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第五章 配比設計;原PDF第37–46頁。
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- 配比範例疑義:印刷第34–35頁(PDF第40–41頁)把公式編號寫作4-1~4-4,與前列5-1~5-4不一致,且粒料計算印為W=C+F,前文則為S=C+F。化學摻料換算原印「1060/0.971 = 1.65 kg/m³」,算式與結果不符,體積換算亦有單位疑義。原件照錄,勿直接據此下料;應由配比設計權責人員重新計算、試拌及確認。
- 性能與契約選項:表4-10及附錄二表一的方括號為待選定項目,不應合併成單一通用值。表6-2列一般型24小時、早強型4小時;永久結構回填90 kgf/cm²及鋪面管溝50 kgf/cm²為表下注記的建議上限,不能把案例試驗值當作其他工程驗收基準。
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料 之配比設計 5.1 配比設計原則 含焚化再生粒料之控制性低強度回填材料(CLSM)配比設計與一 般控制性低強度回填材料(CLSM)配比設計方法相同,除可使用該設 計方法外,建議搭配本章說明之配比疊加法,以提升設計效率。 1.配比設計流程 含焚化再生粒料之控制性低強度回填材料(CLSM)係為使 用焚化再生粒料取代一定比例天然粒料,經配比設計結果確認 能滿足工程使用需求後,所拌合而成的控制性低強度回填材料 (CLSM)。含焚化再生粒料之控制性低強度回填材料(CLSM)配 比設計無論焚化再生粒料使用比例多寡,皆可依照一般控制性 低強度回填材料(CLSM)配比設計方式進行,即以水固比(W/S) 控制工作性,由水灰比(W/C)控制強度,輔以化學摻料縮短初 凝時間,各步驟說明如下,配比設計流程如圖 5-1 所示。 決定水固比 水固比係指水對固體粒料之重量比(W/S),調整水固比 可決定控制性低強度回填材料(CLSM)工作性。為確保控制 性低強度回填材料(CLSM)達到工程需要之流動性,通常調 整水固比較具明顯效果,增加水固比,流動性會隨之提高。 一般而言,因焚化再生粒料之小於 75 µm 物質含量較高在 拌合時會有增稠的效果,使漿體之黏滯性增加,故所拌合的 控制性低強度回填材料(CLSM)可以在管流度大於 40 cm 以 上或甚至達 60 cm 的情況下,仍不易發生泌水或粒料析離 [5.1] 。彙整文獻結果,若完全使用焚化再生粒料拌合控制性低 強度回填材料(CLSM),水固比可由 0.3~0.4 作為配比設計起 始值,再經試拌作後續調整。 31
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 決定水灰比 水灰比係指水對水泥之重量比(W/C),調整水灰比可確 保控制性低強度回填材料(CLSM)達到強度及初凝時間之要 求,通常水泥量愈高,初凝時間愈短,而早期的抗壓強度亦 較高。由於使用焚化再生粒料所拌合成的控制性低強度回填 材料(CLSM)初凝時間較長,若欲配合施工時間需求,除可調 整水灰比外,亦可再搭配化學摻料(如早強劑)以達到更佳 [5.1] 的效果 。彙整文獻結果,若完全使用焚化再生粒料拌合控 制性低強度回填材料(CLSM),水灰比可由 2.7~5 作為配比 設計起始值,再經試拌作後續調整。 選用化學摻料 若配合工程需求欲縮短控制性低強度回填材料(CLSM) 初凝時間或提升其他工作性,可選用化學摻料如早強劑、發 泡劑、速凝劑,以達到所需功效。其中以添加早強劑之效果 [5.1] [5.2] 最為顯著 ,使用減水早強劑,可大幅提高其流動性, 並達到減水之效果,惟當早強劑用量達水泥量 6%的重量比 時,可能會出現泌水與粒料析離現象。 其所使用之化學摻料,應符合公共工程施工綱要規範第 03377 章「控制性低強度回填材料」第 2.2.6 節,化學摻料應 符合 CNS 3091、CNS 12283、CNS 12833 之相關規定。 32
