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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉吉邦
研究生(外文):Chi - pang liu
論文名稱:古蹟與歷史建築夯土材料添加無機聚合物之抗剪性能探討
論文名稱(外文):On the Shear Resistance of Rammed Earth Material Mixing Geopolymer Used in Monuments and Historical Buildings
指導教授:吳傳威吳傳威引用關係
口試委員:鄭大偉雷明遠
口試日期:2012-07-20
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: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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:夯土材料夯土磚無機聚合物砌築膠結漿體介面剪力強度
外文關鍵詞:Rammed Earth MaterialRammed earth brickGeopolymerBonding motarInterface shear strength
相關次數:
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現存許多古蹟及歷史建築之牆體甚多皆是以夯土材料構築而成。由於古法夯土磚體本身常存在有抗壓強度低弱、結構膠結能力不足,抗水性差等不佳性質,當年代久遠或承受自然災害,容易產生老化剝離、錯動開裂甚至坍塌等現象。目前夯土結構保修的相關文獻實不足以支應,使得古蹟及歷史建築的保護維修困難重重。本研究使用近年來逐漸展露頭腳的“無機聚合物”,取用同為自然材料的高嶺土,添加鋁、矽化合物使產生膠體,拌和不同夯土材料,製作成夯土磚材及砌築膠結漿體,以自行規劃之試體組進行直接剪力實驗,以包含傳統及新開發之不同砌築膠結漿體黏結包括古今傳統及新開發之四類不同夯土磚探討比較其抗剪性能,對於期待作為夯土結構古蹟及歷史建築修復之替代材料材料而言,所顯示的結果部分確實令人鼓舞。

The wall bodies of many existing ancient remains and historical buildings were constructed by compacted earth material. The old fashion earth bricks usual had the properties of low strength, poor bonding, and bad water resistance. Deterioration, disintegrating, cracking, and even collapse due to weathering or aging happened commonly. The reference concerning the maintenance of such is quite few up to now, and cause the related works very difficult. The present research made use of a newly developed bonding material, namely geopolymer, and added it into regular earth to manufacture compacted bricks. A series original experimental tests using special specimen have been execute to investigate the shear strength between the bonding surfaces of the bricks. For the view of finding a expected reliable material to repair ancient remains and historical buildings, the results are quite encouraging.

目錄

摘 要 i
ABSTRACT ii
謝誌 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 2
1.4 實驗流程 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 古蹟及歷史夯土建築 4
2.1.1 福建土樓 4
2.1.2 夯土土樓所面臨的保存問題 5
2.1.3 利用現代工法改善夯土建築物性的不足 7
2.2 無機聚合物 8
2.2.1 無機聚合物最早期的發展 8
2.2.2 無機聚合物的成形 8
2.2.3 無機聚合物之材料組成 9
2.2.4 無機聚合物之應用 10
第三章 試驗材料與程序 13
3.1 試驗規劃 13
3.2 試驗材料 14
3.2.1 無機聚合物 14
3.2.2 夯土材料 20
3.2.3 水泥砂漿材料 24
3.3 試體規劃 25
3.4實驗製作 28
3.4.1 製作無機聚合物(Geopolymer) 28
3.4.2 夯土材料 29
3.4.3 製作水泥砂漿 30
3.4.4 製作無機聚合物添加砂的砌築膠結漿體 31
3.4.5 製作無機聚合物膠合夯土材料夯土磚 32
3.4.6 製作無機聚合物膠合夯土材料的砌築膠結漿體 34
3.4.7 粗糙面製作 36
3.4.8 介面抗剪試驗 37
第四章 試驗結果與分析 38
4.1 夯土磚介面抗剪試驗 38
4.1.1 古蹟夯土磚介面黏結水泥砂漿之黏結介面剪應力 38
4.1.2 現代夯土磚介面黏結水泥砂漿之黏結介面剪應力 40
4.2 無機聚合物膠合夯土材料的夯土磚介面抗剪試驗 41
4.2.1 C組夯土磚黏結水泥砂漿之黏結介面剪應力 41
4.2.2 D組夯土磚黏結水泥砂漿之黏結介面剪應力 42
4.3 砌築膠結漿體 43
4.3.1 無機聚合物摻入砂所製成的B組砌築膠結漿體 43
4.3.2 無機聚合物摻入黃黏土砌築膠結漿體 44
4.3.3 無機聚合物摻入紅土砌築膠結漿體 45
4.4 粗糙面夯土磚黏結四種砌築膠結漿體的抗剪性能 46
4.5 普通磚黏結砌築膠結漿體的抗剪性能 48
4.6 試驗結果分析與探討 49
4.6.1 夯土磚黏結水泥砂漿試驗結果與討論 49
4.6.1.1 古蹟夯土磚與現代夯土磚黏結水泥砂漿試驗結果與分析 49
4.6.1.2 C組夯土磚與D組夯土磚黏結水泥砂漿試驗結果與討論 52
4.6.1.3 比較前期試驗結果 55
4.6.2 砌築膠結漿體進行介面抗剪試驗結果與討論 57
4.6.2.1 B組砌築膠結漿體進行介面抗剪試驗結果與討論 57
4.6.2.2 C組砌築膠結漿體進行介面抗剪試驗結果與討論 61
4.6.2.3 D組砌築膠結漿體進行介面抗剪試驗結果與討論 68
4.6.3 粗操面夯土磚介面抗剪試驗結果與討論 72
4.6.4 普通磚進行介面抗剪試驗結果與討論 76
第五章 結論與建議 79
5.1 結論 79
5.2 建議 80
參考文獻 81



