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1、建築廢棄物資源化再利用技術研究建築廢棄物資源化再利用技術研究陳文卿工業技術研究院 能源與資源研究所 組長摘要摘要在建築物開發之生命週期各階段，包括建材原料開採、建材製造、施工建造、日常使用、拆除廢棄等，皆對環境造成相當嚴重的污染。這些廢棄物如果沒有妥善的處理，最後往往與都市廢棄物同時進入都市廢棄物處理系統(如掩埋、焚化等)，造成廢棄物處理體系的超荷負擔。因此如能將其妥善利用將可提供作為建築或公共工程所需之材料，此對於減少天然資源消耗及推動綠建築理念將有積極功用。營建廢棄物以混凝土及磚塊為最大宗，約佔 80%以上，可再利用之途徑不外乎作填方材料、骨材級配或製成混凝土製品。本報告將著重於以營建廢棄
2、混凝土物質應用於產製具商業性的高壓混凝土磚產品之製程開發，先經由粉碎、篩分製成各種的骨材級配料，再經由混凝土原料配比、高壓成型、養護處理後可獲得具商業化量產潛力之資源化產品。一、前言一、前言臺灣地區近年來由於經濟社會的快速發展，已邁入現代化國家的行列。由於人口集中與都市化的結果，一般營造建築工程及交通運輸等重大公共工程日益增加。這些重大工程的進行，對國內砂石資源的需求與分配，以及衍生出來的環保問題，均有重大的影響。據一般性的瞭解，國內每年砂石的需求量約有10,000 萬立方公尺，由於中部主要河川已實施禁採，再加上南部的高屏溪進行全面整治，國內砂石的來源受到限制，因此國內營建工程對於砂石的需求十
3、分殷切。由於砂石來源不足，因此近年來常常發生之農地濫採砂石的問題，更有甚者將被掏空的農地，回填工業廢棄物，不僅造成農地生態的嚴重破壞，更對土地資源造成永久污染問題，這就是近年來所陸續爆發的不明廢棄物污染場址問題，目前保守估計約達百餘處。另一方面，國內重大工程施工所產生之廢棄土石數量十分龐大，據估計(1)台北都會區每年產出廢棄土方約一千萬立方米，高雄都會區每年產出約五百萬立方米，臺灣省地區每年產生廢棄土方約為二千三百萬立方米，合計為三千八百七十八萬立方米，而目前現有合法之 107 處棄土場皆將逐漸飽和，這些龐大的廢棄土方的去處，成為嚴重的環保問題。因此如果能將營建廢棄物作妥善之回收再利用，一方面
4、除可紓緩廢棄物棄置之壓力外，更可解決砂石供應不足的問題，是一舉兩得之舉。而民國 88 年所發生的 921 大地震，據新聞資料顯示，在南投、臺中地區因建築物崩塌拆除所產生龐大量的建築廢棄物約高達 2500 萬立方公尺，短期間內所產生的廢棄物量暫時貯放於九十多個堆置場中，除將有潛在性的危險外，對於地區之生態環境亦皆有不利的影響，因此建立國內營建廢棄物再利用之機制，已是刻不容緩的事。建築廢棄物資源化再利用是在國際間是一普遍的趨勢，以與臺灣同處地震帶的日本為例，目前已達 80%之再利用目標，這是國內應急起直追的(如表一所示)。建築廢棄物之基本上可包括建築拆除廢棄物與施工建造廢棄物兩類，就組成而言包括：
5、磚瓦、混凝土塊、廢木料、金屬、玻璃、有害物、其他等。臺灣地區建築廢棄物之產生量，根據內政部建築研究所之研究計畫(2)顯示，全國每年合法建築拆除廢棄物產生量約為 l1,622,433 公噸/年(不包括民間一般之零星拆建工程)，其廢棄物之主要組成若以重量計，混凝土塊佔 48.35%，磚石類佔37.42%，木材類佔 10.33%，鋼筋佔 3.64%;若以體積計則混凝土塊佔 34.46%，磚石類佔 35.34%，木材類佔 29.45%，鋼筋佔 0.56%。其中鋼筋部份由於可直接送往鋼鐵廠熔鑄，回收機制已自然建立，木材視材料性質亦可直接回收再利用；塑膠、玻璃等雜物量較少且無回收價值僅能送到掩埋場。最大宗
