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研究生: 蔡佐臨
Tso-lin Tsai
論文名稱: 材料細化對高強度水泥砂漿性質影響之研究
The Study on the Effect of Micro-Fine Materials on the fracture behavior of High Strength Mortar
指導教授: 黃兆龍
Chao-lung Hwang
口試委員: 陳堯中
Yao-chung Chen
陳立憲
Li-hsien Chen
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: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 163
中文關鍵詞: 微細卜作嵐材料黃氏富勒緻密配比聲射法(AE)電子斑紋干涉術(ESPI)叢聚初裂
外文關鍵詞: micro-fine materials, Hwang-Fuller’s Densified Mixture Design Algorit, acoustic emission (AE), electronic speckle pattern interferometry (ESPI), localization, crack initiation.
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  • 本研究係以黃氏富勒緻密配比法設計,設計出在相同水膠比0.23下,添加不同細化材料之高強度水泥砂漿,試驗利用三分點荷重試驗搭配聲射法(Acoustic Emission, AE)、電子斑紋干涉術(Electronic Speckle Pattern Interferometry, ESPI)、二種非破壞性檢測技術。探討材料細化對高強度水泥砂漿性質影響。
    研究結果顯示,在添加細化材料(微奈米水泥、卜作嵐材料、微奈米卜作嵐材料)於高強度水泥砂漿,無論是在新拌,硬固、耐久性質,均有顯著良好的表現,聲光檢測法部分,試體受三分點荷重試驗,其叢聚時機約集中在64~94%,初裂時機約集中在加載比77~99%,二種非破壞性檢測耦合結果 ,發現初裂產生時機幾乎在叢聚之後,結果印證了試體破壞行為是由內而外衍生,並藉由聲光檢測法搭配三分點荷重試驗,能夠得到高強度水泥砂漿之完整加載曲線,以完整了解高強度水泥砂漿破壞演化模式。


    This study is mainly to explore the effect of micro-fine materials (cement, fly ash and slag) on the fracture behavior of high strength mortar designed by using Hwang-Fuller’s Densified Mixture Design Algorithm (HFDMDA). The mix design parameters are different particle size materials at fixed w/b ratio of 0.23. Besides traditional loading tests, sophisticate NDT tests such as acoustic emission (AE) and electronic speckle pattern interferometry (ESPI) are applied to monitoring the fracture behavior under three-point bending condition. The results indicate that the addition of micro-fine materials to high strength mortar will improve the fractural performance of mortar both at fresh and hardened stages, and the AE events indicate localization happens at about 64 to 94 percent load level as well as crack initiation at about 77 to 99 percent load level. Coupling AE and ESPI indicates load level after localization has confirmed the failure evolved from the clusters of micro-cracks to the initiation and propagation of macro-cracks. Moreover, by three-point bending tests with nondestructive techniques, complete loading curves and failure history are obsrved.

