臺(tái)灣雖有豐沛的降水量，但因降水之季節(jié)分配不均，再加上臺(tái)灣地形峻峭，水資源不易蓄儲(chǔ)，以及全球氣候溫度效應(yīng)之影響，因此未來臺(tái)灣地區(qū)發(fā)生乾旱及洪澇之機(jī)率相當(dāng)大，而水庫(kù)是防範(fàn)水災(zāi)害的一大設(shè)施。但因水資源開發(fā)的水庫(kù)壩址難尋，再加上維護(hù)生態(tài)、環(huán)保及民眾抗?fàn)幍葐栴}，使得加強(qiáng)水庫(kù)清淤更新工作為未來政府對(duì)水資源永續(xù)經(jīng)營(yíng)之主要工作。水庫(kù)清淤確實(shí)可以減緩現(xiàn)有水庫(kù)淤積率確保水庫(kù)的有效庫(kù)容及促進(jìn)水庫(kù)浚渫淤泥再生利用率和提昇水庫(kù)浚渫淤泥資源化技術(shù)，且增進(jìn)水庫(kù)永續(xù)利用及國(guó)土保育維護(hù)等效益。
         由於水庫(kù)浚渫淤積物若未妥善處理可能會(huì)造成環(huán)境公害，且順應(yīng)時(shí)代需求有效處理並減量控制廢棄物，使其資源化與再利用。因此行政院於2002年10月7日研商「營(yíng)建剩餘土石及淤泥再生利用」會(huì)議結(jié)論上，曾表示河川及水庫(kù)清淤應(yīng)朝資源化再生利用方式處理，淤泥處理應(yīng)以永續(xù)再利用為原則，招標(biāo)應(yīng)朝最有利標(biāo)方式辦理，並以淤泥再生利用所產(chǎn)生之附加價(jià)值為決標(biāo)之重要條件。故以往水庫(kù)浚渫採(cǎi)購(gòu)以清淤為單一目標(biāo)之招標(biāo)方式已漸不敷需求，如何將水庫(kù)淤泥再生利用納入決標(biāo)之重要條件為競(jìng)標(biāo)之重心(2)。而行政院經(jīng)建會(huì)已核定內(nèi)政部營(yíng)建署所提之「淤泥再生利用推動(dòng)方案」各相關(guān)單位亦加強(qiáng)再生利用技術(shù)之研發(fā)與推廣工作。
         水庫(kù)淤泥再生利用技術(shù)，雖然有許多的方案出現(xiàn)，但是其中已鍛燒至1100℃，製作輕質(zhì)骨材(LA)已被驗(yàn)証是最具潛力之可行方法。主要是其成分含有適合燒製LA之原料，而且其單位重足以製作結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土(LC)，可在高樓建築及橋樑上應(yīng)用。目前已有廠商投資在石門水庫(kù)沉澱池旁設(shè)立試驗(yàn)工廠生產(chǎn)，今後數(shù)年內(nèi)若能在各具有燒製LA原料的水庫(kù)淤泥之水庫(kù)地區(qū)設(shè)廠製造LA及LC廠和預(yù)鑄混凝土廠，則水庫(kù)淤泥將可大量被再生利用，則臺(tái)灣水庫(kù)之淤泥問題將可迎刃而解，不但其蓄水容量可增加，更重要的是我國(guó)之輕質(zhì)骨材混凝土之技術(shù)與產(chǎn)業(yè)，從此將邁入一個(gè)新的里程碑。

