加速碳酸化轉爐石工程特性及鋪面材料應用之研究

  • 詹 鈞詠

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

轉爐石(basic oxygen furnace slag)具有高比重、高硬度、低磨損率及粗糙度大等特性適合作為工程用之級配粒料,但因為轉爐煉鋼製程所需加入大量石灰,造成轉爐石常含有大量未反應的游離氧化鈣(f-CaO)與高鹼特性,與水氣及二氧化碳接觸後會產生水化作用及碳酸化作用發生膨脹反應造成在工程上運用之不便。加速碳酸化轉爐石能達到相同於自然風化的效果降低膨脹特性及溶出特性。 本研究發現加速碳酸化對於轉爐石此類活性材料的安定化方式,不僅能縮短熟化時間達到降低膨脹的效果,對材料工程性質的提升也有幫助。透過不同粒徑(3 5-7 mm、7-15 mm及15-25 mm)轉爐石經加速碳酸化處理後,物理及力學性質產生不同程度之變化。由試驗結果顯示,(1)加速碳酸化後轉爐石比重增加及吸水率下降,得知其表面生成分子量大且緻密之碳酸鈣層,亦使得碳酸化後轉爐石在抗磨損與抗凍蝕表現有所提升。(2)在力學性質試驗方面,加速碳酸化後轉爐石的加州載重比值、最大剪應力與筒壓強度也有提升之情況,並且以筒壓試驗之抗壓強度最為顯著。(3)由膨脹試驗發現轉爐石粒徑愈小膨脹率愈大,經加速碳酸化後轉爐石膨脹反應有明顯趨緩的現象。 轉爐石作為鋪面級配材料的替代量上限,經本研究設計之試驗結果顯示,依據ASTM D1241級配粒料設計規範第一型之A級配粗粒料之替代量上限為31%;B級配粗粒料之替代量上限為29%;C級配粗粒料之替代量上限為27 5%;D級配粗粒料之替代量上限為44%。經加速碳酸化後轉爐石粗粒料替代量約可提升7 5%至10 5%。以不超過本研究之替代量上限為原則,作為轉爐石添加鋪面級配方法,可符合級配粒料之工程品質規範。
獎項日期2014 九月 2
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監督員Chao-Shi Chen (Supervisor)

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