博碩士論文 86342006 詳細資訊




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姓名 陳立(Lee Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 電弧爐氧化碴為混凝土骨材之可行性研究
(Utilization of Electric arc Furnace Oxidizing Slag as Concrete aggregates)
相關論文
★ 電弧爐氧化碴特性及取代混凝土粗骨材之成效研究★ 路基土壤回彈模數試驗系統量測不確定度與永久變形行為探討
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摘要(中) 電弧爐氧化碴係電弧爐煉鋼過程所產生的副產物,由於產生量甚為龐大且以往未妥善再利用而任意棄置,因此普遍認定其為廢棄物。在河川砂石欠缺及環保意識逐漸抬頭的今日,將爐碴透過適當的加工處理程序,予以資源化再利用,為工程界極為重要的課題,本研究即針對氧化碴替代天然骨材拌製成混凝土之各項特性進行完整探討。
經破碎、磁選與篩分後之氧化碴在實驗室中進行之試驗包括氧化碴材料之基本化學成分與物理性質分析、礦物組成、膨脹試驗、環境影響試驗、鹼質粒料反應試驗、混凝土配合設計與強度試驗與微觀分析等。
台灣地區23廠電弧爐爐碴材料之化性、物性分析結果顯示,各廠爐碴之化學成分略有差異,物理性質方面,顆粒強度及耐磨損性甚佳,面乾飽和比重較一般碎石比重為高,吸水率及乾搗單位重與天然骨材相當,健度損失甚低,不產生鹼質反應,洛杉磯磨損率平均約25﹪,符合CNS混凝土用骨材之規定。此外,浸水膨脹試驗顯示爐碴會產生少量之膨脹(約0.1%),故需經安定化處理後方可應用於混凝土中。
針對23廠電弧爐爐碴經毒性特性溶出試驗(TCLP)結果顯示,重金屬溶出量均遠低於環保署有害廢棄物溶出試驗認定標準,且pH值介於9.3~12.1之間,可認定為無害之一般廢棄物。爐碴泡水後之水質分析符合國內農業灌溉用水標準及國家放流水標準,且爐碴材料不具輻射性,因此電弧爐爐碴充當工程材料不會對環境造成二次污染。
爐碴取代天然粗骨材拌製之爐碴混凝土,由於爐碴顆粒表面粗糙及多稜角特性有助於漿料與骨材間之鍵結,加上卜作嵐反應作用及被解離出之活性鈣、矽離子於水泥水化過程中繼續作用生成水化矽酸鈣,因而提昇骨材與水泥砂漿界面之鍵結力,使得爐碴混凝土強度發展優於天然骨材混凝土。
除實驗室內之評估外,同時亦經試驗道路鋪築之實用化驗證與評估,證實電弧爐氧化碴確可替代天然骨材而應用於混凝土工程中。
摘要(英) Electrical arc furnace oxidizing slag is the by-product produced by the steelmaking plants from using recycled iron. The growing demand for steel has resulted in significant increase in the production of electrical arc furnace slag. Also, disposal of the slag has become more costly to the steelmaking industry due to stringent environmental regulations. Therefore, interest in this slag as a substitute for conventional construction material has increased considerably in recent years. The utilization of the slag not only solves a waste disposal problem but also provides an economic construction material. This study assesses those properties of electrical arc furnace slag that are likely to affect its use as a replacement for conventional aggregate in making concrete.
After crushing and screening processes, electric arc furnace oxidizing slag was evaluated, in the laboratory, for the potential as an alternative of aggregate in making concrete. Tests included complete chemical analysis and physical properties, Mineral composition, expansion test, environmental influence test, Toxicity characteristic leaching procedure, alkali aggregate reaction, concrete mix design and strength development, Microstructure analysis and test pavement build. ……….
The economic potential of the utilization of slag as construction materials demand more versatile applications of this by-product. This study demonstrated that the incorporation of slag in concrete is feasible. More areas in construction related applications of electric arc furnace slag are yet to be developed.
