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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃群翔
研究生(外文):Huang, Qun-xiang
論文名稱:焚化飛灰燒製成輕質骨材及其工程性質之研究
指導教授:王金鐘王金鐘引用關係
口試委員:劉福鎮趙鳴
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:營建工程研究所
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:焚化飛灰泥岩粉末廢玻璃粉末發泡劑助熔劑滾動造粒
外文關鍵詞:Rotating Granulation.FluxSwellGlass CulletMudstone PowderIncineration Fly Ash
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摘 要
本文將處理後焚化飛灰、泥岩粉末、廢玻璃粉末、發泡劑、助熔劑等材料調配,經混拌、滾動造粒成不同粒徑球狀生坯,經陰乾、烘乾後,再以5℃/min溫度上升進行燒結,其燒結溫度設定為800℃、900℃及1000℃等三種;焚化飛灰添加量設定為20%和30%兩種;發泡劑設定為3%~15%等兩種;助熔劑設定為3%~15%等兩種,再進行抗壓、密度、吸水率、掃描式電子顯微鏡等試驗,並探討燒結溫度、發泡劑含量、助熔劑含量等對燒結體的強度、密度、吸水率等性質之影響。
本文為考慮節能減碳,特選用硼酸、碳酸鈣等材料作為發泡劑,選用氧化鋁、氧化鐵、小蘇打等作為助熔劑,提供適當發泡環境、提高黏滯力、降低發泡溫度,達到高強度、低密度等效果。
經試驗結果證實:(1)焚化飛灰、泥岩、廢玻璃粉末等材料主要結晶形化合物為SiO2 ,次要結晶形化合物為 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O適合製作輕質骨材。 (2)當焚化飛灰添加量為20%,發泡劑採用硼酸添加量為3%,助熔劑添加量為3%~15%時,以IFA20-M20-G54-B3-Al 3~IFA20-M20-G42-B3-NaH15等9個配比而言,以IFA20-M20-G42-B3-Fe 15配比強度最大,整體而言,燒結至1000℃時,除IFA20-M20-G42-B3-Fe 15、IFA20-M20-G42-B3-NaH15兩種配比外其餘配比均無法符合綠建材要求。(3)當焚化飛灰添加量為20%,發泡劑採用碳酸鈣添加量為3%~15%,助熔劑添加量固定為3%時,以IFA20-M20-G54-Ca3-Al 3~IFA20-M20-G42-Ca15-NaH3等9個配比而言,以IFA20-M20-G54-Ca3-Fe 3 配比強度最大。整體而言,燒結至1000℃均無法符合綠建材要求。(4)當焚化飛灰添加量增加為30%,發泡劑採用硼酸添加量為3%,助熔劑添加量為3%~15%時,以IFA30-M20-G44-B3-Al 3~IFA30-M20-G32-B3-NaH15等9個配比而言,其中以IFA30-M20-G44-B3-Fe 3配比強度最大。整體而言,燒結至1000℃全部配比無法符合綠建材要求。(5)當焚化飛灰添加量增加為30%,發泡劑硼酸添加量為3%~15%,助熔劑添加量固定為3%時,以IFA30-M20-G44-B3-Al 3~IFA30-M20-G32-B15-NaH3等9個配比而言,其中以IFA30-M20-G44-3-Fe3配比強度最大。就整體而言,燒結至1000℃時仍無法符合綠建材要求。(6)當發泡劑添加量固定為3%,助熔劑添加量為3%~15%狀況下,焚化飛灰添加量為20%時,其強度較高、密度較高、吸水率則較小;採用硼酸作為發泡劑,其強度較高、密度較小、吸水率較低效果更顯著,但用量以不超過9%為最佳。
關鍵詞:焚化飛灰、泥岩粉末,廢玻璃粉末,發泡劑,助熔劑,滾動造粒。
Abstract
This study is to make use of the treated incineration fly ash, mudstone powder, glass cullet which is combined with swell and flux etc. after made into lightweight granular aggregate of different sizes through the processes of mixing and rotating granulation. The lightweight aggregate are dried in the shade before drying by oven, and sintered at a temperature increased by 5℃/min. The sintering temperature is set at 800℃, 900℃ and 1000℃, incineration fly ash is set to 20% and 30%,swell is set to 3% and 3%~15%, flux is set to 3% and 3%~15%, base mechanics features of light weight aggregate through tests of compressive strength, density, water absorption and scanning electron microscopy, with discussion made on the impact of the contents of swell and flux, on the compression strength, density, water absorption, and physical properties.
