摘 要

本研究主要探討以活性粉混凝土補強混凝土構件對火害與凍融之測試；首先進行活性粉混凝土之力學性質測試，其次藉由高溫火害試驗及凍融循環試驗評估其耐久性，試驗項目包括：抗壓強度、抗彎強度、劈張強度、抗拉強度、斜剪強度等試驗，並針對以普通混凝土與添加不同鋼纖維含量之活性粉混凝土為補強材料，又以補強不同的厚度來對其補強效果特性加以評估。希望藉由本研究之試驗結果，在未來能有效提供建築結構維修補強的參考。
研究結果顯示，活性粉混凝土具有高強度、高韌性及抗磨損等力學特性。在高溫火害試驗中，發現添加鋼纖維之活性粉混凝土，溫度達400℃以上延燒2小時，會導致試體爆裂破壞。但在凍融循環試驗中，對其強度與磨損能力影響甚小，顯示活性粉混凝土極佳之抗凍融耐久能力；以添加1%鋼纖維之活性粉混凝土為補強材料，補強厚度為2cm補強混凝土構件可獲得良好的補強成效。

Abstract

In this study, reactive powder concrete（RPC）was used to investigate the effect of strengthening concrete members by fire-damage test and freeze-thaw test. At first, the physical and mechanical properties of RPC were tested. Secondly, evaluate the durability of RPC by fire-damage test and freeze-thaw test. The tests included compressive strength, flexural strength, splitting tensile strength, tensile strength, and slant shear strength etc. Their reinforced effect was evaluated and analyzed by different repair material and different thickness, such as plain concrete and RPC with different amount of fibers. It is expected that this studies and tests will be helpful to the strengthening of the damaged building structures.
The results show that the mechanical properties of RPC possess high strength, toughness, and abrasion resistance. It could be detected in the fire-damage test at the temperature of 400 ℃ above and fire duration of 2 hours which cause explosion of RPC. There is no damaged influence on strength and abrasion after the freeze-thaw test. The RPC displays excellent durability and freeze-thaw resistance. The RPC2 with 2-cm thickness on strengthening concrete members could be obtained excellent retrofit effects.

目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 III
表目錄 VIII
圖目錄 X
照片目錄 XIII

第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 2
1-3 研究目的 3

第二章 文獻回顧 4
2-1 活性粉混凝土之發展 4
2-1-1 活性粉混凝土之原理及技術 4
2-1-2 活性粉混凝土在國內外相關研究與發展 6
2-1-3 卜作嵐材料對強度之影響 6
2-1-4 熱養護對卜作嵐材料之影響 8
2-1-5 添加纖維對混凝土之影響 9
2-2 混凝土受高溫作用後性質的變化 10
2-2-1 高溫程度影響因素 11
2-2-2 混凝土受高溫延時後殘餘強度之影響 13
2-2-3 混凝土爆裂因素與外觀變化 15
2-3 混凝土結構物補強 16
2-3-1 混凝土結構之修復補強材料 18
2-3-2 混凝土結構補強工法 19
2-3-3 RPC修補混凝土結構物之探討 20

第三章 試驗計劃 35
3-1 試驗流程 35
3-2 試驗材料 35
3-2-1 活性粉混凝土之成分 35
3-2-2 其他材料 37
3-3 試驗儀器及設備 37
3-4 試體製作與養護 39
3-4-1 試體規劃 39
3-4-2 試體製作 39
3-4-2-1 活性粉混凝土試體製作 39
3-4-2-2普通混凝土或活性粉混凝土補強混凝土試體製作 40
3-4-3 養護流程 40
3-5 環境測試 41
3-6 試驗方法及步驟 42

第四章 結果與討論 64
4-1 活性粉混凝土基本力學性質試驗結果 64
4-1-1 抗壓強度 64
4-1-2 抗彎強度 65
4-1-3 劈張強度 66
4-1-4 抗拉強度 67
4-2 高溫火害測試 68
4-2-1 高溫火害後之力學性質 68
4-2-1-1 顏色及外觀變化 68
4-2-1-2 抗壓強度變化 69
4-2-1-3 磨損能力變化 69
4-2-2 高溫火害後之黏結試驗 70
4-2-2-1 顏色及外觀變化 70
4-2-2-2 斜剪強度變化 71
4-2-3 高溫火害對補強混凝土之影響 73
4-2-3-1 顏色及外觀變化 73
4-2-3-2 以1cm PC或RPC補強之抗彎強度 74
4-2-3-3 以2cm PC或RPC補強之抗彎強度 76
4-3 凍融循環耐久測試 77
4-3-1 凍融循環後之力學性質 77
4-3-1-1 抗壓強度變化 77
4-3-1-2 磨損能力變化 78
4-3-2 凍融循環後之黏結試驗 79
4-3-3 凍融循環對補強混凝土之影響 80
4-3-3-1 顏色與外觀變化 80
4-3-3-2 以1cm PC或RPC補強之抗彎強度 80
4-3-3-3 以2cm PC或RPC補強之抗彎強度 81
4-4 以理論值與實驗值比較RPC補強混凝土之修補成效 83
4-4-1 以1cm厚之RPC補強抗彎試體實驗值與理論值比較 83
4-4-2 以2cm厚之RPC補強抗彎試體實驗值與理論值比較 83

