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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李訓杰
研究生(外文):Shin-Jie Li
論文名稱:再生混凝土高溫延時與解熱回復性質之研究
論文名稱(外文):The Effect of Exposed Duration of High Temperature and Recovery Duration of Heat Release on the Recycled Concrete
指導教授:沈得縣沈得縣引用關係
指導教授(外文):Der-Hsien Shen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
中文關鍵詞:再生混凝土高溫性質解熱回復力學性質
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本研究係探討「高溫延時」與「解熱回復」對再生混凝土力學性質及再水化機理之影響。研究時選擇適當之再生骨材取代方式及混凝土配比設計方法,尋求合理之再生混凝土配比,然後製作試體進行各項試驗,分析再生混凝土之耐高溫性質及再水化機理。
研究結果顯示:在高溫延時之影響方面,再生混凝土試體在500℃以下時有收縮之現象,在750℃時因矽質骨材膨漲,而有回脹之現象,但回脹量隨再生骨材取代天然骨材之量愈多時,其回脹量愈小。再生混凝土在高溫加熱及高溫延時後之超音波速、電阻及各項力學性質均較普通混凝土低,但有隨著溫度上升而差異減小之趨勢。
在解熱回復之影響方面,無論何種試體經由火害後,置於水中回復時之各項性質皆較其他回復條件佳。再生混凝土在水中回復後孔隙量之減少明顯較天然骨材混凝土大,由此可看出再生混凝土於解熱回復後,孔隙填補能力較天然骨材之普通混凝土佳。雖然再生混凝土耐高溫性能明顯較普通混凝土為低,但於解熱回復後,再生混凝土之孔隙填補能力及力學強度回復之效率卻較普通混凝土佳,顯示再生混凝土由於水泥漿體含量較多,於高溫加熱後再水化生成C-S-H膠體及CH亦較多,且有填塞孔隙、裂縫與加強基材之功能。

目錄
中文摘要.................................................................................................Ⅰ英文摘要.................................................................................................Ⅱ
誌謝.........................................................................................................Ⅲ
目錄.........................................................................................................Ⅳ表目錄.....................................................................................................Ⅷ
圖目錄....................................................................................................Ⅹ
照片目錄............................................................................................XIV
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 研究方法與進行步驟....................................................................2
第二章 文獻回顧...................................................................................4
2-1 營建廢棄物之再利用....................................................................4
2-1-1 營建廢棄物之來源及處理情形............................................4
2-1-2 再生骨材之物理性質............................................................9
2-1-3 再生混凝土之工程性質.......................................................11
2-1-4 再生混凝土之力學性質......................................................12
2-1-5 紅磚含量對再生混凝土之影響..........................................14
2-2 水泥將體之熱學性質..................................................................15
2-2-1 水泥之成份及性質..............................................................15
2-2-2 水泥漿體之微觀結構..........................................................16
2-2-3 水泥漿體/水泥砂漿之熱變化.............................................19
2-3骨材之熱學性質..........................................................................20
2-3-1 骨材在高溫行為之轉換與分解.........................................20
2-3-2 骨材之高溫性質……..........................................................21
2-3-3.骨材之熱膨脹………….......................................................25
2-4 混凝土之熱學性質......................................................................26
2-4-1高溫作用下水分子之移動....................................................26
2-4-2 熱物理性質..........................................................................27
2-4-3 熱化學性質..........................................................................32
2-4-4 在溫度循環下混凝土尺寸之變化......................................34
2-5 普通混凝土受火害之力學性質變化.........................................35
2-5-1 升降溫速率對力學性質之影響..........................................36
2-5-2 最高溫度對力學性質之影響..............................................36
2-5-3 高溫延時對力學性質之影響.............................................38
2-5-4 高溫作用後混凝土外觀之變化..........................................39
2-5-5 混凝土之爆裂與剝落..........................................................39
2-5-6 解熱後混凝土性質之回復...................................................41
第三章 試驗材料與試驗計劃.............................................................45
3-1 試驗材料......................................................................................45
3-2 試驗計劃......................................................................................46
3-2-1 試驗項目及流程..................................................................46
3-2-2 試驗變數規劃......................................................................47
3-2-3 試體編號..............................................................................47
3-3 試驗方法及設備.........................................................................49
3-3-1 材料基本物性試驗..............................................................49
3-3-2 新拌性質試驗......................................................................49
3-3-3 硬固性質試驗......................................................................50
3-3-4 加熱設備..............................................................................51