二、水庫(kù)淤泥燒結(jié)輕質(zhì)骨材及製作混凝土之工程性質(zhì)          本文針對(duì)15 座水庫(kù)淤泥，在試驗(yàn)室中經(jīng)由程式控制電爐及商業(yè)用旋窯所製造的不同輕質(zhì)骨材，進(jìn)行顆粒密度(比重)與吸水率等物理性質(zhì)試驗(yàn)，及所燒結(jié)骨材表面狀況的探討。目前學(xué)者一致認(rèn)為燒製人工輕質(zhì)骨材最佳溫度介於1100～1250℃之間，因此燒結(jié)時(shí)的溫度則採(cǎi)用1200℃，經(jīng)過臺(tái)灣科技大學(xué)試驗(yàn)室之程式控制電爐作初步測(cè)試，結(jié)果顯示大部份之水庫(kù)淤泥均可燒結(jié)成輕質(zhì)骨材，但由於燒結(jié)時(shí)間受限於實(shí)驗(yàn)室電熱爐昇溫的速度，燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1 天。為求大量產(chǎn)製，另外使用桃園業(yè)者所提供之旋窯燒製骨材，並根據(jù)實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)經(jīng)驗(yàn)，燒製溫度設(shè)定為1210℃，成功地將15 座水庫(kù)淤泥燒結(jié)為輕質(zhì)骨材。本文就是利用這些燒製之LA進(jìn)行其物性，以及製作高性能輕質(zhì)骨材混凝土探討其工程性質(zhì)。 (一)水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材之物理性質(zhì)分析 1.顆粒密度(比重)          試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。顯示以程式控制電爐燒製的輕質(zhì)骨材，在相同燒結(jié)條件下，以澄清湖及鳳山水庫(kù)淤泥所燒製的輕質(zhì)骨材，其比重較小約在1.1~1.2 之間；其次為仁義潭、阿公店、石門、大埔等水庫(kù)淤泥所燒製的輕質(zhì)骨材比重為1.3~1.5 之間；其餘九座水庫(kù)之淤泥所燒製的輕質(zhì)骨材比重為2.0~2.2 之間。由此圖顯示在相同燒結(jié)情況下，不同水庫(kù)淤泥所所燒製的輕質(zhì)骨材比重並不相同，而且由旋窯所燒製得知輕質(zhì)骨材，由於溫度歷程控制較容易，因此燒結(jié)所得之輕質(zhì)骨材比重亦較實(shí)驗(yàn)室電熱爐為低。 2.吸水率          輕質(zhì)骨材會(huì)因骨材組織表面孔隙大或表層無產(chǎn)生玻璃化，致使骨材吸水率增大。由程式控制電爐及商業(yè)用旋窯所燒製的15 座輕質(zhì)骨材吸水率均小於10%，如圖2與圖3所示。尤其是以程式控制電爐的輕質(zhì)骨材吸水率甚至低於1%。因此，顯示水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材具有低吸水率的性質(zhì)。 3.筒壓強(qiáng)度與鬆密度          大部分水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材的筒壓強(qiáng)度介於3.0～4.5 MPa之間(圖4)。水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材鬆密度約介於400～1200 kg/m3。 (二)水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材混凝土工程性質(zhì)          共有17種配比包括三種不同淤泥輕質(zhì)骨材，兩種不同細(xì)骨材(機(jī)製砂及河川砂)及二種不同配比(緻密`配比及ACI 配比設(shè)計(jì)法)，水庫(kù)淤泥係採(cǎi)用石門水庫(kù)淤泥經(jīng)商業(yè)化旋窟所製造之輕質(zhì)骨材，其性質(zhì)如表1所示。使用17種混凝土配比如表2所示。 1.坍度及坍流度          雖然所測(cè)試的坍度、坍流度值均顯示較低。但各組混凝土均能符合坍度為230±20mm、坍流度為500±100mm 的高流動(dòng)性設(shè)計(jì)要求。

圖1 淤泥1200℃高溫?zé)Y(jié)顆粒輕質(zhì)骨材的比重比較 圖2 水庫(kù)淤泥單顆粒吸水率比較(電熱1200℃燒結(jié)) 圖3 不同水庫(kù)淤泥於單顆粒吸水率比較(旋窯1200℃燒結(jié)) 圖4 輕質(zhì)骨材鬆密度與筒壓強(qiáng)度關(guān)係(旋窯1200℃燒結(jié))

表1 輕質(zhì)粗骨材及常重砂基本性質(zhì)

物理性質(zhì)	水庫(kù)淤泥輕質(zhì)粗骨材			機(jī)製砂 (大安溪)	河川砂 (木瓜溪)
顆粒密度(g/cm3)	90.7	1.1	1.5	2.64	2.74
吸水率(%)	6.4	7.2	80	2.6	3.0
Dmax(mm)	20	13	13	…	…
細(xì)度模數(shù)(FM)	6.95	6.48	6.40	2.96
30顆輕質(zhì)骨材平均抗壓強(qiáng)度(MPa)	2.66	3.33	6.74	…	…
桶壓強(qiáng)度(MPa)	2.75	3.51	6.85	…	…
鬆密度(kg/m3)	498	658	836	…	…

表2 輕質(zhì)骨材混凝土配比

組別	LWA 比重	常重砂 種類	W/cm	Wtotal	N	w/c	w/s	材料配比(kg/m3)
								Sand	L.Agg	Cement	Fly	Slag	Water	SP
M15-32-140	1.5	機(jī)製砂	0.32	140	1.173	0.4915	0.0765	781	612	285	138	15	114	24
M15-32-150	1.5	機(jī)製砂	0.32	150	1.278	0.4716	0.0823	759	595	318	134	17	138	12
M15-32-160	1.5	機(jī)製砂	0.32	160	1.383	0.4554	0.0881	737	578	351	130	19	151	9
M07-32-140	0.7	機(jī)製砂	0.32	140	1.173	0.4915	0.0926	781	294	285	138	15	112	28
M07-32-150	0.7	機(jī)製砂	0.32	150	1.278	0.4716	0.0991	759	286	318	134	17	126	24
M11-32-140	0.7	機(jī)製砂	0.32	160	1.383	0.4554	0.1056	737	278	351	130	19	147	13
M11-32-150	1.1	機(jī)製砂	0.32	140	1.173	0.4915	0.0843	781	443	285	138	15	119	21
M11-32-160	1.1	機(jī)製砂	0.32	150	1.278	0.4716	0.0904	759	431	318	134	17	138	12
M11-32-150	1.1	機(jī)製砂	0.32	160	1.383	0.4554	0.0966	737	419	351	130	19	149	11
R11-32-150	1.1	河川砂	0.28	150	1.417	0.3916	0.0956	751	426	383	133	20	125	25
R11-32-140	1.1	河川砂	0.32	140	1.193	0.4965	0.0912	796	452	282	141	15	119	11
R11-32-150	1.1	河川砂	0.32	150	1.301	0.4756	0.0977	774	440	315	137	17	138	12
R11-32-160	1.1	河川砂	0.32	160	1.409	0.4587	0.1042	752	427	349	133	18	153	7
R11-32-150	1.1	河川砂	0.40	150	1.140	0.6791	0.1009	807	459	221	143	12	144	6
R-ACI-28-223	1.1	河川砂	0.28	223	……	0.28	0.137	417	409	796	0	0	200	23
R-ACI-32-223	1.1	河川砂	0.32	223	……	0.32	0.138	504	409	697	0	0	223	0
R-ACI-40-223	1.1	河川砂	0.40	223	……	0.40	0.140	625	409	558	0	0	223	0

