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研究生: 林孟佑
Lin, Meng-Yu
論文名稱: 轉爐石應用於製作無機聚合物之研究
BOF-Slag Utilized as a Raw Material in the Production of Inorganic Polymers
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 111
中文關鍵詞: 轉爐石無機聚合物養護
外文關鍵詞: BOF-slag, Inorganic polymers, Curing
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  • 轉爐石乃是一貫作業煉鋼廠之主要副產物,每年中鋼約產出150萬公噸,由於轉爐石含有游離氧化鈣,吸水後形成氫氧化鈣,導致轉爐石體積膨脹,而且浸泡後之溶液pH值較高,應用於混凝土結構物或堆置掩埋處理,皆將引起耐久性及環境相容性之疑慮。由於傳統卜作嵐水泥之製作過程,高耗能且排放大量二氧化碳,可能造成地球暖化及環境生態之衝擊,故亟需研發新型無機聚合物以取代卜作嵐水泥。一般無機聚合物之製作程序,需添加鹼金屬氫氧化物及鹼金屬矽酸鹽混合溶液共同激發,雖然可製成具高抗壓強度之膠結材,但所選用鹼金屬氫氧化物及鹼金屬矽酸鹽激發劑之成本昂貴。本研究利用轉爐石浸泡於水中形成高pH值鹼液之特性,於不添加其他任何鹼激發劑情況下,激發富含鋁矽酸鹽礦物之廢棄物,經由適當攪拌條件,所製成轉爐石無機聚合膠結材試體之最佳抗壓強度可高達50MPa以上,另外,經由適當養護條件,所製成轉爐石無機聚合砂漿試體之最佳抗壓強度則可達45MPa。最後,藉由一系列試驗結果,探討轉爐石溶出之鹼量、攪拌條件及試體養護條件等,對所製成轉爐石無機聚合物試體抗壓強度及耐久性之影響。

    The annual amount of BOF slag, which is the by-product of an integrated steel work, can reach about 1.5 million tons in Taiwan. Free-CaO contained in BOF slag usually reacts with water to form calcium hydroxide Ca(OH)2, leading to the expansion of its volume, the formation of microcracks in a brittle binder and the possible failure of a structural component. Meanwhile, the OH- concentration of the solution containing BOF slag is high and could be harmful to the surrounding environment. As a result, the durability and environmental compatibility problems caused by the use of BOF slag in a concrete structure and landfill are of concern. At the same time, a novel construction material for the replacement of traditional Portland cement with high energy consumption and carbon dioxide emission in manufacturing is needed and urgent. In the study, BOF slag is used as a raw material in the production of inorganic polymers with low energy consumption and carbon dioxide emission. The solution of BOF slag with the characteristic of a high pH value, utilized as an activator without the introduction of sodium hydroxide and sodium silicate, was mixed with some aluminosilicate minerals to produce alkali-activated inorganic polymers. The dissolution of aluminium and silicon ions from aluminosilicate minerals can be accelerated and becomes complete in a short time by mixing them with the activator without sodium hydroxide and sodium silicate at high temperatures for various durations. The inorganic slurry after vigorously stirring was then cured at high temperatures for lasting different time to enhance the polycondensation reaction and the resulting microstructure and properties of alkali-activated inorganic polymers. It is found that the compressive strengths of alkali-activated BOF-slag inorganic binders and mortars could reach up to 50 and 45MPa, respectively. Also, the expansion of the alkali-activated inorganic polymers caused by BOF-slag can be effectively reduced if adequate curing temperature and time are employed for the preparation of specimens. Based on the experimental results, the effects of the hydroxide concentration in activators without sodium hydroxide and sodium silicate, aging temperature and duration and curing temperature and time on the compressive strengths and durability of alkali-activated BOF-slag inorganic polymers are evaluated here.

    摘要.... I Extended Abstract II 致謝.... XI 目錄 XIII 表目錄 XVI 圖目錄 XVIII 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2 本文組織與內容 4 第二章 相關理論與文獻回顧 6 2.1轉爐石之現況 6 2.1.1轉爐石之生產過程 6 2.1.2 轉爐石目前之應用 8 2.1.3 轉爐石產生之問題 9 2.1.4 轉爐石之安定化處裡 12 2.2 轉爐石之材料性質 15 2.2.1 物理性質 15 2.2.2 化學性質 16 2.3 鹼激發膠結材 19 2.3.1 鹼激發膠結材之發展歷程與原理. 19 2.3.2 無機聚合物 20 2.3.2.1 無機聚合物之反應機制 20 2.4 Arrhenius 方程式 22 第三章 研究方法與步驟 32 3.1試驗規劃 32 3.2 試驗材料 34 3.3 試驗設備與方法 35 3.4試體製作 40 3.4.1 轉爐石無機聚合膠結材 40 3.4.1.1 轉爐石無機聚合膠結材A 41 3.4.1.2 轉爐石無機聚合膠結材B 42 3.4.2 轉爐石無機聚合砂漿 43 3.5試驗方法 44 3.5.1 比重試驗 44 3.5.2 布蘭式氣透儀細度試驗 45 3.5.3流度試驗 46 3.5.4抗壓強度試驗 47 3.5.5 乾縮試驗 47 3.5.6 酸鹼度試驗 49 3.5.7 骨材篩分析試驗 50 第四章 試驗結果與討論 67 4.1 轉爐石粉末酸鹼度 67 4.1.1 拌合溫度之影響 67 4.1.2 拌合時間之影響 68 4.1.3 拌合比例之影響 69 4.1.4 小結 69 4.2轉爐石無機聚合膠結材 70 4.2.1 轉爐石無機聚合膠結材A 70 4.2.2 轉爐石無機聚合膠結材B 73 4.3轉爐石無機聚合砂漿 78 第五章 結論與建議 105 5.1 結論 105 5.2 建議 108 參考文獻 109

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    下載圖示 校內:2021-08-31公開
    校外:2021-08-31公開
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