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系統識別號 U0002-1702200910392500
中文論文名稱 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之研究
英文論文名稱 Properties of Reactive Powder Concrete with Metakaolin Partially Replacing of 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 97
學期 1
出版年 98
研究生中文姓名 江佳如
研究生英文姓名 Chia-Ju Chiang
學號 695380302
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-01-08
論文頁數 163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 活性粉混凝土  偏高嶺土  爐石粉  高溫養護 
英文關鍵字 reactive powder concrete  metakaolin  slag  high temperature curing 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究採用具有卜作嵐反應之偏高嶺土及爐石粉,分別取代矽灰重量30%、50%及70%,首先以常溫23℃及高溫70℃進行水養護,然後進行力學性質試驗,及耐久性質試驗。試驗結果顯示,使用偏高嶺土取代矽灰部分,為使用高溫70℃水養護,30%取代量之組別較為可行;而使用爐石粉取代矽灰部分,為使用高溫70℃水養護,30%取代量之組別表現較佳。根據本研究試驗結果,可得結論如下:
1.本研究在固定用水量及固定強塑劑用量下,偏高嶺土取代矽灰組別之工作性較矽灰組別(控制組)略差。而爐石粉取代矽灰組別之工作性,呈現取代量越多,工作性越佳之情形。
2.本研究在使用偏高嶺土及爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土中,均呈現高溫水養護組別之各項強度皆高於相同取代量之常溫水養護組別,研判高溫水養護(70℃)可加速試體之水化作用與卜作嵐反應,促進活性粉混凝土強度之迅速成長。
3.本研究偏高嶺土及爐石粉取代矽灰組別之各項力學強度皆低於控制組,當偏高嶺土及爐石粉取代量愈多時,各項強度愈低,其中偏高嶺土取代量30%及爐石粉取代量30%時之強度與控制組最接近。
4.本研究各項力學強度試驗結果發現,齡期愈長時強度愈高,主要原因為偏高嶺土因為水化作用與卜作嵐反應逐漸完成而強化。
5.本研究活性粉混凝土表面電阻值皆高於規範值(20 KΩ-cm),尤其經過高溫養護後其電阻更可達到300 KΩ-cm以上,顯示外部劣化因子不易滲入,而有良好之抗蝕能力。
英文摘要 This research of reactive powder concrete (RPC) utilized the metakaolin and slag to replace the silica fume for 30%, 50% and 70% by weight. RPC specimens made and moisture cured at 23℃ and 70℃, respectively. Mechanical property tests and durability tests were conducted on those specimens. According to the research results, conclusions were summarized as follows:
1.Using constant-amount of water and superplasticizer, the results showed that the workability of the metakaolin replacement groups was worse than that of the silica fume (control) group. But the more the slag replaced the silica fume, the better its workability was.
2.The results showed that all the strengths of high-temperature (70℃) curing groups were higher than that of normal-temperature (23℃) curing groups due to the higher rate of hydration and pozzolanic reactivity of the RPC specimens.
3.The mechanical strengths of metakaolin and slag replacement groups were all lower than that of the control group, and the more it replaced the lower it got. Among them, the strengths of 30% replacement of metakaolin and 30% replacement of slag were the closest to that of the control and the most feasible.
4.The results indicated that the mechanical properties went higher with the age of the specimens, mainly because of the completeness of the hydration and pozzolanic reaction with longer age.
5.The surface resistivity of all RPC specimens was higher than the recommended value, 20 KΩ-cm. Some specimens were even higher than 300 KΩ-cm, which indicated good corrosion resistance and durability, after high-temperature moisture curing.
