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研究生:張瑞龍
研究生(外文):Jui-lung Chang
論文名稱:火害對高溫高壓蒸氣養護的TAICON握裹力影響之研究
論文名稱(外文):A Study of the Effects of Fire Damage on the Bond Strength of High Temperature and High Pressure Steam Treated TAICON
指導教授:彭耀南彭耀南引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:土木工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:TAICON握裹力蒸氣養護火害
外文關鍵詞:TAICONbond strengthsteam treatmentfire damage
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本研究之主要目的在探討經過高溫高壓蒸汽養護的TAICON和一般標準養護之TAICON在各種火害溫度作用後,對於握裹強度的影響,以期能夠對蒸氣養護有更通盤的了解。
經本研究結果顯示,高溫高壓蒸氣養護的方式,對於鋼筋混凝土的握裹強度、混凝土的抗壓強度與劈裂強度都有顯著的提昇;而火害後,所有試體的抗壓強度及握裹強度均隨火害溫度的增加而遞減。但經高溫高壓蒸氣養護後,其抗壓強度與握裹強度在火害溫度750℃以下時,強度折損較一般標準養護為小。
經由SEM觀察混凝土的微觀,並未發現因鋼筋與混凝土受熱膨脹所引起的裂縫,經高溫高壓蒸氣養護後,與鋼筋接觸面的混凝土其結構亦明顯比一般標準養護組緻密。
當火害溫度越高時,微觀結構則呈現較多的孔隙,且水化產物也因火害而分解導致強度的降低。
The major aim of this study is to explore the different effects that fire-damage has on the bond strength of TAICON treated with high temperature and high pressure steam and normally treated TAICON, in the hope that it will bring a deeper understanding of steam treatment.
The results of this study show that high temperature and high pressure treatment clearly increases the bond strength between rebars and cement, and the pressure strength and cleavage strength of cement. After fire damage, the pressure strength and bond strength of all specimen is reduced as the heat of the fire is increased. After high temperature and high pressure treatment, however, the decrease in pressure and bond strength below 750 C is lower than for normal treatment.
SEM test micro observations do not reveal cracks due to rebar or cement thermal expansion. After high temperature and high pressure treatment, the structure of the cement at the interface between cement and rebar is clearly finer than normally treated specimen.
The higher the temperature of the fire, the more the crevices that appear in the microscopic structure. Hydrated products also dissolve as a result of fire damage, leading to a fall in strength.
第一章 緒論……………………………………………………1
1.1 研究背景………………………………………………1
1.2 研究動機………………………………………………1
1.3 研究目的………………………………………………2
1.4 研究方法………………………………………………2
第二章 文獻回顧………………………………………………4
2.1高性能混凝土的定義與特性…………………………………4
2.2本土化高性能混凝土(TAICON)……………………………6
2.3握裹應力………………………………………………………7
2.4握裹力形式……………………………………………………8
2.5握裹傳遞機制與破壞形式………………………………….10
2.6握裹力之研究成果………………………………………….12
2.7 O.J.B.模型與ACI318-95設計規範………………………13
2.8鋼筋拉拔試驗……………………………………………….14
2.9蒸氣養護對混凝土的影響………………………………….15
2.9.1常壓蒸氣養護……………………………………...15
