詹穎雯臺灣大學：土木工程學研究所黃信武Huang, Hsin-WuHsin-WuHuang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50124針對具有高流動性的混凝土，進一步的探討及研究整體的流變行為。且因為混凝土乃是一種複合材料，內部會不斷的產生化學反應，導致混凝土會隨著時間與環境等等的因素，不斷的降低其工作性，使得施工困難，影響施工時間，甚至若混凝土工作度損失嚴重，可能無法施工而造成廢料處理等的環保問題。因此，為了瞭解混凝土流變性的變化情形，本文以「賓漢流體」模擬混凝土之流變行為，觀察坍損過程中，降伏應力與塑性黏度之變化，並與一般新拌混凝土的流動性質作一個比較且討論兩者之間的關係。 本文主要討論的混凝土材料，大體上分為三類，如以下所述： 1.「再生混凝土粒料對環境生態之影響與運用」，在此研究案中，希望可找出再生粗骨材的新應用（並非再製成混凝土），其中一項新應用乃是希望可以拌出具有泵送性的材料，進行非結構體上的材料使用。 2.近幾年廣為發展的控制性低強度材料（Controlled Low-Strength Material 簡稱CLSM），依美國混凝土協會（ACI）的定義，CLSM為一種具備可自行充填（self-compacting）的混凝土材料，具有高流動性質，因此希望也可找出屬於CLSM的流變性質。 3.具有高流動性的自充填混凝土（Self-Compacting Concrete 簡稱SCC），SCC的發明，使得在整個工程產生很大的助益，其流變行為與坍損情形，對SCC的流動性有很大的影響。 此研究所用之試驗儀器乃是利用台大高健章教授與其研究團隊所研發之「流動性量測儀器」，利用此儀器的特殊設計，針對以上所述進行試驗，可求出賓漢模式中的兩項指標「降伏應力 」與「塑性黏度 」，且觀察賓漢模式指標的歷時變化。並且，針對二次加藥對混凝土坍損的恢復情形進行可行性的評估。致 謝………………………………………………………....一 摘 要………………………………………………………....三 目 錄……………………...……….…………………………五 表 目 錄…………………………………………………...….九 圖 目 錄……………….…………………………………...十一 照 片 目 錄…………………………………………..………十四 第一章 緒論…………………………………………...……….....-1- 1.1 研究緣起與目的………...………….…...…………………..-1- 1.2 研究範圍……………………………….……………………-2- 第二章 文獻回顧………………………………………………...-4- 2.1 質流理論……………………………………..………………..-4- 2.2混凝土新拌性質簡介…………………...……………………..-6- 2.2.1 自充填混凝土介紹………………………………….…-6- 2.2.1.1 自充填混凝土流動性質量測……………….….-8- 2.2.1.2 水泥漿標準稠度試驗……………………….….-8- 2.2.1.3 水泥漿流度試驗………………………...…..….-9- 2.2.1.4 砂漿流度試驗與砂漿V漏斗試驗…………....-10- 2.2.1.5 混凝土坍流度試驗………………………....….-10- 2.2.1.6 混凝土箱型試驗………………………...…......-11- 2.2.1.7混凝土Ｖ漏斗試驗……………………...….......-12- 2.2.2 CLSM的介紹………………………...…………..…....-12- 2.2.2.1 CLSM的材料特性………………...…………...-13- 2.2.2.2 國內CLSM的發展………………..…………..-14- 2.2.2.3 CLSM評估方法……………...…………….…..-15- 2.2.2.4 CLSM的性質要求…………………...…….…..-16- 2.3 混凝土質流性質之量測方式……………………...….….…..-17- 2.3.1 同心圓柱質流儀……………………………...…….....-17- 2.3.2 MkI、MkII與MkIII質流儀……………………….….-19- 2.3.3 其他質流儀發展現況…………………………...….…-20- 2.3.4 本試驗研究所用之流動性量測儀器……….…….…..-21- 2.4 利用流度儀進行坍損恢復之研究…………………….…......-23- 第三章 實驗計畫………………………………………….….....-25- 3.1 試驗大綱…………………………………………………...…-25- 3.1.1 再生粗骨材應用於泵送可行性之研究………….…...-25- 3.1.2 CLSM的質流性探討…………………………….….…-26- 3.1.3 SCC之質流性研究與坍損恢復評估…………….……-27- 3.2 試驗材料與儀器設備…………………………………..….…-28- 3.2.1 試驗材料…………………………………………..…..