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系統識別號 U0002-0908200803455100
中文論文名稱 高鋁活性粉與矽灰應用於多孔隙混凝土路面面層之研究
英文論文名稱 A Study on Porous Concrete Pavement Containing High Alumina Reactive Powder and Silica Fume
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 劉家政
研究生英文姓名 Liu, Jiazheng
學號 694311324
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-21
論文頁數 173頁
口試委員 指導教授-劉明仁
委員-沈得縣
委員-林世泰
中文關鍵字 多孔隙混凝土  高鋁水泥  高鋁活性粉混凝土  多孔隙高鋁活性粉混凝土  抗彎強度  磨耗試驗  滲透係數 
英文關鍵字 porous concrete  high alumina cement  high alumina reactive powder concrete  high alumina reactive powder porous concrete  flexural strength  Cantabro test  permeability 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 多孔隙混凝土具有良好排水、吸音與抗滑能力,適合鋪設於台灣濕熱環境。由於多孔隙混凝土之孔隙率高,強度低於一般混凝土,應用範圍受到侷限。高鋁活性粉混凝土具有優越之抗壓、抗彎強度,本研究主要目標在結合多孔隙混凝土與高鋁活性粉混凝土之特性,製作多孔隙高鋁活性粉混凝土;另一目標則結合多孔隙混凝土和矽灰混凝土之特性,製作多孔隙矽灰混凝土,以改善其力學性質與驗證其績效。本研究多孔隙高鋁活性粉混凝土之訴求在其強度發展約三天即可到達28天齡期強度之80-90%,多孔隙矽灰混凝土則著重在長期強度,發展之兩種材料可提供鋪面工程選擇排水鋪面面層材料更多選擇。
根據本研究試驗結果,獲得初步結論歸納如下:
1.本研究實驗組(高鋁水泥與第一型波特蘭水泥固定比例混合)中水泥砂漿膨脹劑添加量為12%時之早期抗壓強度發展比添加量為10%或8%時快,惟實驗組中膨脹劑添加量為12%時之長期抗壓強度發展則比10%、8%差。因此本研究高鋁活性粉水泥砂漿試驗結果發現,實驗組之膨脹劑最適添加量為10%或8%。本研究控制組(完全使用高鋁水泥)之膨脹劑添加量僅嘗試12%,強度發展表現尚佳。
2.本研究混凝土抗壓強度試驗結果顯示,使用高鋁活性粉砂漿與常溫養護之方法,已可使多孔隙活性粉混凝土之28天齡期抗壓強度超越280 kg/cm2。使用矽灰水泥漿體與常溫養護之方法,亦可使多孔隙矽灰混凝土之28天齡期抗壓強度超越280 kg/cm2。
3.本研究多孔隙混凝土(孔隙率約15%)PHARPC組之3天抗壓強度約為270.0 kgf/cm2,PSFC組約為231.0 kgf/cm2,PC組約為158.9 kgf/cm2。其中PHARPC組之強度發展在3天即可接近其七天抗壓強度(305.6 kgf/cm2)之88.4 %。
4.本研究混凝土抗彎強度試驗結果顯示,PHARPC組與PSFC組之28天齡期抗彎強度皆超過40 kgf/cm2。其中PSFC組約為45.92 kgf/cm2,達到台灣區國道一般水泥混凝土路面之設計抗彎強度(45 kg/cm2)。
5.本研究透水試驗結果顯示,所有組別皆符合規範要求,滲透係數皆大於0.01 cm/sec。Cantabro磨耗試驗結果顯示,PHARPC組與PSFC組皆能提供良好之抗磨耗能力(磨耗百分比約為11.5%),兩者皆優於PC(控制組)。抗滑能力試驗結果顯示多孔隙高鋁活性粉混凝土與多孔隙矽灰混凝土皆具有良好之路面抗滑能力。
英文摘要 The low strength of porous concrete (PC) due to high air voids results in the limitation of its application. High alumina reactive powder concrete (RPC), however, has superior compressive and flexural strength. The first objective of this study was to combine the unique characteristic of porous concrete and high alumina reactive powder concrete, and develop the porous high alumina reactive powder concrete (PHARPPC). The second objective was to combine the porous concrete and silica fume concrete to develop the porous silica fume concrete (PSFC). PHARPPC and PSFC had improved mechanical properties, and hopefully could be an alternative for the rigid pavement construction.

Major findings based on the results of our tests were summarized as follows:
1.The results of mortar tests showed that the compressive strength development of experiment group (HAC and Type I portland cement mixes) with expansive agent dose rate set at 12% was better than that with 10% and 8%. It was found that the most suitable dose rate of expansive agent was 10% or 8% for the experiment group. 12% was the only one dose rate of set for the control group (HAC alone mixes) and later found adequate.
