臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要針對石化工業中應用廣泛之沸石觸媒中，流動床裂解使用後之平衡觸媒(FCC Ecat)添加於混凝土中進行資源再利用，研究利用廢觸媒取代水泥添加於混凝土中，進行混凝土之耐久性及廢觸媒取代水泥之水泥漿體之微觀結構。
廢觸媒以0%、5%、10%、15%、20%、25%不等之取代量取代水泥添加於混凝土中進行耐久性之研究，廢觸媒並以預濕及未預濕兩種不同狀態進行混凝土之拌合，試驗內容包括：抗壓強度、抗磨耗強度、快速氯離子滲透、中性化試驗、凍融試驗。以水泥砂漿棒試體進行鹼骨材反應試驗。水泥漿微觀試驗部分試驗內容'包括：電子顯微鏡SEM、X光繞射分析、核磁共振NMR、壓汞試驗MIP。
混凝土研究結果顯示，未預濕廢觸媒取代水泥添加於混凝土中，除抗凍融能力外，均可增加混凝土之耐久性，未預濕廢觸媒取代水泥10%添加於混凝土中，於齡期90天時強度可高於未添加之對照組；15%未預濕廢觸媒混凝土於快速氯離子滲透試驗中，氯離子滲透量均低於對照組；10%未預濕廢觸媒混凝土其抗中性化能力於混凝土齡期晚期較對照組為佳；15%未預濕廢觸媒混凝土於磨耗試驗中其抗磨耗能力均較對照組為佳；鹼骨材砂漿棒試驗中，廢觸媒取代水泥之組別其膨脹曲線與對照組相近，顯示廢觸媒混凝土無鹼骨材反應之疑慮。
微觀試驗部分，於SEM中可清楚觀察到廢觸媒於水泥漿體中進行卜作嵐反應之情況；由X光繞射分析實驗說明廢觸媒於水泥漿體中消耗CH進行卜作嵐反應；NMR試驗中得知水泥漿體中C-S-H膠體之情況並由Q2之位移了解廢觸媒中鋁離子鍵入C-S-H膠體之情形；壓汞試驗結果說明，未預濕廢觸媒取代水泥漿體可降低水泥漿體中之孔隙，提高其耐久性。

The purpose of this research is using the waste fluid catalytic cracking catalysts, widely used in oil refinery and petrochemical industries, adding in high performance concrete (HPC) to analysis to effect of durability in concrete and the microstructure in paste.
The waste catalysts are substituting the cement in concrete and paste. The ratios of waste catalysts substitute cement are 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%. The test methods in concrete include: Compressive strength, abrasion properties, fast chloride permeability, carbonation, and thaw-freeze resistance. The test method in cement mortar includes: AAR. The test methods in cement paste include: SEM, X-Ray diffraction pattern, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), and MIP.
The concrete result shows: using un-wetting catalysts in concrete can improve the durability except the thaw-freeze resistance. Using 10% un-wetting waste catalyst substitute cement in concrete, the compressive strength is higher than 0% concrete in 90 days ages. Using 15% un-wetting waste catalyst substitute cement in concrete, the chloride permeability is lower than 0% in all ages. Using 10% un-wetting waste catalyst substitute cement in concrete, the anti-carbonation ability is better than 0% in later ages. Using 15% un-wetting waste catalyst substitute cement in concrete, the abrasion properties are better than 0%. The AAR mortar test result shows: there should no alkali-aggregate reaction when using waste catalyst in concrete.
The microstructure test shows: the waste catalysts have pozzolan reaction in paste in SEM test. The X-Ray diffraction test shows the waste catalyst consume CH in pozzolan reaction. The MIP test shows the un-wetting waste catalyst substitute cement can reduce the pore volume in cement paste and improve the durability.

