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研究生:江紀儒
研究生(外文):Chi-Ju Chiang
論文名稱: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
論文名稱(外文):On the Practicability of Retrofitting Historical Buildings Using Rammed Earth Materials Adding Geopolymer
指導教授:吳傳威吳傳威引用關係
指導教授(外文):Chuan-Wei Wu
口試委員:雷明遠鄭大偉
口試委員(外文):Ming-Yuan LeiDa-Wei Zheng
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:93
中文關鍵詞:古蹟及歷史建築夯土無機聚合物抗壓強度回收再利用
外文關鍵詞:historical buildingsrammed earthGeopolymercompressive strengthrecycle and reuse
相關次數:
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  夯土材料來自天然,取得容易,施作簡便且價格低廉,早期常用於構築居所及房舍,保存至今即成為古蹟及歷史建築。夯土屬未經強化之原始材料,其抗潮性低,抗壓及抗剪性能皆不佳。縱使古人曾就其原料配比以及製作和施工方式等多方面改良,企圖增強性能,但效果有限。依據「文化資產保存法」之條文,對於古蹟及歷史建築之修復,有必要時得採用現代科技與工法。本研究因此使用近年來在膠結方面有突出表現之無機聚合物,嘗試以不同比例掺入原始夯土材料,以提升其基本物性。實驗結果得知,所製作之膠合夯土磚的抗壓強度可達20 ~ 200 kgf/cm2,遠超過古蹟夯土磚之8 kgf/cm2,及現有磚廠製夯土磚之15 kgf/cm2。同時其抗潮性亦大幅提昇,且可回收再利用,對於作為古蹟及歷史建築夯土結構之修復甚至補強之材料,其可行性甚為樂觀。

Rammed earth material, known to be readily available, easily handled and cheap in price, was widely used in the earlier age to construct housings and residences, and preserved to date were becoming monuments and historical buildings. Rammed earth is an un-strengthened raw material. Its general properties such as compressive and shear strength are weak, and bad damp resistant. Although the ancients had attempted to improve those by using different raw materials, or amending the manufacturing procedures, the effects seemed limited. According to the “Cultural Assets Preservation Law”, modern technology and techniques can be applied if necessary to retrofit the monuments and historical buildings. The present research is thus making use of a lately developed adhesive material, namely geopolymer, add into the raw rammed earth in various formula to try to improve their general properties. The experimental results showed that the compressive strength of the coherent rammed earth bricks were 20 ~ 200 kgf/cm2, much higher than the ancient rammed earth bricks (8 kgf/cm2), and the rammed earth bricks from modern factories (15 kgf/cm2). In the mean time, the property of damp resistance was improved tremendously, and also proven recyclable. The practicability of repairing monuments and historical buildings is optimistic.

目錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法及流程 3
1.4 研究流程圖 4
1.5 預期成果 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 古蹟及歷史夯土建築 6
2.1.1 夯土建築文化資產的保存研究 6
2.1.2 夯土材料應用於古蹟及歷史建築的記載 8
2.1.3 有關夯土材料的近代研究 9
2.1.4 小結 11
2.2 無機聚合物 12
2.2.1 無機聚合物之發展歷程與化學性質 12
2.2.2 無機聚合物之材料組成 16
2.2.3 無機聚合材料之應用 19
2.2.4 小結 22
第三章 實驗計畫 23
3.1 實驗設備 23
3.2 實驗材料 32
3.2.1 古蹟夯土磚 32
3.2.2 現代夯土磚 32
3.2.3 無機聚合物 33
3.2.4 夯土材料 41
3.3 試體材料製作 51
3.3.1 無機聚合物(Geopolymer)製作 51
3.3.2 夯土材料製作 51
3.4 試體製作及實驗規劃 53
3.4.1 古蹟夯土磚、現代夯土磚與未膠合無機聚合物夯土磚之 54
抗壓強度及浸泡清水24小時之抗壓強度實驗 54
3.4.2 以不同比例夯土土材配比變高嶺土重量膠合成夯土磚之 58
抗壓強度實驗 58
3.4.3 夯土量最佳配比夯土磚以黏土配比不同比例摻水量 61
對抗壓強度影響之抗壓強度實驗 61
3.4.4 夯土量最佳配比夯土磚浸泡清水24小時之 64
抗壓強度實驗 64
3.4.5 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚之 66
抗壓強度實驗 66
3.4.6 水庫淤泥取代黏土與無機聚合物膠合成夯土磚之 69
抗壓強度實驗 69
第四章 實驗結果與討論 71
4.1 古蹟夯土磚、現代夯土磚與未膠合無機聚合物夯土 71
磚之抗壓強度及浸泡清水24小時之抗壓強度實驗 71
4.1.1 實驗結果 71
4.1.2 分析與討論 74
4.2 以變高嶺土重量配比不同比例夯土土材 75
膠合成夯土磚之抗壓強度實驗 75
4.2.1 實驗結果 75
4.2.2 分析與討論 79
4.3 夯土量最佳配比夯土磚以黏土配比不同比例摻水 80
量對抗壓強度影響之抗壓強度實驗 80
4.3.1 實驗結果 80
4.3.2 分析與討論 81
4.4 夯土量最佳配比夯土磚浸泡清水24小時之 82
抗壓強度實驗 82
4.4.1 實驗結果 82
4.4.2 分析與討論 83
4.5 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚之 84
抗壓強度實驗 84
4.5.1 實驗結果 84
4.5.2 分析與討論 85
4.6 水庫淤泥取代黏土與無機聚合物膠合成夯土磚之 86
抗壓強度實驗 86
4.6.1 實驗結果 86
4.6.2 分析與結果 87
第五章 結論與建議 88
5.1 結論 88
5.2 建議 90
參考文獻 91