    總目錄 論文摘要 I Abstract II 誌謝 III 總目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 代號及符號說明 XII 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 1-4 研究流程 3 第二章 文獻回顧 4 2-1 活性粉混凝土簡介 4 2-1-1 法國經驗配比設計法 5 2-2 微奈米材料 5 2-3 非破壞檢測:聲射原理與技術 6 2-3-1 聲射定位原理 7 2-3-2 聲射定位準則 8 2-3-3 聲射定位設備 9 2-3-4 聲射技術訊號表示 10 2-3-5 聲射技術與其他非破壞性檢測之比較 11 第三章 研究計劃 18 3-1 研究計劃 18 3-2 試驗材料 18 3-2-1 水泥 18 3-2-2 微細化水泥 19 3-2-3 卜作嵐材料 19 3-2-4 細粒料 20 3-2-5 強塑劑 20 3-2-6 拌合水 20 3-2-7 鋼纖維 20 3-3 試驗變數、項目 21 3-3-1 試驗變數 21 3-3-2 試驗項目 22 3-4 高強度水泥砂漿配比設計流程 22 3-4-1 黃氏富勒緻密配比設計法 22 3-5 試驗方法與設備 24 3-5-1 材料基本試驗 24 3-5-2 新拌性質試驗 25 3-5-3 硬固性質試驗 27 3-5-4 耐久性質試驗 28 3-5-5 電子掃描顯微之觀測(SEM) 28 3-6 聲光檢測法 29 3-6-1 試驗前置 29 3-6-2 試驗設備 31 3-6-3 試驗步驟 35 第四章 試驗結果與分析 59 4-1 基本性質 59 4-1-1 水化放熱溫度 59 4-1-2 塑性裂縫 60 4-1-3 抗壓強度 62 4-1-4 超音波速率 65 4-1-5 表面電阻 67 4-1-6 顯微觀測(SEM) 69 4-2 聲光檢測技術 71 4-2-1 巨微觀現象說明 71 4-2-2 材料與齡期相互關係之影響 73 4-3 高強度水泥砂漿破壞之巨觀影響 73 4-3-1 添加不同材料之加載歷程 74 4-4 高強度水泥砂漿微觀之破壞演化 75 4-4-1 添加不同材料之破壞演化 76 4-4-2 添加不同材料之非破壞檢測耦合比對 78 第五章 結論與建議 157 5-1 結論 157 5-2 建議 159 參考文獻 160 表目錄 表2-1 活性粉混凝土配比[2] 12 表2-2 聲射技術與其他非破壞性檢測的整體比較[27] 12 表2-3 國內外近30年AE研究相關文獻 13 表3-1 水泥、爐石、飛灰之化學成份及物理性質 36 表3-2 細粒料基本性質 37 表3-3 石英砂篩分析結果 37 表3-4 強塑劑基本性質 38 表3-5 配比設計結果一覽表(kg/m3) 39 表3-6 材料與性質試驗方法與規範 40 表3-7 試驗項目和齡期 41 表4-1 水化放熱溫度及相應時間試驗結果一覽表 79 表4-2 塑性裂縫指數之示意圖和照片一覽表 80 表4-3 高強度水泥砂漿之抗壓強度、超音波波速、電阻 81 表4-4 試驗變數編號 82 表4-5 AE、ESPI巨微觀之試驗結果 83 圖目錄 圖1-1研究流程與架構圖 3 圖2-1音設定位示意圖[Landis,1999] 14 圖2-2聲射技術定位概念圖[Ohtsu,1988] 14 圖2-3聲射技術定位概念圖[21~22] 15 圖2-4聲射訊號型態[23] 15 圖2-5到達時間差法之三維空間定位[24] 16 圖2-6到達時間差法之二維平面定位[24] 16 圖2-7單筆AE事件之波形與定義[Ohtsu, 1988] 17 圖3-1研究計畫流程表 42 圖3-2各材料粒徑分析結果 43 圖3-3水泥粒徑分析結果 43 圖3-4爐石粉粒徑分析結果 44 圖3-5飛灰粒徑分析結果 44 圖3-6黃氏富勒緻密配比理論單位體積內各粉料體積百分比 45 圖3-7雷射粒徑分析儀 45 圖3-8搖篩機 46 圖3-9流度台 46 圖3-10似絕熱水化溫度量測儀 47 圖3-11塑性收縮 47 圖3-12恆溫恆濕機 48 圖3-13 200噸抗壓試驗機 48 圖3-14超音波波速量測儀 49 圖3-15表面電阻量測儀 49 圖3-16電子掃描顯微鏡 50 圖3-17鍍金儀器 50 圖3-18聲光檢測法試體 51 圖3-19整平台 51 圖3-20裂縫開口位移計 52 圖3-21 MTS材料試驗機 52 圖3-22 AE感應器(型號S9225) 53 圖3-23前置放大器(型號1220C) 53 圖3-24聲射訊號擷取系統 54 圖3-25氦-氖雷射(Hi-Ni laser) 54 圖3-26空間濾波器(spatial filter) 55 圖3-27分光鏡 55 圖3-28反射鏡 56 圖3-29鏡頭與CCD 56 圖3-30光學防振桌 57 圖3-31 AE sensor 黏貼示意圖 57 圖3-32聲光檢測試驗流程 58 圖4-1水化放熱溫度 84 圖4-2各試驗組之抗壓強度 85 圖4-3各試驗組之超音波波速 86 圖4-4各試驗組之電阻 87 圖4-5 SEM顯微照片 88 圖4-6 SEM顯微照片 89 圖4-7 SEM顯微照片 90 圖4-8完整加載歷程曲線微-巨觀破壞演化示意圖[17] 91 圖4-9 MTS之加載歷程 92 圖4-10 加載歷程對應聲射事件時間圖(M23-7days) 93 圖4-11 加載歷程對應干涉影像時間圖(M23-7days) 94 圖4-12 加載歷程對應聲射事件空間圖(M23-7days) 95 圖4-13 加載歷程對應聲射事件空間圖(M23-7days) 96 圖4-14 加載歷程對應聲射事件時間圖(NCA-7days) 97 圖4-15 加載歷程對應干涉影像時間圖(NCA-7days) 98 圖4-16 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCA-7day) 99 圖4-17 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCA-7day) 100 圖4-18 加載歷程對應聲射事件時間圖(NCB-7days) 101 圖4-19 加載歷程對應干涉影像時間圖(NCB-7days) 102 圖4-20 