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研究生:王繼強
研究生(外文):Jih-Chyang Wang
論文名稱:火害對自充填混凝土握裹力影響之研究
論文名稱(外文):Study of the Bond Strength of Fire Damaged Self-Compacting concrete
指導教授:趙文成趙文成引用關係
指導教授(外文):Wen-Chen Jau
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:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:自充填混凝土火害握裹力
外文關鍵詞:self-compacting concretefire damagebond
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本研究在於探討自充填混凝土(SCC)火害後握裹強度折減的狀況並且與普通混凝土(OPC)作一比較,並同時觀察抗壓與劈裂強度折減的情形;此外,在常溫的部分並埋置鋼筋應變計以觀察兩種混凝土在拉拔過程當中握裹應力分佈的情況。
本研究升溫方式採用CNS 12514的建議值而在火害溫度的部分採用四種高溫300、500、600、750℃,且在爐溫達目標溫度時即恆溫直至試體中心亦達此溫度為止。
就本研究結果來看,(1)常溫下SCC握裹應力分佈的情況較OPC要來的平均,由此現象可看出SCC較均質。(2)常溫下SCC確實能夠提供較OPC要來的好的握裹力。(3) 火害後SCC的抗壓強度折減的情況與OPC差不多。(4) 火害後SCC的握裹強度與劈裂強度折減的情況則較OPC要來的稍差一點(約低5~7%)。(5)混凝土強度對於火害後強度的折減影響不大,折減的多寡反倒是決定於火害溫度。(6)在相同埋設深度(29cm)時,D19的鋼筋折減程度與D25的鋼筋大致相同。

The objective of this research is to study the residual bond strength of self-compacting concrete (SCC) and compare with that of ordinary property concrete (OPC) after fire. At the same time, we also observe the residual compressive strength and the residual split-cylinder strength of SCC and OPC. At room temperature, we use strain gages for observing the bond stresses distribution of SCC and OPC.
The temperature rise follows CNS 12514 and the target temperatures are 300℃, 500℃, 600℃,750℃.
From this studying, it is found that (1) at room temperature, bond stresses distribution of SCC is more uniform than OPC, (2) at room temperature, the bond strength of SCC is better than that of OPC, (3) the residual compressive strength of SCC and OPC after fire is about the same, (4) the decrease of residual bond strength and residual split-cylinder strength of SCC after fire are more than OPC, (5) the decrease of strength after fire damage depends on the fire temperature rather than concrete strength, (6) the residual bond strength for bars of D19 and D25 after fire is about the same.

第一章 序論………………………………………………… 1
1.1 研究動機……………………………………………… 1
1.2 研究目的……………………………………………… 1
1.3 研究方法……………………………………………… 2
第二章 文獻回顧……………………………………………… 3
2.1 自充填混凝土簡介…………………………………… 3
2.1.1 自充填混凝土之工作性……………………………… 3
2.1.2 自充填混凝土之工作性試驗………………………… 4
2.2 握裹力………………………………………………… 5
2.2.1 握裹應力……………………………………………… 5
2.2.2 握裹力形式…………………………………………… 6
2.2.3 握裹力傳遞機制與破壞形式………………………… 8
2.2.4 握裹力研究成果……………………………………… 10
2.2.5 O.J.B 模型與ACI318-95設計規範………………… 11
2.2.6 鋼筋拉拔試驗………………………………………… 13
2.3 水泥與水泥漿體之熱學性質………………………… 14
2.3.1 水泥之組成成分及其性質…………………………… 14
2.3.2 水泥漿體與水泥砂漿受熱後之變化 ……………… 15
2.4 骨材之熱學性質…………………………………… 16
2.4.1 骨材在高溫下之性質變化………………………… 16
2.4.2 骨材熱學性質對混凝土性質之影響……………… 17
2.5 混凝土火害後之性質……………………………… 18
2.5.1 熱學性質…………………………………………… 18
2.5.2 物理性質…………………………………………… 20
2.5.3 化學變化…………………………………………… 22
2.6 升溫速率及延時對混凝土之影響………………… 23
2.7 自充填混凝土的握裹性質………………………… 24
2.8 火害對普通混凝土強度影響……………………… 25
2.9 火害對自充填混凝土強度之影響………………… 26
2.10 火害對鋼筋握裹特性之影響……………………… 26
第三章 實驗計畫與方法 …………………………………… 28
3.1 試驗材料…………………………………………… 28
