機 制 砂 應 用 於 混 凝 土 的 使 用 現 況 與 發 展 趨 勢 台 灣 引 進 中 國 大 陸 福 建 機 制 砂 的 發 展 背 景 文 : 國 產 建 材 實 業 研 發 中 心 楊 志 強 協 理 中 國 大 陸 自 1997 年 開 始 對 台 灣 開 放 天 然 河 砂 出 口, 隨 著 台 灣 基 礎 建 設 的 發 展 預 拌 混 凝 土 需 求 量 快 速 增 長, 也 使 得 台 灣 對 中 國 大 陸 天 然 砂 的 需 求 逐 年 遞 增 福 建 省 閩 江 賽 江 九 龍 江 等 地 的 天 然 河 砂 是 進 口 台 灣 的 主 要 來 源,2006 年 福 建 省 對 台 灣 出 口 河 砂 總 量 達 1800 萬 噸 ; 對 日 本 韓 國 新 加 坡 的 出 口 量 則 至 1200 萬 噸, 總 量 3000 萬 噸 約 占 中 國 大 陸 全 國 出 口 總 額 的 60%; 隨 著 福 建 省 經 濟 的 快 速 發 展, 當 地 的 用 砂 需 求 量 也 達 約 5000 萬 噸 / 年, 如 此 大 量 的 需 求 與 採 擷, 再 豐 富 的 資 源 也 有 枯 竭 的 時 候 ; 於 此 情 況 下, 中 國 大 陸 政 府 自 2007 年 3 月 1 日 起, 禁 止 天 然 砂 的 出 口, 此 一 斷 然 措 施, 確 實 重 創 台 灣 營 造 產 業 的 發 展 ; 之 後 台 灣 地 區 砂 石 業 者 與 有 關 單 位, 通 過 多 種 途 徑 向 中 國 大 陸 中 央 反 映, 迫 切 希 望 大 陸 方 面 盡 快 恢 復 天 然 砂 對 台 出 口, 於 是 在 2008 年 3 月 10 日 起, 中 國 大 陸 恢 復 對 台 港 澳 的 天 然 砂 出 口, 並 實 行 出 口 許 可 證 和 年 度 總 量 控 制 管 理 福 建 省 對 台 灣 天 然 砂 出 口 2013 年 控 制 在 295 萬 噸 以 內, 今 後 將 每 年 遞 減 10%, 隨 著 河 砂 對 台 灣 出 口 量 的 逐 年 遞 減 至 不 再 對 台 灣 出 口 圖 一 中 國 大 陸 福 建 省 主 要 供 給 台 灣 天 然 河 砂 之 河 川 分 佈 1
在 1997 至 2007 年 期 間, 台 灣 中 壢 以 北 的 細 粒 料 大 部 分 都 是 依 賴 本 島 花 蓮 砂 與 大 陸 進 口 的 天 然 砂 為 主, 花 蓮 砂 ( 粗 砂 ) 與 大 陸 天 然 砂 ( 細 砂 ) 的 搭 配 組 合, 就 混 凝 土 所 需 的 細 粒 料 級 配 組 合 而 言, 真 可 謂 是 絕 配 花 蓮 砂 屬 於 大 理 石 變 質 岩 類 礦 石, 此 類 礦 石 質 地 較 為 軟 韌, 砂 石 載 運 過 程 中 經 過 多 次 的 翻 摔, 粒 料 彼 此 間 的 摩 擦 會 產 生 額 外 的 石 粉, 致 使 花 蓮 砂 的 75μm(#200) 以 下 含 量 均 在 8% 左 右,F.M. 多 介 於 2.9~3.1 之 間, 且 級 配 分 佈 多 集 中 在 #4 #8 #100 #200; 而 大 陸 天 然 砂 級 配 則 落 在 #16 #30 #50,F.M. 則 介 於 2.4~2.6, 兩 者 相 互 配 合, 級 配 曲 線 的 分 佈 恰 可 滿 足 CNS 1240 混 凝 土 粒 料 的 級 配 要 求, 加 上 天 然 砂 顆 粒 經 過 河 水 的 掏 洗, 粒 型 渾 圓, 讓 預 拌 混 凝 土 在 坍 度 工 作 性 抗 壓 強 度 可 以 滿 足 顧 客 需 求 的 條 件 下, 材 料 成 本 仍 相 對 的 具 有 極 佳 競 爭 力,1997~2007 真 可 謂 是 預 拌 混 凝 土 業 的 黃 金 十 年 2007 年 起 始, 大 陸 開 始 限 縮 甚 至 禁 止 進 口 天 然 砂 來 台, 過 往 十 多 年 以 來, 台 灣 的 預 拌 混 凝 土 業 者 已 經 習 慣 了 天 然 砂 的 應 用, 突 然 斷 絕 此 一 料 源, 且 一 時 間 亦 無 法 得 到 更 佳 的 替 代 產 品, 致 使 該 段 時 間 的 新 拌 混 凝 土 硬 固 混 凝 土 品 質 產 生 多 所 瑕 疵, 雖 然 業 者 積 極 尋 覓 菲 律 賓 越 南 北 韓 的 天 然 砂 以 為 替 代, 無 奈 運 輸 成 本 過 高, 而 台 灣 區 域 的 砂 石 供 應 無 法 順 勢 接 軌, 造 成 混 凝 土 的 價 格 也 隨 之 大 幅 調 漲, 甚 至 斷 料 情 況 層 出 不 窮 自 2008~2010 期 間, 大 陸 福 建 