輕質骨材

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主講人/梁東海
職 稱/台中市工程技術顧問公會理事長
章節架構
前言
應用
 綠色能源
。太陽能光電產品
。風力發電設備
。LED節能照明
2
 再生材料
。飛灰、爐石
。廢液晶與廢玻璃
。廢棄橡膠
。輕質骨材
。營建廢棄物與再
生骨材
天然材料
。植物材料
。木材材料
。卵塊石
。植生被覆材料
1
壹。
前言
3
前言
 永續:目前世界發展主流,營建業身處其中要角
 營建工程生命週期
 從無到有的生產工作,規劃與設計階段決定大部分之成敗
 能否達到節能減碳、永續使用及施工材料之選用,多由設計者決定
 節能減碳、可再生、可循環、低污染甚至無污染等,目前各國努力目標
 綠色能源、綠色材料
 國內推動綠色內涵兩大主軸、公共工程節能減碳重要作法
 綠色能源
 狹義:消耗後可復原或補充,很少產生污染的可再生能源
═ 如:水、生物、太陽能、風能、地熱能和海洋能
 廣義:涵蓋能源生產及消費過程中對生態環境低污染甚至無污染的能源
═ 能源光電雙雄(LED與太陽能電池)、風力發電
 綠色材料
 再生材料與天然材料之功能、效果以及應用作法等
 進一步應用在公共工程規劃設計中
4
2
貳。
綠色能源之應用
5
綠色能源
 全球人類面臨重大問題
 未來最熱門五大綠色行業
 全球暖化、能源枯竭、
海平面上升
 環保節能意識高漲
台灣可發展
再生能源
 沼氣發電、太陽能、
風力發電、綠色工程、
綠色建築
節能社會低碳經濟
發展潔靜能源
積極節約能源
太陽能、風能、生質能、
水力、海洋能、地熱、
氫能與燃料電池
節能照明、效能空調、
省能運具、高效能能源
管理
台灣可運用
節能方式
綠色能源產業
(納入六大新興產業)
主力產業(能源光電雙雄)
一般具潛力產業(能源風火輪)
太陽光電、LED照明
風力發電、生質燃料、電動車輛、
能源資通訊、氫能與燃料電池
已有產業良好基礎,具躍升能量
技術發展處於研發階段,具產業發展條件
2009.4.23訂定「綠色能源產業旭升方案」,6.12立法通過「再生能源發展條例」
6
〔來源:綠色能源產業旭升方案〕
綠色能源-太陽能光電產品
 太陽能
 最大、最重要可再生能源來源,每年提供全世界1萬倍天然能源需求
 發電方式比較
發電方式
來源
風力
取之不盡
火力
發電成本(元/度)
2-3(愈來愈貴)
煤及石油將用盡 2-3(愈來愈貴)
環保優缺點
1. 無釋放CO2
2. 產生噪音
發電1度釋放0.6kgCO2
水利
地點而異
2-3(愈來愈貴)
水庫集水區會釋放CO2
核能
鈾礦將用盡
2-3(愈來愈貴)
廢燃料釋放輻射線
太陽能
取之不盡
目前約7 (愈來愈貴)
1. 無釋放CO2
2. 無噪音
7
綠色能源-太陽能光電產品
 台灣太陽能產業發展
 2000.5公佈「太陽光電發電示範系統設置補助辦法」
 2004開始推動「全國369鄉鎮中小學太陽光電專案」
 太陽光電產業發展現況與願景
8
〔來源:綠色能源產業旭升方案〕
綠色能源-太陽能光電產品
 全球區域太陽光電發電累積量
9
〔來源:EPIA〕
綠色能源-太陽能光電產品
 分類1:光能轉換為熱能
10
綠色能源-太陽能光電產品
 分類2:光能轉換為電能
11
綠色能源-太陽能光電產品
 應用領域








發電廠
攜帶式電源
太空用發電系統
住宅用電力系統
偏遠地區發電系統
交通標誌、號誌之電源
產業工商用電力系統
緊急防災用電力系統
═ 山區、離島…
 交通工具之電源
═ 車、船、飛機、飛行船…
 消費性電子產品之電源
═ 手錶、時鐘、電子計算機、充電器、燈、玩具…
 民生、道路、農林漁牧、通訊、建築物、產業
12