2.9.2高溫高壓蒸氣養護………………………………….17
2.10水泥漿體之熱學性質…………………………………..…19
2.10.1水泥漿體之微觀結構……………………………....19
2.10.2水泥漿體受熱後之變化……………………………..21
2.11骨材之熱學性質…………………………………………..22
2.11.1骨材在高溫下之性質變化………………………....22
2.11.2骨材熱學性質對混凝土性質之影響…………………23
2.12混凝土之熱學性質…………………………………………23
2.12.1比熱…………………………………………………..23
2.12.2熱膨脹………………………………………………..23
2.12.3熱傳導……………………………………………………24
2.12.4熱擴散率…………………………………………………24
2.12.5混凝土受熱後之化學變化………………………………25
2.12.6高溫作用下混凝土之力學性質……………….….……26
2.13 火害後材料之劣化………………………………..…...26
2.13.1鋼筋強度的折損…………………………………………26
2.13.2混凝土強度的折損………………………………………27
2.14 火害對鋼筋握裹特性的影響…………………………….28
第三章 試驗計劃與方法…………………………………….29
3.1試驗材料………………………………………………….29
3.2主要試驗儀器與設備……………………………………….30
3.3試驗流程…………………………………………………….32
3.4試驗配比與變數…………………………………………….33
3.4.1試驗配比…………………………………………….33
3.4.2鋼筋拉拔試驗變數………………………………….33
3.4.3蒸氣養護變數……………………………………….33
3.4.4蒸氣養護曲線……………………………………….34
3.4.5火害溫度變數……………………………………….34
3.4.6火害溫度條件………………………………………….…34
3.5試驗方法…………………………………………………….35
3.5.1試體製作…………………………………………….35
3.5.2火害試驗…………………………………………….36
3.6試驗項目…………………………………………………….36
3.6.1火害試驗…………………………………………….36
3.6.2抗壓強度試驗…………………………………….…36
3.6.3劈裂強度試驗………………………………………….…36
3.6.4鋼筋拉拔試驗………………………………………….…37
3.6.5 SEM微觀結構試驗…………………………………….…37
第四章 試驗結果與討論…………………………………...38
4.1火害階段………………………………………………….38
4.2火害後試體的外觀變化.…………………………………39
4.3蒸氣催化對強度的影響……………………………….…39
4.3.1對抗壓強度的影響………………………………….39
4.3.2對劈裂強度的影響………………………………….40
4.3.3對握裹強度的影響………………………………….41
4.4火害溫度對強度的影響………………………………….42
4.4.1對抗壓強度的影響………………………………….42
4.4.2對握裹強度的影響………………………………….43
4.4.3握裹強度與文獻【67】結果比較…….…………………45
4.5握裹強度與O.J.B.公式比較……………………….………45
4.6握裹介面之微觀分析………………………..………….46
第五章 結論與建議………………………………………..….47
5.1結論……………………………………………………….47
5.2建議……………………………………………………….48
參考文獻……………………………………………………..…49
表 目 錄
表2-1 握裹長度修正係數表……………………………………..56
表2-2 各型波特蘭水泥之成分與性質…………………………..56
表2-3 矽酸鈣水化作用過程……………………………………..57
表2-4 岩石與混凝土在常溫下之熱膨脹…..…………………..58
表3-1 水泥與飛灰之化學成分與物理性質……………………..59
表3-2 粗細骨材之物理性質……………………………………..60
表3-3 粗骨材篩分析表…………………………………………..60
表3-4 細骨材篩分析表…………………………………………..61
表3-5 鋼筋幾何性質……………………………………………..62
表3-6 試驗變數及試體個數………………………………….….63
表4-1 標準組試驗結果………………………………….……….66
表4-2 催化組試驗結果………………………………….……….66
表4-3 抗壓強度比較(標準組與催化組)………………………67
表4-4 劈裂強度比較(標準組與催化組)………………………68
表4-5握裹強度比較(標準組與催化組)……………………….69
表4-6 標準組火害試驗結果(300℃)………………………….70
表4-7 催化組火害試驗結果(300℃)……………………….…70
表4-8 標準組火害試驗結果(500℃)…………………….……71
表4-9 催化組火害試驗結果(500℃)………………………….71
表4-10 標準組火害試驗結果(600℃)…………………………72
表4-11催化組火害試驗結果(600℃)…….……………………72
表4-12 標準組火害試驗結果(750℃)…………………………73
表4-13 催化組火害試驗結果(750℃)…………………………73
表4-14抗壓強度比較表(標準火害組與催化火害組)…………74
表4-15握裹強度比較表(標準火害組與催化火害組)…………75
