社團法人中華輕質骨材協會 Taiwan Lightweight Aggregate association

輕質骨材混凝土之發展與應用

中興大學 土木工程系 教授兼系主任

中華輕質骨材協會 秘書長

陳豪吉

點泥成金 變廢為寶 創造綠色新台灣

●●● 2

簡報內容

輕質骨材簡介

輕質骨材製作

輕質骨材應用

應用效益

國內水庫淤泥輕質骨材之發展

●●● 3

輕質骨材簡介 (1/6)

多孔質材料：孔隙多、單位重量輕

天然砂石顆粒密度 ≒ 2.6 g/cm3

輕質骨材顆粒密度 ≦ 1.6 g/cm3(市售品)

應用範圍廣、功能備受肯定

(營建工程、園藝造景、食品及環保化工業)

歐美日早已廣泛使用

國內-新興產業、產官學積極推動中

水庫淤泥→廢棄資源再製→輕質骨材

●●● 4

輕質骨材種類 (粗粒料鬆單位重≦1,000 kg/m3)

– 天然輕質骨材

浮石、火山渣 (凝灰岩)、泡沫熔岩

棕櫚殼 (Palm Oil Shells)；印尼、馬來西亞、奈及利亞

– 人造輕質骨材

熱處理、冷結(免燒法)

由天然材料製造-珍珠岩、頁岩、板岩、粘土等

由環境及工業等廢棄物製造-污泥、燃煤飛灰或底灰、爐渣

人造玻璃球、紅磚碎塊

輕質骨材簡介 (2/6)

●●● 5

棕櫚殼

飛灰LWA 火山凝灰岩

浮石

一般輕質骨材

輕質骨材簡介 (3/6)

●●● 6

應用歷史

– B.C.3000 巴比倫城 蘇美人

– 火山渣、浮石、輕質粘土磚

(中空、孔隙)

– 就地取材、減輕重量

B.C.2600 Mohenjodaro

A.D.624 Mayan Pyramids

A.D.70

A.D.400

輕質骨材簡介 (4/6)

●●● 7

工業化生產

– 19世紀-德國 快速脫水法製造有孔隙的粘土塊或粒料

1845年-使用浮石製作圬工用磚(石灰-黏結劑)

– 1918年-美國S.T.Hayde 以旋窯生產LWA 起源於製磚過程中，磚塊膨脹變形

1920年-第一個LWA商品 Haydite (頁岩)

1941年-美、加共8條生產線

1952年- ESCSI成立、LWA開始廣泛利用

1955年-美加共55條生產線；產出170~300萬方

Arkalite、Utelite、Lehigh

輕質骨材簡介 (5/6)

●●● 8

世界生產狀況 (1994,生產線統計)

大陸 (2000s)

– 120條生產線；5百萬方

– 珍珠岩或蛭石； 5百萬方

美國 (1980s)

– 2千3百萬方(含天然LWA)

日本 (現況)

– 人造LWA約100萬方

輕質骨材簡介 (6/6)

●●● 9

回轉窯 (Rotary kiln)

– 燒脹型輕質骨材、水泥、物料乾燥

– 適用原料：頁岩、粘土、板岩、污泥等

燒結機 (Sintered Strand)

– 燒結型輕質骨材

– 適用原料：飛灰

輕質骨材製作 (1/5)

回轉窯

●●● 10

輕質骨材製作 (2/5)

燒結機示意圖

●●● 11

立窯 (Vertical Shaft Kiln)

– 燒結型輕質骨材、細粒料LWA

– 適用原料：頁岩、粘土等

– 投資小、產量低、耗能低

輕質骨材製作 (3/5)

●●● 12

流化床 (沸騰爐；fluidized bed)

– 超輕量LWA 、細粒料LWA (＞600μm)

– 適用原料：爐渣 (電廠、煉鋼廠、垃圾焚化爐)

輕質骨材製作 (4/5)

●●● 13

製程特色

– 旋窯系統設備

– 1200℃高溫製作

– 煅燒型人造輕質骨材

水庫淤泥

浚渫、抽取

置入沈澱池

淤泥晾曬

篩選、造粒

旋窯燒製 水庫淤泥

輕質骨材

抽淤

沉澱

曝曬

燒製 骨材 造粒

旋窯設備系統

輕質骨材製作 (5/5)