第五章 結論與建議 113
5-1結論 113
5-2 建議 115

參考文獻 117

附錄一 基本力學試驗結果 122
附錄二 高溫火害試驗結果 125
附錄三 凍融循環試驗結果 129
附錄四 混凝土補強之抗彎試驗結果分析 133
附錄五 RPC補強之抗彎強度理論值計算 137



表目錄

表2-1 活性粉混凝土與其他混凝土之主要力學性質比較 21
表2-2 活性粉混凝土與其他混凝土之耐久性比較 21
表2-3 比較活性粉混凝土與其他材料之破壞能 22
表2-4 RPC 200與RPC 800之配比 22
表2-5 法國原子能委員會建議對HIC之材料測試規範 23
表2-6 CEA對RPC之測試結果 24
表2-7 Sherbrooke試驗橋使用不同混凝土對環境影響之比較 24
表2-8 混凝土於火害下之特徵 25
表2-9 混凝土在不同溫度受熱情況下，表面的顏色變化 26
表2-10 破壞型分類表 26

表3-1 活性粉混凝土之配比 47
表3-2 普通混凝土之配比 47
表3-3 卜特蘭水泥成分與性質 48
表3-4 矽砂之篩分析結果 49
表3-5 矽灰之化學成分 50
表3-6 矽灰之物理性質 50
表3-7 粗骨材之篩分析結果 51
表3-8 細骨材之篩分析結果 52
表3-9 粗細骨材之基本性質 53
表3-10 試驗試體規劃表 53
表3-11 各項試驗之測試環境與測試齡期 54

表4-1 添加不同鋼纖維含量活性粉混凝土基本力學性質試驗結果 85
表4-2 添加不同鋼纖維含量活性粉混凝土經高溫火害後各項試驗結果 86
表4-3 比較不同修補材料7天齡期之斜剪強度 87
表4-4 比較不同修補材料經高溫火害後之斜剪強度 87
表4-5 高溫火害下PC或RPC補強普通混凝土之抗彎強度（1cm厚） 88
表4-6 高溫火害下PC或RPC補強普通混凝土之抗彎強度（2cm厚） 89
表4-7 添加不同鋼纖維含量活性粉混凝土經凍融循環後各項試驗結果 89
表4-8 比較不同修補材料經凍融循環後之斜剪強度 90
表4-9 PC或RPC補強普通混凝土之抗彎強度 90
表4-10凍融循環下PC或RPC補強普通混凝土之抗彎強度（1cm厚） 91
表4-11凍融循環下PC或RPC補強普通混凝土之抗彎強度（2cm厚） 92





圖目錄

圖2-1 世界第一座活性粉混凝土試驗橋示意圖（加拿大Sherbrooke） 27
圖2-2 卜作嵐材料在C-A-S系統之相位圖 27
圖2-3 使用卜作嵐材料可增加混凝土強度 28
圖2-4 各粒料之級配分佈 28
圖2-5 添加矽灰與否對骨材/漿體界面孔隙變化之影響 29
圖2-6 加熱養護溫度與卜作嵐反應比率之關係 29
圖2-7 RPC養護溫度與孔隙之關係 30
圖2-8 纖維排列方向與混凝土強度之關係（1） 30
圖2-9 纖維排列方向與混凝土強度之關係（2） 31
圖2-10 纖維混凝土之應力應變圖 31
圖2-11 纖維混凝土之破壞模式 32
圖2-12 混凝土黏結試驗方法 33
圖2-13 破壞型試分列圖 34
圖2-14 破壞類型圖 34