2.Results of compressive strength tests showed that the PHARPPC using high alumina reactive powder mortar and normal temperature curing exhibited 28-day strengths greater than 280 kg/cm2. Also found was that the PSFC using silica fume paste and normal temperature curing resulted in 28-day strengths greater than 280 kg/cm2.
3.The PHARPC had 3-day compressive strengths of 270.0 kg/cm2, PSFC of 231.0 kg/cm2, and PC of 158.9 kg/cm2. The PHARPC’s 3-day compressive strengths had been approaching 88.4% of its 7-day compressive strengths (305.6 kg/cm2).
4.The results showed that the PHARPC and the PSFC had 28-day flexural strengths greater than 40 kg/cm2, while the PSFC had 28-day flexural strengths greater than the design strength of 45 kg/cm2 specified in the TANEEB’s specifications.
5.The permeability test results showed that PHARPC, PSFC and PC all had good drainage ability (≧0.01cm/sec). Cantabro abrasion test results showed that PHARPC and PSFC had good abrasion resistance. Results of British Pendulum tests showed that PHARPC and PSFC both provided good skid resistance.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究動機及背景 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究步驟與流程 3
1-4 論文架構 6
第二章 文獻回顧 7
2-1 排水性鋪面及透水性鋪面之區別與功能 7
2-2 排水鋪面及透水鋪面發展沿革與應用 9
2-2-1 多孔隙瀝青混凝土 9
2-2-2 多孔隙水泥混凝土 11
2-3 多孔隙混凝土之孔隙 12
2-3-1 孔隙率的成因與種類 13
2-4 多孔隙混凝土孔隙率量測 14
2-4-1 水中體積法 14
2-4-2 壓汞法 14
2-4-3 氣體吸附法 16
2-5 多孔隙混凝土透水試驗方法 17
2-6 改善多孔隙水泥混凝土強度理論 23
2-7 高鋁水泥 25
2-7-1 高鋁水泥簡介 25
2-7-2 高鋁水泥強度衰減 27
2-7-3 高鋁水泥強度衰減的改善方法 28
2-8 膨脹劑 29
2-8-1 膨脹劑之種類 29
2-8-2 膨脹劑之種類及膨脹機理 30
2-9 卜作嵐材料 30
2-9-1 偏高嶺土 31
2-9-2 矽灰 33
第三章 試驗計畫 34
3-1 試驗組別配置 34
3-2 試驗材料 38
3-2-1第一階段水泥砂漿試體 38
3-2-2第二階段及第三階段多孔隙混凝土試體 38
3-3 第一階段水泥砂漿抗壓強度試驗之配比 44
3-4 第二階段多孔隙混凝土配比 47
3-5 水泥砂漿與多孔隙混凝土拌和方式 51
3-5-1 水泥砂漿拌合流程 51
3-5-2 多孔隙混凝土拌合流程 51
3-6 試體規劃與製作方法 52
3-6-1 水泥砂漿試體部份 52
3-6-2 多孔隙混凝土試體部份 53
3-7 試體養護方式 55
3-7-1 水泥砂漿試體部份 55
3-7-2 多孔隙混凝土試體部份 55
3-8試驗項目與方法 56
3-8-1 粗細粒料基本物理性質試驗 56
3-8-2 水泥及混凝土物理性質試驗 56
3-8-3 水泥砂漿力學性質試驗 59
3-8-5 硬固多孔隙混凝土力學性質試驗 60
3-8-6 多孔隙混凝土績效試驗 60
第四章 試驗結果與分析 66
4-1 粒料基本物理試驗 66
4-1-1 粗粒料基本物理試驗結果 66
4-1-2 細粒料基本物理試驗結果 67
4-2 水泥砂漿力學性質試驗結果 68
4-3 多孔隙混凝土配比設計試拌結果 74