-28- 3.2.2 基本試驗儀器…………………………………...……-30- 3.3 混凝土拌合流程與各項試驗………………………………..-31- 3.3.1 混凝土拌合過程………………………………...……-31- 3.3.2 含氣量試驗…………………………………………...-32- 3.3.3 初終凝試驗∼維卡針（Vicat Needle）……………..-33- 3.3.4 單位重試驗…………………………………………...-34- 3.3.5 抗壓試驗……………………………………………...-34- 3.4 流度儀試驗方法與操作流程………………………………..-35- 3.4.1 荷重計精度矯正……………………………………...-35- 3.4.2 流度儀操作流程……………………………………...-35- 第四章 實驗結果與討論……………………………………...…-37- 4.1 再生骨材應用於泵送可行性之研究……………………..…-37- 4.1.1 再生粗骨材的基本試驗結果………………………...-38- 4.1.2 試驗配比與新拌性質………………………………...-38- 4.1.3 流度儀試驗結果……………………………………...-39- 4.1.4 質流性分析…………………………………………....-40 4.2 CLSM的質流性探討…………………………………………-42- 4.2.1 試驗配比與新拌性質……………………………....…-43- 4.2.2 流度儀試驗結果……………………………………....-43- 4.2.3 質流性分析………………………………………....…-44- 4.3 SCC之質流性研究與坍損恢復評估…………………….…...-45- 4.3.1 實驗步驟……………………………………...…...…....-46- 4.3.2 試驗配比與新拌性質………………………………......-48- 4.3.3 流度儀試驗結果…………………………...………..…-49- 4.3.4 坍損情形試驗結果………………………...…...…...…-50- 4.3.5 質流性與坍損試驗分析……………………...…......…-50- 4.3.5.1 三種水泥坍損之比較…………………........…..-50- 4.3.5.2 添加轉爐石與添加飛灰之比較…………..........-52- 4.3.5.3 四組一般SCC之比較……………………........-53- 4.3.6 箱型試驗與賓漢指標間的關係.………………....…....-54- 4.3.7 流度、黏度與賓漢指標間的關係結果.…………....…-57- 4.3.8 流度、黏度回歸質與規範值比較…………….……....-57- 4.3.9 依流度、黏度實驗值判斷賓漢參數………………….-58- 4.3.10 二次加藥對坍損恢復的評估………………….......…-59- 第五章 結論與建議……………………………………………....-61- 5.1 結論………………………………………………...……...…..-61- 5.2 建議………………………………………………...……….....-63- 参考文獻……………………………………………...………...….-66- 表 目 錄 表2-1 自充填混凝土併用系試驗參考值【18】…………………-72- 表2-2 CLSM 與一般混凝土之比較【27】…………………….….-72 表2-3 CLSM 相關係試驗規範整理【33】……………………..…-73- 表2-4 可繼續施工的檢驗方法【33】………………..………..…..-74- 表2-5 使用一般混凝土材料產製之CLSM【35】……………...…-74- 表2-6 非制式材料產製CLSM【35】…………………………...…-75- 表3-1 再生骨材應用之配比計畫………………………...……...…-76- 表3-2 CLSM之配比表……………………………………...….........-76- 表3-3 I型水泥化學分析試驗報告………………………..........….-77- 表3-4 I型水泥物性試驗報告………………………...………....…-78- 表3-5 II型水泥相關性質………………………...………………..…-78- 表3-6 爐石物理、化學性質試驗報告……………………...…..…..-79- 表3-7 中鋼轉爐渣化學成份 ( 重量% )………………...………….-80- 表3-8 國內再生粗粒料之基本性質【47】………………….……..-81- 表3-9 大陸砂之篩分析試驗結果………………...……….......….…-82- 表3-10 花蓮砂之篩分析試驗結果…………………...…………......-82- 表3-11 荷重計精度矯正結果……………………...…………….….-83- 表4-1 再生骨材破碎前後之基本性質…………………...……...….-84- 表4-2 再生骨材組試驗配比………………………...……………....-84- 表4-3 再生骨材組試驗結果………………………………..