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研究生:簡呈安
論文名稱:快速修補材料作為植筋黏結劑之 可行性探討
論文名稱(外文):Study on Feasibility of Rapid Repairing Material as Adhesive Mortar of Post-installed Rebar
指導教授:王起平
口試委員:林慶昌伍勝民
口試日期:2014-06-23
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木工程學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:植筋拉拔試驗磷酸鹽水泥植入深度高溫
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鋼筋混凝土結構物因結構強度不足或空間不敷使用時,經常利用植筋加以維修補強或擴建。市售植筋膠的植筋效果佳,但植筋膠多不耐高溫,倘若環境溫度過高或遭遇火災後這些植筋膠的黏結效果堪慮。本研究之主要目的為探討以一種快速修補材料綠寶(磷酸鹽水泥)來替代市售植筋膠之可行性,研究方式為利用綠寶將鋼筋植入混凝土圓柱中製成試體進行拉拔試驗,藉以深入討論不同溫度、不同植入深度及不同混凝土尺寸等因素對植筋破壞模式及拉拔強度之影響,並將試驗結果與文獻蒐集到的植筋膠植筋結果進行比較。試驗項目除了植筋拉拔試驗外,尚有綠寶配合比例及材料試驗,以及綠寶與鋼材或水泥塊之黏結剪力試驗等。由研究結果得知,室溫下綠寶與水泥塊間的黏結效果極佳,與光滑鋼板的黏結效果較差;綠寶雖然號稱耐高溫,但經過200℃~600℃高溫烘烤30分鐘後,抗壓強度僅剩下常溫試體強度的30%以下。在植筋拉拔試驗方面,混凝土尺寸對綠寶植筋強度之影響不大,而植入深度對綠寶植筋強度及破壞模式均有明顯之影響。常溫下綠寶植筋必須植入更深,方可達到與植筋膠植筋之相同效果;在低程度高溫(200℃~400℃)烘烤後,綠寶植筋之強度比植筋膠植筋低很多,但在600℃烘烤後,綠寶植筋試體之黏結效果較佳。
Post-installed rebar setting technique is commonly used in retrofit, repairs and expansions of reinforced concrete structures due to insufficient structural strength or inadequate use of space. Usually, the anchorage effect provided by the commercial anchorage adhesives is quite good. However, the fire-resisting ability of these adhesives is poor. Once the structures rehabilitated by means of post-installed rebar exposed to the elevated temperatures, the anchorage effect of these adhesives is worthy of consideration. The main purpose of this study is to investigate the feasibility of a fast patching material “GREENPOWER” (Magnesium phosphate cement) as a substitute of the commercial anchorage adhesive. Pull-out tests were conducted to determine the influence of factors such as temperature, the implant length, and edge distance on the failure behavior of rebar post-installed by GREENPOWER. Then the effect was evaluated by comparing the test results with the literature collected pull-out strength of rebar installed by commercial anchorage adhesives. Tests on GREENPOWER mixture, bond effects in between cement blocks or steel plates, and material strength were also performed in addition. The experimental results show that, GREENPOWER, at room temperature, displays excellent bonding effect with the cement blocks, yet poor bonding effect with smooth steel plates. Although GREENPOWER claims to be highly fire-resistant, the compressive strength cuts down 70% or more after heated to the temperatures ranging from 200℃ to 600℃ for 30 minutes. Variation of implant length significantly influences both the pull-out strength and the failure mode of rebar set by GREENPOWER, while the edge distance has little effect on the pull-out behavior. In order to achieve the ultimate capacity accompanied with steel fracture failure at room temperature, the rebar set by GREENPOWER must be implanted deeper than the regular implant length. Besides, the GREENPOWER setting rebars show much lower anchorage strength than the rebars set by the commercial adhesives at low levels of high temperature between 200℃ and 400℃. However, they provide better anchorage effect after exposed to 600℃.
