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研究生:黃俊博
研究生(外文):Chun-Po Huang
論文名稱:含鉛之水泥固化體中總孔隙率與抗壓強度及其鉛溶出率之關係
論文名稱(外文):The relationship among the total porosity in the solidified concrete with lead, compressive strength and the leachability of lead
指導教授:黃 武 章
指導教授(外文):Wu-Jang Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:環境工程與科學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:水泥固化體非破壞檢測放射線檢測總孔隙率抗壓強度鉛溶出率
外文關鍵詞:Solidified ConcreteNon-Destructive ExaminationRadiation Detection TechniqueTotal porosityCompressive StrengthLeachability of Lead
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固化技術多應用於焚化飛灰與有害污泥的處理上,但為了強化固化物之抗溶出能力,先前法令規定固化物須通過單軸抗壓檢測。本實驗嘗試應用放射線非破壞檢測對含有鉛成份水泥固化體之抗溶出能力與內部孔隙結構進行研究,結果證明總孔隙率對鉛溶出率的貢獻度最大,抗壓值次之,氣孔數最小,故應用放射線測量於固化物上是可行且為合適的方法,可作為灰渣固化再生材之抗溶出能力鑑定的強有力的判定依據。
Solidification process has been widely used in the stabilization of Municipal solid waste such as fly ashes and hazardous sludge. In the past, solidified concrete has to pass the single axial strength test regulated by law, in order to enhance the anti-leaching ability of hazardous matters in solidified concrete. This study has tried to use radiation detection, that is a non-destroy detection technique, to investigate the relationship of lead leachability and pore structures in solidified concrete. Results show that total porosity has the greatest contribution to the leachability of lead in concrete; the second affecting factor is compressive strength, while the number of pore has a least contribution. In conclusion, radiation detection is a powerful technique to assess the anti-leaching ability of hazardous matters in recyclable solidified concretes of ashes.
目 錄
摘要..............................................................................................................................Ⅰ
Abstract........................................................................................................................Ⅱ
誌謝..............................................................................................................................Ⅳ
目錄..............................................................................................................................Ⅴ
表目錄..........................................................................................................................Ⅸ
圖目錄.........................................................................................................................ⅩI
1.前言.............................................................................................................................1
2.文獻回顧.....................................................................................................................2
2.1重金屬鉛..................................................................................................................2
2.2水泥固化法..............................................................................................................2
2.3非破壞檢測技術之放射線檢測..............................................................................4
2.3.1放射線檢測的原理...............................................................................................5
2.3.2放射線檢測所需器材與應用範圍所受限制.......................................................5
2.3.3進行放射線檢測時對於設備之要求與管制.......................................................6
2.3.4放射線檢測之應用...............................................................................................6
2.4研究動機..................................................................................................................7
3.實驗方法...................................................................................................................38
3.1實驗流程................................................................................................................38
3.2泥漿之備製............................................................................................................38
3.2.1製作直徑75 mm之固化體.................................................................................38
3.2.2製作直徑42 mm之固化體.................................................................................38
3.3灌模後加工方式....................................................................................................39
3.3.1直徑75 mm固化體.............................................................................................39
3.3.2直徑42 mm固化體.............................................................................................39
3.4拆模與養護............................................................................................................40
3.5固化體之X-Ray與r-Ray檢測...............................................................................40
3.6氣孔尺寸量取與統計............................................................................................41
3.7單軸抗壓強度測試................................................................................................41
3.8 TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)溶出率...................................42
3.8.1重金屬鉛毒性溶出萃取溶出實驗.....................................................................42
3.8.2鉛可溶出全量溶出實驗.....................................................................................42
3.9原子吸收光譜儀Atomic Absorption Spectroscopy(AA)檢測.............................43
3.10 X-Ray繞射圖譜...................................................................................................43
3.11實驗材料...............................................................................................................43
