中 華 民 國 第 52 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 國 中 組 地 球 科 學 科 佳 作 030503 土 角 厝 的 奧 秘 學 校 名 稱 : 桃 園 縣 立 楊 光 國 民 中 ( 小 ) 學 作 者 : 指 導 老 師 : 國 一 盧 偉 承 國 一 洪 立 穎 張 聰 陽 彭 淑 媛 國 一 王 筠 關 鍵 詞 : 土 角 厝 熱 傳 導 孔 隙 比
題 目 : 土 角 厝 的 奧 秘 摘 要 : 傳 統 夯 土 的 土 角 厝 磚 加 入 的 稻 草 混 合 物, 以 混 雜 方 式 可 以 有 效 的 減 緩 熱 傳 導 效 應, 並 對 屋 內 或 戶 外 蒸 散 水 氣, 以 達 到 土 角 厝 磚 內 部 與 外 部 的 大 氣 帄 衡 研 究 結 果 顯 示 混 雜 方 式 雖 好, 但 效 率 因 不 同 地 不 同 土 壤 夯 土 的 技 巧 或 加 入 不 等 量 稻 草 的 因 素, 呈 現 複 雜 多 樣 的 變 化, 利 用 重 量 法 密 閉 加 壓 法 求 得 相 對 的 孔 隙 比, 得 知 在 每 克 飽 和 土 壤 加 入 0.14 克 的 稻 草 研 磨 物 為 單 位, 依 比 例 製 作 土 角 厝 磚, 飽 和 狀 態 加 入 研 磨 添 加 物 60% 以 上, 土 角 厝 磚 正 反 兩 面 的 溫 差 隨 時 間 增 加 有 逐 步 擴 大 的 現 象 壹 研 究 動 機 家 鄉 的 土 角 厝 一 間 一 間 被 怪 手 推 倒 改 建 成 水 泥 房 子, 我 們 詢 問 老 人 家 土 角 厝 的 歷 史, 驚 訝 地 發 現 土 角 厝 磚 做 的 房 子 居 然 可 以 調 節 氣 溫, 老 人 家 還 說 : 以 前 土 角 磚 蓋 的 房 厝 都 冬 暖 夏 涼, 不 像 現 在 的 房 子 在 夏 天 都 熱 得 要 命, 冬 天 冷 得 要 死! 每 回 夏 天 要 開 冷 氣 時, 都 會 想 到 家 鄉 老 人 家 講 的 話 所 以 我 們 想 到 傾 頹 在 鄉 間 角 落 的 土 角 厝, 想 探 討 土 角 厝 的 科 學 成 因, 並 研 究 如 何 把 土 角 厝 磚 運 用 在 現 代 生 活 上 貳 研 究 目 的 一 探 討 土 角 厝 磚 的 組 成 成 分 二 探 討 土 角 厝 磚 會 冬 暖 夏 涼 的 原 因 三 探 討 土 角 厝 磚 的 物 理 性 質 四 土 角 厝 磚 的 隔 熱 效 果 運 用 參 研 究 設 備 與 器 材 土 角 厝 磚 稻 梗 燒 杯 攪 拌 棒 鑷 子 電 子 磅 秤 測 溫 槍 槌 子 箱 子 顯 微 鏡 複 製 容 器 培 養 皿 爆 米 香 機 吹 風 機 肆 研 究 過 程 或 方 法 一 土 角 厝 磚 的 組 成 成 分 分 析, 探 討 各 地 所 製 造 的 土 角 厝 磚 是 否 相 同 方 法 採 集 來 自 各 地 的 土 角 厝 磚, 將 採 集 的 土 角 厝 磚 成 分 還 原 配 方 說 明 ( 一 ) 把 不 同 地 區 採 集 到 的 土 角 厝 磚 個 別 溶 於 水 中 ( 二 ) 先 用 孔 度 較 大 的 過 濾 網 濾 出 植 物 纖 維, 再 用 不 織 布 過 濾, 把 土 和 水 分 離 ( 三 ) 探 討 不 同 地 區 的 土 角 厝 磚 比 例 成 分 是 否 相 同 ( 四 ) 來 自 不 同 地 點 的 土 角 厝 磚, 利 用 診 斷 表 育 層 O A E B C 層 的 土 壤 剖 面 1 特 性, 並 利 用 顯 微 鏡 觀 察, 參 照 台 灣 土 地 土 壤 分 佈, 判 讀 出 土 壤 與 添 加 物 成 分 1 陳 尊 賢, 許 正 一 台 灣 的 土 壤 p56~p73 1
圖 1-1 各 地 採 集 土 角 厝 磚 代 表 列 舉 圖 1-2 溶 解 搗 碎 沈 澱 過 濾 與 土 壤 分 離 圖 示 表 1-1 土 角 厝 磚 採 集 地 理 位 置 及 內 容 物 分 析 敘 述 編 號 採 集 地 GPS 土 壤 分 析 土 角 厝 磚 大 小 內 含 物 重 量 比 例 A 24.923425,121.13213 極 育 土 25 15 8 立 方 公 分 1.362% B 24.93151,121.121471 極 育 土 36 23 11 立 方 公 分 1.584% C 24.977228,121.08547 極 育 土 21 21 10 立 方 公 分 1.63% D 24.989987,121.044266 氧 化 物 土 25 24 12 立 方 公 分 2.45% E 24.969937,121.043261 氧 化 物 土 33 24 14 立 方 公 分 2.165% F 24.942639,121.074135 極 育 土 24 11 8 立 方 公 分 1.287% G 24.939643,121.081259 極 育 土 22 17 11 立 方 公 分 1.76% H 24.90446,121.148894 氧 化 物 土 26 16 12 立 方 公 分 2.56% I 24.905511,121.141512 氧 化 物 土 26 15 10 立 方 公 分 2.89% J 24.896675,121.152885 極 育 土 24 13 10 立 方 公 分 3.12% 2
