水库淤泥烧制轻质骨材之研究

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1、水庫淤泥燒製輕質骨材之研究AStudyonthePreparationofLightweightAggregatesusingReservoirSediments傅建璋I雷大同2C.C.Fu1D.T.Ray21國立成功大學資源工程系研究生1GraduatestudentoftheDepartmentofResourcesEngineering,NationalChengKungUniversity・2國立成功大學資源工程系副教授JJ‘"AssociateProfessoroftheDepartmentofResourcesEngineering,National

2、ChengKungUniversity.摘要台灣地區水庫因地質因素及人為不當的開發，造成淤積情形十分嚴重，淤泥的堆積影響水庫的使用年限關係甚鉅。水庫淤積之清理包括二項重要工作，一為淤泥之清除，另一為淤泥之資源化，淤泥如僅止於清除，而無妥善處置，不僅產生環保問題，且亦可能產生二次公害，若能有效地利用水庫淤泥，除可避免環保及二次公害問題，亦可達到資源再利用之目的，以水庫淤泥燒製輕質骨材，為水庫淤泥資源化之新途徑。本研究以採自石門水庫之淤泥為試驗樣品，淤泥之化學組成經分析係位於Riley三成份相圖之膨脹區中，顯示適於燒製輕質骨材。將水庫淤泥以不同的熱處理條件燒製，結果

3、顯示：升溫速率＞5°C/min,1250°C持溫30分鐘，燒製之輕質骨材，體密度在1.5-1.6g/cn?之間，吸水率低於1%,抗壓強度在20MPa左右，符合土木工程配製混凝土的要求。關鍵詞：水庫淤泥、輕質骨材、升溫速率。壹、前言台灣地區水庫因地質因素及人為不當的開發，造成淤積情形十分嚴重，淤泥的堆積影響水庫的使用年限關係甚鉅。水庫淤積之清理包括二項重要工作，一為淤泥之清除，另一為淤泥之資源化，後者尤為重要，否則不僅容易產生二次公害，且亦阻礙清淤工作之展開，研發水庫淤泥的有效利用途徑，除可避免環保及二次公害問題，亦可達到資源再利用之目的。輕質骨材指天然或人造的礦

4、物及岩石，密度在0.9至1.8g/cn?之間，用於製備混凝土建築、輕質結構混凝土、預鑄混凝土之主體材料，由於密度較傳統之石骨材低，由其製備之混凝土有質輕的特點，可減輕建築體之總重，在橋樑及高樓建築上，具有多項優點，主要為可降低基礎結構設施的重量及震動慣性力，是屬於綠色概念的建築原料。輕質骨材早在上世紀中葉即開始使用，近年來由於資源、環保及綠色概念的興起，已成為解決二十一世紀人類環境問題，達成永續發展極具前景的利器之一。天然輕質骨材包括浮石、火山渣、凝灰岩、火山角火山灰等火山活動產物⑴，但品質及產量不穩定；人造輕質骨材則大都以飛灰、底灰、熔渣、焦炭渣、污泥等工業廢

5、棄物，及黏土、矽藻土、沸石、頁岩或板岩等天然礦物岩石為原料，使用旋窯或定窯以火法程序，在1000〜1200°C的溫度燒結合成S）,以廢棄物產製輕質骨材，尚有廢棄物減量、資源再利用及環境保護之重大意義。製備輕質骨材之原料需具備三項基本膨脹條件，一是原料中需含H2O、CO2、SO2、0?等成份，在高溫燒結時可自原料中揮發而岀；二是在燒結過程中，黏滯之玻璃相能在相當寬廣之溫度範圍內在胚體中產生，將揮發氣體包覆，而在燒結體中形成胞狀孔隙（“）；三是在冷卻過程中能於表面形成不透水的玻璃膜，使骨材不透水。原料中具有揮發氣體的物質為氧化鐵、有機質、碳酸礦物及礦物之結晶水，其中

6、以氧化鐵的還原反應及有機質燒失所放出之氣體，是原料於高溫時發泡膨脹的主要原因（岚）。基於上述條件，Riley以SiO2-Al2O3-MxOy（^渣）三成份相圖說明，具備良好膨脹性陶瓷原料之配比範圍如圖1所示虛線包圍之區域⑼，由圖可知，製備輕質骨材原料之化學組成為SiO2:55-80%,A12O3:10-25%,熔渣（Fe,Mg,Ca,K,Na之氧化物）:8・22%。SiO250%叫50%AlgO^[CqO,MgO,

7、成點）⑼。原料之地質年代、礦物組成及有機質含量皆會影響輕質骨材之膨脹性質。台灣西部地區水庫大都位於中新世（約2300萬年前）至上新世（約200萬年前）沉積岩岀露之地帶，這些地區之沉積岩係由砂岩、頁岩、泥岩構成，而砂岩之主要組礦物為石英，頁岩、泥岩為黏土礦物，因此水庫淤泥之礦物組成一般以石英及黏土礦物為主，石英約佔40%,黏土礦物則以伊萊石及綠泥石佔大宗，其比例約為7:3（,0）o本研究以採自石門水庫之淤泥為試驗樣品，探討水庫淤泥之基本特性，如粒徑分佈、礦物組成、化學組成、加熱性質等，進行輕質骨材之燒結試驗，探討燒結溫度、持溫時間、升溫速率等因子對產物性質包括密度

8、、吸水率、視孔隙率、抗壓