2.抗壓強(qiáng)度發(fā)展
         如圖5可知，由不同骨材密度比較顯示，顆粒密度1.5g/cm³ 的強(qiáng)度發(fā)展斜率較大，即密度大的輕質(zhì)骨材可提供較大的強(qiáng)度發(fā)展，相對(duì)於顆粒密度0.7g/cm³，其顆粒強(qiáng)度甚低，在同樣水泥漿質(zhì)與量的配比中，在強(qiáng)度上比其它顆粒骨材密度大的相差很多，這應(yīng)歸咎於此類骨材強(qiáng)度甚低的緣故。
         圖6為緻密配比及ACI 配比在不同水膠比的比較，緻密配比用水量固定150kg/m³，ACI配比為用水量為223 kg/m³。在緻密配比組別比較上，呈現(xiàn)水膠比越低，抗壓強(qiáng)度越高，此與傳統(tǒng)混凝土相同趨勢(shì)，在不同配比比較上，由於ACI 配比使用較多的水泥漿量，因此，在相同的水膠比情況下，ACI 配比的抗壓強(qiáng)度發(fā)展均高於緻密配比法所得之結(jié)果。
3.水泥強(qiáng)度效益
         圖7為骨材顆粒密度1.1g/cm³ 在水泥漿體的量對(duì)水泥效益的關(guān)係，在水泥漿(水膠比=0.32)情況下，以緻密配比的水泥強(qiáng)度效益均在0.1 MPa/kg/m³ 之上，但在ACI 配比的用水量為223 kg/m³，其混凝土整體結(jié)構(gòu)不是緻密配比，其水泥強(qiáng)度效益為0.06 MPa/kg/m³左右，由此可知混凝土不只是藉由水泥水化增加強(qiáng)度的，也可能是藉由細(xì)骨材與飛灰的緻密堆積特性來提高水泥的強(qiáng)度效益。
4.表面電阻量測(cè)
         圖8為輕質(zhì)骨材顆粒密度固定為1.1 g/cm³的輕質(zhì)混凝土在98天齡期電阻值比較，其中緻密配比法者共有10 組，ACI 配比有3 組。顯示緻密配比10 組中，固定拌和水量150kg/m³ 情況下，水膠比愈低者，其電阻係數(shù)愈高，表示的混凝土的品質(zhì)愈佳，這可由混凝土的抗壓強(qiáng)度及超音波的數(shù)值上相互印證。在不同配比的比較上，緻密配比的10組其電阻值均在40~70K-cm 之間，較規(guī)範(fàn)之建議值20K-cm 大，表示緻密配比組別的混凝土鋼筋不易腐蝕。ACI 配比在拌和水量為223 kg/m³，水膠比同樣為0.28、0.32、0.40下，其電阻值在11~12K-cm之間，電阻值明顯偏低，都在標(biāo)準(zhǔn)值20K-cm 之下，表示其混凝土的品質(zhì)較差，鋼筋較易腐蝕，對(duì)鋼筋混凝土耐久性極為不利。
5. 乾縮
         圖9為水膠比0.32，緻密配比用水量分別為140、150、及160kg/m³，ACI 配比的拌和水量為223 kg/m³ 之輕質(zhì)混凝土，在預(yù)養(yǎng)護(hù)28天後置於乾燥環(huán)境中，齡期與長(zhǎng)度變化之關(guān)係。圖中顯示浸於水中的試體有持續(xù)膨脹現(xiàn)象，隨著拌和水量增加而增加。當(dāng)試體置於乾燥環(huán)境下，由於失水現(xiàn)象會(huì)立刻產(chǎn)生收縮，且同樣地隨著拌和水量增加，則長(zhǎng)度亦隨之增加。在固定水膠比下，隨著拌和水量的增加，相對(duì)的也提高水泥漿量，水泥之鈣釩石反應(yīng)及其它水化物吸水反應(yīng)，是造成混凝土膨脹的主因，而乾燥收縮則應(yīng)以毛細(xì)管孔水失散為主，因此隨著水泥漿量愈多，其乾燥收縮量也愈大。
6. 熱傳導(dǎo)
         輕質(zhì)骨材顆粒密度愈低者，其內(nèi)部的孔隙就愈多，熱傳導(dǎo)性就愈差，相對(duì)地?zé)醾鲗?dǎo)係數(shù)就愈低。在相同的水泥漿質(zhì)與量時(shí)，顆粒密度1.5g/cm³的骨材，由於骨材本身內(nèi)部孔隙較少，混凝土熱傳導(dǎo)係數(shù)值在0.56~0.65W/m℃之間；顆粒密度0.7g/cm³的骨材，由於骨材本身內(nèi)部孔隙較多，混凝土熱傳導(dǎo)係數(shù)值在0.43~0.63W/m℃之間。所有配比的混凝土熱傳導(dǎo)係數(shù)，其值均在0.45~0.65W/m℃之間。Short and Kinniburgh曾指出不同輕質(zhì)混凝土含水量的密度與熱傳導(dǎo)係數(shù)之關(guān)係(3)。如圖10所示將不同輕質(zhì)混凝土在大氣中風(fēng)乾密度的熱傳導(dǎo)係數(shù)標(biāo)示圖10上，顯示其所有配比除有1 組的熱傳導(dǎo)係數(shù)較低外，其餘多落在此兩趨勢(shì)線的範(fàn)圍之內(nèi)。

