臺灣博碩士論文加值系統

輕質骨材具熱傳導率小、耐火性佳等優點，為一良好的耐震材料。本研究係使用國內水庫淤泥之輕質骨材，採用緻密配比法中骨材緊密堆積之理論，同時探討輕質骨材（顆粒密度800及1600 Kg/m3）及常重骨材受高溫作用後對混凝土的影響。
變化水膠比（0.28、0.32、0.40），固定拌和水量在170Kg/m3，並添加飛灰、爐石、強塑劑等摻料，設計輕質骨材混凝土能達到高工作性之要求，減少水泥用量及拌合水用量以達到經濟性及耐久性。
研究中使用德國製之高溫爐，將升溫速率固定在4℃/min，以三種溫度（250、500、750℃），兩種延時時間（1、2小時）進行高溫延時試驗，並與室溫（25℃）做比較，探討工程性質之變化，輔以SEM試驗，觀察高溫後顯微結構的變化。
高溫作用後輕質骨材混凝土仍然保有較高之抗壓強度殘留率（56~99％）、電阻值殘留率（40~93％）、超音波速殘留率（45~86％）。裂縫寬度介於86~398μm之間，但受硫酸鹽侵蝕嚴重，試體經加熱後初始溫度低，隔熱性佳。顯示高溫作用後輕質骨材混凝土仍有良好的工程性質，有利於建築物之耐火性，但需注意微裂縫所造成之耐久性問題。

The merits of lightweight aggregate concrete are having the low rate of thermal conductivity and good condition of fire resistant. Therefore, it is a good aseismatic material. In this research, which used the lightweight aggregate concrete in local reservoir mud and adopted the closle-packed theory from desified mixture design algorithm. In the meanwhile, it discussed the effect of concrete under high temperature between the lightweight aggregate with a grain which density 800 and 1600 kg/m3 and the normal-weight aggregate.The change of water-to-binder ratio respectively in 0.28,0.32 and 0.40 and the amount of mixing water in 170Kg/m3 .Adding the admixtures of fly ash, slg powder and superplasticizer（SP）etc. All these led to the design of the lightweight aggregate concrete to meet the requirement of high proficiency in working. Also, the reduction of cement amount and mixing water met the socioeconomic and durability too.High temperature stove in Germany was used in this investigation. Fixed the rate of heating in 4℃/min and accorded to the three types of temperature respectively at 250℃, 500℃and 750℃.Furthermore, two types of time delay respectively in 1 and 2 hours used to test the high temperature delay.It was Compared with the room temperature（25℃） and confer the change of contracture nature assisting the SEM testing, and the observation of the change of mico-structure after high temperature.
After high temperature, the lightweight aggregate concrete still remained high resistance of strength remanent rate between 56％and 99％. The electrical resistanty remanent rate was between 40% and 93% and the ultrasonic pulse velocity remanent rate was between 45% and 86%. The crack width was between 86μm and 398μm, but it was corroded by the sodium sulfate. After heating, the temperature of lightweight aggregate concrete was low and its heat insulation was fine. It showed that the lightweight aggregate concrete is the superiority quality after high temperature. As a result, it is favorable to the fire resistance of buildings. But need to pay attention to the durability problem was made by micro-cracks.