地 區 開 始 引 進 碎 石 的 下 腳 料 進 入 台 灣, 該 項 產 品 是 生 產 碎 石 的 副 產 品 (<4.75mm 之 殘 料 ), 當 地 俗 稱 為 石 粉 砂, 以 往 多 作 為 路 基 或 是 視 為 廢 品 囤 積 在 生 產 製 造 廠 中, 因 為 天 然 砂 的 缺 口, 讓 當 時 缺 少 細 粒 料 的 台 灣 市 場, 不 得 不 使 用 這 樣 的 產 品, 碎 石 的 下 腳 料 級 配 基 本 上 僅 有 #4 #8 #100 #200 的 組 合, 尤 其 偏 重 於 #8 及 小 於 #200 的 含 量, 跳 躍 級 配 的 狀 況 讓 混 凝 土 的 品 質 也 產 生 了 許 多 劣 化 狀 況, 為 解 決 碎 石 下 腳 料 跳 躍 級 配 的 問 題, 腦 筋 動 得 快 的 業 者, 則 以 水 洗 的 名 義, 將 碎 石 下 腳 料 倒 入 河 中, 再 連 河 砂 一 併 抽 出 ; 更 甚 者, 則 是 倒 入 河 海 交 口 處 水 洗, 或 是 直 接 抽 取 海 砂 填 補 石 粉 砂 級 配 中 #16 #30 #50 的 空 缺, 這 樣 的 細 粒 料 氯 離 子 含 量 濃 度 當 然 會 有 直 接 的 影 響, 也 就 形 成 近 日 媒 體 交 相 報 導 的 海 砂 事 件 2
圖 二 天 然 砂 與 石 粉 砂 ( 碎 石 下 腳 料 ) 的 篩 分 析 比 較 淺 議 機 制 砂 生 產 的 管 理 辦 法 2012 年 以 前, 台 灣 所 取 得 的 石 粉 砂 ( 碎 石 下 腳 料 ), 其 實 就 是 把 石 頭 打 碎 了 的 剩 料, 未 經 後 製 處 理 的 石 粉 砂, 預 拌 混 凝 土 廠 根 本 不 能 使 用, 因 為 使 用 之 後 的 混 凝 土 無 法 達 成 應 有 的 性 能 要 求 石 粉 砂 顆 粒 形 狀 多 呈 針 片 狀 或 是 三 角 形, 表 面 粗 糙 棱 角 尖 銳, 應 用 於 混 凝 土 中, 機 制 砂 顆 粒 相 互 咬 合 造 成 新 拌 混 凝 土 流 動 阻 力 增 大, 而 且 當 時 的 石 粉 砂 普 遍 存 在 細 度 模 數 偏 大 (F.M.=3.1~3.7) 級 配 不 良 石 粉 含 量 偏 多 的 問 題, 多 數 情 況 是 中 間 粒 徑 (#16 #30 #50) 顆 粒 含 量 少 兩 頭 (#4 #8 #100 #200) 顆 粒 含 量 多, 配 製 的 混 凝 土 易 產 生 工 作 性 差 容 易 泌 水 析 離 等 狀 況, 造 成 預 拌 混 凝 土 業 者 的 極 大 困 擾 圖 三 機 制 砂 天 然 砂 石 粉 砂 的 #4 粒 形 比 較 3
隨 著 大 陸 地 區 優 質 天 然 砂 的 供 給 資 源 減 少, 石 粉 砂 又 易 造 成 混 凝 土 品 質 上 的 不 可 控, 再 加 上 淡 化 海 砂 的 氯 離 子 濃 度 問 題 以 及 水 洗 砂 的 法 律 責 任, 再 再 的 箝 制 細 粒 料 來 源 供 給 台 灣 業 者 必 須 體 認 的 是, 機 制 砂 將 成 為 替 代 資 源, 機 制 砂 取 代 天 然 砂 是 必 然 的 趨 勢, 站 在 永 續 經 營 的 角 度 思 考, 如 何 將 目 前 的 機 制 砂 精 緻 化, 成 為 類 比 天 然 砂 成 品, 取 其 利 而 避 其 弊, 這 才 是 首 要 之 務 為 改 善 機 制 砂 的 級 配 分 佈 顆 粒 粒 型 以 及 石 粉 含 量 偏 多 問 題, 同 時 達 到 最 精 簡 的 生 產 成 本 控 制, 則 必 須 由 源 頭 選 擇 合 適 的 礦 石 母 岩 控 制 生 產 流 程 的 合 理 化 以 及 機 械 設 備 的 正 確 配 套 選 購 三 方 著 手, 三 管 齊 下 方 能 獲 致 優 質 的 機 制 砂 成 品 以 下 簡 述 國 產 實 業 對 於 上 述 三 項 措 施 的 管 理 作 業 辦 法 : 1. 選 擇 合 適 礦 石 母 岩 : 透 過 數 年 的 觀 察 與 探 勘, 筆 者 認 為 大 陸 福 建 的 地 質 條 件 或 許 可 以 約 略 的 由 閩 江 為 其 分 野, 閩 江 以 北 ( 寧 德 城 澳 ) 礦 脈 多 屬 凝 灰 岩 ; 以 南 ( 廈 門 漳 州 ) 則 為 花 崗 岩 岩 種 進 行 洛 杉 磯 磨 損 試 驗 時, 閩 北 凝 灰 岩 磨 損 值 多 落 於 10% ~18% 之 間 ; 閩 南 地 區 的 花 崗 岩 洛 杉 磯 磨 損 值 卻 為 42%~57%, 兩 者 岩 礦 有 迥 異 的 差 距 當 初 因 為 運 距 關 係, 本 司 組 織 內 部 曾 倡 議 由 閩 南 地 區 引 進 花 崗 岩 作 為 粗 粒 料 的 選 擇 料 源, 但 是 因 為 洛 杉 磯 磨 損 值 未 能 符 合 質 量 內 規 要 求, 故 而 作 罷 探 究 原 因, 本 司 所 取 得 之 花 崗 岩, 其 內 部 充 斥 著 許 多 黑 雲 母 白 雲 母 閃 角 石 長 石 等 物 質, 再 加 上 節 理 分 佈, 使 得 礦 石 的 弱 面 增 多, 亦 造 成 洛 杉 磯 磨 損 值 偏 高, 並 不 適 合 作 為 混 凝 土 粗 粒 料 使 用 4
