TWI752742B - 含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材 - Google Patents

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蘇鈺荃
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Abstract

本發明含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其透過水泥、不鏽鋼電弧爐氧化碴、高矽基材料及充填砂，以一定重量百分比混合成一漿體後，且控制該漿體內的氧化鈣與二氧化矽含量比率為0.8至2.5，使該混合氧化鈣及氫氧化鈣，能與富含二氧化矽之高矽基材料混合後，可產生C-S-H膠結物進行卜作嵐反應，能有效強化粒料界面的鍵結強度與微觀結構緻密性，且能抑制膨脹現象及達到晚期高強度之功效，進而可作為建材所使用。

Description

含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材
本發明係有關於一種建材，特別是一種含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材。
鋼鐵業為國家經濟發展不可或缺的產業，在國內鋼鐵業產量增加的同時，工業副產物如爐碴、灰碴等亦逐年增多，而電弧爐煉鋼利用電能發熱至1500~1600度，將廢鐵原料及所添加之CaO熔融，再以吹氣去除融鋼中之不純國內鍊鋼廠爐安定化後之再利用，目前多以「去化量」為考量重點，而不鏽鋼電弧爐氧化碴為不鏽鋼於產製過程中所產生的副產品，因其內成分含有游離石灰(f-CaO)，在水泥系統中產生化學反應，形成Ca(OH) 2及CaCO 3等物質使不鏽鋼電弧爐氧化碴產生體積膨脹，進而限制在工程上之應用，其主要都是用於道路級配、非結構性混凝土粒料所佔比例佔約67.3%最高，其次為水泥製品佔約32.3%，這些煉鋼爐碴材料之工程特性較一般天然砂石為佳，但是煉鋼爐碴存在安定性方面之問題，這些疑惑也顯現在實際工程應用上，使得再利用率普遍偏低。
由於煉鋼爐碴於傳統之處理方式仍然無法穩定將其中之游離氧化鈣，以致產生混凝土硬固後膨脹劣化之問題，所以安定化之處理相當重要，國內目前針對煉鋼爐碴之安定化議題多採用高溫蒸養方式處理，但因處理程序高耗能且成效不彰，因此尋找低耗能方式來解決煉鋼爐碴膨脹性問題，將是提高煉鋼爐碴再利用之關鍵。
因此，本發明之目的，是在提供一種含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其能強化粒料界面的鍵結強度與微觀結構緻密性，並有效抑制膨脹現象及提高晚期強度之功效。
於是，本發明含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其包含有一重量百分比13至26%之水泥、一重量百分14.4%~40%不鏽鋼電弧爐氧化碴，一重量百分比6.6%~17.4%且成份內含有二氧化矽之高矽基材料，以及一重量百分比40%~52%之充填砂；其中，該不鏽鋼電弧爐氧化碴之粒徑小於0.42mm(含)以下，且該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴、該高矽基材料，以及該充填砂混合後之成分中氧化鈣與二氧化矽含量比率為0.8至2.5，故透過該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴，以及該高矽基材料混合後，透過一定量的氧化鈣與二氧化矽比例，使成分中的氧化鈣及氫氧化鈣，能與該高矽基材料混合，可產生C-S-H膠結物進行卜作嵐反應，能有效強化粒料界面鍵結強度與微觀結構緻密性，且能抑制膨脹現象及提高晚期強度之功效，以作為建材所使用。
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，將可清楚地明白。
本發明含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其包含有一重量百分比13至26%之水泥、一重量百分比14.4%~40%不鏽鋼電弧爐氧化碴，一重量百分比6.6%~17.4%且成份內含有二氧化矽之高矽基材料，以及一重量百分比40%~52%之充填砂，而前述該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴、該高矽基材料及該充填砂混合後之成分中氧化鈣(CaO)與二氧化矽(SiO 2)含量比率(CaO/SiO 2)為0.8至2.5。
仍續前述，該水泥係為卜特蘭I型水泥，而本實施例該水泥主要成分如下表：
氧化物名稱 成分組合（%）
Al 2O 3 2.90
CaO 71.42
Fe 2O 3 3.50
MgO 1.78
SiO 2 16.44
K 2O 1.14
其餘為次要成分與雜質
仍續前述，該不鏽鋼電弧爐氧化碴需挑選粒徑小於0.42mm(含)以下，而本實施例中，係以利用40 mesh (0.38 mm)為表示，而本實施例中所使用的該不鏽鋼電弧爐氧化碴成份如下表：
氧化物名稱 成分組合（%）
Al 2O 3 2.25
CaO 63.60
Fe 2O 3 2.41
MgO 2.02
SiO 2 23.27
K 2O 0.00
其餘為次要成分與雜質