第一章 緒論--------------------------------------- 1
1.1 研究動機----------------------------------- 1
1.2 研究目的----------------------------------- 1
1.3 研究方法----------------------------------- 2
1.4 預期結果----------------------------------- 2
第二章 文獻回顧----------------------------------　3
2.1 沸石觸媒----------------------------------- 3
2.2 沸石觸媒的特性及合成----------------------- 4
2.2.1 沸石觸媒之特性---------------------------- 4
2.2.2 沸石觸媒的合成---------------------------- 5
2.3 廢觸媒及其化學性質------------------------- 7
2.4 水泥的水化行為----------------------------- 9
2.4.1 水泥的主要成分---------------------------- 9
2.4.2 水泥單礦物水化作用及機理------------------ 10
2.4.3 水泥水化作用機理-------------------------- 12
2.4.4 水泥水化物對混凝土的影響------------------ 14
2.5 高性能混凝土(HPC)-------------------------- 14
2.6 強塑劑種類成分及其作用--------------------- 15
2.6.1 摻料及強塑劑的定義------------------------ 15
2.6.2 強塑劑的添加目的-------------------------- 16
2.6.3 強塑劑之主要成分-------------------------- 17
2.7 水泥漿體中之孔隙--------------------------- 20
2.8 卜作嵐材料及反應--------------------------- 22
2.8.1 卜作嵐材料-------------------------------- 22
2.8.2 卜作嵐反應-------------------------------- 23
2.9 混凝土的耐久性----------------------------- 26
2.9.1 鹼骨材反應-------------------------------- 28
2.10 掃描式電子顯微鏡--------------------------- 29
2.11 X光繞射分析-------------------------------- 31
2.12 核磁共振技術(NMR)-------------------------- 32
第三章 研究方法及設備-------------------------------- 36
3.1 研究及試驗流程----------------------------- 36
3.2 實驗材料----------------------------------- 37
3.3 實驗設備----------------------------------- 38
3.4 實驗變數----------------------------------- 40
3.4.1 強塑劑固含量分析-------------------------- 40
3.4.2 廢觸媒之基本性質測定---------------------- 40
3.4.2.1 廢觸媒之比重---------------------------- 40
3.4.2.2 廢觸媒之吸水率-------------------------- 41
3.4.3 實驗變數---------------------------------- 41
3.5 實驗配比設計------------------------------- 41
3.5.1 混凝土配比設計---------------------------- 41
3.5.2 水泥漿配比設計---------------------------- 43
3.5.3 水泥砂漿配比設計-------------------------- 44
3.6 含廢觸媒高性能混凝土試驗概要--------------- 44
3.6.1 試體製作---------------------------------- 44
3.6.2 抗壓強度試驗------------------------------ 44
3.6.3 氯離子滲透試驗---------------------------- 45
3.6.4 凍融耐久性試驗---------------------------- 46
3.6.5 二氧化碳中性化試驗------------------------ 47
3.6.6 抗磨耗試驗-------------------------------- 48
3.7 微觀試驗概要------------------------------- 49
3.7.1 水泥漿體中止水化-------------------------- 49
3.7.2 微觀實驗試體製備-------------------------- 49
3.8 鹼骨材試驗概要----------------------------- 49
第四章 試驗結果分析與討論---------------------------- 56
4.1 抗壓強度結果分析--------------------------- 56
4.1.1 抗壓試驗結果------------------------------ 56
4.1.2 各組抗壓試驗結果分析---------------------- 57
4.2 氯離子滲透結果分析------------------------- 64
4.3 抗凍融試驗結果分析------------------------- 76
4.4 磨耗結果分析------------------------------- 82
4.5 CO2中性化結果分析-------------------------- 89
4.6 鹼骨材反應試驗結果分析--------------------- 93
4.7 水化物SEM電子顯微鏡微觀結果分析------------ 96
4.8 X光繞射分析結果分析----------------------- 138
4.9 核磁共振NMR結果分析----------------------- 157
4.10 MIP壓汞孔隙分析--------------------------- 175
第五章 結論與建議----------------------------------- 182
5.1 結論-------------------------------------- 182
5.2 建議-------------------------------------- 184
參考文獻-------------------------------------------- 186

1.鄭宏德、歐敏銓，”台灣地區事業廢棄物之問題與前瞻”，工業污染防治報導136期，7月，1999。
2.Nan-Su, ”Reuse of waste catalysts from petrochemical industries for cement substitution”, Cement and Concrete Research, Vol.30, pp.1773-1783, 2000.
