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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:羅揚宗
研究生(外文):Yang-Tsung Lo
論文名稱:傳統磚砌建築灰縫材料改良之研究
論文名稱(外文):A Study on the Improvement of Mortar in Traditional Brick Monument
指導教授:李德河李德河引用關係
指導教授(外文):Der-Her Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:185
中文關鍵詞:飛灰水淬爐石可逆性熱蘭遮城石膏白水泥
外文關鍵詞:fly ashwhite cementslag powderreversiblegypsumZeelandia
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由於我國位於亞熱帶地區,且地處環太平洋地震帶,致使降雨量大、氣候潮濕且地震發生頻繁,傳統磚造建築物在此環境的侵蝕下,常導致傳統磚造建築物受到毀損,包括磚牆表面風化、介面錯動等。台灣921地震後,許多珍貴古蹟與歷史建築同時遭到地震摧毀,故隔年我國即修改《文化資產保存法》,使古蹟修復必要時「得採用現代科技與工法」,允許新材料、新工法之使用,在不違背可逆性與真實性的前提下,增強建築物之抗震、防災的機能。
台灣自荷治時期開始引入磚砌建築,至今仍遺留著許多珍貴的磚造建築物,如現今台南安平熱蘭遮城、赤崁樓等,這些建築物保留興建時所使用的材料、建築構造等,為我國重要的文化資產,而熱蘭遮城更是我國第一座磚砌城堡,其歷史地位與研究價值不可言喻,因此本研究以熱蘭遮城所用灰漿材料為研究參考目標。
在熱蘭遮城原配比中,添加石膏、白水泥、飛灰、水淬爐石粉及石英砂嘗試改良其力學性質且兼具可逆性。在力學性質方面,進行抗壓試驗、劈裂試驗及針入度試驗;在可逆性方面,進行吸水率試驗及磚材界面剪力試驗。其研究成果如下:
(1)添加石膏及白水泥有助於提升灰漿試體的早期抗壓強度。添加飛灰及水淬爐石粉有助於提升灰漿試體的晚期抗壓強度,且經過磚材界面剪力試驗後,皆具有可逆性。然而,添加石英砂對於灰漿試體的抗壓強度未有顯著的提升。
(2)灰漿試體皆屬於抗拉性質較差之材料,其抗拉強度約為抗壓強度的8±3%。
(3)由於針入度儀器方便野外施測,經由本研究之針入度試驗和抗壓試驗結果所得之數據建立其關係式,有助於利用針入度強度(X)推估灰漿之抗壓強度(Y)。其關係式如下:
在碳化程度30 %以上,其迴歸式為 Y = 0.231*X (R2 = 0.98);
在碳化程度30 %以下,其迴歸式為Y = 0.273*X (R2 = 0.94)。

關鍵字:熱蘭遮城、石膏、白水泥、飛灰、水淬爐石、可逆性。
Taiwan is located in the subtropical region and the circum pacific seismic belt, which results in the large rainfall, moist climate and frequent earthquakes. The traditional brick buildings stood in the environment erosion often leads to the damage of the traditional brick buildings, such as the brick surface weathering and the interface sliding. In 1999, 921 earthquake (or named Chi-Chi earthquake) destroys many precious heritages and historical buildings in Taiwan. Therefore, in the next year, "Cultural Heritage Preservation Law" is modified. After the modification of the Cultural Heritage Preservation Law, the restorations of the heritage can use the modern technologies and methods when it is necessary. Thus, the new materials and new methods can be utilized to enhance the seismic resistance and disaster prevention ability of the buildings if the reversible and authenticity are obeyed.
The constructions of the brick buildings in Taiwan are started from the Dutch colonial era. Until now, many invaluable brick buildings still stood firmly in Taiwan, such as the Zeelandia and Provintia in Tainan, Taiwan. These buildings with the original materials and building constructions are the important cultural assets of Taiwan, especially the Zeelandia. The Zeelandia is the first brick castle in Taiwan, and thus, it is important and significant for the history of Taiwan and is also valuable for the researchers. Therefore, this paper uses the mortar of Zeelandia as the studying subject.
This paper tries to enhance the mechanical properties of the Zeelandia mortar and maintain the reversibility of the adjusted mortars by utilizing the gypsum, white cement, fly ash, slag powder and quartz sand. This paper applies the uniaxial compressive test, Brazilian test and penetration test to evaluate the mechanical properties of the adjusted mortars, and applies the water absorption test and the interface shear test to assess the reversibility of the adjusted mortars. The experiment results are concluded and shown as follows:
(1)Adding the gypsum and white cement are helpful for increasing the early compressive strength of the mortar specimen. Adding the fly ash and slag powder are helpful for enhancing the terminal compressive strength of the mortar specimen. In addition, according to the results of the interface shear tests, the mortar specimen with gypsum, white cement, fly ash and slag powder are all reversible. However, adding the quartz sand to the mortar specimen is not significant for improving the compressive strength of the mortars.
(2)The mortars have the poor tensile strength, and the tensile strength is about 8 ± 3% of the compressive strength.
(3)The penetration test is an easy experiment method, and thus, suitable to perform in the field. This paper establishes the relationship between the penetration strength (X) and the compressive strength (Y) of the mortars. The relationship is shown as follows:
Y = 0.231 * X (R2 = 0.98), when the carbonation of the mortar is higher than 30%;
Y = 0.273 * X (R2 = 0.94), when the carbonation of the mortar is lower than 30%.