3-4 配比設計及拌製.........................................................................52
3-5 再生骨材性質分析..................................................................53第四章 試驗結果分析與討論.............................................................64
4-1 高溫作用對再生混凝土物理性質之影響..................................64
4-1-1 再生混凝土之顏色變化 ....................................................64
4-1-2 再生混凝土之裂縫成長......................................................65
4-1-3再生混凝土之尺寸變化 ......................................................70
4-1-4再生混凝土之重量變化........................................................79
4-1-5 再生混凝土之超音波速率變化..........................................85
4-1-6 再生混凝土之電阻值變化..................................................94
4-2 高溫作用對再生混凝土力學性質之影響................................101
4-2-1 加熱溫度對力學性質之影響............................................101
4-2-2 高溫延時對力學性質之影響............................................113
4-2-3 解熱回復對力學性質之影響............................................121
4-3 高溫作用後再生混凝土微觀性質分析...................................146
4-3-1 孔隙指數分析....................................................................146
4-3-2 掃描式電子顯微鏡晶相分析............................................152
第五章 結論與建議...........................................................................163
5-1 結論............................................................................................163
5-2 建議............................................................................................164
參考文獻...............................................................................................166
表目錄
表2-1 國內營建廢棄物處置現況...................................................................6
表2-2 再生骨材與天然骨材基本性質 ..........................................................8
表2-3 國內一般磚類之性質…….................................................................15
表2-4 再生骨材物理性質比較……….........................................................15
表2-5 各種矽石之物理性質.......................................................................23
表2-6 不同骨材混凝土之熱膨脹係數.........................................................25
表2-7 混凝土之熱傳導係數.......................................................................29
表2-8 混凝土組成成份之熱性質................................................................33
表3-1 試驗變數規劃.................................................................................47
表3-2 水泥成分及物理性質.......................................................................56
表3-3 細粒料之物性性質..........................................................................56
表3-4 ASTM C33粗骨材級配.................................................... ...............57
表3-5 粗粒料物性試驗.............................................................................57
表3-6 再生混凝土各組配比表單...............................................................58
表4-1 N組受高溫延時作用後之尺寸.......................................................72
表4-2 SRB組受高溫延時作用後之尺寸...................................................72
表4-3 ARB組受高溫延時作用後之尺寸..................................................73
表4-4 SWC組受高溫延時作用後之尺寸..................................................73
表4-5 AWC組受高溫延時作用後之尺寸..................................................74
表4-6 N組受高溫延時作用後重量之變化.................................................79
表4-7 SRB組受高溫延時作用後重量之變化.............................................79
表4-8 ARB組受高溫延時作用後重量之變化............................................80
表4-9 SWC組受高溫延時作用後重量之變化.................... .......................80
表4-10 AWC組受高溫延時作用後重量之變化.................... ......................81
表4-11 各組混凝土超音波速解熱回復成長趨勢試驗結果............................86
表4-12 N組混凝土受高溫作用及解熱回復後之超音波速............................87
表4-13 SRB組混凝土受高溫作用及解熱回復後之超音波速........................87
表4-14 ARB組混凝土受高溫作用及解熱回復後之超音波速.......................88
表4-15 SWC組混凝土受高溫作用及解熱回復後之超音波速.......................88
表4-16 AWC組混凝土受高溫作用及解熱回復後之超音波速.......................89
表4-17 各組混凝土電阻成長趨勢試驗結果.................... ...........................95
表4-18 N組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘抗壓強度值.........100
表4-19 SRB組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘抗壓強度值.....101
表4-20 ARB組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘抗壓強度值....101
表4-21 SWC組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘抗壓強度值....102
表4-22 AWC組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘抗壓強度值....102
表4-23 N組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘劈張強度值.........109
表4-24 SRB組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘劈張強....... ....109
表4-25 ARB組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘劈張強度值....110
表4-26 SWC組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘劈張強度值....110
表4-27 AWC組混凝土試體受高溫作用及解熱回復後之殘餘劈張強度值....111
表4-28 各配比混凝土受高溫作用後孔隙指數之變化..................................146
圖目錄
圖1-1 研究步驟流程圖…………………………………………………………..3.
