臺灣博碩士論文加值系統

近年來工商業經濟發展迅速，同時衍生出許多問題。一方面是鋼鐵需求量逐年上升使得鋼鐵售價不斷飆漲，造成使許多鐵製品被宵小覬覦偷走變賣，造成民眾因水溝蓋遭竊而受傷；另一方面為廢棄物處理的問題，預估每年平均會產生200萬噸的一般垃圾，但經焚化爐處理後仍有許多的焚化灰渣需要掩埋；所以本研究針對以上兩大問題，首先探討以超高性能混凝土添加垃圾焚化飛灰，來取代超高性能混凝土中之水泥或石英粉，並製作水溝蓋進行相關研究；其次是進行新型水溝蓋與手孔蓋之開發。試驗項目包括：燒失量試驗、基本力學性質試驗、UHPC水溝蓋之載重試驗、UHPC手孔蓋載重試驗、OM觀測及壓汞孔隙(MIP)試驗。
燒失量試驗結果在燒失量愈高，表示飛灰中的含碳量亦愈高，會導致拌和用水量也相對提高與降低化學添加劑之使用效益。力學試驗結果顯示抗壓與抗彎強度方面，在垃圾焚化飛灰替代10%石英粉或替代5%水泥時能有較佳的堆積效果。在UHPC水溝蓋載重中，可考慮使用#4的鋼網型式，添加鋼纖維1.5%即能達到較經濟與安全的產品。UHPC手孔蓋試驗結果顯示未能滿足電信技術規格中之手孔蓋靜載重強度試驗規定；由MIP試驗得知UHPC試體壓汞孔隙率小於1%，微結構相當緻密；藉著UHPC的緻密性，可有效抑止焚化飛灰之重金屬溶出。

Economy and industry rapid development in recent year, it simultaneously grows many questions. On the one hand, the steel and iron of demand has increased year by year, the price of steel and iron upwardly climbs. It causes the ditch cover made by cast ton to be stolen and jeopardize passersby and traffic safety. On the other hand, it is the question of waste processing. Two minion tons of garbage had been produced under evaluation every year. The waste incinerator processed the majority of garbage, but it still had much fly ash as landfill to bury after the waste incinerator processing. Therefore, this study was included in above two major problems. Firstly, fly ash from incinerator for part replacement of cement or quartz powder was used as ultra-high performance concrete (UHPC) which might be manufacturing UHPC ditch cover. Secondly, the study was focus on the development of the new ditch cover and the manhole cover. The experimental items included loss on ignition, mechanical properties of UHPC, UHPC ditch cover with 8 ho1es loading test, UHPC manhole cover load testing, optics microscopy examination, Mercury Intrusion Penetration (MIP) test, and etc.
The results show that fly ash from incinerator in higher loss on ignition has a high water mixing demand and lower efficiency in use of chemical additives. The results showed that the compressive strength and flexural strength of UHPC with fly ash to replace 10% of quartz powder or substitute 5% of cement could have better effect of the accumulation. The results have also found out the UHPC ditch cover with # 4 wire mesh type and only adding 1.5% steel fiber could achieve a more economic and security product. However, the manhole cover loading test show that the static load strength of UHPC manhole cover could not reach the technical specifications in the telecommunications. The mercury intrusion penetration (MIP) test result also indicates that the porosity of UHPC was in less than 1%. Finally, the heavy metal of fly ash from incinerator might be controlled by the dense microstructure of UHPC.