The sintering temperature in this study is controlled in consideration of energy efficiency and reduction of carbon dioxide emission, and boric acid and calcium carbonate are used as swell, and alumina, iron oxide, sodium bicarbonate as flux to produce an adequate swelling environment to achieve the higher strength and lower density by increasing the viscidity and reducing the swelling temperature.
Experimental results have proven that: (1)the major crystalline compound for materials like incineration fly ash and glass cullet, etc. is SiO2, and the minor crystalline compounds of them are Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O and Na2O, which are suitable to be made into lightweight aggregate. (2) if the incineration fly ash is 20%, when the vesicant adopts boric acid at the fixed content of 3% and that of the fusing agent is 3%~15%, as for the mixture ration of IFA20-M20-G54-B3-Al 3~IFA20-M20-G42-B3-NaH15, etc., in general, the requirements for green building materials can’t be met even at the firing temperature of 1000°C, where, the mixing intensity of IFA20-M20-G42-B3-Fe 15 is the highest, in addition to IFA20-M20-G42-B3-Fe15, IFA20-M20-G42-B3-NaH15 rations, the others are unable to meet the green building requirements. (3) if the incineration fly ash is 20%, when the vesicant adopts calcium carbonate of 3%~15% and that of the fusing agent is fixed at 3%, as for the mixture ration of IFA20-M20-G54-Ca3-Al 3~IFA20-M20-G42-Ca15-NaH3, etc., the requirements for green building materials can’t be met at the firing temperature of 1000°C, where, the mixing intensity of IFA20-M20-G54-Ca3-Fe 3 is the highest. (4) if the incineration fly ash is increased to 30%, when the vesicant adopts boric acid at the fixed content of 3% and that of the fusing agent is 3%~15%, as for the mixture ration of IFA30-M20-G44-B3-Al 3~IFA30-M20-G32-B3-NaH15, the requirements for green building materials can’t be met even at the firing temperature of 900°C, where, the mixing intensity of IFA30-M20-G44-B3-Fe 3 is the highest. (5) if the incineration fly ash is increased to 30%, when the vesicant still adopts boric acid is 3%~15% and that of the fusing agent at the fixed content of 3%, as for the mixture ration of IFA30-M20-G44-B3-Al 3~IFA30-M20-G32-B15-NaH3, in general, the requirements for green building materials can’t be met even at the firing temperature of 1000°C, where, the mixing intensity of IFA30-M20-G44-B3-Fe 3 is the highest. (6) if the content of vesicant is fixed at 3% and that of the fusing agent is 3%~15%, when the content of the incineration fly ash is 20%, the compression strength and density are high, but water absorption is low; when boric acid is adopted as the vesicant, the intensity is high, the density and water absorption are low more significant, however, the dosage shall not exceed 9%.