6、的部份是混凝土塊、磚塊，故探討營建廢棄物之資源化當以此為主要對象。二、建築廢棄物資源化之途徑二、建築廢棄物資源化之途徑建築廢棄物之組成，包括瀝青、混凝土塊、廢磚瓦類、廢銅鐵 (如銅筋、廢鐵、金屬)及其他裝潢建材 (如木材類、塑膠類) 等。根據國外研究資料之整理，世界各國全年營建廢棄物產生量約佔所有廢棄物之比例之 10%-30%左右。歐美日等先進國家對於建築廢棄物的回收再利用已推廣多年，由於建築技術、建築習慣與材質的偏好，資源回收再利用的情形略有差異。以美國為例，建築廢棄物再利用的市場管道，就混凝土塊而言，主要回收作為建築骨材再利用。而日本則主要作為建築及級配骨材、工程填方及土質改良、填海造地等
7、。日本每年產生之建築廢棄物約佔全國廢棄物總量之 20.6%，其中建築廢棄物部分估 55%，依據日本 1995 年之統計資料顯示，其建築廢棄物混凝土塊再生利用率為 65%。若以國情以及生活習性，我國應與日本國較為相近。據此推論，依我國主要廢棄物之混凝土塊產生量 6,390 萬公噸/年之數據推估，則我國混凝土塊再生利用回收量可達 4,154 萬公噸。混凝土回收部分，日本回收量約 3700 萬公噸，大約 20%使用於道路級配，其餘 80%為填方之用。雖然日本亦有訂定回收混凝土用於建築物之規範，但均因回收混凝土之吸水率變大，一般民眾對其使用於建築物上信心不足，無法接受，故回收使用情形並不良好。至於建築
8、拆除廢棄物中回收之砂石，經以往實驗研究結果顯示，其使用再製之混凝土可能較原生混凝土差。例如同一配比下之彈性模數較小，孔隙率較大，膠結性較低以及強度及耐久性較差。在以廢混凝土塊、磚塊為主要之再利用對象時，主要的途徑可概括三大類:即作為土方填補、填方料、道路級配料、預拌混凝土原料、建築基本原料(各種粒徑之砂、石等)或製成各種再生混凝土製品如高壓混凝土磚、消波塊、人孔蓋、水泥涵管等。但是不論是那些再利用方式，皆須作若干程度的破碎與分類分選工作: 先以人工方式將混凝土塊及廢磚瓦類與其他雜質分離，再經過初步碎化、過篩 ( 3/8“ 篩孔) 、去除細雜質、顎型碎石機再碎化 (調整開口大小) ，即可得到符合
9、 ASTMC-33 規範之再生粗骨材，但細骨材則大部分無法符合ASTMC-33 規範要求。其流程詳如圖一所示。各種再利用途徑中，填方料消耗量最大，且僅須粗碎即可再利用，但是附加價值較低。道路之級配料使用量亦極大，適當破碎後使用於路基可取代原級配料約 40%，若使用於路面可取代約 20%，但須符合工程規範。表二與表三分別為粒徑 2 公分以下提供道路級配之粒徑分佈與粒徑 1 公分以下提供混凝土製品級配料之粒徑分佈。若製成各種再製混凝土製品則附加價值可提高，而且在工廠內生產製造品質易控制，可卻除民眾之疑慮，但是需考慮市場需求量而生產。本研究中取建築廢棄物之混凝土塊與磚塊分別破碎至 1 公分以下得其粒
10、徑分佈如圖二所示，符合表三所示之分佈要求，故可用於以下高壓混凝土磚產品之資源化製造。此外，由於建築廢棄物資源化最重要的是必須建立供需資訊，因此如果提供各種不同用途，在其需求量不確定的前提下，可考慮製成基本之砂石原料以作適當之參配。本報告中將以廢棄混凝土、磚塊為資源化對象，說明製備高壓混凝土磚之研究成果。三、廢棄混凝土、磚塊再利用為高壓混凝土磚三、廢棄混凝土、磚塊再利用為高壓混凝土磚廢棄混凝土經碎化後所得之再生骨材，其粒型或各項物理性質若能符合一般混凝土骨材之要求，將可開發製成各種較高附加價值之產品，混凝土磚為近年來大量使用於外牆磚、行道磚者，尤其是都市地區使用量極龐大，由於高壓混凝土磚塊材料的