中文摘要................................................... i
英文摘要.................................................. ii
目錄......................................................iii
表目錄...................................................viii
圖目錄.....................................................x
緒論............................................... 1
1-1 前言............................................... 1
1-2 研究動機與目的..................................... 1
1-3 研究方法........................................... 2
1-4 研究內容.......................................... 3
文獻回顧........................................... 4
2-1 前言............................................... 4
2-2 影響植筋之因素..................................... 4
2-2-1 材料強度及植入深度.............................. 5
2-2-2 基材厚度........................................ 6
2-2-3 邊距及間距...................................... 7
2-2-4 黏結材厚度...................................... 8
2-2-5 施工技術........................................ 8
2-3 植筋設計公式....................................... 9
2-3-1 CCD設計公式.................................... 9
2-3-2 ETAG規範附錄C之設計方法..................... 12
2-4 高溫對混凝土強度之影響............................ 16
2-5 高溫對鋼筋握裹力之影響............................ 18
2-6 高溫對植筋強度之影響.............................. 19
2-7 快速修補材料-磷酸鎂水泥之介紹..................... 20
試驗規劃.......................................... 23
3-1 前言.............................................. 23
3-2 材料試驗.......................................... 23
3-2-1 鋼筋........................................... 23
3-2-2 混凝土......................................... 24
3-2-3 植筋黏結材料................................... 24
3-2-4 防火隔熱材..................................... 24
3-3 試驗項目.......................................... 25
3-3-1 綠寶植筋方式測試............................... 25
3-3-2 水/綠寶比例測試................................ 26
3-3-3 鋼筋拉伸試驗................................... 27
3-3-4 混凝土抗壓試驗................................. 27
3-3-5 綠寶抗壓試驗................................... 28
3-3-6 綠寶劈裂試驗................................... 29
3-3-7 抗剪試驗....................................... 30
3-3-8 植筋黏結強度試驗............................... 31
3-3-9 植筋拉拔試驗................................... 32
3-4 試驗儀器與設備.................................... 34
3-5 試體製作.......................................... 36
3-5-1 混凝土試體..................................... 36
3-5-2 綠寶抗壓試驗試體............................... 37
3-5-3 綠寶劈裂試驗試體............................... 37
3-5-4 綠寶抗剪試體................................... 38
3-5-5 植筋安裝流程................................... 38
3-5-6 植筋拉拔試驗流程............................... 40
試驗結果與討論.....................................42
4-1 前言.............................................. 42
4-2 綠寶植筋方式與配合比例測試之結果與討論............ 42
4-2-1 不同植入方法之拉拔試驗結果與討論...............42
4-2-2 不同水/綠寶比之拉拔試驗結果與討論..............43
4-3 材料試驗結果與討論................................ 44
4-3-1混凝土抗壓試驗結果與討論........................44
4-3-2鋼筋拉伸試驗結果與討論..........................45
4-3-3綠寶抗壓試驗結果與討論..........................45
4-3-4綠寶劈裂抗張試驗結果與討論......................47
4-3-5黏結抗剪試驗結果與討論..........................48
4-4 綠寶植筋黏結強度試驗結果與討論.................... 49
4-4-1 植筋黏結強度試驗分組結果....................... 49
4-4-2 綠寶植筋黏結強度試驗綜合討..................... 50
4-4-3 與市售植筋膠之植筋黏結強度比較................. 51
4-5綠寶植筋拉拔試驗結果............................... 52
4-5-1 12cm×24cm圓柱試體拉拔試驗結分組結果...........53
4-5-2 15cm×30cm圓柱試體拉拔試驗分組結果.............55
4-6 綠寶植筋拉拔試驗結果綜合討論...................... 57
4-6-1 鋼筋植入深度對拉拔強度的影響................... 57
4-6-2 基材尺寸及基材強度對拉拔強度的影響............. 57
4-6-3 溫度對拉拔強度及破壞模式的影響................. 58
4-6-4 與市售植筋膠之性能比較......................... 60
結論與建議.........................................63
5-1 結論.............................................. 63
5-2 建議.............................................. 65
參考文獻..................................................66

表 目 錄
表2-1 不同表面狀態與養護條件對MPB砂漿與舊混凝土之間黏結強度的影響........................................... 71
表3-1 綠寶植筋方法測試規劃表............................. 72
