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研究生: 駱俊廷
Chun-ting Lo
論文名稱: 垃圾焚化飛灰轉製輕質粒料
The Study on the Manufacture of LightWeight Aggregate from Municipal Waste Incinerator Fly Ash
指導教授: 黃兆龍
Chao-Lung Hwang
口試委員: 沈得縣
De-hsine Shen
林凱隆
Kae-long Lin
邱英嘉
Ing-jia Chiou
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 212
中文關鍵詞: 焚化飛灰水庫淤泥輕質粒料輕質混凝土耐火材料
外文關鍵詞: Municipal Waste Incinerator Fly Ash, sediment of reservoir, Lightweight Aggregate, Lightweight concrete, fireproofing material
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  • 本研究採用焚化飛灰掺合水庫淤泥、廢玻璃等材料,進行造粒與燒結,探討垃圾焚化飛灰製造輕質粒料的可行性。首先進行原料的成分分析、XRD物種分析、重金屬總量與TCLP溶出分析及DTA/TGA分析等,作為造粒配方之依據,以重量比0%~50%焚化飛灰添加90%~50% 掺合料,共計超過40組配方,進行造粒及燒結,採用可程式高溫爐、電熱式旋窯與瓦斯燃燒式旋窯三種燒結儀器,溫度控制在1000℃~1150℃間。燒結後粒料即進行比重、吸水率、粒徑變化、重金屬總量與TCLP溶出、鬆容重、點壓強度、筒壓強度、成分分析、XRD分析與SEM/EDS等定性定量分析。結果顯示,各種配方在溫度超過1100℃後,粒料之重金屬溶出值均符合法規值。高溫爐在1130℃~1140℃所燒結之粒料,可獲得良好的工程性質,而旋窯所燒結之粒料品質變異較大,而(10%~30%)低比例焚化飛灰使用量之粒料有良好的工程特性質。輕質混凝土採用三種水膠比進行新拌、硬固與耐久性質等檢測,建立輕質粒料混凝土之資料庫。結果顯示,10~30%比例焚化飛灰輕質粒料,所製輕質混凝土的工程性質較常重混凝土佳,同時也顯示焚化飛灰輕質粒料可製成良好的耐火材料。


    The municipal waste incinerator fly ash is mixed with sediments from reservoir and waste glass to study the possiblity of producing lightweight aggregate (LWA). After carried out XRF and XRD analysis, total heavy metal content and dissolve TCLP analysis, and DTA/TGA analysis of each individual material, ingredient formula can then be selected for pelletizing and at least 40 mixes are obtained with 10~50 wt% trash fly ash and 90~50 wt% additive material. After pelletized, the LWA is sintered under temperature of 1070~1150℃ by electric furnace, the electric rotary kiln and the gas rotary kiln. The produced LWA is then proceeded to check the properties of specific gravity, the water absorption capacity, the diameter change, the total heavy metal content and dissolve TCLP, the dry loose density, the point load, the tube pressure, the chemical analysis, the XRD analysis and the SEM/EDS observation. The result showes once the sintering temperature above 1100℃ the heavy metal dissolve content of LWA is lower than the regulation. The LWA produced by electric muffle furnace with temperature of 1130℃~1140℃ has good engineering property, and LWA sintered by rotary kiln has large variation except that with low ash content (10%~30%) has good engineering property. The lightweight concretes (LWC) with LWA and three kind of water-to-binder ratio are mixed to build the data bank of fresh, harden and durability. It also shows that LWC with 10~30% ash LWA performs better than normal concrete, and ash LWA can be used to produce high quality fireproofing material.