綠色能源-太陽能光電產品
 BIPV建築一體化
 具建材功能之太陽光電
模組與建築物結合
 考慮建築物空間利用、
結構安全及美觀可見度
 縮短建築施工時間、
降低整體建築成本,
避免系統設置二次施工
建材一體型(Light through)
建材一體型(Light shield)
13
綠色能源-太陽能光電產品
BIPV
建築
一體化
踞置型貼覆式
踞置型架高式
14
綠色能源-太陽能光電產品
BIPV
建築
一體化
鐵公路上的應用
屋瓦型
15
綠色能源-風力發電設備
 風力發電
 除水力發電外,技術最成熟、最有效率、最經濟及產能最大
 發電成本可與傳統燃油發電成本相抗衡,甚至更低於天然氣
 至2009年底,所有風電機組的發電量達到每年340太瓦
占全球用電總量的2%,風能創造產值高達50億歐元
 風機裝機量在2009年增長率為31.7%
═ 美國(39.3%),加拿大(40.1%),法國(32.8%)
═ 增長率超過100%:墨西哥、土耳其、中國、摩洛哥
═ 全球新增裝機量:亞洲(40%),北美洲(28%),歐洲(27.3%)
 由數據顯示,風力發電已成為世界各國爭相發展且已成為全
球成長最快速之再生能源
 台灣合計至少有4,800MW的風電發展潛力
═ 陸上1,600MW以上 + 海上3,200MW以上
═ 每2MW約一億元,約有2,400億元商機,足以扶持國內中等規模企業
16
綠色能源-風力發電設備
國內小型風力發電應用案例
建築物結合景觀
巴林世貿中心
商場設置風力機
頂樓設置風力機
國際小型風力發電應用案例
17
綠色能源-LED節能照明
 LED ( Light Emitting Diode, LED)
 發光二極體簡稱
 由半導體材料製成發光元件
 優點
 節能、搭配性、耐久性、
環保、多樣化、調光容易
 缺點
 光源未標準化
 價格高於市售放電光源產品
 LED發光效率,需要更多散熱元件,導致成本提高、可靠度降低
18
綠色能源-LED節能照明
 LED照明光電產業發展現況與願景
19
〔來源:綠色能源產業旭升方案〕
綠色能源-LED節能照明
 LED經濟效益評估
 就節能或長時間耗費成本,LED 燈具未來具競爭力
 LED 燈、省電燈泡與白熾燈泡之成本比較
LED 燈
省電燈泡
白熾燈泡
使用壽命(hrs)
60,000
6,000
1,500
價格
1,750
160
15
發光效率(lm/W)
40-80
45
12
900
2,700
9,000
1
10
40
燈泡耗材費用(元)
1,750
1,600
600
使用六萬小時之總成本(元)
2,650
4,300
9,600
使用6萬小時所需之電費(元)
使用6萬小時所需之數量
20
〔來源:PIDA〕
綠色能源-LED節能照明
 應用於道路照明
 在重要城市道路上,國際有嚴格的標準
═ 照度20 Lux,均勻度0.4 以上
 主要功能
═ 交通安全
═ 行人安全
═ 幫助方向辨別
═ 改進交通導向性
═ 減少事故和犯罪
 設計考慮
═ 照度充足
═ 亮度均勻
═ 節約能源
═ 誘導行車
═ 光色宜人、避免眩光
21
3
參。
再生材料之應用
22
再生材料
 資源永續再利用原則
 廢棄物減量(Reduce)、重複使用(Reuse)、
再生利用(Recycle)、能源回收(Recovery)
 綠建材
 定義 ═ 原料採取、產品製造、應用過程和使用以後的再生利用循環中,
對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的材料
 目的
═ 減少營建素材之開採,符合綠建築二氧化碳指標
═ 廢棄物資源有效再利用,符合綠建築廢棄物減量指標
═ 鼓勵業者創新研發新技術,提高回收再利用材料使用比例
