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研究生:王奕惟
研究生(外文):Yi-wei Wang
論文名稱:發泡無機聚合物之開發及耐熱性能研究
論文名稱(外文):A study on development of heat resistant Geopolymer foam
指導教授:吳傳威吳傳威引用關係
口試委員:陳建忠鄭大偉
口試日期:2009-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:土木與防災研究所
學門:環境保護學門
學類:環境防災學類
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:112
中文關鍵詞:無機聚合物發泡隔熱耐燃
外文關鍵詞:GeopolymerFoamFire ResistanceHeat Resistance
相關次數:
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國內外研究目前已證實「無機聚合物」材料具耐高溫效能,物理性能良好、不具毒性、並且抗腐蝕、可再利用等特性,有成為新一代的抗高溫材料之基礎。前期研究曾使用「無機聚合物」代替環氧樹脂包覆纖維於混凝土試体,證實的確具相當之粘貼及耐高溫性能。本研究則為進一步提升無機聚合物耐高溫之特性,嘗試應用多孔隙特性開發「發泡無機聚合物」。在過程中,以不同之發泡劑、配比及纖維材料製作不同厚度、直徑之試餅測試高溫阻絕能力。其後選擇表現較佳者測試其抗壓、抗彎、密度、發泡膨脹率等力學及物理性質。最後則嘗試用以製作混凝土試體外圍之耐高溫披覆,期望運用發泡孔隙之熱傳導阻隔性能有效阻絕高溫。研究結果顯示厚度2.5 cm之發泡無機聚合物試體餅當以1100℃之火焰噴燒,其背面1小時後測得之溫度約在300℃。當用以包覆於混凝土圓柱試體外圍,在高溫600、710、800℃下,亦仍能保有相當之強度,證實發泡無機聚合物確實於阻絕高溫性能上有相當之效果,具有後續開發之潛力。
Worldwide researches have confirmed that geopolymer has the opportunity to become a new generation materials due to its fine properties on heat resistance, non-toxic, corrosion-resistant, and reusable. The previous studies have used geopolymer to replace epoxy as the bond material for covering FRP on concrete cylinders. The effects of cohesive as well as heat resistance were certain. To further promote the property of heat resistance for geopolymer, a porous type of material, namely geopolymer foam, is proposed to develop in the present work. During the developing process, different foaming ingredient with different fiber materials were trial, and plate specimens with different diameters and thickness were made to test the ability of heat isolation. Then, some better performed specimens were chosen to test the mechanical and physical properties such as compression and flexure strength, density, and expansion rate, etc. Finally, the developed geopolymer foam was made as a fire resistance cover on concrete cylinders to run a trial test. The results shows that a so developed geopolymer foam test plate with a thickness 2.5cm, when burned under 1100 ℃ fire for one hour, the temperature measured in the back was only 300 ℃. The trial tests of the covered concrete cylinders were also showed that under temperatures 600, 710, 800℃, the strength still remains. It is seen that there are considerabl abilities on the heat resistance as well as fire isolation for the developed geopolymer foam, and content some potential.
目 錄

摘 要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表 目 錄 viii
圖 目 錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的及方法 2
1.4 預期成果 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 無機聚合物 4
2.1.1無機聚合物之結構與聚合機制 5
2.1.2無機聚合物之材料組成 6
2.1.3無機聚合物之相關應用 8
2.2 隔熱材料 13
2.2.1隔熱材料之分類 13
2.2.2隔熱材料之熱傳模式 13
2.2.3熱傳導影響因子 15
2.2.3.1材料之組成及結構 15
2.2.3.2密度 15
2.2.3.3含水率 16
2.2.3.4孔隙內之氣體 16
2.2.3.5氣流及氣體壓力 16
2.2.4 隔熱材料之發展及應用 16
2.2.4.1隔熱材料之發展 16
2.2.4.2隔熱材料之應用 17
2.3 防火批覆材料的現況與發展趨勢 18
2.3.1前言 18
2.3.2火災燃燒及其過程 18
2.3.3燃燒現象與阻燃觀念 19
2.3.4防火批覆材料之分類 19
2.3.5防火批覆材料於土木上的應用 21
2.4 混凝土受高溫之性質變化 23
2.4.1混凝土之熱學性質 23
2.4.2混凝土受高溫後之變化 26
2.4.3混凝土受高溫後殘餘應力之影響 27
2.4.4混凝土受熱後之外觀變化 29
2.5混凝土之破壞模式 31
第三章 試驗計畫 33
3.1試驗規劃 33
3.2試驗材料 35
3.2.1無機聚合膠脂 35
3.2.2纖維材料 38
3.2.2.1碳纖維 38
3.2.2.2玻璃纖維 39
3.2.2.3玻璃纖維網格 39
3.2.3發泡劑 40
3.2.4緩凝劑 41
3.3試體製作 42
3.3.1無機聚合膠脂 42
3.3.2無機聚合膠脂之測試 43
3.3.2.1耐火絕熱試驗 43
3.3.2.2抗壓試驗 49
3.3.2.3抗彎試驗 49
3.3.2.4發泡膨脹率測試 50
3.3.3驗證試體製作 51
3.3.3.1混凝土圓柱試體製作 51
3.3.3.2試體包覆前準備 52
3.3.3.3發泡厚度包覆 53
3.4試驗儀器設備 55
3.5試驗方法 58
3.5.1抗壓強度試驗 58
3.5.2抗彎強度試驗 59
3.5.3耐火絕熱試驗 60
第四章 試驗結果與討論 62
4.1無機聚合物絕熱性質 62
4.1.1實驗初期之試驗 62
4.1.2實驗中期之試驗 72
4.1.3實驗後期之試驗 79
4.2無機聚合物物理性質 96
4.3無機聚合物力學性質 97
4.3.1無機聚合物抗壓試驗 97
4.3.2無機聚合物抗彎試驗 99
4.4包覆圓柱試體分析 100
4.4.1原型試體抗壓強度 101
4.4.2包覆發泡厚度於原柱試體 102
4.4.3結果分析及耐火隔熱討論 104
第五章 結論與建議 109
5.1結論 109
5.2建議 110
參考文獻 111
















