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研究生： 楊鑫城
Chen, Yang-Hsing
論文名稱： 汎用混凝土耐久性之研究
Reseach Durability of Common Concrete
指導教授： 王櫻茂
Wang, Ting-Mao
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 106
中文關鍵詞： 耐久性 、爐石粉 、石灰石粉
外文關鍵詞： LS(Limestone), Durability, BB(Blast furnace Slug)
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    • 在傳統的觀念中，認為混凝土的強度越高，其耐久性就越佳，但在近幾年發現，強度越高，其劣化情形並無隨著強度的增加而降低。故本論文主要研究方向為一般卜特蘭水泥中添加石灰石粉LS(OPC:LS=0.7:0.3)與一般卜特蘭水泥N(OPC)和添加爐石粉之水泥BB(OPC:BB=0.7:0.3)、BL(OPC:BB:BL=0.65:0.15:0.2)，在同時控制混凝土坍度12±1.5cm及空氣含量4.5±0.0%，施作24、30、36MPa三種強度級之混凝土，比較新拌、硬固及耐久性之差異。
    研究結果顯示，添加石灰石粉之水泥(LS、BL)可增加單位粉體量，新拌性質在泌水及骨材抵抗析離能力均較一般卜特蘭水泥佳，比BB稍差，凝結時間較N快，比BB慢。硬固性質及耐久行方面，LS因石灰石粉細度不足使抗壓強度低於所需強度，整體孔隙率偏高而中性化深度偏高，但在抑制氯離子滲透則優於各水泥；BL在無細度問題下各項硬固性質及耐久性上均比一般卜特蘭水泥佳，僅次於BB。

    In traditional concept we have been educated that what higher concrete durability what better concrete strength. From recent researching report we have discovered the concept is unacceptable.

    My research aims on studying of admixing limestone powder and blast furnace slug powder together with the Ordinary Portland Cement respectively by the ratio of BB(OPC: BB = 0.7 : 0.3), LS(OPC:LS=0.7:0.3),BL(OPC: LS: BB =0.65:0.2:0.15). Controlled the slump as 12±1.5cm and air content as 4.5±1%, experiencing three sort of Concrete Nominal Strength: 24, 30, 36MPa, and then compared their different property between fresh and hard.

    Researching consequence reveals that cement of admixing limestone with Ordinary Portland Cement could increase Unit Cement content, strengthen Segregation Index, decrease Bleeding ratio and Setting time in fresh concrete. In hard concrete, because the Blain Specific surface area of limestone powder is so lack that the compressive strength of LS cement is less than Nominal Strength, Pore distribution and Carbonization are not as perfect as expected. Whereas compared with others cements, Resistance to chloride penetration is preeminent. BL cement that had enough Blain Specific surface area is batter than OPC in hard concrete and durability, is second to BB cement.

    總目錄 中文摘要 ……………………………………………………………I 英文摘要 ……………………………………………………………II 總目錄 ……………………………………………………………III 表目錄 ……………………………………………………………VI 圖目錄 …………………………………………………………VIII 相片目錄 ……………………………………………………………XI 第一章 緒論 1.1 研究背景 ………………………………………………...1 1.2 研究動機及目的 ………………………………………………...3 1.3 研究方法 ………………………………………………...3 第二章 文獻回顧 2.1 汎用混凝土實驗方法 ………………………………………………4 2.1.1 使用材料 ………………………………………………4 2.1.2 配比 ………………………………………………4 2.1.3 混凝土拌合及試體製造 ……………………………………..7 2.1.4 新拌混凝土性狀之試驗方法 ………………………………...7 2.1.5 耐久性性狀之試驗方法 ……………………………………..8 2.2 實驗結果及考察(觀察) ……………………………………………..12 2.2.1 配比 ………………………………………………………14 2.2.2 新拌性狀 ………………………………………………………15 2.2.3強度發現 ………………………………………………………20 2.2.4 硬化體之空隙結構 ………………………………………...20 2.2.5耐久性 ………………………………………………………21 2.3 硬化體組織之觀察 …………………………………………………26 2.3.1 32.5強度級水泥使用於混凝土時之總評估 …………….29 2.3.2 總結論 ………………………………………………………29 2.4 水泥的水化行為 ………………………………………………….31 2.4.1水泥的主要成分 ……………………………………………..31 2.4.2水泥單礦物水化作用及機理 ……………………………….32 2.4.3水泥水化作用機理 ………………………………………...33 2.4.4 水泥水化產物對混凝土的影響 …………………………..34 2.5 中性化的機理 ………………………………………………………36 2.5.1中性化反應機理 ……………………………………………..36 2.5.2 碳酸濃度的影響 ……………………………………………..39 2.5.3 中性化的測定方法 ……………………………………...40 2.5.4 酚酞測定法(Phenolphthalein test) ………………………..40 2.6 混凝土的中性化速度影響因素 …………………………………43 2.6.1 水泥種類 ……………………………………………………43 2.7 非破壞試驗－超音波法 …………………………………………..47 2.7.1 超音波概述 ……………………………………………….47 2.7.2 施測方法類型 ……………………………………………….49 第三章 實驗計畫 3.1 實驗材料 ………………………………………………………...53 3.2 實驗設備儀器 ……………………………………………………56 3.3 實驗配比 ………………………………………………………...67 3.4 試驗摡述 ………………………………………………………...68 3.4.1 新拌性質 ……………………………………………………68 3.4.2 硬固性質 ……………………………………………………69 第四章 實驗結果與分析 4.1 新拌性質 ………………………………………………………...73 4.1.1 配比 ………………………………………………………...73 4.1.2 凝結時間(Setting time) ……………………………………75 4.1.3 骨材抵抗析離性質 …...…………………………………77 4.1.4 泌水(Bleeding) ……………………………………...78 4.2 硬固性質 ………………………………………………………..80 4.2.1 抗壓強度 ……………………………………………………81 4.2.2 孔隙分佈 ……………………………………………………83 4.2.3 中性化試驗 ……………………………………………….84 4.2.4 氯離子滲透實驗 …………………………………………..86 4.2.5 乾縮試驗 ……………………………………………………87 4.2.6 電子顯微鏡(SEM)& 能量分散光譜實驗(EDS) …………..89 第五章 結論與建議 5.1 結論 …………………………………………………………….98 5.2 建議 …………………………………………………………...100 參考文獻 …………………………………………………………...101 附表 附表I 骨材析離係數表 …………………………………………105 附表II 抗壓強度表(MPa) …………………………………………105 附表III 28天之動彈性係數表 …………………………………….106 附表IV 中性深度與齡期之關係 …………………………………….107 附表V 汞壓力與孔隙直徑之關係 ………………………………….107 表目錄 表2.1 根據汎用水泥的水泥強度而分類(EN197-1:2000) ………………...4 表2.2 混凝土的使用材料 ………………………………………………...5 (a) 水泥種類(水泥的構成種類) ……………………………………….5 (b) 水泥之化學組成 ……………………………………………………..6 (c) 水泥之物理性質 ……………………………………………………..6 (d) 骨材 …………………………………………………………………..6 (e) 化學混合劑及拌合水 ………………………………………………...6 表2.3混凝土之配比(坍度12±1.5cm，空氣含量4.5±1.0) ………………...7 表2.4 新拌混凝土性狀之試驗方法 ……………………………………….7 表2.5 硬化混凝土之試驗方法 ……………………………………………9 表2.6 混凝土之新拌性狀試驗結果〔例〕 …………………………….12 表2.7 硬化混凝土之物性〔例〕 ……………………………………...12 表2.8 混凝土之特性，配比及新拌特性等之相關係數 (a) Mixture proportion vs. properties of concrete ……………………………13 (b) Mixture proportion, fresh properties and hardened properties of concrete vs. durability of concrete ………………………………………………13 表2.9 