表4-16標準組與O.J.B.預測值比較………………….…………76
表4-17催化組與O.J.B.預測值比較………………….…………76
圖 目 錄
圖2-1 握裹應力示意圖…………………………………………77
圖2-2 竹節與混凝土的互鎖機構…………………………..…77
圖2-3 竹節間的應力示意圖……………………………………78
圖2-4 鋼筋受拉所造成的混凝土橫向裂縫……………………78
圖2-5 鋼筋與混凝土主要裂縫處分離…………………………79
圖2-6-(a) 握裹破壞模式示意圖-剪力破壞(拉拔破壞)…….80
圖2-6-(b) 握裹破壞模式示意圖-劈裂破壞………………….80
圖2-7 養護溫度與齡期對混凝土抗壓強度的影響……………81
圖2-8 不同養護溫度的抗壓強度發展…………………………81
圖2-9 矽含量對蒸氣養護混凝土抗壓強度的影響…………..82
圖3-1 拌和機……………………………………………………83
圖3-2 電子秤(120kg)……………………………………….…83
圖3-3 電子秤(12.1kg)…………………………………………84
圖3-4 坍流度試驗儀……………………………………………84
圖3-5 抗壓試驗機………………………………………………85
圖3-6萬能試驗機…………………………………………..….85
圖3-7 拉拔試驗模組……………………………………………86
圖3-8 儲水槽……………………………………………………86
圖3-9 軟水器……………………………………………………87
圖3-10鍋爐………………………………………..……………87
圖3-11壓力容器…………………………………………………88
圖3-12 電磁閥………………………………………………….88
圖3-13 電腦控制面板………………………………………….89
圖3-14 烘箱…………………………………………………….89
圖3-15 掃描式電子顯微鏡(SEM)……………………………..90
圖3-16高溫爐………………….……………………………...90
圖3-17 資料擷取器…………………………………………….91
圖4-1 ASTM E119升溫曲線與實際爐溫升溫曲線……………92
圖4-2混凝土加熱後外觀變化….………………………………93
圖4-3 抗壓強度比較(標準組與催化組)……………………94
圖4-4劈裂強度比較(標準組與催化組)…………………….95
圖4-5-a握裹應力與埋伸長度之關係比較(標準組與催化組)96
圖4-5-b握裹應力與鋼筋號數之關係比較(標準組與催化組)97
圖4-6 抗壓強度比較(火害300℃)……………………………98
圖4-7 抗壓強度比較(火害500℃)……………………………99
圖4-8 抗壓強度比較(火害600℃)……………………………100
圖4-9 抗壓強度比較(火害750℃)……………………………101
圖4-10 -a握裹應力與埋伸長度之關係比較(火害300℃)….102
圖4-10 -b握裹應力與鋼筋號數之關係比較(火害300℃)….103
圖4-11 -a握裹應力與埋伸長度之關係比較(火害500℃)….104
圖4-11 -b握裹應力與鋼筋號數之關係比較(火害500℃)….105
圖4-12 -a握裹應力與埋伸長度之關係比較(火害600℃)….106
圖4-12 -b握裹應力與鋼筋號數之關係比較(火害600℃)….107
圖4-13 -a握裹應力與埋伸長度之關係比較(火害750℃).…108
圖4-13 -b握裹應力與鋼筋號數之關係比較(火害750℃)…109
圖4-14火害溫度與殘餘抗壓強度關係曲線……………………110
圖4-14-a火害溫度與殘餘抗壓強度關係曲線…………………110
圖4-14-b火害溫度與抗壓強度折減率之關係曲線……………110
圖4-15-a火害溫度與殘餘握裹應力關係曲線…………………111
圖4-15-b火害溫度與握裹應力折減率之關係曲線……………111
圖4-16試驗數據與O.J.B.預測公式比較….………………….112
圖4-17(a)u/√fc’與火害溫度之關係曲線1………………113
圖4-17(b)u/√fc’與火害溫度之關係曲線2………………113
圖4-18(a)u/√fc’與Ld/Db之關係曲線1………………….114
圖4-18(b)u/√fc’與Ld/Db之關係曲線2………………….114
圖4-19-(a) (b)標準組與催化組50倍SEM微觀圖…………….115
圖4-20-(a) (b)標準組與催化組500倍SEM微觀圖…………..116
圖4-21-(a) (b)標準組與催化組8000倍SEM微觀圖………….117
圖4-22-(a) 標準組火害300℃500倍SEM微觀圖………………118
圖4-22-(b) 催化組火害300℃500倍SEM微觀圖………………118
圖4-23-(a) 標準組火害500℃3000倍SEM微觀圖…………….119
圖4-23-(b) 催化組火害500℃3000倍SEM微觀圖………….…119
圖4-24-(a) 標準組火害600℃3000倍SEM微觀圖………….…120
圖4-24-(b) 催化組火害600℃3000倍SEM微觀圖………….…120
圖4-25-(a) 標準組火害750℃4000倍SEM微觀圖………….…121
圖4-25-(b) 催化組火害750℃4000倍SEM微觀圖………….…121
圖4-26-(a) ~(e)標準組(未火害、火害300℃、500℃、
600℃、750℃)SEM微觀圖……………122
圖4-27-(a) ~(e)催化組(未火害、火害300℃、500℃、
600℃、750℃)SEM微觀圖……………125
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