鑑於鋼鐵工業對達成循環經濟之目標殷切，降低工業副產物及回收再利用是實現永續發展的主要因素，轉爐石為冶煉鋼鐵過程中的副產物，具有良好的工程特性，但遇水會緩慢膨脹導致工程破壞，使其在資源利用上受到極大限制。目前大部分應用在道路鋪面、填方材料等用途，因此，若能將轉爐石作適當處理及利用，可達到資源永續利用的目的。
本研究採用轉爐石依五種重量比例分別取代天然粒料，再將水泥基滲透結晶型防水劑於拌合時添加至水泥砂漿及混凝土中，作為防水水泥砂漿及防水混凝土，對其進行抗壓強度試驗、吸水率試驗、健性試驗、透水試驗、比長試驗，探討轉爐石取代率及防水劑的適用性，及對於力學性質、物理性質、耐久性質之影響，並以SEM微觀分析及EDS化學成份分析詮釋試驗結果。
本研究主要以比長試驗觀察轉爐石回脹特性，由試驗結果得到添加防水劑試體其體積穩定性增加，回脹量隨時間而明顯下降，表示防水劑對於抑制轉爐石回脹作用效果顯著；並藉由透水試驗結果得到防水混凝土透水係數大幅降低，且轉爐石取代率100%之混凝土甚至接近不透水。最後以SEM觀察防水劑加入水泥砂漿及混凝土中的結晶情形，發現許多綿密枝蔓狀的結晶物，其機理係以化學反應生成硬性結晶物質填塞孔隙，阻斷入滲路徑，使混凝土緻密性及耐久性提高。
本研究藉由防水劑防水之特性包裹轉爐石，進而阻止水分與轉爐石接觸，發揮穩定體積變化之功效。本研究成果可將轉爐石有效地應用在防水工程上，將轉爐石應用於防水工程是值得推動的再利用材料，可達到副產物高價資源化之目的，滿足永續發展的最終目標。

In view of the steel industry's desire to achieve the goal of circular economy, reducing industrial by-products and recycling is a major factor in sustainable development. Basic oxygen furnace slag (BOFS) is a by-product of smelting steel and has good engineering properties. But when it encounters water, it will cause engineering damage due to its slow expansion, which greatly limits its utilization of resources. At present, most of the applications are for road pavement and filling materials. Therefore, if the BOFS can be properly treated and utilized, the purpose of sustainable use of resources can be achieved.
In this study, five different weight ratios of BOFS were used to replace natural aggregate respectively. In the cement mortar and concrete mixing time, adding cementitious capillary crystalline waterproofing materials, as a waterproof cement mortar and waterproof concrete. Followed by compressive strength test, water absorption test, fitness test, permeability test, specific length test to explore the conversion rate of BOFS and the applicability of waterproofing agent, as well as the mechanical properties, physical properties, durability properties, and used SEM and EDS analysis of the test results.
The swelling characteristics of BOFS were mainly observed by the specific length test. The test results showed that the volume stability of the test body increased and the swelling volume decreased significantly with time, indicating that the waterproofing materials had a significant effect on restraining BOFS swelling. Permeability test results show that permeability coefficient of waterproofing concrete significantly reduced, and concrete with 100% replacement of BOFS is even nearly impermeable. Finally, crystallization of waterproof agent containing cement mortar and concrete was observed using SEM, and found a lot of dense dendritic crystals. The mechanism of chemical reaction of hard crystalline material filled pores, blocking the infiltration path, resulting in increased compactness and durability of concrete.
The BOFS is wrapped by the waterproofing materials, thereby preventing water from contacting the BOFS and exerting the effect of stabilizing the volume change. The results of this study can be applied to the waterproof engineering effectively, and the application of the BOFS to the waterproof engineering is a useful material to be used. It can achieve the goal of high price and resource of byproducts, and meet the ultimate goal of sustainable development.

