TW201317198A - 控制性低強度混凝土製備方法 - Google Patents

Abstract

一種控制性低強度混凝土製備方法係應用於處理回收後的廢棄物料以形成控制性低強度混凝土(Controlled Low Strength Material)，其中該製備方法係包含步驟(a)篩選該廢棄物料以形成粗骨材與細骨材；(b)挑選該廢棄物料中的氟化鈣污泥以作為水泥生料；(c)燒結該水泥生料以形成水泥摻料；以及(d)混合該粗骨材、該細骨材、該水泥摻料、水泥、藥劑、水等，以形成該控制性低強度混凝土。故本發明係藉由回收廢棄物料產生製造成合適的粗細骨材，並透過廢棄物料中的氟化鈣污泥所燒結成的該水泥摻料用以達到製成控制性低強度混凝土。

Description

控制性低強度混凝土製備方法

本發明係提供一種控制性低強度混凝土製備方法，特別是將回收後的廢棄物料混合與取自該廢棄物料中的氟化鈣污泥並進行燒結而產生的控制性低強度混凝土。

習知技術中，「控制性低強度混凝土」(Controlled Low Strength Material，CLSM)係為一再生預拌混凝土，其主要的原始材料係為飛灰等其它回收材料、少許砂石與水泥等。故該控制性低強度混凝土係為符合環保訴求的一種施工材料。再者，控制性低強度混凝土與一般混凝土使用的原材料並無明顯的不同，其係仍由粗、細粒料、波特蘭水泥以及水所共同組成。

此外，相較於一般混凝土所包含的粗、細粒料係具有例如健度、粒徑分佈、有機物含量等嚴格的限制，該控制性低強度混凝土對粒料之要求並無特殊限制，故不管是廢棄磚石、爐碴或鑄砂等材料，係皆可作為控制性低強度混凝土之理想原料。又控制性低強度混凝土兼具自充填特性，故施作過程毋需任何額外的夯實設備便可自動填充於管線周遭，而再加上水泥質材料的凝結特性，係可滿足鋪面基底層承載力之需求。

另外，在半導體產業的生產過程中，常於陣列蝕刻製程中使用大量氫氟酸，而該等氫氟酸經使用之後，除少數變成氣體逸散外，大部分的氫氟酸將伴隨清洗水排入之廢水收集系統。傳統上，係以鈣鹽如CaCl₂或Ca(OH)₂沈澱法去除廢水中之氟離子以形成氟化鈣污泥，然若處理不當將對水資源造成污染。

故本發明係提供可透過回收與處理廢棄磚石、爐碴、鑄砂或氟化鈣污泥，用以達成環保節能減廢、減少土地資源消耗與資源可再利用的功效。

本發明之目的係提供一種控制性低強度混凝土製備方法，藉由混合該廢棄物料與以氟化鈣污泥所形成水泥掺料，用以達到製作控制性低強度混凝土的功效。

為達上述目的或其它目的，本發明係一種控制性低強度混凝土製備方法，係應用於處理回收後的廢棄物料以形成控制性低強度混凝土(Controlled Low Strength Material)，其包含(a)篩選該廢棄物料以形成粗骨材與細骨材；(b)挑選該廢棄物料中的氟化鈣污泥以作為水泥生料；(c)燒結該水泥生料以形成水泥掺料；以及(d)混合該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水等，以形成該控制性低強度混凝土。

與習知技術相較，本發明之控制性低強度混凝土製備方法係可自廢棄物料取得氟化鈣污泥，並藉由燒結以形成水泥掺料，又與該廢棄物料混合，進而製作成控制性低強度混凝土，用以解決該廢棄物料所產生的汙染等缺失。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

參考第1圖，係本發明一實施例中控制性低強度混凝土製備方法的方法流程圖。於第1圖中，該控制性低強度混凝土製備方法係應用於處理回收後的廢棄物料以形成控制性低強度混凝土，其中該廢棄物料係可包含R類，例如R-0401廢玻璃、R-0402廢磚、R-0403廢陶瓷、R-0502石材廢料、R-1201廢鑄砂、R-2401廢噴砂、R-1101煤灰、R-0909淨水污泥、R-0910氟化鈣污泥、R-0907石材污泥；以及，D類等可當成CLSM原料之粗細骨材、水泥生料材料等。

