TWI399439B - 利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法 - Google Patents

Description

利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法

本發明是有關於一種轉爐石安定化處理方法，特別是一種利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法。

一般而言，過去用作舖面工程材料之瀝青混凝土通常係取自天然資源之粗、細粒料、石粉、以及碎石等做為其天然骨材，然而，習知碎石因有較高的扁平率與較低的稜角率，當用於鋪面上經車輪輾壓後，扁長型的粒料往往容易斷裂，造成混凝土之級配降格，同時又因傳統碎石稜角率較低，粒料間彼此嵌合互鎖能力較差，導致路面經重車輾壓後易產生車轍、變形情事發生。

再者，該傳統碎石普遍含高量的二氧化矽(SiO₂ )，其表面性質較具親水性，故當該等粗細粒料、瀝青及水同時存在時，粒料易與水結合而導致瀝青混凝土剝脫，即粒料與瀝青產生分離，屆時將大幅影響舖路面之壽命及品質；除此外，從天然資源取得骨材不僅破壞環境，加上天然資源逐日枯竭，致使天然資源開採骨材有所限制。

是以，由於近年來極力倡導廢棄物減量(Reduce)、重複使用(Reuse)、再生利用(Recycle)及能源回收(Recovery)4R基本原則以利環境生態保護，配合永續發展之帶動下，因此，開發替代骨材以取代過去天然骨材做為路基材料已於營建工程界中扮演舉足輕重之角色，且各種替代骨材亦已被開發出，諸如煉鋼過程生成之副產物亦常用作瀝青混凝土骨材或道路路基等用途，而其中針對一貫煉鋼作業所產生之轉爐石年產量約130萬公噸，倘若可將該工業副產物加以再利用，不僅解決龐大屯置之問題，就工程業而言，亦解決目前天然粒料、骨材缺乏之窘境；惟，該等轉爐石在使用前須先經安定化步驟，利用水蒸氣、高溫熱水或或高壓蒸氣…等，必需消耗龐大能源及時效才能完成安定化，真是費時又耗能源，更不符合經濟效益及節能減碳之需求，因此，發明人特針對此加以改進研發，俾提出本案專利之申請。

因此，本發明之目的，是在提供一種利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，其具有取代天然骨材之功效外，更具有節能減碳及降低環境污染，達成廢棄資源再利用且提昇經濟價值等功效。

於是，本發明利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，其依序包含有備料步驟、烘乾步驟、篩選步驟、拌合步驟及出料步驟；其中，藉由該拌合步驟中之攪拌設備，以使備料步驟中之瀝青膠泥得以對未安定化之該等轉爐石外表面進行包覆，以形成具有一保護膜之粒料，該粒料藉該瀝青膠泥阻隔外界水份所產生水合反應，並同時於拌合過程中立即完成該等轉爐石之安定化作業，而後即可依據所得之該等粒料直接輸出使用；故在整體作業上，除能有效縮短該等轉爐石之安定化時效，更能使成為該掺配料之產品以部份或完全取代方式，運用於柔性鋪面工程或瀝青處理底層之天然骨材，除有利於資源再利用外，更具有節能減碳及降低環境污染，確實達成廢棄資源再利用及提昇經濟價值等功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。

參閱圖1，本發明利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法之較佳實施例，其依序包含備料步驟1、烘乾步驟2、篩選步驟3、拌合步驟4及出料步驟5等步驟；其中，該備料步驟1為係將煉鋼製程後所產生未安定化之轉爐石予以集收，同時備具有瀝青膠泥，而前述所得未安定化之轉爐石亦可直接由堆料場(圖中未示)已降溫崩解且具含水份未安定化之轉爐石為之；另，該烘乾步驟2中具備有一烘乾設備21，其可針對該備料步驟1所得之該等轉爐石進行烘乾處理，以利烘乾後之該等轉爐石得以進行下一步作業製程(即該篩選步驟3)。

仍續上述，該篩選步驟3其設置有一篩選設備31，其該篩選設備31具有單層篩選之間隔裝置，可依據烘乾後之該等轉爐石依粒徑大小進行等級篩選，俾便篩選過之該等轉爐石得以分別進行下一步該拌合步驟4；又，該拌合步驟4具備有一攪拌設備41，該攪拌設備41對前述每一等級之該等轉爐石配合該瀝青膠泥進行拌合，由於該等轉爐石之主要成份為氧化鈣(CaO)、氧化鐵(Fe₂ O₃ )、二氧化矽(SiO₂ )以及氧化鎂(MgO)等，其中又以氧化鈣(CaO)含量高且最具有親油性，俾使該瀝青膠泥得以對該等轉爐石外表面進行包覆，使該等轉爐石得以與瀝青膠泥更加緊密結合以形成具有一保護膜之粒料並同時立即完成安定化，該粒料藉該瀝青膠泥阻隔外界水份與該等轉爐石產生水合反應，最後再經由該出料步驟5將經該拌合步驟4中所形成之該等粒料依據不同等級直接輸出使用，更能使成為該粒料之產品以部份或完全取代天然骨材之方式，運用於柔性鋪面工程上，除有利於資源再利用外，更具有節能減碳及降低環境污染，確實達成廢棄資源再利用及提昇經濟價值等功效；再者，經該篩選步驟3所分選出之較大粒徑該等轉爐石，即可再經由另一破碎步驟32進行破碎處理，藉以降低該等轉爐石之粒徑，以利該等轉爐石再重新經該篩選步驟3進行粒徑篩選。