圖2-1 建築廢棄物組成……………………………………………………….......5
圖2-2 建築廢棄物處理流程圖…………………………………………………...8
圖2-3 矽質骨材(石英)之溫度與線性膨脹關係……………………………….22
圖2-4 水泥砂漿矽質及石灰質砂體積與熱膨脹係數關係圖………………….22
圖2-5 溫度與石英混凝土……………………………………………………….24
圖2-6 高溫下矽質骨材與石灰質骨材之重量損失…………………………….24
圖2-7 不同溫度之混凝土重量損失…………………………………………….27
圖2-8 混凝土熱傳導與含水飽和程度及單位體積重關係圖………………….30
圖2-9 混凝土之溫度與熱傳導關係圖………………………………………….30
圖2-10 不同骨材種類與混凝土之膨脹數……………………………………….31
圖2-11 混凝土骨材種類之組合與熱膨脹係數關係圖………………………….32
圖2-12 受火害後混凝土強度與時間關係圖…………………………………….42
圖2-13 高溫作用後碳酸鹽骨材混凝土之抗壓強度…………………………….42
圖2-14 高溫作用後矽質骨材之抗壓強度……………………………………….43
圖2-15 高溫作用後輕質骨材混凝土之抗壓強度……………………………….43
圖2-16 混凝土抗壓強度比與溫度之關係……………………………………….44
圖3-1 研究步驟流程圖………………………………………………………….54
圖3-2 WC系列再生骨材組成分析…………………………………………….55
圖3-3 骨材洛杉磯磨耗試驗……………………………………………………...55
圖3-4 骨材硫酸鈉健性試驗……………………………………………………...55
圖4-1 N組尺寸變化與溫度之關係…………………………………………….74
圖4-2 SRB組尺寸變化與溫度之關係………………………………………….75
圖4-3 ARB組尺寸變化與溫度之關係…………………………………………75
圖4-4 SWC組尺寸變化與溫度之關係…………………………………………76
圖4-5 AWC組尺寸變化與溫度之關係………………………………………...76
圖4-6 各組混凝土試體尺寸變化與加熱溫度之關係………………………….77
圖4-7 各組混凝土試體尺寸變化與高溫延時一小時之關係………………….77
圖4-8 各組混凝土試體尺寸變化與高溫延時二小時之關係………………….78
圖4-9 N組重量變化與溫度之關係…………………………………………….81
圖4-10 SRB組重量變化與溫度之關係………………………………………….82
圖4-11 ARB組重量變化與溫度之關係…………………………………………82
圖4-12 SWC組重量變化與溫度之關係…………………………………………83
圖4-13 AWC組重量變化與溫度之關係………………………………………...83
圖4-14 各組混凝土高溫作用後之重量變化…………………………………….84
圖4-15 N組超音波速與高溫延時之關係……………………………………….89
圖4-16 SRB組超音波速與高溫延時之關係…………………………………….90
圖4-17 ARB組超音波速與高溫延時之關係……………………………………90
圖4-18 SWC組超音波速與高溫延時之關係……………………………………91
圖4-19 AWC組超音波速與高溫延時之關係…………………………………...91
圖4-20 各配比混凝土超音波速與溫度之關係………………………………….92
圖4-21 各配比混凝土超音波速與高溫延時一小時之關係…………………….92
圖4-22 各配比混凝土超音波速與高溫延時二小時之關係…………………….93
圖4-23 N組電阻值與高溫延時之關…………………………………………….96
圖4-24 SRB組電阻值與高溫延時之關係……………………………………...96
圖4-25 ARB組電阻值與高溫延時之關係………………………………………97
圖4-26 SWC組電阻值與高溫延時之關係………………………………………97
圖4-27 AWC組電阻值與高溫延時之關係……………………………………...98
圖4-28 各配比混凝土電阻值與加熱溫度之關係……………………………….98
圖4-29 各配比混凝土電阻值與高溫延時一小時之關係……………………….99
圖4-30 各配比混凝土電阻值與高溫延時二小時之關係……………………….99
圖4-31 N組殘餘抗壓強度與高溫延時之關係………………………………...105
圖4-32 SRB組殘餘抗壓強度與高溫延時之關係……………………………...105