圖 四 凝 灰 岩 與 花 崗 岩 之 比 較 但 是 若 將 閩 南 地 區 的 花 崗 岩 引 用 為 細 粒 料 的 礦 源 時, 透 過 機 械 破 壞, 將 內 部 組 織 的 雲 母 節 理 等 弱 面 去 除 後, 卻 又 可 以 純 化 為 石 英 花 崗 岩 等 礦 物, 本 司 透 過 中 國 國 家 標 準 建 設 用 砂 (GB/T 14684-2011) 的 壓 碎 指 標 衡 量 細 粒 料 的 堅 硬 程 度 時 ( 壓 碎 指 標 表 示 粒 料 抵 抗 壓 碎 的 能 力, 以 間 接 的 推 測 其 相 應 的 抗 壓 強 度 ), 其 值 約 介 於 7~9, 算 是 硬 度 極 佳 的 細 粒 料 ( 花 蓮 砂 的 壓 碎 指 標 值 為 12) 相 對 引 用 閩 北 凝 灰 岩 粒 料 作 為 細 粒 料 的 料 源 時, 因 為 礦 石 硬 度 極 佳, 欲 研 磨 碎 解 成 細 粒 料 時, 將 造 成 機 械 鋼 板 的 磨 耗 極 大, 而 且 細 粒 料 的 粒 型 總 是 棱 棱 角 角, 如 果 需 要 渾 圓 的 粒 型, 必 須 經 過 2 道 以 上 的 回 破 程 序, 對 製 造 成 本 而 言 並 不 經 濟 考 量 以 上 對 於 製 造 成 本 成 品 質 量 的 需 求, 所 以 本 司 乃 採 以 福 建 閩 南 ( 漳 州 廈 門 ) 礦 岩 作 為 細 粒 料 的 料 源 ; 而 以 閩 北 ( 寧 德 城 澳 ) 作 為 粗 粒 料 的 主 要 供 給 地 區 2. 生 產 流 程 合 理 化 的 控 制 砂 石 生 産 並 非 高 科 技 產 業, 但 卻 正 因 生 産 製 造 技 術 簡 單, 才 能 成 爲 用 量 巨 大 的 産 品 産 製 符 合 要 求 的 合 格 砂 石, 首 先 必 須 瞭 解 用 戶 的 需 要 ; 砂 石 的 生 産 者 必 5
須 具 備 混 凝 土 的 基 本 知 識, 瞭 解 和 清 楚 砂 石 在 混 凝 土 中 的 作 用 與 影 響, 方 能 依 用 戶 需 要 而 生 産, 同 時 必 須 能 教 育 顧 客 指 導 顧 客 正 確 的 選 用 ; 不 同 的 岩 石 具 有 不 同 的 物 理 及 化 學 性 質, 砂 石 生 産 者 還 須 具 備 一 定 的 礦 物 學 知 識, 以 便 正 確 選 擇 料 源 和 製 造 技 術 國 內 外 對 機 制 砂 的 相 關 研 究 多 集 中 於 對 其 工 程 應 用 和 性 能 的 檢 測, 被 動 的 應 用 機 制 砂, 忽 略 了 生 産 環 節 對 機 制 砂 性 能 的 作 用 機 制 砂 製 備 的 關 鍵 技 術 在 於 岩 石 的 破 碎 粉 磨 及 洗 砂 除 粉, 生 産 流 程 可 分 爲 以 下 幾 個 階 段 : 岩 塊 粗 碎 中 碎 細 碎 整 形 篩 分 除 粉 機 制 砂 在 實 際 生 産 中, 機 制 砂 的 破 碎 環 節 決 定 了 機 制 砂 的 細 度 模 數 級 配 以 及 顆 粒 形 狀 等 ; 此 外, 根 據 機 制 砂 除 粉 的 方 式 可 以 分 爲 濕 式 生 産 和 乾 式 生 産, 前 者 是 通 過 洗 砂 機 水 洗 的 方 式 除 掉 機 制 砂 中 的 泥 和 石 粉, 而 乾 式 生 産 則 是 通 過 集 塵 器 收 塵, 該 環 節 對 機 制 砂 的 石 粉 含 量 含 泥 量 以 及 泥 塊 含 量, 甚 至 級 配 等 影 響 極 大 因 此, 機 制 砂 各 項 物 理 參 數 明 顯 受 到 生 産 技 術 的 影 響, 研 究 機 制 砂 物 理 參 數 對 混 凝 土 性 能 的 影 響, 對 機 制 砂 企 業 的 生 産, 進 而 在 實 際 工 程 中 有 效 利 用 機 制 砂, 具 有 極 重 要 的 指 標 意 義 3. 