4-4 新拌多孔隙混凝土性質試驗結果 76
4-4-1 混凝土凝結時間試驗 76
4-4-2 混凝土坍度試驗結果 78
4-4-3 混凝土單位重試驗結果 79
4-5 硬固多孔隙混凝土力學試驗結果 80
4-5-1 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果 80
4-5-2 多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果 84
4-5-3 多孔隙混凝土力學性質試驗結果綜合分析 87
4-6 硬固多孔隙混凝土績效試驗結果 87
4-6-1 透水係數試驗結果 88
4-6-2 Cantabro磨耗試驗結果 89
4-6-3 抗滑試驗結果 91
4-6-4 多孔隙混凝土績效試驗結果綜合分析 93
4-7 多孔隙混凝土材料配比討論 94
4-8 多孔隙混凝土各配比成本比較 95
第五章 結論與建議 97
5-1 結論 97
5-2 建議 98
5-2-1 現場施工建議 98
5-2-2 後續研究建議 99
附 錄 110
附錄一、粗粒料基本物理性質試驗結果 110
附錄二、水泥及混凝土物理性質與化學性質試驗 115
附錄三、水泥砂漿力學強度試驗結果 117
附錄四、新拌多孔隙混凝土性質試驗結果 147
附錄五、硬固多孔隙混凝土力學性質試驗結果 148
附錄六、硬固多孔隙混凝土績效試驗結果 157
附錄七:變異數分析與多重比較結果 160
附錄八:粗細粒料基本物理性質試驗方法 164
附錄九:新拌多孔隙混凝土性質試驗方法 170
附錄十:硬固多孔隙混凝土力學性質試驗方法 171

圖目錄
圖1-1 試驗流程 5
圖2-1 排水鋪面及透水鋪面斷面圖〔廖文水,2008〕 8
圖2-2 孔隙率示意圖〔46〕 12
圖2-3 透水試驗儀示意圖〔42〕 18
圖2-4 滲透係數實驗原理圖〔34〕 19
圖2-5 透水試驗裝置示意圖〔CNS 14995〕 20
圖2-6 現場透水試驗器〔46〕 21
圖2-7 透水試驗儀器〔66〕 22
圖2-8 多孔隙混凝土滲流示意圖〔71〕 23
圖2-9 多孔隙水泥混凝土概要結構模型〔66〕 25
圖2-10 高鋁水泥凝固後的微觀結構〔27〕 28
圖2-11 偏高嶺土及矽灰相位圖〔20〕 32
圖3-1 多孔隙混凝土配比設計與試驗流程圖 48
圖3-2 本研究多孔隙混凝土粗粒料級配曲線 49
圖3-3 水泥比重試驗 57
圖3-5 貫入試驗儀 59
圖3-6 透水試驗 62
圖4-1 細粒料(矽砂)級配曲線圖 68
圖4-2 高鋁活性粉水泥砂漿各齡期抗壓強度比較 71
圖4-3 矽灰水泥砂漿各齡期抗壓強度比較 72
圖4-4 高鋁活性粉水泥砂漿偏高嶺土取代量5%各齡期抗壓強度比較 72
圖4-5 高鋁活性粉水泥砂漿偏高嶺土取代量10%各齡期抗壓強度比較 73
圖4-6 高鋁活性粉水泥砂漿偏高嶺土取代量15%各齡期抗壓強度比較 73
圖4-7 各齡期矽灰添加量對抗壓強度關係 74
圖4-8 水量太多造成漿體垂流(失敗試體) 76
圖4-9 混凝土凝結時間試驗曲線圖 77
圖4-10 混凝土凝結時間試驗全對數圖 78
圖4-11 新拌多孔隙混凝土各組坍度試驗結果比較 79
圖4-12 新拌多孔隙混凝土各組單位重試驗結果比較 80
圖4-13 多孔隙混凝土各組孔隙率及抗壓強度 82
圖4-14 多孔隙活性粉高鋁混凝土各組孔隙率及抗壓強度 82
圖4-15 多孔隙矽灰混凝土各組孔隙率及抗壓強度 83
圖4-16 各組別多孔隙混凝土抗壓強度分佈 83
圖4-17 多孔隙混凝土各組抗彎強度試驗試驗結果比較 85
圖4-18 試驗組別與試驗齡期對抗彎強度之因子交互影響圖 86
圖4-19 多孔隙混凝土各組滲透係數試驗試驗結果比較 89
圖4-20 多孔隙混凝土各組Cantabro磨耗試驗試驗結果比較 90
圖4-21 多孔隙混凝土各組抗滑值試驗結果比較 92
圖4-22 試驗組別與試體狀態對抗滑值之因子交互影響圖 93

表目錄
表2-1 各國對多孔隙瀝青混凝土孔隙率之要求 10
表2-2 各國排水瀝青混合料粗粒料品質要求 10
表2-3 各國排水瀝青混合料之級配規格 11
表2-4 各國對多孔隙水泥混凝土孔隙率之要求 12
表2-5 壓汞法—水銀壓力與可量測之孔隙大小關係表 15
表2-6 氣體吸附法—相對濕度與孔徑半徑關係(20℃) 17
表3-1 第一階段水泥砂漿組別配置名稱及說明 35
表3-2 第二階段多孔隙混凝土組別配置名稱及說明 35
表3-3 各項試驗之試體尺寸、數量與齡期 36
表3-4 高鋁水泥之物理性質與力學性質 38
表3-5 高鋁水泥之化學成份 39
表3-6 第一型波特蘭水泥成份 39
表3-7 偏高嶺土之化學成份 40
表3-8 偏高嶺土之物理性質 40
表3-9 矽砂之化學成份 40
表3-10 矽砂之粒徑分佈 41
表3-11 三聚氰胺強塑劑之技術資料 42
表3-12 羧酸系強塑劑之性質 43
表3-13 第一階段水泥砂漿組別配置名稱及說明 45
