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取代水泥的永续材料——飞灰

取代水泥的永续材料——飞灰
飞灰,顾名思义为飞扬于空气中的细微颗粒。根据工程会颁布之公共工程使用飞灰混凝土作业要点,其定义飞灰系指煤粉经由锅炉燃烧,随气体排放,以集尘设备收集而得的粉末。在早期,工厂及火力发电厂等所排放的飞灰尚未被妥善处理,是空气污染的来源之一,大大影响生活品质。而在工程研究发现飞灰的再利用价值之后,如今飞灰已被视为相当重要的工程材料,随着需求不同,可用于土壤稳定,或作为沥青、混凝土的掺料等等。需求量日渐增长,甚至供不应求而使得价格日趋提高。

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图解:水泥及飞灰外观

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图解:飞灰在电子显微镜下之影像(3000x)
剖析混凝土的组成结构,主要为水泥浆体与粗细粒料的结合。飞灰被分类为卜作岚材料,主要成分包含:二氧化矽、氧化铁、氧化铝、氧化钙。卜作岚材料包含有三:飞灰、炉石、矽灰,其主要功能为在水泥的硬化过程中进行卜作岚反应。卜作岚反应使得水泥的硬化过程变得较为缓慢,化学反应热降低。随着长时间的养护,混凝土中的孔隙以及浆体粒料之交界面逐渐被卜作岚材料胶结而填充,大大提高了混凝土的强度与致密度,同时也增加了混凝土的抗侵蚀能力与耐久性。
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图解:一般混凝土及飞灰混凝土的强度发展
 由于飞灰的比重相较于水泥来得低,我们在制作混凝土时,若将部分的水泥用量以等重的飞灰取代,拌和混凝土时会得到较多的浆体量。同时飞灰颗粒形状呈球型、表面洁净,在拌和过程中有良好的黏结性及可塑性,让施工更加顺利。飞灰取代水泥也能降低水泥硬固化所需的水量,以较低的水灰比,制得高强度的混凝土。依照飞灰特性与效益,在营建工程上,适合用于坝体建造或是港湾等工程,低反应热避免因温度变化差异产生结构体裂缝,能抵御海水、盐类的侵蚀。在建筑材料方面,可减少材料用量、降低成本,具有良好工作性、质轻、防火、抗侵蚀等特性。
从环境永续发展的观点,现今水泥的制造伴随着可观的温室气体排放量,工厂生产一吨的水泥约排放出一吨的二氧化碳。而飞灰为燃煤工业之副产物,回收再利用,确实达到节能减碳、降低空气污染之目标,对于环境有相当正面的影响。目前各国也多有以飞灰作为工程材料再利用的措施。以2008年美国为例,燃煤发电厂飞灰的年产量约有1.3亿吨,重新使用率为43%。2000年之后的台湾台电公司每年飞灰产量约170万吨,重新使用率达88%。而在飞灰的使用与品质筛选上,也有许多要注意的地方,应须依据规范,使用品质合格的飞灰以及合宜的配比、正确的施工流程,避免建物结构有安全上之疑虑。

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