該控制性低強度混凝土製備方法係起始於步驟S11，係篩選該廢棄物料以形成粗骨材與細骨材。換言之，經由回收的廢棄物料，由於形體顆粒徑非為固定的，故需要透過篩選的方式(例如震動式篩選機)將該廢棄物料按照顆粒徑的大小進行分類。於一實施例中，在進行分類之前，可先行區分為細骨財與粗骨材，而其中的粗骨材細又可再透過多種尺寸的顎碎機(例如大型、中型與小型的顎碎機)進行破碎，而又再透過篩選的方式，區分成粗骨材與細骨材。其中，該粗骨材的骨材粒徑範圍大部分係介於4.75毫米(mm)與35毫米之間，以及該係細骨材的骨材粒徑範圍大部分係介於0毫米與4.75毫米之間

再者，於一實施例中，該步驟S11更包含步驟S111，係磁選該廢棄物料以分離出金屬物料。換言之，於本步驟中係為了獲得單純的廢棄物料，則先行透過磁選的方式(例如電磁鐵吸引)先將具有金屬成份的物料吸引出，用以自該廢棄物料中分離該金屬物料。值得注意的是，該磁選的步驟不僅侷限於該步驟S11之後，亦即在另外一實施例中，係可再回收時隨即進行該廢棄物料的磁選。於此，該步驟S111係在步驟S11之後僅係用於說明。

再者，該步驟S111之後更可包含步驟S112，係將該粗骨材與該細骨材儲存至堆置場，以供後續製程使用。

該控制性低強度混凝土製備方法係又接著步驟S12，係挑選該廢棄物料中的氟化鈣污泥以作為水泥生料。於此步驟中，自回收的該廢棄物料中挑選出氟化鈣污泥，並將該氟化鈣污泥作為一種水泥生料。其中，該氟化鈣污泥係為多種化學物質的混合物，除包含氟化鈣(CaF₂)的成份外，亦同樣可包含具有CaO、SiO₂、Al₂O₃、Na₂O的固有水泥成份。此外，於一實施例中，經挑選的該氟化鈣污泥係包含將該氟化鈣污泥儲存至污泥儲坑。並且再後續使用時，係自該污泥儲坑選取具有一預定污泥質量的該氟化鈣污泥以供作為該水泥生料。

在步驟S12之後接著步驟S13，係燒結該水泥生料以形成水泥掺料。舉例而言，該水泥生料係透過旋轉式燒成爐的燒結，使得該水泥掺料的化學反應係為C+C₂S→C₃S。再者，氟化鈣係會影響六方晶系結構CaCO₃的穩定，而加速分解成CaO與CO₂。故於本步驟中，其最終所生成的C₂S與C₃S，以及其它未反應的成分係統稱為該水泥掺料，但與一般水泥的性質不同，該水泥掺料中的一部分係又能取代部分水泥，另一部分係與水泥反應膠結，以及又一部分係完全不跟水泥反應。

於另一實施例中，該步驟S13更可包含步驟S131，係將該水泥掺料儲存儲存至堆置場以供使用。

在步驟S13之後接著步驟S14，係混合該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水等，以形成該控制性低強度混凝土。

此外，於一實施例中，在步驟S14之前更可包含步驟S15係根據預定形成該控制性低強度混凝土選用具有一混合比例的該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水等，用以形成預定的該控制性低強度混凝土。換言之，根據所選用不同該混合比例的該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水等，係可獲得不同的該控制性低強度混凝土。

再者，再步驟S14中更可包含步驟S141，係添加水泥、飛灰、水與藥劑以混合至該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水等，用以形成該控制性低強度混凝土。

其中，混合的原理係為粗骨材、細骨材與水泥水化間的物理化學反應係以物理吸附和化學附著相互作用的形式所產生的。粗骨材、細骨材與水泥的混合物係由於水泥的水化作用，使得水泥產生膠結物用以粘黏連結鄰近粗細骨材顆粒，用以形成連續且堅固的結構。此外，除了上述水泥的水化作用外，水泥與水泥掺料及粗細骨材之間亦會發生反應，亦即當水泥進行水化作用時，亦會侵蝕及分解出矽或鋁化合物，其會與水泥水化時所釋出的鈣離子進行反應形成膠結物，反應過程機制如下：