表3-14 第一階段水泥砂漿試驗組別配比總表 46
表3-15 本研究採用粒料級配 49
表3-16 第二階段各組拌合及試驗編號 50
表3-17 各種水泥砂漿試體數量計算 52
表3-18 混凝土圓柱試體數量計算 53
表3-19 混凝土抗彎樑試體數量計算 53
表3-20 馬歇爾試體數量計算 54
表3-21 抗滑試體數量計算 54
表3-22 粗細粒料基本物理性質試驗 56
表3-23 新拌多孔隙混凝土性質試驗 60
表3-24 硬固多孔隙混凝土力學性質試驗 60
表3-25 多孔隙混凝土績效試驗 61
表3-26 溫度T℃時之黏性修正係數 62
表4-1 本研究粗粒料基本物性試驗結果 67
表4-2 細粒料試驗結果 68
表4-3 水泥砂漿各齡期平均抗壓強度 69
表4-4 多孔隙混凝土各組配比總表 75
表4-5 混凝土凝結時間試驗 77
表4-6 新拌多孔隙混凝土坍度試驗結果 78
表4-7 新拌多孔隙混凝土單位重試驗結果 79
表4-8 各組多孔隙混凝土平均抗壓強度 81
表4-9 各組多孔隙混凝土平均抗彎強度 84
表4-10 各齡期抗彎強度多重比較結果 86
表4-11 各組多孔隙混凝土平均滲透係數 88
表4-12 各組多孔隙混凝土平均磨耗百分比 90
表4-13 各組多孔隙混凝土平均抗滑值 91
表4-14 本研究中所使用之材料價格 95
表4-15 各組配比之成本計算 96

附圖目錄
附圖1 洛杉磯磨損試驗儀 166
附圖2 比例卡尺 168
附圖3 坍度試驗 170
附圖4 抗壓試驗 172
附圖5 抗彎試驗 173

附表目錄
附表1 粗粒單位重及空隙率試驗結果 110
附表2 粗粒料比重與吸水率試驗結果 110
附表3(A) 洛杉磯磨損試驗結果 111
附表3(B) 洛杉磯磨損試驗結果 111
附表3(C) 洛杉磯磨損試驗結果 112
附表3(D) 洛杉磯磨損試驗結果 112
附表4 粗粒料健性試驗(耐久性)結果 113
附表5(A) 扁長率 113
附表5(B) 扁長率 113
附表5(C) 扁長率 113
附表6(A) 破碎面 114
附表6(B) 破碎面 114
附表6(C) 破碎面 114
附表7 細粒料比重及吸水率試驗 114
附表8 水泥比重試驗 115
附表9 混凝土凝結時間試驗 116
附表10 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(1天齡期) 117
附表11 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(3天齡期) 120
附表12 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(7天齡期) 123
附表13 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(28天齡期) 129
附表14 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(56天齡期) 134
附表15 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(91天齡期) 139
附表16 水泥砂漿抗壓強度試驗結果(182天齡期) 143
附表17 多孔隙混凝土坍度試驗結果 147
附表18 新拌多孔隙混凝土單位重試驗結果 147
附表19 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果(3天齡期) 148
附表20 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果(7天齡期) 149
附表21 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果(28天齡期) 151
附表22 多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果(7天齡期) 155
附表23 多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果(28天齡期) 156
附表24 多孔隙混凝土透水試驗結果 157
附表25 多孔隙混凝土Cantabro磨耗試驗結果(28天齡期) 158
附表26 多孔隙混凝土抗滑試驗結果(試體表面乾燥狀態) 159
附表27 多孔隙混凝土抗滑試驗結果(試體表面濕潤狀態) 159
附表28 多孔隙混凝土抗彎強度二因子變異數分析結果 160
附表29 多孔隙混凝土各齡期抗彎強度Duncan多重比較結果 161
附表30 多孔隙混凝土抗滑值二因子變異數分析結果 162
附表31 多孔隙混凝土各齡期抗滑值Duncan多重比較結果 163
附表32 五度循環硫酸鈉試驗所秤取之試樣重 167
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