電弧爐爐碴經安定化處理製成混凝土製品之研究

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畢業系所

土木工程學系

論文名稱

電弧爐爐碴經安定化處理製成混凝土製品之研究

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摘要(中)

爐碴細粒料為電弧爐煉鋼之副產品，爐碴細粒料經過前置處理後則在某些情況下能取代天然細粒料使用本研究將爐碴粒料、水淬爐石粉、氫氧化鈉溶液及矽酸鈉溶液(水玻璃)激發爐碴膠結活性，一方面探討鹼活化爐石粉膠結材料在不同含鹼當量、鹼模數比及水膠比下，對新拌及硬固性質之影響，本研究參考ASTM C1260之養護環境，將使用爐碴粒料之試體浸泡於80℃濃度1N的NaOH溶液中，持續14天後取出試體並量測其膨脹量，最後利用較佳鹼活化配比製作高壓混凝土磚，探討鹼活化技術隊再利用產品之成效。
試驗結果顯示:(1)鹼活化砂漿之凝結時間會隨著含鹼當量增加而縮短，提高鹼模數比則可增加漿體之流動性；(2)使用爐碴細粒料之鹼活化砂漿於含鹼當量5%及鹼模數比0.75時，抗壓強度可優於水泥砂漿之抗壓強度；而提高鹼活化劑濃度對砂漿之抗壓強度發展越好；(3)利用鹼活化技術可使浸泡於80℃濃度1N的NaOH溶液中之養護環境下有抑制膨脹的效果；(4)使用爐碴粒料製成混凝土磚使用爐碴粒料時含鹼當量6%及鹼模數比1.75時，符合CNS 13295 規範C級磚。

摘要(英)

Slag fine aggregates are by-products of electric arc furnace steelmaking. After the slag fine aggregates are pre-treated, they can replace natural fine aggregates in some cases. In this study, the researcher used slag aggregates, water quenched stove powder, sodium hydroxide solution, and sodium silicate solution (water glass) to activate the slag cementation activity. The objective was to explore the effects that the alkali activated furnace powder cementing material have on the new mix and the hardening properties under different alkali equivalent volumes, alkali modulus ratios, and water-cement ratios. In this study, the researcher referred to the curing environment of ASTM C1260 to soak the slag aggregate specimen in 80 ℃ 1N concentration NaOH solution. After 14 days, the researcher removed the test specimen and measured the amount of expansion. Finally, the researcher used the preferred alkali activation ratio to produce high-pressure concrete bricks and investigate the performances of the alkali activation technology for recycled products.
The study results indicated that: (1) The condensation time of alkali activated mortar would shorten as the alkali equivalent volume is increased. (2) When the alkali activated mortar of the slag fine aggregates has the alkali equivalent volume of 5% and alkali modulus ratio of 0.75, the compressive strength is greater than the cement mortar; the higher the alkali activator concentration, the better the compressive strength development for the mortar. (3) The alkali activation technology can have an expansion suppressing effect for the specimen soaked in the 80 ℃ 1N concentration NaOH solution. (4) When slag aggregates are used to make concrete bricks, the bricks would achieve CNS 13295 specification C-grade compliant if the alkali equivalent volume is 6% and the alkali modulus ratio is 1.75.

關鍵字(中)

★ 爐碴細粒料
★ 鹼活化技術

關鍵字(英)

★ Slag fine aggregate
★ alkali activation technology

論文目次

摘要 I
Abstract III
致謝 V
圖目錄 XI
表目錄 XVII
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法及內容 2
1.4 名詞定義 4
第二章文獻回顧 5
2.1 爐碴作為再利用材料之相關法規 5
2.1.1 廢棄物清理法 5
2.1.2 資源回收再利用法 6
2.2電弧爐煉鋼爐碴 7
2.2.1 製程簡介 7
2.2.2 氧化碴之物化特性 9
2.2.3氧化碴之應用情形 10
2.3 水淬高爐石粉 10
2.3.1 爐石粉特性 10
2.3.2 水淬爐石粉混凝土的材料特性 12
2.3.3 提升膠結活性之技術 14
2.4 鹼活化處理技術 16
2.4.1 鹼活化之反應機理 17
2.4.2 鹼活化技術之影響 18
2.4.3 鹼活化技術之特性 24
2.5 爐碴粒料應用於混凝土之成效 26
2.6 高壓磚相關研究 27
第三章實驗材料及方法 31
3.1 實驗材料 31
3.2 實驗設備及儀器 36
3.3 實驗流程及方法 43
3.3.1 實驗流程 43
3.3.2 實驗方法 47
3.3.3 鹼活化配比及計算 52
第四章結果與分析 55
4.1 爐碴基本性質分析 56
4.1.1 物理性質 56
4.1.2 化學性質 58
4.2 鹼活化水淬爐石之新拌與硬固性質探討 60
4.2.1 新拌性質 60
4.2.2 硬固性質 66
4.3 不同養護條件下爐碴粒料於鹼活化系統中之膨脹行為 79
4.3.1 養護於38℃氣溫 79
4.3.2 養護於23℃常溫中 81
4.3.3 浸泡於80℃ 1N NaOH對爐碴粒料之影響 83
4.3.4浸泡於80℃熱水對爐碴粒料之影響 87
4.4 使用爐碴粒料製作鹼活化混凝土地磚之應用 90
4.4.1 使用天然粒料對鹼活化劑之抗壓強度影響 90
4.4.2 使用爐碴粒料對鹼活化劑之抗壓強度影響 92
4.4.3 使用不同粒料對鹼活化劑之抗壓強度影響 94
4.5 成本效益評估 96
4.5.1 成本效益指數計算方式 97
4.5.2 鹼活化水淬爐石粉成本效益評估 98
第五章結論與建議 101
5.1 結論 101
5.2 建議 103
參考文獻 105

參考文獻

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指導教授

黃偉慶

審核日期

2017-7-28

推文