總 目 錄
中文摘要 …………………………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要 …………………………………………………………………………… Ⅱ
誌 謝 …………………………………………………………………………… Ⅲ
目 錄 …………………………………………………………………………… Ⅳ
表 目 錄 …………………………………………………………………………… Ⅵ
圖 目 錄 …………………………………………………………………………… Ⅶ
符號說明 …………………………………………………………………………… Ⅹ
目 錄
第一章 緒論……………………………………………………………………… 1
1.1 研究動機…………………………………………………………… 1
1.2 研究目的及範圍…………………………………………………… 1
1.3 研究方法及流程……………………………………………… 2
第二章 文獻回顧………………………………………………………………… 4
2.1輕質骨材之沿革、發展及性質……………………………………… 4
2.1.1輕質骨材混凝土之沿革……………………………………… 4
2.1.2輕質骨材混凝土之發展過程………………………………… 5
2.1.3輕質骨材混凝土之材料特性………………………………… 5
2.2輕質骨材之緻密配比設計流程…………………………………… 7
2.3超音波之非破壞檢測方法理論及應用…………………………… 7
2.3.1超音波脈波速度法適用與限制……………………………… 7
2.3.2超音波脈波速度法量測方式………………………………… 8
2.3.3混凝土強度及超音波波速關係之因素……………………… 9
2.3.4高階探傷超音波EPOCH4探測原理………………………… 10
2.4紅外線之非破壞檢測方法理論及應用…………………………… 12
2.4.1紅外線熱影像基本原理……………………………………… 12
2.4.2紅外線熱影像於土木工程之應用…………………………… 13
2.5高溫作用下造成混凝土之性質變化……………………………… 15
2.5.1高溫作用下混凝土材料變化………………………………… 15
2.5.2高溫延時及升溫速率影響…………………………………… 16
2.5.3高溫作用後混凝土的爆裂與剝落…………………………… 16
2.5.4高溫作用後混凝土殘餘強度之影響………………………… 18
2.5.5高溫作用後混凝土內部結構之行為………………………… 20
第三章 試驗計畫………………………………………………………………… 26
3.1試驗材料…………………………………………………………… 26
3.2輕質骨材緻密配比………………………………………………… 27
3.3試驗變數、項目及流程……………………………………………… 30
3.4 試驗方法及設備…………………………………………………… 31
3.4.1材料基本性質試驗…………………………………………… 31
3.4.2高溫爐………………………………………………………… 32
3.4.3混凝土工程性質試驗………………………………………… 32
第四章 結果與分析……………………………………………………………… 49
4.1新拌性質…………………………………………………………… 49
4.2混凝土性質分析…………………………………………………… 50
4.2.1抗壓強度……………………………………………………… 50
4.2.2超音波波速…………………………………………………… 51
4.2.3表面電阻……………………………………………………… 53
4.2.4紅外線溫度感測法檢測……………………………………… 54
4.2.5抗硫酸鹽侵蝕試驗…………………………………………… 55
4.3高溫作用後混凝土性質分析……………………………………… 56
4.3.1抗壓強度……………………………………………………… 56
4.3.2超音波波速…………………………………………………… 57
4.3.3表面電阻……………………………………………………… 58
4.3.4紅外線溫度感測法檢測……………………………………… 59
4.3.5抗硫酸鹽侵蝕試驗…………………………………………… 60
4.4輕質骨材混凝土SEM微觀分析…………………………………… 61
4.4.1水化反應……………………………………………………… 61
4.4.2高溫作用後之界面裂縫……………………………………… 62
4.5綜合工程性質分析………………………………………………… 63
第五章 結論與建議……………………………………………………………… 109
5.1 結論………………………………………………………………… 109
5.2 建議………………………………………………………………… 111
參考文獻 …………………………………………………………………………… 112
作者簡歷 …………………………………………………………………………… 119










表目錄
表2.1 國內近年來輕質骨材之相關研究……………………………………… 21
表2.2 國外近年來輕質骨材之相關研究……………………………………… 22