一般應用到AC鋪面工程所使用之瀝青混凝土所包含之材料有粗骨材、細骨材、填充物、瀝青膠泥…等，其組合配比可以為石膠泥瀝青混凝土(Stone Matrix Asphalt簡稱SMA)，或多孔隙瀝青混凝土(Porous Asphalt簡稱PA)，或密級配瀝青混凝土(Dense Graded Asphalt Concrtet簡稱DCAC)，無論前述任一瀝青混凝土，其內含之粗骨材所佔的比例與其它混合物其比例不同，則配比不一，而以下將分別以該石膠泥瀝青混凝土，及多孔隙瀝青混凝土此二種混凝土為例加以論述，另外在本實施例中，係運用該等轉爐石以部份取代該粗骨材之添加量，亦即主要分別就該等轉爐石取代該粗骨材達0%、15%及55%之比例製成石膠泥瀝青混凝土及多孔隙瀝青混凝土來做說明。

參下表1、2所示，該轉爐石除具較低磨損率、低扁平率、高稜角率(即呈多角方狀粒形)之特性，除有利降低骨材斷裂之機率外，其所含二氧化矽(SiO₂ )的比例較習知天然碎石少，反而氧化鈣佔相當高之比例，尤其以該氧化鈣為最具親油性，可使得瀝清混凝土之骨材得以與瀝青更加緊密結合。

表2轉爐石與傳統碎石岩性成分分析比較表(%)

而為評估轉爐石實際應用於道路工程之實行績效，以下分別就該轉爐石以不同添加比例添加於排水瀝青混凝土與石膠泥瀝青混凝土級配中進行測試，且由該測試所得各項數據當可瞭解利用轉爐石之不同添加量確有提升該混凝土之各力學性質的功效。

首先，本測試採取轉爐石部分取代天然粗骨材0%、15%、55%夯製成石膠泥瀝青混凝土(SMA)、與排水瀝青混凝土(PA)試體，使用符合CNS14184改質Ⅲ型地瀝青，以馬歇爾夯壓機製作試體，以得出有關該SMA與PA之馬歇爾、車轍及間接張力等力學試驗：參閱圖2、圖3所示，其係在溫度25℃之條件下，針對不同轉爐石添加量的該SMA與PA進行回彈模數試驗，即測定混凝土之重覆荷重與回彈變形量，在該等圖中明顯可見，當該轉爐石之添加量至55%時，回彈模數值隨添加量增加而增加，亦代表因該SMA與PA之骨材間彼此互鎖、結合之能力增加，除使該回彈模數值提高外，以降低該等瀝青混凝土產生裂縫或剝脫情事，更藉由該轉爐石具多角方形、質地堅硬、親油性等特性，促使混凝土之結構更加完整。

圖4、圖5為該轉爐石在不同添加量時，該SMA與PA之動穩定值變化，且經由車轍輪跡儀進行試驗其抵抗車轍成效，圖中趨勢可發現該SMA中轉爐石添加量越大並添加量達55%時，其抗車轍變形能力越佳且動穩定值可高達約4500(次/mm)，同樣的，添加該轉爐石後(＞0%)與未添加該轉爐石(0%)之該PA於抗車轍變形試驗仍有所提升，表示該轉爐石的添加有助提升該SMA與該PA的抗變形能力，維持其強度。

圖6、圖7為該轉爐石在不同添加含量下與該SMA與PA穩定值的關係，隨著該轉爐石添加量的增加，其該SMA與PA穩定值有上升的趨勢，由此可得出該轉爐石之添增，不但有助提升瀝青混凝土之互鎖效果，更有利增加其穩定值。

圖8、圖9為該轉爐石在不同添加量下，針對該SMA與PA之間接張力試驗之結果，於圖中同樣可發現該SMA與PA在該轉爐石添加量越大時，其間接張力值越佳；該轉爐石由於其粒形屬於多角方形，且質地堅硬，使其結構更加完整，繼而增加力學強度與抵抗變形之能力，故代表其間接張力強度亦隨著該轉爐石添加量增加而有所提升。

