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研究生： 黃偉翔
Wei-hsiang Huang
論文名稱： 卜作嵐材料對不同輕質粒料混凝土力學性質與 耐久性質之影響
Effect of Pozzolanic Material on The Mechanical Properties and Durability of Concrete with Different Lightweight Aggregate
指導教授： 張大鵬
Ta-Peng Chang
口試委員: 林宜清
none
陳振川
none
沈得縣
none
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 151
中文關鍵詞： 飛灰 、爐石粉 、氣體滲透係數 、輕質粒料 、卜作嵐材料
外文關鍵詞： slag, fly ash, permeability, lightweight aggregate, pozzolanic material
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    • 本研究探討使用三種混凝土粗粒料(常重粒料、輕質粒料一型、輕質粒料二型)，添加飛灰與爐石粉(20%、40%)，於相同水膠比下(W/B=0.3)，對混凝土力學性質、耐久性質與熱學性質之影響。
    研究結果顯示：(1) 在91天齡期下，常重粒料混凝土使用40%飛灰取代水泥能得到最高抗壓強度為84.53 MPa，高於控制組17.5%；輕質粒料一型混凝土，使用40％飛灰與爐石粉取代下91天之抗壓強度分別高於控制組1.9%與1.4%，輕質粒料二型混凝土為4%與2%，實驗解果顯示出添加礦物摻料對於輕質粒料混凝土晚期強度差異影響並不明顯。(2) 91天齡期下，常重粒料混凝土使用40%飛灰取代水泥能得到最高之超音波波速為4956 m/s高於控制組4.4%；若比較三種粒料混凝土控制組91天之超音波波速，常重粒料混凝土超音波波速約較輕質粒料一、二型高8.9%與10.3%。(3) 91天齡期中，三種粒料混凝土皆以40%飛灰取代能到較佳之表面電阻值，其中又以輕質粒料一型混凝土有最高之電阻值為107.6 kΩ-cm，為控制組之3.96倍，同條件下取代下常重粒料混凝土電阻值為78.2 kΩ-cm，為控制組之3.67倍。(4) 91天齡期中，常重粒料混凝土與輕質粒料一型混凝土皆以使用飛灰取代40%條件下，有較低之氣體滲透係數，控制組分別為兩種粒料之1.64倍與3.12倍，其中又以輕質粒料一型混凝土有最低之氣體滲透係數為 4.35×10-20 m2/s，較同條件取代下之常重粒料混凝土低39%。(5) 28天齡期下，輕質粒料一型混凝土控制組於距離加熱面7cm處之溫度為51.3度，常重粒料混凝土控制組在相同距離下溫度為52.6度，顯示出輕質粒料混凝土有較佳之隔熱效能。

    This study discuss about using three kind of coarse aggregate respectively in concrete (normal-weight aggregate, lightweight aggregate type I, and lightweight aggregate type II), with adding different content of fly ash and slag (20%, 40%), and the same water-to-binder ratio (w/b = 0.3) to investigate the mechanical, durability and thermal properties of concrete.
    The results show: (1) 40% fly ash content gives the highest result of compressive strength at 91 days for normal-aggregate concrete, the value is 84.53 MPa, reach 17.5% for control normal concrete; 40% fly ash or 40% slag content for lightweight aggregate type I concrete at 91 days , compressive strength reach 1.9% and 1.4% for their control concrete respectively; lightweight aggregate type II concrete reach 4% and 2% for their control concrete respectively; Lightweight aggregate concrete uses pozzolanic material unobvious for compressive strength at 91 days. (2) 40% fly ash content gives the highest result of ultrasonic pulse velocity at 91 days, the value is 4956 m/s, reach 17.5% for control normal concrete; Control normal-aggregate concrete has higher 8.9% and 10.3% than Control lightweight-aggregate concrete type I and type II. (3) 40% fly ash content gives the higher result of electrical resistanty at 91 days for using three kind of coarse aggregate respectively in concrete, lightweight-aggregate concrete type I has highest value is 107.6 kΩ-cm; electrical resistanty is greater than control concrete by 3.96 times. Normal concrete value is 78.2 kΩ-cm; electrical resistivity is greater than control concrete by 3.67 times. (4) 40% fly ash content in normal-aggregate concrete and lightweight-aggregate concrete type I gives the lower permeability; control concrete is higher than 1.64 times and 3.12 times respectively. 40% fly ash content in lightweight-aggregate concrete type I gives the lowest permeability at 91 days, the value is 4.35 ×10-20 m2/s. (5) In the 7 cm location form the heating surface, temperature is 51.3℃ in lightweight-aggregate concrete type I at 28 day. In the same location temperature is 52.6.3℃ in normal aggregate concrete at 28 day. The results show lightweight-aggregate concrete type I have greater heat insulation than normal aggregate concrete.