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 圖 5-1 CLSM 之配比設計流程 配比設計計算說明 在進行配比設計前,應先確認控制性低強度回填材料 (CLSM)之工程需求條件與物料基本資料後,再利用計算公 式進行計算水固比、水灰比與選用化學摻料等用量,並進行 試拌,當確認試拌結果符合需求條件時則完成配比設計,計 算步驟如下: 工程需求條件: a.CLSM 要求之流動性,如目標坍流度。 b.CLSM 之目標強度。 c.CLSM 需求之可繼續施工時間。 d.其他要求限制。 物料基本資料: a.粗細粒料之篩分析。 b.粗粒料之單位重量。 c.粗細粒料之面乾內飽和(SSD)比重及吸水率。 d.其他材料性質。 33
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 建議配比設計步驟公式 a.依目標坍流度,估計水固比(W/S)。 b.由需澆置試體量估計固體重(F),固體重為水泥重與粒料重之 和。 c.由水固比與固體重,計算得水重(W),如公式 5-1。 d.由 CLSM 目標強度與經驗資料,估計水灰比(W/C)。 e.由水灰比與水重,計算得水泥重(C),如公式 5-2。 f.以前面估計固體重與水泥重,計算得粒料重(F),如公式 5-3。 g.決定水固比,試拌調整水固比以達目標坍流度。 h.決定水灰比,由試拌調整水灰比以達到目標強度與初凝時間 需求,並可考慮是否添加化學摻料。 i.決定化學摻料添加量,由試拌調整添加比例,以達到需求目 標性質,如公式 5-4。 j.由所決定之水固比、水灰比與化學摻料添加量,經前述計算 方式可求得各材料用量。 k.利用重量比方式,將上述各材料使用量換算成生產 1 立方時 各材料之使用量,即可求得配比設計值。 計算公式 a.水固比(W/S)=水重(W)/固體重(S) (5-1) b.水灰比(W/C)=水重(W)/水泥重(C) (5-2) c.固體重(S)=水泥重(C)+粒料重(F) (5-3) d.化學摻料添加量(A)=水泥重(C)之 X% (5-4) 配比計算範例 A. 假設已知: 水固比 W/S = 0.35、水灰比 W/C = 3、 3 固體重 S = 1200 kg/m 、化學藥劑 A = 1.2%。 B. 水重,由公式 4-1,W/S = 0.35 = W/1200,W = 420 3 kg/m 。 3 C. 水泥重,由公式 4-2,W/C = 3 =420/C,C =140 kg/m 。 34
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 D. 粒料重 F,由公式 4-3,W=C+F,1200=140+F,F=1060 3 kg/m 。 E. 化學摻料重 A,由公式 4-4,A = C*1.2%,A = 1.68 3 kg/m F. 換算,(420/1)+(140/3.15)+(1060/2.1)+(1.68/1.05) = 971 3 kg/m 。 3 水重 = 420/0.971 = 433 kg/m 3 水泥重 = 140/0.971 = 144 kg/m 3 粒料重 = 1060/0.971 = 1092 kg/m 3 化學摻料重 = 1060/0.971 = 1.65 kg/m 註:算式中係假設水比重為 1、水泥比重為 3.15、焚化底渣再生粒料比重為 2.1、 化學摻料比重為 1.05,設計時應依據材料廠商提供之比重進行換算。 G. 試拌並量測 CLSM 性質是否符合工程要求,若否,則調 整配比或添加之化學摻料再做試拌與調整。 2.配比疊加法 含焚化再生粒料之控制性低強度回填材料(CLSM)除可依 前述方法進行外,亦可另外搭配本手冊建議之配比疊加法,以 提升設計效率。所謂配比疊加法即為建立使用不同單項粒料之 控制性低強度回填材料(CLSM)的基礎配比,再由各基礎配比進 行比例疊加,待經試拌確認符合工程需求後,即完成配比設計, 所疊加後配比的性質結果將介於各基礎配比性質之間。配比疊 加法的特點為若平時已建立相關使用粒料之基礎配比配比資料, 後續欲調配不同使用比例焚化再生粒料之控制性低強度回填材 料(CLSM)時,可迅速由疊加設計完成,進而減少配比試誤測試 時間。針對含焚化再生粒料之控制性低強度回填材料(CLSM)使 用配比疊加法之步驟說明如下: 35