論文目次 目 錄
第一章 緒論1
1.1 研究背景1
1.2 研究目的1
1.3 研究方法3
第二章 文獻回顧5
2.1 活性粉混凝土之發展5
2.2 活性粉混凝土之配比技術6
2.2.1 活性粉混凝土材料之選擇7
2.3 活性粉混凝土在工程上之應用12
2.3.1 活性粉混凝土於國外之應用13
2.3.2 活性粉混凝土於台灣之應用13
2.4 卜作嵐材料14
2.4.1 矽灰的來源與特性20
2.4.2 偏高嶺土的來源及特性22
2.4.3 爐石粉的來源及特性26
2.5 養護對混凝土之影響29
第三章 試驗計畫30
3.1 試驗內容30
3.1.1 試驗變數及範圍30
3.2 基本試驗材料及儀器32
3.2.1試驗材料32
3.3試體製作40
3.4試驗項目43
3.4.1試驗方法44
第四章 結果與討論52
4.1 活性粉混凝土之工作性52
4.2卜作嵐活性指數試驗結果56
4.3 活性粉混凝土之抗壓強度59
4.3.1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土59
4.3.2 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土64
4.4 活性粉混凝土之抗彎強度71
4.4.1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土71
4.4.2 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土76
4.5 活性粉混凝土之劈裂強度84
4.5.1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土84
4.5.2 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土89
4.6 活性粉混凝土之表面電阻試驗96
4.6.1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土96
4.6.2 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土102
4.7 吸水率試驗109
4.7.1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之吸水率109
4.7.2 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之吸水率119
4.8 活性粉混凝土成本分析131
第五章 結論與建議132
5.1 結論132
5.2 建議134
參考文獻135
附 錄140
附錄一、活性粉混凝土力學性質試驗結果140
附錄二、活性粉混凝土耐久性質試驗結果152

表目錄
表2-1 活性粉混凝土與其他混凝土力學性質比較表【5】6
表2-2 活性粉混凝土與其他混凝土之耐久性比較表【6】6
表2-3 常見之OPC、HPC、RPC配比結果(kg/m3)比較表【5】7
表2-4 典型波特蘭各型水泥之物化性質【23】9
表2-5 活性粉混凝土常見材料及其性質及建議【5】10
表2-6 各型波特蘭水泥隨齡期之強度發展【11】10
表2-7 卜作嵐物質的特性【22】17
表2-8 卜作嵐材料分類【22】18
表2-9 礦粉掺料之種類與材料【23】18
表2-10 掺料改善混凝土性質之功能【23】19
表2-11 高嶺土的物化性能【46】23
表2-12 高嶺土可塑性等級【46】24
表2-13 高嶺土主要用途【25】25
表3-1 試驗變數及範圍30
表3-2 試體編號及規則31
表3-3 第一型波特蘭水泥成份32
表3-4 砂化學成份表33
表3-5 砂篩分析結果33
表3-6 爐石粉化學成份表35
表3-7 偏高嶺土化學成份表36
表3-8 偏高嶺土物理指標36
表3-9 鋼纖維規格37
表3-10 羧酸系強塑劑之性質38
表3-11 Glenium51型強塑劑成分表38
表3-12 試驗項目及方法43
表3-13 活性粉混凝土配比表51
表4-1 活性粉混凝土各組別配比流度值53
表4-2 不同卜作嵐材料取代水泥及純水泥砂漿之抗壓強度57
表4-3 卜作嵐活性指數57
表4-4 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度60
表4-5 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度65
表4-6 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度72
表4-7 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度77
表4-8 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度85
表4-9 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度90
表4-10 不同偏高嶺土取代百分比之表面電阻97
表4-11 不同爐石粉取代百分比之表面電阻103
表4-12 不同偏高嶺土取代百分比於齡期28天之吸水率111
表4-13 不同偏高嶺土取代百分比於齡期56天之吸水率111
表4-14 不同爐石粉取代百分比於齡期28天之吸水率120
表4-15 不同爐石粉取代百分比於齡期56天之吸水率120
表4-16 材料單價表131
表4-17 成本分析表131

圖目錄
圖1-1 研究試驗流程4
圖2-1 高嶺土【33】25
圖2-2 爐石產生示意圖【34】28
圖2-3 爐石種類簡易之分類【34】28
圖3-1 矽砂34
圖3-2 Elkem 矽灰34
圖3-3 偏高嶺土37
圖3-4 鋼纖維外觀37
圖3-5 Glenium51型強塑劑39
圖3-6 拌合試驗機40
圖3-7 高溫養護水槽41
圖3-8 電子溫度控制器41
圖3-9 養護流程圖42
圖3-10 流度試驗儀44
圖3-11 抗壓試驗試體46
圖3-12 抗彎試驗試體47
圖3-13 活性粉混凝土抗彎試驗47
圖3-14 劈裂試驗試體48
圖3-15 烘箱50
圖3-16 電子秤50
圖4-1 活性粉混凝土各組取代百分比之流度值54
圖4-2 不同取代百分比之流度試驗照片55
圖4-3 卜作嵐材料與抗壓強度關係圖57
圖4-4 卜作嵐活性指數58
圖4-5 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與抗壓強度關係圖61
圖4-6 不同偏高嶺土取代百分比於齡期7天之抗壓強度61
圖4-7 不同偏高嶺土取代百分比於齡期14天之抗壓強度62
圖4-8 不同偏高嶺土取代百分比於齡期28天之抗壓強度62
