臺灣博碩士論文加值系統

本文以電弧爐煉鋼還原渣取代部份水泥作為混凝土的膠結料與廢鑄砂取代混凝土的細骨材，進行不同水膠比（W/B）與摻加不同量還原渣之混凝土新拌、硬固、耐久性質及微觀等相關試驗研究。並探討其對高性能混凝土性質的影響並與高爐石應用差異之比較。結果顯示還原渣摻加在混凝土可提昇流動性，抗壓強度在齡期2年略優於混凝土，但稍低於高爐石混凝土。長期之電阻及氯離子電滲測定結果與普通混凝土、高爐石混凝土組相近。MIP孔隙量之結果則略高於控制組與高爐石組。只要還原渣經適當的處理過後對應用高性能混凝土是有正面的效果的。而廢鑄砂應用於細骨材會降低混凝土的流動性與長期抗壓強度，並且增加孔隙的滲透性，不利於高性能混凝土的需求性能。然而廢鑄砂若經水洗處理再摻用，可明顯改善新拌與硬固之性質，但仍不及普通混凝土之各項性能。
另外若進一步將鑄造廠產出之廢鑄砂、爐碴及粉末廢鑄砂予以摻合為混合廢鑄件砂料(MWFS)，且依年產量比例適量調配，取代25%、50%及100%的河砂應用於可控制高性能低強度材料（CLSM），同時基於現有CLSM之施工規範與需求性，摻合除MWFS與河砂外，尚包含水泥、飛灰、黏土、輸氣劑及CaCl2。研究結果顯示MWFS取代河砂量愈多，坍度與坍流度愈低，部份CLSM配比可滿足高流動性與密度小於2000kg/m3的條件。CaCl2添加膠結料15%以上，部份CLSM配比可達到3.5小時內之初凝效果，而水泥量為200kg/m3，亦有部份CLSM配比可符合早期強度高，晚期強度低的需求。因此MWFS可適度應用於CLSM材料，達到資源再生利用之效能。

This paper investigates the effect of arc furnace reduction slag (RS) to partial replacement of Portland cement and waste foundry sand to replacement of fine aggregate on the property of high performance concrete (HPC).The HPC with different water-to-binder ratio (W/B ratio) and different quantity of reduction slag are studied. The fresh and harden property of HPC with RS is emphasized and the difference with that of blast-furnace slag (BF slag) is then compared. Results show the addition of RS may improve the workability, the 2 years compressive strength, and long-term properties of HPC. The result indicates RS had good effect on HPC. But the waste foundry sand replacement of fine aggregate may decrease flow-ability and compressive strength also increased pores to permeability on HPC. However, if treated of the waste foundry sand may improve the fresh and hardness properties.
Mixture waste foundry sand (MWFS) is a combination of various percentages of industrial wastes which include waste foundry sand, slag and dust and are basically produced from foundry factories. This research is mainly focused on the application of such MWFS material on Controlled Low Strength Material (CLSM). A local CLSM coded describing the application and workability of CLSM is used, and in order to meet such requirements, proper mixture proportions of CLSM have to be designed by using materials of not only MWFS and river sand but also cement, fly ash, clay, air entraining agent and CaCl2. The test results show that the more the amount of river sand replaced by MWFS in CLSM, the lower the slump and slump flow of CLSM. Some mixtures of CLSM have the results of high slump flows with dry loose density under 2000kg/m3. As the amount of CaCl2 exceeds 15% of cementitious materials, the initial settings of some CLSMS can be shorten to within 3.5 hours. As the amount of cement at 200 kg/m3, some groups of CLSM meet the standards of high early compressive strengths and low 28 days compressive strengths.

