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研究生： 盧建名
Chien-Ming Lu
論文名稱： 電弧爐碴再生應用於混凝土 性質之研究
The Application of Electric Arc Furnace to Concrete
指導教授： 黃兆龍
Chao-Lung Hwang
口試委員: 陳君弢
Chun-Tao Chen
王和源
Her-Yung Wang
鄭大偉
Ta-Wui Cheng
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： 2018
畢業學年度： 106
語文別： 中文
論文頁數： 128
中文關鍵詞： 氧化碴 、還原碴 、旋轉窯酸/鹼性爐碴 、飛灰 、水泥製品
外文關鍵詞： Electric Arc Furnace Slag, Ladle Slag, Rotary Kiln Acid/Alkaline Slag,, Fly Ash, Concrete Production
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    • 本研究針對兩家煉鋼時所生產之氧化碴以及四家煉鋼生產之還原碴，透過完全取代天然粒料製作混凝土，探討硬固性質及高溫高壓下之穩定性以及鋼碴耐久性，並建立資料庫。本研究使用不同程度安定化之還原碴添加飛灰並搭配旋轉窯酸/鹼性爐碴製作還原碴混凝土；將氧化碴及還原碴分別處理，使用氧化碴完全取代粗、細粒料並且搭配飛灰，製作氧化碴混凝土，混凝土之配比均應用緻密配比法設計之，並探討於三種水膠比下之結果。結果顯示，氧化碴混凝土的抗壓強度範圍在13kg/cm3~66 kg/cm3、劈裂強度1.1 kg/cm3~4.7 kg/cm3、4011m/s~5011m/s都優於控制組，而熱壓膨脹在水膠比0.3時效果最佳，且膨脹率不超過0.052%，顯示不致產生熱壓膨脹壓力，無不良劣化問題，是故氧化碴可用於混凝土製作。還原碴混凝土部分，選用旋轉窯爐碴 AK 製作混凝土之抗壓強度，均高於 AC 製作出之混凝土之抗壓強度，由化學成份可得知AK 可提供鹼性環境，有利於水泥水化反應之進行，提升試體於硬固後之抗壓強度。依據CNS15311「粒料受水合作用之潛在膨脹試驗法」，在熱壓膨脹試驗只有浸水膨脹率0.2%以下還原碴所製作之混凝土可以達到安全標準，原因為氫氧化鈣／鎂已相當程度被安定，所以取代河川砂狀況之混凝土產品經高溫高壓蒸煮處理，均可承受溫壓而無爆裂粉化現象發生，故適用為混凝土製品。

    The aim of this study evaluates the effect of electric arc furnace slag and ladle slag which is replaced for natural aggregate to the volume stability of concrete. Ladle slag is used with different level of stabilization and reduction. The study uses acid slag and alkaline slag combining with fly ash to design the mix proportion according to the densified mixture design algorithm (DMDA). The result shows that electric arc furnace slag concrete is superior in terms of harden properties, under the hot-pressure condition, all the sample is no expansion occurs, and no adverse deterioration problem. It can be used in the future for concrete. Concrete samples used ladle slag as aggregate, only GroupI can achieve the safety standard under the condition of replacing the natural fine aggregate. The concrete using the ladle slag Group II and the ladle slag Group III shows collapse phenomenon in any case. In the summarization, after reducing the niobium to high temperature treatment according to CNS15311 standard, the aggregate has a swelling of less than 0.2%, the calcium hydroxide/magnesium has been fairly stable. Therefore, the concrete using the aggregate to replace for natural sand shows the good properties and no cracks under high temperature and high pressure, so it can be applied in the concrete production.