圖4-9 不同偏高嶺土取代百分比於齡期56天之抗壓強度63
圖4-10 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與抗壓強度之關係圖63
圖4-11 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與抗壓強度之關係圖64
圖4-12 不同爐石粉取代量及養護溫度與抗壓強度關係圖66
圖4-13 不同爐石粉取代百分比於齡期7天之抗壓強度66
圖4-14 不同爐石粉取代百分比於齡期14天之抗壓強度67
圖4-15 不同爐石粉取代百分比於齡期28天之抗壓強度67
圖4-16 不同爐石粉取代百分比於齡期56天之抗壓強度68
圖4-17 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與抗壓強度之關係圖68
圖4-18 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與抗壓強度之關係圖69
圖4-19 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之抗壓強度關係圖69
圖4-20 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之抗壓強度關係圖70
圖4-21 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之抗壓強度關係圖70
圖4-22 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與抗彎強度關係圖73
圖4-23 不同偏高嶺土取代百分比於齡期7天之抗彎強度73
圖4-24 不同偏高嶺土取代百分比於齡期14天之抗彎強度74
圖4-25 不同偏高嶺土取代百分比於齡期28天之抗彎強度74
圖4-26 不同偏高嶺土取代百分比於齡期56天之抗彎強度75
圖4-27 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與抗彎強度之關係圖75
圖4-28 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與抗彎強度之關係圖76
圖4-29 不同爐石粉取代量及養護溫度與抗彎強度關係圖78
圖4-30 不同爐石粉取代百分比於齡期7天之抗彎強度79
圖4-31 不同爐石粉取代百分比於齡期14天之抗彎強度79
圖4-32 不同爐石粉取代百分比於齡期28天之抗彎強度80
圖4-33 不同爐石粉取代百分比於齡期56天之抗彎強度80
圖4-34 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與抗彎強度之關係圖81
圖4-35 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與抗彎強度之關係圖81
圖4-36 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之抗彎強度關係圖82
圖4-37 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之抗彎強度關係圖82
圖4-38 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之抗彎強度關係圖83
圖4-39 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與劈裂強度關係圖86
圖4-40 不同偏高嶺土取代百分比於齡期7天之劈裂強度86
圖4-41 不同偏高嶺土取代百分比於齡期14天之劈裂強度87
圖4-42 不同偏高嶺土取代百分比於齡期28天之劈裂強度87
圖4-43 不同偏高嶺土取代百分比於齡期56天之劈裂強度88
圖4- 44 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與劈裂強度之關係圖88
圖4- 45 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與劈裂強度之關係圖89
圖4-46 不同爐石粉取代量及養護溫度與劈裂強度關係圖91
圖4-47 不同爐石粉取代百分比於齡期7天之劈裂強度91
圖4-48 不同爐石粉取代百分比於齡期14天之劈裂強度92
圖4-49 不同爐石粉取代百分比於齡期28天之劈裂強度92
圖4-50 不同爐石粉取代百分比於齡期56天之劈裂強度93
圖4-51 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與劈裂強度之關係圖93
圖4-52 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與劈裂強度之關係圖94
圖4-53 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之劈裂強度關係圖94
圖4-54 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之劈裂強度關係圖95
圖4-55 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之劈裂強度關係圖95
圖4-56 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與表面電阻關係圖98
圖4-57 不同偏高嶺土取代百分比於齡期7天之表面電阻98
圖4-58 不同偏高嶺土取代百分比於齡期14天之表面電阻99
圖4-59 不同偏高嶺土取代百分比於齡期28天之表面電阻99
圖4-60 不同偏高嶺土取代百分比於齡期56天之表面電阻100
圖4-61 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與表面電阻之關係圖100
圖4-62 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與表面電阻之關係圖101
圖4-63 不同爐石粉取代量及養護溫度與表面電阻關係圖103
圖4-64 不同爐石粉取代百分比於齡期7天之表面電阻104
圖4-65 不同爐石粉取代百分比於齡期14天之表面電阻104
圖4-66 不同爐石粉取代百分比於齡期28天之表面電阻105
圖4-67 不同爐石粉取代百分比於齡期56天之表面電阻105
圖4-68 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與表面電阻之關係圖106
圖4-69 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與表面電阻之關係圖106
