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研究生:李春雄
研究生(外文):Chuen-Shyong Lee
論文名稱:中鋼轉爐石回脹抑制方法之研究
論文名稱(外文):A study for suppressing swell of China Steel's Basic Oxygen Furnace Slag
指導教授:李德河李德河引用關係
指導教授(外文):Der-Her Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:回脹夯實能量
外文關鍵詞:compaction energyswell
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中鋼轉爐石為中鋼公司煉鋼所產生的副產品,由於粒徑大、抗壓性高、透水性大,以其作為道路鋪面、填方材料等之可能性很高。唯轉爐石具膨脹性,其使用上多所限制,若能有效抑制其膨脹,使轉爐石可作為安全適當的鋪面及填方材料,則不僅能解決轉爐石無處堆置的窘境,亦可降低自然砂石的開採,增加國家資源的利用。

本研究分別進行夯實、CBR及回脹試驗,從夯實能量與添加材料的觀點,探討其對轉爐石回脹之影響,得到的研究成果如下:
(1)轉爐石之夯實能量與CBR值呈一對數關係,Y = 44.261Ln(X) + 1.556,其中X =夯實能量(kg-cm/cm3)、Y =CBR值(%)。施工規範將可以夯實能量調至14.66kg-cm/cm3,即可符合道路要求。
(2)轉爐石添加10%水淬爐石粉,經水化及波索蘭反應後,結構緻密、滲透性低,對轉爐石回脹有很好的抑制效果。
(3)Koide之試驗方法會高估試樣的回脹率,可用一二次曲線模式加以修正,Y = -0.0347X2 + 0.7736X,其中X =依Koide試驗方法所得之回脹率,Y =依CNS 14602試驗方法所得之回脹率。
目 錄
摘要 Ⅰ
誌謝 Ⅱ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
第一章 緒論
1-1研究動機與目的 1
1-2研究流程 1
第二章 文獻回顧
2-1爐石產出製程與物化性質 3
2-1-1製程概述 3
2-1-2物理性質 3
2-1-3化學性質 6
2-2轉爐石資源化利用 8
2-2-1國內轉爐石之資源化利用 8
2-2-2國外轉爐石之資源化利用 9
2-3鹼骨材反應 11
2-3-1鹼骨材反應的種類 11
2-3-2鹼骨材反應的機理 12
2-3-3鹼骨材反應的控制方法 13
2-4水泥漿體之固相微觀結構 16
2-5回脹試驗相關文獻 19
2-5-1養治條件之研究 19
2-5-2回脹率要求標準 21
2-5-3 Koide對回脹試驗之相關研究 24
第三章 試驗內容與方法
3-1試驗材料及其準備 28
3-1-1試驗材料 28
3-1-2試樣準備與製作 29
3-2試驗方法、儀器與設備 30
3-2-1基本物化性試驗 31
3-2-2夯實試驗 32
3-2-3 CBR試驗 32
3-2-4回脹試驗 32
3-3試驗步驟 33
3-3-1夯實試驗 33
3-3-2 CBR試驗 34
3-3-3回脹試驗 35
第四章 試驗結果與討論
4-1基本物化性質分析 37
4-2鹼骨材反應 42
4-3能量法 45
4-3-1夯實、CBR試驗 46
4-3-2修正能量之夯實、CBR試驗 48
4-3-3回脹試驗 52
4-4添加法 55
4-4-1飛灰 55
4-4-2底灰 57
4-4-3水淬爐石粉 58
4-4-4泥岩 61
4-5夯實能量在添加法之應用研究 63
4-6 SEM微相觀察 66
4-7養治溫度對回脹之影響 70
4-8養治時間對回脹率模式之建立 73
第五章 結論與建議
5-1結論 76
5-2建議 77
參考文獻 78
附錄 81

表目錄
表2-1-1爐石之物理特性 3
表2-1-2高爐石、轉爐石與脫硫渣之化學成份 5
表2-2-1鋼鐵爐渣爐之特性與用途 8
表2-2-2中鋼與鋼鐵先進國家在煉鋼爐渣資源化的近況統計 10
表2-3-1參與鹼骨材反應之活性矽形態 13
表2-4-1水泥漿體之主要組成成份及對工程性質之影響 17
表2-5-1使用材料及混合表 22
表3-1-1基底層粒料之級配要求 29
表3-1-2浸水膨脹比之級配要求 29
表4-1-1含1.02%f-CaO之轉爐石EDS定性分析 40
表4-1-2含6.8%f-CaO之轉爐石EDS定性分析 41
表4-3-1基底層材料之品質要求 45
表4-3-2夯實能量表 49
表4-3-3夯實、回脹能量對照表 53
表4-3-4轉爐石在各種夯實能量下之孔隙率 53
表4-7-1轉爐石在各種夯實能量及不同養治溫度下之回脹率 71