機 械 設 備 的 正 確 配 套 選 購 制 砂 設 備 屬 於 石 料 破 碎 中 的 超 細 碎 設 備, 目 前 有 擠 壓 劈 碎 折 斷 和 衝 擊 破 碎 等 形 式, 通 過 幾 種 形 式 的 共 同 或 單 一 作 用, 可 克 服 岩 石 晶 體 內 部 晶 體 各 質 點 之 間 的 內 聚 力, 從 而 達 到 岩 石 的 破 碎 若 需 有 效 減 少 細 粒 料 中 的 針 片 狀 顆 粒 降 低 粒 料 的 棱 角, 這 就 需 要 對 其 顆 粒 進 行 整 形 處 理, 目 前 大 陸 福 建 多 數 的 採 石 場 均 以 顎 式 破 碎 機 搭 配 滾 輪 碎 石 機 作 為 機 制 砂 的 主 要 生 產 機 械, 選 擇 的 主 因 只 有 一 點 : 價 格 低 廉 在 使 用 擠 壓 破 碎 時, 岩 石 受 力 後 將 沿 晶 面 開 裂 呈 現 平 整 光 滑 的 表 面, 會 因 節 理 而 解 理, 造 成 粒 料 粒 型 有 大 量 的 針 片 狀, 如 此 將 致 使 增 大 混 凝 土 的 拌 合 用 水 量 膠 結 用 量, 卻 仍 無 法 彌 補 後 續 的 混 凝 土 劣 化 產 生, 這 是 目 前 中 國 大 陸 普 遍 的 現 象 目 前 本 司 在 開 始 碎 石 破 碎 加 工 時, 就 選 擇 具 有 整 形 功 能 的 離 心 衝 擊 式 破 碎 設 6
備, 透 過 高 速 旋 轉 的 轉 輪, 將 投 入 的 物 料 甩 拋 與 四 周 落 下 的 石 料 碰 撞 破 碎, 並 透 過 反 彈 改 變 運 動 方 向, 讓 石 料 在 破 碎 腔 中 受 到 多 次 的 撞 擊 摩 擦 研 磨 破 碎, 因 為 材 料 的 破 碎 機 理 主 要 在 於 碰 撞 作 用, 所 以 材 料 的 破 碎 將 沿 著 岩 石 天 然 的 紋 理 裂 隙 破 壞, 恰 好 符 合 大 陸 福 建 閩 南 地 區 花 崗 岩 內 部 多 紋 理 且 岩 質 硬 脆 的 石 料, 若 是 軟 韌 原 料 ( 如 花 蓮 地 區 的 大 理 石 岩 ) 使 用 該 品 項 之 機 械 設 備, 效 益 反 而 不 大 透 過 離 心 衝 擊 式 破 碎 機 產 製 的 機 制 砂 成 品, 粒 形 粗 糙 度 會 大 大 改 善, 甚 至 能 與 天 然 砂 相 媲 美 圖 五 離 心 衝 擊 式 破 碎 機 破 碎 原 理 以 目 前 的 情 況 看, 生 産 劣 質 或 不 合 格 機 制 砂 的 企 業, 除 了 管 理 條 件 之 外, 另 一 要 因 應 該 是 生 産 機 械 達 不 到 設 計 要 求, 要 想 得 到 優 質 的 機 制 砂 就 必 須 選 用 良 好 的 制 砂 設 備 合 理 的 設 計 和 製 造 技 術 依 據 機 制 砂 生 産 規 模 的 大 小, 若 能 確 定 原 料 品 質 賦 存 數 量 市 場 需 求 場 地 選 址 流 程 設 計 機 具 設 備 組 合, 並 搭 配 良 善 的 管 理 作 業, 機 制 砂 的 産 品 品 質 是 完 全 可 以 控 制 和 穩 定 的 機 制 砂 使 用 的 認 知 謬 誤 由 於 過 往 未 經 妥 善 處 理 的 石 粉 砂 讓 台 灣 營 建 業 者 受 到 慘 痛 代 價, 讓 現 在 部 分 使 用 單 位 元 風 聞 機 制 砂, 即 與 先 前 經 驗 劃 上 等 號, 對 機 制 砂 的 品 質 持 有 懷 疑 態 度, 再 加 上 台 灣 部 分 學 者 使 用 單 位 對 砂 石 缺 少 正 確 的 認 識, 認 爲 粒 7
料 在 混 凝 土 中 只 是 填 充 作 用, 讓 機 制 砂 的 推 廣 受 到 部 分 的 質 疑 與 阻 礙 ; 事 實 上 砂 石 作 爲 混 凝 土 的 骨 架 材 料, 不 僅 影 響 著 混 凝 土 的 強 度 發 展, 還 影 響 著 混 凝 土 的 施 工 性 及 耐 久 性 以 下 即 列 舉 兩 項 目 前 機 制 砂 使 用 的 認 知 謬 誤 : 預 拌 混 凝 土 單 位 重 愈 大, 代 表 品 質 愈 佳 以 往 大 家 認 為 礦 石 的 比 重 愈 大, 表 示 內 部 愈 為 密 實, 反 映 出 的 各 項 物 理 性 質 也 會 較 為 優 良, 筆 者 在 未 經 暸 解 大 陸 地 區 的 岩 石 礦 料 之 前, 也 是 抱 持 著 同 樣 的 想 法 ; 但 是 透 過 多 年 的 摸 索 與 試 驗 驗 證, 這 樣 的 立 論 似 乎 未 必 盡 然 下 表 顯 示 的 是 筆 者 個 人 所 匯 集 的 資 料, 呈 現 的 是 不 同 來 源 粒 料 比 重 與 岩 芯 抗 壓 強 度 的 比 較 表 一 不 同 礦 石 岩 種 之 物 理 性 質 比 較 來 源 花 