再者，該高矽基材料則係指成分中含有40%重量百分比(含)以上之二氧化矽之材料，例如可為燃煤電廠中的燃煤飛灰(如F級燃煤飛灰)，或者為含有二氧化矽成分之無機汙泥，而本實施例所使用的燃煤飛灰主要成分如下表：
氧化物名稱 成分組合（%）
Al 2O 3 15.91
CaO 5.91
Fe 2O 3 7.07
MgO 0.72
SiO 2 65.95
K 2O 1.21
其餘為次要成分與雜質
至於，該填充砂其為一般砂級配材料，其主要作為填充作用，並不會影響氧化鈣與該二氧化矽的比例，因此，將不特別列出其詳細成分。
仍續前述，而以下實施例透過將該水泥、不鏽鋼電弧爐氧化碴與該燃煤飛灰先進行調配成一漿體，且控制該漿體內的氧化鈣(CaO)與二氧化矽(SiO2)含量比率(CaO/SiO2)為0.8至2.5範圍內；是以，本實施例以下透過灰土比(C/S）0.15、0.25、0.35的不同設計目標強度，且該不鏽鋼電弧爐氧化碴分別使用過#40號篩網進行體積穩定性試驗，採用CNS 1258規範，其試驗結果如下表：
灰土比 0.15 水泥 填充砂 不鏽鋼電弧爐氧化碴 高矽基材料 CaO /SiO2 熱壓膨脹試驗結果
平均值 備註
試體1 13.04% 60.87% 26.09% 0.00% 3.15 --- 試體破損
試體2 13.04% 60.87% 18.26% 7.83% 1.85 0.077 正常
試體3 13.04% 60.87% 15.65% 10.43% 1.57 0.051 正常
試體4 13.04% 43.48% 43.48% 0.00% 3.01 --- 試體破損
試體5 13.04% 43.48% 30.43% 13.04% 1.65 0.090 正常
試體6 13.04% 43.48% 26.09% 17.39% 1.37 0.036 正常
此外，再進行各齡期抗壓試驗，其結果如下表：
灰土比 0.15 7天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 14天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 28天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 90天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 180天 抗壓強度 (kgf/cm 2)
試體1 47.25 56.24 56.55 89.16 100.14
試體2 75.55 94.55 123.16 190.09 186.90
試體3 67.11 93.63 131.69 204.17 191.33
試體4 34.68 38.64 45.35 70.57 80.24
試體5 68.87 98.39 117.01 206.09 206.59
試體6 72.50 128.05 160.79 265.84 291.26
以灰土比0.15的試驗結果，其中的試體1與試體4，其內所含氧化鈣與二氧化矽(CaO/SiO 2)之比率分別為3.15與3.01，而試體2、試體3、試體5、試體6則在該0.8至2.5範圍，經實際測試後發現，透過該氧化鈣與二氧化矽之比例控制下，無論對於膨脹性而言，或後續使用之抗壓強度，皆有明顯之效果。
仍續前述，以灰土比0.25進行實驗，其結果如下：
灰土比 0.25 水泥 填充砂 不鏽鋼電弧爐氧化碴 高矽基材料 CaO /SiO2 熱壓膨脹試驗結果
平均值 備註
試體1 20.00% 56.00% 24.00% 0.00% 3.32 --- 試體破損
試體2 20.00% 56.00% 16.80% 7.20% 2.13 0.054 正常
試體3 20.00% 56.00% 14.40% 9.60% 1.85 0.049 正常
試體4 20.00% 40.00% 40.00% 0.00% 3.15 --- 試體破損
試體5 20.00% 40.00% 28.00% 12.00% 1.85 0.056 正常
試體6 20.00% 40.00% 24.00% 16.00% 1.57 0.036 正常
再進行各齡期抗壓試驗，其結果如下表：
灰土比 0.25 7天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 14天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 28天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 90天 抗壓強度 (kgf/cm 2) 180天 抗壓強度 (kgf/cm 2)
試體1 103.19 151.74 181.77 197.79 232.04
試體2 216.38 248.51 321.54 455.33 391.50
試體3 177.91 230.06 255.08 492.36 428.51
試體4 62.26 95.78 114.73 165.15 175.86
試體5 161.59 217.56 293.42 510.66 423.43
試體6 182.79 255.33 319.29 522.30 458.15
以灰土比0.25的試驗結果，其透過增加水泥量、高矽基材料的使用量，而降低充填砂、不鏽鋼電弧爐氧化碴使用量，藉此提高氧化鈣與二氧化矽之比率，其中的試體1與試體4，其內所含氧化鈣與二氧化矽(CaO/SiO2)之比率分別為3.32與3.15，而試體2、試體3、試體5、試體6則在該0.8至2.5範圍，經實際測試後發現，透過該氧化鈣與二氧化矽之比例控制下，無論對於膨脹性而言，或後續使用之抗壓強度，皆有明顯之效果。