●●● 14

營建工程

- 輕質骨材混凝土

結構工程

非結構工程

園藝植栽

食品、環保、化工

輕質骨材應用

●●● 15

適用房屋建築及橋樑工程等(需承重之混凝土構件製作)

房屋結構的樑、柱、版等的施築

再製品形式：預拌混凝土、預鑄構件

再製品特點：單位重量輕

一般混凝土 ≒ 2300 kg/m3

輕質骨材混凝土 ＝1600～2000 kg/m3

主跨301 m

世貿雙星大廈

挪威Stolma Bridge(世界最長懸臂橋)

輕質骨材應用 – 結構工程

●●● 16

適用於一般隔熱保溫、隔音及防火等工程

(非承重工程之水泥製品製作)

再製品形式：水泥製品

例如輕質隔間牆版、帷幕牆等

輕質骨材應用 – 非結構工程

●●● 17

園藝造景、無土栽培、淨水處理、過濾等

應用特點：高孔隙率、高吸水率、高保水性

備註：可作為蘭花栽培用介質

輕質骨材應用 – 園藝造景

– 過濾材料

●●● 18

台北一○一大樓之

裙樓屋頂採光罩構架 泡沫輕質骨材混凝土

輕質骨材應用 – 國內著名應用實績

●●● 19

國道新建工程局「國道6號南投段第C605標雙冬路段工程—石灼巷跨越橋」中採用輕質骨材混凝土的構件進行施作，以作為國內第一項示範工程案例

預計將於96年底完工

輕質骨材應用 – 國內著名應用實績

●●● 20

威靈頓競技場（紐西蘭）

– 高強度預鑄輕質骨材混凝土

– 位於地震帶上，地震時易產生土壤液化

– 降低自重

– 減小構件尺寸

–節錄自ESCSI

輕質骨材應用 – 國外應用實例

●●● 21

丹佛民生中心 (紐約) – 大樓擴建12層

– 減少構件尺寸，增加有效空間

– 減少自重，提高耐震性

– 耐久性佳

–節錄自ESCSI

輕質骨材應用 – 國外應用實例

●●● 22

TROLL GBS (挪威)

– 鑽油平台

– 抗滲透性強

– 耐久性佳

–節錄自LECA

輕質骨材應用 – 國外應用實例

●●● 23

TROLL OLJE (挪威)

–節錄自LECA

輕質骨材應用 – 國外應用實例

●●● 24

輕質骨材混凝土可節省結構體成本2～8%以上！！ – 傳統混凝土單位重=2300kg/m3

– 輕質骨材混凝土單位重=1600kg/m3～2000kg/m3

– 可減少建築物自重20%、可縮減斷面尺寸

– 混凝土及鋼筋用量減少、相對建造成本降低

內政部建築研究所-研究報告（94年度）

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

混凝土用量 鋼筋用量 結構體成本

材

料

與

成

本

節

省

百

分

率

5層樓

10層樓

20層樓

應用效益 (1/5)

●●● 25

建物用途：大型店舖

規模地上：４層樓（1～3樓店舗、4～R樓為停車場）

基地面積：4,860m2

– Case 1:基礎、1～R樓均使用常重混凝土

– Case 2:基礎、1樓使用常重混凝土，2～R樓使用輕質混凝土

資料來源：

日本人工輕量骨材協會（ALA）

使用輕質混凝土可降低5％建築

費

應用效益 (2/5)

●●● 26

建物用途：共同住宅 規模地上：14層樓（建物高38.65m） 基地面積：437.31m2

– Case 1:全部均使用常重混凝土 – Case 2:基礎～7樓地板使用常重混凝土， 7樓柱以上均使用輕質混凝土 – Case 3:基礎～1樓地板使用常重混凝土， 1樓柱以上均使用輕質混凝土

可節省 1％～3％ 之建造費用

資料來源：

日本人工輕量骨材協會（ALA）

備註：杭長＝基樁長

應用效益 (3/5)