    第一章 緒論………………………………………………………………1 1-1 研究動機……………………………………………………………1 1-2 研究目的……………………………………………………………2 1-3 研究方法……………………………………………………………3 第二章 文獻回顧…………………………………………………………7 2-1 垃圾焚化灰的來源、產量及性質 …………………………………7 2-1-1 垃圾焚化灰的來源………………………………………………7 2-1-2 垃圾焚化灰的產量………………………………………………9 2-1-3 垃圾焚化灰的性質………………………………………………10 2-2 輕質粒料的主要化學組成及燒結特性 ……………………………12 2-2-1 二氧化矽(SiO2)………………………………………………12 2-2-2 氧化鈣(CaO)與氧化鎂(MgO)………………………………13 2-2-3 氧化鋁(Al2O3) ………………………………………………13 2-2-4 氧化鐵(Fe2O3) ………………………………………………14 2-2-5 氧化鉀(K2O)與氧化鈉(Na2O) ……………………………14 2-3輕質粒料的燒結原理…………………………………………………15 2-3-1 固相燒結…………………………………………………………16 2-3-2 液相燒結…………………………………………………………17 2-3-3 燒結溫度與時間的影響…………………………………………17 2-4輕質粒料的膨脹機制…………………………………………………18 2-4-1膨脹性物質的化學成份範圍 ……………………………………19 2-4-2膨脹性氣體的來源 ………………………………………………20 2-5 重金屬於燒結作用中的行為 ………………………………………21 2-6 輕質混凝土的配比設計 ……………………………………………22 第三章 試驗計劃 ……………………………………………………33 3-1 試驗材料 ……………………………………………………………33 3-1-1 焚化灰輕質粒料試驗材料………………………………………33 3-1-2 輕質混凝土試驗材料……………………………………………34 3-1-2 輕質耐火混凝土試驗材料………………………………………35 3-2 試驗變數與試驗項目 ………………………………………………35 3-2-1 焚化灰輕質粒料試驗變數………………………………………36 3-2-2 焚化灰輕質粒料試驗項目………………………………………36 3-2-3 輕質混凝土與輕質耐火混凝土試驗變數………………………37 3-2-4 輕質混凝土與耐火混凝土試驗項目……………………………37 3-3 焚化灰輕質粒料配方成分設計法、製作方法與流程 ……………38 3-3-1 盤式造粒法………………………………………………………39 3-3-2 可程式高溫爐燒結………………………………………………41 3-3-3 旋窯燒結 ………………………………………………………42 3-4 焚化飛灰輕質粒料混凝土配比設計流程 …………………………43 3-4-1 焚化飛灰輕質粒料混凝土配比設計原理概述 ………………43 3-4-2 焚化飛灰輕質粒料混凝土配比設計公式推導 ………………44 3-4-3 焚化飛灰輕質粒料混凝土配比計算結果 ……………………48 3-5 輕質耐火混凝土配比設計原理與計算結果 ………………………49 3-6 試驗方法及設備 ……………………………………………………49 3-6-1 原料與焚化灰粒料基本性質試驗 ……………………………49 3-6-2 輕質混凝土新拌試驗 …………………………………………57 3-6-3 輕質混凝土硬固試驗 …………………………………………57 第四章 實驗結果與討論…………………………………………………68 4-1 垃圾焚化灰與其它摻合料基本性質分析 …………………………68 4-1-1 XRF化學組成分析………………………………………………69 4-1-2 XRD物質形態分析………………………………………………72 4-1-3 重金屬總量與TCLP溶出分析 …………………………………73 4-1-4 DTA/TGA熱重/熱差分析………………………………………74 4-2 不同成分配比的燒結粒料之特性 …………………………………76 4-2-1 比重與吸水率 …………………………………………………77 4-2-2 點壓強度 ………………………………………………………82 4-2-3 粒徑變化 ………………………………………………………83 4-2-4 筒壓強度與鬆容積重 …………………………………………86 4-2-5 燒結後粒料XRF化學組成分析…………………………………86 4-2-6 燒結後粒料重金屬總量與TCLP溶出分析 ……………………87 4-2-7 燒結粒料SEM/EDS微結構分析…………………………………88 4-2-8 燒結粒料XRD物種形態分析……………………………………92 4-2-9 焚化飛灰輕質粒料粒料綜合討論 ……………………………92 4-3 焚化灰輕質粒料混凝土之工程性質分析 …………………………96 4-3-1 新拌性質 ………………………………………………………96 4-3-2 硬固性質 ………………………………………………………98 4-3-3 耐久性質………………………………………………………101 4-3-4 焚化灰輕質粒料混凝土綜合討論……………………………102 4-4 耐火輕質粒料混凝土效能分析……………………………………104 第五章 結論與建議 ……………………………………………………181 5-1 結論…………………………………………………………………181 5-2 建議…………………………………………………………………184 參考文獻 …………………………………………………………………186

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