三、輕質(zhì)骨材混在建築物上之應(yīng)用性

         表3列出結(jié)構(gòu)輕質(zhì)骨材混凝土在建築物上之應(yīng)用性(4)。整體上而言由於其質(zhì)輕，故可減少地震力。而它具有熱絕緣性可節(jié)省能源、耐火，及對(duì)天候有耐久性以及體積穩(wěn)定性和實(shí)際施工性佳，其經(jīng)濟(jì)性及隔熱節(jié)能評(píng)估已有一些學(xué)者進(jìn)行過研究都相當(dāng)肯定其應(yīng)用推廣供結(jié)構(gòu)用(5-8)，以下就參考文獻(xiàn)8摘要說明經(jīng)濟(jì)效益包括下列各子題：
(一)水庫(kù)淤泥製造輕質(zhì)骨材經(jīng)濟(jì)性分析
         水庫(kù)淤泥製造輕質(zhì)骨材，不僅可解決長(zhǎng)久以來水庫(kù)淤泥無處堆置及處理問題，更可將淤泥資源化成另一種新材料，符合「綠色」、「環(huán)?！?、「再生利用」的目標(biāo)，為屬於「綠色材料」之一。因此，將「水庫(kù)淤泥」製造處理成「輕質(zhì)骨材」，已提供水庫(kù)淤泥的「環(huán)境負(fù)擔(dān)成本」的經(jīng)濟(jì)效益。目前由國(guó)外歐、美及大陸進(jìn)口的骨材單價(jià)約為2000～5000 元/m3。經(jīng)模擬在水庫(kù)附近設(shè)置輕質(zhì)骨材廠成本分析，可得到假設(shè)工廠生產(chǎn)量可達(dá)到360,000m3/年，則在10 年攤提所有生產(chǎn)設(shè)備、人員、租金、水電等費(fèi)用下，輕質(zhì)骨材成本為450 元/ m3。此一單價(jià)具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。並規(guī)劃政府在輔導(dǎo)業(yè)者生廠期間，支付淤泥處置成本費(fèi)用在500～1000 元/ m3之間，經(jīng)一段時(shí)間，業(yè)者已能具有獲利下可將淤泥處置費(fèi)用逐年下降，最終目標(biāo)為政府不必負(fù)擔(dān)淤泥處置費(fèi)用，完全由業(yè)主自行吸收，此有助於減輕政府財(cái)政負(fù)擔(dān)。因此經(jīng)此分析後，可發(fā)現(xiàn)水庫(kù)淤泥生產(chǎn)輕質(zhì)骨材是具有經(jīng)濟(jì)性的。
(二)輕質(zhì)RC 建築物結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較分析
         在地震帶的臺(tái)灣，傳統(tǒng)常重RC 構(gòu)造由於混凝土密度大，增加構(gòu)造物自重，產(chǎn)生巨大的地震水平力。若採(cǎi)用高性能混凝土技術(shù)製造輕質(zhì)骨材混凝土則可，同時(shí)具有強(qiáng)度高、工作性佳及耐久性的特性，可以解決以往所用使用的輕質(zhì)混凝土其特性是工作性不佳、強(qiáng)度不足而無法使用於主要構(gòu)件梁及柱的問題，透過ETABS電腦 結(jié)構(gòu)程式，分析實(shí)際四棟建築物案例使用輕質(zhì)骨材混凝土可達(dá)到下列之經(jīng)濟(jì)效益：
         1.密度愈輕的輕質(zhì)混凝土愈有利於版厚的縮減量，縮減率介於8～28%之間。
         2.在限制相同主鋼筋量為標(biāo)準(zhǔn)，分析自重及外力減少情況下，密度1600kg/m³之輕質(zhì)骨材混凝土可縮短梁柱斷面積，平均達(dá)57%，而密度1800 kg/m³及2000kg/m³之輕質(zhì)骨材混凝土可縮短梁柱斷面積分別達(dá)到49%與45％左右，如圖11所示。
         3.小梁柱僅考慮垂直靜載重與活載重下，縮減量分別可達(dá)到37～54%之間。
表3　結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土在建築物上之應(yīng)用性(4)

