臺灣博碩士論文加值系統

本研究係探討VAE聚合物粉末對混凝土工程性質之影響。第一階段為水泥砂漿試體試驗，以不同水灰比(W/C=0.4、0.48及0.56)及添加不同VAE聚合物粉末之比例(P/C=0%、5%、10%及15%)為變數，以進行新拌及硬固性質試驗，進而尋求VAE聚合物粉末運用於水泥基材中之最佳添加比例。研究結果顯示添加VAE聚合物粉末之水泥砂漿會有較佳的抗拉強度、低滲透性及體積穩定性，且綜觀各項試驗分析後，其VAE聚合物粉末之最佳劑量為5%~10%。
第二階段為混凝土試體試驗，以相同水灰比(W/C=0.4、0.48及0.56)及VAE聚合物粉末為最佳劑量範圍(P/C=5%、7.5%及10%)，並與一般混凝土比較之，以探討聚合物改質混凝土(PMC)之工程性質、耐久性及微觀性質，試驗項目包括抗壓強度、彈性模數、抗彎強度、劈裂抗張強度、吸水率、超音波波速、電阻、氯離子電滲試驗及場發射掃瞄電子顯微鏡(FE-SEM)試驗。研究結果顯示，添加VAE聚合物粉末之混凝土有較高的抗拉強度、應變能、水密性及電阻值和較低的滲透性，並藉由場發射掃瞄電子顯微鏡(FE-SEM)顯示，VAE聚合物粉末添加於混凝土有緻密強化效果，以達成高水密性。綜觀各項混凝土試驗分析後，其VAE聚合物粉末之最佳劑量為7.5%。

This research treats about the effect engineering properties of concrete contain Viny1 Acetate-Ethylene (VAE) polymer powder. The first step is experiment of cement mortars test; use different of water-cement ratio (W/C=0.4, 0.48, 0.56) and add in different ratio of VAE polymer powder (P/C=0%, 5%, 10%, 15%) as variable to execute following tests: fresh-mixing and hardened in order to seek out the best proportion of VAE polymer powder in cement based–materials. The result of research shows that the mortars after adding on VAE polymer powder has better tensile strength, permeability and volume stability, moreover, after analysis of various testing, the best dosage of VAE polymer powder is 5%~10%.
The second step is the experiment of concrete test, use the same of water-cement ratio (W/C=0.4, 0.48, 0.56) and the best dosage range of VAE polymer powder(P/C=5%, 7.5%, 10%) after amendment, then with ordinary portland concrete to find out the complexion of engineering properties, durability and microstructure of polymer-modified concrete (PMC); The test include the compressive strength, static modulus of elasticity, flexural strength, splitting tensile strength, water absorption rate, ultrasonic pulse velocity, electrical receptivity, rapid chloride ion penetration and field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The result of research shows that the concrete which added with VAE polymer powder appearance higher tensile strength, strain energy, water resistant, concrete resistivity and lower permeability, by through observing FE-SEM, the VAE polymer powder with concrete had dense effect to procure higher water resistant. After analysis of various concrete testing, the best dosage of VAE polymer powder is 7.5%.

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
符號說明……………………………………………………………………………xvi

第一章 緒論 ……………………………………………………………………1
1.1 研究動機 ……………………………………………………………………1
1.2 研究目的 ……………………………………………………………………1
1.3 研究範圍 ……………………………………………………………………2
1.4 研究流程 ……………………………………………………………………2

第二章 文獻回顧 ………………………………………………………………5
2.1 聚合物改質混凝土的聚合物類型…………………………………………5
2.2 聚合物改質混凝土之製程…………………………………………………6
2.3 聚合物改質混凝土之養護條件……………………………………………7
2.4 聚合物對水泥砂漿、混凝土之影響………………………………………8
2.4.1 新拌性質 …………………………………………………………………8
2.4.2 硬固性質 …………………………………………………………………8
2.4.3 微觀性質 …………………………………………………………………12
2.5 VAE的反應機制 ……………………………………………………………13
2.6 聚合物改質混凝土的應用…………………………………………………14
2.7 太陽光造成聚合物老化的原理……………………………………………14
2.8 試驗室模擬耐候(老化)的光源種類………………………………………16