3.12實驗設備..............................................................................................................44
3.13實驗室品質管制Quality Control ( Q.C. )...........................................................45
4.結果與討論...............................................................................................................58
4.1 X-Ray及r-Ray穿透影像.......................................................................................58
4.1.1不同射源對固化體曝光顯影之差異.................................................................58
4.1.2以r-Ray不同的曝光時間之顯影差異...............................................................58
4.1.3比對X-Ray對固化體不同軸向所顯示氣孔形狀之差異性..............................58
4.1.4不同厚度固化體施以X-Ray曝光之顯像差異..................................................59
4.2固化體氣孔量測....................................................................................................59
4.3固化體抗壓測試....................................................................................................60
4.4 X - Ray繞射圖譜...................................................................................................60
4.5固化體鉛溶出率與氣孔數、總孔隙率、抗壓值間之關係....................................61
4.5.1固化體【Pb】TCLP /【Pb】o 鉛溶出率與氣孔數關係.............................................61
4.5.2固化體【Pb】TCLP /【Pb】o 鉛溶出率與總孔隙率關係.........................................61
4.5.3固化體【Pb】TCLP /【Pb】o 鉛溶出率與抗壓值關係.............................................62
4.5.4固化體總孔隙率與氣孔數關係.........................................................................63
4.5.5固化體總孔隙率與抗壓值關係.........................................................................63
4.5.6固化體抗壓值與氣孔數關係.............................................................................64
4.6綜合討論................................................................................................................64
5.結論與建議.............................................................................................................108
5.1結論......................................................................................................................108
5.2建議......................................................................................................................108
參考文獻....................................................................................................................109
表目錄
表2-1鉛及其化合物之特性..........................................................................................8
表2-2國內 7 座大型焚化爐集塵灰與塔底灰【Pb】o 全量分析比較.......................8
表2-3鉛對人體危害之濃度..........................................................................................9
表2-4對環境中重金屬鉛之偵測方法........................................................................10
表2-5卜特蘭Ⅰ型水泥之化學組成............................................................................11
表2-6卜特蘭Ⅰ型水泥之物理特性............................................................................12
表2-7水泥的水化過程................................................................................................13
表2-8圓柱試體內部結構孔隙的分析方法................................................................14
表2-9放射線檢測之優缺點........................................................................................15
表3-1直徑75 mm 固化體施工條件..........................................................................47
表3-2直徑42 mm 固化體施工條件..........................................................................48
表4-1直徑75 mm No.1-3 固化體氣孔數與孔隙面積統計......................................66
表4-2直徑75 mm No.4-5 固化體氣孔數與孔隙面積統計......................................66
表4-3直徑42 mm No.1-3 固化體氣孔數與孔隙面積統計......................................67
表4-4直徑42 mm No.4-6 固化體氣孔數與孔隙面積統計......................................67
表4-5直徑42 mm No.7-9 固化體氣孔數與孔隙面積統計......................................68
表4-6直徑42 mm No.10-12 固化體氣孔數與孔隙面積統計..................................68
表4-7直徑42 mm No.13-15 固化體氣孔數與孔隙面積統計..................................69
表4-8直徑42 mm No.16-18 固化體氣孔數與孔隙面積統計..................................69
表4-9直徑42 mm No.19-21 固化體氣孔數與孔隙面積統計..................................70
表4-10直徑42 mm No.22-24 固化體氣孔數與孔隙面積統計................................70
表4-11直徑42 mm No.25-27 固化體氣孔數與孔隙面積統計................................71
表4-12 75 mm 固化體抗壓值、氣孔數與總孔隙率..................................................72
表4-13 42 mm 固化體抗壓值、氣孔數與總孔隙率..................................................73
表4-14 75 mm 固化體抗壓值、總孔隙率與溶出率..................................................74
表4-15 42 mm 固化體抗壓值、總孔隙率與溶出率..................................................75
表4-16直徑 75 mm 固化體各影響因素總結(未加酒精)......................................76
表4-17直徑 42 mm 未加入酒精固化體各影響因素總結......................................77
表4-18直徑 42 mm 加入酒精固化體各影響因素總結..........................................78
圖目錄
圖2-1鉛對人體危害之機制........................................................................................16
圖2-2 TCLP 毒性特性溶出試驗之操作流程............................................................17
圖2-3鉛之 pε — pH 圖.........................................................................................19
圖2-4水化速度比例(%)與養護時間的關係............................................................20
圖2-5水灰比值(水:水泥)與抗壓強度值關係..........................................................21
圖2-6長徑比值(L/D)與抗壓強度值關係.................................................................22
圖2-7泥漿之凝結環境溫度與抗壓強度值關係........................................................23
圖2-8水泥圓柱體之養護技術....................................................................................24
圖2-9不同養護環境的結果........................................................................................25
