無機聚合綠色水泥之應用開發研究

A study on Development Application of Geopolymeric Green Cement

戴于盛(Yu-Sheng Dai)

指導教授 ： 鄭大偉

國立臺北科技大學/工程學院/資源工程研究所/碩士(2013年)

摘要

本研究利用無機聚合技術，以水淬高爐石、燃煤飛灰為3：7之條件下，在常溫下製成無機聚合綠色水泥，探討鹼性溶液中之不同SiO2/Na2O莫耳比，其力學特性及有害重金屬固定化、混凝土修補材料等應用特性之影響，並計算其成本與減碳之經濟效益。
研究結果顯示，無機聚合綠色水泥抗壓強度之主要影響因子為Liquid/Solid比，其次為OH-/water之莫耳比、SiO2/Na2O莫耳比，且可得一抗壓強度複迴歸方程式，模式可靠度達95%以上，其抗壓強度最高可達58 MPa；在有害重金屬固定化之應用，固定化焚化飛灰，其重金屬溶出濃度皆低於法規標準，且固化體之抗壓強度達16MPa。此外，焚化飛灰可與鹼性溶液反應形成不溶性鹽類(Friedel’s salt)，有效將焚化飛灰中之氯離子固定化70%；在混凝土修補材料之應用，壓剪及張力條件之修補試體其修復成效佳，其力學強度修復率可達110%及120%以上；而本研究之無機聚合綠色水泥成本價格約為2,950元/噸，相較於波特蘭水泥可減少0.73公噸之二氧化碳排放量，相當於種植20顆柳安樹之價值。因此，以無機聚合綠色水泥應用於有害重金屬固定化、混凝土修補材料，深具市場潛力與開發價值。

關鍵字

無機聚合物 ； 固定化 ； 焚化飛灰 ； 修補材料

並列摘要

This present study deals with the use of ground granulated blast furnace slag and coal fly ash under the weight ratio of 3：7 for fabrication geopolymeric green cement at ambient temperature by geopolymerization. The mechanic characteristics and application characteristics of harmful heavy metals solidification, concrete repair materials with various SiO2/Na2O molar ratio of alkaline solution were investigated. The calculations of the benefits of cost and carbon dioxide reduction were also evaluated.

The results indicated that the impact factor of compressive strength of the geopolymer is primarily Liquid/Solid ratio, followed OH-/water, SiO2/Na2O molar ratio. And also obtained a multiple regression equation of compressive strength, the models reliability above 95%, the compressive strength achieved 58 MPa. In the application of harmful heavy metals solidification, In the application of harmful heavy metals solidification, solidified incinerator fly ash, its leaching concentrations of heavy metals were below regulatory standards, and the compressive strength of solidification matrics achieved 16MPa. In addition, the insoluble salts (Friedel's salt) can be formed by reaction with incinerator fly ash and alkaline solution, and solidified 70% of the chloride ions of incinerator fly ash effectively. In the application of concrete repair materials, the repaired effectiveness of shearing and tension conditions of the repair specimens shown good performances, and its mechanical strength repaired rates achieved 110% and 120%. In this present study, the cost price approximately 2,950 $/ton of the geopolymeric green cement and comparing with Portland cement, the emission of carbon dioxide for geopolymeric green cement can save 0.73 ton /ton, or equally to plant 20 Lauan tree. Therefore, the geopolymeric green gement applied to harmful heavy metals solidification,concrete repair materials with tremendous market potential and development value.

並列關鍵字

Geopolymer ； Solidification ； MSWI fly ash ； Repair material

參考文獻

呂軒志、王泰典、鄭大偉、翁祖炘，以實驗設計法探討無機聚合物力學特性之影響因素，台灣鑛業，第64卷，第2期，37-48頁，2012。

李政勳，添加水溶性高分子對無機聚合物特性影響之研究，碩士論文，國立台北科技大學資源工程研究所碩士班，台北，2010。

柯翰勝，低二氧化碳排放的無機聚合綠色水泥開發研究，碩士論文，國立台北科技大學資源工程研究所碩士班，台北，2011。

戴詩潔，高嶺石鋁矽酸鹽聚合材料之研究，碩士論文，國立台北科技大學材料及資源工程系碩士班，台北，2005。

吳冠龍，以變高嶺石製成無機聚合樹脂應用於混凝土裂縫修補之研究，碩士論文，國立台北科技大學資源工程研究所，台北，2008。