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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林千貴
研究生(外文):Chien Kuei Lin
論文名稱:地工格網抗紫外線特性
論文名稱(外文):The Ultraviolet Resistance for Flexible Geogrid
指導教授:謝啟萬謝啟萬引用關係
指導教授(外文):Chiwan Hsieh
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:土木工程系碩士班
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
論文頁數:200
中文關鍵詞:地工格網地工合成材紫外線
外文關鍵詞:GeogridGeosyntheticsUltraviolet
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地工格網為地工合成材料的一種,主要材質為聚合物,目前已廣泛的被運用於相關工程中,如加勁式擋土牆、邊坡穩定、路基舖面等工程中。一般加勁式擋土牆常採用回包方式設計,施工完成後,未受土壤或結構物保護之部分會曝露在大氣中,而大氣中之溫度、溼度、太陽光之紫外線等因素會影響材料之耐久性與壽命,在這些影響因素中又以紫外線對材料的影響最大,另外在施工設計的考量上,多採用國外專家建議之安全係數作為規劃設計之依據,然而在國外專家建議之折減因子中並未考慮紫外線對地工格網之影響,為了更進一步了解紫外線的影響,將進行室外曝曬試驗,然而現地曝曬試驗延時需長達至數十個月之久,試驗時間太長,因此於實驗室內進行加速照射試驗,以了解兩者之間關係並推求其折減因子。
本研究採用之材料為國內兩家廠商製造之柔性地工格網,每家廠商提供兩種強度地工格網進行試驗,分別為A廠商100 kN/m、150 kN/m,B廠商100 kN/m、200 kN/m。室外曝曬試驗部分乃根據ASTM D5970規定進行,室外曝曬試驗地點位於南台灣之國立屏東科技大學土木系水工試驗中心頂樓,曝曬試驗區所使用之試驗架需面向正南方與水平線呈45度角擺置,另外亦在試驗區架設室外溫溼度紀錄器、地工格網表面溫度紀錄器及UVA、UVB偵測器等,紀錄試驗期間之相關資料,於西元2001年6月15日開始試驗,每隔1、2、4、8、12、18個月將地工格網取回實驗室進行抗拉強度試驗,另外於實驗室內使用符合ASTM G151、G154規定之紫外線加速照射儀(QUV)進行加速照射試驗,加速照射試驗之照射時數分別為180、360與540小時,照射完成後之地工格網也需進行抗拉強度試驗。
在試驗期間收集之氣象資料得知,冬季之紫外線強度較夏季弱,冬季之UVA與UVB約為夏季之50 %。由抗拉強度試驗之結果顯示,就整體趨勢而言,在室外曝曬試驗方面,四種地工格網之極限抗拉強度、極限延伸率、在第一個月之折減最為明顯,而後隨著時間之增加而逐漸趨於平緩。5 %應變強度則沒有明顯之趨勢。寬幅抗拉強度約為單肋條抗拉強度強度之95 %。單肋條極限抗拉強度折減範圍為1.00∼1.56、寬幅極限抗拉強度為1.06∼1.47。在QUV照射部分,四種地工格網在連續照射180小時時,極限抗拉抗拉強度、極限延伸率、5 %應變強度皆呈現明顯下降的情形,再持續照射整體而言則呈現平緩趨勢,單肋條極限抗拉強度之折減範圍為0.97∼1.68。最後使用對數回歸分析方式尋找兩者之間關係,得知在室外連續曝曬12個月之抗拉強度折減率相當於利用QUV連續照射151.42天之抗拉強度折減率。
The Ultraviolet (UV) resistance of Polyester geogrids was investigated in this thesis study. Outdoor UV exposure program according to ASTM D5970 test standard and indoor UV fluorescent lamp device according to ASTM G151 and G154 specifications are used in the study. The outdoor program lasts for 18 months. The UV device is equipped with UVA-340 lamps. Exposure condition No. 7 was used. The duration of exposures were 180, 360, and 540 hours. Four different strengths flexible geogrids provided by two local manufactures were used in the study. The designated nominal ultimate strength varies from 100 kN/m to 200 kN/m.
The deterioration in tensile strength and elongation at break of the test geogrids under UV exposure is evaluated. The strength of the geogrids was evaluated according to GRI-GG1 and ASTM D4595 test methods. The results of the study indicated that accumulated UBA and UVB energy for winter is only 50% of that for summer. For the outdoor program, the tensile strength reduction rate for the test geogrids is more significant than other periods. The variation of tensile strength at 5% strain due to UV exposure is not clear. The reduction factor due to outdoor exposure varies from 1.00 to 1.56.
As for the indoor UV exposure test program, the reduction of the ultimate tensile strength under 180-hour UV exposure is very significant. However, the rate of loss tensile strength for the second and third 180-hour UV exposure is very minimum. The reduction of tensile strength for the geogrids is about 20% to 30% under the maximum 540-hour exposure. UV resistant reduction factor of 1.25 to 1.43 for flexible geogrids is recommended to be used in the design. In general, tensile strength obtained from ASTM D4595 test method is 95% of that associated with GRI-GG1 test specification. For Pingtung test site, the effect of 12 months UV exposure is equivalent to that for 151 days fluorescent device exposure.