第三章 試驗計劃 ………………………………………………………………29
3.1 試驗流程 ……………………………………………………………………29
3.2 試驗變數 ……………………………………………………………………29
3.3 試驗材料 ……………………………………………………………………30
3.4 配比設計 ……………………………………………………………………30
3.5 試體養護方式 ………………………………………………………………30
3.6 試驗方法 ……………………………………………………………………31
3.7 試驗設備 ……………………………………………………………………38

第四章 結果與分析 ……………………………………………………………64
4.1 消泡劑抑制氣泡之成效 ……………………………………………………64
4.2 聚合物改質水泥砂漿新拌性質………………………………………………65
4.3 聚合物改質水泥砂漿硬固性質………………………………………………65
4.3.1 抗壓強度……………………………………………………………………66
4.3.2 抗彎強度……………………………………………………………………67
4.3.3 長度變化率…………………………………………………………………68
4.3.4 吸水率………………………………………………………………………70
4.3.5 耐候(老化)…………………………………………………………………71
4.4.6 水箱模擬……………………………………………………………………72
4.4 聚合物改質水泥砂漿綜合討論分析…………………………………………73
4.5 PMC與OPC新拌性質……………………………………………………………74
4.6 PMC與OPC硬固性質……………………………………………………………74
4.6.1 抗壓強度……………………………………………………………………75
4.6.2 彈性模數與柏松比…………………………………………………………76
4.6.3 應變能………………………………………………………………………78
4.6.4 抗彎強度……………………………………………………………………79
4.6.5 劈裂抗張強度………………………………………………………………81
4.6.6 吸水率………………………………………………………………………82
4.6.7 超音波速……………………………………………………………………83
4.6.8 表面電阻……………………………………………………………………86
4.6.9 氯離子電滲…………………………………………………………………87
4.7 PMC與OPC微觀性質……………………………………………………………89
4.8 PMC綜合討論分析 ……………………………………………………………89
第五章 結論與建議 ……………………………………………………………163
5.1 結論 …………………………………………………………………………163
5.1.1 水泥砂漿 ……………………………………………………………………163
5.1.2 混凝土 ………………………………………………………………………164
5.2 建議 …………………………………………………………………………166

參考文獻 ……………………………………………………………………………167
附錄 …………………………………………………………………………………170
簡歷 …………………………………………………………………………………198

