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系統識別號 U0002-2008200820285600
中文論文名稱 混凝土添加廢棄橡膠與矽灰之工程性質研究
英文論文名稱 Properties of Scrap Tire Rubber-Filled Concrete Containing 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 陳 佳 隆
研究生英文姓名 Chia-Lung Chen
學號 693310293
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-21
論文頁數 155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 廢輪胎  橡膠  橡膠混凝土  橡胎乳膠混凝土  矽灰  衝擊強度  抗彎強度 
英文關鍵字 waste tires  crumb rubber  rubber included concrete  tire added latex concrete  silica fume  impact strength  flexural strength 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究以不同比例之廢輪胎橡膠塊或橡膠粉末分別取代粗細骨材,並考慮橡膠表面蝕刻處理(surface etching treatment)、添加聚合物摻料、強塑劑及卜作嵐材料等不同材料以製作試體,進行水泥砂漿抗壓強度試驗、水泥砂漿衝擊強度試驗、新拌混凝土性質試驗及硬固混凝土力學性質試驗。
本研究選用表面蝕刻處理後橡膠取代控制組總骨材重量比0%、2%、4%等三種不同比例,各取代比例係以橡膠塊(4.75mm~1.18mm)及橡膠粉(0.6mm~0.075mm)去取代同粒徑之骨材。乳膠使用量為水泥用量之0%、5%、10%,矽灰取代量為水泥重量之0%及15%。根據本研究試驗結果,得到結論如下:
1.水泥砂漿力學性質方面,28天齡期抗壓強度試驗結果顯示,添加矽灰之組別表現最佳,控制組次之,而添加橡膠之組別表現最差。橡膠顆粒尺寸愈大則其抗壓強度愈低,橡膠含量愈多時抗壓強度亦愈低。本研究衝擊試驗結果發現,4%橡膠添加量試體之衝擊強度高於2%橡膠添加量,且橡膠粉組別之衝擊強度高於橡膠塊組別。
2.新拌混凝土性質方面,當橡膠含量百分比增加時,混凝土工作性隨之降低。因橡膠顆粒之比重較骨材輕,故橡膠含量百分比增加時,混凝土單位重亦隨之降低。
3.硬固混凝土力學性質方面,橡膠粉經過表面蝕刻處理前、後分別取代混凝土部分骨材之抗壓強度試驗結果顯示,表面蝕刻處理組別之抗壓強度略有提升。橡膠混凝土之抗壓強度隨橡膠含量百分比之增加而減少;矽灰橡膠混凝土之28天齡期抗壓強度則因卜作嵐材料反應,強度明顯提升。
4.本研究橡膠混凝土之抗壓強度、抗彎強度或劈裂強度,皆隨橡膠含量百分比之增加而降低。根據本研究試驗結果顯示,橡膠混凝土使用矽灰摻料可有效改善其各項力學強度表現。
英文摘要 This study investigated the properties of scrap tire rubber included concrete. Ground rubber (0.6mm~0.075mm in size) and crumb rubber (4.75mm~1.18mm in size) were used to replace portions of fine or coarse aggregate in concrete. Surface etching treatment of rubber, latex admixture, superplasticizer and pozzolan material were also included in the study. Various laboratory tests were performed on mortar, fresh and hardened concrete specimens.
Rubber replacement rates of 0%, 2% and 4% by weight of total aggregates were used in this study. Latex addition rates of 0%, 5%, and 10% by weight of cement and silica fume replacement rates of 0% and 15% by weight of cement were also arranged. Based on the laboratory test results of this study, major conclusions were summarized as follows:
1.The silica fume mortar gave the highest 28 days compressive strength; the control mortar gave the second highest compressive strength; while crumb rubber mortar gave the lowest strength. Reducing the particle size of ground rubber was beneficial to the strength increase of rubber included mortar. Increasing the rubber content would significantly decrease the strength of rubber included mortar.
2.The slump of concrete generally decreased with increasing rubber content. Because of low specific gravity of rubber particles, unit weight of mixtures containing rubber decreased with the increase in the percentage of rubber content.
3.Concrete containing crumb rubber modified by saturated NaOH solution which replaces a portion of aggregate exhibited higher compressive strength than that of unmodified. Rubber included concrete generally gave lower compressive strength with the increase of rubber content. Test results showed that the silica fume concretes had obvious long-term strength improvement with the contribution of pozzolanic reaction.
4.Test results indicated that the compressive, flexural and splitting tensile strengths of concrete generally reduced with increase rubber content. However, the use of silica fume considerably enhanced these mechanical properties of ordinary and rubber included concretes, and decreased the rate of strength loss accompanied by the addition of rubber.