國立中山大學研究生學位論文審定書 i
致謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 1
1.3研究目標 2
1.4研究方法 3
1.5本文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1波特蘭水泥 5
2.1.1水泥中各物質的水化反應 5
2.1.2水泥水化反應的發展過程 8
2.1.3硬固水泥漿體結構 11
2.1.4硬固水泥漿體孔隙結構 13
2.1.5水泥漿體所存在之水份 15
2.1.6影響混凝土水密性主要因素 16
2.2轉爐石 18
2.2.1轉爐石製成概述 18
2.2.2轉爐石之物化特性 19
2.2.3轉爐石膨脹特性 24
2.2.4轉爐石資源化 25
2.3防水工程 26
2.3.1防水工程概述 26
2.3.2滲漏現象 28
2.3.3建築防水系統 29
2.3.4防水材料 32
2.3.5水泥基滲透結晶型防水材料 33
第三章 研究方法與步驟 37
3.1試驗規劃 37
3.2試驗變數 38
3.2.1試驗變數 38
3.2.2編號說明 38
3.2.3配比設計 39
3.3試驗材料 41
3.4實驗項目與方法 48
3.4.1細粒料比重及吸水率試驗 48
3.4.2粗粒料比重及吸水率試驗 50
3.4.3粒料篩分析試驗 51
3.4.4粒料單位體積重試驗 53
3.4.5水泥砂漿抗壓強度試驗 54
3.4.6混凝土抗壓強度試驗 56
3.4.7混凝土比重試驗 57
3.4.8吸水率 58
3.4.9比長試驗 59
3.4.10健性試驗 62
3.4.11透水試驗 64
3.4.12微觀結構觀察(SEM及EDS) 67
第四章 結果與討論 68
4.1抗壓強度試驗 68
4.1.1第一階段－水泥砂漿抗壓強度試驗結果 68
4.1.2第二階段－混凝土抗壓強度試驗結果 75
4.2比重試驗 81
4.3吸水率試驗 83
4.3.1第一階段－水泥砂漿吸水率試驗結果 83
4.3.2第二階段－混凝土吸水率試驗結果 89
4.4透水試驗 94
4.5健性試驗 96
4.6比長試驗 105
4.6.1第一階段－水泥砂漿棒比長試驗結果 105
4.6.2第二階段－混凝土角柱試驗結果 112
4.7 SEM與EDS 118
第五章 結論與建議 123
5.1結論 123
5.2建議 124
附錄 　參考文獻 125

1. A.M. Neville.(1995). Properties of Concrete. 4th edition, Longman Group,Harlow.
2. F.M. Lea.(1970). The chemistry of cement and concrete. 3rd ed.,Edward Arnold, London.
3. D.R. Lide.(2005). Handbook of chemistry and physics. edited by, 86th edition, CRC Press, FL.
4. 鄭錦銅(1988)。混凝土在高溫下之熱傳及微觀結構變化。國立中興大學土木工程研究所碩士論文。
5. 黃兆龍(2006)。混凝土材料品質控制試驗。台北市:詹氏書局。
6. Steven H.(2006). Design and Control of Concrete Mixtures. 14th Edition, PCA
7. Taylor, H. F. W.(1997). Cement Chemistry. London, England: Thomas Telford.
8. Soroka, I(1970). Portland Cement Paste and Concrete. London, England: Macmillapress.
9. Mindess,S. and J. F. Young.(1981). Concrete. New Jersey,NJ: Prentice Hall College.
10. S.Caijun.(1999). Strength, Pore Structure and Permeability of Alkali Activated Slag Mortars. Cement and Concrete Research, Vol.26, pp.1789-1799.
11. P. Kumar Mehta, Paulo J.M. Monteiro(1993). Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. 3/e. New York, NY: McGraw-Hill Education.
12. C.Power. The Physical Structure of Portland Cement Paste. in the Chmistry of Cements, Aca. Press, London, pp.391~416.
13. A.M. Brandt.(1995). Cement-Based Composites Materials. Mechanical Properties and Performance. First edition, pp.116~118.
14. J. F. Young, and S. Mindness (1998),The Science and Technology of Civil Engineering Materials, Prentice Hall.
15. Powers, T. C.(1949). The Nonevaporable Water Content of Hardened Portland-Cement Paste–Its Significance for Concrete Research and Its Method of Determination. Research Department Bulletin RX029, Portland Cement Association.