第一章 前言………………………………………………………………1
1.1 研究目的與動機…………………………………………………...2
1.2 研究內容…………………………………………………………...3
1.3 研究架構…………………………………………………………...3
第二章 文獻回顧…………………………………………………………5
2.1 聚合物特性………………………………………………………...5
2.1.1 聚合物簡介……………………………………………………...5
2.1.2 聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)10
2.1.3 聚氯乙烯(Polyvinyl chloride, PVC)………………………12
2.2 地工格網介紹……………………………………………………...14
2.3 地工格網之特性…………………………………………………...18
2.3.1 地工格網之物理性質………………………………………….19
2.3.2 地工格網之機械性質………………………………………….19
2.3.3 地工格網之耐久性質………………………………………….24
2.3.4 地工格網之衰變性質………………………………………….25
2.4 設計時折減因子之推導…………………………………………...26
2.5 太陽光特性………………………………………………………...28
2.5.1 紫外線之分類及其對生態造成之影響………………………...30
2.5.2紫外線照射強度之變化………………………………………....36
2.6 太陽光對聚合物之影響…………………………………………...39
2.6.1 太陽光對聚合物的破壞原理…………………………………...39
2.6.2 紫外線對聚合物之影響………………………………………...44
2.7 實驗室加速試驗光源之種類……………………………………...47
2.8 前人研究之成果…………………………………………………...50
第三章 試驗方法…………………………………………………………64
3.1 試驗條件與規範………………………………………………….64
3.2 試驗區規劃與配置………………………………………………...67
3.2.1 室外曝曬試驗規劃………………………………………….....67
3.2.2 實驗室加速試驗規劃…………………………………………...71
3.3監測儀器……………………………………………………………..73
3.3.1 紫外線偵測器(UVA、UVB detector)……………………....73
3.3.2 室外溫溼度紀錄器(HOBO H8 Pro RH / Temperature Logger)……………………………………………………….................75
3.3.3 地工格網表面溫度紀錄器(HOBO H8 Outdoor / Industrial 4-Channel Logger)…………………………………………...........77
3.3.4 室內溫溼度紀錄器(HOBO H8 RH / Trmp Logger)………...79
3.3.5 資料擷取器(HOBO shuttle)………………………………...80
3.4 試驗儀器…………………………………………………………...81
3.4.1 紫外線加速照射儀(QUV)…………………………………....81
3.4.2 萬能試驗機……………………………………………………...83
3.5 試驗流程…………………………………………………………...85
3.5.1 室外曝曬試驗流程……………………………………………...85
3.5.2 實驗室加速試驗流程…………………………………………...90
第四章 試驗結果分析……………………………………………………95
4.1 監測資料及氣象資料之收集……………………………………...95
4.2 地工格網之基本性質……………………………………………...101
4.3 對照組抗拉強度試驗……………………………………………...102
4.3.1 單肋條抗拉強度試驗…………………………………………...103
4.3.2 寬幅抗拉強度試驗……………………………………………...106
4.3.3 寬幅與單肋條抗拉強度試驗之比較…………………………...109
4.4 室外曝曬試驗……………………………………………………...111
4.4.1 極限抗拉強度………………………………………………….112
4.4.1.1 曝曬時間與單肋條極限抗拉強度之關係……………….112
4.4.1.2 曝曬時間與寬幅極限抗拉強度之關係………………….....114
4.4.1.3 寬幅與單肋條之比較…………………………………….....116
4.4.1.4 折減因子分析…………………………………………….....116
4.4.2 極限延伸率…………………………………………………….117
4.4.2.1 曝曬時間與單肋條極限延伸率之關係………………….117
4.4.2.2 曝曬時間與寬幅極延伸率之關係……………………….....119
4.4.2.3 寬幅與單肋條之比較…………………………………….....121
4.4.2.4 折減因子分析…………………………………………….....121
4.4.3 5 %應變強度…………………………………………….…...122
4.4.3.1 曝曬時間與單肋條5 %應變強度之關係……………….122
4.4.3.2 曝曬時間與寬幅5 %應變強度之關係………………….123
4.4.3.3 寬幅與單肋條之比較…………………………………….125
4.4.3.4 折減因子分析…………………………………………….....126
4.5 實驗室加速照射試驗……………………………………………...127
4.5.1 照射時數與單肋條極限抗拉強度之關係…………………….129
4.5.2 照射時數與單肋條極限延伸率之關係……………………….130
4.5.3 照射時數與單肋條5 %應變強度之關係…………………...131
4.5.4 折減因子分析………………………………………………….132
4.6 室外曝曬試驗與實驗室加速照射試驗之比較…………………...133
第五章 結論與建議………………………………………………………136
5.1 結論………………………………………………………………...136
5.2 建議………………………………………………………………...139
參考文獻……………………………………………………………….…140
附錄一 地工格網對照組抗拉強度試驗總表……………………………144
附錄二 地工格網抗拉強度試驗典型之應力應變曲線…………………149
附錄三 地工格網室外曝曬試驗結果……………………………………156
附錄四 地工格網QUV加速照射試驗總表………………………….…..161
附錄五 監測資料與氣象資料……………………………………………164
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