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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李哲榮
研究生(外文):CHE-JUNG LEE
論文名稱:牡蠣殼粉資源化做為水泥膠結材料之研究
論文名稱(外文):A Study on the Application of Oyster Powder as a Cementitious Material
指導教授:葉為忠
指導教授(外文):Wei-Chung Yeih
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
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:100
中文關鍵詞:牡蠣殼粉水泥膠結材料
外文關鍵詞:Oyster PowderCementitious Material
相關次數:
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摘要

台灣西南沿海的養殖業以牡蠣為主要養殖水產物,每年產生廢棄牡蠣殼重量高達20萬公噸以上,由於其附加價值並不高,大都任意丟棄,造成嚴重的環保問題;本研究旨在將廢棄牡蠣殼經過適當處理後,期能有效地做為水泥膠結材料使用,以達到廢棄牡蠣殼資源化效用。
本研究主要探討牡蠣殼以未燒結與高溫燒結後再磨成粉末兩種不同處理方式,並依不同比例取代部份水泥或爐石粉對砂漿力學性質、物理性質及耐久性質之影響。研究結果顯示,牡蠣殼粉的取代造成強度與工作性的降低,吸水率與乾縮量提高,但當水灰比0.5情況下,牡蠣殼粉取代水泥量在30﹪時,抗壓強度可達210kgf/cm2,可應用於主要結構混凝土工程上,提高水灰比至0.6時,欲達上述目標,則需降低牡蠣殼粉取代量控制在20﹪以內,然取代量在40﹪時,其抗壓強度皆低於210kgf/cm2,僅可應用於次要結構混凝土工程上;另以經過高溫燒結較未燒結之牡蠣殼粉取代後之抗壓強度略高,牡蠣殼含有高量氯離子成份,為避免造成鋼筋腐蝕,工程使用上應先做去除氯離子的前置處理,經研究結果得知,浸泡於水中2天氯離子含量即可降低至十分之一以下。
Abstract

Oyster is the product of aquaculture feed in the southwestern coast of Taiwan and it has been reported that the oyster shells weight about 200 thousand tons per year. These oyster shells are usually disposed due to the limited remaining usages. However, such a treatment causes a serious environmental problem thus to seek a possible use of these oyster shells becomes vitally important. In this study, the oyster shell powder is used to act as a cemnetitious material such that one can use the disposal materials to create some resources.
The oyster shell powders considered in this study has two types: one is simply powder made from oyster shell and the other is treated by the high temperature treatment. The powders are used to replace the cement for the Portland cement concrete and to replace the salg for the alkai-activated slag concrete.Various replacement percentages are considered as the variables to study the mechanical properties, physical properties and durability of the mortar specimens. The results show that as the replacement percentage of the oyster shell powder increases the mechanical strengths decrease, the water absorption and the shrinkage increases. Using the water/cement ratio of 0.5, the compressive strength still can reach 3000 psi (the minimum compressive strength required for the primary structure) for the replacement percenetage of oyster shell is 30%. To reach the same compressive strength for the water/cement ratio of 0.6, the replacement percentage of oyster shell powder should be lower than 20%. For all mix designs, when the replacement percentahe of oyster shell powder is 40%, the compressive strengths for them are all lower than 3000 psi thus such a concrete can be only used in the secondary structure. In addition, the results show that using the oyster shell powder with the heat treatment has a small increment in the compressive strength in comparison with the control one. Due to the high chloride contents attched on the surface of oyster shell, it is suggested an emersion of the oyster shell in the clean water for 2 days is necessary such that the chloride content can be lowered to one-tenth of the original concentration.
目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix

第一章 緒論
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的與範圍 2
1-3 研究方法與流程 2
第二章 文獻回顧
2-1 廢棄物資源化再利用 5
2-2 牡蠣殼性質及應用 7
2-2-1 牡蠣殼性質 10
2-2-2 牡蠣殼之用途 10
2-2-3 牡蠣殼再生利用於工程上之研究 11
2-3 水泥與水化反應 14
2-3-1 水泥產製與成分 14
2-3-2 水泥水化反應 15
2-4 爐石性質與鹼活化爐石粉水化歷程 19
2-4-1 爐石性質 19
2-4-2 鹼活化爐石粉水化歷程 21
第三章 實驗計劃
3-1 實驗材料 25
3-2 試驗設備 32
3-3 試驗變數與配比 40
3-4 試驗方法 42
第四章 結果與分析
4-1 前言 49
4-2 力學性質試驗 49
4-2-1 抗壓試驗 49
4-2-2 抗拉試驗 59
4-2-3 抗彎試驗 68
4-3 物理性質試驗 77
4-3-1 流度試驗 77
4-3-2 吸水率試驗 80
4-3-3 乾縮試驗 87
4-4 耐久性質試驗 92
4-4-1 氯離子含量試驗 92
4-4-2 電滲試驗 95
第五章 結論與建議
5-1 結論 97
5-2 建議 98

參考文獻 99

圖目錄

圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 近10年台灣養殖牡蠣面積變化圖 9
圖2-2 近10年台灣養殖牡蠣產量變化圖 9
圖2-3 卜特蘭水泥水化放熱曲線 16
圖2-4 水泥熟料礦物漿體抗壓強度的發展 17
圖2-5 水泥及波索蘭材料在C-S-A糸統之相位圖 20
圖2-6 鹼活化爐石粉漿體水化歷程 24
圖3-1 未燒結之牡蠣殼粉 27
圖3-2 經過高溫燒結後牡蠣殼粉 27
圖3-3 牡蠣殼粉浸泡水中氯離子含量變化圖 28
圖3-4 100噸萬能材料試驗機 35
圖3-5 水泥砂漿抗拉抗彎試驗儀 35
圖3-6 恆溫恆濕養護箱 36
圖3-7 離子自動滴定儀裝置圖 36
圖3-8 電滲設備之真空幫浦圖 37
圖3-9 電滲設備之量測設備圖 37
圖3-10 流度試驗儀 38
圖3-11 長度比較測微器 38
圖3-12 砂漿攪拌機 39
圖3-13 電子秤 39
圖3-14 電滲試驗裝置 47
圖4-1 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.5) 51
圖4-2 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.5) 52
圖4-3 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.6) 53
圖4-4 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.6) 54
圖4-5 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗壓強度圖(L/S=0.6) 55
圖4-6 高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗壓強度圖(L/S=0.6) 56
圖4-7 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.7) 57
圖4-8 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度圖(w/c=0.7) 58
圖4-9 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度圖(w/c=0.5) 60
圖4-10 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度圖(w/c=0.5) 61
圖4-11 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.6)圖 62
圖4-12 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度圖(w/c=0.6) 63
圖4-13 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗拉強度圖(L/S=0.6) 64
圖4-14含高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗拉強度圖(L/S=0.6) 65
圖4-15 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度圖(w/c=0.7) 66
圖4-16 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度圖(w/c=0.7) 67
圖4-17 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.5) 69
圖4-18 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.5) 70
圖4-19 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.6) 71
圖4-20 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.6) 72
圖4-21 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗彎強度圖(L/S=0.6) 73
圖4-22含高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗彎強度圖(L/S=0.6) 74
圖4-23 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.7) 75
圖4-24 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度圖(w/c=0.7) 76
圖4-25 牡蠣殼粉取代量之流度值變化圖 78
圖4-26 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之流度值變化圖 79
圖4-27 牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.5) 81
圖4-28 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.5) 82
圖4-29 牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.6) 83
圖4-30 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.6) 84
圖4-31 牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.7) 85
圖4-32 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率變化圖(w/c=0.7) 86
圖4-33 牡蠣殼粉取代量之乾縮率變化圖(w/c=0.6) 88
圖4-34 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之乾縮率變化圖(w/c=0.6) 89
圖4-35 牡蠣殼粉取代量之鹼活化砂漿乾縮率變化圖(L/S=0.6) 90
圖4-36高溫燒結牡蠣殼粉取代量之鹼活化砂漿乾縮率變化圖(L/S=0.6) 91
圖4-37 含牡蠣殼粉之氯離子含量圖(w/c=0.6) 93
圖4-38 含高溫燒結牡蠣殼粉之氯離子含量圖(w/c=0.6) 94
圖4-39 含牡蠣殼粉水泥砂漿之電滲量圖(W/c=0.6) 96