3.陳宗輝，「石油工業廢觸媒資源化之研究」，國立雲林科技大學，碩士論文，雲林，1999。
4.趙桂蓉，「沸石觸媒」，化工，第38卷第6期，1991。
5.張金海，「非均勻反應觸媒特性與實效應用」，復文興業股份有限公司，台南，1994。
6.吳榮宗，「工業觸媒概論」，國興出版社，台北，1989。
7.王國振等，「沸石觸媒之特性與應用」，化工技術，3月，1994。
8.蘇文桔，「工業觸媒原理及應用」，國興出版社，台北，1986。
9.耿瑞星等，「以觸媒技術去除流體化床媒裂製程之操作限制」，石油季刊，第28卷第3期，1992。
10.周振瑞等，「流體觸裂解工廠廢觸媒之去金屬再生技術」，化工，第39卷第6期，1992。
11.林有銘，「觸媒與石油煉製及石油化學工業」”，化工，第38卷第6期，1991。
12.翁祖增，「廢觸媒的回收與再利用」，觸媒與製程，中國技術服務社觸媒研究中心，12月，1993。
13.蔡信行等，「工業用觸媒分析-FCC觸媒之物性和化學性能分析研究」，中國石油公司煉製研究中心，台北，1986。
14.黃兆龍，「混凝土性質與行為」，詹氏書局，台北，1997。
15.P.K.Mehta, ”Concrete Structure, Properties, and Materials”, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1986.
16.P.-C. Aïtcin, ”High-Performance Concrete”，E&FN SPON, London, 1998.
17.A.M.Neville, ”Properties of Concrete”，LONGMAN, England, 1995.
18.廖基良，「活性粉混凝土配比本土化及微觀物理性質之研究」，國立台灣大學，碩士論文，台北，1998。
19.黃國立，「HYDRA3D水泥水化程式之應用研究」，國立交通大學，碩士論文，新竹，1995。
20.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」，國立台灣工業技術學院，博士論文，台北，1991。
21.常冠群，「蒸氣催化含矽灰水泥漿體物理性質之研究」，國立交通大學，碩士論文，新竹，1998。
22.蘇南，「乾拌/蒸汽混凝土的水化模式,抗壓性質與微結構」，國立交通大學，博士論文，新竹，1992。
23.蘇南，「二十一世紀TAICON(台灣混凝土)之配比設計」，高性能混凝土配比設計實作，台灣營建研究院，台北，1998。
24.高健章，許貫中，蘇南，「TAICON(中強度高流動性混凝土)的工廠配比與強塑劑用法研究」，中華民國結構工程學會，台北，1999。
25.黃兆龍編著，「高性能混凝土設計及應用」，高性能混凝土設計及應用研討會論文集，台灣科技大學，台北，1999。
26.謝明宏，「自充填混凝土之本土化研究」，國立台灣大學，碩士論文，台北，1999。
27.許貫中，陳慶宏，「化學摻料發展與應用」，混凝土施工自動化-化學摻料、配比、品管與施工研討會論文集，台灣營建研究院，台北，1998。
28.Karen L. Scrivener, “The Microstructure of Concrete”, Materials Science of Concrete I, The American Ceramic Society, Inc., 1989.
29.古凡峰，「石油化學工業的廢觸媒對水泥砂漿性質之影響」，國立台灣師範大學，碩士論文，台北，2000。
30.林炳炎，「飛灰、矽灰、高爐爐石用在混凝土中」，三民書局，台北，1993。
31.陳彥豪，「波索蘭混凝土之耐久性研究」，國立交通大學，碩士論文，新竹，1995。
32.M.J.Shannag, ”High Strength Concrete containing natural pozzolan and silica fume”, Cement & Concrete Composites. Vol. 22 pp.299-406, 2000.
33.Caijun Shi, Rovert L. Day, ”Pozzolanic reaction in the presence of chemical activators Part II. Reaction products and mechanism.”, Cement and Concrete Research, Vol. 30, pp.607-613, 2000.