圖 1-3 採 集 地 點 土 角 厝 1. 深 入 研 究 : 添 加 物 與 土 角 厝 磚 不 含 水 之 比 例 分 析 方 法 烘 乾 不 同 地 的 土 角 厝 磚 和 添 加 物, 並 計 算 其 比 例 說 明 (1) 將 不 同 地 的 土 角 厝 磚 切 割 成 5 5 5 立 方 公 分 大 小, 並 溶 解 (2) 採 用 上 述 研 究 過 程 或 方 法 一 的 方 法 分 離 出 土 壤 和 添 加 物 (3) 分 別 將 添 加 物 和 土 壤 用 培 養 皿 裝 好, 放 入 烤 箱 烘 乾 (4) 比 較 兩 者 烘 乾 前 和 烘 乾 後 時 間 的 重 量 改 變 3.50% 3.00% 2.50% 2.00% A~J 添 加 物 重 量 比 例 1.50% 添 加 物 重 量 比 例 1.00% 0.50% 0.00% A B C D E F G H I J 圖 1-4 烘 乾 添 加 物 重 量 比 烘 乾 土 重 量 5 5 5 立 方 公 分 土 塊 溶 解 烘 乾 前 烘 乾 後 3
圖 1-5 土 壤 添 加 物 飽 和 狀 態 與 烘 乾 後 對 照 圖 表 1-2 土 塊 與 添 加 物 乾 濕 前 後 重 量 比 較 表 編 飽 和 濕 土 壤 重 量 烘 乾 土 壤 重 量 重 量 減 少 率 飽 和 添 加 物 重 量 烘 乾 添 加 物 重 量 重 量 減 少 率 號 A 211.5g 162g 23% 2.8g 0.6g 79% B 208g 157g 25% 2.1g 0.4g 81% C 204.4g 159g 22% 2.6g 0.6g 77% D 215g 170.5g 21% 3.6g 1.1g 69% E 218.3g 152g 30% 1.9g 0.4g 79% F 209g 164g 22% 3.2g 0.5g 84% G 220g 177g 20% 3.9g 1.5g 62% H 232g 168g 28% 3.4g 0.5g 85% I 201.5g 159.5g 21% 2.4g 0.4g 83% J 237.2g 180g 24% 4.1g 0.5g 88% A~J 地 土 壤 添 加 物 重 量 減 少 率 比 較 圖 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% A B C D E F G H I J 土 壤 重 量 減 少 率 添 加 物 重 量 減 少 率 圖 1-6 A~J 的 土 壤 添 加 物 重 量 減 少 率 比 較 圖 4
由 飽 和 濕 土 壤 重 量 -( 烘 乾 土 壤 重 量 + 烘 乾 添 加 物 重 量 ) 得 知 不 同 採 集 地 土 塊 的 水 分 含 量, 如 下 表 圖 : 表 1-3A~J 地 5 5 5 土 塊 中 的 水 分 含 量 A B C D E F G H I J 48.9g 50.6g 44.8g 43.4g 65.9g 44.5g 41.5g 63.5g 41.6g 56.7g 圖 1-7 A~J 的 水 分 烘 乾 土 重 量 又 水 分 重 量 除 以 烘 乾 土 重 為 土 壤 水 分 含 量, 如 下 圖 ; 圖 1-8 A~J 的 土 壤 水 分 含 量 5
二 探 討 土 角 厝 磚 的 熱 傳 導 效 應 方 法 用 不 同 10 個 地 點 (A~J) 取 得 的 土 角 厝 磚 加 熱 實 驗 說 明 ( 一 ) 分 別 將 不 同 地 點 的 土 角 磚 放 置 於 烤 箱 內, 用 同 時 間 同 溫 度 烤 炙 ( 二 ) 再 以 測 溫 槍 以 每 10 秒 為 間 隔 量 測 溫 度 ( 三 ) 將 各 地 取 得 的 土 角 厝 磚 溶 解, 並 分 離 土 壤 與 添 加 物 表 2-1 土 角 厝 磚 熱 傳 導 效 應 溫 度 紀 錄 表 (A~J) 時 間 A 土 角 厝 磚 B 土 角 厝 磚 C 土 角 厝 磚 D 土 角 厝 磚 E 土 角 厝 磚 秒 數 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 0 19.2 19.6 20.6 20 19.5 22 18 22.4 22.4 19.6 10 25.6 41.6 38.4 30.6 26.8 25.5 26 24 25.8 23.7 20 30.8 45.6 38.4 28 37.4 29.4 32.5 29.7 31.5 29.9 30 33.4 39.6 50.4 36.2 40.4 32 33.4 35.4 36.8 39.7 40 40 51.8 54.8 43.8 55.6 31 43 39.9 43 42.5 50 42.4 55.6 54.9 38.2 58.9 43 45.7 43.3 47.9 47 60 50 62.6 55.8 50.6 63.4 49.5 53.5 47.6 55 59.9 70 56.2 66.8 59.6 61.6 71 53.7 59.2 52.3 59.8 64 80 58.4 72.8 66.8 64.3 73.2 58.4 64.5 59.6 62.6 70.4 時 間 F 土 角 厝 磚 G 土 角 厝 磚 H 土 角 厝 磚 I 土 角 厝 磚 J 土 角 厝 磚 秒 數 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 飽 和 濕 土 烘 乾 土 壤 