蓮 溪 大 安 溪 大 陸 福 建 寧 德 大 陸 福 建 漳 灣 大 陸 福 建 漳 州 SSD 比 重 2.71 2.64 2.59 2.60 2.61 吸 水 率 0.8% 0.7% 0.5% 0.6% 0.7% 洛 杉 磯 磨 損 質 32% 19% 12% 14% 52% 岩 芯 抗 壓 強 度 1030 kgf/cm 2 1626 kgf/cm 2 2309 kgf/cm 2 2185 kgf/cm 2 1160 kgf/cm 2 維 持 高 徑 比 2:1 的 圓 柱 岩 芯 試 體 台 灣 是 個 年 齡 僅 約 六 百 萬 年 的 年 輕 島 嶼, 如 果 以 地 質 常 用 的 時 間 單 位 百 萬 年 而 論, 地 球 年 齡 已 經 四 千 六 百 歲 了, 但 台 灣 只 有 六 歲, 對 比 中 國 大 陸 地 質 年 齡 已 有 二 十 歲, 所 以 兩 岸 的 地 質 會 有 相 當 的 歧 異, 一 點 也 不 讓 人 意 外 因 為 砂 石 比 重 的 問 題, 也 間 接 的 突 顯 了 混 凝 土 單 位 重 的 微 妙 變 化 混 凝 土 配 比 設 計 乃 是 以 體 積 空 間 進 行 計 算, 當 各 項 組 成 材 料 體 積 計 算 確 定 後, 須 再 乘 上 各 項 材 料 的 比 重, 才 能 換 算 成 其 單 位 立 方 公 尺 的 重 量 ; 惟 當 同 體 積 的 砂 石 用 量, 8
卻 因 比 重 的 不 同, 將 造 成 砂 石 重 量 的 不 同 表 現, 以 花 蓮 砂 石 為 例, 假 設 砂 石 體 積 為 混 凝 土 單 位 體 積 的 70%(700 公 升 體 積 ), 而 其 比 重 為 2.71, 則 混 凝 土 的 砂 石 重 量 為 1897kg/m 3 (700 公 升 體 積 砂 石 比 重 2.71); 反 之, 若 以 大 陸 福 建 寧 德 為 例, 則 單 位 體 積 混 凝 土 的 砂 石 重 量 為 1813kg/m 3 (700 公 升 體 積 砂 石 比 重 2.59), 如 果 混 凝 土 拌 和 水 量 總 膠 結 用 量 不 變 的 前 提 下, 混 凝 土 單 位 體 積 單 位 重 就 相 差 了 84kg/m 3, 雖 然 混 凝 土 的 質 量 表 現 更 佳, 但 卻 讓 使 用 單 位 質 疑 砂 石 重 量 減 少 了, 是 否 代 表 預 拌 混 凝 土 廠 偷 工 減 料? 這 樣 的 思 維 謬 誤 層 出 不 窮, 或 許 我 們 應 該 回 歸 基 本 面, 就 混 凝 土 的 配 比 設 計 本 質 討 論, 並 配 合 CNS 3090 預 拌 混 凝 土 的 允 許 材 料 計 量 誤 差 逐 一 檢 視, 界 定 混 凝 土 合 理 的 單 位 重 上 下 限, 這 樣 才 是 實 事 求 是 的 態 度 機 制 砂 石 中 <75μm(#200) 的 粉 體, 必 須 控 制 低 於 5% 以 花 蓮 砂 為 例, 由 於 礦 石 母 岩 屬 於 大 理 石 質 岩 種, 岩 性 較 為 軟 韌, 粒 料 在 搬 運 的 過 程 中, 經 過 翻 摔 會 不 斷 的 碎 解, 致 使 在 最 終 的 抽 驗 檢 覈 時, 其 75μm(#200) 含 量 多 落 在 7%~8% 之 間, 超 出 CNS 1240 混 凝 土 粒 料 規 範 須 5% 的 要 求 ; 然 因 75μm(#200) 含 量 之 組 份 乃 為 與 被 加 工 母 岩 相 同 的 物 質, 並 非 為 泥, 專 家 學 者 亦 注 意 到 此 一 現 象, 故 於 民 國 98 年 10 月 21 日 重 新 修 訂 頒 佈 之 CNS 1240 混 凝 土 粒 料, 已 於 規 範 內 容 中 註 釋 : 當 細 粒 料 為 加 工 砂 時, 若 小 於 試 驗 篩 75μm CNS386 之 材 料 係 由 碎 粉 組 成, 主 要 成 分 不 含 黏 土 或 頁 岩, 則 此 限 值 允 許 各 放 寬 至 7.0%( 所 有 其 他 混 凝 土 類 別 ) 對 比 中 國 國 家 標 準 建 設 用 砂 (GB/T 14684-2011) 確 定 了 機 制 砂 的 石 粉 允 許 含 量 規 定 如 表 二 所 示, 倘 若 可 確 定 75μm(#200) 的 物 質 為 石 粉, 中 國 國 家 標 準 建 設 用 砂 可 全 面 放 寬 至 10.0% 以 下, 這 看 似 比 台 灣 CNS 1240 的 限 制 更 為 寬 鬆, 其 實 卻 是 中 國 大 陸 歷 經 10 年 來 的 科 研 成 果, 介 定 更 為 合 理 的 標 的, 不 但 可 以 同 時 符 合 資 源 的 有 效 應 用, 也 讓 混 凝 土 成 品 的 性 能 符 合 需 求 機 制 砂 在 生 產 過 程 中, 不 可 避 免 的 會 產 生 一 定 量 的 石 粉, 這 也 是 機 制 砂 與 天 然 9