圖4-70 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之表面電阻關係圖107
圖4-71 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之表面電阻關係圖107
圖4-72 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之表面電阻關係圖108
圖4-73 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與吸水率關係圖112
圖4-74 不同偏高嶺土取代百分於1小時之吸水率112
圖4-75 不同偏高嶺土取代百分於1天之吸水率113
圖4-76 不同偏高嶺土取代百分於3天之吸水率113
圖4-77 不同偏高嶺土取代百分於7天之吸水率114
圖4-78 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與吸水率之關係圖114
圖4-79 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與吸水率之關係圖115
圖4-80 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與吸水率關係圖115
圖4-81 不同偏高嶺土取代百分於1小時之吸水率116
圖4-82 不同偏高嶺土取代百分於1天之吸水率116
圖4-83 不同偏高嶺土取代百分於3天之吸水率117
圖4-84 不同偏高嶺土取代百分於7天之吸水率117
圖4-85 不同偏高嶺土取代百分比23℃養護下與吸水率之關係圖118
圖4-86 不同偏高嶺土取代百分比70℃養護下與吸水率之關係圖118
圖4-87 不同偏高嶺土取代量及養護溫度與吸水率關係圖121
圖4-88 不同爐石粉取代百分於1小時之吸水率121
圖4-89 不同爐石粉取代百分於1天之吸水率122
圖4-90 不同爐石粉取代百分於3天之吸水率122
圖4-91 不同爐石粉取代百分於7天之吸水率123
圖4-92 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與吸水率之關係圖123
圖4-93 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與吸水率之關係圖124
圖4-94 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之吸水率關係圖124
圖4-95 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之吸水率關係圖125
圖4-96 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之吸水率關係圖125
圖4-97 不同爐石粉取代量及養護溫度與吸水率關係圖126
圖4-98 不同爐石粉取代百分於1小時之吸水率126
圖4-99 不同爐石粉取代百分於1天之吸水率127
圖4-100 不同爐石粉取代百分於3天之吸水率127
圖4-101 不同爐石粉取代百分於7天之吸水率128
圖4-102 不同爐石粉取代百分比23℃養護下與吸水率之關係圖128
圖4-103 不同爐石粉取代百分比70℃養護下與吸水率之關係圖129
圖4-104 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰30%之吸水率關係圖129
圖4-105 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰50%之吸水率關係圖130
圖4-106 偏高嶺土與爐石粉分別取代矽灰70%之吸水率關係圖130

附表目錄
附表1 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度試驗結果140
附表2 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度試驗結果141
附表3 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度試驗結果142
附表4 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗壓強度試驗結果143
附表5 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度試驗結果144
附表6 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度試驗結果145
附表7 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度試驗結果146
附表8 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之抗彎強度試驗結果147
附表9 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度試驗結果148
附表10 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度試驗結果149
附表11 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度試驗結果150
附表12 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之劈裂強度試驗結果151
附表13 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之表面電阻試驗結果152
附表14 偏高嶺土取代矽灰於活性粉混凝土之表面電阻試驗結果153
附表15 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之表面電阻試驗結果154
附表16 爐石粉取代矽灰於活性粉混凝土之表面電阻試驗結果155
附表17 偏高嶺土取代矽灰於28天之吸水率156
附表18 偏高嶺土取代矽灰於28天之吸水率157
附表19 偏高嶺土取代矽灰於56天之吸水率158
附表20 偏高嶺土取代矽灰於56天之吸水率159
附表21 爐石粉取代矽灰於28天之吸水率160
附表22 爐石粉取代矽灰於28天之吸水率161
附表23 爐石粉取代矽灰於56天之吸水率162
附表24 爐石粉取代矽灰於56天之吸水率163
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