    總目錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 總目錄 Ⅳ 表目錄 Ⅷ 圖目錄 Ⅸ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 前言 5 2.2 輕質粒料之發展 5 2.3 輕質粒料種類 6 2.4 輕質混凝土 7 2.5 卜作嵐材料 10 2.5.1 卜作嵐材料之定義與性質 10 2.5.2 飛灰來源與基本性質 12 2.5.2.1 飛灰對混凝土新拌性質之影響 13 2.5.2.2 飛灰對混凝土硬固性質的影響 14 2.5.3 爐石粉來源與基本性質 15 2.5.3.1 爐石粉對混凝土新拌性質的影響 17 2.5.3.2 爐石粉對混凝土硬固性質的影響 17 2.6 混凝土的熱學行為 18 2.6.1 熱傳導 19 第三章 試驗計畫 26 3.1 試驗內容與流程 26 3.2 實驗材料 26 3.3 試驗儀器 28 3.3.1 氣體滲透試驗 27 3.3.2 混凝土硬固試驗 29 3.3.3 單方向溫度加熱試驗 30 3.4 試驗變數及配比 31 3.5 試驗項目及實驗方法 32 3.5.1 試驗項目 33 3.5.2 試驗方法 33 第四章 結果分析與討論 54 4.1 混凝土新拌性質 54 4.2 混凝土硬固性質 55 4.2.1 抗壓強度 55 4.2.1.1 常重粒料混凝土抗壓強度 56 4.2.1.2 輕質粒料一型混凝土抗壓強度 58 4.2.1.3 輕質粒料二型混凝土抗壓強度 58 4.2.2 超音波波速 60 4.2.2.1 常重粒料混凝土超音波波速 61 4.2.2.2 輕質粒料一型混凝土超音波波速 61 4.2.2.3 輕質粒料二型混凝土超音波波速 62 4.2.3 表面電阻值 63 4.2.3.1 常重粒料混凝土表面電阻值 63 4.2.3.2 輕質粒料一型混凝土表面電阻值 64 4.2.3.3 輕質粒料二型混凝土表面電阻值 65 4.2.4 動彈性模數與動剪力模數 66 4.2.3.1 常重粒料混凝土動彈性模數與動剪力模數 66 4.2.3.2 輕質粒料一型混凝土動彈性模數與動剪力模數 67 4.3 混凝土氣體滲透係數 68 4.4 單位重量 72 4.4.1 新拌性質 72 4.4.2 硬固性質 72 4.5 水泥強度效應 74 4.6 水灰比 75 4.7 熱傳導試驗 75 4.8 吸水率 77 第五章 結論與建議 143 5.1 結論 143 5.2 建議 144 表目錄 表2-1 CNS及ASTM對輕質混凝土強度規定 22 表2-2 輕質混凝土彈性模數與單位重、抗壓強度之關係 22 表2-3 飛灰、爐石粉及稻穀灰之典型氧化物 23 表3-1 試驗項目 39 表3-2 台泥一型水泥之物理性質 39 表3-3 台泥一型水泥之化學性質 40 表3-4 粗係粒料基本性質 40 表3-5 實驗用飛灰化學成分及物理性質 41 表3-6 實驗用爐石化學成分及物理性質 41 表3-7 常重粒料混凝土試驗配比表 42 表3-8 輕質粒料一型混凝土試驗配比表 42 表3-9 輕質粒料二型混凝土試驗配比表 43 表4-1 混凝土新拌性質 78 表4-2 常重粒料混凝土硬固性質 79 表4-3 輕質粒料一型混凝土硬固性質 81 表4-4 輕質粒料二型混凝土硬固性質 83 表4-5 混凝土各齡期之氣體滲透係數 85 圖目錄 圖1-1 研究規劃步驟流程圖 4 