應(yīng)用型態(tài)	現(xiàn)今之使用量	使用之形式或斷面	與一般混凝土相較下所具有之特性質(zhì)及優(yōu)越點(diǎn)
樓板	相當(dāng)大量	場(chǎng)鑄及預(yù)鑄型扁平樓板 預(yù)鑄中空樓板 預(yù)鑄T型或雙T型樓板 預(yù)鑄托樑加上場(chǎng)鑄樓板 在預(yù)力托樑上含場(chǎng)鑄複合樓板 場(chǎng)鑄後拉式樓板	可降低自重量 可減少結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)負(fù)荷 易於搬運(yùn)和吊裝 抗火性佳 運(yùn)輸費(fèi)用節(jié)省 熱絕緣性 易於切割和澆置 可減少一些假設(shè)工作
屋頂版	遍及各處及非常大量	場(chǎng)鑄及預(yù)鑄型扁平屋頂樓板 預(yù)鑄中空樓板 預(yù)鑄T型或雙T型樓板 預(yù)鑄和場(chǎng)鑄薄殼和摺曲盤 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)之大看臺(tái)和停機(jī)棚用之屋頂蓬蓋 支撐屋頂之桁架	可降低自重量 可降低結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)負(fù)荷 抗火性佳 熱絕緣性良好 可減少水汽凝結(jié)現(xiàn)象 可降低運(yùn)送和安裝費(fèi)用 可減少一些假設(shè)工作
牆面板	相當(dāng)大量	實(shí)體嵌板 三明治嵌板 T型嵌板 場(chǎng)鑄築牆 具有特殊建築修飾之嵌板	可降低自重量 可減少結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)負(fù)荷 抗火性佳 熱絕緣性良好 可減少水汽凝結(jié)現(xiàn)象 可降低運(yùn)送和安裝費(fèi)用 易於切割和澆置

         4.柱與牆斷面的縮減，可增加樓地版的使用空間；梁與版斷面的縮減，可提昇樓層淨(jìng)高度或增加樓層數(shù)。
         5.高性能輕質(zhì)骨材混凝土具高流動(dòng)、強(qiáng)度夠及耐久性佳的特性，可解決梁柱接頭處施工不易的問題。
(三)輕質(zhì)RC 建築物外殼耗能量比較分析
         民國(guó)84年內(nèi)政部營(yíng)建署公佈建築節(jié)能源法(9)，亦即建築外殼耗能量的最高基準(zhǔn)值(ENVLOAD)，目前有關(guān)建築設(shè)計(jì)的審查已將”ENVLOAD”列為必要條件之一(10)?？照{(diào)型建築方面，選取4、14 及31層RC辦公室建築實(shí)例；在住宿類建築方面選取2、14及31層RC住宅案例，分別採(cǎi)用常重RC及輕質(zhì)RC進(jìn)行分析計(jì)算，可得到如下之結(jié)論：
         1.地區(qū)建築物無論空調(diào)型建築或住宿型建築，其耗能影響主要是建築外殼之隔熱性能及遮陽(yáng)性能二大項(xiàng)目。
         2.空調(diào)型建築2、14及31層建築整體外殼耗能量ENVLOAD值，輕質(zhì)RC外牆比常重RC外牆分別節(jié)省7%、12%及13%之效果。
         住宿型建築2、14及31層建築物隔熱性能計(jì)算，比較其RC外牆及屋頂?shù)钠骄鶡醾魍嘎手罡呋鶞?zhǔn)值Uaw及Uar 值，可發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)RC隔熱性能較常重RC優(yōu)越40%左右，如圖12所示。
(四)輕質(zhì)RC 建築物外界空調(diào)負(fù)載分析比較
         根據(jù)參考文獻(xiàn)11說明計(jì)算3棟不同實(shí)際建築案例的空調(diào)負(fù)載，假設(shè)條件為7月份的室外溫度以35℃考慮，而室內(nèi)溫度維持在26.7℃，在考量不同建築物的方位B風(fēng)速、緯度、太陽(yáng)入射角等，及僅考慮建築外界日光所造成之空調(diào)負(fù)載，計(jì)算結(jié)果如圖13所示，說明如下：
         1.物1案例，使用常重混凝土在正午、下午4 點(diǎn)及下午7點(diǎn)所需電力度數(shù)分別為9.86、14.95 及8.09 度，而使用輕質(zhì)混凝土則分別為6.54、8.61 及2.7 度，因此，省電率可分別可省電33.7%、42.4%及66.6%。
         2.物2案例，在正午、下午4點(diǎn)及下午7點(diǎn)使用輕質(zhì)混凝土之省電率分別為39.8%、39%及66.8%。
         3.物3案例，在正午、下午4 點(diǎn)及下午7點(diǎn)使用輕質(zhì)混凝土之省電率分別為45%、30%及87.4%。
(五)濟(jì)性綜合評(píng)估
         經(jīng)濟(jì)性綜合評(píng)估顯示骨材生產(chǎn)成本可控制在1000元/m3以下；高性能輕質(zhì)骨材混凝土工程性質(zhì)符合工程需求；針對(duì)三種樓層和二類用途分析，採(cǎi)用輕質(zhì)混凝土後，結(jié)構(gòu)樑柱斷面可減少32%～50%範(fàn)圍，建築物外殼耗能量(ENVLOAD)降低7%～13%，建築物外界空調(diào)負(fù)載節(jié)省電力33%以上。證明利用水庫(kù)淤泥製造輕質(zhì)骨材及輕質(zhì)混凝土，不管結(jié)構(gòu)及耗能上均為經(jīng)濟(jì)可行，符合資源永續(xù)及綠色家園的國(guó)家政策，為一項(xiàng)突破性的綠色建材。研究根據(jù)過去進(jìn)行輕質(zhì)骨材混凝土的種種問題，經(jīng)過以上分析，可獲如表4 綜合評(píng)估表，基本上評(píng)估使用輕質(zhì)骨材混凝土於RC結(jié)構(gòu)物上，由結(jié)構(gòu)及耗能分析結(jié)果都顯示具經(jīng)濟(jì)可行性。
表4 輕質(zhì)骨材混凝土使用於RC結(jié)構(gòu)物之經(jīng)濟(jì)性綜合評(píng)估表