表 目 錄
表2-1 水泥混合用擴散聚合物材料之規定………………………………………17
表2-2 常見聚合物添加量與養護溫濕度之文獻 ………………………………17
表2-3 聚合物改質砂漿、混凝土氯離子滲透係數………………………………19
表2-4 紫外線能量…………………………………………………………………20
表2-5 紫外線分類與特性…………………………………………………………20
表2-6 聚合物劣化反應中逐步與連鎖反應………………………………………20
表2-7 鍵結合之結合能量…………………………………………………………21
表2-8 各種聚合物對紫外線之敏感波長…………………………………………21
表3-1 試驗項目與變數……………………………………………………………41
表3-2 試驗齡期與項目……………………………………………………………41
表3-3 水泥砂漿試驗項目…………………………………………………………42
表3-4 混凝土試驗項目……………………………………………………………43
表3-5 水泥物化性質………………………………………………………………44
表3-6 粗、細骨材之物理性質……………………………………………………45
表3-7 粗、細骨材篩分析…………………………………………………………45
表3-8 VAE聚合物粉末物化性質…………………………………………………46
表3-9 消泡劑物理性質……………………………………………………………46
表3-10 水泥砂漿各材料用量………………………………………………………47
表3-11 混凝土各材料用量…………………………………………………………48
表3-12 QUV儀器測試循環…………………………………………………………49
表3-13 混凝土電阻係數與腐蝕情況判定表………………………………………49
表3-14 混凝土氯離子滲透性評估表………………………………………………49
表4-1 添加VAE粉末之水泥砂漿流度值…………………………………………91
表4-2 水泥砂漿混合養護各月份之溫濕度………………………………………91
表4-3 添加VAE粉末之水泥砂漿抗壓強度………………………………………92
表4-4 添加VAE粉末之水泥砂漿抗彎強度………………………………………93
表4-5 添加VAE粉末之水泥砂漿長度變化率……………………………………94
表4-6 添加VAE粉末之水泥砂漿吸水率…………………………………………94
表4-7 耐候水泥砂漿之抗拉強度…………………………………………………95
表4-8 添加VAE粉末水泥砂漿之綜合評估分析…………………………………95
表4-9 添加VAE粉末之混凝土坍度與單位重……………………………………96
表4-10 混凝土混合養護各月份之溫濕度…………………………………………96
表4-11 添加VAE粉末之混凝土抗壓強度…………………………………………97
表4-12 添加VAE粉末之混凝土彈性模數、柏松比………………………………98
表4-13 添加VAE粉末之混凝土應變能……………………………………………99
表4-14 添加VAE粉末之混凝土抗彎強度…………………………………………100
表4-15 添加VAE粉末之混凝土劈裂抗張強度……………………………………101
表4-16 添加VAE粉末之混凝土吸水率……………………………………………101
表4-17 添加VAE粉末之混凝土超音波速…………………………………………102
表4-18 添加VAE粉末之混凝土電阻阻抗…………………………………………102
表4-19 添加VAE粉末之混凝土氯離子電滲………………………………………103
表4-20 超音波速與混凝土品質之關係……………………………………………103
表4-21 混凝土氯離子滲透性評估表………………………………………………103
表4-22 91天齡期OPC與PMC之EDS分析……………………………………………104
表4-23 添加VAE粉末混凝土之綜合評估分析……………………………………104