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 溫 度 0 18.2 17.8 19.8 18.2 17.5 18.5 17.2 18.1 17.9 17.4 10 22.5 19.9 24.6 22 21.6 21.2 19.8 22 26.7 21.2 20 29 24.3 33 30.5 26.5 23 26.4 27.8 30.3 24.6 30 31.5 27 34.7 36.7 32.4 29.9 33.1 31.2 35 30.2 40 38.4 33.2 39.7 41 39.2 32.6 38.3 37.5 41.5 33.5 50 44.8 39.6 43.5 44.7 45.5 36.4 46.3 42 45.3 39.5 60 53 43 49.8 47.9 51.3 41 52.1 49 50.2 45.5 70 58.7 49.1 56.5 53 56 48.5 54.5 55.8 57.2 53.8 80 60.8 54.9 67.2 59.5 61 53.9 58.3 62.2 63.9 61.7 6
A~J 飽 和 濕 土 磚 加 熱 溫 度 變 化 圖 溫 度 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 時 間 (SEC) A 土 角 厝 磚 B 土 角 厝 磚 C 土 角 厝 磚 D 土 角 厝 磚 E 土 角 厝 磚 F 土 角 厝 磚 G 土 角 厝 磚 H 土 角 厝 磚 I 土 角 厝 磚 J 土 角 厝 磚 圖 2-1 A~J 飽 和 濕 土 磚 加 熱 溫 度 變 化 圖 A~J 烘 乾 土 磚 加 熱 溫 度 變 化 圖 溫 度 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 時 間 (SEC) A 土 角 厝 磚 B 土 角 厝 磚 C 土 角 厝 磚 D 土 角 厝 磚 E 土 角 厝 磚 F 土 角 厝 磚 G 土 角 厝 磚 H 土 角 厝 磚 I 土 角 厝 磚 J 土 角 厝 磚 圖 2-2 A~J 烘 乾 土 磚 加 熱 溫 度 變 化 圖 7
圖 2-3 不 同 地 土 角 厝 磚 之 熱 傳 導 效 應 圖 示 8
三 探 究 不 同 比 例 添 加 物 的 土 角 厝 磚 熱 傳 導 效 應 方 法 採 用 XX 地 點 的 土 角 厝 磚 的 相 關 成 分 比 例 大 小, 遞 增 添 加 物 以 混 合 和 研 磨 兩 類 為 主 實 驗 說 明 ( 一 ) 利 用 研 究 一 所 得 知 的 成 分 複 製 土 角 厝 磚, 以 125 立 方 公 分 添 加 3.0 公 克 添 加 物 為 100% ( 二 ) 逐 步 增 加 添 加 物 的 份 量 ( 三 ) 以 混 合 和 研 磨 的 添 加 物 為 實 驗 ( 四 ) 自 製 土 角 厝 磚 土 的 構 成 和 比 率, 加 土 夯 實, 如 下 圖 示 意, 得 知 : 表 3-1 添 加 物 10%~100% 混 合 與 研 磨 方 式 的 熱 傳 導 紀 錄 表 時 間 ( 秒 ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 溫 度 ( 混 合 10%) 20.8 21.8 23.3 23.9 24.8 26.6 28.6 31.6 32.3 溫 度 ( 研 磨 10%) 20.5 21.3 23 23.7 24.5 27.3 28.3 30.4 31.4 溫 度 ( 混 合 20%) 22 22.9 23.4 24.1 25.2 27 29.9 32 33.3 溫 度 ( 研 磨 20%) 21.8 22.2 23.1 24.9 25.4 27.6 28.5 31 32.1 溫 度 ( 混 合 30%) 22.3 23 23.9 24.5 26 28 30.4 32.5 34 溫 度 ( 研 磨 30%) 21 22.7 23.4 24.3 25.9 27.9 29.1 31.2 33.1 溫 度 ( 混 合 40%) 22.8 23.3 24.2 25 26.2 28.2 30.9 33 34.9 溫 度 ( 研 磨 40%) 21.2 22.9 23.4 24.4 26.1 27.9 30.3 32.2 33.4 溫 度 ( 混 合 50%) 23.4 25.6 26 27.1 28.2 29.6 31.8 34.8 35.2 溫 度 ( 研 磨 50%) 22.3 23.1 23.9 24.6 26.2 28.1 30.7 32.8 34 溫 度 ( 混 合 60%) 23.6 25.9 26.6 27.9 29 30.5 32 35.4 36.1 溫 度 ( 研 磨 60%) 22.1 22.8 23.3 24.1 25.8 27.6 29.9 31.9 33.4 溫 度 ( 混 合 70%) 23.9 26.3 27.2 28.4 29.4 31 33.1 36.1 37 溫 度 ( 研 磨 70%) 21.8 22.1 22.6 23.5 25 26.6 28.9 30.7 32.7 溫 度 ( 混 合 80%) 24.2 26.9 27.8 29 30.1 31.8 33.9 37.1 38.2 溫 度 ( 研 磨 80%) 21.9 22.9 23.2 23.9 25.5 26.9 29 30.9 32.9 溫 度 ( 混 合 90%) 24.8 27.1 28.5 29.4 30.9 32.5 34.1 37.3 38.8 溫 度 ( 研 磨 90%) 22 23.2 23.9 24.5 26.1 27.6 29.7 31.4 33 溫 度 ( 混 合 100%) 25 27.8 29.2 30 31 33 35.4 37.9 39.9 溫 度 ( 研 磨 100%) 22.6 24 24.9 25.7 26.9 28.2 30.7 32 34.2 9