    目錄 摘要 I ABSTRACT II 目次 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章、緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究內容 2 1.4 預期成果 3 第二章 文獻回顧 6 2.1 爐碴的形成與性質 6 2.2 電弧爐碴之物化特性 8 2.2.1 電弧爐碴之礦物組成 8 2.2.2 電弧爐碴之化學成份 9 2.2.3 電弧爐碴之物理特性 11 2.3 旋轉窯爐碴 12 2.4 電弧爐碴膨脹及安定 13 2.4.1 電弧爐碴膨脹原理 13 2.4.2 電弧爐碴安定化原理 14 2.4.3 電弧爐碴安定化技術 15 2.4.4 粒料受水合作用之潛在膨脹試驗法(CNS 15311) 17 2.5 國內外再利用途徑 18 2.5.1 國外狀況 18 2.5.2 國內狀況 20 2.6 混凝土配比設計 21 第三章 試驗計畫 31 3.1 基本材料性質試驗 31 3.2 配比設計 32 3.2.1 試驗流程 33 3.2.2 試體製作程序 35 3.3 試體編號 36 3.4 試驗設備與方法 36 3.3.1 材料基本性質試驗 37 3.3.2 力學試驗 39 3.3.3 耐久性試驗 40 3.3.4 微觀試驗 41 第四章 試驗結果與討論 66 4.1. 材料分析 66 4.2. 電弧爐碴混凝土之硬固性質 68 4.2.1. 抗壓強度 68 4.2.2. 劈裂強度 71 4.2.3. 表面電阻 74 4.2.4. 超音波波速 76 4.2.5. 蒸壓膨脹 80 4.3. 電弧爐碴混凝土之微觀性質 82 4.3.1 高倍掃瞄式電子顯微鏡 82 4.3.2 X光粉末繞射分析 83 第五章 結論與建議 121 5.1 結論 121 5.2 建議 122 參考文獻 124 表目錄 表 2. 1電弧爐還原碴之化學組成[9] 24 表 2. 2電弧爐碴之化學組成 25 表 2. 3資源化技術之可行性評[8] 25 表 2. 4國外煉鋼爐碴的產生量及資源化之統計資料[20] 26 表 3. 1 各混凝土所需材料規格 43 表 3. 2 混凝土配比設計之Α、Β值 44 表 3. 3本研究混凝土配比表 45 表 4. 1 本研究試驗摻料化學成分及物理性質表表 84 表 4. 2 本研究試驗材料化學成分及物理性質表 85 表 4. 3旋轉窯碴之篩分析結果 86 表 4. 4還原碴之篩分析結果 87 表 4. 5還原碴、氧化碴混凝土抗壓及劈裂強度 88 表 4. 6還原碴、氧化碴混凝土表面電阻及超音波速 89 表 4. 7爐碴混凝土與普通混凝土28天抗壓強度比較之效益 90 表 4. 8爐碴混凝土與普通混凝土28天超音波波速比較之效益 90 表 4. 9爐碴混凝土抗壓強度與水膠比公式表 91 表 4. 10爐碴混凝土劈裂強度與水膠比公式表 92 表 4. 11爐碴混凝土表面電阻與水膠比公式表 93 表 4. 12爐碴混凝土超音波速與水膠比公式表 94 表 4. 13 鋼碴混凝土與普通混凝土熱壓膨脹試驗結果 95   圖目錄 圖 1. 1西濱快速道路台江大道波浪路面[3] 4 圖 1. 2「松菸文創」混凝土牆面誤用未安定化鋼碴產生爆孔現象[4] 4 圖 1. 3鋼碴試驗流程 5 圖 2. 1台灣煉鋼製成分類 27 圖 2. 2 電弧爐煉鋼流程[27] 27 圖 2. 3電弧爐碴與卜特蘭材料之三相平衡關係[31] 28 圖 2. 4鋼碴中F-CAO和F-MGO的形成原理[12] 28 圖 2. 5熱燜處理技術過程示意圖[8] 29 圖 2. 6高溫熟成溫度與膨脹率的關係[17] 29 圖 2. 7蒸汽熟成時間與浸水膨脹比的關係[17] 30 圖 3. 1鋼碴試驗流程圖 47 圖 3. 2 FC廠氧化碴配比設計Α 48 圖 3. 3 FC廠氧化碴配比設計Β 48 圖 3. 4 CL廠氧化碴配比設計 49 圖 3. 5 CL廠氧化碴配比設計Β 49 圖 3. 6還原碴GROUPI配比設計Α 50 圖 3. 7還原碴GROUPII配比設計Α 50 圖 3. 8還原碴GROUPIII配比設計Α 51 圖 3. 9還原碴GROUPI與酸性旋轉窯爐碴配比設計Β 51 圖 3. 10還原碴GROUPII與酸性旋轉窯爐碴配比設計Β 52 圖 3. 11還原碴GROUPIII與酸性旋轉窯爐碴配比設計Β 52 圖 3. 12還原碴GROUPI與鹼性旋轉窯爐碴配比設計Β 53 圖 3. 13還原碴GROUPII與鹼性旋轉窯爐碴配比設計Β 53 圖 3. 14還原碴GROUPIII與鹼性旋轉窯爐碴配比設計Β 54 圖 3. 15卜特蘭Ⅰ型水泥 55 圖 3. 16燃煤飛灰 55 圖 3. 