表目錄

表3.1 無機聚合物配比表 14
表3.2 矽酸鈉溶液之化學組成 16
表3.3 玻璃粉化學分析(呈松企業股份有限公司) 17
表3.4 玻璃粉粒度分布(呈松企業股份有限公司) 17
表3.5 高嶺石規格表(呈松企業股份有限公司) 18
表3.6 高嶺石分析報告(呈松企業股份有限公司) 19
表3.7 黃黏土元素分析組成表 20
表3.8 紅土元素分析組成表 22
表3.9 無粗糙表面試體編碼表 26
表3.10 有粗糙表面試體編碼表 27
表3.11 無機聚合物配比表 28
表3.12 水泥砂漿配比表 30
表3.13 B組砌築膠結漿體配比表 31
表3.14 C組夯土磚製作配比表 32
表3.15 D組夯土磚製作配比表 33
表3.16 C組砌築膠結漿體配比 34
表3.17 D組砌築膠結漿體配比 35
表4.1 A-A組試體黏結介面之剪應力強度 38
表4.2 B-A組試體黏結介面之剪應力強度 40
表4.3 C-A組試體黏結介面之剪應力強度表 41
表4.4 D-A組試體黏結介面之剪應力強度表 42
表4.5 B組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚黏結介面之剪應力強度表 43
表4.6 C組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚黏結介面之剪應力強度表 44
表4.7 D組砌築膠結漿體黏結夯土磚黏結介面之剪應力強度表 45
表4.8 粗糙面C組夯土磚黏結四種砌築膠結漿體黏結介面之剪應力強度表 46
表4.9 粗糙面D組夯土磚黏結四種砌築膠結漿體黏結介面之剪應力強度表 47
表4.10 普通磚黏結砌築膠結漿體黏結介面之剪應力強度表 48
表4.11 A、B組夯土磚黏結水泥砂漿平均黏結介面之剪應力強度 49
表4.12 古蹟夯土磚與現代夯土磚平均抗壓強度 51
表4.13 四種夯土磚黏結水泥砂漿平均黏結介面之剪應力強度表 52
表4.14 四種夯土磚平均抗壓強度表 53
表4.15 B組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 57
表4.16 B組砌築膠結漿體黏與水泥砂漿平均黏結介面之剪應力強度表 58
表4.17 C組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 61
表4.18 A、B、C組砌築膠結漿體平均剪應力強度表 63
表4.19 D組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 68
表4.20 四種砌築膠結漿體黏結各項夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 71
表4.21 1-C組夯土磚黏結四種砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度表 72
表4.22 1-C組夯土磚與C組夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 72
表4.23 1-D組夯土磚黏結四種砌築膠結漿體黏結介面之剪應力強度表 73
表4.24 1-D組夯土磚與D組夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 73
表4.25 粗糙面夯土磚與光滑面夯土磚平均黏結介面之剪應力強度表 74
表4.26 普通磚黏四種砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度表 76
表4.27 普通磚與四種夯土磚黏結各項砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度表 77