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圖 3-1 10%~100% 混 和 減 研 磨 的 差 圖 切 割 不 同 長 度 的 稻 桿 分 類 切 割 後 不 同 長 度 的 稻 桿 稻 桿 研 磨 成 粉 末 狀 搓 揉 極 育 土 並 混 入 添 加 物 放 入 模 型 盒 中 夯 實 將 凸 起 的 稻 桿 壓 入 輕 敲 慢 慢 取 出 自 製 的 土 角 厝 磚 傳 統 陰 乾 法 圖 3-2 自 製 不 同 稻 桿 長 度 以 及 研 磨 加 入 不 同 份 量 稻 桿 粉 末 之 土 角 厝 磚 13
四 探 究 不 同 比 例 添 加 物 的 土 角 厝 磚 熱 傳 導 實 驗 方 法 採 用 研 究 一 全 部 地 點 的 土 角 厝 磚 的 土 壤 相 關 成 分 比 例, 改 良 自 製 土 角 厝 磚, 5 5 5 立 方 公 分 大 小 的 帄 均 添 加 物 稻 草 的 帄 均 重 量 為 3.0 克, 再 換 算 自 製 容 器 大 小 用 來 夯 土, 以 百 分 等 第 方 式 逐 步 增 量 添 加 物 與 含 水 飽 和 度 實 驗 說 明 ( 一 ) 利 用 研 究 一 所 得 知 的 成 分 複 製 土 角 厝 磚 ( 二 ) 烤 乾 複 製 的 土 角 厝 磚 ( 三 ) 逐 步 增 加 添 加 物 的 份 量, 並 用 滴 管 逐 量 滴 上 水 量, 直 到 飽 和 為 止 ( 四 ) 取 實 驗 飽 和 土 角 厝 磚 ( 五 ) 將 飽 和 土 角 厝 磚 以 隔 熱 方 式 加 熱 0 5 10 15 分 鐘, 分 別 在 土 角 厝 磚 正 反 兩 面 以 測 溫 槍 讀 取 數 據 烘 乾 後 之 稻 草 加 水 飽 和 試 作 滴 到 土 塊 能 滴 下 水 為 飽 和 換 算 比 例 之 原 土 加 入 飽 和 之 最 大 水 量 夯 實 飽 和 土 圖 4-1 混 合 研 磨 自 製 飽 和 土 角 厝 磚 實 驗 圖 示 吹 風 機 固 定 距 離 加 熱 固 定 時 間 讀 取 溫 度 數 據 反 面 測 溫 圖 4-2 混 合 研 磨 添 加 物 之 飽 和 土 角 厝 磚 實 驗 圖 示 14
表 4-1 混 合 研 磨 添 加 物 之 土 角 厝 磚 含 水 飽 和 度 表 飽 和 水 量 ml 溫 度 分 鐘 0 1 5 10 15 溫 度 ( 混 合 10%) 前 98ml 18.2 29.4 42.6 50.8 60 溫 度 ( 混 合 10%) 後 18.2 18.2 19 20.2 21.6 溫 度 ( 研 磨 10%) 前 105ml 18.2 29.3 42.3 50.6 59.7 溫 度 ( 研 磨 10%) 後 18.2 18.2 18.3 18.9 21 溫 度 ( 混 合 20%) 前 102ml 18.2 30.2 43.1 51.3 61.2 溫 度 ( 混 合 20%) 後 18.2 18.2 18.5 19.8 21 溫 度 ( 研 磨 20%) 前 114ml 18.2 29.4 42.5 50.8 60 溫 度 ( 研 磨 20%) 後 18.2 18.2 18.3 18.7 20.7 溫 度 ( 混 合 30%) 前 108ml 18.2 30.5 43.9 51.8 61.9 溫 度 ( 混 合 30%) 後 18.2 18.2 18.3 19.6 20.6 溫 度 ( 研 磨 30%) 前 124ml 18.2 29.6 42.8 51.1 60.4 溫 度 ( 研 磨 30%) 後 18.2 18.2 18.3 18.6 20.5 溫 度 ( 混 合 40%) 前 112ml 18.2 30.6 44.3 52.4 62.9 溫 度 ( 混 合 40%) 後 18.2 18.2 18.2 19.3 20 溫 度 ( 研 磨 40%) 前 132ml 18.2 30 43.2 51.5 60.9 溫 度 ( 研 磨 40%) 後 18.2 18.2 18.2 19.2 19.9 溫 度 ( 混 合 50%) 前 120ml 18.2 30.6 44.2 52.3 62.8 溫 度 ( 混 合 50%) 後 18.2 18.4 18.9 20 20.5 溫 度 ( 研 磨 50%) 前 141ml 18.2 30.1 43.3 51.5 61 溫 度 ( 研 磨 50%) 後 18.2 18.2 18.2 19.1 19.7 溫 度 ( 混 合 60%) 前 129ml 18.2 30.4 43.9 52 62 溫 度 ( 混 合 60%) 後 18.2 18.5 19.2 20.2 21 溫 度 ( 研 磨 60%) 前 158ml 18.2 30 43.1 51.1 60.6 溫 度 ( 研 磨 60%) 後 18.2 18.4 18.9 19.7 20.8 溫 度 ( 混 合 70%) 前 133ml 18.2 30.1 43.5 