34.Chi Sun Poon, ”Effect of Fly Ash and Silica Fume on Interfacial Porosity of Concrete. ”Journal of Materials in Civil Engineering, pp.197-205, Aug 1999.
35.J. Paya, ”Fluid catalytic cracking catalyst residue (FC3R) An excellent mineral by product for improving early strength development of cement mixtures.” Cement and Concrete Research, Vol.29, pp1773-1779, 1999.
36.黃憲弘，「廢玻璃應用於混凝土骨材之研究」，國立雲林科技大學，碩士論文，雲林，2001。
37.詹穎雯，「混凝土水中磨耗性質之研究」，專案研究報告，財團法人中興工程顧問社，台北，1997。
38.廖肇昌，「國內混凝土耐久性規範探討」，混凝土結構耐久性技術，台灣營建研究院，台北，2000。
39.李釗，「國內外混凝土鹼質與粒料反應問題與防治技術之研究」，混凝土結構耐久性技術，台灣營建研究院，台北，2000。
40.詹穎雯，「國外混凝土耐久性相關規範之概述」，混凝土結構耐久性技術，台灣營建研究院，台北，2000。
41.苗伯霖，「裂縫對混凝土耐久性之影響與對策」，混凝土結構耐久性技術，台灣營建研究院，台北，2000。
42.廉慧珍等，「建築材料物相研究基礎」，清華大學出版社，中國。
43.L’udovit Krajci. , ”Measurement Techniques for Rapid Assessment of Carbonation in Concrete”, ACI Materials Journal, March-April, 2000.
44.I.G. Richardson, ”The nature of C-S-H in hardened cements”, Cement and Concrete Research, Vol.29, pp.1131-1147, 1999.
45.G. Kakali, ”Hydration products of C3A, C3S and Portland cement in the presence of CaCO3”, Cement and Concrete Research, Vol.30, pp.1073-1077, 2000.
46.Terrence Ramlochan, ”The effect of metakaolin on alkali-silica reaction in concrete”, Cement and Concrete Research, Vol.30, pp339-344, 2000.
47.Lulu Basheer, ”Assessment of the durability of concrete from its permeation properties: a review”, Construction and Building Materials, Vol.15, pp.93-103, 2001.
48.E.W. Hansen, ”FLR technique exchange of methanol/fluorescent dye with water in water saturated cement paste examined by NMR”, Cement and Concrete Research, Vol.30, pp.535-541, 2000.
49.義田義賀，「核磁共振的基礎」，復漢出版社，台南，1985。
50.通 和夫，「核次共振之實用-CW、FT NMR的利用法」，復漢出版社，台南，1985。
51.鍾松政，「固態核磁共振光譜在沸石觸媒研究之應用」，觸媒與製程，中國技術服務社觸媒研究中心，1994。
52.H.S. Pietersen, ”The Reaction Mechanism of Blended Cements: A29Si NMR Study”, Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Natural Pozzolans in Concrete, Fourth International Conference, ACI. , 1992
53.Corina-Maria Aldea, ”Effect of Cracking on Water and Chloride Permeability of Concrete”, Journal of Materials in Civil Engineering, pp.181-187, Aug 1999.
54.Peter C. Hewlett, ”Lea’s Chemistry of Cement and Concrete”, Arnold, 4th Ed, London, 1998.
55.J. Francis Young, ”The Science and Technology of Civil Engineering Materials”, Prentice-Hall Inc., New Jersey, 1998.
56.沈永年、林仁益、黃兆龍，「核磁共振解析含飛灰水泥漿體之波索蘭反應」，中國土木水利學刊，第五卷第四期，pp.387-392，1993。
57.林仁益、沈永年、黃兆龍，「29Si NMR解析水灰比、養護溫度與水泥漿體水化行為之相關性」，中國土木水利學刊，第三卷第三期，pp.255-265，1991。
58.沈永年、黃兆龍，「應用核磁共振法探討水泥漿體水化模型及強度發展特性」，技術學刊，第十卷第二期，pp.151-156，1995。