主目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 XI
照片目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 2
1-3 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 超高性能混凝土之發展 4
2-2 超高性能混凝土之技術及應用 5
2-2-1 超高性能混凝土技術與原理 5
2-2-2 超高性能混凝土國內外之相關研究 8
2-3 台灣垃圾焚化灰之處理情況 10
2-3-1 垃圾焚化灰種類與特性 10
2-3-2 焚化飛灰物化性質 13
2-4 焚化飛灰重金屬特性及固化技術 14
2-4-1水泥固化法 15
2-4-2 化學藥劑法 17
2-4-3高溫熔融處理法 17
2-5 水泥膠結料固化的問題與TCLP評估固化處理 18
2-5-1 水泥固化處理垃圾焚化飛灰可能遇到之問題 18
2-5-2 毒性特性萃取程序(TCLP)評估固化處理 20
2-6水泥固化的法規標準 21
2-7 飛灰之資源化再利用之探討 21
2-7-1 飛灰資源化再利用之應用與特色 21
2-7-2 飛灰資源化再利用之可行性與技術規範 23
第三章 試驗計劃 48
3-1試驗流程 48
3-2 試驗材料及配比 48
3-2-1 超高性能混凝土成分 48
3-2-2 其他材料 50
3-3 試驗儀器與設備 51
3-4 試體製作與養護 53
3-4-1 試體規劃 53
3-4-2 試體製作 53
3-4-3養護流程 54
3-5 試驗方法與步驟 55
第四章 結果與討論 74
4-1燒失量試驗 74
4-2垃圾焚化飛灰替代UHPC材料基本力學性質試驗 75
4-2-1抗壓強度試驗 75
4-2-1-1高溫養護 76
4-2-1-2常溫養護 76
4-2-1-3綜合比較 77
4-2-2抗彎強度試驗 78
4-2-2-1高溫養護 78
4-2-2-2常溫養護 79
4-2-2-3 綜合比較 79
4-3 添加垃圾焚化飛灰UHPC水溝蓋之載重試驗 80
4-3-1 高溫養護 80
4-3-2 常溫養護 80
4-3-3 綜合比較 81
4-3-4 不同灰渣的水溝蓋載重試驗比較 81
4-4 新式UHPC手孔蓋與UHPC水溝蓋之載重試驗 82
4-4-1 新式UHPC水溝蓋載重試驗 82
4-4-2 各式UHPC水溝蓋單價分析 83
4-4-3 新式UHPC水溝蓋斷面分析 84
4-4-4 UHPC手孔蓋載重試驗 85
4-5 OM觀測 86
4-6壓汞孔隙試驗 86
4-7 TCLP溶出試驗 88
第五章 結論與建議 118
5-1 結論 118
5-2建議 120
參考文獻 122
表目錄
表2-1 超高性能混凝土與其他混凝土之主要力學性質比較 27
表2-2 超高性能混凝土與其他混凝土之耐久性比較 27
表2-3 比較超高性能混凝土與其他材料之破壞能 28
表2-4 UHPC 200與UHPC 800之配比 28
表2-5 法國原子能委員會建議對HIC之材料測試規範 29
表2-6 CEA對UHPC之測試結果 30
表2-7 SHERBROOKE試驗橋使用不同混凝土對環境影響之比較 30
表2-8 焚化灰燼之來源及特性 31
表2-9 92年北投廠灰渣重金屬檢測報告（飛灰） 32
表2-10 92年北投廠灰渣重金屬檢測報告（底渣） 32
表2-11 重金屬可能分佈型態、來源及危害性 33
表2-12 各中間處理方法(固化技術)之原理及優缺點 34
表2-13 毒性特性溶出程序(TCLP)之規定 35
表2-14 有害事業廢棄物認定標準之法規限值表【57】 35
表2-15 人體於環境中及焚化廠之曝露量【57】 36
表2-16 國內大型MSW 飛灰之四氯戴奧辛檢測結果【57】 36
表2-17 飛灰正確應用於營建工程與營建材料之優點【57】 37
表2-18 CNS 3036 對飛灰化學成分之規定【57】 38
表2-19 CNS 3036 對飛灰物理性質之規定【57】 39
表3-1 垃圾焚化飛灰替代UHPC之材料配比（單位：kg/m3） 58
表3-2不同鋼網形式UHPC之材料配比（單位：kg/m3） 58
表3-3波特蘭水泥成分與性質 59
表3-4 矽灰之化學成分 60
表3-5 矽灰之物理性質 60
表3-6 矽砂之篩分析結果 61
表3-7 垃圾焚化飛灰毒性溶出試驗（單位：mg/L） 61
表3-8 本研究取得之垃圾焚化飛灰之化學性質 62
表 3-9 第一部分試體規劃表 63
表 3-10 第二、三部分試體規劃表 64
表4-1 灰渣燒失量試驗表(單位：g ) 90
表4-2 基本力學試驗抗壓試驗結果表(單位：kg/cm2) 91
表4-3 基本力學試驗抗彎試驗結果表(單位：kg/cm2) 92
表4-4 垃圾焚化飛灰UHPC水溝蓋載重試驗結果表 93
表4-6 新式UHPC水溝蓋載重試驗結果表 94
表4-7 UHPC水溝蓋材料單價分析表 94
表4-9 UHPC手孔蓋載重試驗結果表 96
表4-10 高溫與常溫養護孔隙率與孔隙分布 96