表2.3 輕質骨材之種類與基本物理性質……………………………………… 23
表2.4 混凝土強度與超音波波速對照表……………………………………… 23
表3.1 試驗用水泥、爐石、飛灰之化學成份及物理性質…………………… 35
表3.2 骨材基本性質分析……………………………………………………… 36
表3.3 強塑劑HPC-1000之成份分析…………………………………………… 36
表3.4 輕質骨材高性能混凝土配比表………………………………………… 37
表3.5 輕質高性能混凝土試驗變數…………………………………………… 37
表3.6 試驗項目及變數表……………………………………………………… 38
表3.7 混凝土組成材料基本物性試驗規範…………………………………… 38
表3.8 本研究相關實驗規範…………………………………………………… 39
表4.1 輕質骨材混凝土新拌性質……………………………………………… 66
表4.2 各溫度下輕質骨材混凝土圓柱試體28天抗壓強度…………………… 66
表4.3 輕質骨材混凝土試體版牆之鑽心試體高溫作用後之抗壓強度……… 67
表4.4 各溫度下輕質骨材混凝土試體超音波速值…………………………… 67
表4.5 各溫度下輕質骨材混凝土試體探傷超音波速值……………………… 68
表4.6 混凝土版牆各齡期之超音波速變化…………………………………… 68
表4.7 各溫度下混凝土版牆鑽心試體之超音波速…………………………… 69
表4.8 各溫度下輕質骨材混凝土之表面電阻值……………………………… 69
表4.9a 各溫度下輕質骨材混凝土之重量損失表（5循環）…………………… 70
表4.9b 各溫度下輕質骨材混凝土之重量損失表（5循環）…………………… 71
表4.9c 各溫度下輕質骨材混凝土之重量損失表（5循環）…………………… 72
表4.10 高溫作用後輕質骨材混凝土圓柱試體之抗壓強度與文獻建議值[34]＊ 73
表4.11 高溫作用後之輕質骨材混凝土溫度變化……………………………… 74











圖目錄
圖1.1 研究流程圖………………………………………………………………… 3
圖2.1 淤泥輕質骨材與台灣地區輕質骨材之比較……………………………… 24
圖2.2 傅立葉轉換示意圖………………………………………………………… 24
圖2.3 升溫速率對高溫下殘餘強度之影響……………………………………… 25
圖2.4 混凝土角隅處剝落示意圖………………………………………………… 25
圖3.1 輕質骨材顆粒……………………………………………………………… 40
圖3.2 飛灰+砂填充於輕質骨材及常重骨材之單位重關係圖………………… 40
圖3.3 飛灰+砂填充於輕質骨材顆粒比重0.8及1.6之孔隙率變化關係圖…… 41
圖3.4 強制式雙軸拌合機………………………………………………………… 41
圖3.5 混凝土版牆外觀…………………………………………………………… 42
圖3.6 輕質骨材顆粒密度800kg/m3鑽心試體（LWC0832）…………………… 42
圖3.7 輕質骨材顆粒密度1600kg/m3鑽心試體（LWC1632）…………………… 43
圖3.8 試驗計劃流程圖…………………………………………………………… 44
圖3.9 高溫爐……………………………………………………………………… 45
圖3.10 混凝土抗壓試驗機………………………………………………………… 45
圖3.11 四極式電阻量測儀………………………………………………………… 46
圖3.12 超音波波速儀……………………………………………………………… 46
圖3.13 高階探傷超音波儀………………………………………………………… 47
圖3.14 紅外線影像分析儀(TVS-110)……………………………………………… 47
圖3.15 掃描式電子顯微鏡………………………………………………………… 48
圖4.1 新拌輕質骨材混凝土之坍度變化………………………………………… 75
圖4.2 新拌輕質骨材混凝土之坍流度變化……………………………………… 75
圖4.3 25℃之輕質骨材混凝土抗壓強度變化…………………………………… 76
圖4.4 各溫度下鑽心試體之抗壓強度趨勢圖…………………………………… 76
圖4.5 25℃之輕質骨材混凝土超音波速變化…………………………………… 77
圖4.6 25℃之輕質骨材混凝土探傷超音波速變化……………………………… 77
圖4.7 超音波速與抗壓強度趨勢圖……………………………………………… 78
圖4.8 探傷超音波速與抗壓強度趨勢圖………………………………………… 78
圖4.9 混凝土版牆上層在大氣養護下齡期與超音波之關係…………………… 79
圖4.10 混凝土版牆中層在大氣養護下齡期與超音波之關係…………………… 79
圖4.11 混凝土版牆下層在大氣養護下齡期與超音波之關係…………………… 80
圖4.12 各溫度下鑽心試體之超音波速…………………………………………… 80
圖4.13 各溫度下鑽心試體之探傷超音波儀超音波速…………………………… 81
圖4.14 25℃之輕質骨材混凝土表面電阻值……………………………………… 81