●●● 27

耐震建築材料 — 輕質骨材混凝土！！

– 傳統混凝土建築物→自重大、斷面尺寸大、重心高

地震來時→傾覆力矩大、附加軸力大、建築物易崩塌

– 輕質骨材混凝土建築物→自重小、斷面尺寸可縮減、可變形量大

地震來時→傾覆力矩小、附加軸力小、建築物耐震性高

內政部建築研究所-研究報告（94年度）

應用效益 (4/5)

●●● 28

空調型建築 — 空調費用最高可節省16％！！

– 辦公廳、百貨商場、旅館及醫院等

非空調型建築 — 空調費用最高可節省17％！！

– 集合住宅、學校建築、廠房

內政部建築研究所-研究報告（94年度）

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

辦公大樓 百貨商場 旅館 醫院

氣候區

空

調

費

用

節

省

百

分

率

北部地區中部地區南部地區

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

集合雙拼住宅 小學教學大樓 洗滌廠房氣候區

空

調

費

用

節

省

百

分

率

北部地區中部地區南部地區

空調型建築 非空調型建築

應用效益 (5/5)

●●● 29

臺灣水庫淤積問題

淤泥再利用處理方式

政府施行之策略

水庫淤泥輕質骨材之開發

產業發展利基

淤泥輕質骨材生產廠介紹

市場現況與規模

市場利基

國內水庫淤泥輕質骨材之發展

●●● 30

臺灣水庫淤積問題論 (1/2)

台灣面臨之淤泥處理課題

首推水庫淤泥之問題最為嚴重

嚴重影響民生、工業及灌溉用水

民情及環境保護、新設水庫困難

次為排水溝渠等設施之底泥

無法有效解決淤泥清運及處置

含水率太高、無處可去

固化成本高、應用困難

亟需尋求可大量去化及高附加價值之處理方式

石門水庫

●●● 31

水庫淤積概況 早期水庫缺乏防淤及水利排砂設施。

集水區超限利用，山區不當開發，濫墾濫伐嚴重。

臺灣近70座重要水庫均有嚴重淤積問題。

水庫總淤積量高達4億7千萬立方公尺＞翡翠水庫蓄水量。

每年增加之淤積量約1460萬立方公尺＝明德水庫之有效容積。

水庫淤泥質細且富含粘土與 有機物質，任意棄置易產生 二次污染。

臺灣水庫淤積問題論 (2/2)

●●● 32

淤泥再利用處理方式 (1/3)

台灣目前有關淤泥的最終處置方式

燒結為輕質粒料或磚瓦材料

地工織管製作

CLSM 材料之應用

海拋及人工魚礁之製作

農田改良或土石填方

砂丘地之定砂技術

固化土之再利用

●●● 33

淤泥再利用處理方式 (2/3)

各類方式之優劣點

可少量添加，大量添加之固化技術尚未成熟

消化淤泥人工魚礁

(水泥系材料固化)

燒磚廠外移大陸、市場面小

應用廣泛磚瓦材料 (燒結)

受限於水庫淤泥性質可大量消化淤泥輕質粒料 (燒結)

污染海洋、不允許大量消化淤泥海拋 (原型)

收縮開裂等耐久、耐候問題待克服

施工快速

簡易、經濟

大量消化淤泥

CLSM、RMSM

(水泥系材料固化)

細粒徑淤泥無法應用快速、經濟

形狀可變

地工織管 (原型)

優點 缺點再利用方式

可少量添加，大量添加之固化技術尚未成熟

消化淤泥人工魚礁

(水泥系材料固化)

燒磚廠外移大陸、市場面小

應用廣泛磚瓦材料 (燒結)

受限於水庫淤泥性質可大量消化淤泥輕質粒料 (燒結)

污染海洋、不允許大量消化淤泥海拋 (原型)

收縮開裂等耐久、耐候問題待克服

施工快速

簡易、經濟

大量消化淤泥

CLSM、RMSM

(水泥系材料固化)

細粒徑淤泥無法應用快速、經濟

形狀可變

地工織管 (原型)

優點 缺點再利用方式

●●● 34

淤泥再利用處理方式 (3/3)

各類方式之優劣點

形成軟弱層，營建地基無法使用

大量消化淤泥土石填方 (原型)