圖目錄
圖2-1 纖維排列方向與混凝土強度之關係（1） 40
圖2-2 纖維排列方向與混凝土強度之關係（2） 40
圖2-3 纖維混凝土之應力應變圖 41
圖2-4 纖維混凝土之破壞模式 41
圖2-5 純混凝土與纖維混凝土壓縮破壞模式 42
圖2-6 世界第一座超高性能混凝土試驗橋示意圖 42
圖2-7 加熱養護溫度與卜作嵐反應比率之關係 43
圖2-8「半乾式洗煙塔＋袋濾式集塵器」灰燼來源 43
圖2-9「靜電式集塵器＋濕式洗煙塔」灰燼來源 44
圖2-10 垃圾焚化灰渣之處理方式 44
圖2-11 焚化飛灰與水泥水化後形成之固化物 45
圖2-12 液體螯合劑與重金屬結合方式【40】 45
圖2-13 飛灰經醋酸、水、硝酸及氨萃取在C-A-S 之三相圖【57】 46
圖2-14 飛灰、爐石及水泥在C-A-S 之三相圖【57】 46
圖2-15 水泥、MSW 飛灰與黏土在C-A-S 之三相圖【57】 47
圖3-1 試驗流程圖 65
圖3-2 細骨材粒徑分佈圖 65
圖3-3 點焊鋼絲網配筋方式 66
圖3-3 超高性能混凝土水溝蓋試體之示意圖 66
圖3-4 超高性能混凝土手孔蓋試體之示意圖 67
圖3-5 UHPC養護流程圖 67
圖3-7 人孔蓋載重試驗裝置 68
圖4-1 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉(高溫養護)之抗壓試驗 99
圖4-2 垃圾焚化飛灰替代部分水泥(高溫養護)之抗壓試驗 99
圖4-3 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉(常溫養護)之抗壓試驗 100
圖4-4 垃圾焚化飛灰替代部分水泥(常溫養護)之抗壓試驗 100
圖4-5 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉之抗壓試驗比較圖 101
圖4-6 垃圾焚化飛灰替代部分水泥之抗壓試驗比較圖 101
圖4-7 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉(高溫養護)之抗彎試驗 102
圖4-8 垃圾焚化飛灰替代部分水泥(高溫養護)之抗彎試驗 102
圖4-9 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉(常溫養護)之抗彎試驗 103
圖4-10 垃圾焚化飛灰替代部分水泥(常溫養護)之抗彎試驗 103
圖4-11 垃圾焚化飛灰替代部分石英粉之抗彎試驗比較圖 104
圖4-12 垃圾焚化飛灰替代部分水泥之抗彎試驗比較 104
圖4-17垃圾焚化飛灰替代石英粉UHPC水溝蓋比較圖 107
圖4-18垃圾焚化飛灰替代水泥UHPC水溝蓋比較圖 107
圖4-19 不同垃圾焚化飛灰替代石英粉的水溝蓋載重試驗比較圖 108
圖4-21 UHPC鋼網型式6mm水溝蓋載重強度 109
圖4-22 UHPC鋼網型式#4鋼筋水溝蓋載重強度 109
圖4-23 新式添加不同鋼纖維量之UHPC水溝蓋比較圖 110
圖4-24 UHPC手孔蓋載重試驗 110
圖4-25 替代石英粉(高溫)水銀灌入孔隙與孔隙直徑比較圖 111
圖4-26 替代水泥(高溫)水銀灌入孔隙與孔隙直徑比較圖 111
圖4-27 替代石英粉(常溫)水銀灌入孔隙與孔隙直徑比較圖 112
圖4-28 替代水泥(常溫)水銀灌入孔隙與孔隙直徑比較圖 112
圖4-29 高溫養護毛細孔隙分布比較圖 113
圖4-30 常溫養護毛細孔隙分布比較圖 113

照片目錄
照片3-1 水泥 69
照片3-2 矽灰 69
照片3-3 石英粉 69
照片3-4 矽砂 69
照片3-5 強塑劑 69
照片3-6 鋼纖維 69
照片3-7 消泡劑 70
照片3-8 垃圾焚化飛灰 70
照片3-9 線徑2.8㎜點焊鋼網(水溝蓋) 70
照片3-10 線徑#4鋼筋點焊鋼網(水溝蓋) 70
照片3-11 線徑6㎜鋼絲點焊鋼網(水溝蓋) 70
照片3-12 線徑#4鋼筋點焊鋼網(手孔蓋) 70
照片3-13電腦式伺服控制材料試驗機 71
照片3-14 200噸油壓抗壓試驗機 71
照片3-15 200噸抗壓試驗機 71
照片3-16 蒸氣養護櫃 71
照片3-17 三段式攪拌機 71
照片3-18 大型烘箱 71
照片3-19 水溝蓋模具 72
照片3-20 電信手孔蓋模具 72
照片3-21 震動台 72
照片3-22 Autoscan-60型之壓汞孔隙量測儀 72
照片3-23 研磨機 72
照片3-24 搖篩機 72
照片3-25 高溫爐 73
照片3-25 坩鍋 73
照片3-26 高溫養護過程(蒸氣養護) 73
照片3-27 高溫養護過程(烘箱) 73
照片3-28 常溫養護(置於飽和石灰水中) 73
照片4-1 灰渣灼燒前照片 114
照片4-2 新竹廠垃圾焚化飛灰灼燒後 114
照片4-3 北投廠垃圾焚化飛灰灼燒後 114
照片4-4 水淬熔岩灰渣灼燒後 114
照片4-5 抗壓試驗配置圖 114
照片4-6 抗彎試驗配置圖 114
照片4-7 水溝蓋載重試驗配置圖 115
照片4-8 纖維直徑0.25㎜ 115
照片4-9 鋼網2.8㎜鋼纖維直徑0.25㎜ 115
照片4-10 鋼網6㎜鋼纖維直徑1㎜ 115
照片4-11 鋼網#4鋼纖維直徑1㎜ 115
照片4-12 手孔蓋載重試驗配置圖 115
照片 4-13 H0試體OM放大450倍 116
照片 4-14 N0試體OM放大450倍 116
照片 4-15 HQ10試體OM放大450倍 116
照片 4-16 NQ10試體OM放大450倍 116
照片 4-17 HQ15試體OM放大450倍 116
照片 4-18 NQ15試體OM放大450倍 116
照片 4-19 HQ20試體OM放大450倍 117
照片 4-20 NQ20試體OM放大450倍 117

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