砂 最 明 顯 的 區 別 之 一 ( 石 粉 的 具 體 定 義 是 加 工 前 經 除 土 處 理, 加 工 後 形 成 的 粒 徑 小 於 75μm, 其 礦 物 組 成 和 化 學 成 分 與 被 加 工 母 岩 完 全 相 同 雖 同 是 粒 徑 小 於 75μm 的 顆 粒, 但 石 粉 與 天 然 砂 中 的 泥 成 分 不 同 粒 徑 分 佈 不 同, 在 使 用 中 的 作 用 也 不 同 ) 天 然 砂 中 的 泥 對 混 凝 土 是 有 害 的, 必 須 嚴 格 控 制 其 含 量, 而 機 制 砂 中 適 量 的 石 粉 則 反 而 對 混 凝 土 有 益, 有 適 量 石 粉 的 存 在, 彌 補 了 機 制 砂 配 製 中 低 抗 壓 強 度 混 凝 土 工 作 性 不 佳 的 缺 陷 ; 同 時, 它 的 摻 入 對 提 高 混 凝 土 密 實 性 有 相 當 益 處, 進 而 達 到 提 高 混 凝 土 綜 合 性 能 作 用 表 二 中 國 國 家 標 準 建 設 用 砂 (GB/T 14684-2011) 對 於 機 制 砂 石 粉 含 量 要 求 項 目 大 陸 GB/T 14684-2011 I II III 台 灣 CNS 1240 小 於 75μm 表 面 承 受 磨 損 所 有 其 他 種 類 天 然 砂 物 質 ( 含 泥 量 ) (%) 1.0 3.0 5.0 之 混 凝 土 之 混 凝 土 3.0 5.0 3.0 7.0 7.0 MB 1.40 GB/T 14684-2001 人 石 粉 含 量 (%) 亞 甲 藍 或 合 格 10.0 工 3.0 7.0 試 驗 GB/T 14684-2011 砂 MB>1.40 石 粉 含 量 (%) 1.0 3.0 5.0 或 不 合 格 I 類 用 於 強 度 等 級 C60( 類 比 台 灣 圓 柱 試 體 抗 壓 強 度 520kgf/cm 2 ) II 類 用 於 強 度 等 級 >C30~C60 及 抗 凍 抗 滲 或 其 他 要 求 的 混 凝 土 ( 類 比 台 灣 圓 柱 試 體 抗 壓 強 度 >260kgf/cm 2 ~520kgf/cm 2 ) III 類 用 於 強 度 等 級 C30 的 混 凝 土 ( 類 比 台 灣 圓 柱 試 體 抗 壓 強 度 260kgf/cm 2 ) 但 是,CNS 1240 混 凝 土 粒 料 規 範 卻 沒 有 告 訴 工 程 師 如 何 判 定 75μm 的 粉 體 究 竟 是 泥 亦 或 是 母 岩 碎 粉 的 辦 法, 這 也 造 成 雖 然 規 範 自 民 國 98 年 公 佈 至 今, 卻 無 任 一 工 程 單 位 敢 放 寬 75μm 的 粉 體 含 量 可 達 至 7% 的 關 鍵 因 素 如 何 證 明 細 粒 料 中 75μm 含 量 是 為 不 含 黏 土 或 頁 岩 之 成 分, 或 許 我 們 可 以 借 鏡 中 國 大 陸 的 作 法 根 據 中 華 人 民 共 和 國 國 家 標 準 建 築 用 砂 GB14684-2011 之 內 容 說 明, 檢 測 小 於 試 驗 篩 75μm CNS386 之 材 料 是 否 為 母 岩 碎 粉 之 方 式 乃 是 依 據 亞 甲 藍 試 驗 進 行, 該 方 法 乃 是 參 照 歐 洲 標 準 10
EW933-9:1999 骨 料 幾 何 特 性 試 驗 中 的 細 粉 評 估 亞 甲 藍 試 驗 及 ASTM C387-81 粘 土 的 亞 甲 基 藍 指 數 所 編 制 其 原 理 乃 是 利 用 粘 土 對 亞 甲 基 藍 染 料 吸 附 測 定, 而 粘 土 的 基 本 性 質 ( 比 表 面 積 ) 和 亞 甲 基 藍 指 數 存 在 線 性 關 係, 因 為 比 表 面 積 是 顆 粒 大 小 的 函 數, 而 亞 甲 基 藍 指 數 和 比 表 面 積 存 在 直 線 關 係, 因 此 亞 甲 基 藍 指 數 可 以 做 為 粘 土 ( 2 微 米 ) 顆 粒 尺 寸 分 佈 的 指 數, 以 用 於 判 定 砂 中 粒 徑 75μm 顆 粒 含 量 中 主 要 是 泥 土 還 是 與 被 加 工 母 岩 化 學 成 分 相 同 的 石 粉 指 標 本 司 使 用 之 大 陸 來 源 機 制 砂, 其 經 CNAS 中 國 合 格 評 定 國 家 認 可 委 員 會 授 權 之 實 驗 室, 檢 驗 亞 甲 藍 MB 值 =1.0%, 故 按 其 使 用 標 的, 應 可 適 度 放 寬 75μm 之 含 量 至 7% 表 三 福 建 寧 德 機 制 砂 MB 值 試 驗 結 果 (MB =1.0%) 機 制 砂 的 石 粉 允 許 含 量 多 寡, 關 係 機 制 砂 混 凝 土 的 技 術 性 能 與 資 源 如 何 充 分 利 用 的 相 對 矛 盾, 站 在 兼 顧 地 球 環 境 保 護 及 使 用 者 的 立 場 而 言, 應 當 是 在 確 保 混 11
