| 姓名 |
鄭清元(Ging-Yuan Zheng)
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畢業系所 |
土木工程學系 |
| 論文名稱 |
電弧爐煉鋼爐碴特性及取代混凝土粗骨材之研究
(Researches on properties of electric arc furnace slag and its replacement for coarse aggregates of concrete)
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| 相關論文 | |
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| 摘要(中) |
電弧爐爐碴是電弧爐在煉鋼的過程中所產生的固態副產品，但經由加工處理後，即可將爐碴予以資源化再利用，尤以台灣的河川砂石料日益枯竭的今天，以爐碴取代部份天然碎石級配鋪築道路基底層或是充當粗骨材拌製混凝土，應為一極有價值之應用方向。
本研究旨在探討電弧爐爐碴之氧化碴做為道路基底層粒料以及取代天然骨材拌製成混凝土之可行性。各階段試驗包括化性試驗、物性試驗以及環境試驗。拌製成混凝土後進行新拌性質以及硬固性質試驗與一般天然骨材混凝土進行比較。
試驗結果顯示，電弧爐爐碴不會對環境造成影響且大致符合道路用級配用及一般混凝土粗骨材之要求。而以適當級配之爐碴亦能取代粗骨材拌製成混凝土，且在強度發展方面比一般天然骨材混凝土佳，唯爐碴所具有之膨脹性使所製成混凝土之浸水膨脹率較高，因此有必要對爐碴之膨脹性加以抑制。 |
| 摘要(英) |
Electric arc furnace slags are the solid by-products in the process of steelmaking. After dealing with them, they can be considered as a kind of resource. Especially in Taiwan, the aggregates are less and less so the natural aggregates can be partly replaced with slags for the civil engineering such as pavement or concrete.
The study focuses on the possibilities that the oxidized dregs of the electric arc furnace slags substituted for natural aggregates for the civil engineering of concrete and the baselayer of pavements. The tests of the study include the chemical、physical and environmental ones. After mixing the concrete, the fresh and harden tests are performed and later we compare them with the ones of ordinary concrete.
The results reveal that the electric arc furnace slags can’t influence the environment and can coincide mostly with the demands of ordinary concrete. With the proper gradation of slags, the fit concrete can be made . Even for the strength, it is better than the natural aggregate. Therefor, we can infer form the above the electric arc furnace slags can be substituted for natural coarse aggregates and won’t influence the quality of concrete. |
| 關鍵字(中) |
★ 電弧爐爐碴
★ 碎石級配
★ 氧化碴
★ 爐碴混凝土 |
關鍵字(英) |
★ electric arc furnace slag
★ coarse aggregate
★ oxidized slag
★ slag of concrete |
| 論文目次 |
第一章 緒論1
1.1研究動機1
1.2研究背景與目的2
1.3研究方法與範圍2
第二章 文獻回顧3
2.1台灣地區電弧爐煉鋼業概況3
2.2煉鋼爐碴製程來源與組成5
2.2.1製程概述5
2.2.2來源5
2.2.3產生量與組成6
2.2.4化學性質7
2.2.5物理性質8
2.2.6國內外電弧爐爐碴基本特性10
2.3國內中鋼公司爐碴資源化概況11
2.3.1中鋼公司爐碴資源化沿革11
2.3.2水淬高爐爐碴應用在水泥及混凝土之過程13