圖2-1 世界上各種輕質粒料總年產量分佈圖 24 圖2-2 輕質粒料混凝土分類及單位重關係 24 圖2-3 抗壓強度與水泥用量關係 25 圖2.4 砂漿成長強度與輕質粒料抗壓強度關係 25 圖3-1 試驗流程圖 44 圖3-2 天然細粒料篩分析結果 44 圖3-3 天然粗粒料篩分析結果 45 圖3-4 輕質粒料一型 45 圖3-5輕質粒料一型篩分析結果 45 圖3-6輕質粒料二型 46 圖3-7輕質粒料二型篩分析結果 46 圖3-8 精密電子天平 46 圖3-9 圓柱試體速模 47 圖3-10 電子秤 47 圖3-11 烘箱 47 圖3-12 動態共振儀 48 圖3-13 表面電阻量測儀器 48 圖3-14 超音波檢測儀 48 圖3-15 200T萬能試驗機 49 圖3-16 模具立體圖 49 圖3-17 高密度保力龍板 49 圖3-18 防水隔熱棉 50 圖3-19 熱偶線埋設位置與單方向溫度加熱試驗試體包裹斷面試驗圖 50 圖3-20 溫度資料擷取器 51 圖3-21 滲透實驗試體齡期規劃 52 圖3-22 甲醇氣體滲透試驗 53 圖3-23 甲醇氣體滲透試驗裝置示意圖 53 圖4-1 混凝土新拌坍度試驗 86 圖4-2 常重粒料混凝土各齡期抗壓強度 87 圖4-3 輕質粒料一型混凝土各齡期抗壓強度 87 圖4-4 輕質粒料二型混凝土各齡期抗壓強度 88 圖4-5 爐石粉取代下對常重粒料混凝土抗壓強度之影響 88 圖4-6 爐石粉取代下對輕質粒料一型混凝土抗壓強度之影響 89 圖4-7 爐石粉取代下對輕質粒料二型混凝土抗壓強度之影響 89 圖4-8 飛灰取代下對常重粒料混凝土抗壓強度之影響 90 圖4-9 飛灰取代下對輕質粒料一型混凝土抗壓強度之影響 90 圖4-10 飛灰取代下對輕質粒料二型混凝土抗壓強度之影響 91 圖4-11 常重粒料混凝土各齡期超音波波速 91 圖4-12 輕質粒料一型混凝土各齡期超音波波速 92 圖4-13 輕質粒料二型混凝土各齡期超音波波速 92 圖4-14 爐石粉取代下對常重粒料混凝土超音波波速之影響 93 圖4-15 爐石粉取代下對輕質粒料一型混凝土超音波波速之影響 93 圖4-16 爐石粉取代下對輕質粒料二型混凝土超音波波速之影響 94 圖4-17 飛灰取代下對常重粒料混凝土超音波波速之影響 94 圖4-18 飛灰取代下對輕質粒料一型混凝土超音波波速之影響 95 圖4-19 飛灰取代下對輕質粒料二型混凝土超音波波速之影響 95 圖4-20 常重粒料混凝土各齡期表面電阻值 96 圖4-21 輕質粒料一型混凝土各齡期表面電阻值 96 圖4-22 輕質粒料二型混凝土各齡期表面電阻值 97 圖4-23 爐石粉取代下對常重粒料混凝土表面電阻值之影響 97 圖4-24 爐石粉取代下對輕質粒料一型混凝土表面電阻值之影響 98 圖4-25 爐石粉取代下對輕質粒料二型混凝土表面電阻值之影響 98 圖4-26 飛灰取代下對常重粒料混凝土表面電阻值之影響 99 圖4-27 飛灰取代下對輕質粒料一型混凝土表面電阻值之影響 99 圖4-28 飛灰取代下對輕質粒料二型混凝土表面電阻值之影響 100 圖4-29 常重粒料混凝土各齡期動彈性模數 100 圖4-30 輕質粒料一型混凝土各齡期動彈性模數 101 圖4-31 常重粒料混凝土各齡期動剪力模數 101 圖4-32 輕質粒料一型混凝土各齡期動剪力模數 102 圖4-33 爐石粉取代下對常重粒料混凝土動彈性模數之影響 102 圖4-34 