低二氧化碳排放的無機聚合綠色水泥開發研究

A Study on Development Low Carbon Dioxide Emission Geopolymeric Green Cement

柯翰勝(Han-Shen Ko)

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(2011年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2011.00251

摘要

二氧化碳最大的產生工業，除了煉鋼、燃煤發電之外，最重要的就是水泥業。由於水泥製造過程當中，每生產1公噸水泥將排放880公斤的二氧化碳。台灣每年因生產水泥所產生的二氧化碳量高達1000萬公噸以上。因此，開發一種低二氧化碳排放的綠色水泥，則可大幅解決國內二氧化碳減量的問題。無機聚合物為鋁矽酸鹽聚合物，使用含矽、鋁成分較高之原料，經由鹼性溶液混和製成，其特色為常溫硬化、高早期強度、耐火性質佳及耐酸鹼腐蝕等多方面優越之性質。
本研究以水淬高爐爐石粉、燃煤飛灰與容器玻璃粉作為固體原料，與鹼性溶液在常溫下製成無機聚合綠色水泥，分別對物性、力學與結構分析進行測試。比較在不同SiO2/Na2O和SiO2/Al2O3莫爾比之下，對於無機聚合綠色水泥造成之變化進行探討。
實驗結果顯示，無機聚合綠色水泥之抗壓強度最高可達到65 MPa；硬化時間最長為220分鐘終凝；微結構判定上，單一水淬高爐石系列為C-S-H鍵結，而混合粉體系列則為三維鋁矽酸鹽架狀結構；最後根據所使用之粉體，與製造水泥所產生之二氧化碳進行比較，評估若不使用水泥而改採用低二氧化碳排放量之原料，以單純水淬高爐石粉及混合粉體等不同系列計算，每取代一公噸水泥分別可以減低0.82~0.85公噸二氧化碳排放量；若以現今歐盟碳市場價格每公噸15歐元換算，則每取代一公噸水泥，相對可節省490~505元新台幣；若以自然界中之柳安樹每年約可吸收37公斤二氧化碳換算，則相當於種植22~23棵柳安樹，其經濟價值與環境保護之效益高。

關鍵字

二氧化碳 ； 水淬高爐石 ； 燃煤飛灰 ； 容器玻璃粉

並列摘要

Cement industry is one of the largest carbon dioxide emission sources. Production of 1 ton of cement led to emission 880 Kg carbon dioxide. In Taiwan, the carbon dioxide emission by cement industry is above 10 million tons annually. Therefore, development low carbon dioxide emission green cement becomes an important issue.
Geopolymer can be formed by mixing aluminosilicate materials, sodium hydroxide and sodium silicates. Geopolymers have advantage of high compressive strength, fire resistance, low shrinkage, acid resistance and low thermal conductivity.
In this study, geopolymeric green cement was produced by mixing blast furnace slag, coal fly ash, waste glass powder and alkali solution. Physical/mechanical properties and microstructure of green cement with diffierent SiO2/Na2O mole ratio were tested. The experimental results of the geopolymeric green cement achieved the compressive strength of 65 MPa and 220 minutes setting time. The microstructure of geopolymeric green cement contains C-S-H gel and aluminosilicate materials in the framework.
It is estimated that if not including the alkali solution, for replacing one ton of OPC by geopolymeric green cement can save the amount of 0.82-0.85 ton carbon dioxide emission. It worth approximately 490-505 NT dollars, while conversion to EU carbon market price, or equally to plant 22-23 Lauan tree.

並列關鍵字

Carbon dioxide ； blast furnace slag ； coal fly ash ； waste glass powder

參考文獻

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