固化技術屬近年材料研究新領略，國內尚屬萌芽階段

大量消化淤泥應用廣泛

固化土

(各型固化劑固化)

台灣高溫多雨，易遭受破壞，不穩定

大量消化淤泥砂丘地之定砂(原型)

農民配合意願低，形成不透水層，不利植物生長

改良土壤農田改良 (原型)

優點 缺點再利用方式

形成軟弱層，營建地基無法使用

大量消化淤泥土石填方 (原型)

固化技術屬近年材料研究新領略，國內尚屬萌芽階段

大量消化淤泥應用廣泛

固化土

(各型固化劑固化)

台灣高溫多雨，易遭受破壞，不穩定

大量消化淤泥砂丘地之定砂(原型)

農民配合意願低，形成不透水層，不利植物生長

改良土壤農田改良 (原型)

優點 缺點再利用方式

●●● 35

政府施行之策略 (1/2)

行政院91年核定「挑戰2008：國家發展重點」，將「水與綠建設計畫」列為十大重點投資計畫，「水庫清淤更新」為其中必須積極推動的主要實施計畫，水庫清淤所產生的大量淤泥應朝資源化再利用方式處理。

●●● 36

政府施行之策略 (2/2)

經濟部—水庫淤泥利用處理作業要點

96年8月13日經授水字第09620207170號令發布訂定。

經濟部為促進水庫浚渫所生淤泥資源利用及處理，加速水庫清淤及達成水庫永續經營之目標，特訂定本要點。

水庫淤泥利用項目如下：

(一) 預拌土壤材料、輕質骨材、固化混凝土、高強度土

壤、磚、瓦、肥料之材料。

(二) 土壤改良。

(三) 填料。

(四) 其他經本部公告項目。

產官學認定之最佳處理方式之一

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水庫淤泥輕質骨材之開發

石門水庫

白河水庫

仁義潭水庫

澄清湖水庫

阿公店水庫

青草湖水庫

寶山水庫

明湖水庫

日月潭水庫

明德水庫

鯉魚潭水庫

曾文水庫

德基水庫

霧社水庫

集集攔河堰

產官學通力合作成果 國科會-「以水庫淤泥製造輕質骨材及輕質混凝土研究計畫(88年)」。

內政部建築研究所-「水庫淤泥輕 質 骨 材 產 製 及 輕 質 骨 材混凝土應用與推廣計畫 (92年)」。

經研究驗證全台超過20座水庫淤泥皆可用於輕質骨材燒製。

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產業發展利基

輕質骨材混凝土運用範圍廣且功能備受肯定 應用於超高層建築物—結構斷面及鋼筋量減少

應用於橋樑構造物—增加跨度

輕質骨材產業具本土性 運輸成本、使用時效

經濟發展及環境需求—節能、再生化之營建材料 減低地震力、隔熱保溫性佳、隔音性佳

減少天然骨材開採

國內具發展輕質骨材之優勢與利基 臺灣富含豐沛輕質骨材料源

水庫淤泥資源再生利用，有助環境永續發展

產官學界通力合作、優質之高性能淤泥輕質骨材視為可期

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三奕科技股份有限公司 廠址：桃園大溪 (石門水庫沉澱池)

初期年產能5萬立方公尺

預計生產廠約5家 (如全盛興、鑫磁、天亨、旭濃實業等)

淤泥輕質骨材生產廠介紹

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國內目前無穩定之輕質骨材生產 每年進口約10~20萬立方公尺；進口價格2,500~4,500元

進口品價格高、受交通運輸制約不利應用時效

本土輕質骨材生產 — 預計於97年初

預估國內輕質骨材需求應超過200萬立方公尺 以歐美日為例，輕質骨材使用約佔天然砂石用量3~10%

國內常年天然砂石用量約5,000萬立方公尺

5,000×5%=250萬立方公尺之輕質骨材需求

年產值＝250萬立方公尺×2500 元/m3=62億5千萬元

市場現況與規模

若再包含清淤處理費用、延伸再製品，則年總產值超過百億元

社團法人中華輕質骨材協會 Taiwan Lightweight Aggregate association

報告結束

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