以加速環境探討含電弧爐碴砂漿之膨脹行為 及工程性質影響

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洪廷佶(Ting-Ji Hong) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以加速環境探討含電弧爐碴砂漿之膨脹行為及工程性質影響
(Discussion on the Engineering Properties and the Expansion Behavior of Electric Arc Furnace Slag Mortar Accelerated by the Environment)

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摘要(中)

目前國際間將電弧爐碴運用於水泥基質材料中，並無膨脹量檢測方法及之判斷標準，而業界於再利用電弧爐碴時，需經安定化處理，現常用熱壓試驗檢測爐碴之穩定性。而實驗室在評估電弧爐碴之體積穩定性的方法上，則希望利用低耗能且安全性佳之檢測方法以進行試驗。因此本研究主要探討含電弧爐碴砂漿之檢測方法、電弧爐碴安定化技術及其作為水泥基質材料之粒料使用之工程性質。研究內容以2種電弧爐氧化碴及1種電弧爐還原碴部分取代細天然粒料，分析取代比例及不同環境對含電弧爐碴的水泥砂漿之劣化影響。環境將以室溫、熱壓、80℃浸水、乾溼循環、80℃高鹼及硫酸鹽侵蝕對不同取代比例之砂漿試體進行劣化，並以膨脹量及抗壓強度試驗結果對其安全性進行評估。由膨脹行為及試驗結果發展對含電弧爐碴的水泥砂漿之工程性質預測方法，以能評估電弧爐碴用於水泥基材料時對工程性質之長期影響。
結果顯示，電弧爐碴於室溫環境下一年可以觀察到三個階段之膨脹行為；在80℃浸水環境時，三階段的膨脹行為發展可縮短於28天內完成；對於電弧爐碴安定性處理方法，以熱水浸泡之方式，具有簡單、安全及縮短時間之效果，而經熱水浸泡法處理之電弧爐碴亦有性質佳及穩定性佳之成效。試驗顯示，未安定之電弧爐碴於熱壓、80℃浸水及80℃高鹼環境中均會產生水化膨脹現象，故劣化較嚴重，在硫酸鹽環境時則對電弧爐碴之影響較小。已經安定化處理之電弧爐碴，即使完全取代天然粒料，對於所製成的水泥基質材料之工程性質無明顯影響，且由80℃浸水環境之線性回歸方程式，也能發現可以模擬出不同爐碴取代天然粒料比例時，其對應之84天浸泡齡期內的膨脹量。

摘要(英)

At present, there is no international expansion detection method and the judgment standard of electric arc furnace slag (EAF slag) application in cementitious materials, and the industry in the reuse of EAF slag, need to be stabilized, now commonly used to test the stability of EAF slag hot pressure test. Therefore, this study focuses on the testing method of mortar containing EAF slag, the stabilization technology of EAF slag, and the engineering properties of the use of granules as cementitious materials. Two kinds of EAF oxidation slag and one kind of EAF reduction slag are used to partially replace the natural fine aggregate, and the degradation effects of different environments on the cement mortar containing EAF slag are analyzed in terms of replacement ratio and different environments. The environment will be room temperature, hot pressure, water immersion at 80°C, drying-wetting cycles, high alkali at 80°C and sulfate erosion on the mortar specimens with different substitution ratios for deterioration, and its safety will be evaluated by the results of expansion and compressive strength tests. The swelling behavior and test results were used to develop a method for predicting the engineering properties of cement mortars containing EAF slag in order to evaluate the long-term effects of EAF slag on engineering properties when used as cementitious materials.
The results show that the EAF slag can be observed three stages of expansion behavior in the room temperature environment for one year; in the 80℃ water immersion environment, the three stages of expansion behavior development can be shortened to 28 days to complete; for EAF slag stability treatment method, the hot water immersion method, has simple, safe and save time effect, and by the hot water immersion method of treatment of EAF slag also has good quality and stability of the effectiveness. Test shows that the unstabilized EAF slag in the hot pressure, 80℃ water immersion and 80℃ high alkaline environment will produce hydration expansion phenomenon, lead to more serious deterioration, in the sulfate environment is less impact on the EAF slag. EAF slag has been stabilized and treated, even if it completely replaces the natural fine aggregate, there is no significant effect on the engineering properties of the resulting cementitious materials, and also found that the linear regression equation from the 80°C immersion environment can be found to simulate the expansion of the corresponding 84 days immersion age when the proportion of natural fine aggregate replaced by different EAF slag.