圖 目 錄
圖1-1 混凝土滲水後表面產生白華…………………………………………………3
圖1-2 研究計畫流程圖………………………………………………………………4
圖2-1 聚合物掺料之類型……………………………………………………………22
圖2-2 水化作用程度與齡期之變化…………………………………………………23
圖2-3 聚合物微粒與水化反應的機制………………………………………………23
圖2-4 聚合物改質混凝土之聚合物薄膜成形………………………………………24
圖2-5 混凝土的非線性應變行為……………………………………………………24
圖2-6 軸向載重下混凝土之應力-應變與微裂縫成長行為………………………25
圖2-7 一般混凝土之彈性模數求取方法……………………………………………25
圖2-8 PMC之應力-應變曲線………………………………………………………26
圖2-9 水泥膠體和聚合物乳膠形成共同母體三階段………………………………26
圖2-10聚合物改質水泥漿體微觀結構之薄膜………………………………………27
圖2-11 VAE再乳化性粉末製造流程圖………………………………………………27
圖2-12 太陽光光譜之分佈 …………………………………………………………27
圖2-13 氙弧燈與太陽光的能量分佈曲線 …………………………………………28
圖2-14 紫外線燈管與太陽光的能量分佈曲線 ……………………………………28
圖2-15 碳弧燈與太陽光的能量分佈曲線 …………………………………………28
圖3-1 水泥砂漿試驗流程圖…………………………………………………………50
圖3-2 混凝土試驗流程圖……………………………………………………………51
圖3-3 粗骨材篩分析曲線……………………………………………………………52
圖3-4 細骨材篩分析曲線……………………………………………………………52
圖3-5 混凝土ACI配比設計流程 ……………………………………………………53
圖3-6 添加VAE聚合物粉末水泥砂漿、混凝土試體之混合養護 …………………54
圖3-7 五段式碗形拌合器……………………………………………………………54
圖3-8 水泥砂漿之流度臺……………………………………………………………55
圖3-9 30噸萬能材料試驗機…………………………………………………………55
圖3-10水泥砂漿抗彎試驗機…………………………………………………………56
圖3-11長度測微儀……………………………………………………………………56
圖3-12 QUV快速耐候試驗機…………………………………………………………57
圖3-13雙軸強制拌合機………………………………………………………………57
圖3-14 200噸萬能材料試驗機………………………………………………………58
圖3-15彈性模數分析儀………………………………………………………………58
圖3-16抗彎支承座……………………………………………………………………59
圖3-17劈裂抗張支承座………………………………………………………………59
圖3-18超音波量測儀…………………………………………………………………60
圖3-19四極式電阻量測儀……………………………………………………………60
圖3-20氯離子滲透量測儀……………………………………………………………61
圖3-21混凝土切割機…………………………………………………………………61
圖3-22烘箱……………………………………………………………………………62
圖3-23溫濕度感應器…………………………………………………………………62
圖3-24場發射掃描式電子顯微鏡……………………………………………………63
圖4-1 VAE粉末所引起之氣泡 ……………………………………………………105
圖4-2 消泡劑抑制VAE粉末所引起之氣泡情況……………………………………105
圖4-3 添加VAE粉末之水泥砂漿流度………………………………………………106
圖4-4 添加VAE粉末之水泥砂漿流度值發展趨勢…………………………………107
圖4-5 水泥砂漿之水灰比與抗壓強度關係(P/C=0%)...................107
圖4-6 水泥砂漿之水灰比與抗壓強度關係(P/C=5%)...................108
圖4-7 水泥砂漿之水灰比與抗壓強度關係(P/C=10%)..................108
圖4-8 水泥砂漿之水灰比與抗壓強度關係(P/C=15%)..................109
圖4-9 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗壓強度之發展(W/C=0.4). ..........109
圖4-10 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗壓強度之發展(W/C=0.48)..........110
圖4-11 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗壓強度之發展(W/C=0.56)..........110
圖4-12 添加VAE粉末對水泥砂漿抗壓強度與齡期關係 …………………………111
圖4-13 添加VAE粉末對水泥砂漿抗壓強度與齡期迴歸分析關係 ………………111
圖4-14 水泥砂漿之水灰比與抗彎強度關係( (P/C=0%).………………………112
圖4-15 水泥砂漿之水灰比與抗彎強度關係(P/C=5%).…………………………112
圖4-16 水泥砂漿之水灰比與抗彎強度關係(P/C=10%) .………………………113