評(píng)估項(xiàng)目	目前問題概況	具體評(píng)估內(nèi)容	具體評(píng)估效益	評(píng)估結(jié)果
				可行	不可行
水庫(kù)淤泥製造輕質(zhì)骨材經(jīng)濟(jì)性分析	1.臺(tái)灣水庫(kù)平均累積淤積率達(dá)20%，總淤積量達(dá)4.7億m3，並且每年淤泥淤積量達(dá)360萬m3，無處堆置及處理。 2.國(guó)內(nèi)以往輕質(zhì)骨材原料以頁(yè)巖或板頁(yè)為主，單價(jià)高，且影響環(huán)境生態(tài)。	水庫(kù)淤泥處理問題	解決國(guó)內(nèi)淤泥無法處置問題	ˇ
		國(guó)內(nèi)輕質(zhì)骨材市場(chǎng)需求	以產(chǎn)量360萬m3/年，僅佔(zhàn)國(guó)內(nèi)骨材市場(chǎng)10%左右，將供不應(yīng)求	ˇ
		水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材設(shè)廠可行性	於水庫(kù)附近設(shè)置最具競(jìng)爭(zhēng)力	ˇ
		水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材生產(chǎn)與成本分析	以36萬m3/年產(chǎn)量，生產(chǎn)成本450元/m3	ˇ
水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材初步工程性質(zhì)分析	1.以往國(guó)內(nèi)外輕質(zhì)骨材吸水率高達(dá)20～30%以上。 2.以往輕質(zhì)骨材混凝土強(qiáng)度低、坍度低、水泥用量多。	輕質(zhì)骨材吸水率	吸水率<10%以下	ˇ
		輕質(zhì)混凝土工作性	坍度250±20mm，坍流度550~700mm	ˇ
		輕質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度及E、v值	抗壓強(qiáng)度28~68MPa，E及v與ACI 318 95建議值相似	ˇ
		輕質(zhì)混凝土耐久性指標(biāo)	電阻達(dá)57~82k-cm，電滲值低於1000庫(kù)崙	ˇ
		輕質(zhì)混凝土熱傳性質(zhì)	熱傳導(dǎo)係數(shù)0.53~0.65w/mk	ˇ
建築物結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)效益分析	以往研究成果報(bào)告內(nèi)容，僅在版牆使用輕質(zhì)骨材混凝土。	版梁柱、小梁結(jié)構(gòu)分析	可節(jié)省斷面>=30%	ˇ
		各部位之經(jīng)濟(jì)分析	增大建築物可使用空間	ˇ
		各部構(gòu)件之施工性	高流動(dòng)性鋼筋密集處	ˇ
RC建築物耗能分析	以往未進(jìn)行輕質(zhì)與常重使用於RC建築物之評(píng)估差異性能與比較	評(píng)估方法採(cǎi)用ENVLOAD指標(biāo)	ENVLOAD降低7~13%	ˇ
		評(píng)估實(shí)際建築物共四棟，分別以住宅及辦公用途分析
建築物外界空調(diào)負(fù)載分析	以往未進(jìn)行輕質(zhì)與常重使用於RC建築物之評(píng)估差異性能與比較	評(píng)估方法採(cǎi)用Carrier計(jì)算方式	建築物外界空調(diào)負(fù)載降低30~87%	ˇ
		評(píng)估實(shí)際建築物共三棟，分別以住宅及辦公用途分析