51.5 61 溫 度 ( 混 合 70%) 後 18.2 18.8 20 20.7 22.1 溫 度 ( 研 磨 70%) 前 171ml 18.2 29.8 42.9 51 60.4 溫 度 ( 研 磨 70%) 後 18.2 18.6 19.3 20 21 溫 度 ( 混 合 80%) 前 139ml 18.2 29.7 43 50.8 60.1 溫 度 ( 混 合 80%) 後 18.2 19 20.4 22 23.2 溫 度 ( 研 磨 80%) 前 182ml 18.2 29.6 42.6 50.4 60 溫 度 ( 研 磨 80%) 後 18.2 19 20.3 20.8 21.4 溫 度 ( 混 合 90%) 前 143ml 18.2 29 42.1 49.6 59 溫 度 ( 混 合 90%) 後 18.2 19.7 21.2 22.9 24.5 15
溫 度 ( 研 磨 90%) 前 201ml 18.2 29.4 42.3 49.3 59.5 溫 度 ( 研 磨 90%) 後 18.2 19.2 20.9 21 21.7 溫 度 ( 混 合 100%) 前 150ml 18.2 28.5 41.4 48.7 58.1 溫 度 ( 混 合 100%) 後 18.2 20 22.1 23.9 25.6 溫 度 ( 研 磨 100%) 前 221ml 18.2 29.2 42 48.9 59 溫 度 ( 研 磨 100%) 後 18.2 19.4 21.3 21.5 22.4 圖 4-3 不 同 混 合 比 例 隔 熱 前 後 比 較 圖 圖 4-4 不 同 研 磨 比 例 隔 熱 前 後 比 較 圖 16
土 塊 正 面 溫 度 差 數 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 時 間 (1 分 鐘 ) 時 間 (5 分 鐘 ) 時 間 (10 分 鐘 ) 時 間 (15 分 鐘 圖 4-5 混 合 研 磨 添 加 物 之 土 角 磚 含 水 飽 和 度 各 土 塊 正 面 之 溫 度 差 數 圖 土 塊 反 面 溫 度 差 數 0-0.5 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% -1-1.5-2 -2.5-3 -3.5 時 間 (1 分 鐘 ) 時 間 (5 分 鐘 ) 時 間 (10 分 鐘 ) 時 間 (15 分 鐘 圖 4-6 混 合 研 磨 添 加 物 之 土 角 磚 含 水 飽 和 度 各 土 塊 反 面 之 溫 度 差 數 圖 17
五 探 究 飽 和 與 含 研 磨 添 加 物 的 土 角 厝 磚, 烘 乾 後 的 體 積 孔 隙 密 度 變 化 實 驗 方 法 採 重 量 法 方 式 進 行, 將 實 驗 對 象 置 入 烤 箱 中, 比 對 體 積 變 化 說 明 ( 一 ) 將 土 壤 調 成 100g 飽 和 狀 態, 量 測 其 體 積 ; 並 將 土 壤 依 比 例 扣 除 將 要 加 入 研 磨 添 加 物 的 重 量, 使 對 照 組 與 實 驗 組 兩 者 重 量 相 同, 而 體 積 不 同 烘 烤! ( 二 ) 將 土 壤 調 成 100ml 飽 和 狀 態, 量 測 其 重 量 ; 並 將 土 壤 依 比 例 加 入 研 磨 添 加 物, 使 對 照 組 與 實 驗 組 兩 者 體 積 相 同, 而 重 量 不 同 烘 烤! 加 入 研 磨 稻 草 添 加 物 重 量 或 體 積 相 同 飽 和 土 塊 飽 和 土 塊 置 入 烤 箱 調 成 105 烘 烤 烘 乾 的 實 驗 土 塊 烘 乾 土 塊 後 有 收 縮 現 象 烘 乾 體 積 縮 小 利 用 阿 基 米 德 原 理 收 取 並 量 測 溢 出 的 水 分 圖 5-1 體 積 重 量 固 定 飽 和 烘 乾 圖 示 表 5-1 飽 和 狀 態 固 定 重 量 體 積 帄 均 數 量 表 重 量 相 同 而 體 積 不 同 體 積 相 同 而 重 量 不 同 重 量 (g) 帄 均 體 積 (cm 3 ) 體 積 (cm 3 ) 帄 均 重 量 (g) 加 入 添 加 物 100 62 100 162 無 添 加 物 100 60 100 186 表 5-2 烘 乾 狀 態 後 重 量 體 積 帄 均 數 量 表 重 量 相 同 而 體 積 不 同 體 積 相 同 而 重 量 不 同 重 量 (g) 帄 均 體 積 (cm 3 ) 體 積 (cm 3 ) 帄 均 重 量 (g) 加 入 添 加 物 66 44.2 91.8 95 無 添 加 物 72 39.5 83.4 116 18
伍 研 究 結 果 一 土 角 厝 磚 的 組 成 成 分 分 析, 探 討 各 地 所 製 造 的 土 角 厝 磚 是 否 相 同 : ( 一 ) 十 個 採 集 點 所 做 的 外 觀 分 析, 本 鄉 鎮 的 土 角 厝 來 說, 分 為 兩 種 樣 式, 土 壤 經 由 溶 解 搗 碎 沈 澱 過 濾 後, 土 壤 以 極 育 土 及 氧 化 物 土 居 多 ( 二 ) 添 加 物 經 由 過 濾 發 現, 大 多 是 以 稻 桿 和 些 許 的 稻 殻 為 主 ( 三 ) 土 壤 和 稻 桿 的 重 量 比 例 並 沒 有 一 定 ( 四 ) 以 5 5 5 立 方 公 分 切 割 的 各 地 土 角 厝 磚, 飽 和 含 水 帄 均 重 量 是 215.69 克, 烘 乾 後 帄 均 重 量 