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研究生: 余承晉
Yu, Cheng-Chin
論文名稱: 利用控制變因法探討污泥灰渣作為輔助膠結材料可行性之研究
A Parametric Study of Utilizing Sludge Ash as a Supplementary Cementitious Material
指導教授: 陳昭旭
Chen, Chao-Shi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2026
畢業學年度: 114
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 污泥灰渣 、輔助膠結材料 、強度活性指數 、資源化
外文關鍵詞: sludge ash, supplementary cementitious material, strength activity index, resource recovery
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  • 全球科技與文明的進步雖帶來便利,卻也伴隨著與日俱增的廢棄物。隨著環保意識提升,零廢棄已成為解決廢棄物問題的理想目標。污泥為事業廢棄物之一,目前常見的方式為熱處理,係利用高溫去除污泥中之水分與有機物;然而,若僅利用熱處理,後續仍會衍生大量無法去化之污泥灰渣,且其主要的成分與卜作嵐材料相近,具有作為水泥輔助膠結材料之潛力,將其與水泥混合,不僅可以減少水泥用量,亦可提升廢棄物資源化之可行性。
    本研究探討經處理廠前處理之污泥灰渣作為輔助膠結材料之可行性,研究分成兩階段,第一階段為試體成型性評估,探討原料熱處理與水膠比對混合水泥試體成型性之影響;第二階段則以控制變因法,評估原料熱處理之差異(原污泥灰渣、800°C熱處理)、化學助劑添加比(0%、0.05%)、水膠比(0.3、0.35)、分選篩號(#50、#100、#200)以及污泥灰渣取代比(10%、20%、30%)等各項實驗變數,藉由測量混合水泥漿體之凝結時間、抗壓強度與強度活性指數,以尋求符合工程規範且具備最佳資源化效益之實驗參數。
    研究結果顯示,經過800°C熱處理之污泥灰渣在水膠比0.35、助劑添加比0.05%、通過#200號篩及取代比為10%下,其養護28天具有最高抗壓強度與強度活性指數;考量研磨耗能與時間成本條件下,改採通過#100號篩,並將取代比提升至20%時,雖因水化產物減少、結構不緻密而使強度降低,但仍達到凝結時間、強度活性指數之規範標準。綜合工程規範標準、研磨耗能與資源化效益之評估,本研究之最佳實驗參數為:污泥灰渣經800°C熱處理、水膠比0.35、助劑添加比0.05%、通過#100號篩及取代比20%。

    With industrial development, waste treatment and reuse have become increasingly important. Sludge ash generated by thermal treatment has a chemical composition similar to that of pozzolanic materials, suggesting its potential as a supplementary cementitious material.
    The study comprised two stages: specimen formability assessment and parametric testing. The variables included original sludge ash and sludge ash heat-treated at 800°C, admixture dosages of 0 and 0.05%, water-to-binder ratios of 0.30 and 0.35, particle sizes passing No. 50, No. 100, and No. 200 sieves, and replacement ratios of 10%, 20%, and 30%. Setting time, compressive strength, and strength activity index were measured.
    The highest 28-day compressive strength and strength activity index were obtained using 800°C-treated sludge ash, a water-to-binder ratio of 0.35, 0.05% admixture, No. 200 sieve, and 10% replacement. Considering grinding energy, processing time, and resource utilization, the optimal parameters were 800°C treatment, a water-to-binder ratio of 0.35, 0.05% admixture, No. 100 sieve, and 20% replacement. This parameter combination still satisfied the relevant requirements for setting time and strength activity index.

    摘 要 I SUMMARY II 誌 謝 VII 目 錄 VIII 表目錄 XI 圖目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究內容及流程 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 污泥 5 2.1.1 污泥來源與種類 5 2.1.2 污泥處理概況與前處理 8 2.1.3 污泥熱處理 9 2.1.4 污泥灰渣之處理及資源再利用 11 2.2 卜特蘭水泥 13 2.2.1 卜特蘭水泥介紹 13 2.2.2 水泥之水化反應 15 2.2.3 影響水化反應之因子 18 2.3 輔助膠結材料 24 2.3.1 輔助膠結材料介紹 24 2.3.2 卜作嵐反應 26 2.3.3 廢棄物作為輔助膠結材料再利用 26 2.3.4 污泥灰渣作為水泥輔助膠結材料之相關規範 28 第三章 實驗材料與方法 29 3.1 實驗流程 29 3.2 實驗材料及設備 32 3.2.1 實驗材料 32 3.2.2 實驗設備 37 3.3 實驗參數設計與試體製作流程 41 3.3.1 實驗參數設計 41 3.3.2 試體製作流程 43 3.4 實驗方法及儀器分析 45 3.4.1 物理特性分析 45 3.4.2 化學特性分析 53 3.4.3 環境特性分析 56 第四章 結果與討論 59 4.1 實驗材料之基本特性分析 59 4.1.1 物理特性分析結果 59 4.1.2 化學特性分析結果 62 4.1.3 環境特性分析結果 66 4.2 水泥漿體成型性分析及參數篩選 67 4.3 各項實驗變數對污泥灰渣膠結性能之影響 69 4.3.1 原料熱處理之影響 69 4.3.2 助劑添加比之影響 73 4.3.3 水膠比之影響 76 4.3.4 分選篩號之影響 80 4.3.5 污泥灰渣取代比之影響 83 4.4 污泥灰渣作為輔助膠結材料最佳參數之特性分析 87 第五章 結論與建議 91 5.1 結論 91 5.2 建議 92 參考文獻 93

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