(1)　假設水泥不因添加劑及粗細骨材的影響，其本身含有的C₃S，C₂S及C₃A三者產生水化作用：

2(3CaO‧SiO₂)+3H₂O→3CaO‧2SiO₂+3Ca(OH)₂

2(2CaO‧SiO₂)+4H₂O→3CaO‧2SiO₂‧3H₂O+Ca(OH)₂

3CaO‧Al₂O₃+6H2O→3CaO‧Al₂O₃‧6H₂O

(2)　水泥於水化後產生膠體C-S-H及C-A-H並釋放出氫氧化鈣。其中，所釋出氫氧化鈣中的鈣離子可與粗骨材、細骨材可溶的二氧化矽及三氧化二鋁作用產生膠體。

Ca(OH)₂→Ca⁺²+2(OH)-

3Ca⁺²+6(OH)-+2SiO₂(soil silica)→3CaO‧2SiO₂‧3H₂O

3Ca⁺²+6(OH)-+Al₂O₃(soil aluminum)→3CaO‧Al₂O₃‧6H₂O

(3)　硫酸鈉可與水泥水化後產生的氫氧化鈣等反應。

Ca(OH)₂+Na₂SO₄‧10H₂O→CaSO₄‧2H₂O+2NaOH+8H₂O

3CaO‧Al₂O₃‧12H₂O+3(CaSO₄‧2H₂O)+13H₂O→3CaO‧Al₂O₃‧3CaSO₄‧30~32H₂O

2(3CaO‧Al₂O₃‧12H₂O)+3(Na₂SO₄‧10H₂O)→3CaO‧Al₂O₃‧3CaSO₄‧30~32H₂O+2Al(OH)₃+6NaOH+17H₂O

(4)　氫氧化鈣可與粗細骨材中可溶二氧化矽產生反應。

Na⁺+(OH)-+SiO₂→NSH(soluble)+H₂O

Ca⁺²+NSH→CSH+Na⁺ or CNSH+Na⁺

故本發明之控制性低強度混凝土製備方法係可自廢棄物料取得氟化鈣污泥，並藉由燒結以形成水泥掺料，又與該廢棄物料混合，進而製作成控制性低強度混凝土，用以解決該廢棄物料所產生的汙染等缺失。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

S11~S15．．．方法步驟

第1圖係本發明一實施例中控制性低強度混凝土製備方法的方法流程圖。

S11~S15．．．方法步驟

Claims (11)

1. 一種控制性低強度混凝土製備方法，係應用於處理回收後的廢棄物料以形成控制性低強度混凝土(Controlled Low Strength Material)，其包含：(a)　篩選該廢棄物料，以形成粗骨材與細骨材；(b)　挑選該廢棄物料中的氟化鈣污泥，以作為水泥生料；(c)　燒結該水泥生料，以形成水泥掺料；以及(d)　至少混合該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑與水，以形成該控制性低強度混凝土。
2. 如申請專利範圍第1項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中步驟(a)包含步驟(e)磁選該廢棄物料，以分離出金屬物料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中步驟(a)包含步驟(f)破碎該廢棄物料，以形成具有不同骨材粒徑的該廢棄物料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中步驟(a)包含步驟(g)根據不同骨材粒徑的該廢棄物料，篩選出該粗骨材或該細骨材。
5. 如申請專利範圍第3項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中該粗骨材的骨材粒徑範圍部分介於4.75毫米(mm)與35毫米之間，以及該細骨材的骨材粒徑範圍部分介於0毫米與4.75毫米之間。
6. 如申請專利範圍第3項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中在步驟(a)之後更包含步驟(h)將該粗骨材或該細骨材儲存至堆置場。
7. 如申請專利範圍第1項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中步驟(b)包含步驟(i)係將該氟化鈣污泥儲存至污泥儲坑。
8. 如申請專利範圍第7項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中在步驟(i)之後包含自該污泥儲坑選取具有一預定污泥質量的該氟化鈣污泥，以供作為該水泥生料。
9. 如申請專利範圍第1項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中在步驟(c)之後包含步驟(j)係將該水泥掺料儲存儲存至堆置場。
10. 如申請專利範圍第1項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中在步驟(d)之前包含步驟(k)根據預定形成該控制性低強度混凝土選用具有一混合比例的該粗骨材、該細骨材、該水泥掺料、水泥、藥劑、水。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制性低強度混凝土製備方法，其中步驟(d)更包含添加水泥、飛灰、水與藥劑以混合至該粗骨材、該細骨材與該水泥掺料。