中文摘要 I
英文摘要 III
誌謝 V
總目錄 VI
符號索引 X
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一部份 緣起與文獻回顧 1
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究範圍 3
1-4 研究步驟與方法 3
第二章 文獻回顧 7
2-1 電弧爐還原渣(石)粉與廢鑄砂料的形成 7
2-1-1電弧爐還原渣(石)的產生與處理狀況 7
2-1-2廢鑄砂料的產生與處理狀況 9
2-2 電弧爐還原渣之應用與相關研究 11
2-3 廢鑄砂料與控制性低強度材料之相關研究 14
2-3-1 廢鑄砂料之用途 14
2-3-2 控制性低強度材料之定義與特性 15
2-3-3 控制性低強度材料之需求性質 16
2-3-4 國內外之控制性低強度材料研究成果 17
第二部份 材料性質測試與研究方法 23
第三章 材料基本性質分析 23
3-1 煉鋼還原渣與廢鑄砂料之料源探討 23
3-2 煉鋼還原渣之基本性質 24
3-2-1還原渣之物理性質 24
3-2-2還原渣之化學成份 27
3-3 廢鑄砂料之基本性質 28
3-3-1廢鑄砂料之物理性質 28
3-3-2廢鑄砂料之化學成份 30
第四章 還原渣應用水泥漿體之膠結性能評估 39
4-1 試驗變數與方法 39
4-2 抗壓強度之效益 42
4-3 水化程度之評估 44
4-4 氫氣化鈣含量之變異 45
4-5 膠體空間比之影響 47
4-6 體積穩定性之分析 48
4-7 綜合評估 49
第五章 混凝土試驗計畫 69
5-1 試驗材料 69
5-2 試驗變數 71
5-3 試驗方法 73
第六章 混凝土配比設計邏輯 90
6-1 還原渣高性能混凝土 90
6-2 廢鑄砂高性能混凝土 93
6-3 混合廢鑄件砂料應用CLSM之配比理論 92
第三部份 結果分析 101
第七章 還原渣高性能混凝土之工程性質探討 101
7-1 新拌性質行為 101
7-1-1 工作性 101
7-1-2 裂縫敏感度 102
7-1-3 水化放熱 103
7-1-4 凝結時間 104
7-2 硬固性質 107
7-2-1 抗壓強度 107
7-2-2 超音波速 109
7-2-3 硫酸鹽侵蝕 111
7-2-4 表面電阻係數 113
7-2-5 氯離子電滲量 114
7-3 顯微結構觀察與分析 116
7-3-1 微結構孔隙量測 117
7-3-2 混凝土微結構觀察 120
7-3-3 X光繞射分析 123
7-4 綜合評估 124
第八章 廢鑄砂料高性能混凝土之工程性質探討 159
8-1 新拌性質行為 159
8-1-1工作性 159
8-1-2 凝結時間 160
8-1-3 裂縫敏感度 161
8-2 硬固性質 163
8-2-1 抗壓強度 163
8-2-2 超音波速 164
8-2-3 硫酸鹽侵蝕 166
8-2-4 表面電阻係數 167
8-2-5 氯離子電滲量 168
8-3 微結構觀察與分析 170
8-4 綜合評估 172
第九章 廢鑄砂料應用於CLSM之工程性質分析 193
9-1 新拌性質行為 193
9-1-1 坍度 193
9-1-2 修正坍流度 194
9-1-3 單位重 195
9-1-4 初凝時間 195
9-2 硬固性質 197
9-2-1 抗壓強度 197
9-2-2 硫酸鹽侵蝕 198
9-2-3 單向度壓密 199
9-2-4 毒物釋出 200
9-3 綜合評估 200
第四部份 總結 211
第十章 再生材料之應用機理與推導 211
10-1 電弧爐煉鋼還原渣 212
10-2 廢鑄砂 212
10-3 混合廢鑄砂料 213
10-4 混合廢鑄砂料(MWFS)應用CLSM之材料規範 213
第十一章 結論與建議 220
11-1 結論 220
11-2 建議 222
參考文獻 224

參考文獻

1.Geiseler, J.,「冶金渣－創造美好未來的材料」，冶金渣處理與利用國際研討會，中國北京，第1-8頁(1999)。
2.余騰耀，「電弧爐煉鋼業廢棄物減量及資源回收」，環保特刊，第193-221頁(1996)。
3.Sakuraya, T.,「日本煉鋼工業高爐渣與鋼渣利用現狀」，冶金渣處理與利用國際研討會，中國北京，第15-20頁(1999)。
4.美國鋼鐵爐渣協會，1997年12月。
5.王濤，「電爐鋼渣應用技術研究」，冶金渣處理與利用國際研討會，中國北京，第242-255頁(1999)。
6.鄭清元，「電弧爐煉鋼碴特性及取代混凝土粗骨材之研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，(2000)。
7.經濟部事業廢棄物再利用種類及管理方式，「廢鑄砂再利用管理方式」編號12(2002)。
8.朱桂林，孫樹杉，「中國鋼渣利用的現狀和發展方向」，冶金渣處理與利用國際研討會，中國北京，第9-14頁(1999)。
9.簫遠智，陳立，黃偉慶，蘇茂豐，「利用電弧爐還原渣製成還原渣水泥之可行性研究」，工業減廢暨永續發展研討會，台北市，A4(2002)。