表3-2 水/綠寶比例測試規劃表.............................. 72
表3-3 混凝土圓柱試體抗壓試驗規劃表....................... 73
表3-4 綠寶抗壓試驗規劃表................................. 74
表3-5 綠寶劈裂試驗規劃表................................. 75
表3-6 植筋黏結強度試驗規劃表............................. 76
表3-7 拉拔試驗試體標號說明................................77
表3-8 12cm×24cm圓柱試體-植筋後火害拉拔試驗規劃表.........78
表3-9 15cm×30cm圓柱試體-植筋後火害拉拔試驗規劃表.........79
表4-1 不同綠寶植筋方法之拉拔試驗結果......................80
表4-2 不同水/綠寶比之拉拔試驗結果.........................81
表4-3 混凝土圓柱試體抗壓試驗結果..........................82
表4-4 鋼筋拉伸試驗結果....................................83
表4-5 綠寶抗壓試驗結果....................................84
表4-6 綠寶劈裂試驗結果....................................85
表4-7 黏結抗剪試驗結果....................................85
表4-8 植筋黏結強度試驗結果................................86
表4-9 不同溫度下綠寶植筋黏結強度折減值比較................87
表4-10 12cm×24cm圓柱試體綠寶植筋拉拔試驗結果(埋深9cm) ..88
表4-11 12cm×24cm圓柱試體綠寶植筋拉拔試驗結果(埋深12cm) ..89
表4-12 12cm×24cm圓柱試體綠寶植筋拉拔試驗結果(埋深15cm) ..90
表4-13 15cm×30cm圓柱試體綠寶植筋拉拔試驗結果(埋深12cm) ..91
表4-14 15cm×30cm圓柱試體綠寶植筋拉拔試驗結果(埋深15cm) ..92
表4-15 12cm×24cm圓柱試體各種破壞模式試體數量.............93
表4-16 15cm×30cm圓柱試體各種破壞模式試體數量.............93
表4-17 綠寶植筋拉拔強度折減比例...........................94
表4-18 不同溫度作用下市售植筋劑與綠寶之抗壓強度...........94

圖 目 錄
圖2-1 植筋破壞............................................95
圖2-2 錨栓間距對混凝土破壞錐體直徑和深度的影響【13】.......95
圖2-3 受拉錨栓的作用力分布【14】...........................95
圖2-4 混凝土抗壓強度折減係數1【20】........................96
圖2-5 混凝土抗壓強度折減係數2【20】........................96
圖2-6 鋼筋在不同溫度下的降伏強度【23】.....................97
圖2-7 不同溫度下鋼筋的應力-應變關係曲線【23】..............97
圖3-1 #3竹節鋼筋..........................................98
圖3-2 預拌混凝土..........................................98
圖3-3 綠寶奈米複合劑......................................98
圖3-4 火壩F-1防火被覆....................................99
圖3-5 混凝土基材架設於振動台上之狀況......................99
圖3-6 綠寶剪力試驗試體...................................100
圖3-7 MTS動態材料試驗機系統示意圖.......................101
圖3-8 MTS動態材料試驗機.................................101
圖3-9 200噸抗壓試驗機....................................102
圖3-10 30噸萬能試驗機....................................102
圖3-11 電圈式高溫爐......................................103
圖3-12 高溫爐時間溫度曲線................................103
圖3-13 烘箱..............................................104
圖3-14 Makita 四溝型電鑽.................................104
圖3-15 手持攪拌器........................................105
圖3-16 空氣壓縮機........................................105
圖3-17 試體研磨機........................................106
圖3-18 DEWALT 120K帶鋸機..............................106
圖3-19 金剛鑽岩石切割機..................................107
圖3-20 綠寶圓柱試體模具..................................107
圖3-21 圓柱試體夾置於兩角鐵間之情形......................108
圖3-22 孔徑2cm蓋板......................................108
圖3-23 孔徑6cm蓋板......................................109
圖3-24 孔徑12cm蓋板.....................................109
圖4-1 經600℃高溫烘烤後混凝土外觀損壞情形............... 110
圖4-2 綠寶經不同溫度烘烤後之外觀.........................110
圖4-3 綠寶經不同溫度烘烤後抗壓強度變化...................111
圖4-4 綠寶經不同溫度烘烤後劈裂強度變化...................111
圖4-5 抗剪試驗水泥基材受拉側開裂情形.....................112
圖4-6 綠寶黏結水泥方塊抗剪試驗破壞情形… ................113
圖4-7 綠寶黏結鋼材抗剪試驗破壞情形.......................114
圖4-8 植筋黏結試驗試體破壞情形.......................... 115
圖4-9 溫度變化下綠寶植筋黏結強度變化曲線圖...............116
圖4-10 溫度變化下不同植筋劑之黏結強度變化曲線............116
圖4-11 植筋拉拔試驗試體破壞情形..........................117
圖4-12 溫度變化下不同植入深度對承載力的影響(12cm×24cm圓柱).............................................. 118
圖4-13 溫度變化下不同植入深度對承載力的影響(15cm×30cm圓柱)...............................................118
圖4-14 溫度對不同基材尺寸承載力的影響(植入深度12cm) .....119
圖4-15 溫度對不同基材尺寸承載力的影響(植入深度15cm) .....119
圖4-16 不同溫度下植筋承載力與植入深度之關係(12cm×24cm圓柱)...............................................120
圖4-17 不同溫度下拉拔強度與植入深度之關係(15cm×30cm圓柱)...............................................120
圖4-18 相同基材強度在溫度變化下不同植筋劑之拉拔強度變化曲線
................................................. 121
圖4-19 相同基材尺寸在溫度變化下不同植筋劑之拉拔強度變化曲線
................................................. 121
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