表目錄

表2.1 無機聚合物的發展歷程概述【17】 15
表2.2 無機聚合物與卜特蘭水泥之比較【23】 19
表3.1 水玻璃化學成份組成 35
表3.2 水玻璃元素組成分析表 35
表3.3 高嶺土元素組成分析表 38
表3.4 變高嶺土元素組成分析表 38
表3.5 高嶺土元素組成分析表 38
表3.6 玻璃粉元素組成分析表 40
表3.7 玻璃粉粒徑分佈表 40
表3.8 玻璃粉元素組成分析表 40
表3.9 黃黏土元素組成分析表 42
表3.10 紅土元素組成分析表 44
表3.11 回收黃黏土夯土磚粉末元素組成分析表 46
表3.12 回收紅土夯土磚粉末元素組成分析表 48
表3.13 水庫淤泥元素組成分析表 50
表3.14 無機聚合物配比表 51
表3.15 無機聚合物膠合黃黏土夯土磚配比表 59
表3.16 無機聚合物膠合紅土夯土磚配比表 60
表3.17 黃黏土配比不同比例摻水量膠合無機聚合物夯土磚配比表 62
表3.18 紅土配比不同比例摻水量膠合無機聚合物夯土磚配比表 63
表3.19 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚配比表 67
表3.20 無機聚合物膠合水庫淤泥夯土磚配比表 70
表4.1 古蹟夯土磚與現代夯土磚抗壓強度表 71
表4.2 AY組配比夯土磚抗壓強度表 72
表4.3 AR組配比夯土磚抗壓強度表 73
表4.4 BY組配比夯土磚抗壓強度表 75
表4.5 BY組配比夯土磚基本物性表 76
表4.6 BR組配比夯土磚抗壓強度表 77
表4.7 BR組配比夯土磚基本物性表 78
表4.8 D組配比夯土磚抗壓強度表 80
表4.9 E組配比夯土磚抗壓強度表 82
表4.10 F組配比夯土磚抗壓強度表 84
表4.11 G組夯土磚抗壓強度表 86