爐石粉取代下對輕質粒料一型混凝土動彈性模數之影響 103 圖4-35 爐石粉取代下對常重粒料混凝土動剪力模數之影響 103 圖4-36 爐石粉取代下對輕質粒料一型混凝土動剪力模數之影響 104 圖4-37 飛灰取代下對常重粒料混凝土動彈性模數之影響 104 圖4-38 飛灰取代下對輕質粒料一型混凝土動彈性模數之影響 105 圖4-39 飛灰取代下對常重粒料混凝土動剪力模數之影響 105 圖4-40 飛灰取代下對輕質粒料一型混凝土動剪力模數之影響 106 圖4-41 常重粒料混凝土控制組-時間與甲醇損失重量關係曲線 106 圖4-42 輕質粒料一型混凝土控制組-時間與甲醇損失重量關係曲線 107 圖4-43 常重粒料混凝土91天-時間與甲醇損失重量關係曲線 107 圖4-44 輕質粒料一型混凝土28天-時間與甲醇損失重量關係曲線 108 圖4-45 輕質粒料一型混凝土56天-時間與甲醇損失重量關係曲線 108 圖4-46 輕質粒料一型混凝土91天-時間與甲醇損失重量關係曲線 109 圖4-47 爐石粉取代對常重粒料混凝土91天氣體滲透係數之影響 109 圖4-48 爐石粉取代對輕質粒料一型混凝土91天氣體滲透係數之影響 110 圖4-49 飛灰取代對常重粒料混凝土91天氣體滲透係數之影響 110 圖4-50 飛灰取代對輕質粒料一型混凝土91天氣體滲透係數之影響 111 圖4-51 不同粗粒料控制組混凝土對氣體滲透係數之影響 111 圖4-52 爐石粉取代對不同粗粒料混凝土91天氣體滲透係數之影響 112 圖4-53 飛灰取代對不同粗粒料混凝土91天氣體滲透係數之影響 112 圖4-54 爐石粉取代對輕質粒料一型混凝土氣體滲透係數之影響 113 圖4-55 飛灰取代對輕質粒料一型混凝土氣體滲透係數之影響 113 圖4-56 輕質粒料一型混凝土各齡期氣體滲透係數 114 圖4-57 常重粒料混凝土不同水灰比之氣體滲透係數 114 圖4-58 輕質粒料一型混凝土不同水灰比之氣體滲透係數 115 圖4-59 標稱單位重對抗壓強度之影響 (控制組) 115 圖4-60 標稱單位重對抗壓強度之影響 (20%爐石粉) 116 圖4-61 標稱單位重對抗壓強度之影響 (40%爐石粉) 116 圖4-62 標稱單位重對抗壓強度之影響 (20%飛灰) 117 圖4-63 標稱單位重對抗壓強度之影響 (40%飛灰) 117 圖4-64 標稱單位重對表面電阻值之影響 (控制組) 118 圖4- 65 標稱單位重對表面電阻值之影響 (20%爐石粉) 118 圖4- 66 標稱單位重對表面電阻值之影響 (40%爐石粉) 119 圖4-67 標稱單位重對表面電阻值之影響 (20%飛灰) 119 圖4-68 標稱單位重對表面電阻值之影響 (40%飛灰) 120 圖4-69 標稱單位重對超音波波速之影響 (控制組) 120 圖4-70 標稱單位重對表面電阻值之影響 (20%爐石粉) 121 圖4-71 標稱單位重對表面電阻值之影響 (40%爐石粉) 121 圖4-72 標稱單位重對表面電阻值之影響 (20%飛灰) 122 圖4-73 標稱單位重對表面電阻值之影響 (40%飛灰) 122 圖4-74 標稱單位重對動彈性模數之影響 (控制組) 123 圖4-75 標稱單位重對動彈性模數之影響 (20%爐石粉) 123 圖4-76 標稱單位重對動彈性模數之影響 (40%爐石粉) 124 圖4-77 標稱單位重對動彈性模數之影響 (20%飛灰) 