圖2-10養護品質與抗壓強度關係..............................................................................26
圖2-11不同養護條件與抗壓強度關係......................................................................27
圖2-12不同長徑比值(L/D)之應力區差異...............................................................28
圖2-13抗壓破壞形狀..................................................................................................29
圖2-14 CNS 抗壓破壞形狀.......................................................................................29
圖2-15總孔隙率與毛細孔隙的關係..........................................................................30
圖2-16總孔隙率與抗壓強度的關係..........................................................................31
圖2-17破碎岩鹽之總孔隙率與抗壓強度關係..........................................................32
圖2-18固化體之磨損值與抗壓強度及孔隙率間關係..............................................33
圖2-19放射線檢測的原理..........................................................................................34
圖2-20 X 射線檢測方法............................................................................................35
圖2-21銲道內部氣孔分布種類..................................................................................36
圖2-22 X-ray 繞射圖譜..............................................................................................37
圖3-1實驗流程設計....................................................................................................49
圖3-2機械下攪式加工法 ..........................................................................................50
圖3-3不同厚度固化體樣本 ......................................................................................50
圖3-4模具加壓與未加壓............................................................................................51
圖3-5泥漿施以不同溫度烘乾法 ..............................................................................51
圖3-6直徑42 mm固化體表面註記...........................................................................52
圖3-7高速破碎機 ......................................................................................................52
圖3-8 X-Ray 機組......................................................................................................53
圖3-9 r-Ray 機組........................................................................................................54
圖3-10抗壓機..............................................................................................................55
圖3-11原子吸收光譜儀..............................................................................................56
圖3-12 X-Ray 繞射分析儀........................................................................................57
圖4-1以 r-Ray曝光之顯影........................................................................................79
圖4-2以X-Ray曝光之顯影........................................................................................79
圖4-3以r-Ray曝光時間30秒之顯影.........................................................................80
圖4-4以r-Ray曝光時間40秒之顯影.........................................................................80
圖4-5以r-Ray曝光時間50秒之顯影.........................................................................81
圖4-6以r-Ray曝光時間60秒之顯影.........................................................................81
圖4-7 X-Ray對固化體X軸向、Y軸向與Z軸向曝光所顯示氣孔形狀之差異性..................................................................................................................................82
圖4-8直徑75 * 20 mm 固化體沖片顯像..................................................................83
圖4-9直徑42 * 20 mm 固化體沖片顯像..................................................................83
圖 4-10 以機械下攪式未加壓,不同厚度固化體之顯像(未加硝酸鉛粉末) ................................................................................................................................84
圖4-11以機械上攪式70 ℃烘乾,不同厚度固化體之顯像(加入硝酸鉛粉
末) ................................................................................................................................84
圖4-12直徑75 * 20 mm 固化體氣孔量測................................................................85
圖4-13直徑75mm 固化體抗壓破裂曲線.................................................................86
圖4-14直徑75mm 固化體抗壓試驗報告書.............................................................87
圖4-15加入酒精是否影響固化體之總孔隙率與抗壓值..........................................88
圖4-16直徑75mm 固化體【Pb】TCLP溶出程序前X-Ray繞射圖譜…......................89
圖4-17直徑75mm 固化體【Pb】TCLP溶出程序後X-Ray繞射圖譜…......................89
圖4-18直徑75mm 固化體之鉛溶出率與氣孔數關係(未加酒精).........................90
圖4-19直徑42mm 加酒精固化體之鉛溶出率與氣孔數關係.................................91
圖4-20直徑42mm 未加酒精固化體之鉛溶出率與氣孔數關係.............................92
圖4-21直徑75mm 固化體之鉛溶出率與總孔隙率關係(未加酒精).....................93
圖4-22直徑42mm 加酒精固化體之鉛溶出率與總孔隙率關係.............................94
圖4-23直徑42mm 未加酒精固化體之鉛溶出率與總孔隙率關係.........................95
圖4-24直徑75mm 固化體之鉛溶出率與抗壓值關係(未加酒精)….....................96
圖4-25直徑42mm 加酒精固化體之鉛溶出率與抗壓值關係.................................97
圖4-26直徑42mm 未加酒精固化體之鉛溶出率與抗壓值關係.............................98
圖4-27直徑75mm 固化體之總孔隙率與氣孔數關係(未加酒精).........................99
圖4-28直徑42mm 加酒精固化體之總孔隙率與氣孔數關係...............................100
圖4-29直徑42mm 未加酒精固化體之總孔隙率與氣孔數關係 .........................101
圖4-30直徑75mm 固化體之總孔隙率與抗壓值關係圖(未加酒精)…...............102
圖4-31直徑42mm 加酒精固化體之總孔隙率與抗壓值關係圖...........................103
圖4-32直徑42mm 未加酒精固化體之總孔隙率與抗壓值關係圖.......................104
圖4-33直徑75mm 固化體之抗壓值與氣孔數關係(未加酒精)...........................105
圖4-34直徑42mm 加酒精固化體之抗壓值與氣孔數關係 .................................106
圖4-35直徑42mm 未加酒精固化體之抗壓值與氣孔數關係 .............................107
參考文獻
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