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研究生: 柯文弼
Ko, Wen-Pi
論文名稱: 高溫高壓製程之鹼激發還原碴營建材料
Alkali-Activated Reducing-Slag Binders under High Temperature and High Pressure Process Used as Construction Materials
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: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 125
中文關鍵詞: 電弧爐還原碴鹼激發膠結材廢玻璃高溫高壓養護
外文關鍵詞: reducing-slag, alkali-activation, binder, waste glass powder, high temperature and high pressure process
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  • 還原碴為電弧爐煉鋼廠之副產物,台灣每年產出約26萬公噸,還原碴中含有大量游離氧化鈣,遇水形成氫氧化鈣,導致還原碴產生體積膨脹現象,而且其浸泡於水中後生成高pH值之溶液,恐造成環境生態之衝擊與破壞。傳統卜特蘭水泥製造過程為高耗能且高二氧化碳排放量,亦將對生態造成影響,鹼激發膠結材製作屬低耗能且低污染,若採用高溫高壓之養護製程,將可節省製造時間與成本。本研究以還原碴與玻璃粉末為製作鹼激發膠結材之原料,使用僅含氫氧化鈉之鹼活化液,經由改變還原碴取代率與鹼活化液濃度,選用高溫養護與高溫高壓養護兩種不同製程,期能製作具有良好抗壓強度之鹼激發還原碴膠結材試體,試驗結果發現,還原碴取代廢玻璃粉末50%時,經高溫高壓養護後其抗壓強度可達20MPa以上,達到大量消耗還原碴以及可應用於製作營建材料之雙重目的,同時,本研究採用聚丙烯纖維,添加於鹼激發還原碴無機膠結材中,藉由試驗結果分析比較其增韌效果,進而獲得取代現有纖維水泥板之膠結材配比設計與高溫高壓製程。

    Reducing-slag is a by-product from the manufacturing of electric arc furnace of steel mill. In Taiwan, the annual amount of reducing-slag is about 260-thousand tons. Most of reducing-slags contain lots of free calcium oxide, which will form calcium hydroxide when they are mixed with water, leading to their volume expansion and possibly catastrophic cracking failure. Meanwhile, the mixture of calcium hydroxide with water results in a solution with high OH- concentration and pH value, causing severely environmental impact and damage on the earth. The manufacturing of traditional Portland cement is harmful to our ecology because of its high energy cost and large amount of carbon dioxide emission. The production of alkali-activated binders is normally low energy consumption and less carbon dioxide emission. The process of high temperature and pressure can be employed for making alkali-activated binders to reduce their cost and time. In the study, reducing-slag and waste glass powders were mixed with the alkaline activator containing only sodium hydroxide. Experimental results show that the compressive strength of alkali-activated binders can reach up to 20MPa when the replacement percentage of waste glass powders by reducing slag was 50% and a high temperature and high pressure curing process was used. Hence, reducing slag can be extensively used as the raw material in the production of alkali-activated binders. Also, adequate amounts of polypropylene fibers were introduced to enhance the mechanical properties of alkali-activated binders. Based on experimental results, the effect of polypropylene fibers on the toughening of alkali-activated binders was evaluated. As a result, the optimal conditions for the material mixture and high temperature and high pressure process for making the alkali-activated construction materials are proposed.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 XIII 目錄 XIV 表目錄 XVIII 圖目錄 XX 第1章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 4 1.3 本文組織與內容 6 第2章 相關理論與文獻回顧 8 2.1 電弧爐還原碴之現況 8 2.1.1 電弧爐還原碴之製程 8 2.1.2 電弧爐還原碴之應用 9 2.1.3 電弧爐還原碴之問題 10 2.1.4 電弧爐還原碴之安定化處理 12 2.2 電弧爐還原碴之材料特性 15 2.2.1 電弧爐還原碴之礦物組成 15 2.2.2 電弧爐還原碴之物理性質 16 2.2.3 電弧爐還原碴之化學性質 17 2.3 鹼激發膠結材 19 2.3.1 鹼激發膠結材之發展與原理 19 2.3.2 無機聚合物之反應機制 20 2.4 纖維水泥板 22 2.4.1 纖維水泥板之發展與種類 22 2.4.2 纖維水泥板之製作流程 24 第3章 試驗材料與方法 35 3.1 試驗規畫 35 3.2 試驗材料 36 3.3 試驗儀器 38 3.4 試驗變數與試體製作 40 3.4.1 試體變數定義 41 3.4.2 鹼激發還原碴膠結材(不添加NaOH) 42 3.4.3 高溫養護之鹼激發還原碴膠結材 43 3.4.4 高溫高壓養護之鹼激發還原碴膠結材 43 3.4.5 添加纖維之鹼激發還原碴膠結材 44 3.5 試驗方法 44 3.5.1 比重實驗 45 3.5.2 細度試驗 45 3.5.3 酸鹼度試驗 47 3.5.4 抗壓強度試驗 47 3.5.5 抗彎強度試驗 48 3.5.6 吸水率試驗 48 第4章 試驗結果與討論 62 4.1 電弧爐還原碴粉末酸鹼度 62 4.1.1 拌合比例之影響 63 4.1.2 拌合溫度之影響 63 4.1.3 拌合時間之影響 64 4.1.4 小結 64 4.2 鹼激發還原碴膠結材(不添加NaOH) 65 4.3 高溫養護之鹼激發還原碴膠結材 66 4.3.1 鹼當量對抗壓強度之影響 66 4.3.2 取代率對抗壓強度之影響 67 4.3.3 養護時間對抗壓強度之影響 69 4.4 高溫高壓養護之鹼激發還原碴膠結材 71 4.4.1 鹼當量對抗壓強度之影響 71 4.4.2 養護壓力及養護時間對抗壓強度之影響 72 4.4.3 毒性特性溶出程序 73 4.5 養護方式綜合比較 74 4.6 纖維鹼激發還原碴膠結材 75 4.6.1 添加纖維對抗壓強度之影響 76 4.6.2 添加纖維對抗彎強度與韌性之影響 77 4.6.3 吸水率 78 4.7 纖維水泥板之可行性評估 78 第5章 結論與建議 120 5.1 結論 120 5.2 建議 122 參考文獻 124

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    下載圖示 校內:2024-04-20公開
    校外:2024-04-20公開
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