凝 土 質 量 的 前 提 下, 最 大 限 度 地 對 砂 石 資 源 有 效 利 用, 兼 顧 環 境 保 護 與 產 業 之 發 展 混 凝 土 配 比 設 計 思 路 的 調 整 機 制 砂 的 特 性 决 定 了 機 制 砂 混 凝 土 配 合 比 設 計 是 應 該 與 傳 統 的 河 砂 混 凝 土 略 有 區 別 的, 一 般 情 况 下, 機 制 砂 配 製 的 混 凝 土 水 膠 比 仍 是 基 於 CNS 12891 混 凝 土 配 比 設 計 準 則 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 水 膠 比 關 係 進 行 計 算 ; 在 不 摻 減 水 劑 的 情 況 下, 達 到 相 同 坍 度 時, 機 制 砂 混 凝 土 比 相 應 的 天 然 砂 混 凝 土 的 單 位 用 水 量 需 要 適 當 增 加, 而 且 石 粉 含 量 愈 高 用 水 量 愈 大, 具 體 的 增 加 量 需 由 試 驗 確 定 相 對 於 天 然 砂 而 言, 機 制 砂 混 凝 土 水 膠 比 較 天 然 砂 水 膠 比 放 大 0.05 後, 配 製 的 混 凝 土 强 度 不 但 不 降, 反 有 提 高, 其 機 理 在 於 機 制 砂 多 棱 角 的 介 面, 讓 粒 料 與 泥 漿 之 間 產 生 較 好 的 機 械 嚙 合 力, 如 果 在 高 粉 體 用 量 下, 同 樣 的 水 膠 比 相 較, 機 制 砂 混 凝 土 的 28 天 齡 期 抗 壓 強 度 可 比 天 然 砂 混 凝 土 提 高 約 5%~10% 左 右, 特 別 是 對 混 凝 土 的 抗 拉 強 度 和 抗 折 強 度, 粒 料 的 顆 粒 形 狀 及 表 面 狀 態 影 響 更 為 顯 著 使 用 機 制 砂 時, 建 議 混 凝 土 拌 合 時 間 應 比 天 然 砂 混 凝 土 延 長, 而 使 用 高 性 能 減 水 劑 時, 中 低 強 度 混 凝 土 可 適 宜 摻 入 高 石 粉 含 量 (7%~10%) 的 機 制 砂, 其 對 改 善 混 凝 土 的 工 作 性 和 節 約 膠 結 材 料 用 量 具 有 正 面 的 效 果, 同 時 應 用 於 自 充 填 混 凝 土 時, 可 以 解 決 混 凝 土 強 度 富 餘 過 大 與 工 作 性 較 差 之 間 的 矛 盾 作 爲 從 事 預 拌 混 凝 土 相 關 從 業 之 設 計 與 施 工 人 員, 系 統 瞭 解 機 制 砂 對 混 凝 土 的 性 能 的 影 響 與 差 異, 並 適 時 調 整 混 凝 土 配 比 設 計 的 思 維, 是 有 絕 對 必 要 的 機 制 砂 的 發 展 優 勢 河 砂 是 天 然 礦 石 母 岩 在 自 然 狀 態 下, 經 水 的 作 用 力 長 時 間 反 覆 衝 撞 摩 擦, 産 生 顆 粒 粒 徑 小 於 4.75mm 的 岩 石 顆 粒, 形 成 週 期 極 長 目 前, 台 灣 有 些 地 區 與 河 段, 爲 了 保 護 自 然 景 觀 和 生 態 平 衡, 或 者 是 避 免 砂 石 採 擷 而 造 成 河 床 破 壞 致 使 公 共 安 全 產 生 威 脅, 故 而 嚴 禁 開 採, 此 舉 除 造 成 購 買 價 格 越 來 越 高 外 ; 另 一 方 面 也 因 來 源 産 地 參 差 不 齊, 細 度 比 重 75μm 含 量 貝 殼 及 土 塊 與 易 碎 顆 粒 含 量 比 例 等 技 術 指 標 的 不 穩 定, 混 凝 土 質 量 難 以 控 制 天 然 砂 的 數 量 和 質 12
