陳振川臺灣大學：土木工程學研究所廖政彥Liao, Cheng-YenCheng-YenLiao2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50099燃煤底灰、水庫於泥及營建剩餘土石方每年產量都極為可觀，過去大都以掩埋、直接拋海、回填窪地或是進入堆置場，這樣既不經濟且堆置場有其堆置量的限制，燃煤底灰每年產量大約30萬噸，石門水庫每年的淤積量約為200萬噸，而營建剩餘土石方每年的產量大約2000萬噸，作為營建工程使用材料正好可大量消耗其每年的產出量，且台灣地區每年都需要消耗大量的砂石料，如可將這些廢棄物進行再利用來取代天然骨材，不僅可以節省砂石料源的消耗還可以節省處理這些廢棄物所需要的金錢及空間。 本研究將燃煤底灰、水庫於泥、營建剩餘土石方作為CLSM（控制性低強度回填材料，Controlled Low Strength Material）之骨材，探討上述三種廢棄物在營建工程上資源化利用之工程適用性及各材料取代天然骨材的可行性。在工程面，進行一系列工程性質的試驗，包括材料試驗及混凝土性質試驗。在環境面，會針對各骨材進行重金屬溶出試驗及氯離子含量試驗。 試驗內容包含各骨材的組合及不同骨材的取代量，由試驗結果可知，底灰及淤泥性質穩定且並無重金屬溶出的疑慮，工作性可經由配比設計而達到CLSM規範要求（管流度＞15㎝，坍流度＞40㎝）；在強度方面，大部份的配比都能夠控制在規範所規定的28天強度7∼90Kg/cm2之內，初凝時間除了使用淤泥拌置的組別超過36小時之外，其於一般型的配比皆在24小時左右，而若輔以藥劑使用，甚至可以縮短到5個小時，達到早強CLSM的要求，使用淤泥拌製的配比亦可以達到10個小時之內的初凝時間，已非制式材料產製之CLSM的觀點來看，將燃煤底灰、水庫淤泥、剩餘土石方取代CLSM骨材之使用算是相當成功，而關於各骨材的重金屬溶出問題及氯離子含量，經實驗後發現這些材料不僅性質穩定，對於重金屬溶出及氯離子更是在規範的規定值之內，將這些材料取代天然骨材來使用是一可行且有效的再利用方式。誌謝 •• 摘要 •• 目錄 •• 表目錄 •• 圖目錄 •••• 照片目錄 •••• 第一章. 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 經濟性初步評估 3 1.3 研究目的 3 1.4 研究內容與範圍 4 第二章. 文獻回顧 5 2.1. 電廠燃煤底灰的基本介紹 5 2.1.1. 底灰之物理性質 5 2.1.2. 底灰的化學性質 6 2.1.3. 底灰之工程性質 7 2.2. 國內外燃煤底灰應用之情況 7 2.2.1. 國內燃煤底灰之應用 7 2.2.2. 國外底灰之應用 9 2.3. 水庫淤泥之基本介紹 11 2.3.1. 水庫淤泥之物理性質 12 2.3.2. 水庫淤泥之化學性質 12 2.4. 國內水庫淤泥之應用現況 13 2.5. 剩餘土石方之基本介紹 16 2.6. 營建土石方相關法規定義 16 2.7. 國內剩餘土石方處理方式及再利用 18 2.7.1. 營建剩餘土石方處理 18 2.7.2. 營建剩餘土石方再利用 20 2.8. 國外營建土石方再利用 21 2.9. CLSM之介紹 26 2.9.1. CLSM之材料特性 26 2.9.2. 國內CLSM之發展 27 2.9.3. CLSM之評估方法 28 2.9.4. CLSM的性質要求 29 2.9.5. 早強型CLSM 30 2.10. 非制式材料產製CLSM 31 2.10.1. 水泥之水化反應 32 2.10.2. 有害廢棄物水泥固化原理 33 2.10.3. 非制式材料內含成分對混凝土之影響 33 2.10.4. 工程應用之考量 36 2.10.5. 底灰、淤泥產製CLSM之預期結果 37 第三章. 試驗計畫 39 3.1 試驗架構 39 3.2 試驗內容 39 3.3 基本試驗材料 40 3.4 試驗儀器 40 3.5 燃煤底灰、水庫淤泥、剩餘土石方之基本材料試驗 41 3.5.1. 篩分析與含泥量 41 3.5.2. 比重及吸水率 42 3.5.3. 氯離子含量 42 3.5.4. 毒性溶出(TCLP)試驗 43 3.6 CLSM之相關試驗 44 3.6.1. CLSM拌合過程 44 3.6.2. CLSM之流動性試驗 45 3.6.3. CLSM之初凝試驗 45 3.6.4. CLSM之試體製作與養生 46 3.6.5. CLSM之抗壓強度試驗 47 3.7 CLSM最佳配比之相關試驗 47 3.7.1. 滲透率試驗 47 3.7.2. 乾燥收縮試驗 49 3.7.3. 氯離子含量 49 3.7.4. CBR試驗 50 3.7.5. 