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2019年5月24日 星期五

牆體材料的革新應用:高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土(AAC)


何謂高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土(AAC)


高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土(Autoclaved Aerated Concrete,縮寫 AAC)是一種輕質、多孔的新型建築材料,具有質量輕、保溫好、可加工和不燃燒等優點。

可以製成不同規格的砌塊、板材和保溫製品,可廣泛應用於建築的承重結構或隔間牆體,生產和應用已遍及五大洲 60 多個國家,成為許多國家大力推廣和發展的一種建築材料。




AAC是以矽質材料(硅砂)及鈣質材料(生石灰)為主要原料,摻加發氣劑(鋁粉),經加水攪拌,由化學反應形成孔隙,之後經澆注製模成型、預養切割、蒸汽高壓養護(190°C、1.3MPa)等過程所製成的多孔隙混凝土製品。

這裡有很好的說明介紹,大家可以2倍速觀看



高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土AAC剖面




AAC發展歷史


1923年,瑞典一位工程師(J·A·Eriksson)掌握了以鋁粉為發氣劑的生產技術,以鋁粉發氣產氣量大,所產生的氫氣在水中溶解量小,發氣效率較高,發氣過程亦容易控制,且鋁粉來源廣(鋁元素在地殼中的含量居金屬首位,占地殼總量的8.3 %),從而為AAC的大規模工業化生產提供了必要的條件。

此後,隨著對工業技術和設備的不斷改進,工業化生產日益成熟,終於在 1929 年於瑞典建立了全世界第一座AAC生產線。

AAC在 1929 年於瑞典開始工業化生產,1931後在德國開始發展, 1934年後中國、日本以及世界各地開始引進生產技術。


AAC 自動化製程可觀看如下影片(以後 國宇建材 也會有一條這樣的生產線)




日本在引進發展AAC時,其建築體制內的戰略方針是單一密度規格,便於集中開展研究和應用,因此特意用了『輕質Lightweight』表示,爾後日本稱呼『高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土』即以『Autoclaved Lightweight Concrete(縮寫 ALC)』做為代表。

目前台灣多延用日本系統,以ALC作為『高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土』代名詞。 

AAC至今無論是嚴寒地區, 還是赤道附近的炎熱地帶,生產和應用遍及全球;而亞洲地區最早使用的國家為日本,至今也有五十年以上的經驗;與日本同處亞洲地震帶的台灣,從1987年引進AAC,直到921地震(1999)發生,建築物隔間輕量化的觀念強化後才開始逐漸應用。

AAC在歐洲的建築領域運用的相當普遍,不論外牆、樓梯、隔間、圍牆都有使用,在台灣沒有理由不受青睞才對。

惟目前市場上仍未普遍應用,其原因在於許多營建廠商、施作工班對於新產品有強烈的排斥與畏懼感,而且因為AAC對比紅磚的施工速度過快,在台灣勞力密集的1990年代,此舉嚴重影響工人收益,據說在引進之初曾經被傳統廠商與工班暗中排擠。

再加上早期台灣大量從中國進口AAC砌塊,以低價在市場傾銷,因當時中國生產技術未臻成熟,產品品質不佳,再加上施作工班對此新材料陌生,錯誤的施工方法與材料應用,導致當時在台灣建築業界負面評價不斷。

30年前引進AAC來台使用時,使用者認知不足,不知該如何形容這樣的產品,因為AAC外表為白色,有別於傳統紅磚的顏色,所以坊間開始稱之為『白磚』(一般常見尺寸為60cm*40cm*10cm,如圖二所示),並一直沿用至今。

坊間常用AAC Block尺寸 60cm*40cm*10cm 


目前台灣的建築體系內,若稱呼AAC或ALC,知道其定義的人可能不多,但一說到『白磚』,大家都多少有耳聞認知,也是因為於此,老一輩的建築工程先進,因為先前使用的失敗經驗記憶猶存,漸把『白磚』視為劣質品的代名詞。

當『白磚』被貼上標籤污名化後,要再導正大家的認知,其實是一件困難的事,因此台灣業者開始以重新命名的方式(輕質磚、ALC輕質磚、加氣混凝土磚),嘗試達到去汙名化的可能,藉由將不合時宜的稱呼修正為切合實際情況,且不帶貶抑的名詞,希冀有助改善建築工程先進們對AAC的使用態度。