17 CL氧化碴 55 圖 3. 18 FC氧化碴 55 圖 3. 19 GROUPI 還原碴 55 圖 3. 20 GROUPII 還原碴 55 圖 3. 21 GROUPIII 還原碴 56 圖 3. 22酸性旋轉窯爐碴 56 圖 3. 23 鹼性旋轉窯爐碴 56 圖 3. 24 TYPE G 強塑劑 56 圖 3. 25雷射繞射粒徑分析儀工作原理 56 圖 3. 26雷射繞射粒徑分析儀 57 圖 3. 27掃描式電子顯微鏡 57 圖 3. 28鍍金機 58 圖 3. 29 X 光螢光繞射分析儀 58 圖 3. 30 200T抗壓機 59 圖 3. 31 劈裂模具 59 圖 3. 32 超音波儀器 60 圖 3. 33表面電阻儀器 60 圖 3. 34高壓蒸鍋儀器 61 圖 3. 35 X 光繞射分析儀 61 圖 3. 36 拌合機 62 圖 3. 37 桌上型拌合機 62 圖 3. 38 烘箱 63 圖 3. 39 長度變化量測儀 63 圖 3. 40 混凝土乾縮模 64 圖 3. 41 研磨機 64 圖 3. 42 搖篩機 65 圖 4. 1 鋼碴之粒徑分佈圖 102 圖 4. 2 鋼碴之原料XRD分析 103 圖 4. 3 不同水膠比鋼碴混凝土抗壓強度與齡期之關係 104 圖 4. 4 不同齡期鋼碴混凝土抗壓強度與水膠比之關係 105 圖 4. 5相同水膠比鋼碴混凝土抗壓強度與齡期之關係 106 圖 4. 6 不同水膠比鋼碴混凝土劈裂強度與齡期之關係 107 圖 4. 7 不同齡期鋼碴混凝土劈裂強度與水膠比之關係 108 圖 4. 8相同水膠比鋼碴混凝土劈裂強度與齡期之關係 109 圖 4. 9 不同水膠比鋼碴混凝土電阻與齡期之關係 110 圖 4. 10 不同齡期鋼碴混凝土電阻與水膠比之關係 111 圖 4. 11相同水膠比鋼碴混凝土表面電阻與齡期之關係 112 圖 4. 12 不同水膠比鋼碴混凝土超音波波速與齡期之關係 113 圖 4. 13 不同齡期鋼碴混凝土超音波波速與水膠比之關係 114 圖 4. 14相同水膠比鋼碴混凝土超音波波速與齡期之關係 115 圖 4. 15 鋼碴混凝土高壓蒸煮前後之超音波速變化 116 圖 4. 16 還原碴混凝土水膠比與膨脹率關係 116 圖 4. 17 氧化碴混凝土水膠比與膨脹率關係 117 圖 4. 18 劈裂強度與抗壓強度之關係 117 圖 4. 19 SEM以及EDS試驗分析 119 圖 4. 20 還原碴混凝土之X-RAY結果 119 圖 4. 21氧化碴混凝土不同齡期之X-RAY結果 120

    [1] 電弧爐煉鋼還原碴資源化應用技術手冊，台北 (2016)。
    [2] 資源化再生綠色產品推廣計畫0728，台北 (2016)。
    [3] 張復盛、許伯良，「他山之石-國外爐石/碴之利用」，中國礦治工程學會互動式網站 (2014)。
    [4] 自由時報，「台北文創爐碴屋效應-經部禁用還原碴3個月」 (2016)。
    [5] 洪文方，普通水泥中添加高爐熟料之影響，國立台灣工業技術學院碩士論文，台北 (1985)。
    [6] 中央標準局， CNS中國國家標準 (1993)。
    [7] 陳信榮、張簡國禎，「轉爐石應用於瀝青混凝土鋪面研討會」，台北 (2011) 。
    [8] 余騰耀、林平全、施延煕、黃兆龍、蔡敏行，「電弧爐煉鋼還原 碴資源化應用技術手冊」，中興工程顧問股份有限公司 (2001)。
    [9] 桑山忠等，「電氣炉還元スラグの水硬性とその利用」，廃棄物 学会論文誌， Vol. 1, No. 1 (1990)。
    [10] 李大慶，電弧爐氧化碴砂漿物化特性之研究，碩士論文，國防大學，軍事工程研究所，第4頁-第25頁，台北 (2002)。
    [11] 鄭清元，黃偉慶，電弧爐煉鋼爐碴特性及取代混凝土粗骨材之研究，碩士論文，國立中央大學土木系 (2000)。
    [12] 曠渝訓，「鋼碴的生成及熱悶處理淺析」，科技資訊pp.384-386 (2013) 。
    [13] 張光明、連芳、張作順等，「鋼碴中的f-CaO及穩定化處理的研究進展」礦物學報, pp.203-204 (2012) 。
    [14] 牟善彬、孫振亞、蘇小萍，「高游離氧化鈣水泥的顯微結構與膨脹機理研究」.武漢理工大學學報, pp.27-29.(2001) 。
    [15] Alexander, S. B, Jeffery R. R. “Steel furnace slag aggregate expansion and hardened concrete properties” , Cement & Concrete Composites; pp.1-9. (2015).