量 都 遠 遠 滿 足 不 了 基 礎 建 設 及 其 他 建 設 的 需 要, 尤 其 在 混 凝 土 用 量 高 峰 期 或 防 汛 期 間, 甚 至 出 現 無 砂 可 用 的 局 面, 河 砂 供 不 應 求 的 局 面 已 經 成 爲 建 築 行 業 發 展 的 絆 腳 石, 爲 了 補 充 砂 石 市 場 的 需 求, 機 制 砂 將 會 逐 漸 成 為 建 設 用 砂 的 首 選 與 天 然 砂 相 比, 機 制 砂 有 三 大 優 勢 : 1. 資 源 優 勢 : 近 幾 年, 由 於 資 源 的 短 缺, 各 地 紛 紛 尋 找 代 用 産 品, 各 種 原 本 的 製 石 下 腳 料 得 到 一 定 的 開 發 利 用, 就 中 國 大 陸 而 言, 近 十 年 來, 很 多 學 者 對 機 制 砂 進 行 深 入 的 研 析, 特 別 是 自 GB/ T14684 2011 建 築 用 砂 標 準 中 重 新 制 定 了 機 制 砂 的 産 品 標 準, 並 正 式 實 施 後, 爲 機 制 砂 的 生 産 和 應 用 提 供 了 準 則 依 據, 機 制 砂 生 産 技 術 不 斷 成 熟, 逐 漸 替 代 河 砂, 使 得 缺 砂 的 現 象 得 到 了 緩 解, 透 過 利 用 各 種 原 本 視 為 廢 棄 的 資 源, 發 展 正 向 的 循 環 經 濟 2. 管 理 優 勢 : 要 做 到 符 合 規 劃 要 求 的 機 制 砂 石 企 業, 前 期 投 入 資 源 必 然 增 加, 如 此 必 然 提 高 投 資 獲 利 的 門 檻, 因 此 單 靠 機 制 砂 這 單 一 産 品 維 持 企 業 營 運 就 顯 得 相 對 困 難, 機 制 砂 石 企 業 必 須 延 伸 自 己 的 産 業 鏈, 向 下 游 發 展, 生 産 預 拌 混 凝 土 或 是 其 他 水 泥 和 混 凝 土 製 品 等, 目 前 發 展 比 較 好 的 機 制 砂 石 企 業, 都 不 會 是 單 一 經 營, 而 是 綜 合 型 企 業 機 製 砂 的 生 產 必 須 專 業 化 經 濟 規 模 化, 從 建 立 礦 山 開 採 礦 石 破 碎 加 工 篩 分 水 洗 回 收 到 自 有 船 隻 裝 載 機 制 砂 成 品 運 輸 至 使 用 地, 避 免 不 良 雜 物 摻 混 其 中, 惟 有 產 製 銷 售 一 條 龍 的 作 業 系 統, 當 可 利 用 自 己 的 砂 石 原 料 優 勢, 才 能 降 低 成 本 做 大 做 強 3. 質 量 優 勢 : 由 於 料 源 固 定 以 及 穩 定 和 機 械 化 的 生 産 方 式, 可 以 控 制 完 整 的 級 配 和 小 於 75μm 石 粉 的 微 級 配, 能 做 到 顆 粒 級 配 穩 定 粒 形 符 合 要 求 的 産 品 質 量 機 制 砂 可 以 被 廣 泛 應 用 於 各 種 強 度 等 級 的 不 同 類 型 混 凝 土 中 優 質 的 機 制 砂 完 全 可 以 替 代 天 然 砂 來 滿 足 混 凝 土 的 工 作 性 能 力 學 性 能 及 耐 久 性 能 的 要 求 砂 是 混 凝 土 主 要 原 材 料 之 一, 也 是 制 約 著 預 拌 混 凝 土 生 產 供 應 商 降 低 成 本 的 主 要 瓶 頸 隨 著 基 礎 建 設 的 發 展, 預 拌 混 凝 土 産 量 也 快 速 增 長, 同 時 由 於 當 前 砂 石 資 源 日 益 匱 乏, 天 然 級 配 良 好 的 河 砂 幾 近 枯 竭, 天 然 砂 供 需 矛 盾 日 益 突 出 13
用 生 産 石 頭 的 下 脚 料 作 為 人 工 機 制 砂, 除 可 符 合 節 能 降 耗 的 要 求 ; 若 能 正 確 使 用, 對 混 凝 土 不 僅 無 不 良 影 響, 反 而 會 改 善 拌 和 物 的 施 工 性 能, 因 此, 機 制 砂 的 生 産 發 展 和 推 廣 應 用, 實 已 成 爲 建 材 發 展 的 必 然 趨 勢 總 結 或 許 我 們 應 該 從 産 業 鏈 的 方 向 思 考, 混 凝 土 的 需 求 是 什 麽 我 們 需 要 什 麽 樣 性 能 的 混 凝 土, 反 過 來 就 應 該 去 生 産 什 麽 樣 品 質 的 機 制 砂 在 當 前 混 凝 土 對 砂 石 粒 料 要 求 不 斷 提 高 的 情 况 下, 砂 石 生 產 單 位 應 該 盡 可 能 的 提 供 高 品 質 的 機 制 砂, 讓 公 私 部 門 都 能 感 受 到 高 品 質 的 機 制 砂 是 可 以 被 生 産 製 造 出 來 的, 而 並 不 是 一 昧 認 為 所 有 的 機 制 砂 都 是 劣 質 的 河 砂 資 源 減 少 供 應 不 足, 已 經 成 爲 不 爭 的 事 實, 機 制 砂 的 推 廣 應 用 是 現 代 混 凝 土 技 術 永 續 發 展 的 必 經 之 路, 要 大 力 推 廣 機 制 砂, 需 要 從 正 確 認 識 機 制 砂 特 性 加 強 機 制 砂 混 凝 土 相 關 的 科 研 研 究 提 高 機 制 砂 産 品 品 質 加 大 機 制 砂 宣 傳 與 導 向, 這 才 是 促 進 機 制 砂 在 混 凝 土 行 業 中 永 續 發 展 應 用 的 關 鍵 14