10.傅國柱，黃偉慶，「還原渣取代部份水泥之研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，(2002)。
11.陳立，黃偉慶，閻嘉義，「電弧爐爐碴應用於混凝土工程之可行性研究」，冶金渣處理與利用國際研討會，中國北京，第231-241頁(1999)。
12.Wu, X., Zhu, H., Hou, X., Li, H., ”Study on steel slag and fly ash composite Portland cement”, Cement and Concrete Research ,
Vol.29,pp.1103-1106,(1999).
13.Ahmad, M., and Masoud, K.A., “Producing Portland cement iron and steel slags and limestone”, Cement and Concrete Research , Vol.29,pp.1373-1377, (1999).
14.M.P. Luxan, R. Sotolongo , F. Dorrego, E. Herrero, “Characteristics of the slags produced in the fusion of scrap steel by electric arc furnace”, Cement and Concrete Research,Vol.30,pp.517-519,(2000).
15.江慶陞，「爐石的資源化」，技術與訓練，第六卷，第九期，第37-49頁(1981)。
16.Leidel, D.S., ”External Beneficial Reuse of Spent Foundry Sand”, AFS Trans vol.42,pp.235,(1994).
17.Javed S., C.Lovell and L.Wood, “Waste Foundry Sand in Asphalt Concrete”, Transport Research Record ASTM STP 1437,pp.27-34.
18.柴希文，謝佩昌，「礦物摻料在高流動低強度回填料的應用」，應用礦物摻料提升混凝土品質，(1999)。
19.柴希文，陳振川，詹穎雯，謝佩昌，「協助國內傳統工業技術升級計畫-高性能低強度材料之開發與輔導」，財團法人台灣營建研究院，(1999)。
20.柴希文，「CLSM材料簡介簡報內容」，CLSM講習班，財團法人台灣營建研究院，(2000)。
21.台北市政府養護工程處，「高性能低強度材料(CLSM)材料規範」，(2001)。
22.柴希文，謝佩昌，「CLSM材料簡介」，高性能回填材料(CLSM) 產製，財團法人台灣營建研究院，(2000)。
23.Flechsig, J.L., "Downtown Seattle Transit Project", International Symposium on Unique Underground Structures, Denver, CO, June, (1990).
24.Paul J. Tikalsky, Earl Smith, and Raymond W. Regan, "Proporting Spent Casting Sand in Controlled Low Strength Materials",ACI Material Journal/ November- December (1998).
25.Paul Tikalsky, Mike Gaffney, and Ray Regan, "Properties of Controlled Low - Strength Material Contraining Foundry Sand", ACI Material Journal/November- December(2000).
26.張靜忠，「廢混凝土再利用於控制性低強度材料可行性之研究」，國立台灣科技大學營建工程系碩士論文，(2003)。
27.謝啟萬，「台灣南部地區剩餘土拌合之控制性低強度材料於回填工程應用之探討」，國立屏東科技大學土木工程系碩士論文，(2002)。
28.黃兆龍，「混凝土性質與行為」，詹氏書局，(2002)。
29.沈得縣，「高爐熟料與飛灰之波索蘭反應機理及對水泥漿體巨微觀性質影響之研究」，國立台灣科技大學營建工程系博士論文，(1991)。
30.Wu E.O. , T. Hriljac, C.L. Hwang, and J.F. Young,”Orthosilicate Analysis; A Measure of Hydration in pastes of Alite Aucl Portland Cement”, Communications of the American Ceramic Society(1983).