    [16] 江慶陞，「爐石的資源化」，技術與訓練，6卷 9 期，Sep. (1981) 。
    [17] 佐々木剛等，「製鋼スラグの蒸氣エージングショリの開発」， 新日鉄住金技報，第399号 (2014)。
    [18] 行政院環境保護署，鋼碴申報量(2018.2)。
    [19] 劉國忠，「煉鋼爐碴資源化技術與未來推展方向」，環保月刊，第1卷,第4期，pp.114~136 (2001)。
    [20] 財團法人台灣綠色生產力基金會，綠機會通訊 (2010) 。
    [21] 簫遠智、陳立、黃偉慶、蘇茂豐，「利用電弧爐還原碴製成還原 碴水泥之可行性研究」，工業減廢暨永續發展研討會，臺北市(2002)。
    [22] Wu, X., H.,Zhu, X.,Hou, H.,Li, “Study on Steel Slag and Fly Ash Composite Portland Cement”, Cement and Concrete Research , Vol. 29, pp. 1103-1106 (1999).
    [23] Ahmad, M., and K.A.,Masoud, “Producing Portland Cement Iron and Steel Slags and Limestone”, Cement and Concrete Research , Vol. 29, pp. 1373-1377 (1999).
    [24] M.P. Luxan, R. Sotolongo , F. Dorrego, E. Herrero, “Characteristics of the Slags Produced in the Fusion of Scrap Steel by Electric Arc Furnace”, Cement and Concrete Research, Vol. 30, pp. 517-519 (2000)。
    [25] 曾仕文，電弧爐還原碴應用於控制性低強度材料及其安定化 成效評估研究，國立中央大學碩士論文。
    [26] 黃兆龍，卜作嵐混凝土使用手冊科技圖書，台北 (2007)。
    [27] 電氣炉スラグ~地域に根ざしたリサイクル資材，鐵鋼スラグ協會 (2014.10)。
    [28] Hansson, I.L.H. and C.M. Hansson,“Electrical Resistivity Measurements of Portland cement Based Materials”, Cement and Concrete Research, Vol. 13, pp. 675~683 (1983).
    [29] 劉信宏，金鵬，超音波在混凝土中波傳行為之探討與應用，碩士論文，私立中原大學土木工程研究所，中壢（1995）。
    [30] Wang,W, C, “ Feasibility of stabilizing expanding property of furnace slag by autoclave method ”,Construction and Building Materials, Vol. 68, pp 552~557 (2014)。
    [31] 江奇成，電弧爐煉鋼還原渣與鑄件廢料摻用於混凝土再生材之模式研究，博士論文，國立台灣科技大學營建工程(2005)。
    [32] 張雲鵬、張旭、李瑞麗等，國內外鋼鐵企業鋼渣資源利用及技術新進展[J] ,江蘇冶金, 2007。
    [33] 廖培丞，「氧化碴在自充填混凝土之應用研究」，碩士，土木工程與防災科技研究所，國立高雄應用科技大學，高雄市(2014)。
    [34] Tossavainen,M. F. Engstrom, Q. Yang, N. Menad, M. L. Larsson, and B. Bjorkman, “Characteristics of steel slag under different cooling conditions, Water management”, vol. 27, no.10, pp.1335-1344 ( 2007).
    [35] J. Setien, D. Hernandez, and J. J. Gonzales, “Characterization of ladle furnace basic slag for use as a construction material, Construction and building materials”, vol. 23, no.5, pp.1788-1794 (2009).
    [36] Qian G. R., D. D. Sun, J. H. Tay, and Z. Y. Lai, “Hydrothermal reaction and autoclave stability of Mg bearing RO phace in steel slag, British ceramic transactions”, vol.101, no. 4, pp.159-164. (2002).
    [37] CNS 15311「粒料受水合作用之潛在膨脹試驗法」，中華民國國家標準。
    [38] CNS 12382「夯實土樣加州載重比試驗法」，中華民國國家標準。
    [39] CNS 11777「土壤含水量與密度關係試驗法」，中華民國國家標準。
    [40] 經濟部，「事業廢棄物再利用管理辦法」，民國105年6月20日修訂。
    [41] 台灣鋼聯股份有限公司，高溫冶鍊旋轉窯製程(2009)。

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