Keywords: Incineration Fly Ash, Mudstone Powder, Glass Cullet, Swell, Flux, Rotating Granulation.
目 錄
摘要 I
英文摘要 III
誌謝 V
第一章 前言 1
1-1研究動機 1
1-2研究目的 1
第二章 文獻回顧 2
2-1焚化飛灰材料特性 2
2-2焚化飛灰資源化 2
2-3玻璃回收 3
2-3-1玻璃回收及再生 3
2-3-2玻璃組成物質 4
2-3-3 玻璃形成理論 5
2-4泥岩 6
2-4-1 泥岩組成物質 6
2-5輕質骨材概述 8
2-5-1輕質骨材之總類 8
2-5-2 輕質骨材之特性 9
2-6輕質骨材膨脹機理 10
2-7輕質骨材燒結理論 13
2-7-1黏土-水系統 13
2-7-2 黏土之乾燥 14
2-8玻化 15
2-9 燒結理論 16
2-9-1 液相燒結 17
2-10造粒燒結處理方法 18
2-10-1 影響燒結的因子 19
第三章 試驗計劃與流程 21
3-1研究計畫 21
3-2試驗方法及儀器設備 21
3-2-1抗壓強度試驗 21
3-2-2吸水率 22
3-2-3掃描式電子顯微鏡(SEM)與能量分散光譜分析(EDS) 22
3-2-4毒性特性溶出程序(TCLP) 24
3-3試驗材料 25
3-4試驗變數 25
第四章 試驗結果與分析 27
4-1焚化飛灰、廢玻璃、泥岩粉物理化學特性 27
4-2助熔劑添加量與單壓強度之關係 30
4-3發泡劑添加量與單壓強度之關係 45
4-4助熔劑添加量與密度之關係 62
4-5發泡劑添加量與密度之關係 64
4-6助熔劑添加量與吸水率之關係 67
4-7發泡劑添加量與吸水率之關係 69
4-8總結 72
第五章 結論 77
5-1結論 77
5-2建議 78
參考文獻 79
附錄 82
表目錄
表2-1泥岩組成成份 7
表2-2各類輕質骨材之物理性質表 11
表4-1焚化飛灰、泥岩、廢玻璃組成成份 28
表4-2助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(一) 29
表4-3助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(二) 33
表4-4助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(三) 37
表4-5助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(四) 41
表4-6發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(一) 45
表4-7發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(二) 49
表4-8發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(三) 53
表4-9發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係(四) 57
表4-10助熔劑添加量、燒結溫度與密度之關係(一) 61
表4-11助熔劑添加量、燒結溫度與密度之關係(二) 62
表4-12助熔劑添加量、燒結溫度與密度之關係(三) 62
表4-13助熔劑添加量、燒結溫度與密度之關係(四) 63
表4-14發泡劑添加量、燒結溫度與密度之關係(一) 63
表4-15發泡劑添加量、燒結溫度與密度之關係(二) 64
表4-16發泡劑添加量、燒結溫度與密度之關係(三) 65
表4-17發泡劑添加量、燒結溫度與密度之關係(四) 65
表4-18助熔劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(一) 66
表4-19助熔劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(二) 67
表4-20助熔劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(三) 67
表4-21助熔劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(四) 68
表4-22發泡劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(一) 69
表4-23發泡劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(二) 69
表4-24發泡劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(三) 70
表4-25發泡劑添加量、燒結溫度與吸水率之關係(四) 71
表4-26 助熔劑為3%~15%、發泡劑為3%時強度、密度與吸水率之關係(一) 72
表4-27 助熔劑為3%~15%、發泡劑為3%時強度、密度與吸水率之關係(二) 74
表4-28 助熔劑為3%~15%、發泡劑為3%時強度、密度與吸水率之關係(三) 75
表4-29 助熔劑為3%~15%、發泡劑為3%時強度、密度與吸水率之關係(四) 76

圖目錄
圖2-1含修飾分子的玻璃結構示意圖 4
圖2-2溫度與比體積行為圖 5
圖2-3玻璃不規則網狀圖結構示意圖 5
圖2-4泥岩粉末之C.M.Riley三相圖 7
圖2-5泥岩X光繞射分析圖 7
圖2-6泥岩掃描式電子顯微鏡晶相圖 7