圖目錄

圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 和貴樓(方禎璋攝) 5
圖2.2 和貴樓的裂縫細部(方禎璋攝) 6
圖2.3 光裕樓(方禎璋攝) 6
圖2.4 永定土樓群中的一角處(方禎璋攝) 7
圖3.1 氫氧化鈉 15
圖3.2 氫氧化鈉水溶液隔水冷卻 15
圖3.3 水玻璃 16
圖3.4 玻璃粉之粒徑分佈圖 18
圖3.5 黃黏土粒徑分佈圖 20
圖3.6 黃黏土夯土材料 21
圖3.7 過篩後的黃黏土夯土材料 21
圖3.8 紅土粒徑分佈圖 22
圖3.9 紅土夯土材料 23
圖3.10 過篩後的紅土夯土材料 23
圖3.11 水泥 24
圖3.12 乾砂 24
圖3.13 試體編碼方式說明圖 25
圖3.14 水泥砂漿拌合圖 30
圖3.15 B組砌築膠結漿體拌合圖 31
圖3.16 C組夯土磚 33
圖3.17 D組夯土磚 33
圖3.18 C組砌築膠結漿體 34
圖3.19 D組砌築膠結漿體 35
圖3.20 砂輪機 36
圖3.21 無機聚合物膠合夯土材料夯土磚粗糙面 36
圖3.22 介面抗剪試驗示意圖 37
圖4.1 A-A組試體黏結介面之剪應力強度的比較圖 39
圖4.2 古蹟夯土磚黏結水泥砂漿 39
圖4.3 B-A組試體黏結介面之剪應力強度的比較圖 40
圖4.4 C-A組試體黏結介面之剪應力強度的比較圖 41
圖4.5 D-A組試體黏結介面之剪應力強度的比較圖 42
圖4.6 A、B組夯土磚黏結水泥砂漿黏結介面之剪應力強度圖 49
圖4.7 古蹟夯土磚斷裂情況 50
圖4.8 A、B組夯土磚的平均抗壓強度圖 51
圖4.9 四種夯土磚黏結A組砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度圖 52
圖4.10 四種夯土磚平均抗壓強度圖 54
圖4.11 現代夯土磚破壞情形 56
圖4.12 比較前期試驗各配比的黏結介面之剪應力強度圖 56
圖4.13 四種夯土磚黏結B組砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度圖 58
圖4.14 A、B組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚平均黏結介面之剪應力強度圖 59
圖4.15 C-B組試體破壞斷面 60
圖4.16 C組砌築膠結漿體黏結四種夯土磚平均黏結介面之剪應力強度圖 62
圖4.18 拌合後的水泥砂漿 64
圖4.19 拌合後的B組砌築膠結漿體 64
圖4.20 拌合後的黃土砌築膠結漿體 65
圖4.21 水泥砂漿施工過程圖 66
圖4.22 水泥砂漿塗抹完成圖 66
圖4.23 B組砌築膠結漿體施工過程圖 66
圖4.24 B組砌築膠結漿體塗抹完成圖 67
圖4.25 C組砌築膠結漿體塗抹完成圖 67
圖4.26 拌合後的D組砌築膠結漿體 68
圖4.27 B組砌築膠結漿體施工過程圖 69
圖4.28 B組砌築膠結漿體塗抹完成圖 70
圖4.29 四種砌築膠結漿體黏結各項夯土磚平均黏結介面之剪應力強度圖 71
圖4.30 粗糙面夯土磚與光滑面夯土磚平均黏結介面之剪應力強度圖 75
圖4.31 普通磚 76
圖4.32普通磚與夯土磚黏結各項砌築膠結漿體平均黏結介面之剪應力強度圖 78



參考文獻

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17. 許太瑋,「發泡無機聚合膠脂包覆FRP補強混凝土耐高溫研究」,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2009。
18. 劉金衡,「無機聚合膠脂膠合纖維應用於RC梁剪力補強後之耐高溫研究」, 碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2009。
19. 鄭大偉、江世哲「以廢玻璃製成防火材料之研究」,台北科技大學材料與資
源系,四年制專題生88級。
20. 江紀儒「無機聚合物膠合夯土材料應用於古蹟及歷史建築修復之可行性探
討」,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2012。


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