…....…-85- 表4-4 CLSM組之試驗配比【34】…………………………….…...-85- 表4-5 CLSM組之基本試驗結果………………………………….....-86 表4-6 三種水泥之配比表…………………………………........…...-86- 表4-7 添加轉爐石與添加飛灰之SCC配比表………………...........-86- 表4-8 一般SCC配比表【45】【46】………………………….…....-87- 表4-9 SCC組之新拌性質結果………………………...……….........-87- 表4-10 I型水泥SCC坍損試驗結果……………...……………....…..-88- 表4-11 II型水泥SCC坍損試驗結果…………………………....…....-88- 表4-12 低水合熱水泥SCC坍損試驗結果………………….......…..-89- 表4-13 添加轉爐石SCC坍損試驗結果…………………...………..-89- 表4-14 添加飛灰SCC坍損試驗結果…………………...…………..-90- 表4-15 SCC-1坍損試驗結果……………………...…………….…...-90- 表4-16 SCC-2坍損試驗結果………………………...………….…...-91- 表4-17 利用回歸找出箱型試驗的臨界賓漢模式………...……......-91- 表4-18 回歸出的流度與Ｖ漏斗之值……………...……………..…-92- 表4-19 流度、Ｖ漏斗回歸值與規範值比較……………………..…-92- 表4-20 坍損恢復情形…………………………………...….….…….-93- 表4-21 二次加藥後抗壓強度比較……………………….......…..…-94- 圖 目 錄 圖2-1 牛頓流體質流行為【1】……………………………….…....-95- 圖2-2 塑性流體質流行為【5】………………………………....….-95- 圖2-3 混凝土配比對質流行為的影響【7】【8】【9】………….....-96- 圖2-4 自充填混凝土與普通混凝土質流行為關係………………....-96- 圖2-5 混凝土工作指標【10】………………………………..……..-97- 圖2-6 流動性質指標與質流行為關係【11】【12】【13】….……...-97- 圖2-7 相對流度面積比（Γp）與水灰容積比（Vw / Vp）關係圖【25】………….…………………………………………......-98 圖2-8 砂漿V漏斗試驗裝置尺寸……………………..………....…..-98- 圖2-9 混凝土箱型試驗裝置尺寸……………………...……….........-99- 圖2-10 混凝土坍流度試驗裝置尺寸…………………...……....….-100- 圖2-11 混凝土V漏斗試驗裝置尺寸…………………………....….-100- 圖2-12 同心圓柱質流儀【4】………………………………..…....-101- 圖2-13 MkⅡ質流儀【4】………………………………...…….….-102- 圖2-14 MkⅢ質流儀【4】……………………………………….....-103- 圖2-15 BML 質流儀【38】……………………………...………...-103- 圖2-16 BTRHEOM 質流儀【11】…………………………….…..-104- 圖2-17 台灣大學之流動性量測儀器【44】……………….……..-105- 圖2-18 筒內具有攪拌用檔鈑……………………...……………....-106- 圖2-19 L及R荷重計隨時間的變化……………………...………...-107- 圖2-20 荷重計平衡值與降伏應力的關係…………………...…...-108- 圖2-21 降伏應力二次加藥後恢復結果【42】………………......-109- 圖2-22 塑性黏度二次加藥後恢復結果【42】…………….…….-109- 圖2-23 二次加藥前後之抗壓強度及彈性模數【42】…………..-110- 圖3-1 再生粗骨材應用之試驗流程……………………..…...…..-111- 圖3-2 CLSM之試驗流程………………………...…………....…..-112- 圖3-3 SCC之試驗流程…………………………...…………...…..-113- 圖3-4 黏土粒徑分析及土壤分類試驗結果…………………..….-114- 圖3-5 流度儀操作流程……………………...………………..…..-115- 圖4-1 再生粗骨材流度儀試驗結果（1）…………………....….-116- 圖4-1 再生粗骨材流度儀試驗結果（2）…………………...…..-117- 圖4-1 再生粗骨材流度儀試驗結果（3）………………..….…..-118- 圖4-1 再生粗骨材流度儀試驗結果（4）………………..….…..-119- 圖4-1 再生粗骨材流度儀試驗結果（5）………………..….…..-120- 圖4-2 再生骨材組質流數據分析………….………………..…....