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 2
1-3 研究方法與步驟 3
第二章 文獻回顧 6
2-1 廢輪胎概述 6
2-2 廢輪胎之可能處理方式 7
2-2-1 掩埋 8
2-2-2 直接利用 8
2-2-3 能源回收再利用 9
2-2-4 粉碎後再利用 10
2-3 廢輪胎橡膠性質概述 13
2-3-1 廢輪胎之組成 13
2-3-2 橡膠之製程與分類 15
2-4 廢輪胎橡膠用於混凝土之研究 17
2-4-1 新拌混凝土之特性 17
2-4-1-1 坍度 17
2-4-1-2 空氣含量 18
2-4-1-3 單位重 19
2-4-2 硬固混凝土之特性 20
2-4-2-1 抗壓及抗拉強度特性 20
2-4-2-2 韌性及衝擊之抵抗 21
2-5 國內外橡膠混凝土之相關應用 23
2-5-1 國外橡膠混凝土之研究 24
2-5-2 國內橡膠混凝土之研究 27
2-6 橡膠混凝土改善強度方法 28
第三章 試驗計畫 32
3-1 試驗材料 32
3-2 試驗規劃 38
3-2-1 試驗編號 39
3-2-2組別配置 41
3-3 試驗方法及步驟 43
3-3-1 試驗設計 43
3-3-1-1 橡膠表面處理 43
3-3-1-2 配比設計 44
3-3-2 試體規劃與製作方法 46
3-3-2-1 水泥砂漿試體部分 47
3-3-2-2 水泥混凝土試體部分 47
3-3-3 試體拌合與養護方式 48
3-3-3-1 試體拌合方式 48
3-3-3-2 試體養護方式 49
3-4 試驗項目與方法 50
3-4-1 粒料基本物性試驗 50
3-4-2 水泥砂漿力學性質試驗 51
3-4-3 新拌混凝土性質試驗 51
3-4-4 硬固混凝土力學性質試驗 52
3-5 橡膠砂漿衝擊試驗內容及方法 52
3-5-1 Charpy衝擊試驗原理 52
3-5-2 水泥砂漿衝擊試驗設計 54
第四章 試驗結果與討論 58
4-1 粒料基本物性試驗結果 58
4-1-1 篩分析試驗結果 59
4-2 水泥砂漿力學性質試驗結果 61
4-2-1 抗壓強度試驗結果 62
4-2-2 水泥砂漿衝擊試驗結果 66
4-2-3 水泥砂漿力學性質試驗結果綜合分析 68
4-3 水泥混凝土試驗設計結果 68
4-3-1 橡膠表面處理 69
4-3-2 配比設計結果 70
4-4 新拌混凝土性質試驗結果 72
4-4-1 混凝土坍度試驗結果 73
4-4-2 混凝土單位重試驗結果 75
4-4-3 新拌混凝土性質試驗結果綜合分析 76
4-5 硬固混凝土力學性質試驗結果 77
4-5-1 橡膠混凝土抗壓強度試驗結果 77
4-5-1-1 聚合物乳膠類混凝土抗壓試驗結果 77
4-5-1-2 矽灰摻料類混凝土抗壓試驗結果 83
4-5-2 混凝土抗彎強度試驗結果 90
4-5-3 混凝土劈裂抗拉強度試驗結果 97
4-5-4 硬固混凝土力學性試驗結果綜合分析 102
4-6 混凝土成本比較 103
第五章 結論與建議 105
5-1 結論 105
5-2 建議 106
參考文獻 109
英文文獻: 109
中文文獻: 110
網路參考文獻: 113
附錄 114
附錄一、粗骨材基本物理性質試驗結果 114
附錄二、水泥砂漿力學強度試驗結果 118
附錄三、新拌混凝土性質試驗結果 124
附錄四、硬固混凝土力學性質試驗結果 127
附錄五、變異分析與多重比較結果 135
附錄六、粗粒料基本物性試驗方法 147
1.粗粒料單位重及空隙率試驗 147
2.粗粒料比重及吸水率試驗 148
3.粗粒料洛杉磯磨損試驗 149
4.粗粒料健性試驗(五度循環硫酸鈉試驗) 150
5.粗粒料扁長率 151
6.粗粒料破裂面 151
附錄七、水泥砂漿力學性質試驗 152
1.水泥砂漿抗壓強度試驗 152
附錄八、新拌混凝土性質試驗 152
1.混凝土坍度試驗 152
2.混凝土單位重試驗 153
附錄九、硬固混凝土力學性質試驗 153
1.混凝土抗壓試驗 153
2.混凝土抗彎試驗 154
3.混凝土劈裂抗拉強度試驗 154

圖目錄

圖1-1 主要研究流程 5
圖2-1 我國廢輪胎回收量統計圖 7
圖2-2 橡膠版隔音牆 11
圖2-3 輪胎組成圖 14
圖2-4 不同橡膠含量對混凝土坍度之影響 18
圖2-5 不同橡膠含量對混凝土空氣含量之影響 19
圖2-6 不同橡膠含量對混凝土單位重之影響 19
圖2-7 不同橡膠含量對混凝土抗壓強度之影響 21
圖2-8 混凝土劈裂試驗之荷重-位移曲線圖 23
圖2-9 衝擊試驗試體尺寸 26