健性試驗 51 第四章. 試驗結果 53 4.1 材料基本試驗結果 53 4.1.1. 篩分析 53 4.1.2. 比重及吸水率 54 4.1.3. 氯離子含量 55 4.1.4. TCLP(毒性溶出)試驗 56 4.2 基本配比試驗結果 57 4.2.1. 決定水固比 57 4.2.2. 決定水灰比 57 4.3 各骨材取代配比試驗結果 58 4.3.1. 配比取代計算 58 4.3.2. 底灰取代土石方配比 58 4.3.3. 底灰取代淤泥配比 60 4.3.4. 天然砂取代淤泥配比 61 4.4 早強型CLSM配比 62 4.4.1. 提高膠結料用量+發泡劑 62 4.4.2. 不同膠結料+藥劑B 63 4.4.3. 不同骨材取代量+藥劑C 63 4.4.4. 藥劑D- 3% 63 4.4.5. 藥劑D-3%+30℃烘箱 64 4.4.6. 藥劑D-10%+30℃烘箱 64 4.4.7. 小結 64 4.5 最佳配比試驗結果 65 4.5.1. 基本力學性質及新拌性質試驗 65 4.5.2. 滲透率試驗 67 4.5.3. 乾燥收縮試驗 68 4.5.4. 氯離子含量 69 4.5.5. CBR試驗 69 4.5.6. 健性試驗 70 第五章. 結論與建議 72 5.1 結論 72 5.2 建議 74 參考文獻 76   表目錄 表1-1 底灰、淤泥、土石方產出量及處理費用（95年為例） 80 表1-2 物性與化性試驗項目 80 表1-3 燃煤底灰CLSM與水庫淤泥CLSM之試驗項目 81 表2-1 各種燃煤燃燒爐的煤灰產量分佈【5】 81 表2-2 台電各燃煤電廠底灰組成分析(民國94年) 82 表2-3A 大林及興達電廠TCLP之結果【1】 83 表2-3B 台中電廠TCLP結果 84 表2-4 底灰水溶性氯離子與硫酸根離子含量【1】 84 表2-5 底灰與第三第四類型基層級配料之級配規定與承載力比較【1】 85 表2-6 底灰工程性質試驗結果【1】 85 表2-7 台電煤灰產量及利用率【9】【本文自行整理】 86 表2-8 近期國內燃煤底灰應用於營建產業之相關研究 86 表2-9 美國燃煤協會(ACCA)1998年燃煤產物(CCP)利用情形【16】 87 表2-10 石門水庫歷年淤積量（單位:103方） 88 表2-11 石門水庫淤泥與一般建築紅磚用黏土化學成分比較【31】 88 表2-12 各水庫淤泥物理性質【31】 89 表2-13 各水庫淤泥化學特性【31】 90 表2-14 台灣地區土壤重金屬含量標準與等級區分 91 表2-15 國內各大學研究單位水庫淤泥資源化相關研究 92 表2-16 各縣市營建剩餘土石方統計表(2001年1月至2007年3月)【3】（） 93 表2-17 各縣市營建剩餘土石方土質統計表(2001年1月至2007年3月)【3】 94 表2-18 剩餘土石方可再利用分類統計 95 表2-19 土資場類型說明 95 表2-20 CLSM與一般混凝土之比較【53】 96 表2-21 CLSM相關係試驗規範整理【58】 97 表2-22 可繼續施工檢驗方法【58】 98 表2-23 使用一般混凝土材料產製之CLSM【57】 98 表2-24 CNS61水泥化學成份標準規定 99 表2-25 混凝土常見的侵蝕型態【63】 100 表2-26 CNS1240細粒料中含量限制 101 表2-27 我國CNS有關氯離子含量的規定 101 表2-28 ACI318水溶性氯離子最大容許值規定【63】 102 表3-1 大陸砂篩之分析 102 表3-2 基底層級配料之品質規定 103 表4-1 六輕燃煤底灰篩分析結果 103 表4-2 剩餘土石方篩分析結果 104 表4-3 比重與吸水率 104 表4-4 各粒料氯離子含量 105 表4-5 燃煤底灰、水庫淤泥之TCLP結果 105 表4-6 土石方CLSM試拌配比 106 表4-7 土石方CLSM試拌配比結果 106 表4-8 土石方試拌配比強度 106 表4-9 淤泥CLSM試拌配比 106 表4-10 淤泥CLSM試拌配比結果 107 表4-11 底灰取代土石方配比 107 表4-12 底灰取代土石方配比試驗結果 108 表4-13 底灰取代淤泥配比 108 表4-14 底灰取代淤泥配比試驗結果 108 表4-15 大陸砂取代淤泥配比 109 表4-16 大陸砂取代淤泥配比結果 109 表4-17 早強配比一 109 表4-18 早強配比二 110 表4-19 早強配比三 110 表4-20 早強配比四 111 表4-21 早強配比五（30℃烘箱） 111 表4-22早強配比六（30℃烘箱） 112 表4-23 早強配比整理 113 表4-24 