Keyword: Zeelandia, gypsum, white cement, fly ash, slag powder, reversible.
摘要 ---------------------------------------------------- I
Abstract------------------------------------------------III
目錄 --------------------------------------------------- VI
誌謝------------------------------------------------------V
表目錄 -------------------------------------------------- X
圖目錄 ------------------------------------------------ XII
照片目錄 --------------------------------------------- XVII

第一章 緒論
1-1 研究動機 ------------------------------------------ 1
1-2 研究目的 ------------------------------------------ 2
1-3 研究流程 ------------------------------------------ 3
第二章 文獻回顧
2-1 灰漿材料 ------------------------------------------ 5
2-1-1 石灰 ------------------------------------------- 6
2-1-2 骨材 ------------------------------------------- 8
2-1-3 黏土 ------------------------------------------- 8
2-1-4 糯米漿 ----------------------------------------- 9
2-1-5 糖漿 ------------------------------------------- 9
2-2 灰漿配比分析 ------------------------------------- 10
2-3 紅磚與灰漿材料界面關係 --------------------------- 16
2-4 卜作嵐材料 --------------------------------------- 17
2-4-1 飛灰 ------------------------------------------ 19
2-4-2 爐石 ------------------------------------------ 25
2-5 石膏 --------------------------------------------- 29
2-5-1 石膏之概述 ------------------------------------ 29
2-5-2 �捋P�狴b水石膏特性的比較 ---------------------- 31
2-6 卜特蘭水泥 --------------------------------------- 33
2-6-1 單礦物水化反應機制 ---------------------------- 35
2-7 中性化相關理論 ------------------------------------43
2-7-1 中性化反應機理 -------------------------------- 43
2-7-2 中性化測定方法 -------------------------------- 43
2-8 灰漿可逆性 --------------------------------------- 44
2-9 熱蘭遮城灰漿 ------------------------------------- 45
第三章 試驗內容及方法
3-1 試驗材料 ----------------------------------------- 47
3-1-1 石灰 ------------------------------------------ 47
3-1-2 砂 -------------------------------------------- 48
3-1-3 牡蠣殼 ---------------------------------------- 49
3-1-4 糖漿 ------------------------------------------ 50
3-1-5 糯米漿 ---------------------------------------- 50
3-1-6 石膏 ------------------------------------------ 51
3-1-7 白水泥 ---------------------------------------- 52
3-1-8 飛灰 ------------------------------------------ 53
3-1-9 水淬爐石粉 ------------------------------------ 54
3-1-10 渥太華砂 ------------------------------------- 56
3-2 灰漿配比設計與試體製作 --------------------------- 57
3-2-1 試驗設計配比 ---------------------------------- 57
3-2-2 試體製作與養護 -------------------------------- 59
3-2-3 拌合用水量 ------------------------------------ 59
3-3 試驗項目與儀器 ----------------------------------- 60
3-3-1 基本物性試驗 ---------------------------------- 60
3-3-2 單壓及劈裂試驗 -------------------------------- 61
3-3-3 中性化試驗 ------------------------------------ 61
3-3-4 吸水率試驗 ------------------------------------ 62
3-3-5 超音波試驗 ------------------------------------ 63
3-3-6 針入度試驗 ------------------------------------ 63
3-3-7 流度試驗 -------------------------------------- 64
3-3-8 可逆性試驗 ------------------------------------ 65
第四章 置換膠結材試驗結果與分析
4-1 乾單位重 ----------------------------------------- 68
4-2 工作度試驗結果 ----------------------------------- 71
4-3 超音波試驗結果 ----------------------------------- 72
4-4 吸水率試驗結果 ----------------------------------- 74
4-5 碳化程度檢測結果 --------------------------------- 77
4-6 力學性質試驗結果 --------------------------------- 88
4-6-1 抗壓試驗結果 ---------------------------------- 88
4-6-2 劈裂試驗結果 ------------------------------------- 98
4-6-3 置換膠結材配比之抗壓強度和抗拉強度關係 ---------- 102
4-7 可逆性試驗結果 ------------------------------------ 109
第五章 置換骨材試驗結果與分析
5-1 乾單位重 ---------------------------------------- 121
5-2 工作度試驗結果 ---------------------------------- 124
5-3 超音波試驗結果 ---------------------------------- 125
5-4 吸水率試驗結果 ---------------------------------- 127
5-5 碳化程度檢測結果 -------------------------------- 130
5-6 篩分析試驗結果 ---------------------------------- 139
5-7 力學性質試驗結果 -------------------------------- 141
5-7-1 抗壓試驗結果 --------------------------------- 141
5-7-2 劈裂試驗結果 --------------------------------- 149
5-7-3 針入度試驗結果 ------------------------------- 153
5-7-4 置換骨材配比之抗壓強度和抗拉強度關係 --------- 158
5-8 可逆性試驗結果 ---------------------------------- 163
第六章 綜合討論與分析
6-1 置換膠結材配比與仿古配比在抗壓及劈裂強度比較 ---- 168
6-2 置換骨材配比與仿古配比在抗壓及劈裂強度比較 ------ 169
6-3 P波和抗壓強度之關係 ---------------------------- 171
6-4 P波和碳化程度之關係 ---------------------------- 171
6-5 P波和吸水率之關係 ------------------------------ 172
6-6 抗壓強度和吸水率之關係 -------------------------- 173
6-7 卜作嵐材料用量限制 -------------------------------- 174
6-7-1 飛灰用量限制 ------------------------------------ 175
6-7-2 水淬爐石粉用量限制 ------------------------------ 175
第七章 結論與建議
7-1 結論 -------------------------------------------- 177
7-2 建議 -------------------------------------------- 179
參考文獻 ---------------------------------------------- 180
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