圖2-10 橡膠樣本表面處理之砂漿抗壓強度比較 30
圖2-11 矽灰含量對橡膠混凝土之影響 31
圖3-1 橡膠塊(ground rubber) 37
圖3-2 橡膠粉(crumb rubber) 37
圖3-3 苯乙烯-丁二烯橡膠乳膠(SBR Latex) 38
圖3-4 橡膠表面蝕刻 43
圖3-5 恆溫恆濕櫃 50
圖3-6 衝擊試驗機之原理圖 54
圖3-8 Charpy衝擊試驗試片規格圖 56
圖3-9 水泥砂漿衝擊試片 57
圖3-10 衝擊試驗模具圖 57
圖4-1 橡膠塊粒料分佈曲線 60
圖4-2 橡膠粉粒料分佈曲線 61
圖4-3 水泥砂漿各組別不同齡期抗壓強度比較 65
圖4-4 水泥砂漿抗壓強度之因子交互影響圖 65
圖4-5 水泥砂漿各組別衝擊強度比較 67
圖4-6 有無表面處理橡膠粉添加於混凝土之力學強度比較 70
圖4-7 新拌混凝土各組別坍度試驗結果比較 74
圖4-8 混凝土單位重試驗結果比較圖 76
圖4-9 控制組與橡膠混凝土之抗壓強度比較 82
圖4-10 橡膠混凝土與橡胎乳膠混凝土之抗壓強度比較 82
圖4-11 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度之因子交互影響圖 83
圖4-12 控制組與矽灰混凝土之抗壓強度比較 88
圖4-13 矽灰摻料類之混凝土抗壓強度比較 88
圖4-14 7天混凝土抗壓強度之添加矽灰及橡膠含量比較 89
圖4-15 28天混凝土抗壓強度之添加矽灰及橡膠含量比較 89
圖4-16 矽灰摻料類混凝土抗壓強度之因子交互影響圖 90
圖4-17 控制組與添加乳膠之混凝土抗彎強度比較 96
圖4-18 添加橡膠與矽灰橡膠混凝土之抗彎強度比較 96
圖4-19 各組別混凝土抗彎強度總比較 97
圖4-20 混凝土劈裂抗拉試驗強度總比較 101
圖4-21 28天混凝土抗拉強度之添加矽灰及橡膠含量比較 101

表目錄

表2-1 廢輪胎處理方式 12
表2-1 廢輪胎處理方式(續) 13
表2-2 歐洲聯盟轎車輪胎和卡車輪胎的材料成分的比較 14
表2-3 廢輪胎之基本成分組成 15
表2-4 不同尺寸的廢輪胎在公路工程之應用範圍 17
表2-5 橡膠粉添加量與阻尼比之比較 27
表3-1 本研究採用之一般路面混凝土級配 34
表3-2 矽砂之化學成份 34
表3-3 矽砂之粒徑分佈 35
表3-4 橡膠塊篩分析(4.75mm~1.18mm) 35
表3-5 橡膠粉篩分析(0.6mm~0.075mm) 35
表3-6 強塑劑成分 36
表3-7 試驗用乳膠物化性 36
表3-8 水泥砂漿與混凝土試驗規劃 39
表3-9 水泥砂漿組別配置名稱及說明 42
表3-10 混凝土組別配置名稱及說明 42
表3-11 水泥砂漿試體組別配比總表 45
表3-12 混凝土試驗組別及說明 45
表3-12 混凝土試驗組別及說明(續) 46
表3-13 水泥砂漿試體數量計算 47
表3-14 混凝土試驗組別之圓柱試體數量計算 48
表3-15 各試驗組別之抗彎樑試體數量計算 48
表3-16 粒料基本物性試驗 51
表3-17 水泥砂漿力學性質試驗 51
表3-18 新拌混凝土性質試驗 52
表3-19 硬固混凝土性質試驗 52
表4-1 天然粒料基本物性試驗結果 58
表4-2 矽砂試驗結果 59
表4-3 各粒料料堆篩分析試驗結果 60
表4-4 水泥砂漿試體平均7天與28天齡期抗壓強度 64
表4-5 水泥砂漿抗壓強度之二因子變異數分析結果 64
表4-6 水泥砂漿抗壓強度Duncan多重比較結果 64
表4-7 水泥砂漿試體衝擊試驗強度 67
表4-8 矽灰橡膠水泥混凝土表面處理組別及說明 69
表4-9 混凝土試驗組別及說明 71
表4-10 試驗組別總覽 72
表4-11 新拌混凝土坍度試驗結果 74
表4-12 混凝土單位重試驗結果 76
表4-13 聚合物乳膠類混凝土之平均抗壓強度試驗結果 80
表4-14 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度之二因子變異數分析結果 80
表4-15 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度Duncan多重比較結果 80
表4-16 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度結果排序 81
表4-17 矽灰摻料類混凝土之平均抗壓強度試驗結果 86