124 圖4-78 標稱單位重對動彈性模數之影響 (40%飛灰) 125 圖4-79 標稱單位重對動剪力模數之影響 (控制組) 125 圖4-80 標稱單位重對動剪力模數之影響 (20%爐石粉) 126 圖4-81 標稱單位重對動剪力模數之影響 (40%爐石粉) 126 圖4-82 標稱單位重對動剪力模數之影響 (20%飛灰) 127 圖4-83 標稱單位重對動剪力模數之影響 (40%飛灰) 127 圖4-84 常重粒料混凝土各齡期水泥強度效應 128 圖4-85 輕質粒料一型混凝土各齡期水泥強度效應 128 圖4-86 輕質粒料二型混凝土各齡期水泥強度效應 129 圖4-87 爐石取代對常重粒料混凝土水泥強度效應之影響 129 圖4-88 爐石取代對輕質粒料一型混凝土水泥強度效應之影響 130 圖4-89 爐石取代對輕質粒料二型混凝土水泥強度效應之影響 130 圖4-90 飛灰取代對常重粒料混凝土水泥強度效應之影響 131 圖4-91 飛灰取代對輕質粒料一型混凝土水泥強度效應之影響 131 圖4-92 飛灰取代對輕質粒料二型混凝土水泥強度效應之影響 132 圖4-93 不同水灰比常重粒料混凝土各齡期抗壓強度 132 圖4-94 不同水灰比輕質粒料一型混凝土各齡期抗壓強度 133 圖4-95 不同水灰比輕質粒料二型混凝土各齡期抗壓強度 133 圖4-96 不同水灰比常重粒料混凝土各齡期表面電阻值 134 圖4-97 不同水灰比輕質粒料一型混凝土各齡期表面電阻值 134 圖4-98 不同水灰比輕質粒料二型混凝土各齡期表面電阻值 135 圖4-99 不同水灰比常重粒料混凝土各齡期超音波波速 135 圖4-100 不同水灰比輕質粒料一型混凝土各齡期超音波波速 136 圖4-101 不同水灰比輕質粒料二型混凝土各齡期超音波波速 136 圖4-102 常重粒料混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (0天) 137 圖4-103 輕質粒料一型混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (0天) 137 圖4-104 輕質粒料二型混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (0天) 138 圖4-105 常重粒料混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (3天) 138 圖4-106 輕質粒料一型混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (3天) 139 圖4-107 常重粒料混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (28天) 139 圖4-108 輕質粒料一型混凝土控制組-時間與溫度關係曲線 (28天) 140 圖4-109 不同粗粒料取代下24小時吸水率變化(控制組) 140 圖4-110 吸水率對抗壓強度之影響(控制組) 141 圖4-111 吸水率對超音波波速之影響(控制組) 141 圖4-112 吸水率對表面電阻值之影響(控制組) 142 圖4-113 不同水灰比對吸水率之影響 (控制組) 142

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