四、輕質(zhì)骨材混凝土在橋樑上之應(yīng)用

         1999年9月21日凌晨1點(diǎn)47分在集集發(fā)生芮氏規(guī)模7.1的大地震造成27座橋樑毀損、綜合橋樑結(jié)構(gòu)之震害主要發(fā)生之原因是，一般橋樑設(shè)計(jì)與一般房屋建築設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上有三個(gè)主要不同點(diǎn)。一為避免熱漲冷縮的氣溫變化可能產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變而在沿著橋面軸向一定長(zhǎng)度之處設(shè)有伸縮縫。以簡(jiǎn)支樑為例，其軸向僅由單一橋墩抵抗地震力，而側(cè)向則由兩個(gè)橋墩分擔(dān)地震力。第二是因應(yīng)橋下河川之流動(dòng)及行車之需要，一般橋墩之?dāng)嗝婢匝貥蜉S方向較扁，而沿側(cè)向則較長(zhǎng)之設(shè)計(jì)方式，因此此軸向之耐震力較弱。而第三點(diǎn)則是沿橋軸向有呈現(xiàn)「弱柱強(qiáng)樑」之傾向。強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，常會(huì)造成橋墩破壞，而對(duì)整座橋樑構(gòu)成安全上之顧慮。橋樑在地震作用下，沿水平橋軸方向有向前後左右擺動(dòng)與扭動(dòng)現(xiàn)象，而地震力愈強(qiáng)之情況下，則其擺動(dòng)量就愈厲害。橋樑結(jié)構(gòu)體及其基礎(chǔ)之作用力也就愈大，故其上部結(jié)構(gòu)可能與擺動(dòng)量較小的橋臺(tái)在伸縮縫之處發(fā)生碰撞現(xiàn)象，因而導(dǎo)致橋樑之上部結(jié)構(gòu)受損或產(chǎn)生落橋現(xiàn)象。橋柱及橋墩亦可能因其所承受之負(fù)荷超過其容許應(yīng)力極限而受損或向側(cè)向崩塌。
         由921震災(zāi)可發(fā)現(xiàn)有許多橋樑可能是因?yàn)槠浠A(chǔ)土層強(qiáng)度不足而使橋樑傾斜，移動(dòng)甚至崩塌及全毀的現(xiàn)象。而土壤產(chǎn)生液化，導(dǎo)致橋樑破壞現(xiàn)象，則需對(duì)土壤可能發(fā)生液化之潛能進(jìn)行評(píng)估。有些橋樑可能由於大樑支撐長(zhǎng)度不足，當(dāng)受到像此次地震的大震幅，則將導(dǎo)致橋面板連同大樑被震落。早期耐震設(shè)計(jì)觀念係以結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)載重下必須維持彈性行為。若考慮強(qiáng)裂地震之作用，則不僅設(shè)計(jì)斷面不具經(jīng)濟(jì)性，且施工上亦有困難。接著有塑性設(shè)計(jì)觀念，係利用結(jié)構(gòu)物之非彈性變形以吸收地震之能量，雖然可以縮減結(jié)構(gòu)體之?dāng)嗝娉叽?，然而由震毀之橋樑案例可發(fā)現(xiàn)因橋墩產(chǎn)生挫屈及剪力破壞而崩塌之事實(shí)，可以判斷橋墩之塑性尚未充分發(fā)揮。強(qiáng)震後必須對(duì)結(jié)構(gòu)體上所發(fā)生的局部損傷進(jìn)行一些維修與補(bǔ)強(qiáng)工作。如果能使用高性能輕質(zhì)混凝土，則其自重可縮減三分之一，由於橋樑的設(shè)計(jì)水平地震力與其自重成正比，故地震力可相對(duì)地減小。另外其強(qiáng)度又可達(dá)到10,000psi之高強(qiáng)度，坍度也可達(dá)25公分以上，相信可以自行流動(dòng)至密集之鋼筋處充填而不需使用機(jī)械振動(dòng)方式，如此混凝土設(shè)計(jì)與施工方式必定會(huì)在耐震效果發(fā)揮相當(dāng)大的功效。
         挪威應(yīng)用輕質(zhì)骨材混凝土的十座橋樑是使用懸臂工法之預(yù)力箱型樑或浮橋及斜張橋建造的。而在基礎(chǔ)方面則以雙柱式加沉箱基礎(chǔ)為主，或打鋼管樁後再填充鋼筋混凝土之摩擦樁為基礎(chǔ)者。其選用LWC之理由可歸納如下(13)：
         1.造型美觀、經(jīng)濟(jì)與節(jié)省重量耐久
         2.橋臺(tái)之跨距可拉長(zhǎng)，有利於航行與海洋牧場(chǎng)養(yǎng)殖
         3.可減少橋面板所需預(yù)力鋼數(shù)量
         4.可解決跨度不對(duì)稱現(xiàn)象，以結(jié)構(gòu)體及地形景觀美感各方面考量
         5.耐久性考量
         6.不需使用昂貴的施工鷹架，施工簡(jiǎn)便
         7.可節(jié)省橋墩基礎(chǔ)施工費(fèi)用
         8.縮小橋面版斷面，使其具美觀
         9.縮減打數(shù)量，降低打費(fèi)用
         10.以美觀、品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)及使用功能各方面之因素考量使用浮式橋及斜張橋
         11.可減輕橋面板之載重
         921集集大地震可以發(fā)現(xiàn)有橋面板樑落橋、樑身折斷、樑端有剪力裂縫、混凝土剝落、橋面位移傾斜、帽樑斷落、橋面龜裂、伸縮縫損壞、橋樑錯(cuò)開、橋墩剪力龜裂傾斜破壞、鋼筋外露壓毀或折斷、鋼支承座傾到、橋塔底部混凝土龜裂剝落、斜張橋與鄰跨引橋銜接處之混凝土破損、盤式支承錯(cuò)位壓潰、堤岸道路擋土牆崩塌、引道路面下陷及水壩壩體折斷毀損及崩裂等震害現(xiàn)象發(fā)生(14)。輕質(zhì)骨材混凝土由於具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高及耐久、耐震等特性，因此可使新建橋樑之橋面板細(xì)薄，橋柱細(xì)長(zhǎng)，船隻航行之淨(jìng)空提高及跨距增長(zhǎng)，使得橋樑工程能達(dá)到採(cǎi)用天然造型、堅(jiān)固、穩(wěn)定、平衡、和諧與自然環(huán)境互相調(diào)和，工程規(guī)模大且美感，尤其斜張橋多樣化之設(shè)計(jì)所展現(xiàn)的新、奇、及美感更是使土木之美發(fā)揮至極點(diǎn)。尤其像九二一集集大地震橋樑發(fā)生剪力破壞的案例特別多，如果能使用耐震的輕質(zhì)骨材混凝土一定可以使災(zāi)害減至最低。表5為結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土在橋樑上之應(yīng)用性概述(4)。由以上可發(fā)現(xiàn)其橋樑應(yīng)用具有技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)利益。尤其是具長(zhǎng)跨度之懸臂連續(xù)樑及斜張橋樑之構(gòu)築為未來交通建設(shè)之主流。因此橋樑工程師考量在耐震、安全、使用功能、經(jīng)濟(jì)、自然景觀與生態(tài)環(huán)境保護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，輕質(zhì)骨材混凝土將是一種優(yōu)生採(cǎi)用的重要材料。
         國(guó)內(nèi)發(fā)展輕質(zhì)骨材混凝土橋樑，由於已研發(fā)成功具有可利用之輕質(zhì)骨材，但普遍應(yīng)用必須再經(jīng)過一些測(cè)試，才能瞭解其真正之性能。因此在應(yīng)用輕質(zhì)混凝土於國(guó)內(nèi)之橋樑工程上應(yīng)可先作一個(gè)先導(dǎo)性橋樑，如同國(guó)內(nèi)曾引進(jìn)預(yù)力橋一樣，可以充分瞭解其在實(shí)際工程上應(yīng)用具有可發(fā)揮其真正之優(yōu)特性，共同為提昇臺(tái)灣地區(qū)橋樑的技術(shù)水平而努力。
表5 結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土在橋樑上之應(yīng)用性(4)