關鍵字(中) ★ 電弧爐氧化碴
★ 骨材
★ 微結構
★ 混凝土
★ 強度
關鍵字(英) ★ Concrete
★ aggregate
★ Electric arc furnace oxidizing slag
★ Microstructure
★ strength
論文目次 目 錄
第一章 緒論………………………………………………………1
1-1 研究動機……………………………………………………1
1-2 研究目的……………………………………………………2
1-3 研究範圍……………………………………………………2
1-4 研究步驟及方法……………………………………………2
第二章 文獻回顧…………………………………………………5
2-1 電弧爐氧化碴之來源與產生量…………………………..5
2-2 電弧爐氧化碴資源化方向……………………………..…7
2-3 電弧爐氧化碴之礦物組成………………………………..9
2-4 電弧爐氧化碴之化學分……………………………….13
2-5 電弧爐氧化碴之物理質……………………………….16
2-6 電弧爐氧化碴之溶出驗……………………………….19
2-7 電弧爐氧化碴之硬度驗……………………………….20
2-8 煉鋼爐碴之膨脹性質…………………………………….20
2-8-1煉鋼爐碴體積膨脹因素……………………………..20
2-8-2煉鋼爐碴安定化處理技術…………………………..23
2-8-3爐碴骨材之環境相容性與體積穩定性試驗………25
2-9 電弧爐氧化碴之耐腐性……………………………….26
2-10 爐碴之鹼矽反應驗…………………………………...26
2-11 爐碴混凝土強度驗…………………………………...28
2-12 爐碴混凝土鋪面實用化試驗…………………………..29
2-13 普通水泥水化作用及機理……………………………..34
2-14 波索蘭材料的水化及水化式………………………..42
2-15 水泥漿體之微觀結構對工程性質之影響…………….45
2-16 鹼活化劑對爐碴之影響………………………………..50
2-17 骨材……………………….………………………………53
2-17-1骨材之潔淨…………….……………………………54
2-17-2骨材之堅硬與耐磨性……….………………………54
2-17-3骨材之強度…………….……………………………55
2-17-4骨材之吸水率與比重…………….…………………55
2-17-5骨材之耐久性…………….…………………………56
2-17-6卵石與碎石….………………………………………59
2-18 混凝土之品質制………………………………………59
2-18-1骨材之強度…………….……………………………60
2-18-2骨材對混凝土強度之影響…………………………60
2-19 小結……………………………………………….………61
第三章 微觀分析之儀器及原理………………………………….63
3-1 X光繞射分析(X-ray Diffraction, XRD)……………………..63
3-2 掃描式電子顯微鏡與電子探針微區分析…………………...65
3-3 化學分析電子儀析…………………………………….73
第四章 試驗內容與試驗方法…………………………………76
4-1 前言………………………………………………………..76
4-2 試驗內容…………………………………………………..76
4-2-1試驗材料………………………………………………76
4-2-2電弧爐氧化碴基本性質試驗 ………………………77
4-2-3電弧爐氧化碴環境影響試驗 ………………………79
4-2-4爐碴骨材膨脹試驗 ………………………………….82
4-2-5爐碴骨材工程特性 ………………………………….86
4-2-6爐碴骨材鹼質反應試驗 ……………………………87
4-2-7新拌混凝土相關試驗 ………………………………91
4-2-8硬固混凝土相關試驗 ………………………………93
第五章 電弧爐氧化碴基本特性及對環境影響之探討…….97
5-1 前言………………………………………………………..97
5-2 試驗計畫…………………………………………………..99
5-2-1 試驗材料……………………………………………..99
5-2-2 試驗變數及……………………………………100
5-3 電弧爐氧化碴基本性質試驗及分析………………….103
5-3-1化學成分分析………………………………………...103
5-3-2礦物組成分析………………………………………...107
5-3-3物理性質分析…………………………………………..122
5-4電弧爐氧化碴對環境影響之試驗分析………………..127
5-4-1輻射檢測分析…………………………………………127
5-4-2 0.1N HCl萃取法檢驗分析………………………….130
5-4-3鹼熔總量分析…………………………………………130
5-4-4毒性特性溶出試驗(TCLP) …………………………131
5-4-5水污染分析……………………………………………131
5-5小結………………………………………………………..133
第六章 爐碴混凝土工程特性之探討……………………….150
6-1 前言……………………………………………………….150
6-2 試驗計畫…………………………………………………150
6-2-1試驗材料………………………………………………150
6-2-2試驗變數及方法……………………………………...151
6-2-3混凝土配合設計……………………………………...154
6-3電弧爐氧化碴骨材試驗結果分析………………………………154
6-4 新拌爐碴混凝土特性分析……………………………………..154
6-5硬固爐碴混凝土行為分析……………………………………... 168
6-6爐碴水泥砂漿強度試驗…………………………………………179
6-7微觀分析………………………………………………………... 181
6-8氧化碴混凝土強度發展之探討………………………… 202
6-8-1巨觀試驗結果探討………………………………… 202
6-8-2微觀分析探討………………………………………. 203
6-8-3化學溶解度分析探討………………………………203
6-8-4爐碴混凝土水化產物分析(SEM/EDS分析).….204
6-8-5 混凝土ESCA分析………………………………….210
6-9小結………………………………………………………...216
第七章 電弧爐氧化碴為混凝土骨材之實用化及耐久性探討……………………………………………………..218
7-1 前言…………………………………………….…………218
7-2 試驗計劃…………………………………………………218
7-2-1試驗材料………………………………………….…218
7-2-2試驗變數及方法………………………………….…220
7-3 實際鋪面成效及耐久試驗分析結果………………….223
7-3-1實際鋪面成效分析…...…………………………….223
7-3-2耐久試驗分析….……………………………………230
第八章 結論與建議…………………………………………...233
8-1 結論……………………………………………………….233
8-2 建議……………………………………………………….237
參考文獻………………………………………………………..239
參考文獻 參考文獻
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指導教授 黃偉慶(wei-hsing Huang) 審核日期 2003-6-29
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