═ 藉標章認證確保回收再利用建材對環境無害且品質性能符合標準
 特性 ═ 再使用、再循環、減量、低汙染
 優點 ═ 健康安全、生態材料、回收再用、材料性能
 廢棄物資源化,再生利用於公路工程
 飛灰、爐石、廢玻璃、廢棄橡膠、輕質骨材、營建廢棄物與再生骨材
 卜作嵐材料(飛灰、爐石粉等)原屬工業廢棄物,現被廣泛使用
23
再生材料
 台灣再生資源每年產量
 飛灰(台電)-500萬噸
 廢玻璃-170萬噸
生產超過 1仟萬噸再生綠建材
 爐石粉(中鋼)-300 萬噸
 河川淤泥-100萬噸
 水泥
 價格昂貴,生產耗能大、污染亦多,生產1公噸水泥排放0.85公噸CO2
═ 台灣2005年水泥總消耗量1,500萬公噸→排放1,275公噸CO2
═ 以爐石、飛灰替代水泥,可大幅減少CO2排放
 混凝土
 不可或缺材料,提昇工程效益,減少水泥用量,延長結構壽命
 水庫淤泥
 變成綠金,製成輕質骨材,解決蓄水問題,克服砂石短缺
 處理方式 ═ 掩埋(或填方)、拋海、農地改良、固化燒結
 應用於混凝土可充分發揮耐震、隔熱效果
═ 如:莫拉克颱風土石鬆動總量達12億立方公尺,相當於4個石門水庫
24
再生材料
混凝土
填充料
膠結材料
粗骨材
細骨材
混凝土
水泥砂漿
水泥
水
水泥漿
掺料
特殊混凝土
輕質混凝土
◎ 混凝土變革
傳統
耐久性
高強度
高性能
優生高性能
安全性
安全性
工作
耐久
性
經濟性
25
安全性
工作
性
工作性
安全
生態
經濟
耐久
再生材料
水庫淤泥
旋窯造粒
水庫淤泥輕粒料
水庫淤泥輕質混凝土
水庫淤泥自充填輕質混凝土
26
再生材料
 材料特性與環保結合
 隔熱和防火
 建築物降低靜重,
減少水平力
 省電節能
 防火特性
礦粉掺料
飛灰
爐石
淤泥
輕質骨材混凝土
工程性質
耐久
綠色建材
卜作嵐材料填塞孔隙而強化界面功能
27
玻璃粉
隔熱
再生材料-飛灰
 功用
 取代部分水泥和細粒料,廢物再利用,解決環境問題
 火力發電廠燃煤靜電收集,屬人造波索蘭材料
飛灰
 為極細玻璃質圓球體,主要由SiO2與Al2O3組成
 C類:具卜作嵐活性,些微膠結性,多為淡褐色
 F類:僅具卜作嵐活性,淺灰色或灰色
 利用現況




混凝土工程(預拌混凝土)
回填工程、道路工程、土壤改良
廢棄物固化
輕質骨材
F類
 效益
 減少空氣含量
 降低水化熱
 延緩凝結時間
28
C類
再生材料-飛灰
 摻F類飛灰高性能混凝土(HPC)
 達優良工作度與長期超高強度
 抗壓強度超過8,00MPa
 如:高雄85大樓、台北101、
屏東海生館、地下鐵路工程
29
高雄85大樓
台北101
 應用於CLSM
 低強度為工程使用目標
 可大量摻用F類飛灰為填充料
 管線回填材料採用CLSM
再生材料-爐石
 優點




品質穩定
優良卜作嵐材料
增加混凝土工作性
提升強度及耐久性
 氣冷爐石
爐石粉
氣冷爐石
 生產鑄鐵(生鐵)過程中,
礦渣廢棄物在空氣裡緩慢冷卻
 水淬爐石
 液體礦渣在高溫下,
迅速噴水和空氣急速冷卻,
呈現非結晶型的玻璃狀態
30
水淬爐石
再生材料-廢液晶與廢玻璃
 廢玻璃砂
 比重 2.45
 F.M. 3.37
 台灣玻璃資源化
• 垃圾量逐年攀升,回收工作極為重要
 有廢玻璃資源化困難之徵兆,僅佔總回收量2.62%
1. 回收材料來源
2. 回收材料掺配比率
來源規定
再生材料
再生材料
種類
成份
31
掺配比率
掺配比率
3. 產品個別要求
4. 其他要求
個别要求
特殊功能要求
安全性
功能性
再生材料-廢液晶與廢玻璃
 廢液晶玻璃粉
行星式球磨機研磨
比重 2.56
32
細度 5000 cm2/g
再生材料-廢液晶與廢玻璃