16. 王志軒(2009)。水密性混凝土於地下結構物防滲機制與處理之探討。國立中央大學土工程學系碩士論文。
17. 游顯德(1991)。建築防水工程設計施工規範之研究。中華民國建築學會。
18. 邱英嘉、謝素蘭(2000)。混凝土品質控制－配比設計。新文京開發出版有限公司。
19. 中鋼公司。取自http://www.csc.com.tw。
20. 中國鋼鐵股份有限公司、中龍鋼鐵股份有限公司(2017)。一貫作業煉鋼爐轉爐石瀝青混凝土使用手冊。行政院公共工程委員會，中聯資源股份有限公司主編。
21. 陳文輝(2008)。添加轉爐石粉對混凝土工程性質影響之研究。國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所。
22. 楊貫一(1992)。爐石資源化—中鋼公司爐石應用的過去與未來。技術與訓練，1，pp.31-46。
23. 陳志遠(2012)。轉爐石之回脹行為與其改善方法探討。國立成功大學土木工程研究所碩士論文。
24. 黃兆龍(1984)。高爐熟料的性質及在混凝土工程上的應用。營建世界，32，pp.55~59。
25. Monshi, and M.K. Asgarani.(1999). Portland cement from iron and steel slags and limestone. Cement and Concrete Research. Vol. 29, No. 9, pp. 1373–1377.
26. 林志棟、蘇育民(2000)。建築用防水材料與地工織物國家標準彙編。中國國家標準系列專輯(八)。公共工程品質管理系列叢書。
27. Motz, H., and Geiseler, J.(2001). Products of Steel Slags an Opportunity to Save Natural Resources. Waste Management21, pp. 285-293.
28. 李春雄(2003)。中鋼轉爐石回脹抑制方法之研究。國立成功大學土木工程研究所碩士論文。
29. 中聯資源網。取自http://www.chc.com.tw/docu.html。
30. 林志棟、袁家委、黃大衛、羅文彥(2007)。轉爐石資源化利用。中國工程師學會會刊，pp.35~45。
31. 蔡敏行(2001)。鋼鐵爐渣應用於海洋生態保育—日本爐渣應用概況介紹。簡報資料。
32. 黃博仁(1994)。台南市五期重劃區地下室外牆防水之調查研究。國立成功大學建築研究所碩士論文。
33. 許鎧麟、張朝順、謝秉銓、羅元宏(2016)。建築物防水設計技術建立之研究。內政部建築研究所委託之研究成果報告。
34. 孫臆勛(2002)。灰塵與雨水作用造成建築物外牆污染之研究－以表面粗度與角度因子探討之。國立成功大學建築研究所碩士論文。
35. 羅文明(1995)。合成樹脂防止建築石材表面污染之研究。國立成功大學建築研究所碩士論文。
36. C.Hall.(1989). Water Sorptivity of Mortars and Concretes: a review. Magazine of Concrete Research, Vol.12, No.6, pp.51~61.
37. 何世明(1991)。建築物防水工程技術。地景企業股份有限公司出版部。
38. 王正龍(2007)。地下室防水工法之研究。國立成功大學建築研究所碩士論文。
39. 林孟霈(2001)。建築物地下室外牆漏水現象與防水工程設計方式之探討－以台北地區為例。淡江大學建築研究所。
40. 林清富(2007)。RC 建築物滲漏水成因及防治對策之探討。中原大學土木工程學系碩士論文
41. 洪明瑞、張吉佐、郭來松、謝鎮財、袁榮宏(2000)。漫談建物防水施工之觀念與技術。
42. 黃義雄(2008)。以RC構造集合住宅漏水現象探討防水工程之因應對策－以台北地區為例。國立交通大學工學院專班工程技術與管組碩士論文。
43. 謝宗義(1998)。防水施工法。社團法人中華民國營建防水技術協進會。
44. 蕭江碧、游顯德、謝宗義(2000)。建築物防水設計手冊之研擬。內政部建築研究所研究計畫成果報告。
45. 洪明瑞、劉瑞春、陳建宏、范慧中、黃然、袁榮洪(2003)。結晶滲透材料在地下工程防水上之應用。第十屆岩土工程研討會。
46. 袁榮宏、洪明瑞、陳世欣、黃崇仁(2001)。以結晶滲透型防水材處理地下工程防水成效之介紹。第九屆大地工程學術研討會。
47. 周雙喜，楊榮興，何順愛(2002)。剛性防水材料分類及作用機理。桂林工學院學報，22(4)，493-498。
48. 張慶文(2014)。複合型防水劑研發與性能研究。國立高雄第一科技大學營建工程系碩士論文。
49. 李宜潔(2007)。防水結晶型添加劑對混凝土性質影響之研究。國立臺灣海洋大學河海工程學系碩士論文。
50. 張嘉良(2013)。養護條件對矽酸鹽水泥基防水材料力學及耐久性之探討。國立宜蘭大學土木工程學系碩士論文。