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研究生:張正成
研究生(外文):Chang,Chengcheng
論文名稱:LED污泥於水泥砂漿之工程性質研究
論文名稱(外文):Engineering Properties of LED Sludge-blended Cement Mortar
指導教授:李增欽
指導教授(外文):Lee,Tzenchin
口試委員:林登峰林凱隆王承德王偉哲李增欽
口試日期:2012-06-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:土木與防災工程學系碩士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:131
中文關鍵詞:LED污泥、MSWI混合灰、水泥沙漿、奈米粒子、卜作嵐反應
外文關鍵詞:LED sludge, MSWI ash-mix, cement mortar, nano-particles, pozzolanic reaction.
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近年來國家大力推動節能減碳與永續發展之政策,並大量推廣生產LED (Light Emitting Diode ; LED)燈,因而造成LED製程污泥(簡稱LED污泥)之急遽增加,但LED污泥含有多量之奈米級SiO2粒子,其廢棄處理極易造成環境生態危害之虞,亟需資源再利用之研發。而都市垃圾焚化(Municipal solid waste incinerator ; MSWI)之飛灰與洗滌灰,因含有重金屬,被視為有害事業廢棄物,亦需妥善處理,以免污染環境生態,雖然其資源再利用己有甚多研究,亦多有成果,本文則針對LED污泥取代部份水泥,及LED污泥與MSWI混合灰之共融熔渣取代部份水泥進行研究。
本文為研究探討上述二種有害廢棄物資源再利用之可行性,依序進行下列二部份試驗:
1.將發光二極體(LED)製程污泥進行煅燒試驗,卜作嵐活性指數試驗,XRD分析與SEM/EDS分析後,採用適當篩選之LED污泥粉末取代部份水泥,灌鑄成5×5×5-cm3水泥砂漿試體進行抗壓強度試驗、質量成長試驗、XRD分析、SEM觀測與MIP試驗。
2.將LED污泥與MSWI混合灰,依1:0.5之重量比例均勻混合後進行熔融處理,再將所得之熔渣粉末進行XRD分析、TCLP分析、卜作嵐活性指數試驗與SEM/EDS分析等。其後將該熔渣粉末用以取代部份水泥灌鑄成5×5×5-cm3水泥砂漿試體,進行抗壓強度試驗、質量成長試驗、XRD分析與SEM觀測與TG/DTA試驗。
經由上述二部份之試驗結果得知,第一部份之LED污泥試驗的確可取代部份水泥應用於水泥砂漿中,其抗壓強度與純水泥砂漿相仿而略高,歸因於奈米粒子之效應與卜作嵐反應,其他工程性質亦符合一般需求。第二部份之LED-MSWI熔渣水泥砂漿試體則呈現其抗強度遠優於純水泥砂漿試體,約為其106.3 ~136.1%,亦可歸因於奈米粒子效應與卜作嵐反應之結果,其他工程性質亦符合一般需求。上述試驗結果顯現可將LED污泥資源利用,亦可將LED污泥與MSWI混合灰同時資源化再利用之潛能,殊值進一步探討與研究,既可解決環境負荷問題,復可資源利用,有益於地球之永續發展。

The Taiwan government promote the energy saving and carbon reduction policy in recent years, they were encouraged to product Light Emitting Diode (LED) for energy saving. Therefore, the LED sludge a by-product in the LED manufacturing process sludge was been produced largely and may compromise the environment. Since the LED sludge is rich in nano-particles SiO2, Al2O3 and SiC, these hazardous ingredients are harmful to the ecological environment and endanger human health if improper disposal.
The purpose of this study is to explore the possibility of using LED sludge and LED-MSWI slag to replace partial cement to mold cement-mortar specimens for test, hence, the research study contained two parts as follow:
1. The LED manufacturing process sludge were calcined and the properties of LED sludge sample were investigated by scanning electron microscope/energy dispersive x-ray spectrometry (SEM/EDS) analysis, x-ray diffraction (XRD) analysis, and Pozzolanic activity index test, the test results were used as a guides for the selections of the particle ize of sludge and replacement ratio for producing compound of sludge-blended cement mortar (SBCM), and then for the compressive strength test, mass growth measurement and MIP test. The compressive strengths of SBCM will be compared with those of OPCM (ordinary Portland cement mortar, control group).
2. The mix of LED sludge with municipal solid waste incinerator (MSWI) ash-mix with 0.5: 1.0 weight ratio were also proposed to be melted and form a glassy slag (called LED-MSWI slag). This slag were conducted for XRD analysis, TCLP test, pozzolanic activity index test, and SEM/EDS analysis, then the LED-MSWI slag is used to replace 5-20 percent of cement by weight in cement mortar specimens (5×5×5-cm3) for compressive strength test, mass growth measurement, XRD analysis, and SEM/EDS analysis.
The first part test results revealed that the LED sludge can be replaced partial cement and use in cement mortars,their compressive strength were comparable to the OPCM, because of the nano-particles effect and pozzolanic reaction. The other properties were similar to OPCM. The second part test results exhibit the LED-MSWI slag-blended cement mortar (SBCM) compressive strength substantially greater than OPCM, which was due to nano-particles effect and pozzolanic reaction. The other engineering properties were also similar to OPCM specimens. The goal of this study is to recycle the harmful materials such as LED sludge and MSWI ash-mix into a useful resource to eliminate its disposal problems and appeal to the sustainable development of earth.