圖2-7依原料性質區分輕質骨材圖 9
圖2-8骨材含水狀態 11
圖2-9 Riley輕質骨材製作三相圖 12
圖2-10表示黏土礦物含水類型 14
圖2-11黏土乾燥過程中去除水份之步驟 15
圖2-12陶瓷燒結示意圖 17
圖3-1掃描式電子顯微鏡 23
圖3-2試體抽真空鍍碳設備 24
圖4-1處理前焚化灰X光繞射分析 27
圖4-2處理後焚化灰X光繞射分析 27
圖4-3處理前焚化飛灰SEM晶相圖 27
圖4-4處理後焚化飛灰SEM晶相圖 27
圖4-5廢玻璃X光繞射分析圖 27
圖4-6廢玻璃電子顯微鏡晶相圖 27
圖4-7泥岩X光繞射分析圖 28
圖4-8 泥岩電子顯微鏡晶相圖 28
圖4-9助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 30
圖4-10 IFA20-M20-G54-B3-Al3-800℃ 30
圖4-11 IFA20-M20-G54-B3-Al3-1000℃ 30
圖4-12 IFA20-M20-G54-B3-Fe3-800℃ 31
圖4-13 IFA20-M20-G54-B3-Fe3-1000℃ 31
圖4-14 IFA20-M20-G54-B3-NaH3-800℃ 31
圖4-15 IFA20-M20-G54-B3-NaH3-1000℃ 31
圖4-16 IFA20-M20-G48-B3-Al9-800℃ 31
圖4-17 IFA20-M20-G48-B3-Al9-1000℃ 31
圖4-18 IFA20-M20-G48-B3-Fe9-800℃ 31
圖4-19 IFA20-M20-G48-B3-Fe9-1000℃ 31
圖4-20 IFA20-M20-G48-B3-NaH9-800℃ 32
圖4-21 IFA20-M20-G48-B3-NaH9-1000℃ 32
圖4-22 IFA20-M20-G42-B3-Al15-800℃ 32
圖4-23 IFA20-M20-G42-B3-Al15-1000℃ 32
圖4-24 IFA20-M20-G42-B3-Fe15-800℃ 32
圖4-25 IFA20-M20-G42-B3-Fe15-1000℃ 32
圖4-26 IFA20-M20-G42-B3-NaH15-800℃ 32
圖4-27 IFA20-M20-G42-B3-NaH15-1000℃ 32
圖4-28助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 34
圖4-29 IFA20-M20-G54-CA3-Al3-800℃ 34
圖4-30 IFA20-M20-G54-CA3-Al3-1000℃ 34
圖4-31 IFA20-M20-G54-CA3-Fe3-800℃ 34
圖4-32 IFA20-M20-G54-CA3-Fe3-1000℃ 34
圖4-33 IFA20-M20-G54-CA3-NaH3-800℃ 35
圖4-34 IFA20-M20-G54-CA3-NaH3-1000℃ 35
圖4-35 IFA20-M20-G48-CA3-Al9-800℃ 35
圖4-36 IFA20-M20-G48-CA3-Al9-1000℃ 35
圖4-37 IFA20-M20-G48-CA3-Fe9-800℃ 35
圖4-38 IFA20-M20-G48-CA3-Fe9-1000℃ 35
圖4-39 IFA20-M20-G48-CA3-NaH9-800℃ 35
圖4-40 IFA20-M20-G48-CA3-NaH9-1000℃ 35
圖4-41 IFA20-M20-G42-CA3-Al15-800℃ 36
圖4-42 IFA20-M20-G42-CA3-Al15-1000℃ 36
圖4-43 IFA20-M20-G42-CA3-Fe15-800℃ 36
圖4-44 IFA20-M20-G42-CA3-Fe15-1000℃ 36
圖4-45 IFA20-M20-G42-CA3-NaH15-800℃ 36
圖4-46 IFA20-M20-G42-CA3-NaH15-1000℃ 36
圖4-47助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 37
圖4-48 IFA30-M20-G44-B3-Al3-800℃ 38
圖4-49 IFA30-M20-G44-B3-Al3-1000℃ 38
圖4-50 IFA30-M20-G44-B3-Fe3-800℃ 38
圖4-51 IFA30-M20-G44-B3-Fe3-1000℃ 38
圖4-51 IFA30-M20-G44-B3-NaH3-800℃ 39
圖4-53 IFA30-M20-G44-B3-NaH3-1000℃ 39
圖4-54 IFA30-M20-G38-B3-Al9-800℃ 39
圖4-55 IFA30-M20-G38-B3-Al9-1000℃ 39
圖4-56 IFA30-M20-G38-B3-Fe9-800℃ 39
圖4-57 IFA30-M20-G38-B3-Fe9-1000℃ 39
圖4-58 IFA30-M20-G38-B3-NaH9-800℃ 39
圖4-59 IFA30-M20-G38-B3-NaH9-1000℃ 39
圖4-60 IFA30-M20-G32-B3-Al15-800℃ 40
圖4-61 IFA30-M20-G32-B3-Al15-1000℃ 40
圖4-62 IFA30-M20-G32-B3-Fe15-800℃ 40
圖4-63 IFA30-M20-G32-B3-Fe15-1000℃ 40
圖4-64 IFA30-M20-G32-B3-NaH15-800℃ 40
圖4-65 IFA30-M20-G32-B3-NaH15-1000℃ 40
圖4-66助熔劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 41
圖4-67 IFA30-M20-G44-CA3-Al3-800℃ 42
圖4-68 IFA30-M20-G44-CA3-Al3-1000℃ 42
圖4-69 IFA30-M20-G44-CA3-Fe3-800℃ 42
