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研究生: 蔡宗和
Tsai, Chung-Ho
論文名稱: 含轉爐石及飛灰之鹼激發爐石膠結材
Alkali-activated Slag Binders with BOF Slag and Fly Ash
指導教授: 黃忠信
Huang, Jong-Shin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 爐石轉爐石飛灰鹼激發活化劑
外文關鍵詞: Slag, BOF Slag, Fly Ash, Alkali-activated, Activating solution
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  • 鋼鐵工業煉鐵煉鋼過程所產生爐石及轉爐石等副產物逐年快速增加,國內經多年投入研發與應用推廣,已發展各種爐石與轉爐石之相關資源化利用途徑,例如,將爐石搭配水泥製成高爐水泥、應用於填海造陸及道路級配料等,然其經濟價值仍有待提升之空間,因此,業界莫不冀望能開發一新穎且具高附加價值之資源再利用途徑。由於上述鋼鐵工業副產物皆富含高量 ,具有作為鹼激發膠結材原料之潛能,本研究乃利用鹼激發原理,將爐石、轉爐石及飛灰作為鹼激發膠結材之初始原料,搭配鹼激發活化劑拌合,製成鹼激發爐石-轉爐石-飛灰三合一膠結材。

    首先,建立國內鹼激發爐石-轉爐石-飛灰三合一膠結材之資料庫。本研究發現,使用爐石搭配轉爐石,於最佳活化劑量下所製成之鹼激發膠結材,其28天抗壓強度雖可達67MPa ,但亦將降低其工作度,因此,另加入飛灰以製成鹼激發爐石-轉爐石-飛灰之三合一試體,希望能兼顧強度與工作度。為達此目的,本論文將以抗壓強度試驗、流度試驗、乾縮試驗、SEM、EDS、XRD及FTIR 等試驗方法,探討不同配比鹼激發膠結材於不同齡期,其物理性質與微觀結構之變化。研究結果顯示,爐石、轉爐石及飛灰三種工業副產物可作為鹼激發膠結材之原料,所製成鹼激發爐石-轉爐石-飛灰三合一膠結材,具有良好之工作性與抗壓強度。

    The iron and steel industry iron-smelting steel-making process produces Slag products, BOF Slag and other by-products increased year by year, domestic researches and develops and applies the promotion after many year investments, has developed a variety of BOF Slag and related resource utilization, for example, slag mix blast furnace cement made from cement, applies in land reclamation and road grade ingredients, etc. Hower, the economic value of the space needed to be improved, so the industry did not dare hope to develop a novel material with high value-added re-utilization of resources. Since these products are high in iron and steel industry the amount of alkali-activated binder with a potential of raw materials, this study used the alkali-activated principle, Slag, BOF Slag and Fly Ash as a binder of the initial alkali-activated materials, with alkali-activated excited activator mix, makes the alkali-activated Slag-BOF-Fly Ash binder of three-in-one.
    First, establish domestic alkali-activated Slag-BOF-Fly Ash binder the database of three-in-one. The study found that use of the Slag with BOF Slag , makes alkali-activated binder under the best activator dosage, although its 28 days compressive strength may reach 67, but will also reduce its workability, therefore, add another Fly Ash to make specimens of the alkali-activated Slag-BOF-Fly Ash of three-in-one binder, hoped will be able to give dual attention to the intensity and the workability. In order to reach this goal, the papers by compressive strength test, fluidity experiment, air shrinkage experiment, and so on the testing methods, the discussion different allocated proportion alkali-activated binder in the different ages, its physical property and microscopic structure change. The results show that three industrial by-products of Slag, BOF Slag and Fly Ash can be used as the raw materials of alkali-activated binder, are made alkali-activated Slag-BOF-Fly Ash binder of three-in-one, has good work and the compressive strength.

    摘要I AbstractII 誌謝IV 目錄V 表目錄VIII 圖目錄X 第一章 緒論1 1.1 研究動機1 1.2 研究目的3 1.3 研究大綱4 1.4 本文之組織與內容4 第二章 鋼鐵業副產品之資源化現況6 2.1 爐石產製過程簡介6 2.2 轉爐石產製過程簡介6 2.3 鋼鐵產業副產品之使用現況7 第三章 鹼激發膠結材11 3.1 膠結材料之起源與發展11 3.2 鹼激發膠結材料之發展歷程12 3.3 含水泥熟料之鹼激發膠結材料13 3.4 鹼激發爐石之活性來源13 3.5 鹼激發爐石之水化反應14 3.6 矽酸鈉(俗稱水玻璃)之結構特點16 3.7 鹼激發活化劑之種類17 3.8 鹼激發膠結材料存在問題17 3.9 鹼激發與卜作嵐反應之相關性18 第四章 試驗材料與方法24 4.1 試驗目的24 4.2 試驗材料25 4.3 試驗設備與方法27 4.4 試體之代號定義、配比設計與製作30 4.4.1 試體配比代號定義30 4.4.2 試體配比設計31 4.4.3 試體製作31 4.5 試驗量測與觀察33 4.5.1 鹼激發膠結材之抗壓強度試驗33 4.5.2 鹼激發膠結材之抗彎強度試驗34 4.5.3 鹼激發膠結材之流度試驗34 4.5.4 鹼激發膠結材之初終凝試驗35 4.5.5 鹼激發膠結材之雷射繞射粒徑分析(EPCS)36 4.5.6 鹼激發膠結材之掃描式電子顯微鏡分析(SEM)36 4.5.7 鹼激發膠結材之X射線繞射分析(XRD)36 4.5.8 鹼激發膠結材之傅立葉紅外線光譜分析(FTIR)37 第五章 試驗結果與討論49 5.1 鹼激發之砂漿試驗結果分析49 5.1.1 活化劑細度與拌合時間對鹼激發爐石之影響49 5.1.2 鹼激發純渣盤轉爐石之可行性50 5.1.3 爐石、渣盤轉爐石及F級飛灰三合一之最佳活化劑量50 5.1.4 爐石、渣盤轉爐石及 級飛灰三合一之最佳搭配比例51 5.1.5 爐石、渣盤轉爐石及 級飛灰三合一之最佳爐石細度51 5.1.6 養護方式、齡期及溫度對抗壓強度之影響52 5.1.7 抗彎試驗53 5.1.8 流度試驗54 5.1.9 流度損失試驗55 5.1.10 乾縮試驗55 5.1.11 抑制乾縮試驗57 5.2 鹼激發之純漿試驗結果分析57 5.2.1 初終凝試驗57 5.2.2 FTIR紅外線光譜分析58 5.3 鹼激發之CLSM試驗結果分析58 5.3.1 抗壓試驗與管流度(黃土)59 5.3.2 抗壓試驗與管流度(黑土)59 5.4 鹼激發混凝土之試拌結果分析60 第六章 結論與建議 90 6.1 結論90 6.2 建議91 參考文獻 92

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