2.3.3氣冷高爐爐碴的應用14
2.3.4轉爐爐碴的應用17
2.4國外爐碴資源化概況19
2.4.1爐碴資源化沿革19
2.4.2爐碴資源化利用21
2.5煉鋼爐碴之利用24
第三章 實驗計畫27
3.1實驗材料27
3.2主要儀器設備29
3.2.1萬能試驗機29
3.2.2數位式電子天平29
3.2.3數位式比長計30
3.2.4X光繞射分析儀(XRD)30
3.2.5恆溫恆濕控制箱31
3.2.6混凝土拌和機31
3.2.7烘箱32
3.2.8彈性模數儀32
3.2.9空氣含量氣量計33
3.3實驗內容與方法33
3.3.1粒料基本物性試驗35
3.3.2混凝土新拌性質試驗40
3.3.3混凝土硬固性質試驗42
3.4電弧爐爐碴化性、毒性溶出試驗、水污染試驗45
第四章 結果與討論46
4.1電弧爐爐碴化學性質46
4.1.1電弧爐爐碴化性分析46
4.1.2電弧爐爐碴與高爐爐碴規範之比較48
4.2電弧爐爐碴物理性質50
4.2.1國內電弧爐爐碴物性分析50
4.2.2國內電弧爐爐碴物性比較52
4.2.3電弧爐爐碴物理性質之關聯性59
4.3電弧爐爐碴對環境影響的評估61
4.3.1電弧爐爐碴輻射劑量之檢測61
4.3.2毒性溶出試驗62
4.3.3電弧爐爐碴水污染試驗62
4.4電弧爐爐碴膨脹試驗65
4.5電弧爐煉鋼廠分布情形73
4.6新拌爐碴混凝土性質74
4.6.1爐碴混凝土配比74
4.6.2坍度試驗75
4.6.3新拌混凝土空氣含量試驗78
4.6.4新拌混凝土單位重試驗78
4.7硬固爐碴混凝土性質79
4.7.1爐碴混凝土抗壓抗彎試驗79
4.7.2混凝土膨脹性試驗93
4.7.3爐碴混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗96
4.7.4硬固混凝土單位重試驗100
4.7.5混凝土彈性模數試驗103
4.7.6X光繞射分析(XRD)103
第五章 結論與建議108
5.1結論108
5.2建議109
參考文獻……………………………………………………….111
附錄1全國25家電弧爐煉鋼爐碴之化性分析統計比較表……115
附錄2全國25家電弧爐煉鋼爐碴物性分析表…………………..116
圖 3.1 萬能試驗機29
圖 3.2 數位式比長計30
圖 3.3 X光繞射分析儀30
圖 3.4 恆溫恆濕控制箱31
圖 3.5 混凝土拌和機31
圖 3.6 烘箱32
圖 3.7 彈性模數試驗儀32
圖 3.8 空氣含量氣量計33
圖 3.9 台灣地區電弧爐爐碴基本特性研究流程圖34
圖 4.1 電弧爐爐碴主要化學成份含量分佈圖48
圖 4.2 電弧爐爐碴磁選49
圖 4.3 電弧爐爐碴之外觀51
圖 4.4 三種爐碴分類之比重比較圖56
圖 4.5 三種爐碴分類之吸水率比較圖56
圖 4.6 三種爐碴分類之洛杉磯磨損率比較圖57
圖 4.7 三種爐碴分類之健度比較值57
圖 4.8 三種爐碴分類之乾搗單位重比較值58
圖 4.9 吸水率與洛杉磯磨損率之關係60
圖 4.10 空隙體積與吸水率之關係60
圖 4.11 台灣地區25家電弧爐煉鋼廠爐碴輻射劑量分佈情形61
圖 4.12 天然粒料膨脹率67
圖 4.13 放置於空氣中養生7天純爐碴膨脹率67
圖 4.14 放置於空氣中養生7天基底層級配爐碴膨脹率68
圖 4.15 放置於空氣中養生30天純爐碴膨脹率68
圖 4.16 放置於空氣中養生30天基底層級配爐碴膨脹率69
圖 4.17 放置於空氣中養生90天純爐碴膨脹率69
圖 4.18 放置於空氣中養生90天基底層級配爐碴膨脹率70
圖 4.19 桂裕純爐碴不同空氣養生齡期膨脹率之比較70
圖 4.20 東和桃園純爐碴不同空氣養生齡期膨脹率之比較71
圖 4.21 燁聯純爐碴不同空氣養生齡期膨脹率之比較71
圖 4.22 桂裕基底層級配不同空氣養生齡期膨脹率之比較72
圖 4.23 東和桃園基底層級配不同空氣養生齡期膨脹率之比較72
圖 4.24 燁聯基底層級配不同空氣養生齡期膨脹率之比較73
圖 4.25 吸水率與混凝土坍度之關係圖76
圖 4.26 台灣地區電弧爐煉鋼廠分佈圖77
圖 4.27 電弧爐爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢81
圖 4.28 桂裕煉鋼爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢81
圖 4.29 東和桃園煉鋼爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢82
圖 4.30 燁聯煉鋼爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢82
圖 4.31 取代天然骨材50%之爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢83
圖 4.32 取代天然骨材100%之爐碴混凝土抗壓強度發展趨勢83
圖 4.33 電弧爐爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢84
圖 4.34 桂裕煉鋼爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢84