圖4-70 IFA30-M20-G44-CA3-Fe3-1000℃ 42
圖4-71 IFA30-M20-G44-CA3-NaH3-800℃ 43
圖4-72 IFA30-M20-G44-CA3-NaH3-1000℃ 43
圖4-73 IFA30-M20-G38-CA3-Al9-800℃ 43
圖4-74 IFA30-M20-G38-CA3-Al9-1000℃ 43
圖4-75 IFA30-M20-G38-CA3-Fe9-800℃ 43
圖4-76 IFA30-M20-G38-CA3-Fe9-1000℃ 43
圖4-77 IFA30-M20-G38-CA3-NaH9-800℃ 43
圖4-78 IFA30-M20-G38-CA3-NaH9-1000℃ 43
圖4-79 IFA30-M20-G32-CA3-Al15-800℃ 43
圖4-80 IFA30-M20-G32-CA3-Al15-1000℃ 44
圖4-81 IFA30-M20-G32-CA3-Fe15-800℃ 44
圖4-82 IFA30-M20-G32-CA3-Fe15-1000℃ 44
圖4-83 IFA30-M20-G32-CA3-NaH15-800℃ 44
圖4-84 IFA30-M20-G32-CA3-NaH15-1000℃ 44
圖4-85發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 46
圖4-86 IFA20-M20-G54-B3-Al3-800℃ 46
圖4-87 IFA20-M20-G54-B3-Al3-1000℃ 46
圖4-88 IFA20-M20-G54-B3-Fe3-800℃ 46
圖4-89 IFA20-M20-G54-B3-Fe3-1000℃ 46
圖4-90 IFA20-M20-G54-B3-NaH3-800℃ 47
圖4-91 IFA20-M20-G54-B3-NaH3-1000℃ 47
圖4-92 IFA20-M20-G48-B9-Al3-800℃ 47
圖4-93 IFA20-M20-G48-B9-Al3-1000℃ 47
圖4-94 IFA20-M20-G48-B9-Fe3-800℃ 47
圖4-95 IFA20-M20-G48-B9-Fe3-1000℃ 47
圖4-96 IFA20-M20-G48-B9-NaH3-800℃ 47
圖4-97 IFA20-M20-G48-B9-NaH3-1000℃ 47
圖4-98 IFA20-M20-G42-B15-Al3-800℃ 49
圖4-99 IFA20-M20-G42-B15-Al3-1000℃ 48
圖4-100 IFA20-M20-G42-B15-Fe3-800℃ 48
圖4-101 IFA20-M20-G42-B15-Fe3-1000℃ 48
圖4-102 IFA20-M20-G42-B15-NaH3-800℃ 48
圖4-103 IFA20-M20-G42-B15-NaH3-1000℃ 48
圖4-104發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 50
圖4-105 IFA20-M20-G54-CA3-Al3-800℃ 50
圖4-106 IFA20-M20-G54-CA3-Al3-1000℃ 50
圖4-107 IFA20-M20-G54-CA3-Fe3-800℃ 50
圖4-108 IFA20-M20-G54-CA3-Fe3-1000℃ 50
圖4-109 IFA20-M20-G54-CA3-NaH3-800℃ 51
圖4-110 IFA20-M20-G54-CA3-NaH3-1000℃ 51
圖4-111 IFA20-M20-G48-CA9-Al3-800℃ 51
圖4-112 IFA20-M20-G48-CA9-Al3-1000℃ 51
圖4-113 IFA20-M20-G48-CA9-Fe3-800℃ 51
圖4-114 IFA20-M20-G48-CA9-Fe3-1000℃ 51
圖4-115 IFA20-M20-G48-CA9-NaH3-800℃ 51
圖4-116 IFA20-M20-G48-CA9-NaH3-1000℃ 51
圖4-117 IFA20-M20-G42-CA15-Al3-800℃ 52
圖4-118 IFA20-M20-G42-CA15-Al3-1000℃ 52
圖4-119 IFA20-M20-G42-CA15-Fe3-800℃ 52
圖4-120 IFA20-M20-G42-CA15-Fe3-1000℃ 52
圖4-121 IFA20-M20-G42-CA15-NaH3-800℃ 52
圖4-122 IFA20-M20-G42-CA15-NaH3-1000℃ 52
圖4-123發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 54
圖4-124 IFA30-M20-G44-B3-Al3-800℃ 54
圖4-125 IFA30-M20-G44-B3-Al3-1000℃ 54
圖4-126 IFA30-M20-G44-B3-Fe3-800℃ 54
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圖4-130 IFA30-M20-G38-B9-Al3-800℃ 55
圖4-131 IFA30-M20-G38-B9-Al3-1000℃ 55
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圖4-136 IFA30-M20-G32-B15-Al3-800℃ 56
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圖4-142發泡劑添加量、燒結溫度與單壓強度之關係 58
圖4-143 IFA30-M20-G44-CA3-Al3-800℃ 58
圖4-144 IFA30-M20-G44-CA3-Al3-1000℃ 58
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