圖目錄

圖1.1 研究流程圖 4
圖2.1 世界遺產公約標誌 6
圖2.2 聚合物的化學反應式【13】 12
圖2.3 無機聚合物原子鍵結模型圖【14】 13
圖2.4 無機聚合物與混凝土結構組成比較圖【15】 14
圖2.5 三維鍵結圖【18】 16
圖2.6 無機聚合物之聚化程度及應用【15】 18
圖3.1 微電腦式烘箱 23
圖3.1 微電腦式烘箱 23
圖3.2 高溫爐 24
圖3.3 高溫爐控制機箱 24
圖3.2 高溫爐 25
圖3.2 高溫爐 25
圖3.4 搖篩機 25
圖3.4 搖篩機 26
圖3.5 #100篩 26
圖3.6 篩號由小排列至大之篩組 26
圖3.7 切割機 27
圖3.8 電子磅秤 27
圖3.9 速度可調式機械攪拌機 28
圖3.9 速度可調式機械攪拌機 28
圖3.10 調速器 28
圖3.11 夯土磚模具 29
圖3.12 黃油 29
圖3.13 搗實棒 30
圖3.14 刮刀 30
圖3.15 萬能試驗機 31
圖3.15 萬能試驗機 31
圖3.16 萬能試驗機電腦控制設備 31
圖3.17 古蹟夯土磚 32
圖3.18 現代夯土磚 32
圖3.19 氫氧化鈉粉末 34
圖3.20 氫氧化鈉水溶液 34
圖3.21 水玻璃 35
圖3.22 高嶺土 36
圖3.23 高嶺土粒徑分佈圖 37
圖3.24變高嶺土粒徑分佈圖 37
圖3.25 玻璃粉 39
圖3.26 玻璃粉粒徑分佈圖 39
圖3.27 黃黏土土塊 41
圖3.28 過#100篩之黃黏土土粒 41
圖3.29 黃黏土粒徑分佈圖 42
圖3.30 紅土土塊 43
圖3.31 過#100篩之紅土土粒 43
圖3.32 紅土粒徑分佈圖 44
圖3.33 回收黃黏土夯土磚碎塊 45
圖3.34 通過#100篩回收黃黏土夯土磚粉末 45
圖3.35 回收黃黏土夯土磚粉末粒徑分佈圖 46
圖3.36 回收紅土夯土磚碎塊 47
圖3.37 通過#100篩回收紅土夯土磚粉末 47
圖3.38 回收紅土夯土磚粉末粒徑分佈圖 48
圖3.39 水庫淤泥 49
圖3.40 水庫淤泥粒徑分佈圖 50
圖3.41 未過篩之黃黏土、紅土土塊 52
圖3.42 過#100篩之黃黏土、紅土土粒 52
圖3.43 古蹟夯土磚與現代夯土磚 55
圖3.44 裁切後之古蹟夯土磚與現代夯土磚 55
圖3.45 未膠合無機聚合物夯土磚編碼 56
圖3.46 夯土磚模具 57
圖3.47 無添加無機聚合物黃黏土夯土磚 57
圖3.48 無添加無機聚合物紅土夯土磚 57
圖3.49 無機聚合物膠合黃黏土、紅土夯土磚編碼 58
圖3.50 無機聚合物膠合黃黏土夯土磚成品 59
圖3.51 無機聚合物膠合紅土夯土磚成品 60
圖3.52 夯土材料配比不同比例參水量夯土磚編碼 61
圖3.53 黃黏土配比不同比例摻水量膠合無機聚合物夯土磚成品 62
圖3.54 紅土配比不同比例摻水量膠合無機聚合物夯土磚成品 63
圖3.55 夯土量最佳配比夯土磚編碼 64
圖3.56 夯土量最佳配比夯土磚浸泡清水中 65
圖3.57 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚編碼 67
圖3.58 回收之BY1:1、BR1:1碎塊 68
圖3.59 通過#100篩回收夯土磚粉末 68
圖3.60 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚成品 68
圖3.61 無機聚合物膠合水庫淤泥夯土磚編碼 69
圖3.62 無機聚合物膠合水庫淤泥夯土磚製作過程 70
圖3.63 無機聚合物膠合水庫淤泥夯土磚成品 70
圖4.1 AY組配比夯土磚抗壓進行中 72
圖4.2 AR組配比夯土磚抗壓進行中 73
圖4.3 古蹟、現代夯土磚與未膠合無機聚合物黃黏土、紅土夯土磚 74
浸泡清水24小時初始與結束圖 74
圖4.4 未膠合無機具合物夯土磚抗壓強度比較圖 74
圖4.5 BY組配比夯土磚抗壓強度趨勢圖 76
圖4.6 BR組配比夯土磚抗壓強度趨勢圖 77
圖4.7 B組夯土磚抗壓強度趨勢圖 79
圖4.8 D組夯土磚抗壓強度趨勢圖 81
圖4.9 夯土量最佳配比夯土磚浸泡清水24小時後進行抗壓測試過程 82
圖4.10 各組最佳配比夯土磚耐水浸泡24小時後抗壓強度比較圖 83
圖4.11 夯土量最佳配比夯土磚回收再製再生夯土磚進行抗壓測試過程 84
圖4.12 再生夯土磚與原夯土磚抗壓強度比較圖 85
圖4.13 無機聚合物膠合水庫淤泥夯土磚進行抗壓測試過程 86
圖4.14 無機聚合物膠合水庫淤泥與傳統夯土磚抗壓強度比較圖 87
圖5.1 各組配比夯土磚最佳平均抗壓強度比較圖 89



參考文獻

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