垃圾焚化飞灰之熔碴粉对混凝土抗压强度之影响

1.3研究目的
由于国内人口快速成长及台湾土地原本就属于非常狭小，可使用的土地非常有限，加上台湾可使用的资源有限，国内水泥的开采及砂石资源短缺，使得部分营建工程进度压力的增加，也增加工程成本，倘若不谨慎思考如何有效的应用水泥及砂石资源，或是以其它的材料来取代部份水泥及砂石，则日后将会造成更大的营建能供应源使用问题。再者，许多先进的国家对于卫生掩埋场及焚化炉的兴建多数已不再增建，台湾垃圾焚化厂的兴建，也预计由36座缩减至32厂，而是改以如何延长垃圾卫生掩埋场、焚化炉的寿命方式及兴建飞灰熔融厂为主要策略目标，以减少不必要的土地、资源双重浪费，及降低对自然生态环境之冲击，再朝向资源有效利用，资源再生利用和永续发展的大方向迈进而努力；有鉴于此，以此为出发点而延伸出下列之研究目的：
1.探讨垃圾焚化飞灰熔碴粉的基本性质，及有害物质〈重金属〉的溶出量。
2.以垃圾焚化飞灰熔碴粉取代水泥制成混凝土试体，并判定是否具卜作岚反应，及有害物质〈重金属〉的溶出量。
3.以垃圾焚化飞灰熔碴粉取代水泥制成混凝土试体，探讨早、晚期之强度的变化，及对工作性和耐久性之影响。
4.分析以垃圾焚化飞灰熔碴粉取代水泥的最适宜之取代量。
1.4研究之重要性
近年来由于环保意识抬头使得最近有了许多相关文献皆针对此为大方向作研讨、研究，但事实上环保观念于早期已有相当的讨论发展，再加上近年来人类损耗资源速度太快无所节制，发觉地球上的资源越来越少，若是不懂节约、节能，或更有效利用资源，未来我们的子子孙孙会因资源耗尽，就无资源可以使用。再纵观台湾现今最大的问题乃是垃圾无处去，及垃圾焚化后的灰烬最终处置的问题，也可由之前常引发兴建垃圾掩埋场及兴建焚化炉厂，有毒废气排放、有害物质处等等社会问题，有鉴于此，我们应寻求解决这些问题，及对人类永续发展做考虑；针对这些问题应从垃圾及焚化灰烬减容、减量方面，及废弃物有效再利用着手，不再多兴建卫生掩埋场及焚化炉厂，改以增加焚化炉效能、延长寿命为主，及焚化后灰烬何处去为主要的考虑，再者本研究以焚化飞灰熔碴粉，以其性质之安定、无毒性，取代水泥为主题，探讨焚化飞灰熔碴粉应用于混凝土材料之可行性；除可解决上述之问题外，又可减少焚化废弃物数量，提供一安全、稳定的营建资材取得方向，减低土地及资源双重压力，又可兼具环保性、生态性及资源再生利用之效，以达永续发展之境。
1.5国内外相关研究情形
圾焚化飞灰之资源再利用，在国外已有应用于钢筋混凝土制品之案例，根据(北进，2000)[11]等人研究成果中显示出所制成之成品，在抗压强度及重金属溶出等均符合规定之需求。另外，在国内已有许多专家学者针对焚化飞灰之资源化提出许多研究文献，大部分研究中，只针对取代水泥应用于水泥浆体或水泥砂浆体中，亦有专家研究如何控制焚化飞灰高温熔融时，每个阶段加温之时间控制、加温时需添加何种矿物以弥补焚化飞灰材质先天之不足，及熔融时最佳温度等，提出宝贵的见解；本研究乃综合上述文献中所得到之垃研究结果，拟定出研究计划，希望能研究出焚化飞灰之熔碴粉对混凝土工程性质的影响，及使用之最佳添加量，并由其它微观试验左证，了解添加焚化飞灰熔碴粉，可能产生之结果，以利转化废物为资材。及提供本材料应用于混凝土使用之依据。
2.研究方法
2.1试验材料
焚化飞灰：(如图3-2)
由中联炉石处理资源化股份有限公司所提供之焚化飞灰（同一批）。
高温熔融焚化飞灰之熔碴粉：(如图3-3，图3-4)
经1100℃处理之焚化飞灰熔碴，经研磨成细粉（细度约达2300cm2/g）。
水：
本试验取用斗六市自来水，符合CNS1237[混凝土拌合用水]之要求。
水泥：
本试验所采用之水泥为台湾品牌水泥，符合CNS61[卜特兰水泥]。
砂：西螺浊水溪砂（FM=3.1）
石：宜兰石（粒径=3/8″）。
2.2混凝土配比设计
配比设计为本研究流程之重要工作，依配比设计制作混凝土试体，本配比设计依据CNS613规范采用ACI配比设计法，以纯混凝土（对照组）与垃圾焚化飞灰（简称焚化飞灰）、及垃圾焚化飞灰经1100℃高温熔融之熔碴粉（简称熔碴粉）三种为主要材料变量，制成直径5㎝×高度10㎝之混凝土圆柱试体，而依水及水泥的重量比调整出0.58、0.65及0.70三个水胶比，再按照焚化飞灰或焚化飞灰熔碴粉取代部分水泥的比例为0﹪、5﹪、10﹪及15﹪，则其可规划出不同的配比组合，如表3-1及表3-2表3-3所示。
试验材料分组编号举例如下：
(1)P0.58─P表纯混凝土，0.58表水胶比，取代量0%