應(yīng)用形態(tài)	現(xiàn)今之使用量	使用之形式或斷面	與一般混凝土相較下所具有之性質(zhì)及優(yōu)越點(diǎn)
橋之主樑	有一些	場(chǎng)鑄懸臂樑 I型或T型橋加場(chǎng)鑄橋面板 箱型樑 中空板 節(jié)塊斷面	可降低自重量 可減少結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)負(fù)荷 易於搬運(yùn)和安裝 可減少一些假設(shè)工作
橋面板	有一些	場(chǎng)鑄和預(yù)鑄橋面板 場(chǎng)鑄橋面板再加上I型樑	可降低自重量 可減少一些假設(shè)工作
天橋	相當(dāng)多	I型樑 T型樑 箱型樑 節(jié)塊斷面	可降低自重量 易於搬運(yùn)和安裝 可減少一些假設(shè)工作
橋墩	有一些	橋墩	可減少浸水重量 可降低搬運(yùn)和運(yùn)輸費(fèi)用 撓度及能量之吸收能力佳
浮橋	有一些	浮箱	可減少浸水重量 撓度及能量之吸收能力佳

五、結(jié)論與建議

         1.臺(tái)灣水庫(kù)淤泥非常適合製造輕質(zhì)骨材。
         2.水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。
         3.水庫(kù)淤泥可再生利用為有用的骨材資源。
         4.目前已訂定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)範(fàn)供工程界應(yīng)用。
         5.水庫(kù)淤泥輕質(zhì)骨材及其混凝土之產(chǎn)製技術(shù)已開發(fā)成功轉(zhuǎn)移至產(chǎn)業(yè)界。
         6.建議透過宣傳推廣應(yīng)用以打開輕質(zhì)骨材混凝土的市場(chǎng)。
         7.建議串聯(lián)「研發(fā)，製造，生產(chǎn)，品保，運(yùn)輸，行銷」，使得上游生產(chǎn)，中游製造，下游應(yīng)用行銷能無障得，而打開市場(chǎng)。
         8.政府需投資研究發(fā)展建立產(chǎn)官學(xué)間規(guī)範(fàn)典章。
         9.本技術(shù)相當(dāng)符合資源永續(xù)的精神，可達(dá)到綠色建材的目標(biāo)?！?BR>

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11.王洪鎧譯，「空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)」(譯自Handbook of Air Conditioning System Design Pub. by Carrie Co.)，徐氏基金會(huì)出版，臺(tái)北(1980年)。
12.張荻薇、王炤烈、宋裕祺，「921集集大地震橋樑震害勘察報(bào)告」，土木技術(shù)第21期，pp.50~60臺(tái)北(1999年)。
13.林維明，「由九二一集集大地震的橋樑災(zāi)情談?shì)p質(zhì)混凝土在橋樑工程上應(yīng)用之可行性」，臺(tái)灣公路工程第26卷第12期，pp.41~62臺(tái)北 (2000年)。
14.林呈、孫洪福，「見證921集集大地震(上)」，pp.33~332，麥格羅希爾出版公司，臺(tái)北(2000年)。

 

摘自：中國(guó)混凝土網(wǎng)