另外，由於該PA之主要特性在於迅速排除路面水分，以減少路面逕流之現象，故圖10係為測試該轉爐石在不同添加量下，其該PA之透水係數變化；如圖中可見，可發現該轉爐石添加量越大時，其透水係數越高，亦即添加越多該轉爐石會提高骨材間之孔隙率，該孔隙率提高則使該PA透水能力提升，俾達較佳排水效果。

因此，由上述各試驗所得之結果可知，本發明添加未安定化之轉爐石，利用瀝青膠泥包裹轉爐石之外表面，以使該轉爐石形成具有一保護膜之粒料藉以阻隔外界水份產生水合反應，進而達到安定化目的，除可達資源再利用外，更有助提升瀝青混凝土之強度及耐久性，亦即除了該PA之透水係數可隨著該轉爐石之添加量增加而有所提升外，在其他各力學性質之測試更可發現，掺配轉爐石可有效增加PA與SMA之骨材間互鎖機制的能力，同時對其穩定值、動穩定值、間接張力等力學性質亦有提升效果。

由上述之說明，本發明確實具有以下所列之優點與功效：

1.本發明係解決該轉爐石取代天然骨材不易產生安定化之問題，使該等轉爐石安定方法最簡單、最快速、產量最多，可配合現場用，依需求數量隨時可調整，一貫作業供料。

2.由於該轉爐石之主要成份中之二氧化矽(Sio₂ )的比例較天然骨材少，反而氧化鈣(CaO)佔相當高之比例，且該氧化鈣(CaO)更具有親油性，吸油比一般厚、不易脫落，因此在與該瀝青膠泥產生緊密結合時，可防止外界水份侵入產生水合反應，及體積不穩定膨脹，俾使直接運用到AC鋪面工程及瀝青處理底層，不須經費時耗能源之特殊安定化就可利用，其安定化效果速度最快。

3.仍續上述，利用該瀝青膠泥將未安定化之轉爐石外表面直接包裹形成具有保護膜且呈安定化處理後之粒料，藉以能部份或完全取代天然骨材進而運用到柔性鋪面工程上，除有利於資源再利用外，更具有節能減碳及降低環境污染，以使廢棄資源確實達到4R基本原則以利環境生態保護，使廢棄資源得以全數再利用及提昇經濟價值等功效。

歸納前述，本發明主要利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，使該瀝青膠泥完全將該等轉爐石之外表面包覆，藉以阻隔外界水份產生水合反應並同時產生安定化作用，俾使能部份或完全取代天然骨材，進而運用到柔性鋪面工程，同時對其穩定值、動穩定值、間接張力等力學性質亦有提升效果，有利於資源再利用外，更具有節能減碳及降低環境污染問題，確實達成廢棄資源再利用及提昇經濟價值等功效，故能確實達到本發明之目的，爰依法提出申請。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．備料步驟

2．．．烘乾步驟

21．．．烘乾設備

3．．．篩選步驟

4．．．拌合步驟

41．．．攪拌設備

5．．．出料步驟

圖1是本發明一較佳實施例之流程圖；

圖2、3是本發明於不同轉爐石添加量時之SMA與PA的回彈模數；

圖4、5是本發明於不同轉爐石添加量時之SMA與PA的動穩定值；

圖6、7是本發明於不同轉爐石添加量時之SMA與PA的穩定值；

圖8、9是本發明於不同轉爐石添加量時之SMA與PA的間接張力；及

圖10是本發明於不同轉爐石添加量時之PA的透水係數。

1．．．備料步驟

2．．．烘乾步驟

21．．．烘乾設備

3．．．篩選步驟

31．．．篩選設備

32．．．破碎步驟

4．．．拌合步驟

41．．．攪拌設備

5．．．出料步驟

Claims (3)

1. 一種利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，其依序包含有：一備料步驟，係先將煉鋼製程後所產生且未安定化之轉爐石予以集收，同時備具有瀝青膠泥；一烘乾步驟，其備具有一烘乾設備，其針對經前述備料步驟所得之該等轉爐石進行烘乾處理；一篩選步驟，將烘乾後之該等轉爐石依粒徑大小進行等級篩選、集收；一拌合步驟，其具備有一攪拌設備，該攪拌設備係針對前述每一等級之該等轉爐石配合該瀝青膠泥進行拌合，以使該瀝青膠泥得以對該等轉爐石外表面進行包覆，以形成具有一保護膜之粒料，該粒料藉該瀝青膠泥阻隔外界水份與該等轉爐石產生水合反應，即在拌合過程中立即完成該等轉爐石之安定化作業；及一出料步驟，係將上述該等粒料直接輸出使用於柔性鋪面工程。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，其中，該粒料取代部份柔性鋪面工程之粗骨材添加量，且添加量5^~ 70%重量百分比。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之利用包裹成型方式之轉爐石安定化處理方法，其中，該粒料取代部份柔性鋪面工程之細骨材添加量，且添加量5^~ 50%重量百分比。