圖 4.35 東和桃園煉鋼爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢85
圖 4.36 燁聯煉鋼爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢85
圖 4.37 取代天然骨材50%之爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢86
圖 4.38 取代天然骨材100%之爐碴混凝土抗彎強度發展趨勢86
圖 4.39桂裕電弧爐煉鋼爐碴89
圖 4.40東和桃園煉鋼爐碴89
圖 4.41 燁聯煉鋼爐碴90
圖 4.42 天然骨材90
圖 4.43 爐碴混凝土破壞面(1)91
圖 4.44 爐碴混凝土破壞面(2)91
圖 4.45 爐碴吸水率與爐碴混凝土抗壓強度(120天)關係圖92
圖 4.46 爐碴吸水率與爐碴混凝土抗彎強度(120天)關係圖92
圖 4.47 桂裕電弧爐爐碴混凝土之膨脹率94
圖 4.48 東和桃園電弧爐爐碴混凝土之膨脹率94
圖 4.49 燁聯電弧爐爐碴混凝土之膨脹率95
圖 4.50 取代天然骨材50%之爐碴混凝土膨脹率95
圖 4.51 取代天然骨材100%之爐碴混凝土膨脹率96
圖 4.52 桂裕廠爐碴不同取代量對硫酸鹽膨脹率之影響97
圖 4.53 東和桃園廠爐碴不同取代量對硫酸鹽膨脹率之影響97
圖 4.54 燁聯廠爐碴不同取代量對硫酸鹽膨脹率之影響98
圖 4.55 三家廠爐碴取代天然骨材50%受硫酸鹽侵蝕膨脹率98
圖 4.56 三家廠爐碴取代天然骨材100%受硫酸鹽侵蝕膨脹率99
圖 4.57 爐碴取代量50%受硫酸鹽膨脹率減去自身膨脹率後結果99
圖 4.58 桂裕廠不同爐碴取代量硬固混凝土單位重100
圖 4.59 東和桃園廠不同爐碴取代量硬固混凝土單位重101
圖 4.60 燁聯廠不同爐碴取代量硬固混凝土單位重101
圖 4.61 三家廠完全取代天然骨材之硬固混凝土單位重102
圖 4.62 三家廠取代天然骨材50%之硬固混凝土單位重102
圖 4.63 養護7天桂裕爐碴混凝土與天然骨材混凝土XRD分析圖105
圖 4.64 養護90天桂裕爐碴與天然骨材混凝土XRD分析圖105
圖 4.65 桂裕電弧爐爐碴XRD分析圖106
圖 4.66 東和桃園電弧爐爐碴XRD分析圖106
圖 4.67 燁聯電弧爐爐碴XRD分析圖107
表2.1 冶煉鋼鐵爐碴化學成份7
表2.2 國內外電弧爐爐碴物理性質比較表11
表2.3 世界主要鋼鐵生產國家高爐爐碴的利用狀況(1979)22
表2.4 日本高爐爐碴利用狀況(1994)22
表2.5 世界主要鋼鐵生產國家煉鋼爐碴的利用狀況(1979)23
表2.6 日本煉鋼爐碴利用狀況(1994)23
表3.1 台泥I型水泥成份分析表27
表3.2 台灣地區電弧爐煉鋼爐碴廠名稱與地址28
表3.3 ASTM D2940-74路面基、底層級配39
表4.1 電弧爐爐碴化學成份與高爐爐碴規範之比較49
表4.2 不鏽鋼電弧爐煉鋼廠爐碴物性分析表52
表4.3 交流電電弧爐煉鋼廠爐碴物性分析表52
表4.4 直流電電弧爐煉鋼廠爐碴物性分析表53
表4.5 電弧爐爐碴與文獻之比較58
表4.6 台灣地區25廠電弧爐煉鋼爐碴毒性溶出試驗(TCLP)結果64
表4.7 爐碴水污染檢驗表65
表4.8 爐碴混凝土粗骨材級配74
表4.9 爐碴混凝土細骨材級配……………………………………..74
表4.10 電弧爐爐碴完全取代天然骨材混凝土配合設計74
表4.11電弧爐爐碴取代50%混凝土配合設計75
表4.12新拌混凝土坍度表75
表4.13爐碴混凝土空氣含量(%)78
表4.14新拌混凝土單位重78
表4.15桂裕100%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表87
表4.16桂裕50%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表87
表4.17東和桃園50%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表87
表4.18東和桃園100%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表88
表4.19燁聯50%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表88
表4.20燁聯100%與天然混凝土抗壓強度ANOVA表88
表4.21桂裕煉鋼爐碴混凝土不同取代量之彈性模數103 |
| 參考文獻 |
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42. 賴維志，「不鏽鋼電爐碴處理利用之研究」，碩士論文，國立
成功大學資源工程研究所，台南(1996)。 |
| 指導教授 |
黃偉慶(Wei-Hsing Huang)
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審核日期 |
2000-7-6 |
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