是 164.9 克 ; 含 水 飽 和 添 加 物 帄 均 重 量 3.0 克, 烘 乾 後 帄 均 重 量 0.65 克 二 探 討 土 角 磚 的 熱 傳 導 效 應 : ( 一 ) 各 地 採 集 到 的 土 角 厝 磚, 在 含 水 飽 和 狀 態 下 溫 度 上 升 的 曲 線 帄 緩 ( 二 ) 在 C 地 採 集 到 的 土 角 厝 磚, 在 含 水 飽 和 狀 態 下 溫 度 上 升 曲 線 較 陡 峭 ( 三 ) 在 B 地 採 集 到 的 土 角 厝 磚, 在 含 水 飽 和 狀 態 下 溫 度 上 升 呈 現 不 規 則 狀 ( 四 ) 烘 乾 的 土 角 厝 磚 相 對 於 水 飽 和 的 土 角 厝 磚, 在 溫 度 熱 傳 導 效 應 曲 線 的 差 別 度 變 化 較 大 三 探 究 不 同 添 加 物 比 例 的 土 角 厝 磚 熱 傳 導 效 應 實 驗 : ( 一 ) 以 不 研 磨 模 仿 夯 土 的 方 式, 得 出 下 圖 : 圖 5-1 不 同 比 例 混 合 添 加 物 熱 傳 導 變 化 圖 19
( 二 ) 以 研 磨 方 式 均 勻 混 合 再 加 以 夯 土 的 方 式, 得 出 下 圖 : 圖 5-2 不 同 比 例 研 磨 添 加 物 熱 傳 導 變 化 圖 四 探 究 不 同 比 例 添 加 物 的 土 角 厝 磚 含 水 飽 和 度 實 驗 : ( 一 ) 添 加 混 合 物 稻 桿 以 10% 的 比 例 加 重, 含 水 量 有 遞 增 現 象 ( 二 ) 添 加 研 磨 後 的 粉 末 狀 稻 桿 以 10% 的 比 例 加 重, 含 水 量 有 遞 增 現 象 ( 三 ) 同 重 量 未 研 磨 和 研 磨 的 稻 桿 比 較, 研 磨 的 稻 桿 含 水 量 大 於 未 研 磨 的 稻 桿 ( 四 ) 混 合 加 熱 面 的 實 驗 帄 均 溫 度 : 正 面 40% 溫 度 41.68 最 高 100% 溫 度 38.98 最 低 ; 反 面 以 100% 溫 度 21.96 最 高 40% 溫 度 18.78 最 低 ( 五 ) 研 磨 加 熱 面 的 實 驗 帄 均 溫 度 : 正 面 50% 溫 度 40.82 最 高 100% 溫 度 39.46 最 低 ; 反 面 以 100% 溫 度 20.56 最 高 50% 溫 度 18.68 最 低, 兩 者 的 溫 度 差 在 30% 開 始 往 下 掉, 在 接 近 0.8 正 負 0.1 後, 溫 度 差 異 數 又 跟 1 分 鐘 時 間 數 接 近, 此 後 10 15 分 鐘 後 急 轉 直 下, 研 磨 混 合 溫 差 正 反 面 差 異 變 大 ( 六 ) 混 合 添 加 物 土 塊 在 正 面 ( 吹 風 機 ) 的 溫 度 遞 增 到 50% 後 開 始 下 降, 由 於 熱 傳 導 效 應, 土 塊 為 帄 衡 空 氣 中 水 氣, 土 塊 中 的 水 分 會 往 吹 風 機 方 向 移 動, 從 數 據 可 以 看 出 混 合 物 遞 增 到 50% 後, 土 塊 反 面 溫 度 呈 現 遞 減 現 象, 但 溫 度 差 異 非 常 小 ( 七 ) 混 合 土 塊 添 加 物 大 於 50% 後, 正 面 溫 度 開 始 下 降, 但 幅 度 不 大 ( 八 ) 研 磨 添 加 物 土 塊 在 正 面 ( 吹 風 機 ) 的 溫 度 遞 增 到 60% 後 開 始 下 降, 但 下 降 的 幅 度 不 會 很 大 而 反 面 的 溫 度 在 實 驗 前 半 部 時, 起 始 溫 度 一 樣 不 變, 但 到 了 60% 後 才 開 始 有 改 變 20
五 探 究 飽 和 與 含 研 磨 添 加 物 的 土 角 厝 磚, 烘 乾 後 的 體 積 孔 隙 密 度 變 化 實 驗 : 圖 5-3 有 無 研 磨 添 加 物 的 土 塊 飽 和 狀 態 體 積 重 量 單 位 比 較 圖 圖 5-4 有 無 研 磨 添 加 物 的 土 塊 烘 乾 狀 態 體 積 重 量 單 位 比 較 圖 陸 討 論 一 GPS 定 位 取 土 角 厝 磚 在 本 鄉 鎮 十 個 地 點, 雖 說 盡 量 相 對 位 置 距 離 遠, 但 以 縣 市 土 壤 分 佈 在 高 溫 多 雨 的 環 境 中, 在 B 層 中 有 一 黏 粒 洗 入 聚 積 的 層 次 為 黏 聚 層 2, 它 的 特 色 是 黏 性 較 大 且 偏 向 紅 棕 色, 所 以 判 定 為 極 育 土, 若 顏 色 更 加 紅 豔 且 顆 粒 較 小, 經 顯 微 鏡 觀 察 發 現 其 中 礦 物 多 剩 下 高 嶺 石 和 石 英, 其 矽 酸 鹽 粘 土 礦 物 含 量 較 少 可 以 判 定 為 氧 化 物 土 二 採 取 的 實 驗 土 角 厝 磚 均 屬 於 不 飽 和 土, 在 於 土 塊 內 部 產 生 負 的 孔 隙 水 壓, 而 呈 現 不 飽 和 化 三 當 水 分 帶 有 負 壓 時, 可 以 考 量 吸 力 汞 和 虹 吸 現 象, 土 中 的 孔 隙 水 和 樹 木 中 的 導 管 一 樣, 都 是 由 表 面 張 力 和 凝 聚 力 附 著 在 孔 隙 中, 土 角 厝 磚 為 使 水 分 蒸 發 或 減 少, 房 屋 內 的 蒸 氣 壓 必 須 降 至 水 分 的 飽 和 蒸 氣 壓 以 下, 才 會 使 室 內 溫 度 下 降 四 在 自 製 土 角 厝 磚 考 慮 土 塊 的 吸 力 和 土 壤 的 黏 稠 度, 我 們 利 用 培 養 皿 的 大 小 固 定, 將 2 陳 尊 賢 許 正 一 著, 土 壤 分 類 台 灣 的 土 壤,P67 21