現今,中國的生產技術已經相當成熟,加上對於矽砂礦產的保護,導致價格日漸高漲。今日台灣的建築市場已把價格視為唯一考量,中國的售價已無法承受,故近十年陸續轉向越南購買。

以往台灣AAC的需求均由國外進口,台灣並無製造生產,惟鑒於市場缺口,且AAC是目前『輕隔間系統』中,質感最接近傳統紅磚或是RC隔間,施工程序簡單、經濟、乾淨、快速,防火、隔熱、隔音、吊掛、耐震等性質優於目前市場輕隔間系統建材,因此已有業者斥資鉅額,在台灣建立產線,打造在地生產MIT的AAC產品,提供建築工程的使用需求。


AAC材料特點


  • 重量輕
AAC的乾體積密度一般為 400~700kg/m3
相當於紅磚的 1/3
普通混凝土的 1/5 
採用AAC作牆體材料可以大大減輕建築物自重,進而減小建築物的基礎及梁、柱等結構件的尺寸,可以節約建築材料和工程費用,還可提高建築物的抗震能力。

AAC Block與紅磚的重量對比

  •  保温性能好
AAC內部具有大量的微孔,因而有良好的保溫隔熱性能。 
AAC的導熱系數通常為0.09~0.22W/(m·k) 
僅為紅磚的 1/4~1/5 
普通混凝土的 1/5~1/10 
通常 20cm 厚的AAC牆保溫隔熱效果,相當於 49cm 厚的紅磚牆,不僅可節約冷氣能源,而且可大大提高建築物的平面利用空間。

  • 可加工性
AAC不使用粗粒料,具有良好的可加工性,可鋸、刨、鑽、釘,並可用適當的粘結材料粘結,施工方便迅速,也大大節省後續衍生的加工費用。

  • 生產效率高、生產能耗低
自動化程度高的AAC製程,年人均勞動效率可達 900m3~1000m3,比紅磚(180m3)及混凝土空心磚(500~ 800m3)都高;而且生產耗能低,其單位製品的生產能耗僅為同體積紅磚能耗的50%。

AAC是目前『輕隔間系統』中,質感最接近傳統紅磚或是RC隔間,且施工程序簡單、經濟,市場接受度很高的輕隔間系統。


AAC在台灣的發展應用


中國自 1965 年建設第一條AAC生產線起,經歷了短短的 50 年,不僅成立逾 800 家的生產工廠,總生產規模可達6800萬立方公尺。

而且,隨著生產的發展,在中國還湧現了一批從事AAC生產、設備和應用技術研究的科研院所及大專院校,建立科研、設計、教學、施工、裝備和配套材料等系統;制定了從原材料、產品、試驗方法和施工應用的標準和規範,使中國AAC形成了完整的工業體系。

目前在中國,AAC產量佔牆材總量的20%,其中大型城市平均可達30%~40%,2020年中國規劃目標AAC佔全國牆體材料總量的40%,經濟發達城市須達60%~80%。

對比台灣目前『輕隔間系統』市場中,AAC使用占比僅約5%

惟目前與AAC相關的國家規範,僅有CNS8646 『高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土嵌板』、CNS 13480『高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土磚』,兩者規範的公佈日期均為民國84年1月26日,迄今未有修訂。

既然工程市場確有使用需求,因此對於法令規定的更新,實須配合社會脈動及國際最新趨勢進行逐步檢討修訂、與時俱進。

2019年4月,筆者向『台灣混凝土學會』提案,成立『高壓蒸氣養護輕質氣泡混凝土技術委員會』,其目的在於建立本土化材料之相關性質資料庫,並期研究成果能應用在國內建築物輕隔間施工中;此外,亦透過蒐集國外AAC材料設計規範,整理檢覈其材料參數與施工方法,提出適合國內環境應用之AAC材料規範及施工程序,提供工程界應用參考。

當全世界都在大力發展與推廣『低能耗』、『環保節能』的綠色建材時,台灣政府與國內業者們應該一同積極思考,該如何將新材料應用於建築需求,並順應本土氣候條件、施工方式,充分發揮新型隔間建材優勢,提升國人的優質的居住環境品質。


國宇建材