最佳配比 114 表4-25 最佳配比基本試驗結果 114 表4-26 最佳配比-滲透係數 114 表4-27 最佳配比-乾燥收縮 115 表4-28 最佳配比-氯離子含量 115 表4-29 最佳配比-CBR試驗 116   圖目錄 圖1-1 營建剩餘土石方統計 117 圖2-1燃煤電廠固態副產物收集位置【1】 117 圖2-2 底灰粒徑分佈與細骨材規定之比較【2】 118 圖2-3 台電各廠底灰成份分析(民國94年) 119 圖2-4 石門水庫淤泥粒徑分佈圖【32】 119 圖2-5 石門水庫淤泥電子顯微鏡照片 (放大倍率：3000倍)【33】 119 圖2-6石門水庫淤泥電子顯微鏡照片，面徑大約數個微米【33】 120 圖2-7 石門水庫淤泥X射線繞射分析圖【33】 120 圖2-8 一般建築用磚X射線繞射分析圖【33】 121 圖2-9 壓力與黏土層間關係示意圖【33】 121 圖2-10 管理營建副產物現行法規體系圖【35】 122 圖2-11 國內營建產出物管理權責分工【35】 122 圖2-12 國內營建土石方去處參考圖(91年)【36】 123 圖2-13 CLSM之性質 123 圖3-1 實驗架構 124 圖3-2 大陸砂篩分析結果 125 圖3-2 混凝土坍流度試驗裝置 125 圖3-3 鋼環設計剖面圖 126 圖3-4 鋼環與透水片之架設 126 圖4-1 六輕燃煤底灰篩分析圖 127 圖4-2 沉積物分佈關係圖 127 圖4-3 石門水庫淤泥雷射粒徑分佈圖 128 圖4-4 剩餘土石方篩分析結果 128 圖4-5 天然骨材、底灰、土石方篩分析比較 129 圖4-6 骨材含水狀態 129 圖4-7 各粒料氯離子含量 130 圖4-8 底灰、淤泥TCLP試驗結果 130 圖4-9 底灰取代土石方配比-坍流度 131 圖4-10 底灰取代土石方配比-強度 131 圖4-11 底灰取代土石方配比-含氣量 132 圖4-12 底灰取代土石方配比-初凝時間 132 圖4-13 底灰取代淤泥配比-坍流度 133 圖4-14 底灰取代淤泥配比-強度 133 圖4-15 底灰取代淤泥配比-初凝時間 134 圖4-16 底灰取代淤泥配比-含氣量 134 圖4-17 大陸砂取代淤泥-坍流度 135 圖4-18 大陸砂取代淤泥-強度 135 圖4-19 大陸砂取代淤泥配比-初凝時間 136 圖4-20 最佳配比-強度 136 圖4-21 最佳配比-工作性 137 圖4-22 最佳配比-初凝時間 137 圖4-23最佳配比-含氣量 138 圖4-24 最佳配比-滲透係數 138 圖4-25 最佳配比-乾燥收縮 139 圖4-26 硬固混凝土氯離子含量 139 圖4-27 最佳配比-CBR與強度關係 140 圖4-28 最佳配比-健性試驗 140   照片目錄 照片3-1 水平雙軸式拌合機 141 照片3-2 MTS 萬能材料試驗機 141 照片3-3 搖篩機 142 照片3-4 混凝土坍流度試驗裝置 142 照片3-5 坍度量測 143 照片3-6 坍流度量測 143 照片3-7 坍流度與管流度試驗 144 照片3-8 初終凝測定儀 144 照片3-9 初終凝貫入針 145 照片3-10 進行初凝測定 145 照片3-11 透水試驗圓片試體 146 照片3-12 透水片架於鋼環 146 照片3-13 壓力容器 147 照片3-14 壓力滲透試驗的整體裝置 147 照片3-15 ELE機械式應變計 148 照片3-16 氯離子量測儀器 148 照片3-17 CBR模具 149 照片3-18 CBR試驗抗壓主機 149 照片4-1 六輕燃煤底灰 150 照片4-2 石門水庫淤泥 150 照片4-3 石門水庫淤泥 151 照片4-4 土石方CLSM管流度 151 照片4-5 淤泥CLSM管流度 152 照片4-6 藥劑B(GBR) 152 照片4-7 藥劑C(LG-2000) 153 照片4-8 未拌開之淤泥塊(圓圈處) 153 照片4-9 最佳配比-健性試驗cycle1 154 照片4-10 最佳配比-健性試驗cycle2 154 照片4-11 最佳配比-健性試驗cycle2 155 照片4-12 最佳配比-健性試驗cycle4 155 照片4-13最佳配比-健性試驗cycle5 156 照片4-14最佳配比-健性試驗cycle5 1564485366 bytesapplication/pdfen-US底灰淤泥剩餘土方剩餘土石方CLSMbottom ashsiltthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50099/1/ntu-96-R94521229-1.pdf