圖4-33 ARB組殘餘抗壓強度與高溫延時之關係……………………………..106
圖4-34 SWC組殘餘抗壓強度與高溫延時之關係…………………………….106
圖4-35 AWC組殘餘抗壓強度與高溫延時之關係…………………………….107
圖4-36 各配比混凝土殘餘抗壓強度與加熱溫度之關係……………………...107
圖4-37 各配比混凝土殘餘劈張強度與加熱溫度之關係曲線圖……………...111
圖4-38 各配比混凝土殘餘劈張強度與加熱溫度之關係……………………...112
圖4-39 各配比混凝土殘餘抗壓強度與高溫延時一小時之關係……………...115
圖4-40 各配比混凝土殘餘抗壓強度與高溫延時二小時之關係……………...115
圖4-41 N組殘餘劈張強度與高溫延時之關係…………………………………117
圖4-42 SRB組殘餘劈張強度與高溫延時之關係……………………………...117
圖4-43 ARB組殘餘劈張強度與高溫延時之關係……………………………..118
圖4-44 SWC組殘餘劈張強度與高溫延時之關係……………………………..118
圖4-45 AWC組殘餘劈張強度與高溫延時之關係…………………………….119
圖4-46 各配比混凝土殘餘劈張強度與高溫延時一小時之關係……………...119
圖4-47 各配比混凝土殘餘劈張強度與高溫延時二小時之關係……………...120
圖4-48 N組受高溫作用各解熱回復時間、溫度與殘餘強度之關係…………122
圖4-49 SRB組受高溫作用各解熱回復時間、溫度與殘餘強度之關係………123
圖4-50 ARB組受高溫作用各解熱回復時間、溫度與殘餘強度之關係……..123
圖4-51 SWC組受高溫作用各解熱回復時間、溫度與殘餘強度之關係……..124
圖4-52 AWC組受高溫作用各解熱回復時間、溫度與殘餘強度之關係…….124
圖4-53 各配比混凝土空氣中養護30天殘餘抗壓強度之關係……………….125
圖4-54 各配比混凝土空氣中養護60天殘餘抗壓強度之關係……………….126
圖4-55 各配比混凝土水中養護30天殘餘抗壓強度之關係………………….127
圖4-56 各配比混凝土水中養護60天殘餘抗壓強度之關係………………….128
圖4-57 N組受高溫作用解熱回復30天抗壓強度與回復
條件之關係……………………………………………………………...130
圖4-58 SRB組受高溫作用解熱回復30天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...131
圖4-59 ARB組受高溫作用解熱回復30天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...132
圖4-60 SWC組受高溫作用解熱回復30天抗壓強度與回
復條件之關係………………………………………………………….133
圖4-61 AWC組受高溫作用解熱回復30天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...134
圖4-62 N組受高溫作用解熱回復60天抗壓強度與回復
條件之關係……………………………………………………………...135
圖4-63 SRB組受高溫作用解熱回復60天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...136
圖4-64 ARB組受高溫作用解熱回復60天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...137
圖4-65 SWC組受高溫作用解熱回復60天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...138
圖4-66 AWC組受高溫作用解熱回復60天抗壓強度與回
復條件之關係…………………………………………………………...139
圖4-67 各組試體受高溫作用後空氣中回復30天殘餘劈
張強度加熱溫度之關係………………………………………………...141
圖4-68 各組試體受高溫作用後水中回復30天殘餘劈張
強度加熱溫度之關係…………………………………………………...141
圖4-69 各組試體受高溫作用後空氣中回復60天殘餘劈
張強度加熱溫度之關係………………………………………………...142
圖4-70 各組試體受高溫作用後水中回復60天殘餘劈張
強度加熱溫度之關係…………………………………………………...142
圖4-71 N組受高溫作用後各解熱回復期殘餘劈張強度加
熱溫度之關係…………………………………………………………...143