第一屆創意混凝土-金莎
無水泥透光混凝土
玻璃砂應用於瀝青混凝土
透光混凝土
建築物可採日光省電
33
產生輕微反射
提升晚上能見度
改善行車安全
再生材料-廢棄橡膠
 橡膠特性





抗壓縮強度高
吸收能量之能力佳
承受大變形與優良回復性
良好的電絕緣性質
疲勞、磨損和腐蝕抵抗能力強
 廢輪胎橡膠
 增進整體經濟發展,砂石資源和勞力市場短缺,環保觀念
 水刀科技、再生利用、垃圾減量
 效益
 廢輪胎橡膠改質瀝青混凝土,彈性佳、壽命增長,節省養路經費
 廢輪胎做成隔音牆,有效降低音量10分貝
 橡膠塊粒隔音牆優點
═ 價格較低、施工迅速、隔音效果較佳
 混凝土添加廢橡膠會影響其工作度及強度下降,但延性提高有助混凝土
抵抗反覆荷載能力,應用於非主結構混凝土工程上
34
再生材料-輕質骨材
 觀念革新
 過去:樑柱越粗越大,房子越堅固安全
 經歷:九二一地震後,鋼筋混凝土並不見得牢靠
 現在:建築輕量化反而是抗震良方
 骨材(LWA)
 顆粒密度介於0.2~1.8 g/cm3 的一種多孔質粒料
 主要用以替代混凝土中的碎石或砂
 混凝土中約占60~75%體積,具舉足輕重之重要性
 優點
 質輕與強度、隔熱性能、抗震性能、耐火性能、施工適應性
 ex:國道六號
 再生利用水庫淤泥製作輕質骨材混凝土
═ 減輕重量1/4,降低造價
 再生利用爐石粉製作高性能混凝土
═ 爐石粉取代部份水泥
═ 減少碳排放約21.3萬噸,相當2.1萬公頃林地每年碳固定量
35
再生材料-輕質骨材
 Stolma Bridge(挪威)
 總長467公尺,世界上最長懸臂橋
 One Shell Plaza Tower (美國休士頓)
• 為目前世界上最高的輕質混凝土建築
36
再生材料-營建廢棄物與再生骨材
 營造廢棄物(87年建研所專題研究)
 新建工程57%(混凝土塊、磚、瓦、土石等約佔40%)
 拆除工程43%(混凝土塊及磚瓦等約佔85%)
天然骨材
 再生骨材
 受到廢棄混凝土成份、再生處理方式影響
 再生骨材混凝土新拌及力學性質
 受到再生骨材之粒形、比重、吸水率、
含水量及表面砂漿附著量影響
低品質再生粗骨材
37
中品質再生粗骨材
高品質再生粗骨材
1
案例。
2009世運會主場館
〔來源:高雄市政府工務局新建工程處〕
38
2009高雄世運會主場館
 結構型式
 屋頂採鋼構造
 觀眾席採RC造
39
2009高雄世運會主場館
 內政部綠建築候選證書
 綠建築九大評估指標(95/10/30已取得九項)
40
2009高雄世運會主場館
 日照檢討-運動與綠建築兼具概念
41
2009高雄世運會主場館
 自然通風設計-兼具節能與舒適設計理念
42
2009高雄世運會主場館
 輕量化屋頂設計-兼具美觀與節省鋼材
43
2009高雄世運會主場館
 屋頂設計-兼具節能、耐震與鋼構輕量化
44
2009高雄世運會主場館
 結構體設計-兼具安全及節能
屋頂結構
上看台結構
馬鞍結構
下看台結構
基礎結構
45
2009高雄世運會主場館
 太陽能光電板發電量及面積




46
屋頂面積約= 21,822 m²
太陽能板面積=9,714 m² ,8,844片
膠合玻璃面積約= 10,325 m²
天溝面積=1,783m2
 裝置容量1027.4 kW > 1000 kW
 每年發電量112 萬度> 110 萬度
 每年減碳量672噸
2009高雄世運會主場館
 火力發電1度,產生二氧化碳0.6kg
 節能減碳效益
 1年發電1,100,000度x 0.6kg  減少二氧化碳660噸
 等同660輛油電共生混合車(1輛減少1噸/年計)
 等同種33公頃樹木(每公頃樹木減少20噸二氧化碳/年)
 其他預期效益
 降低成本及節能