3.2 主要試驗儀器與設備……………………………… 29
3.3 試驗規劃…………………………………………… 30
3.3.1 實驗設計…………………………………………… 30
3.3.2 實驗方法…………………………………………… 31
3.4 試驗流程…………………………………………… 34
第四章 實驗結果與分析…………………………………… 35
4.1 常溫下SCC 與OPC 對握裹應力傳遞之比較……… 35
4.2 火害階段…………………………………………… 39
4.3 火害後試體外觀變化 …………………………… 40
4.4 火害溫度對強度的影響…………………………… 41
4.4.1 對抗壓強度的影響 ………………………………… 41
4.4.2 對劈裂強度的影響………………………………… 44
4.4.3 對握裹強度的影響………………………………… 46
4.5 常溫下握裹應力與O.J.B公式之比較…………… 49
第五章 結論與建議………………………………………… 51
5.1 結論…………………………………………………… 51
5.2 建議…………………………………………………… 52
參考文獻………………………………………………………… 53
表目錄
表2.1 自充填混凝土相關試驗參考值…………………………… 57
表2.2 握裹長度修正係數表……………………………………… 58
表2.3 水泥熟料礦物的水化特徵………………………………… 58
表2.4 標準卜特蘭水泥之典型成分及性質……………………… 59
表2.5 自充填混凝土火害後殘餘強度百分比…………………… 59
表3.1 粗粒料粒徑分佈試驗結果………………………………… 60
表3.2 粗粒料吸水率、比重試驗結果…………………………… 60
表3.3 粗砂比重吸水率試驗結果………………………………… 60
表3.4 粗砂粒徑分佈試驗結果…………………………………… 61
表3.5 鋼筋幾何性質……………………………………………… 62
表3.6 混凝土配比………………………………………………… 63
表3.7 試驗變數規劃表…………………………………………… 64
表3.8 新拌自充填混凝土工作性試驗…………………………… 64
表3.9 普通混凝土坍度試驗……………………………………… 64
表4.1 握裹應力傳遞試驗之握裹應力值………………………… 65
表4.2 210kgf/cm2 混凝土局部握裹應力與最大值之比值…… 65
表4.3 420kgf/cm2 混凝土局部握裹應力與最大值之比值…… 66
表4.4 混凝土局部握裹應力最小與最大值之比值……………… 67
表4.5 SCC210kgf/cm2 火害後殘餘抗壓強度及殘餘百分比…… 67
表4.6 OPC210kgf/cm2 火害後殘餘抗壓強度及殘餘百分比…… 67
表4.7 SCC420kgf/cm2 火害後殘餘抗壓強度及殘餘百分比…… 68
表4.8 OPC420kgf/cm2 火害後殘餘抗壓強度及殘餘百分比…… 68
表4.9 本實驗與文獻【32】對SCC 火害殘餘抗壓強度之比較… 68
表4.10 SCC 10kgf/cm2 火害後殘餘劈裂強度及殘餘百分比…… 69
表4.11 SCC420kgf/cm2火害後殘餘劈裂強度及殘餘百分比…… 69
表4.12 OPC210kgf/cm2火害後殘餘劈裂強度及殘餘百分比…… 69
表4.13 OPC420kgf/cm2火害後殘餘劈裂強度及殘餘百分比…… 70
表4.14 SCC210kgf/cm2 D19鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 70
表4.15 SCC210kgf/cm2 D25鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 70
表4.16 SCC420kgf/cm2 D19鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 71
表4.17 SCC420kgf/cm2 D25鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 71
表4.18 OPC210kgf/cm2 D19鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 71
表4.19 OPC210kgf/cm2 D25鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 72
表4.20 OPC420kgf/cm2 D19鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 72
表4.21 OPC420kgf/cm2 D25鋼筋火害後殘餘握裹強度百分比… 72
表4.22 SCC與TAICON【34】 在高溫下
殘餘握裹強度百分比之比較…………………………… 73
表 4.23 常溫下SCC與OPC和O.J.B握裹應力建議值之比較表… 73
圖目錄
圖2.1 坍流度試驗器具…………………………………………… 74
圖2.2 流速試驗V型漏斗試驗儀………………………………… 74
圖2.3 鋼筋間隙通過試驗箱型試驗儀…………………………… 75
圖2.4 握裹應力示意圖…………………………………………… 76
圖2.5 竹節間的應力示意圖……………………………………… 76
圖2.6 握裹破壞模式示意圖……………………………………… 77
圖2.7 水泥成分之水化速率……………………………………… 78
圖2.8 純水泥礦物漿體的強度發展…………………………… 79
圖2.9 水泥砂漿不同細骨材所含體積百分比
與熱膨脹細述之關係圖………………………………… 79
圖2.10水泥砂漿熱膨脹係數與相對濕度之關係圖……………… 80
圖2.11混凝土握裹應力之分佈…………………………………… 80
圖3.1 CNS 12514升溫曲線……………………………………… 81
圖3.2 鋼筋應變計埋置圖……………………………………… 81
圖4.1 常溫下OPC 210kgf/cm2 D19之鋼筋握裹應變曲線……… 82
圖4.2 常溫下OPC 210kgf/cm2 D25之鋼筋握裹應變曲線……… 82
圖4.3 常溫下OPC 420kgf/cm2 D19之鋼筋握裹應變曲線……… 83
圖4.4 常溫下OPC 420kgf/cm2 D25之鋼筋握裹應變曲線……… 83
圖4.5 常溫下 SCC 210kgf/cm2 D19之鋼筋握裹應變曲線………84
圖4.6 常溫下 SCC 210kgf/cm2 D25之鋼筋握裹應變曲線………84