11、產製過程並未經過高溫窯燒，其成本較一般經高溫燒成的陶瓷產品低廉甚多，就製程設備、能源耗用、原料使用、人力、環保特性等各方面而言，高壓混凝土磚確較一般的窯燒陶瓷磚具更大的產品優勢。本研究中，主要是將營建廢棄混凝土物質，包含廢陶瓷面磚、破損紅磚以及廢混凝土等，先經由粉碎、篩分製成各種的骨材級配料，再經由混凝土原料配比、高壓成型、養護處理、產品物性測試與改善等步驟(如圖三所示)，可將廢棄混凝土物開發製作成具有商業化價值之高壓混凝土磚塊材料。混凝土塊經破碎後如前所示，在資源化利用之規畫中，有兩項主要之考量點，其一是可消耗最大量之廢棄物，其二是製得之高壓混凝土地磚需具適當之強度。經各種拌合條件之測試，吾
12、人發現，取來自廢料之骨材原料，添加 26%之天然細骨材並以水泥 16%及 3%之矽灰增強劑拌合，加壓(150kg/cm2)成型後，經 28 天之養生期，經依 CNS：13296 高壓混凝土連鎖地磚檢驗法測試強度為 610 kgf/cm2，吸水性、耐磨性等皆可符合 A 級之標準，故品質與市售商品無分無軒輊。(註: CNS：13296 規定，高壓連鎖地磚之抗壓強度 A 級需560kgf/cm2，B 級408kgf/cm2，C 級357 kgf/cm2；另吸水率：A 級需30cm土石方資源焚化掩埋碎石機-2cm原原料料細碎之混合廢棄物資源回收含鐵 金屬轉筒式篩選機 (含磁選器)Trommel-2cm
13、25cm資源回收紙木片 等輕質 物料風力選別機 TR Separator人工撿拾台25cm磚, 瓦, 土石, 混凝土塊等碎石機-2cm 塑膠類木質類非鐵金屬焚 化掩 埋掩埋資源回收紙 漿有機 肥料圖一、建築廢棄物資源化之處理流程0.531.280.7510.9252.1629.163.711.492.53.63.44.313.922.442.57.40102030405060001002003004005006007008009粒 徑 分 佈 圖二 廢棄混凝土塊與磚塊磨碎成一公分骨材之粒徑分佈代表混凝土 代表紅磚3“ 8(%)/#43“ 8#4/#8#50/#100#30/#50#16/#30
14、#8/#16-#100+建築廢棄物（混凝土） 100 顎型破碎機30L30W20H（cm）碎礦機（8cm）碎礦機（1cm）篩選3” 3” 4 8 16 30 50 8 8 4 8 16 30 50 100 100 (29.16) (52.16%) (10.92%) (3.71%) (1.49%) (0.75%) (0.53%) (1.28%)砂(28%) 拌 料 水泥(16%)(10 分鐘) 水(9%)增強劑(3%) 加 壓 成 型 (150kg/cm2)成 品養 生（28 天） （自然乾燥）測 試 （1.抗壓強度，2.吸水率）A 級 成 品 （符合 CNS：13296A 級產品）圖三、建築廢棄物應用於高壓混凝土地磚製程流程圖圖四 建築廢棄物高壓混凝土磚水泥含量與加矽灰後之抗壓強度變化圖01002003004005006007000%4%8%12%16%20%24%28%水泥含量百分比抗 壓 強 度表示水泥含量之抗壓強度表示水泥加矽灰之抗壓強度A級 (CNS13296:560 kgf/cm2)B級 (CNS13296:408 kgf/cm2) C級 (CNS13296:357 kgf/cm2)(kgf/cm2)