體 積 變 因 減 至 最 小, 把 不 同 比 例 的 極 育 土 和 水 放 置 在 培 養 皿 中, 放 置 烤 箱 烘 烤, 可 以 得 到 最 大 的 塑 性 限 界 五 飽 和 度 越 小, 透 氣 性 就 越 大, 自 製 土 角 厝 磚, 在 於 土 粒 中 的 孔 隙 大 小, 當 土 角 厝 磚 在 相 對 濕 度 大 時, 經 由 毛 細 現 象 會 呈 現 濕 潤, 所 以 在 夯 土 過 程 中 為 將 孔 隙 縮 小, 必 須 不 停 地 帄 敲 土 塊, 讓 空 氣 伴 隨 水 分 流 出, 但 土 塊 此 時 為 非 飽 和 狀 態, 也 非 純 乾 燥 狀 態, 如 呈 純 乾 燥 狀 態 好 比 小 孩 玩 沙 坑 的 沙 如 何 也 無 法 挖 出 山 洞, 如 有 微 微 濕 潤 就 可 以 築 成, 當 置 入 烤 米 香 機 烘 烤 水 分 消 失, 土 粒 以 互 相 抗 力 支 撐 而 成 型 六 不 同 添 加 物 ( 稻 草 ) 比 例 以 10%~100% 逐 量 增 加 的 方 式, 在 同 一 時 間 下 採 用 烤 箱 燒 烤, 對 照 燒 烤 前 後 的 重 量, 以 瞭 解 土 角 厝 磚 稻 草 條 狀 與 均 勻 粉 末 狀 之 吸 水 性 的 不 同 大 小 現 象 七 前 項 粗 略 得 知 稻 草 不 管 在 粉 末 狀 或 條 狀 都 有 在 不 飽 和 狀 態 下 往 飽 和 的 現 象 增 進, 我 們 的 目 標 是 賦 予 老 物 新 生 命, 既 然 土 角 厝 磚 有 冬 暖 夏 涼 的 特 性, 代 表 它 是 熱 的 不 良 導 體, 在 熱 傳 導 實 驗 中, 非 飽 和 和 飽 和 的 土 角 厝 磚 都 有 一 定 的 誤 差, 我 們 研 判 是 在 夯 土 過 程 中, 土 壤 中 的 水 無 法 精 準 的 控 制 理 論 上 我 們 知 道 孔 隙 水 壓 與 大 氣 壓 相 等, 表 示 在 大 氣 壓 與 孔 隙 壓 是 互 相 流 動, 意 味 在 孔 隙 壓 中 的 水 分 可 以 在 蒸 散 或 吸 收 空 氣 中 的 水 氣, 所 以 耆 老 才 會 說 老 土 角 厝 住 得 舒 服 利 用 土 壤 三 相 理 論 公 式, 導 入 土 角 厝 磚 的 製 作, 參 照 室 內 吸 力 的 眾 多 測 定 方 法 3, 決 定 採 用 加 壓 法, 我 們 借 用 學 校 鄉 土 教 材 機 器 的 爆 米 香 機, 利 用 它 封 閉 有 壓 力 計, 且 可 以 逸 散 出 蒸 氣, 此 時 吸 力 是 ua - uw=ua, 這 樣 可 以 很 精 準 的 做 出 切 割 未 含 水 的 土 角 厝 磚, 並 由 研 究 六 可 以 由 密 度 重 量 體 積 三 位 互 換, 經 由 烘 乾 後 的 土 塊 重 量 體 積 改 變 計 算 出 孔 隙 的 體 積 大 小 3 陳 信 雄, 不 飽 和 土 的 調 查 與 試 驗, 吸 力 測 定 方 法 應 用 土 壤 與 環 境 科 學 p27~30 22
圖 6-1 5 5 5 立 方 公 分 土 塊 ua - uw=ua 製 作 法 圖 示 利 用 爆 米 香 機 緊 密 的 壓 力 原 理, 螺 旋 鋼 鎖 經 由 鐵 棒 槓 桿 原 理 鎖 緊, 帄 置 在 瓦 斯 爐 上 慢 慢 旋 轉 加 熱, 從 壓 力 器 中 可 以 發 現 壓 力 逐 漸 提 升, 土 塊 中 水 滴 會 從 微 孔 滲 透 出 來 八 飽 和 狀 態 的 熱 傳 導 實 驗, 吹 風 機 前 正 面 蒸 發 的 水 分 加 速, 在 土 角 厝 磚 內 的 水 分, 經 由 研 磨 物 均 勻 混 合 內 的 添 加 物 或 土 塊 內 的 水 分 傳 遞 到 前 面 往 前 的 毛 細 作 用 帄 衡 力 漸 漸 減 退, 我 們 可 以 從 背 面 溫 度 開 始 上 升 佐 證, 所 以 後 面 的 溫 度 變 化 不 大 九 研 究 實 驗 四 中 的 自 製 夯 土 的 目 的, 是 想 找 出 最 佳 的 的 孔 隙 比 飽 和 度 含 水 比 當 土 角 厝 磚 完 全 飽 和 狀 態 ( 即 所 有 孔 隙 體 積 被 水 填 滿 ), 土 角 厝 磚 之 全 濕 單 位 重 = 飽 和 單 位 重 十 研 究 實 驗 六 中, 發 現 以 重 量 為 條 件, 其 飽 和 狀 態 烘 乾 狀 態 的 有 無 加 入 添 加 物 的 密 度 比 分 別 為 :0.96 0.81; 而 以 體 積 為 條 件, 其 飽 和 狀 態 烘 乾 狀 態 的 有 無 加 入 添 加 物 的 密 度 比 分 別 為 :0.87 0.74, 可 以 推 出 添 加 物 的 吸 水 效 果, 在 烘 乾 狀 態 下 會 逐 步 逸 散 出 水 分 而 有 熱 膨 脹 現 象, 造 成 密 度 下 降 圖 6-2 飽 和 烘 乾 土 塊 密 度 比 23
當 土 塊 處 於 飽 和 狀 態, 可 以 視 土 壤 中 的 空 氣 為 0, 從 飽 和 到 烘 乾 的 過 程 中, 土 壤 粒 子 受 熱 膨 V Vs Ww 脹, 由 孔 隙 比 公 式 e 含 水 比 (%) 公 式 W 100 可 得 4 : Vs Ws 圖 6-3 孔 隙 比 圖 6-4 含 水 比 4 陳 信 雄, 作 用 於 地 盤 內 的 自 重 應 力 應 用 土 壤 與 環 境 科 學 p123 24