-121- 圖4-3 實驗組1、3、4，降伏應力之比較……………………....-122- 圖4-4 CLSM流度儀試驗結果………………………...…...……...-123- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（1）…………………………...……-124- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（2）………………………………...-125- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（3）…………………………......….-126- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（4）…………………………......….-127- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（5）…………………………....….-128- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（6）…………………………....….-129- 圖4-5 SCC流度儀試驗結果（7）…………………………....….-130- 圖4-6 三種水泥之SCC賓漢指標比較……………………….....-131- 圖4-7 添加轉爐石與添加飛灰之SCC賓漢指標比較……….....-132- 圖4-8 四種一般配比SCC之賓漢指標比較………………….…-133- 圖4-9 三種水泥SCC流度與黏度隨時間的變化關係……….....-134- 圖4-10 添加轉爐石與飛灰SCC流度與黏度隨時間的變化關係…………………………...……………………..…..…..-135- 圖4-11 四組SCC流度與黏度隨時間的變化關係…………...….-136- 圖4-12 三種水泥SCC流度、黏度與質流變數之關係…………-137- 圖4-13 添加轉爐石與飛灰SCC流度、黏度與質流變數之關係…………………………………………………….….....-138- 圖4-14 四種一般SCC流度、黏度與質流變數之關係………….-139- 照 片 目 錄 照片2-1 混凝土坍流度試驗裝置…………………………….....-140- 照片2-2 混凝土箱型試驗裝置………………………………….-140- 照片2-3 混凝土V漏斗試驗裝置………………………………..-141- 照片2-4 坍流度與管流度試驗………………………………….-141- 照片2-5 台大流度儀全貌……………………………………….-142- 照片2-6 筒內具有攪拌用檔鈑……………………………….....-142- 照片2-7 流度儀控制面板…………………………………….....-143- 照片3-1 再生粗骨材處理前…………………………………….-144- 照片3-2 再生粗骨材處理後…………………………………….-144- 照片3-3 鄂式破碎機…………………………………………….-145- 照片3-4 利用MTS萬能材料試驗機將混凝土試體壓碎……….-145- 照片3-5 多功能資料收集器(TDS-302 Data Logger)…………..-146- 照片3-6 水平雙軸式拌合機…………………………………….-146- 照片3-7 空氣含量測定器……………………………………….-147- 照片3-8 動態資料擷取器……………………………………….-147- 照片3-9 初終凝測定儀………………………………………….-148- 照片3-10 初終凝貫入針……………………………………..….-148- 照片3-11 進行初終凝測定……………………………………...-149- 照片3-12 旋轉筒水平攪拌時…………………………………...-149- 照片3-13 旋轉筒左端提高，將筒內混凝土趕至右端………….-150- 照片3-14 旋轉筒右端快速提高，使筒內混凝土往左下滑…….-150- 照片4-1 天然骨材形狀圓滑…………………………...……..…..-151- 照片4-2 再生骨材形狀多菱角…………………………….....…..-151- 照片4-3 SCC的坍流度情形…………………………...……...…..-152- 照片4-4 CLSM的坍流度情形…………………………….....…....-152- 照片4-5 坍損發生後混凝土流動能力喪失…………………..….-153- 照片4-6 二次加藥後，混凝土流動性恢復情形………...……....-153-2511110 bytesapplication/pdfen-US賓漢模式再生混凝土CLSMSCC流動性量測儀器Bingham ModelRecycle ConcreteRheological behaviorthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50124/1/ntu-95-R93521233-1.pdf