工業礦渣取代無筋水泥製品之細粒料應用研究

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白志清(GEORGE PAI ) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程研究所

論文名稱

工業礦渣取代無筋水泥製品之細粒料應用研究

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摘要(中)

企業界本有責任將其生產達到零廢棄物的境界，所以就工廠的流程設計，在設計時即應納入資源合理化概念並不斷創新，如此可將有限資源最佳化，降低生產成本。有鑒於Ａ公司之產品，其含水礦渣所製造之人工粒料在取代道路級配，其成效雖受肯定，但檢視其生產流程時，發現有進一步合理化的空間，若將其液體部份先加以分離做為染整業廢水處理的混凝劑，其固體礦渣也因為濾除了水，可改以更有效的方式進行中和、造粒及成型等處理。本研究據此理念，以水泥前處理Ａ公司經固液分離之礦渣用以取代高壓混凝土圍牆磚、路緣石及高壓混凝土連鎖磚等無筋水泥細粒料，經乾濕冷熱循環加速老化試驗、體積穩定性及超音波脈波速率檢測，證實其強度及耐久性成效良好。
　　前處理礦渣使用量之增加會降低細度模數及增加吸水率，可能會影響工作性，應避免任意加水而嚴重影響強度。研究亦發現，以低細度模數細粒料搭配低水灰比之配比，成品製作過程可運用高壓震動方式處理。
　　Ａ公司若能改採本研究對礦渣之處理方法，將可節省70％之水泥用量，大量減少能源之消耗。水泥製品廠若以天然砂之半價取得本研究所製成之水泥前處理礦渣做為細粒料，將可節省其變動成本6-10％。

摘要(英)

Today's mandate for environmental sustainability demands that manufacturing companies design processes to minimize their environmental "footprint," or unit consumption of raw materials and energy and unit production of waste or valueless by-products. One effective approach has been to convert process waste into a byproduct that effectively regenerates another natural resource. Once implemented, these processes must be periodically refreshed with innovations to keep them environmentally acceptable and economically viable. The objective of this study is to help "Company A" increase its regeneration effectiveness while reducing cost.
Company A currently produces a co-product, man-made aggregate, from its slurry by-product stream containing 75% liquid and 25% solid (slag). In order to neutralize its acidic content and achieve desired co-product quality, large quantities of cement are added to the slurry before casting into a solid sheet for curing. This study explores the alternative of separating most of the acidic water from the solids before neutralization, resulting in separate liquid and solid co-product streams with different regenerative applications. The liquid stream has potential application as coagulant The solid stream can be blended with natural sand for fabricating non steel-reinforced concrete blocks. Prototype production of these blocks for use as sidewalk bricks have been evaluated for aging, dimensional stability, and quality with ultrasonic pulse inspection. Test results show no significant difference from those made with 100% natural sand.
This new process could reduce cement and waste treatment costs for Company A by up to 70%. The solid co-product, if sold at half the cost of natural sand, could reduce variable cost of brick manufacturers by 6-10%. More importantly, the effective regeneration of industrial slag will help reduce the consumption of natural resources.

關鍵字(中)

★ 再利用
★ 無筋水泥製品
★ 礦渣
★ 資源循環
★ 高壓混凝土磚

關鍵字(英)