柒 結 論 : 一 各 地 的 土 角 厝 磚 大 小 不 一, 內 含 物 以 稻 草 為 主, 其 中 雜 有 些 許 的 稻 殻, 研 判 是 打 穀 未 去 除 的 剩 餘 物, 各 地 的 土 角 厝 塊 的 土 壤 在 烘 乾 後 的 土 壤 重 量 減 少 比 例 介 於 20%~30% 之 間 稻 草 添 加 物 烘 乾 後 的 減 少 重 量 比 例 介 於 62%~88% 之 間, 但 並 非 以 體 積 加 大 而 增 加, 表 示 先 民 是 以 隨 機 經 驗 大 約 的 方 式 加 入 稻 草 添 加 物 二 各 地 的 土 角 厝 磚 在 飽 和 狀 態 和 乾 燥 狀 態 的 數 值, 有 一 定 程 度 的 誤 差, 由 溶 解 過 程 中 可 以 得 知 是 添 加 物 排 列 不 均 勻 所 致 三 不 同 添 加 物 稻 草 10%~100% 混 合 與 研 磨 方 式 的 熱 傳 導 實 驗 得 知 : 均 勻 的 研 磨 方 式 比 混 合 稻 草 的 方 式 較 呈 現 規 律 性 數 據, 且 研 磨 自 製 的 土 角 厝 磚 比 混 合 的 土 角 厝 磚 有 較 不 良 的 熱 傳 導 性 四 傳 統 隨 意 的 混 合 稻 草 的 方 式, 還 是 有 不 良 的 熱 傳 導 效 應, 但 對 室 內 的 溫 度 濕 度 帄 衡 作 用 不 是 很 一 致, 但 我 們 自 製 的 土 角 厝 磚 可 以 很 均 勻 的 產 生 帄 衡 效 果, 對 戶 外 的 相 對 濕 度 而 言, 藉 由 土 塊 內 均 勻 的 稻 草 研 磨 物 吸 附 水 分, 使 毛 細 作 用 產 生 帄 衡 作 用 效 果, 並 延 長 室 內 濕 度 溫 度 的 改 變, 達 到 舒 適 的 效 果 五 125 立 方 公 分 的 土 角 厝 塊 內 含 3 克 的 稻 草 添 加 物 是 較 趨 穩 的 帄 均 值, 若 要 加 大 土 角 厝 磚 的 製 作 可 以 依 此 比 例 加 大, 耆 老 說 的 : 大 ㄟ 三 曼 ( 台 語 )! 是 大 約 數, 實 驗 所 得 可 以 取 70% 的 研 磨 法 添 加 物 製 作, 土 角 磚 厝 對 戶 外 相 對 濕 度 要 達 到 帄 衡 會 藉 由 稻 草 附 著 力 的 水 揮 發 到 空 氣 中, 反 之 會 慢 慢 吸 收, 可 以 達 到 戶 內 外 的 帄 衡, 舒 適 的 原 因 在 於 土 角 厝 磚 的 添 加 物 減 緩 水 份 帄 衡 的 時 間 性 七 不 管 以 重 量 或 體 積 考 量, 有 含 添 加 物 的 含 水 比 皆 大 於 未 含 添 加 物 ; 土 角 厝 磚 水 分 蒸 散 後 的 土 壤 收 縮, 有 含 添 加 物 的 土 角 厝 磚 是 小 於 未 含 添 加 物 的 土 角 厝 磚, 所 以 在 收 縮 的 過 程 中 添 加 物 產 生 抵 抗 力 支 撐 土 粒 子, 但 在 吸 取 水 分 的 時 候 又 可 以 讓 較 多 的 水 分 吸 附 在 添 加 物 的 纖 維 微 細 的 導 管 之 中 八 衍 生 應 用 : 市 面 尚 有 一 種 產 品 矽 ( 硅 ) 藻 土 塗 布 在 牆 面 具 有 質 輕 多 孔 性 吸 附 強, 號 稱 可 以 除 濕 調 節 室 內 溫 度, 但 售 價 昂 貴, 其 實 我 們 可 以 利 用 老 祖 宗 的 智 慧, 將 研 究 出 的 最 佳 比 例 塗 抹 在 室 內 的 牆 上 也 一 樣 可 以 達 到 相 同 的 效 果 25
捌 參 考 資 料 陳 尊 賢 許 正 一 著 台 灣 的 土 壤 遠 足 文 化 單 信 瑜 土 壤 材 料 與 土 壤 取 樣 鑿 井 公 會 鑽 探 訓 練 班 講 義 陳 文 山 岩 石 入 門 遠 流 陳 培 源 台 灣 的 地 質 科 技 圖 書 李 方 胤 陳 士 賢 土 壤 分 析 實 驗 手 冊 新 文 京 陳 信 雄 應 用 土 壤 環 境 科 學 科 技 圖 書 郭 來 松 徐 瑞 祥 土 壤 力 學 實 驗 全 華 科 技 王 康 非 飽 和 土 壤 水 流 運 動 及 溶 質 遷 移 科 學 出 版 社 林 少 雯 蓋 土 角 厝 源 雜 誌 p84 p85 高 宜 凡 蓋 土 角 厝 弱 勢 族 群 請 命 架 站 搶 救 老 嬸 婆 的 土 角 厝 天 下 60 P176-177 曾 阿 柱 土 角 堀 臺 灣 月 刊 13 頁 5 26
評 語 030503 本 研 究 分 析 土 角 厝 泥 磚 材 質 的 組 成 了 解 在 粘 土 中 加 入 稻 草 添 加 物 後 對 泥 磚 之 熱 傳 導 吸 水 效 果 與 整 體 材 質 密 度 的 影 響 優 點 : 本 作 品 學 生 動 手 做 的 比 例 頗 高 缺 點 : 本 作 品 比 較 不 像 是 地 球 科 學 之 作 品, 倒 比 較 偏 向 不 同 成 分 之 土 角 厝 磚 之 比 熱 及 對 熱 之 傳 導 能 力 之 物 理 特 性 之 探 討 建 議 改 進 事 項 : 不 同 材 料 ( 泥 及 稻 草 ) 本 身 比 熱 的 分 析 以 及 合 成 後 比 熱 特 性 的 變 化 030503- 評 語