═ 採用建材一體型光電版,降低初置成本
 發電量回饋
═ 可提供288戶家庭的年用電(以台灣每戶每月平均用電量318度計算)
═ 平常無賽事時,扣除所需電力,其餘部分回賣電力公司
 環保教育示範
═ 藉由學校單位戶外教學,教育學生對再生能源的瞭解
47
2
案例。
高雄捷運
-爐石飛灰之應用
〔來源:高雄市政府捷運工程局,2008〕
48
高雄捷運-爐石飛灰之應用
 使用高爐水泥混凝土及自充填混凝土
 其中直接採用CNS之高爐水泥作為混凝土水泥原料,更確保
混凝土品質
 主結構體混凝土量約317萬方
 採用高爐水泥約為100萬方,達節能減碳之目的
 混凝土之規定
 地下永久性結構物視所在需求,採用適當型式水泥
 臨海及部分路段土壤與水質含氯鹽量較高,提出因應對策
 採用高性能混凝土
═ 提出滿足強度、耐久性、水密性等需求之充分佐證資料
═ 即允許採用各種符合性能需求混凝土,含自充填混凝土
 供應混凝土之預拌混凝土廠以通過國家驗證為優先
 混凝土完成表面應平滑、色澤均勻,且保護層足夠
49
高雄捷運-爐石飛灰之應用




供應廠商以通過優質標章廠商優先採用
不同鹽害程度採用不同等級抗硫混凝土
高鹽害區潛盾隧道環片厚度加厚為28公分
混凝土型式
 除部份高架採Ⅰ型低鹼水泥及隧道環片採Ⅱ型低鹼水泥,使用高爐水泥
 第03315章自充填混凝土
 適用於需要自充填性、不適合振動搗實、單位時間澆置量大
及泵送距離長遠等工程
 相關性能分別以坍流度試驗、黏稠性(V型漏斗)試驗、鋼
筋間隙通過試驗表示
 擬定品質計畫與施工計畫
═ 品質計畫書應載明配比、組成材料、新拌混凝土性質與硬固混凝土
性質等各項檢驗、標準、規定或自主檢查之相關內容
50
高雄捷運-爐石飛灰之應用
 結構體及路段使用混凝土種類之情形
R5-R8及O1-O4
車站及路段
其他車站及路段
重要永久性結構物*1
抗硫混凝土
(嚴重程度) Ⅲ
抗硫混凝土
(中等程度)
連續壁
抗硫混凝土
(中等程度) Ⅱ
一般混凝土*2
(使用CNS 3654 IS型之高爐水泥)
其他結構物
一般混凝土 Ⅰ
一般混凝土
 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ分別為高爐爐碴熟料量30±5%、45±5%、55±5%對應之高爐水泥
1:連續壁如屬單牆或複合牆構造體時應依照永久性結構物混凝土之規定
2:連續壁如於結構分析中考量分擔永久結構體所承受之土壓力或浮力,
則該連續壁應使用抗硫混凝土(中等程度),並標示於細部設計圖
51
高雄捷運-爐石飛灰之應用
 SCC應用
R12車站側牆、樓版SCC澆置
博愛橋托底工程
52
CR1、CR2車站隔間牆
O8車站側牆
高雄捷運-爐石飛灰之應用
 國內相關工程SCC案例配比
工程名稱
強度
psi
水泥
爐石
飛灰
kg/m3 kg/m3 kg/m3
W/B
藥劑
kg/m3
備註
台北地鐵松山4000
南港延伸段
200
100
100
0.46
6.3
中山高員林高雄段拓寬
工程531標
3500
250
123
82
0.41
6.8
海洋博物館
4000
220
70
115
0.45
7.0
高雄捷運R12
車站工程配比
4000
300
---
100
0.44
6.8
使用KⅡ高爐水泥
高雄捷運O8
車站工程配比
4000
450
---
---
0.389
5.85
使用KⅡ高爐水泥
53
零耗能社區:希望之屋
 在低碳經濟趨勢下,台灣綠建築正要起步
 而低耗能綠建築將成為未來建築產業主流
 英國貝丁頓零耗能綠房子(BedZED)
54
課程結束
歡迎提問
55

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