誌謝 II
摘要 III
Abstract IV
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章 前言 1
1-1 研究動機及目的 1
1-2 研究範圍 2
1-3 研究方法 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 LED廢污泥簡介 4
2-1-1 LED簡介 4
2-1-2 LED產業結構 4
2-1-4 碳化矽 5
2-1-5 LED污泥之產生 6
2-2 水泥特性 8
2-2-1 水泥之製造與組成 9
2-2-3水泥單礦物之水化作用 9
2-2-3波特蘭一型水泥之水化作用及機制 10
2-2-4水泥漿體之微結構 12
2-3 都市垃圾焚化灰渣 15
2-3-1 都市垃圾焚化灰渣來源 17
2-3-2 都市垃圾焚化灰渣產量 18
2-3-3 都市垃圾焚化灰渣處方式 22
2-4 卜作嵐反應 23
2-4-1 卜作嵐反應之特性 23
2-4-2 卜作嵐反應 24
2-4-3 卜作嵐材料與單礦物之反應機制 24
2-4-4 卜作嵐材料取代部分水泥之相關研究 25
2-5熔融處理 25
2-5-1 熔融處理之原理 25
2-5-3 熔渣種頪及特性 28
2-6 孔隙結構與強度之關係 28
2-7 都市垃圾焚化灰渣資源與熔渣之資源化之研究 29
第三章 試驗計畫 33
3-1試驗設計與流程 33
3-2 試驗材料與配比 36
3-2-1試驗材料 36
3-2-2 材料配比 37
3-3 試驗設備 38
3-4 試體灌鑄流程 46
3-5 試驗方法 50
第四章 試驗結果與討論 53
4-1 LED污泥及MSWI-LED 熔渣之前導試驗 53
4-1-1 SEM/EDS觀測與分析 53
4-1-2 TCLP溶出試驗 57
4-1-3 X光粉未繞射分析(XRD) 57
4-1-4 熔渣燒失率與減容率 59
4-1-5 卜作嵐活性指數試驗 60
4-2 LED污泥水泥漿與砂漿試驗 62
4-2-1掃瞄式電子顯微鏡微觀分析(SEM/EDS) 62
4-2-2 流度試驗 65
4-2-3 初終凝試驗 65
4-2-4 抗壓強度試驗 66
4-2-5 X光粉末繞射分析(XRD) 68
4-2-6 質量成長量測 70
4-2-7 壓汞孔隙分析(MIP) 75
4-3 LED-MSWI熔渣水泥漿與砂漿試驗 76
4-3-1掃瞄式電子顯微鏡微觀分析(SEM/EDS) 76
4-3-2 流度試驗 78
4-3-3 初終凝試驗 78
4-3-4 抗壓強度試驗 79
4-2-5 X光粉未繞射分析(XRD) 81
4-2-6 質量成長量測 82
4-2-7壓汞孔隙分析(MIP) 87
4-2-8熱重/熱差分析 ( TG/DTA) 88
4-2-9 FTIR 紅外線光譜分析 96
第五章 各調質垃圾焚化混合灰熔渣之探討 99
5-1 MSWI飛灰熔渣 100
5-2 CaCO3調質熔渣 100
5-3廢玻璃調質之MSWI混合灰熔渣 101
5-4廢鑄砂集塵灰調質之MSWI混合灰熔渣 101
5-5 CMP污泥調質之MSWI混合灰熔渣 102
5-6 LED污泥調質之MSWI混合灰熔渣 102
5-7流度值 103
5-8初終凝比較 105
第六章 結論與建議 107
6-1 結論 107
6-2 建議 109
參考文獻 110
發表論文 117
附錄一 118
附錄二 128
附錄三 132


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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