圖4.7 常溫下 SCC 420kgf/cm2 D19之鋼筋握裹應變曲線………85
圖4.8 常溫下 SCC 420kgf/cm2 D25之鋼筋握裹應變曲線………85
圖 4.9 常溫下OPC 210kgf/cm2之D19鋼筋應變分佈情形…………86
圖 4.10 常溫下OPC 210kgf/cm2之D25鋼筋應變分佈情形……… 87
圖 4.11 常溫下OPC 420kgf/cm2之D19鋼筋應變分佈情形……… 88
圖 4.12 常溫下OPC 420kgf/cm2之D25鋼筋應變分佈情形……… 89
圖 4.13 常溫下SCC 210kgf/cm2之D19鋼筋應變分佈情形……… 90
圖 4.14 常溫下SCC 210kgf/cm2之D25鋼筋應變分佈情形……… 91
圖 4.15 常溫下SCC 420kgf/cm2之D19鋼筋應變分佈情形……… 92
圖 4.16 常溫下SCC 420kgf/cm2之D25鋼筋應變分佈情形……… 93
圖4.17 常溫下OPC 210kgf/cm2 D19鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 94
圖4.18 常溫下 OPC210kgf/cm2 D25鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 95
圖4.19常溫下OPC420kgf/cm2 D19鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 96
圖4.20常溫下OPC420kgf/cm2 D25鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 97
圖4.21常溫下SCC210kgf/cm2 D19鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 98
圖4.22常溫下SCC210kgf/cm2 D25鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 99
圖4.23常溫下SCC420kgf/cm2 D19鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 100
圖4.24常溫下OPC420kgf/cm2 D25鋼筋試體內
混凝土握裹應力傳遞分佈之狀況……………………… 101
圖4.25 SCC210kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐1)…… 102
圖4.26 SCC420kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐1)…… 102
圖4.27 OPC210kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐1)…… 103
圖4.28 OPC420kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐1)…… 103
圖4.29 SCC 210kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐2)…… 104
圖4.30 SCC 420kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐2)…… 104
圖4.31 OPC 210kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐2)…… 105
圖4.32 OPC 420kgf/cm2試體中心之升溫曲線(高溫爐2)…… 105
圖4.33 210 kgf/cm2之殘餘抗壓強度百分比之比較…………… 106
圖4.34 420 kgf/cm2之殘餘抗壓強度百分比之比較…………… 106
圖4.35 SCC 火害殘餘抗壓強度公式之比較…………………… 107
圖4.36 OPC 火害殘餘抗壓強度公式之比較…………………… 107
圖4.37 210 kgf/cm2之殘餘劈裂強度百分比之比較…………… 108
圖4.38 420 kgf/cm2之殘餘劈裂強度百分比之比較…………… 108
圖4.39 D19鋼筋210 kgf/cm2之殘餘握裹強度百分比之比較… 109
圖4.40 D25鋼筋210 kgf/cm2之殘餘握裹強度百分比之比較… 109
圖4.41 D19鋼筋420 kgf/cm2之殘餘握裹強度百分比之比較… 110
圖4.42 D25鋼筋420 kgf/cm2之殘餘握裹強度百分比之比較… 110
圖5.1 不同強度SCC殘餘抗壓強度之比較……………………… 111
圖5.2 不同強度OPC殘餘抗壓強度之比較……………………… 111
圖5.3 不同強度SCC殘餘劈裂強度之比較……………………… 112
圖5.4 不同強度OPC殘餘劈裂強度之比較……………………… 112
圖5.5 不同強度SCC D19鋼筋殘餘握裹強度之比較…………… 113
圖5.6 不同強度SCC D25鋼筋殘餘握裹強度之比較…………… 113
圖5.7 不同強度OPC D19鋼筋殘餘握裹強度之比較…………… 114
圖5.8 不同強度OPC D25鋼筋殘餘握裹強度之比較…………… 114
圖5.9 210kgf/cm2SCC D19&D25鋼筋殘餘握裹強度之比較… 115
圖5.10 420kgf/cm2SCC D19&D25鋼筋殘餘握裹強度之比較… 115
圖5.11 210kgf/cm2OPC D19&D25鋼筋殘餘握裹強度之比較… 116
圖5.12 420kgf/cm2OPC D19&D25鋼筋殘餘握裹強度之比較… 116
照片目錄
照片3.1 拌和機……………………………………………… 117
照片3.2 高溫爐(1) ……………………………………… 117
照片3.3 高溫爐(2) ……………………………………… 118
照片3.4 資料擷取器組與電腦……………………………… 118
照片3.5 100 頓之萬能試驗機……………………………… 119
照片3.6 烘箱………………………………………………… 119
照片3.7 拉拔試體模組……………………………………… 120
照片3.8 U 型箱填充試驗…………………………………… 120
照片3.9 坍流度試驗………………………………………… 121
照片4.1 SCC 火害後之外觀………………………………… 122
照片4.2 OPC 火害後之外觀………………………………… 122

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