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCB-7day) 103 圖4-21 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCB-7day) 104 圖4-22 加載歷程對應聲射事件時間圖(SL-7days) 105 圖4-23 加載歷程對應干涉影像時間圖(SL-7days) 106 圖4-24 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL-7days) 107 圖4-25 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL-7days) 108 圖4-26 加載歷程對應聲射事件時間圖(SLB-7days) 109 圖4-27 加載歷程對應干涉影像時間圖(SLB-7days) 110 圖4-28 加載歷程對應聲射事件空間圖(SLB-7days) 111 圖4-29 加載歷程對應聲射事件空間圖(SLB-7days) 112 圖4-30 加載歷程對應聲射事件時間圖(FA-7days) 113 圖4-31 加載歷程對應干涉影像時間圖(FA-7days) 114 圖4-32 加載歷程對應聲射事件空間圖(FA-7days) 115 圖4-33 加載歷程對應聲射事件空間圖(FA-7days) 116 圖4-34 加載歷程對應聲射事件時間圖(FAB-7days) 117 圖4-35 加載歷程對應干涉影像時間圖(FAB-7days) 118 圖4-36 加載歷程對應聲射事件空間圖(FAB-7days) 119 圖4-37 加載歷程對應聲射事件空間圖(FAB-7days) 120 圖4-38 加載歷程對應聲射事件時間圖(SL2505-7days) 121 圖4-39 加載歷程對應干涉影像時間圖(SL2505-7days) 122 圖4-40 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2505-7days) 123 圖4-41 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2505-7days) 124 圖4-42 加載歷程對應聲射事件時間圖(SL2515-7days) 125 圖4-43 加載歷程對應干涉影像時間圖(SL2515-7days) 126 圖4-44 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2515-7days) 127 圖4-45 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2515-7days) 128 圖4-46 加載歷程對應聲射事件時間圖(M23-28days) 129 圖4-47 加載歷程對應干涉影像時間圖(M23-28days) 130 圖4-48 加載歷程對應聲射事件空間圖(M23-28days) 131 圖4-49 加載歷程對應聲射事件空間圖(M-28days) 132 圖4-50 加載歷程對應聲射事件時間圖(NCA-28days) 133 圖4-51加載歷程對應干涉影像時間圖(NCA-28days) 134 圖4-52 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCA-28days) 135 圖4-53 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCA-28days) 136 圖4-54 加載歷程對應聲射事件時間圖(NCB-28days) 137 圖4-55 加載歷程對應干涉影像時間圖(NCB-28days) 138 圖4-56 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCB-28days) 139 圖4-57 加載歷程對應聲射事件空間圖(NCB-28days) 140 圖4-58 加載歷程對應聲射事件時間圖(SL-28days) 141 圖4-59 加載歷程對應干涉影像時間圖(SL-28days) 142 圖4-60 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL-28days) 143 圖4-61 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL-28days) 144 圖4-62 加載歷程對應聲射事件時間圖(SLB-28days) 145 圖4-63 加載歷程對應干涉影像時間圖(SLB-28days) 146 圖4-64 加載歷程對應聲射事件空間圖(SLB-28days) 147 圖4-65 加載歷程對應聲射事件空間圖(SLB-28days) 148 圖4-66 加載歷程對應聲射事件時間圖(FAB-28days) 149 圖4-67 加載歷程對應干涉影像時間圖(FAB-28days) 150 圖4-68 加載歷程對應聲射事件空間圖(FAB-28days) 151 圖4-69 加載歷程對應聲射事件空間圖(FAB-28days) 152 圖4-70 加載歷程對應聲射事件時間圖(SL2505-28days) 153 圖4-71 加載歷程對應干涉影像時間圖(SL2505-28days) 154 圖4-72 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2505-28days) 155 圖4-73 加載歷程對應聲射事件空間圖(SL2505-28days) 156

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