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研究生:林勝彥
研究生(外文):Sheng-Yan Lin
論文名稱:轉爐石回脹行為及其顯微結構特性
論文名稱(外文):Microstructure of Expansive BOF slag and Its Influenceon the Swelling Behaviors
指導教授:林宗曾
指導教授(外文):Tzong-Tzeng Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:124
中文關鍵詞:轉爐石回脹行為水化顯微結構游離氧化鈣
外文關鍵詞:BOF slagswelling behaviorhydrationmicrostructurefree-CaO
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若以資源再利用角度來看,廢棄物可視為擺錯位置的資源,據2000年統計數據顯示鋼鐵業廢棄物轉爐石產量約140萬噸/年,但多用於海拋作業、填土工程、路基底層鋪設等,但轉爐石於工程應用上有一缺點,即遇水會緩慢回脹導致工程破壞,使其在資源再利用上受到極大限制,因此,本研究將轉爐石篩分成三種粒徑,藉由CNS 14602規範來量測各粒徑之回脹量,以瞭解何種粒徑可直接工程應用,另亦利用環境式光學顯微鏡(EOM)與顯微分析技術,來瞭解回脹生成物之顯微結構特性,以作為發展轉爐石安定化技術之參考依據。
本研究發現轉爐石粒徑大小對回脹行為之影響並不大,回脹生成物之生長機制亦大致相同,且十分類似水泥水化反應物之生長模式,不過,不同粒徑之回脹形成卻有時間延遲之差異,而由其顯微結構特性推測可能與轉爐石顆粒之水化反應快慢有關,再者,依顯微分析結果顯示,回脹生成物之形成主要係由轉爐石中之游離氧化鈣(f-CaO)所主導,而其組成主要有含鈣化合物、C-S-H矽酸鈣水化物及含有CaO-Al2O3-SiO2三元系統之反應物,另由元素分佈圖譜發現,MgO係單獨存在並未與其他元素產生反應,亦因此,游離氧化鎂(f-MgO)是否會主導下波回脹生成物之形成而產生二次回脹,將是後續研究相當值得探討的課題。
It can be regarded waste as a displaced resource from recovery viewpoint. According to steelmaker’s statistics in 2000, the quantity of BOF slag is about 1,400,000 tons in a year. Most of slags is used as backfill or base materials. Owing to the rigid limits of swelling, the slag is necessarily applied to unloaded engineering, such as nonstructural fill and unpaving base materials. This study attempts to determine the swelling deformation of three grain-size BOF slags for the application of loaded engineering. The free swell test was measured following CNS 14602. The further study using XRD, EOM, and SEM/EDAX techniques is focused on the microanalysis of the precipitates due to swelling process. The understanding of such characterizations would be useful to provide a sound basis for further research of aging treatment technology.
The result of swelling deformation indicates that different grain-size BOF slags have no marked effect on swelling behaviors. The formation mechanism of the precipitates during the swelling period has no change with particle size except for time delay. According to microstructural characterizations, it infers that such phenomenon is related to the rate of hydration reaction. Moreover, the result of microanalysis for the precipitates due to swelling indicates that the formation is subjected to free CaO in BOF slag. The precipitates are composed of Ca-containing compound, calcium silicate hydrate, and reaction product containing CaO, Al2O3, and SiO2. The further investigation using EDAX mapping technique reveals that the MgO grains are present in the precipitate. It infers that free MgO can not participate in reaction mechanism of swelling process during this study period.
中 文 摘 要 i
英 文 摘 要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
一、 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究內容與創新 3
二、 文獻回顧 5
2.1 轉爐石之特性 5
2.1.1 產出流程 5
2.1.2 物理性質 6
2.1.3 化學特性 8
2.1.4 轉爐石再利用 10
2.2 回脹之探討 12
2.2.1 回脹特性之探討 12
2.2.2 回脹反應之探討 15
2.2.3 回脹行為之探討 27
三、 試驗材料、方法及設備 32
3.1 實驗設計與材料 32
3.2 基本物理性質試驗 41
3.2.1 基本物性試驗步驟 41
3.2.2 基本物性試驗結果 42
3.3 回脹量監測設備與取樣齡期 44
3.3.1 回脹量監測方式及設備 44
3.3.2 試體製作及取樣齡期 46
3.4 顯微分析樣品製作及儀器原理 48
四、 結果與討論 51
4.1 轉爐石自由回脹特性 51
4.2 粒徑大小對回脹行為之影響 53
4.2.1 小粒徑轉爐石回脹行為 53
4.2.2 中粒徑轉爐石回脹行為 56
4.2.3 大粒徑轉爐石回脹行為 57
4.3 轉爐石回脹生成物顯微結構特性 78
4.3.1 回脹生成物晶體結構鑑定 78
4.3.2 回脹生成物元素組成分析 79
4.3.3 回脹生成物顯微結構觀察 80
五、 結論與建議 98
5.1 結論 98
5.2建議 99
參 考 文 獻 100
附 錄 一 105
簡 歷 124
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