圖4-73 ARB組受高溫作用後各解熱回復期殘餘劈張強度
加熱溫度之關係………………………………………………………...143
圖4-72 SRB組受高溫作用後各解熱回復期殘餘劈張強度
加熱溫度之關係………………………………………………………...144
圖4-74 SWC組受高溫作用後各解熱回復期殘餘劈張強度
加熱溫度之關係………………………………………………………...144
圖4-75 AWC組受高溫作用後各解熱回復期殘餘劈張強度
加熱溫度之關係………………………………………………………...145
圖4-76 各組試體孔隙指數與加熱溫度之關係之關係………………………...147
圖4-77 各組試體孔隙指數與高溫延時一小時之關係之關係………………...147
圖4-78 各組試體孔隙指數與高溫延時二小時之關係之關係…………….…..148
圖4-79 N組試體孔隙指數與加熱溫度及高溫延時之關係……………….…..148
圖4-80 SRB組試體孔隙指數與加熱溫度及高溫延時之關係…………….…..149
圖4-81 ARB組試體孔隙指數與加熱溫度及高溫延時之關係…………….….149
圖4-82 SWC組試體孔隙指數與加熱溫度及高溫延時之關係…………….…150
圖4-83 AWC組試體孔隙指數與加熱溫度及高溫延時之關係………….……150
照片目錄
照片3-1 最大粒徑3/8〞之小型鍔式破碎機……………………………………..58
照片3-2 工地拆除廢料之再生粗粒料…………………………………………...59
照片3-3 洛杉磯磨損試驗儀器…………………………………………………...59
照片3-4 再生骨材健性試驗……………………………………………………...60
照片3-5 進行抗壓強度試驗…………………………………………………...…60
照片3-6 進行劈張強度試驗……………………………………………………...61
照片3-7 超音波試驗儀器………………………………………………………...61
照片3-8 電阻性質試驗儀器……………………………………………………...62
照片3-9 電熱高溫爐……………………………………………………………...62
照片3-10 SEM儀器設備…………………………………………………………63
照片4-1 經高溫火害後試體表面CH析出………………………………………66
照片4-2 ARB組試體之斷面……………………………………………………67
照片4-3 WC系列試體於250℃時之些微爆裂………………………………..67
照片4-4 WC系列試體之爆裂現象…………………………………………….68
照片4-5 RB列試體於750℃時頂部之龜裂……………………………………68
照片4-6 R B系列試體水中解熱回復時之爆裂現象…………………………..69
照片4-7 N組加熱溫度250℃延時ㄧ小時之微觀晶相………………………153
照片4-8 N組加熱溫度250℃水中解熱回復30天之微觀晶相……………..153
照片4-9 N組加熱溫度750℃延時二小時之微觀晶相………………………154
照片4-10 N組加熱溫度750℃水中解熱回復30天之微觀晶相……………..154
照片4-11 SRB組加熱溫度250℃延時ㄧ小時之微觀晶相……………………155
照片4-12 SRB組加熱溫度250℃水中解熱回復30天之微觀晶相…………..155
照片4-13 SRB組加熱溫度750℃延時二小時之微觀晶相……………………156
照片4-14 SRB組加熱溫度750℃水中解熱回復60天之微觀晶相…………..156
照片4-15 SWC組加熱溫度250℃水中解熱回復30天之微觀晶相…………157
照片4-16 AWC組加熱溫度250℃水中解熱回復30天之微觀晶相…………157
照片4-17 SWC組加熱溫度500℃延時ㄧ小時之微觀晶相…………………..158
照片4-18 SWC組加熱溫度500℃水中回復30天之微觀晶相………………158
照片4-19 AWC組加熱溫度500℃延時ㄧ小時之微觀晶相…………………..159
照片4-20 AWC組加熱溫度500℃水中回復30天之微觀晶相………………159
照片4-21 SWC組加熱溫度750℃延時二小時之微觀晶相…………………...160
照片4-22 AWC組加熱溫度750℃延時二小時之微觀晶相…………………...160
照片4-23 SWC組加熱溫度750℃水中回復30天之微觀晶相………………161
照片4-24 AWC組加熱溫度750℃水中回復30天之微觀晶相……………….161
1
1
1

參考文獻
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