圖4-17 水泥砂漿之水灰比與抗彎強度關係(P/C=15%) .………………………113
圖4-18 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗彎強度之發展(W/C=0.4).………………114
圖4-19 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗彎強度之發展(W/C=0.48) .……………114
圖4-20 VAE粉末添加量對水泥砂漿抗彎強度之發展(W/C=0.56)...........115
圖4-21 添加VAE粉末對水泥砂漿抗彎強度與齡期關係……………………………115
圖4-22 添加VAE粉末對水泥砂漿抗彎強度與齡期迴歸分析關係…………………116
圖4-23 水泥砂漿之水灰比與長度變化率關係(P/C=0%) .………………………116
圖4-24 水泥砂漿之水灰比與長度變化率關係(P/C=5%) .………………………117
圖4-25 水泥砂漿之水灰比與長度變化率關係(P/C=10%).………………………117
圖4-26 水泥砂漿之水灰比與長度變化率關係(P/C=15%).………………………118
圖4-27 VAE粉末添加量對水泥砂漿長度變化率之發展(W/C=0.4) .……………118
圖4-28 VAE粉末添加量對水泥砂漿長度變化率之發展(W/C=0.48)..........119
圖4-29 VAE粉末添加量對水泥砂漿長度變化率之發展(W/C=0.56)..........119
圖4-30 添加VAE粉末對水泥砂漿長度變化率與齡期迴歸分析關係 ………………120
圖4-31 水泥砂漿之水灰比與吸水率關係(P/C=0~15%) .…………………………120
圖4-32 添加VAE粉末之水泥砂漿吸水率之發展(W/C=0.4) ................121
圖4-33 添加VAE粉末之水泥砂漿吸水率之發展(W/C=0.48). ……………………121
圖4-34 添加VAE粉末之水泥砂漿吸水率之發展(W/C=0.56) .……………………122
圖4-35 添加VAE粉末對水泥吸水率與齡期關係………………………………………122
圖4-36 添加VAE粉末對水泥砂漿吸水率與齡期迴歸分析關係………………………123
圖4-37 耐候水泥砂漿之水灰比與抗拉強度關係(P/C=0~15%).……………………123
圖4-38 添加VAE粉末之耐候水泥砂漿抗拉強度發展(W/C=0.4)..............124
圖4-39 添加VAE粉末之耐候水泥砂漿抗拉強度發展(W/C=0.48).…………………124
圖4-40 添加VAE粉末之耐候水泥砂漿抗拉強度發展(W/C=0.56).…………………125
圖4-41 添加VAE粉末之耐候水泥砂漿抗拉強度與齡期關係…………………………125
圖4-42 28天齡期水箱模擬試體觀測……………………………………………………126
圖4-43 56天齡期水箱模擬試體觀測……………………………………………………126
圖4-44 91天齡期水箱模擬試體觀測……………………………………………………126
圖4-45 添加VAE粉末之混凝土坍度………………………………………………………127
圖4-46 OPC之水灰比與抗壓強度關係(P/C=0%)...........................128
圖4-47 PMC之水灰比與抗壓強度關係(P/C=5%).………………………………………128
圖4-48 PMC之水灰比與抗壓強度關係(P/C=7.5%).........................129
圖4-49 PMC之水灰比與抗壓強度關係(P/C=10%) .……………………………………129
圖4-50 VAE粉末添加量對混凝土抗壓強度之發展(W/C=0.4). ………………………130
圖4-51 VAE粉末添加量對混凝土抗壓強度之發展(W/C=0.48)................130
圖4-52 VAE粉末添加量對混凝土抗壓強度之發展(W/C=0.56)................131
圖4-53 PMC、OPC抗壓強度與齡期關係…………………………………………………131
圖4-54 PMC、OPC抗壓強度與齡期迴歸分析關係………………………………………132
圖4-55 PMC、OPC之水灰比與彈性模數關係(P/C=0~10%).…………………………132
圖4-56 VAE粉末添加量對混凝土彈性模數之發展(W/C=0.4). ………………………133
圖4-57 VAE粉末添加量對混凝土彈性模數之發展(W/C=0.48)................133
圖4-58 VAE粉末添加量對混凝土彈性模數之發展(W/C=0.56)................134
圖4-59 PMC、OPC彈性模數與齡期關係…………………………………………………134
圖4-60 PMC、OPC彈性模數與齡期迴歸分析關係………………………………………135
圖4-61 PMC、OPC實際與預測之彈性模數迴歸分析關係(P/C=0~10%)..........135
圖4-62 OPC、PMC之水灰比與應變能關係(P/C=0%~10%)...................136
圖4-63 VAE粉末添加量對混凝土應變能之發展(W/C=0.4~0.56).............136
圖4-64 PMC、OPC應變能與齡期之發展…………………………………………………137
圖4-65 PMC、OPC應變能與齡期迴歸分析關係…………………………………………137
圖4-66 OPC、PMC之水灰比與抗彎強度關係(P/C=0~10%).…………………………138