表目錄

表2-1 近15年牡蠣年養殖面積及產量 8
表2-2 牡蠣殼粉之化學性質 10
表2-3 牡蠣殼的用途 11
表2-4 波特蘭水泥之典型成份及性質 14
表2-5 水泥熟料礦物之水化特徵 18
表2-6 爐石與波特蘭水泥之典型化學成分比較 20
表2-7 鹼活化爐石水化產物與水泥水化產物 23
表3-1 水泥之化學成份 25
表3-2 水泥之物理性質 26
表3-3 牡蠣殼粉浸泡水中氯離子含量 28
表3-4 爐石之化學成分 29
表3-5 爐石之物理性質 29
表3-6 細骨材之物理性質 30
表3-7 細骨材之級配分析 30
表3-8 氫氧化納之化學成分 31
表3-9 矽酸鈉之化學成分 31
表3-10 試驗變數表 40
表3-11 水泥砂漿之配比 41
表3-12 鹼活化爐石砂漿之配比 41
表3-13 電荷通過量評估氯離子滲透性表 48
表4-1 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.5) 51
表4-2 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.5) 52
表4-3 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.6) 53
表4-4 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.6) 54
表4-5 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗壓強度(L/S=0.6) 55
表4-6 含高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗壓強度(L/S=0.6) 56
表4-7 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.7) 57
表4-8 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗壓強度(w/c=0.7) 58
表4-9 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.5) 60
表4-10 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.5) 61
表4-11 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.6) 62
表4-12 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.6) 63
表4-13 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗拉強度(L/S=0.6) 64
表4-14 含高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗拉強度(L/S=0.6) 65
表4-15 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.7) 66
表4-16 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗拉強度(w/c=0.7) 67
表4-17 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.5) 69
表4-18 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.5) 70
表4-19 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.6) 71
表4-20 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.6) 72
表4-21 含牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗彎強度(L/S=0.6) 73
表4-22含高溫燒結牡蠣殼粉之鹼活化爐石砂漿抗彎強度(L/S=0.6) 74
表4-23 含牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.7) 75
表4-24 含高溫燒結牡蠣殼粉之水泥砂漿抗彎強度(w/c=0.7) 76
表4-25 牡蠣殼粉取代量之流度值 78
表4-26 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之流度值 79
表4-27 牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.5) 81
表4-28 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.5) 82
表4-29 牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.6) 83
表4-30 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.6) 84
表4-31 牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.7) 85
表4-32 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之吸水率(w/c=0.7) 86
表4-33 牡蠣殼粉取代量之乾縮率(w/c=0.6) 88
表4-34 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之乾縮率(w/c=0.6) 89
表4-35 牡蠣殼粉取代量之鹼活化砂漿乾縮率(L/S=0.6) 90
表4-36 高溫燒結牡蠣殼粉取代量之鹼活化砂漿乾縮率(L/S=0.6) 91
表4-37 含牡蠣殼粉之氯離子含量(w/c=0.6) 93
表4-38 含高溫燒結牡蠣殼粉之氯離子含量(w/c=0.6) 94
表4-39 含牡蠣殼粉水泥砂漿之電滲量(W/c=0.6) 96
參考文獻

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