仍續前述，以灰土比0.35進行實驗，其結果如下：
灰土比 0.35 水泥 填充砂 不鏽鋼電弧爐氧化碴 高矽基材料 CaO /SiO2 熱壓膨脹試驗結果
平均值 備註
試體1 25.93% 51.85% 22.22% 0.00% 3.46 --- 試體破損
試體2 25.93% 51.85% 15.56% 6.67% 2.34 0.080 正常
試體3 25.93% 51.85% 13.33% 8.89% 2.08 0.063 正常
試體4 25.93% 37.04% 37.04% 0.00% 3.26 --- 試體破損
試體5 25.93% 37.04% 25.93% 11.11% 2.02 0.087 正常
試體6 25.93% 37.04% 22.22% 14.81% 1.75 0.061 正常
再進行各齡期抗壓試驗，其結果如下表：
灰土比 0.35 7天 抗壓強度 (kgf/cm2) 14天 抗壓強度 (kgf/cm2) 28天 抗壓強度 (kgf/cm2) 90天 抗壓強度 (kgf/cm2) 180天 抗壓強度 (kgf/cm2)
試體1 125.79 141.84 150.01 292.06 275.20
試體2 178.20 202.21 229.59 426.95 477.89
試體3 187.28 221.90 259.76 414.78 449.22
試體4 143.99 164.77 180.90 293.18 254.39
試體5 206.65 256.09 291.46 472.82 541.96
試體6 195.11 253.66 308.76 524.80 560.92
以灰土比0.35的試驗結果，其透過增加水泥量、高矽基材料的使用量，而降低充填砂、不鏽鋼電弧爐氧化碴使用量，藉此提高氧化鈣與二氧化矽之比率，其中的試體1與試體4，其內所含氧化鈣與二氧化矽(CaO/SiO2)之比率分別為3.46與3.26，而試體2、試體3、試體5、試體6則在該0.8至2.5範圍，經實際測試後發現，透過該氧化鈣與二氧化矽之比例控制下，無論對於膨脹性而言，或後續使用之抗壓強度，皆有明顯之效果；是以，透過前述三種灰土比之設計，透過不同重量百分比及調整(CaO/SiO2)之比率後，均顯示能降低膨脹率，及抗壓強度的齡期發展，透過上述所揭示之比例混合，確實能有效抑制不鏽鋼電弧爐氧化碴的膨脹率，及產生高強度之特性，因此可作為建材使用之能力。
歸納前述，本發明含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其包含有一重量百分比13%至26%之水泥、一重量百分14.4%~40%不鏽鋼電弧爐氧化碴，一重量百分比6.6%~17.4%成份內含有二氧化矽之高矽基材料，以及一重量百分比40%~52%之充填砂；其中，該不鏽鋼電弧爐氧化碴粒徑小於0.42mm(含)以下，且該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴、與該高矽基材料、該充填砂混合後成分中氧化鈣與二氧化矽含量比為0.8至2.5；透過該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴、該高矽基材料、及該充填砂調配混合後，使該混拌物中的氧化鈣及氫氧化鈣，能與該富含二氧化矽之高矽基材料混合後，可產生C-S-H膠結物進行卜作嵐反應，能有效強化粒料界面的鍵結強度與微觀結構緻密性，且能抑制膨脹現象及達到晚期高強度之功效，進而可作為功能性建築材料所使用。
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的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
無
是本發明第一較佳實施例之材料混合成分示意圖。

Claims (2)

  1. 一種含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其包含有一重量百分比13%至26%之水泥、一重量百分14.4%至40%不鏽鋼電弧爐氧化碴，一重量百分比6.6%至17.4%成份內含有二氧化矽之高矽基材料，以及一重量百分比40%至52%之充填砂；其中，該不鏽鋼電弧爐氧化碴粒徑小於0.42mm(含)以下，且該水泥、該不鏽鋼電弧爐氧化碴、該高矽基材料及該充填砂混合後成分中氧化鈣與二氧化矽含量比率為0.8至2.5，且該高矽基材料中的二氧化矽含量，不低於40%重量百分比以下，高矽基材料為無機汙泥。
  2. 根據請求項1所述含低膨脹性不鏽鋼電弧爐氧化碴之建材，其中，該水泥為卜特蘭I型水泥。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW201348456A (zh) * 2012-05-22 2013-12-01 Sing Uang Environmental Co Ltd 金屬冶鍊爐渣之資源再生利用方法
TW201620855A (zh) * 2014-12-15 2016-06-16 林素玉 改善鋼碴粉健性不良之化合材料

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