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 (1)建立使用粒料之基礎配比 依據本節前述之配比設計流程,對所使用粒料,包含天 然粒料與焚化再生粒料,進行單項材料的配比設計與試拌, 選擇工程性質較佳者為基礎配比,並記錄配比資料與相關工 程性質結果。 (2)焚化再生粒料部份取代天然粒料 根據所建立之基礎配比資料,如圖 5-2 所示之天然粒料 基礎配比(A),焚化再生粒料基礎配比(B),將兩組配比按比 例作疊加,則所得結果即為初步參考配比(C),該配比之工程 性質結果通常藉於兩者之間。惟應注意,此為參考用之配比, 實際使用時應進行試拌與調整,確認可達到要求之工作性質 後,方可使用。歸納文獻結果,天然粒料與焚化再生粒料的 比例約為 1:2。 [5.3] 圖 5-2 配比疊加概念示意圖 36
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 5.2 注意事項 控制性低強度回填材料(CLSM)拌合廠於配比設計時應確認使用 材料相關性質,配比設計結果應作試拌,並記錄相關工程性質試驗結 果,以利後續產製作業。 1.控制性低強度回填材料(CLSM)拌合廠於配比設計前應先確認焚 化再生粒料及其他原物料之性質成分及品質。焚化底渣來源若含 有鋁或鋅等成分,可能使控制性低強度回填材料(CLSM)膨脹,故 使用前需注意粒料品質。 2.控制性低強度回填材料(CLSM)之拌合材料可使用卜作嵐摻料(如 水淬高爐爐碴粉、燃煤飛灰等)或水泥系處理劑取代部分水泥作 為膠結材料使用,其配比設計應透過試拌確認其性質符合工程需 求。 3.控制性低強度回填材料(CLSM)拌合廠若使用配比疊加法進行配 比設計,應建立使用材料基礎配比資料庫,包含天然粒料與焚化 再生粒料等。 4.使用不同材料基礎配比所疊加而成的配比應透過試拌與調整以 確認符合工程需求,並將其紀錄於疊加配比資料表。 5.控制性低強度回填材料(CLSM)配比設計完成後,應記錄其試拌試 驗結果,包含使用材料、配比方式、配比結果及工程性質試驗結 果,以利後續產製作業。 5.3 參考配比 蒐集過去國內相關文獻結果,彙整說明如下,可作為前述配比設 計初始設定之參考,惟使用時仍應依據前述步驟完成設計,並確實試 辦以確認結果符合需求。 1.範例ㄧ [5.2] 陳怡伶 使用北部某 1 處焚化廠並經前處理後之焚化再生 37
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 粒料,其實驗結果顯示當水固比為 0.35~0.40,水灰比為 3.33~5 間流動性可達規範要求,另經添加早強劑 1%,發現可在 6 小時 強度達 100 kPa 以上,參考表 5-1 所示。 [5.2] 表 5-1 參考配比範例一 水固比 水灰比 拌合水量 水泥量 焚化再生粒料 化學摻料 3 3 3 3 (W/S) (W/C) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) 0.9~1.8 0.35~0.40 3.33~5 420~600 90~180 1100~1400 (早強劑) 2.範例二 [5.4] 陳世鐘 使用南部某 4 處焚化廠經前處理後之焚化再生粒 料,由單獨拌合與混合拌合方式之實驗結果顯示,若以水固比 介於 0.3 ~ 0.4,水灰比介於 2.72~3.13 作拌合,可得到較高流動 性之控制性低強度回填材料(CLSM),參考表 5-2 所示。 [5.4] 表 5-2 參考配比範例二 水固比 水灰比 拌合水量 水泥量 焚化再生粒料 化學摻料 3 3 3 3 (W/S) (W/C) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) 18 0.3~0.4 2.72~3.13 396~522 160~180 1200~1300 (一般減水劑) 3.範例三 [5.1] 胡志誠 使用北部某 1 處焚化廠處理後焚化再生粒料,經 實驗結果建議粒料比例可以「焚化再生粒料:天然粒料=2:1」 或「焚化再生粒料(粗粒料):焚化再生粒料(細粒料):天然粒 料(粗砂)=3:3.5:3.5」作設計,而水固比為 0.25 及水灰比 為 2 時可符合規範要求,參考表 5-3 所示,另建議早強劑以不 超過 6%為限,避免析離情形發生。 38