31.C.L. Hwang, “Dry Shrinkage and Microstructure of Hydrated Cement Paste”, University of Illinois(1983).
32.Jazairi, B.E. and J.M. Illston, “The Hydration of Cement Paste Using the Semi-Isothermal Method of Derivative Thermogravity, Cement and Concrete Research, Vol.10, pp.361~366,(1980).
33.Mindess S. and J.F.Young, “Concrete”, Prentice-Hall, Englewoad Cliffs, N.J.(1981).
34.黃兆龍，「高等混凝土技術」，國立台灣科技大學營建工程系，(1985)。
35.Bentur, B., “Effect of Curing Temperature on the Pore Structure of Tricalcium Silicate Pastes”, Journal of Coll. and Int. Science, Vol. 74.No. 2, April(1980).
36.Kokubu K., S. Takahashi, and H. Anzai, “Effect of Curing Temperature Characteristics of Portland Cement-Blast Furnace Slag Concrete”, ACI SP114-66, pp.1364~1376(1989).
37.Young J.F., “Cement and Concrete Technology”, 水泥與混凝土技術研討會，台灣營建研究中心，pp.3~75，台北(1985)。
38.施國欽，「大地工程學(一)土壤力學篇」，文笙書局，(1996)。
39.邱啟東，「營建污泥拌製控制性低強度材料可行性之研究」，國立台灣科技大學營建工程系碩士論文，(2001)。
40.林庭亦，「電弧爐還原渣應用於高性能混凝土性質之研究」，國立台灣科技大學營建工程系碩士論文，(2003)。
41.Bjontegaard, O., T.A. Hammer and E.J. Sellevold., “Cracking in HPC before Setting Concrete,” International Symposium on High-Performance and Reactive Powder Concretes, Vol. 1, pp. 1~16 (1998).
42.劉信宏，金鵬，「超音波在混凝土中波傳行為之探討與應用」，私立中原大學土木工程研究所碩士論文，中壢（1995）。
43.Hansson, I.L.H. and C.M. Hansson., “Electrical Resistivity Measurements of Portland cement Based Materials”, Cement and Concrete Research, Vol. 13, pp. 675~683 (1983).
44.鄭凱維，「緻密爐石水泥混凝土工程性質之研究」，國立台灣科技大學營建工程系碩士論文，(2002)。
45.MRG., “Quantitative X-Ray Diffraction Analysis”, Department of Civil Engineering, University of Illinois(1977).
46.Bakker R.F.M., In Proceedings, 1th International Conference on the Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag, and other Mineral By-Products in Concrete, Montebello(1983).
47.黃兆龍，沈永年，江明英，「應用水化熱及超音波速率量測探討高性能混凝土之早期水化行為」，第十一屆全國技術及職業教育研討會，工業類V，第151~159頁(1996)。
48.湛淵源，「水泥漿質與量對混凝土工程行為之研究」，國立台灣科技大學營建工程系博士論文，(1999)。
49.黃兆龍，王和源，沈得縣，蘇南，林維明，林平全，「公共工程混凝土使用爐石水泥之可行性評估」，專案計畫報告，行政院公共工程委員會，台北(1999)。
50.Langley,W.S., Gilmour, P., and Tromposch, E., ”The Northumberland Strait Bridge Project”, ACI SP-154, Ed. B. M. Malhotra, pp.543 ~564(1995).
51.Mehta, P.K., “Concrete-Structure, Material, and Properties”, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J.(1986).
52.Young, J. F.,”The Mocrostructure of Hardend Portland Cement Paste”, Creep and Shrinkage in Concrete Structure Edited by Z. P. Bazant and F. H. Wittmann, John Wiley & Sons Ltd(1982).