圖4-67 VAE粉末添加量對混凝土抗彎強度之發展(W/C=0.4). ………………………138
圖4-68 VAE粉末添加量對混凝土抗彎強度之發展(W/C=0.48)................139
圖4-69 VAE粉末添加量對混凝土抗彎強度之發展(W/C=0.56)................139
圖4-70 PMC、OPC抗彎強度與齡期關係…………………………………………………140
圖4-71 PMC、OPC抗彎強度與齡期迴歸分析關係……………………………………… 140
圖4-72 PMC、OPC實際與預測之破裂模數迴歸分析關係(P/C=0%).............141
圖4-73 OPC、PMC之水灰比與劈裂抗張強度關係(P/C=0%~10%).……………………141
圖4-74 VAE粉末添加量對混凝土劈裂抗張之發展(W/C=0.4~0.56)............142
圖4-75 PMC、OPC之水灰比與吸水率關係(P/C=0%~10%).……………………………142
圖4-76 VAE粉末添加量對混凝土吸水率之發展(W/C=0.4).………………………… 143
圖4-77 VAE粉末添加量對混凝土吸水率之發展(W/C=0.48).…………………………143
圖4-78 VAE粉末添加量對混凝土吸水率之發展(W/C=0.56).…………………………144
圖4-79 PMC、OPC之吸水率與齡期關係 …………………………………………………144
圖4-80 PMC、OPC吸水率與齡期迴歸分析關係 …………………………………………145
圖4-81 OPC之水灰比與超音波速關係(P/C=0%)............................145
圖4-82 PMC之水灰比與超音波速關係(P/C=5%)............................146
圖4-83 PMC之水灰比與超音波速關係(P/C=7.5%)..........................146
圖4-84 PMC之水灰比與超音波速關係(P/C=10%)...........................147
圖4-85 VAE粉末添加量對混凝土超音波速之發展(W/C=0.4)..................147
圖4-86 VAE粉末添加量對混凝土超音波速之發展(W/C=0.48).................148
圖4-87 VAE粉末添加量對混凝土超音波速之發展(W/C=0.56).................148
圖4-88 PMC、OPC之超音波速與齡期關係.................................149
圖4-89 PMC、OPC超音波速與齡期迴歸分析關係............................149
圖4-90 混凝土超音波速與抗壓強度個別迴歸關係曲線(W/C=0.4)...............150
圖4-91 混凝土超音波速與抗壓強度個別迴歸關係曲線(W/C=0.48)..............150
圖4-92 混凝土超音波速與抗壓強度個別迴歸關係曲線(W/C=0.56).…………………151
圖4-93 OPC、PMC超音波速與抗壓強度群組迴歸關係曲線………………………………151
圖4-94 OPC之水灰比與電阻係數關係(P/C=0%) .………………………………………152
圖4-95 PMC之水灰比與電阻係數關係(P/C=5%) .………………………………………152
圖4-96 PMC之水灰比與電阻係數關係(P/C=7.5%)..........................153
圖4-97 PMC之水灰比與電阻係數關係(P/C=10%).………………………………………153
圖4-98 VAE粉末添加量對混凝土電阻係數之發展(W/C=0.4).…………………………154
圖4-99 VAE粉末添加量對混凝土電阻係數之發展(W/C=0.48) .………………………154
圖4-100 VAE粉末添加量對PMC電阻係數之發展(W/C=0.56) .…………………………155
圖4-101 PMC、OPC之電阻係數與齡期關係…………………………………………………155
圖4-102 PMC、OPC電阻係數與齡期迴歸分析關係…………………………………………156
圖4-103 PMC、OPC之水灰比與電滲關係(P/C=0~10%).…………………………………156
圖4-104VAE粉末添加量對混凝土電滲之發展(W/C=0.4~0.56) .………………………157
圖4-105 PMC、OPC電荷通過量與時間關係(W/C=0.4)........................157
圖4-106 PMC、OPC電荷通過量與時間關係(W/C=0.48) .………………………………158
圖4-107 PMC、OPC電荷通過量與時間關係(W/C=0.56) .………………………………158
圖4-108 PMC、OPC氯離子電滲量與電阻係數迴歸關係……………………………………159
圖4-109聚合物微粒附著於水泥膠體上( 7天齡期) ………………………………………159
圖4-110 PMC、OPC之1000倍微觀結構(W/C=0.56，7天齡期)…………………………160
圖4-111 PMC、OPC之1000倍微觀結構(W/C=0.56，28天齡期) ………………………161
圖4-112 PMC、OPC之1000倍微觀結構(W/C=0.56，91天齡期) ………………………162

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