圖3-1 試驗流程圖 55
圖3-2 矽砂粒徑分佈圖 56
圖3-3 粗骨材粒徑分佈圖 56
圖3-4 細骨材粒徑分佈圖 57
圖3-5 PC或RPC補強普通混凝土之試驗流程圖 58
圖3-6 PC或RPC補強樑試體之示意圖 59
圖3-7 混凝土樑試體經補強後進行抗彎試驗時受力情形 60
圖3-8 RPC養護流程圖 60
圖3-9 抗拉試體之示意圖 61
圖3-10 斜剪試體之示意圖 61

圖4-1 不同鋼纖維含量RPC浸泡於飽和石灰水養護抗壓強度發展情形 93
圖4-2 不同鋼纖維含量RPC浸泡於飽和石灰水養護抗彎強度發展情形 93
圖4-3 不同鋼纖維含量RPC浸泡於飽和石灰水養護劈張強度發展情形 94
圖4-4 不同鋼纖維含量RPC浸泡於飽和石灰水養護抗拉強度發展情形 94
圖4-5 不同鋼纖維含量RPC經高溫火害後其抗壓強度變化之情形 95
圖4-6 高溫火害後之RPC1經洛杉磯磨損試驗其重量百分比變化情形 95
圖4-7 高溫火害後之RPC2經洛杉磯磨損試驗其重量百分比變化情形 96
圖4-8 高溫火害後不同修補材料斜剪試體之斜剪強度之發展情形 96
圖4-9 經高溫火害後以1 cm厚PC與RPC補強試體之抗彎強度比較 97
圖4-10 經高溫火害後以2 cm厚PC與RPC補強試體之抗彎強度比較 97
圖4-11 不同鋼纖維含量RPC經凍融循環後其抗壓強度變化情形 98
圖4-12 凍融循環後之RPC1經洛杉磯磨損試驗其重量百分比變化情形 98
圖4-13 凍融循環後之RPC2經洛杉磯磨損試驗其重量百分比變化情形 99
圖4-14 凍融循環後不同修補材料斜剪試體之斜剪強度發展情形 99
圖4-15 經凍融循環後以1 cm厚PC與RPC補強試體之抗彎強度比較 100
圖4-16 經凍融循環後以2 cm厚PC與RPC補強試體之抗彎強度比較 100



照片目錄

照片3-1 HT-9501 50噸電腦式伺服控制材料試驗機 62
照片3-2 恆溫水槽 62
照片3-3 三段式攪拌機 62
照片3-4 FORNEY- 200噸抗壓試驗機 63
照片3-5 恆溫恆濕箱 63
照片3-6 箱型電子高溫爐 63

照片4-1 活性粉混凝土抗壓破壞情形 101
照片4-2 活性粉混凝土抗彎破壞情形 101
照片4-3 活性粉混凝土劈張破壞情形 102
照片4-4 活性粉混凝土抗拉破壞情形 102
照片4-5 不同鋼纖維含量經400℃火害後之圓柱試體破壞情形 103
照片4-6 RPC1經火害後之磨損試驗400次旋轉後試體磨損情形 103
照片4-7 RPC2經火害後之磨損試驗1000次旋轉後試體磨損情形 104
照片4-8 普通混凝土經400℃與600℃火害後之斜剪試體情形 104
照片4-9 添加不同含量鋼纖維經400℃火害後之斜剪試體破壞情形 105
照片4-10 斜剪試體破壞情形 105
照片4-11 經高溫火害或凍融循環後RPC2/RPC1之斜剪試體破壞情形 106
照片4-12以1 cm或2 cm普通混凝土補強經600℃火害後試體破壞情形 106
照片4-13以1 cm之RPC1與RPC2補強經600℃火害後試體破壞情形 107
照片4-14以2 cm之RPC1與RPC2補強經400℃火害後試體破壞情形 107
照片4-15普通混凝土之抗彎試體破壞情形 108
照片4-16以1 cm或2 cm普通混凝土補強之抗彎試體破壞情形 108
照片4-17以1 cm之RPC1與RPC2補強未經環境測試抗彎試體破壞情形 109
照片4-18以2 cm之RPC1與RPC2補強未經環境測試抗彎試體破壞情形 109
照片4-19以1 cm之RPC1與RPC2補強經火害後之抗彎試體破壞情形 110
照片4-20以2 cm之RPC1與RPC2補強經火害後之抗彎試體破壞情形 110
照片4-21 RPC經凍融循環後之磨損試驗1000次旋轉後試體磨損情形 111
照片4-22 以1 cm之RPC補強經凍融循環300回後之抗彎試體變化情形 111
照片4-23以1 cm之RPC1與RPC2補強經凍融循環後抗彎試體破壞情形 112
照片4-24以2 cm之RPC1與RPC2補強經凍融循環後抗彎試體破壞情形 112

參考文獻

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