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 [5.1] 表 5-3 參考配比範例三 焚化再生 水固比 水灰比 拌合水量 水泥量 天然粒料 化學摻料 項次 粒料 3 3 3 3 (W/S) (W/C) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) 3 (kg/m ) 0~12 1 0.25 2 300 150 800 400 (早強劑) 0~12 2 0.25 2 300 150 780 420 (早強劑) ※註 1:項次 1 為「焚化再生粒料:天然粒料=2:1」之結果。 ※註 2:項次 2 為「焚化再生粒料(粗粒料):焚化再生粒料(細粒料):天然粒料(粗砂)=3: 3.5:3.5」之結果。 4.範例四 參考環境部 102 年推動焚化底渣再利用計畫期末報告,建 議控制性低強度回填材料(CLSM)所用水、水泥、天然細粒料、 焚化再生粒料(粗、細粒料)及化學摻料之比例範圍如表 5-4 所 [5.5] 示 。 [5.5] 表 5-4 參考配比範例四 焚化再生粒料 拌合水量 水泥量 天然細粒料 化學摻料 3 3 細粒料 粗粒料 3 3 (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) 3 3 (kg/m ) (kg/m ) 300~384 81~250 358~397 239~793 0~665 0~109 5.範例五 [5.6] 王世賢 使用北部某 1 處焚化廠處理後焚化再生粒料取代 部分天然細粒料,由結果顯示當取代比例達 20%,並搭配速凝 劑,控制性低強度回填材料(CLSM)初凝時間可控制在 4 小時以 內,參考表 5-5 所示。 39
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第五章 焚化再生粒料應用於控制性低強度回填材料之配比設計 [5.6] 表 5-5 參考配比範例五 焚化 化學摻料 天然 天然 焚化再生 3 水灰比 再生粒料 拌合水量 水泥量 (kg/m ) 粗粒料 細粒料 粒料 3 3 (W/C) 取代比例 (kg/m ) (kg/m ) (速凝 3 3 3 (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (%) 劑) 10% 190 133 400 1076 164 10 1.43 20% 200 140 400 912 328 10 10% 190 142 400 1076 164 10 1.33 20% 200 150 400 912 328 10 10% 190 152 400 1076 164 10 1.25 20% 200 160 400 912 328 10 5.4 參考文獻 [5.1]胡志誠,「焚化廠底灰應用於工程回填材料之環境安全性研究」, 國立臺灣大學,碩士論文,2004。 [5.2]陳怡伶,「都市垃圾焚化底渣於管溝回填應用之探討」,國立中華 大學,碩士論文,2006。 [5.3]財團法人臺灣營建研究院,「高雄捷運透水材料與 CLSM 應用研 究」(TRR-92005),2005。 [5.4]陳世鐘,「高高屏垃圾焚化爐底渣於工程應用之可行性探討」,國 立屏東科技大學,碩士論文,2007。 [5.5]廖明村、朱祐弘、周劍平、馮金源、羅佩瑜,「102 年推動焚化底 渣再利用計畫」,環境部,專案研究報告(EPA-102-H101-02-151), 2014。 [5.6]王世賢,「焚化爐底碴及廢混凝土塊應用於控制性低強度材料工 程及環境效益評估之研究」,國立中央大學,碩士論文,2005。 40
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