副產石灰配合再生粒料製作無水泥混凝土可行性評估

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蕭定群(Ting-chun Shaw) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

副產石灰配合再生粒料製作無水泥混凝土可行性評估
(Use of CFB bed ash and recycled aggregates in making non-portland cement concrete)

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摘要(中)

副產石灰為循環式流體化床發電鍋爐(Circulating Fluidized Bed Boiler，簡稱CFB)脫硫製程下，所產生之副產物，業經證實為一可行之新興混凝土膠結材料。
本研究係利用副產石灰中之鹼性物質，激發水淬爐石粉，使其進行卜作嵐反應，一方面製作砂漿塊及砂漿棒試體，進行抗壓強度、體積穩定性及耐久性試驗；另一方面，搭配經資源化處理之營建廢棄物廢棄混凝土石與工業廢棄物爐碴砂，分別取代天然粗、細粒料，進行混凝土拌合試驗，最後嘗試加入化學摻料以加速其凝結時間，藉以評估副產石灰配合再生粒料製做無水泥綠色混凝土之可行性。
實驗結果顯示，抗壓強度試驗中，使用膠結材重量20%之副產
石灰與80 %之爐石粉，抗壓強度最佳，且均可符合ASTM C150對水泥墁料之強度要求；乾縮試驗方面，使用適量之副產石灰，可降低大量使用爐石粉所產生之乾縮；而針對高含硫量可能引致之膨脹問題，則應限制副產石灰使用量(≦17%)，使試體膨脹量符合規範要求；耐久性試驗結果則顯示副產石灰-爐石膠結系統具有抵抗硫酸鹽侵蝕之能力，維持試體體積穩定。混凝土配合設計試驗結果顯示，在良好之工作性下，使用爐碴砂部分取代天然細粒料抗壓效果良好；使用廢棄混凝土塊取代粗粒料之配比，對混凝土強度則會產生一定程度的影響。凝結時間試驗中，運用鹼活化技術，加入矽酸鈉與氫氧化鈉，可有效改善副產石灰-爐石之漿體時間，但在良好工作性下，使用大量拌合水，使得混凝土凝結時間不如預期。評估各項實驗結果，副產石灰配合再生粒料製作無水泥混凝土係可行的。

摘要(英)

Circulating Fluidized Bed boiler (CFB) bed ash is the by-product of the CFB desulfurization process, and has been proved to be a potential material for replacement of portland cement as a cementitious material.
In this study, CFB bed ash was used as an alkali substances to activate the pozzolanic reaction of blast furnace slag such that the activated slag can be used as cementitious materials in making concrete. Mortar specimens made with various proportions of CFB bed ash and slag were tested for their compressive strength, volume stability and durability. Also, recycled concrete aggregate (RCA) and industrial waste slag sand were evaluated to replace natural coarse and fine aggregates, respectively, for the possibility of producing a non-portland cement concrete.
Test results indicate that the combination of 20% CFB ash and 80% slag produces adequate compressive strength satisfying the ASTM C 150 requirements on strength of Portland cement. On the other hand, it is suggested that the amount of CFB used be less than 20%, so as to avoid generating over-expansion due to the high content of SO3 in CFB bed ash. In addition, it was found that the incorporation of CFB ash helps reducing the shrinkage resulting from the high amount of slag as cementing material. And the combination exhibits excellent sulfate-resisting capability also.
Concrete mixes proportioned using 25% electric-arc furnace slag in replacement of fine aggregates showed increases in compressive strength, while the use of 50% RCA in replacement of natural coarse aggregate showed reduced compressive strength.
The shortcoming of using CFB ash in activating slag as cementitious material is that it caused delayed setting time. Various chemical admixtures were tested for improving the setting time of the mixes in question. It was found that, at an appropriate amount, the use of alkali activator would speed up the setting time of slag-CFB bed ash cementing system.
To conclude, the combination of slag-CFB bed ash along with recycled aggregates shows great potential of non-portland cement green concrete.

關鍵字(中)

★ CFB副產石灰
★ 抗壓強度
★ 凝結時間

關鍵字(英)

★ CFB ash
★ compressive strength
★ setting time

論文目次

圖目錄 III
表目錄 V
第一章緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究內容 3
第二章文獻回顧 1
2.1 流體化床鍋爐技術 1
2.1.1 循環式流體化床發電鍋爐 4
2.1.2 流體化床技術脫硫原理 3
2.1.3 副產石灰種類 4
2.1.4 副產石灰毒性與化性檢驗 4
2.2 石膏、副產石灰反應機理及特性 5
2.2.1 石膏之反應機理 6
2.2.2 石膏與凝結時間之關係 7
2.2.3 副產石灰之反應機理及特性 7
2.2.4 free-CaO及SO3的影響 8
2.3 卜作嵐材料之應用 10
2.3.1 水淬爐石粉之使用 10
2.3.2 副產石灰作為卜作嵐材料之評估 10
2.4 常見水化產物種類及特性 11
2.5 副產石灰運用於混凝土 13
2.5.1 取代細粒料之抗壓、劈裂強度成效 13
2.5.2 副產石灰、水泥活化爐石粉之成效 14
2.5.3 應用於次要結構物 17
2.6 再生粒料、工業廢棄物之再利用 19
2.6.1 再生粒料之特性 19
2.6.2 再生混凝土性質 20
2.6.3 爐碴粒料運用於混凝土成效 20
2.7 凝結時間之改善 24
2.7.1 減水劑之應用 24
2.7.2 鹼活化劑之應用 24
第三章實驗材料與方法 28
3.1 試驗材料 28
3.2 試驗設備 37
3.3 試驗內容及方法 45
3.3.1 試驗流程 45
3.3.2 試驗方法 50
3.4 實驗配比代號說明及計算 54
3.4.1 膠結材與粒料配比代號說明 54
3.4.2 鹼活化劑濃度計算 54
第四章副產石灰配合再生粒料製做混凝土 57
4.1 副產石灰基本性質 57
4.1.1 物理性質 57
4.1.2 化性分析 58
4.2 副產石灰抗壓強度試驗 60
4.2.1 漿體配比試驗 60
4.2.2 砂漿拌合用水量試驗 61
4.2.3 砂漿抗壓強度檢驗 61
4.3 體積穩定性與耐久性試驗 63
4.3.1 乾燥收縮試驗 64
4.3.2 SO3含量效應檢驗 66
4.3.3 抗硫酸鹽侵蝕試驗 68
4.4混凝土配合設計 71
4.4.1 快速砂漿棒檢驗法 71
4.4.2 混凝土粒料之級配 75
4.4.3 混凝土配合設計試驗 78
4.4.4 坍度損失與凝結時間 80
4.4.5 混凝土抗壓強度 82
4.4.6 硬固混凝土單位重 84
4.5 副產石灰激發爐石粉之水化產物觀測 85
第五章凝結時間改善策略 89
5.1 漿體凝結時間之改善 89
5.1.1 氯化鈣之應用 91
5.1.2 矽酸鈉之應用 92
5.1.3 使用減水早強劑 94
5.1.4 運用鹼活化技術 96
5.2 混凝土配合設計 99
5.2.1 坍度損失及凝結時間 100
5.2.2 混凝土抗壓強度 100
第六章結論與建議 104
6.1 結論 104
6.2 建議 105
參考文獻 106

參考文獻

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指導教授

黃偉慶(Wei-hsing Huang)

審核日期

2010-7-14

推文