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1、第十屆中華民國結構工程研討會 The Tenth National Conference on Structural Engineering Tao-Yuan, Taiwan, 1-3 Dec. 2010 Paper No. 080 1 水洗垃圾焚化底渣資源化於透水混凝土水洗垃圾焚化底渣資源化於透水混凝土 郭文田1 志堅2 郭政翰3 1. 國高雄應用科技大學土木工程系副教授 (E-mail: wtkuocc.kuas.edu.tw) 2. 中華民國軍官校土木工程系助教授 3. 國高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所研究生 摘要摘要 本研究擬以經水洗垃圾焚化底渣全取代天然骨材方式製作透水混凝
2、土。首先進焚化底渣 之基本物性與化性試驗，並由垂試驗決定試驗配比。藉透水、抗壓、抗彎與劈抗張強等 學試驗，探討以水洗垃圾焚化底渣資源化於透水混凝土之可性。另與天然及較小徑 水洗垃圾焚化底渣所製作的透水混凝土性質比較。試驗結果顯示，所有配比的透水係皆介於 0.66-4.11 cm/s 之間，符合內政部營建署對於透水舖面之透水係應大於 10-2 cm/sec 之規定。抗 壓強介於 4.75-12.68 MPa；抗彎強介於 1.76-3.11 MPa；劈抗張強介於 0.51-1.40 MPa。 最高的劈張強約為抗壓強的 1/9，抗彎強約為抗壓強的 1/4。此外，固定水灰比，而 增加孔隙填漿比，雖使學
3、強增加，但會減少通孔隙及透水係。並發現透水係約 為通孔隙百分比的 1/10。 關鍵字：水洗垃圾焚化底渣、透水混凝土 Washing Municipal Solid Waste Incinerator Bottom Ash Resourced on Pervious Concrete Abstract This study used washing municipal solid waste incinerator bottom ash (WMSWIBA) to produce the pervious concretes. Firstly, the physical and chemical
4、properties of WMSWIBA were tested, and the test mixes was decided by the results of the vertical flow test. Using the permeated coefficient, compressive strength, bending strength and splitting tensile strength of the concretes, to analyse the feasibility of WMSWIBA resoured on the pervious concrete
5、. Secondly, to compare the properties of pervious concretes made with WMSWIBA and natural aggregates, respectively. Finally, using the smaller WMSWIBA to produce pervious concrete, and then to analyse the properties of concretes affected by the dimension of aggregates. Keywords: Washing Municipal So
6、lid Waste Incinerator Bottom Ash, Pervious Concrete 國科會計畫編號：NSC-98-2622-E-151-008-CC3 第十屆中華民國結構工程研討會，2010 12 月 13 日 2 一、前言一、前言 根據環保署統計，至民國九十八底止，國內一產生垃圾為 7,748,377 噸，經由焚化處之垃圾為 4,036,404 噸，由焚化所產生之灰渣為 1,213,179 噸 1，目前大多焚化底渣仍然經由掩埋處，但掩埋場仍有使用容之限制。因此在使用既有設施情況下延長掩埋場使用壽命除垃圾減外，焚化底渣再用也為可思考方向。國外已有許多焚化底渣再用之實，如道基
7、底層材、停場鋪面、堤防等，隨處技術逐漸成熟，未可再擴大再用範圍，如製磚、控制性低強回填材等，除成本低也可減少對天然資源依賴並達到資源永續使用之目的。 焚化處為用高溫及燃燒方式，將廢棄物轉變為安定氣體或灰渣，一般垃圾焚化程可分為進、焚化、熱回收與卻、後處系統以及儀控與煙氣監測系統等五大部分 2。當焚化產生垃圾焚化底渣後，必須經過前處才能進後續動作，前處分為乾式處與濕式處：(1) 乾式分選技術的製程包括篩分、破碎、磁選、風選、渦電分選及藥劑噴灑等程序，依設備而。(2) 濕式分選技術較乾式分選技術增加水洗程序，可減少乾式處時之粉塵汙染3。 近生態保護已成為工程施工必須考慮的因素之一，許多公共工程紛紛
8、採用生態工法與生態材，盡使工程對於環境的影響至最低，如河川護岸由混凝土改為蛇或塊石且材也盡就地取材使用；市人道舖面及停場使用鎖磚或空心植草磚、道使用透水瀝青鋪面等，讓工程以接近自然的態保護生態、低對環境的影響。 透水混凝土又稱無細混凝土 、 多孔隙混凝土 。 美國混凝土協會 5定義透水混凝土為 一種由水結合而成的開放級配混凝土 ；日本混凝土協會 6定義透水混凝土為擁有續孔隙約 20 %的混凝土 ；中國建築科學研究院 7定義透水混凝土為由水、粗骨和水拌和而成的無砂混凝土 ；國內潘昌與鄭瑞濱 8對透水混凝土之明為一種含有狹窄級配之粗、微或無細、且無足水漿之混凝土材 。潘昌等 8指出透水混凝土抗壓強