表 目 錄

表2.1無機聚合物與卜特蘭水泥之比較 9
表2.2各類防火批覆材料優點比較 23
表2.3混凝土最高作用溫度延時 28
表2.4 混凝土在不同溫度受熱情況下之外表色澤 29
表2.5混凝土在不同溫度下之裂縫分布 30
表3.1試驗流程 34
表3.2玻璃粉之粒徑分佈圖 35
表3.3高嶺石及變高嶺石粒徑分佈 36
表3.4高嶺石主要化學成分 37
表3.5矽酸鈉溶液組成成分 38
表3.6碳纖維型號及特性 38
表3.7玻璃纖維型號及特性 39
表3.8發泡劑之外觀比較 40
表3.9無機聚合物配比表 42
表3.10初期試體製作過程 43
表3.11初期試體示意圖及編號 44
表3.12中期試體製作過程 45
表3.13中期試體示意圖及試體編號 46
表3.14後期試體製作過程 47
表3.15後期試體示意圖及試體編號 47
表3.16抗壓試體製作過程 49
表3.17抗彎試體製作過程 50
表3.18發泡包覆流程圖 53
表3.19圓柱試體編號 54
表4.1試體1C-8C噴燒前後外觀之比較 64
表4.2試體1G-8G噴燒前後外觀之比較 66
表4.3試體1C-8C升溫曲線 69
表4.4試體1G-8G升溫曲線 70
表4.5試體升溫曲線平均值與溫度最高值 71
表4.6試體1F、2F噴燒前後外觀之比較 72
表4.7試體1S噴燒前後外觀之比較 73
表4.8試體1LF-4LF噴燒前後外觀之比較 74
表4.9發泡試體噴燒後之斷面 75
表4.10試體1F、2F、1S、2S升溫曲線 77
表4.11試體1LF-4LF升溫曲線 77
表4.12試體升溫曲線平均值與溫度最高值 78
表4.13試體AL1至AL6、5L至10L噴燒前外觀之比較 79
表4.14試體AL1至AL6、5L至10L噴燒後外觀之比較 81
表4.15試體AL1至AL6升溫曲線 85
表4.16試體5L至10L升溫曲線 86
表4.17試體5L-6L平均值比較與最高溫度 89
表4.18試體LF15至LF30噴燒前後外觀之比較 90
表4.19試體LF15至LF30發泡孔隙比較 92
表4.20試體LF15至LF30升溫曲線 93
表4.21烘乾與未烘乾是體比較圖 94
表4.22試體LF15至LF30及LF15H至LF30H平均值比較與最高溫度 94
表4.23試體綜合比較表 95
表4.24發泡無機聚合物物理性質 96
表4.25不同高度之發泡比例 97
表4.26無機聚合膠脂試體之抗壓強度 97
表4.27後期發泡劑2試體之抗壓強度 97
表4.28無機聚合膠脂試體之抗彎強度 99
表4.29發泡劑2試體之抗彎強度 99
表4.30原型混凝土原柱抗壓強度 101
表4.31發泡包覆混凝土圓柱抗壓強度 103
表4.32試體強度比較表 106
表4.33高溫爐升溫曲線 106
表4.34市售相關耐高熱材最高承受溫度比較 107
表4.35市售各種防火板性質與規格之比較 108













圖 目 錄

圖2.1無機聚合物與混凝土結構組成比較 4
圖2.2三維鍵結圖 6
圖2.3無機聚合物材料組成圖 7
圖2.4無機聚合物之聚化程度及應用 9
圖2.5卜特蘭水泥與無機聚合物於不同溫度之強度 10
圖2.6無機聚合物複合水泥不同時間之強度 10
圖2.7不同層數之樑強度 11
圖2.8火災過程及室內溫度變化情形 19
圖2.9鋼構的降伏強度隨溫度變化的關係 22
圖2.10混凝土受溫度影響之熱擴散率 24
圖2.11混凝土比熱與溫度之關係 25
圖2.12混凝土受單軸壓力支應力應變圖 31
圖2.13混凝土受壓時之典型破壞模式 32
圖3.1 氫氧化鈉粉末 37
圖3.2玻璃纖維網格 39
圖3.3發泡劑1之粒徑分佈 41
圖3.4發泡劑2之粒徑分佈 41
圖3.5攪拌無機聚合膠脂 42
圖3.6發泡高度測試 50
圖3.7坍度試驗 51
圖3.8試體澆製與搗實 52
圖3.9試體刮平表面 52
圖3.10試體浸泡 53
圖3.11萬能試驗機 55
圖3.12 TM-747D測溫器 56
圖3.13電腦紀錄設備 56
圖3.14高溫爐 57
圖3.15試體放置圖 57
圖3.16抗壓試體示意圖 58
圖3.17試體四點載重示意圖 59
圖3.18絕熱試驗儀器 60
圖3.19絕熱試驗儀器 60
圖3.20隔熱試驗示意圖 61
圖4.1試體模擬包覆示意圖 63
圖4.2試體斷面圖 68
圖4.3發泡試體抗壓斷面圖 98
圖4.4抗壓試驗結果比較圖 98
圖4.5發泡試體抗彎斷面圖 100
圖4.6抗彎試驗結果比較圖 100
圖4.7試體溫度-應力對應圖 105
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