圖4.15 顆粒密度800kg/m3之輕質骨材混凝土版牆7天紅外線溫度感測圖…… 82
圖4.16 顆粒密度1600kg/m3之輕質骨材混凝土版牆7天紅外線溫度感測圖… 82
圖4.17 常重骨材混凝土版牆7天紅外線溫度感測圖…………………………… 83
圖4.18 顆粒密度800kg/m3之輕質骨材混凝土版牆21天紅外線溫度感測圖… 83
圖4.19 顆粒密度1600kg/m3之輕質骨材混凝土版牆21天紅外線溫度感測圖… 84
圖4.20 常重骨材混凝土版牆紅外線溫度感測圖21天………………………… 84
圖4.21 顆粒密度800kg/m3之輕質骨材混凝土版牆28天紅外線溫度感測圖… 85
圖4.22 顆粒密度1600kg/m3之輕質骨材混凝土版牆28天紅外線溫度感測圖… 85
圖4.23 常重骨材混凝土版牆之28天紅外線溫度感測圖……………………… 86
圖4.24 不同骨材比重混凝土之抗硫酸鹽試驗重量損失發展圖（5循環）…… 86
圖4.25 顆粒密度800kg/m3之輕質骨材混凝土在不同水膠比下抗壓強度趨勢圖 87
圖4.26 顆粒密度1600kg/m3之輕質骨材混凝土在不同水膠比下抗壓強度趨勢圖…………………………………………………………………………… 87
圖4.27 常重骨材混凝土在不同水膠比下抗壓強度趨勢圖……………………… 88
圖4.28 不同骨材密度之抗壓強度趨勢圖（水膠比0.28）………………………… 88
圖4.29 不同骨材密度之抗壓強度趨勢圖（水膠比0.32）……………………… 89
圖4.30 不同骨材密度之抗壓強度趨勢圖（水膠比0.40）……………………… 89
圖4.31 250℃作用下輕質骨材混凝土與文獻[34]＊之殘餘抗壓強度圖………… 90
圖4.32 500℃高溫作用下輕質骨材混凝土與文獻[34]＊之殘餘抗壓強度圖…… 90
圖4.33 750℃高溫作用下輕質骨材混凝土與文獻[34]＊之殘餘抗壓強度圖…… 91
圖4.34 各溫度下超音波儀量測之波速值………………………………………… 91
圖4.35 各溫度下探傷超音波儀量測之波速值…………………………………… 92
圖4.36 高溫作用後輕質骨材混凝土之超音波與抗壓強度趨勢圖，比重0.8… 92
圖4.37 高溫作用後輕質骨材混凝土之超音波與抗壓強度趨勢圖，比重1.6… 93
圖4.38 常重骨材混凝土之超音波與抗壓強度趨勢圖…………………………… 93
圖4.39 輕質、常重骨材混凝土之超音波與抗壓強度趨勢圖…………………… 94
圖4.40 輕質骨材混凝土探傷超音波波型圖(顆粒密度800kg/m3，25℃，60db)… 94
圖4.41 輕質骨材混凝土探傷超音波波型圖(顆粒密度1600kg/m3，25℃，60db) 95
圖4.42 常重骨材混凝土探傷超音波波型圖(25℃，60db)………………………… 95
圖4.43 輕質骨材混凝土之超音波路徑變化圖(顆粒密度800kg/m3，25℃，60db) 96
圖4.44 輕質骨材混凝土之超音波路徑變化圖(顆粒密度800kg/m3，250℃，60db) 96
圖4.45 輕質骨材混凝土之超音波路徑變化圖(顆粒密度800kg/m3，500℃，60db) 97
圖4.46 輕質骨材混凝土之超音波路徑變化圖(顆粒密度800kg/m3，750℃，60db) 97
圖4.47 高溫作用後輕質骨材混凝土之探傷超音波與抗壓強度趨勢圖，比重0.8 98
圖4.48 高溫作用後輕質骨材混凝土之探傷超音波與抗壓強度趨勢圖，比重1.6 98
圖4.49 常重骨材混凝土之探傷超音波與抗壓強度趨勢圖……………………… 99
圖4.50 輕質、常重骨材混凝土之探傷超音波與抗壓強度趨勢圖……………… 99
圖4.51 溫度變化對輕質骨材混凝土在不同水膠比下之表面電阻圖…………… 100
圖4.52 溫度變化對輕質骨材混凝土在不同骨材密度下之表面電阻圖………… 100
圖4.53 輕質骨材混凝土在不同溫度作用下之表面電阻圖……………………… 101
圖4.54 輕質骨材鑽心試體之紅外線溫度感測圖（LWC0832，250-1HR，0分鐘） 101
圖4.55 輕質骨材鑽心試體之紅外線溫度感測圖（LWC1632，250-1HR，0分鐘） 102
圖4.56 常重骨材鑽心試體之紅外線溫度感測圖（NWC32，250-1HR，0分鐘） 102
圖4.57 輕質骨材鑽心試體之溫度變化圖（LWC0832）………………………… 103
圖4.58 輕質骨材鑽心試體之溫度變化圖（LWC1632）………………………… 103
圖4.59 常重骨材鑽心試體之溫度變化圖（NWC32）…………………………… 104
圖4.60 輕質骨材混凝土在250℃作用後之抵抗硫酸鹽試驗重量損失發展圖… 104
圖4.61 輕質骨材混凝土在500℃作用後之抵抗硫酸鹽試驗重量損失發展圖… 105
圖4.62 輕質骨材混凝土在750℃作用後之抵抗硫酸鹽試驗重量損失發展圖… 105
圖4.63 不同骨材之混凝土試體之SEM晶相圖（齡期28天）………………… 106
圖4.64 顆粒密度1600kg/m3之輕質骨材混凝土高溫作用下裂縫寬度SEM圖… 108

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