論文目次

摘要
第一章緒論------------------------------------------------- 1
1.1 研究動機-------------------------------------------------- 1
1.2　研究方法及目的------------------------------------------- 2
第二章文獻回顧----------------------------------------------- 4
2.1 物質回收利用---------------------------------------------- 4
2.2 水泥製品工業沿革 ----------------------------------------- 5
2.3 無筋水泥製品的項目及檢驗標準------------------------------ 7
2.4 無筋水泥製品種類------------------------------------------ 8
2.5 新拌混凝土的性質------------------------------------------19
2.5.1 工作性------------------------------------------------19
2.5.2 凝結時間----------------------------------------------20
2.6硬固混凝土的性質-----------------------------------------22
2.6.1 強度--------------------------------------------------22
2.6.2 收縮變形----------------------------------------------23
2.6.3 滲透性------------------------------------------------25
2.6.4 耐久性------------------------------------------------26
2.7　硫酸鹽侵蝕-----------------------------------------------28
2.7.1　硫酸鹽侵蝕的機理-------------------------------------28
第三章實驗計畫-----------------------------------------------30
3.1 實驗材料--------------------------------------------------30
3.2 主要實驗設備----------------------------------------------37
3.3 實驗規劃--------------------------------------------------48
3.3.1 研究範圍--------------------------------------------- 48
3.3.2 研究內容及實驗流程----------------------------------- 48
3.4 試驗方法-------------------------------------------------51
3.4.1 高壓混凝土圍牆磚試驗方法-----------------------------51
3.4.2 路緣石試驗方法---------------------------------------59
3.4.3 高壓混凝土連鎖磚試驗方法-----------------------------62
第四章試驗結果與分析-----------------------------------------63
4.1 礦渣的物理性質部份---------------------------------------63
4.2 高壓混凝土圍牆磚部份-------------------------------------64
4.3 路緣石部份-----------------------------------------------84
4.4 高壓混凝土連鎖磚部份-------------------------------------87
4.5 經濟效益評------------------------------------------------91
第五章結論與建議---------------------------------------------92
5.1 結論------------------------------------------------------92
5-2 建議------------------------------------------------------94
參考文獻------------------------------------------------------95
表目錄
表 3-1 水泥的基本性質及組成----------------------------------30
表 3-2 礦渣加入40％重量之水泥前處理後以螢光繞射分光半定量分析儀(XRF)-IQ plus 法分析結果------------------------------31
表 3-3 礦渣加入40％重量之水泥前處理之溶出試驗分析結果--------32
表 3-4 試驗用細粒料篩分析結果--------------------------------33
表 3-5 試驗用粗粒料篩分析結果--------------------------------34
表 3-6 高壓混凝土圍牆磚製作配比------------------------------52
表 3-7 人造酸雨組成與自來水調整作法--------------------------55
表 3-8 路緣石製作配比----------------------------------------60
表 3-9 高壓混凝土連鎖磚製作配比-------------------------------62
表 4-1 礦渣加礦渣重量40％之水泥前處理篩分析結果--------------63
表 4-2 經循環後之溶液pH值檢驗結果----------------------------65
表 4-3 高壓混凝土圍牆磚循環試體抗壓強度-----------------------67
表 4-4 高壓混凝土圍牆磚養護28天試體之吸水率及抗壓強度--------69
表 4-5 混凝土角柱乾試體長度變化------------------------------70
表 4-6 混凝土角柱濕試體長度變化------------------------------70
表 4-7 超音波脈波速率與混凝土品質之關係----------------------73
表 4-8 高壓混凝土圍牆磚乾試體超音波脈波速率------------------74
表 4-9 高壓混凝土圍牆磚濕試體超音波脈波速率------------------74
表 4-10 粗粒料健度試驗----------------------------------------81
表 4-11 細粒料健度試驗----------------------------------------82
表 4-12 路緣石抗壓強度試驗結果--------------------------------85
表 4-13 路緣石抗彎載重試驗結果--------------------------------85
表 4-14 高壓混凝土連鎖磚抗壓強度試驗結果----------------------87
表 4-15 本研究試體製作各配比之水灰比及抗壓強度一覽表----------88
圖目錄
圖 3-1 水泥製品攪拌過程--------------------------------------38
圖 3-2 水泥製品成型脫模--------------------------------------38
圖 3-3 水泥製品生產流程圖------------------------------------39
圖 3-4 電子秤卅電子天平--------------------------------------40
圖 3-5 烘箱--------------------------------------------------41
圖 3-6 浸泡槽------------------------------------------------41
圖 3-7 三朋SHIMADZU萬能材料試驗機100噸-----------------------42
圖 3-8 數位式比長儀------------------------------------------43
圖 3-9 超音波------------------------------------------------44
圖 3-10 游標卡尺----------------------------------------------44
圖 3-11 壓汞式孔隙分析儀（MIP）-------------------------------46
圖 3-12 螢光繞射分光半定量分析儀------------------------------46
圖 3-13 原子光譜吸收儀----------------------------------------47
圖 3-14 試驗規劃流程------------------------------------------50
圖 3-15 高壓混凝土磚製作圖片----------------------------------53
圖 3-16 角柱試體製作------------------------------------------54
圖 4-1 高壓混凝土圍牆磚持續養護組抗壓強度--------------------66
圖 4-2 高壓混凝土圍牆磚乾濕冷熱循環抗壓強度------------------66
圖 4-3 混凝土角柱乾試體長度變化------------------------------71
圖 4-4 混凝土角柱濕試體長度變化------------------------------71
圖 4-5 高壓混凝土圍牆磚乾試體超音波脈波速率變化--------------75
圖 4-6 高壓混凝土圍牆磚濕試體超音波脈波速率變化--------------75
圖 4-7 高壓混凝土圍牆磚超音波脈波速率與抗壓強度關係圖--------76
圖 4-8 礦渣及前處理礦渣孔隙率分佈----------------------------78
圖 4-9 高壓混凝土圍牆磚養護28天試體孔隙率分佈----------------79
圖 4-10 高壓混凝土圍牆磚養護180天試體孔隙率分佈---------------79
圖 4-11 高壓混凝土圍牆磚浸水循環180天齡期試體孔隙率分佈-------80
圖 4-12 高壓混凝土圍牆磚浸人造雨水循環180天齡期試體孔隙率分佈-80
圖 4-13 路緣石經28天養護後各配比孔隙分佈----------------------86
圖 4-14 高壓混凝土連鎖磚抗壓強度------------------------------88
圖 4-15 高壓混凝土連鎖磚戶外加濕養護3天試體孔隙率分佈---------89
圖 4-16 高壓混凝土連鎖磚戶外加濕養護7天試體孔隙率分佈---------90
圖 4-17 高壓混凝土連鎖磚戶外加濕養護14天試體孔隙率分佈--------90

參考文獻

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指導教授

李釗(Chau Lee)

審核日期

2001-7-19

推文