圖目錄
圖1-2-1研究流程圖 2
圖2-1-1中鋼煉鐵煉鋼生產流程圖 4
圖2-3-1水泥中鹼含量對混凝土膨脹之影響 14
圖2-3-2活性矽骨材含量及粒徑對混凝土膨脹量之影響 15
圖2-3-3波索蘭材料控制鹼骨材反應膨脹的功效 15
圖2-5-1養治溫度及養治時間對浸水膨脹比關係圖 19
圖2-5-2養治方法對浸水膨脹比關係圖 20
圖2-5-3養治10日與養治28日的浸水膨脹比線性相關圖 21
圖2-5-4模型路基、施工區分配及鋪裝組成 22
圖2-5-5模型路基膨脹比與浸水膨脹比關係圖 23
圖2-5-6模型路基膨脹比與K30值之比關係圖 23
圖2-5-7各種新鮮轉爐石的膨脹率 24
圖2-5-8各種經蒸汽養生的轉爐石膨脹率 25
圖2-5-9新鮮與養生後轉爐石膨脹率的長期試驗 26
圖2-5-10新鮮轉爐石混合50%天然碎石之膨脹率 26
圖2-5-11氣冷或水淬高爐石與轉爐石混合料對膨脹的影響 27
圖3-1-1轉爐石之外觀 28
圖3-1-2夯實、CBR與回脹試驗級配料之粒徑分佈曲線 30
圖3-2-1試驗流程圖 31
圖3-2-2定溫控制養護設備 33
圖3-3-1浸水膨脹試驗之圖例 36
圖4-1-1轉爐石之粒徑分佈曲線 38
圖4-1-2含1.02%f-CaO之轉爐石EDS定性分析 40
圖4-1-3含6.8%f-CaO之轉爐石EDS定性分析 41
圖4-2-1轉爐石之鹼骨材反應(第0天) 42
圖4-2-2轉爐石之鹼骨材反應(第1天) 42
圖4-2-3轉爐石之鹼骨材反應(第3天) 43
圖4-2-4轉爐石之鹼骨材反應(第7天) 43
圖4-2-5轉爐石之鹼骨材反應(第14天) 43
圖4-3-1改良夯實試驗曲線圖 46
圖4-3-2標準夯實試驗曲線圖 47
圖4-3-3改良夯實之乾密度—CBR值關係圖 47
圖4-3-4標準夯實之乾密度—CBR值關係圖 48
圖4-3-5修正夯實試驗曲線圖 50
圖4-3-6修正夯實之乾密度—CBR值關係圖 50
圖4-3-7夯實能量—CBR值半對數關係圖 51
圖4-3-8二次修正夯實試驗曲線圖 51
圖4-3-9二次修正夯實之乾密度—CBR值關係圖 52
圖4-3-10各種夯實能量之轉爐石回脹曲線圖 54
圖4-3-11轉爐石之夯實能量與回脹率關係圖 54
圖4-4-1添加不同含量飛灰之轉爐石(f-CaO:1.02%)回脹曲線圖 56
圖4-4-2添加不同含量飛灰之轉爐石(f-CaO:6.8%)回脹曲線圖 57
圖4-4-3添加3%水泥與不同含量底灰之轉爐石(f-CaO:1.02%)回脹
曲線圖 58
圖4-4-4添加3%水泥與不同含量底灰之轉爐石(f-CaO:6.8%)回脹
曲線圖 59
圖4-4-5添加不同含量水淬爐石粉之轉爐石(f-CaO:1.02%)回脹曲線圖 60
圖4-4-6添加不同含量水淬爐石粉之轉爐石(f-CaO:6.8%)回脹曲線圖 61
圖4-4-7添加不同含量泥岩之轉爐石(f-CaO:1.02%)回脹曲線圖 62
圖4-5-1添加10%水淬爐石粉之轉爐石在不同能量下之回脹曲線圖 64
圖4-5-2添加10%泥岩之轉爐石在不同能量下之回脹曲線圖 65
圖4-5-3轉爐石及添加不同材料在各夯實能量下回脹關係圖 65
圖4-6-1轉爐石SEM晶相圖 66
圖4-6-2添加15%飛灰之轉爐石SEM晶相圖 67
圖4-6-3添加3%水泥與7%底灰之轉爐石SEM晶相圖 68
圖4-6-4添加10%水淬爐石粉之轉爐石SEM晶相圖 69
圖4-7-1轉爐石在不同養治溫度下夯實能量與回脹率關係圖 71
圖4-7-2水溝旁出現擠壓高突(高雄港122號碼頭) 72
圖4-7-3水溝附近出現凹凸起伏及裂紋(高雄港122號碼頭) 72
圖4-7-4全區產生不均勻回脹將近30cm差距(高雄港122號碼頭) 72
圖4-8-1轉爐石試體在不同養治時間之回脹曲線圖 74
圖4-8-2 Koide與CNS14602回脹試驗關係圖 75
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