關鍵字(中)

★ 電弧爐氧化碴
★ 電弧爐還原碴
★ 檢測方法
★ 安定化方法
★ 工程性質

關鍵字(英)

★ Electric arc furnace oxidation slag
★ electric arc furnace reduction slag
★ testing method
★ stabilization method
★ engineering properties

論文目次

中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第 1 章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容 2
第 2 章文獻回顧 3
2.1 爐碴之分類及特性 3
2.1.1 爐碴之分類 3
2.1.2 爐碴之物化特性 6
2.2 爐碴資源化利用現況與法規 9
2.2.1 國內電弧爐碴申報量 10
2.2.2 爐碴資源化應用法規 11
2.3 爐碴膨脹性及安定化處理技術 12
2.3.1 爐碴體積膨脹之因素 12
2.3.2 安定化處理技術 14
2.4 不同的檢測方法於爐碴水泥砂漿之適用性 18
2.4.1 高溫養護試驗 19
2.4.2 熱壓膨脹試驗 21
2.4.3 室溫環境模擬試驗 22
2.4.4 其它環境試驗 23
2.5 不同環境因素對含爐碴砂漿耐久性之影響 28
2.5.1 物理侵蝕 28
2.5.2 化學侵蝕 30
2.6 爐碴的劣化行為之數值分析 32
2.6.1 多元線性回歸 32
2.6.2 人工神經網路模型 33
第 3 章研究規劃 35
3.1 研究流程 35
3.1.1 第一階段：加速電弧爐碴砂漿棒膨脹反應之檢測方法探討 37
3.1.2 第二階段：不同安定化處理方法對電弧爐碴粒料之膨脹行為影響 39
3.1.3 第三階段：電弧爐碴砂漿在不同環境因素下之工程性質探討 41
3.1.4 第四階段：電弧爐碴劣化行為預測 43
3.2 試驗材料及設備 44
3.2.1 試驗材料 44
3.2.2 試驗設備 50
3.3 試驗配比設計與編號 54
3.4 試驗方法 56
3.4.1 粒料前處理 56
3.4.2 化學成分分析 56
3.4.3 礦物組成分析 56
3.4.4 安定處理 56
3.4.5 微觀分析 57
3.4.6 室溫環境 57
3.4.7 熱壓環境 57
3.4.8 80℃潮濕環境 57
3.4.9 80℃浸水環境 58
3.4.10 乾濕循環環境試驗 58
3.4.11 80℃高鹼環境 58
3.4.12 硫酸鹽侵蝕環境 58
3.5 階段進行試驗說明 59
第 4 章研究成果與分析 61
4.1 電弧爐碴砂漿棒膨脹反應之檢測方法探討 61
4.1.1 養護環境 61
4.1.2 侵蝕環境 74
4.1.3 小結－電弧爐碴膨脹特性之檢測技術優劣性探討 83
4.2 不同安定化處理技術對電弧爐碴粒料之膨脹行為影響 87
4.2.1 高溫高壓之熱壓安定法 87
4.2.2 常溫常壓之自然風化法 91
4.2.3 高溫常壓之熱水浸泡法 94
4.2.4 小結－爐碴不同安定化方法之優劣性探討 105
4.3 電弧爐碴水泥砂漿在不同環境因素下之工程性質探討 108
4.3.1 室溫環境 109
4.3.2 熱壓環境 121
4.3.3 80℃浸水環境 132
4.3.4 硫酸鹽侵蝕環境 144
4.3.5 80℃高鹼環境試驗 155
4.3.6 乾溼循環環境 161
4.3.7 小結－電弧爐碴於各環境下與取代比例之安全性探討 171
4.4 電弧爐碴砂漿的劣化行為之預測 174
4.4.1 膨脹量模擬預測-線性回歸 174
第 5 章結論與建議 177
5.1 結論 177
5.2 建議 178
第 6 章參考文獻 181
表附錄 187
圖附錄 193

參考文獻

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指導教授

王韡蒨(Wei-Chien Wang)

審核日期

2022-9-19

推文