表4-18 矽灰摻料類混凝土抗壓強度之二因子變異數分析結果 86
表4-19 矽灰摻料類混凝土抗壓強度Duncan多重比較結果 87
表4-20 矽灰摻料類混凝土抗壓強度結果排序 87
表4-21 混凝土平均抗彎強度試驗結果 93
表4-22 各組別混凝土抗彎強度Duncan多重比較結果 94
表4-23 混凝土抗彎強度結果排序 95
表4-24 各組別混凝土平均劈裂抗拉強度 99
表4-25 混凝土劈裂抗拉強度Duncan多重比較結果 100
表4-26 混凝土劈裂抗拉強度Duncan多重比較結果 100
表4-27 本研究中使用之材料價格 103
表4-28 試驗組別之初步成本 104

附表目錄
頁次
附表1 粗骨材比重與吸水率試驗結果 114
附表2 細骨材比重與吸水率試驗結果 115
附表3 骨材單位重及空隙率試驗結果 115
附表4 洛杉磯磨損試驗結果 116
附表5 骨材健性試驗-耐久性結果 116
附表5 骨材健性試驗-耐久性結果(續) 117
附表6 水泥砂漿試體抗壓強度試驗結果(7天齡期) 118
附表6 水泥砂漿試體抗壓強度試驗結果(7天齡期)(續) 119
附表7 水泥砂漿試體抗壓強度試驗結果(28天齡期) 120
附表7 水泥砂漿試體抗壓強度試驗結果(28天齡期)(續) 121
附表8 水泥砂漿試體衝擊試驗強度試驗結果 122
附表8 水泥砂漿試體衝擊試驗強度試驗結果(續) 123
附表9 新拌混凝土坍度試驗結果 124
附表9 新拌混凝土坍度試驗結果(續) 125
附表10 新拌混凝土單位重試驗結果 126
附表11 混凝土抗壓強度試驗結果(7天齡期) 127
附表11 混凝土抗壓強度試驗結果(7天齡期)(續) 128
附表12 橡膠混凝土抗壓強度試驗結果(28天齡期) 129
附表12 橡膠混凝土抗壓強度試驗結果(28天齡期)(續) 130
附表13 橡膠混凝土抗彎強度試驗結果(28天齡期) 131
附表13 橡膠混凝土抗彎強度試驗結果(28天齡期)(續) 132
附表14 橡膠混凝土劈裂抗拉強度試驗結果(28天齡期) 133
附表14 橡膠混凝土劈裂抗拉強度試驗結果(28天齡期)(續) 134
附表15 水泥砂漿抗壓強度二因子變異數分析結果 135
附表16 水泥砂漿抗壓強度Duncan多重比較結果 136
附表17 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度二因子變異數分析結果 138
附表18 聚合物乳膠類混凝土抗壓強度Duncan多重比較結果 139
附表19 矽灰摻料類混凝土抗壓強度二因子變異數分析結果 141
附表20 矽灰摻料類混凝土抗壓強度Duncan多重比較結果 142
附表21 混凝土抗彎強度單因子變異數分析結果 144
附表22 混凝土抗彎強度Duncan多重比較結果 145
附表23 混凝土劈裂抗拉強度單因子變異數分析結果 146
附表24 混凝土劈裂抗拉強度Duncan多重比較結果 147
附表23 五度循環硫酸鈉試驗所秤取之試樣重 150

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網路參考文獻:
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http://recycle.epa.gov.tw/epa/menu/index.asp?sNo=12
2.經濟部工業局-國內外廢輪胎回收處理技術與再生料應用市場之比較與分析(97年2月擷取)
http://proj.moeaidb.gov.tw/cpnet/download/paper/2005/A03.pdf
3.廢輪胎資源再利用(97年2月擷取)
http://www.ier.org.tw/html/newsletter/6/nl6-3.htm
4.關於危險廢物的技術準則:舊輪胎的鑒別與管理(97年3月擷取)
http://wm.epa.gov.tw/web/wastetie.doc
5.Carsonite Noise Barrier Wall(97年4月擷取)
http://www.carsonite.com/sound/soundbarrier.asp
6.廢輪胎在公共工程之應用(97年4月擷取)
http://www.chu.edu.tw/~ctc/adviser/report%20PDF/Tire_application(Public%20Constr).pdf
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