9、約在 1.5-14 MPa 間，與一般混凝土相比，透水混凝土具有：單位重約在 1400-1900 kg/m3 間、熱傳導係小、水的毛細現象顯著、水用少、成型時側壓小，可使用各種輕型模版、表面存在蜂窩孔，表面抹平施工方等特點。 透水混凝土中孔隙與強有直接關係，孔隙越高強越低。孔隙與透水係成正比關係，孔隙越高則透水係越高。一般透水混凝土孔隙範圍介於 5-18 %之間。水灰比對強的影響如傳統混凝土明顯，然而要達到最佳強以及維持好孔隙，水灰比仍為重要關鍵 9。抗壓強較一般混凝土為低，尤其在填漿比高及孔隙較多之情形下，強極難提升，典型抗壓強範圍介於 2.8 至 28 MPa 間 10。透水混凝土舖面排水
10、因尺寸及壓密有關，但一般排水範圍介於 81 至 730 L/min/m2間。明君等 10指出典型透水混凝土透水係範圍介於 0.16-1.22 cm/sec。楊雅雲 11研究結果發現透水混凝土有低單位重(1600-2000 kg/m3)、低成本、低乾縮、低熱傳導係、無析及無毛細水現象之特性。 第十屆中華民國結構工程研討會，2010 12 月 13 日 3 本研究的目的是以水洗垃圾焚化底渣全取代天然骨材方式製作透水混凝土，由垂試驗決定試驗配比，並藉透水、抗壓、抗彎與劈抗張強等學試驗，探討以水洗垃圾焚化底渣資源化於透水混凝土之可性。 二、二、研究規劃研究規劃 2.1 試驗設計試驗設計 本研究以 12
11、.5mm 之水洗垃圾焚化底渣(實驗組)做為主要試驗材，先選擇較大範圍水灰比及孔隙填漿百分比進初期垂試驗，依垂試驗及試體硬固後之結果再規劃正式的試驗配比，試驗完成後再選定成效較佳的配比，選取同尺寸的天然(控制組)及 9.5 mm 水洗垃圾焚化底渣(對照組)進一系試驗，結果與實驗組進比較，可以分別探討水洗垃圾焚化底渣及天然的透水混凝土性質差性，及評估以較小尺寸水洗垃圾焚化底渣製作透水混凝土對混凝土性質的影響。 3.2 試驗方法試驗方法 本研究試驗項目如下： 1. 水洗垃圾焚化底渣化學及物性質 化性試驗包括毒物溶出試驗(TCLP)、氯子含、戴奧辛與呋喃；物性試驗包括粗容積比重、粗單位重與空隙、篩分析
12、、吸水、形係。 2. 水洗垃圾焚化底渣透水混凝土垂試驗 本試驗步驟如圖 1 所示，儀器使用電動台、鋁盤及#4 篩，垂試驗測得配比之漿體損失。漿體損失(%)的計算如式(1)： 100W-W-WW-W-100(%)25/50 12314次漿體損失振動 (1) 其中 W1：鋁盤重，W2：#4 篩重，W3：鋁盤、#4 篩與拌合總重，W4：振動 25/50 次漿體失重。 3. 學試驗 試驗項目包括抗壓試驗、劈抗張試驗、抗彎試驗。 4. 透水試驗 依據 Darcy 公式並考 CNS 14995，以定水頭方式進透水試驗，試驗儀器架設操作如圖 2所示。測試體長 L、截面積 A，並取單位時間內之 Q 後，依式(
13、2)計算透水係。 12ttAQ hLKT(2) 其中 KT=透水係(cm/s)，L=試體厚(cm)，h=水頭差(cm)，t1=試驗開始時間(s)，t2=試驗終止時間(s)，Q=t1至 t2時間內之滲(cm3)，A=透水面積(cm2)。 第十屆中華民國結構工程研討會，2010 12 月 13 日 4 圖1 垂試驗程 圖2 透水試驗儀器設置與 操作 三、結果與討三、結果與討 3.1 基本物與化學性質試驗基本物與化學性質試驗 3.1.1 物性質物性質 1. 基本物性 水洗垃圾焚化底渣與天然基本物性試驗結果，如表 1 所示。由於底渣中含有大燒結與玻璃陶瓷等，且材形規則以及孔多等原因，故與天然比較，單位
14、重較小、孔隙與吸水較大。 表 1 水洗垃圾焚化底渣基本物性試驗結果 材 OD比重 SSD比重視比重吸水 (%)單位重 (kg/m3) 孔隙 (%) 12.5 mm焚化底渣 2.45 2.50 2.58 1.94 1404 43.83 9.5 mm 焚化底渣 2.28 2.37 2.52 4.21 1350 43.03 12.5 mm天然 2.59 2.62 2.67 1.21 1578 39.78 2. 篩分析 水洗垃圾焚化底渣篩分析結果如表 2 所示，底渣於 1/2 in、3/8 in 及#4 篩停較多，因此選擇 1/2 in 與 3/8 in 篩號進試驗。 表 2 水洗垃圾焚化底渣篩分析試
15、驗結果 試驗編號 篩號 停百分比 (%) 1 2 3 4 5 37.5 mm (1 1/2 in) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 25.0 mm (1 in) 1.89 0.00 2.73 3.30 1.29 19.5 mm (3/4 in) 6.71 3.05 3.29 3.50 3.50 12.5 mm (1/2 in) 19.78 15.4515.2719.9415.68 9.5 mm (3/8 in) 13.23 11.48 11.54 14.7914.27 #4 (4.75 mm) 38.08 40.3338.2038.7941.38 底盤 20.31 29.7028.9819.6923.88 第十屆中華民國結構工程研討會，2010 12 月 13 日 5 3. 形係 水洗垃圾焚化底渣經詳細分後大致可分為種組成材，分別為天然、燒結塊、陶瓷磁磚、玻璃塑膠、紅磚與其它(鈕扣、硬幣等)。而形係試驗結果如表 3 所示。由表中可知在焚化底渣中天然所佔比最大，其次