32.5強度及水泥製作不同稱呼強度混凝土性能與使用汎用水泥之比較表…………………………………………………………….13 表2.10 使用各種不同強度級水泥製作標準稱呼強度混凝土之總合的性能評估 …………………………………………………………….14 表2.11 試料採取方法與氫氧化鈣之脫水(由熱分析而得) …………..41 表2.12 各種水泥的中性化速度比 ……………………………………...44 表2.13 各種水泥的中性化速度比 ……………………………………...44 表2.14 混凝土的養護條件 ……………………………………………….45 表3.1 第I型卜特蘭水泥之化學組成 …………………………………53 表3.2 爐石之物理性質及化學組成表 …………………………………54 表3.3 石灰石物性組成表 ……………………………………………….54 表3.4 粗、細骨材之性質 ……………………………………………….55 表3.5 各類混凝土之氯離子滲透性 ……………………………………...57 表3.6 回歸混凝土W/B與f’c之關係 …………………………………67 表3.7 混凝土之配比設計(坍度12±1.5cm，空氣含量4.5±1.0%) ……...68 表4.1 混凝土之新拌性質試驗結果總表 …………………………………73 表4.2 混凝土之硬固性質試驗結果總表 …………………………………80 圖目錄 圖2.1 混凝土之落下分離試驗 ……………………………………………8 圖2.2 各強度級混凝土單位水量與單位水泥量之關係 ……………….14 圖2.3 各種強度之混凝土坍度〔例〕 …………………………………15 圖2.4 新拌混凝土性狀之經時變化：稱呼強度24及36〔例〕 ……...15 圖2.5 坍度與DIN流動度Flow之關係(經時變化) ……………………16 圖2.6 三種不同水泥強度級及混凝土稱呼強度級之浮水量差異 ……...16 圖2.7 因加壓浮水而產生之脫水量(在3.5N/mm2壓力下) …………..17 圖2.8 單位水泥量與落下析離係數之關係 …………………………….18 圖2.9 浮水率與落下係數之關係 ……………………………………...19 圖2.10 抗壓強度發現 ……………………………………………………20 圖2.11 混凝土硬化物之空隙徑分佈 …………………………………...21 圖2.12 促進中性化速度與動彈性係數(14天)之關係 ……………….22 圖2.13 促進鹽分浸透速度與空隙之關係 …………………………….23 圖2.14 由透水試驗所求得之擴散係數 …………………………………23 圖2.15 稱呼強度24混凝土之乾燥收縮 …………………………………24 圖2.16 在水泥強度不同三種稱呼強度混凝土之乾燥下，質量變化與長度變化之關係 …………………………………………………....25 圖2.17 對水分減量的收縮率之近似2次式係數與徑3～6nm空隙量之關係 …………………………………………………………………25 圖2.18 4種水泥製作稱呼強度30的混凝土，在材齡28天下之硬化組織二次電子像 ……………………………………………………26 圖2.19 卜特蘭水泥水化放熱曲線 ……………………………………...33 圖2.20 C-S-H膠體與CH之微觀結構 …………………………………35 圖2.21 由混凝土中性化現象而形成的PH斜坡概念 …………42 圖2.22 中性化速度之特性因素圖 ………………………………43 圖2.23 水泥種類及養護條件對中性化速度之影響 …………46 圖2.24 直接示意圖 ……………………………………………….49 圖2.25 半直接示意圖 ..………………………………………….49 圖2.26 反射法探測裂縫深度示意圖 ………………………….50 圖3.1 實驗流程圖 ………………………………………………………..52 圖3.2 混凝土配比試拌結果 …………………………………………….67 圖4.1 各強度級混凝土之單位水量與單位水泥量之關係 …………….74 圖4.2 24強度級凝結時間 ……………………………………………….76 圖4.3 30強度級凝結時間 ……………………………………………….76 圖4.4 36強度級凝結時間 ……………………………………………….76 圖4.5 單位水泥量與析離係數之關係 …………………………………77 圖4.6 泌水與析離係數之關係 ….……………………………………….78 圖4.7 36強度級之單位面積泌水量 …………………………………79 圖4.8 30強度級之單位面積泌水量 …………………………………79 圖4.9 24強度級之單位面積泌水量 …………………………………79 圖4.10 各強度級抗壓強度 ……………………………………………….81 圖4.11 36強度級之抗壓強度 …………………………………………..82 圖4.12 30強度級之抗壓強度 …………………………………………..82 圖4.13 24強度級之抗壓強度 …………………………………………..82 圖4.14 各強度級混凝土之孔隙徑分佈 …………………………………83 圖4.15 中性化速度與孔隙率之關係 …………………………………85 圖4.16 中性化速度與動彈性係數之關係 …………………………….85 圖4.17 水膠比與氯離子電滲量之關係 …………………………………86 圖4.18 36強度級之乾燥收縮 ………………………………………….88 圖4.19 30強度級之乾燥收縮 ………………………………………….88 圖4.20 24強度級之乾燥收縮 ………………………………………….88 圖4.21 BB之能量分散光譜圖 ………………………………………….96 圖4.22 BL之能量分散光譜圖 ………………………………………….96 圖4.23 N之能量分散光譜圖 ………………………………………….97 圖4.24 LS之能量分散光譜圖 ………………………………………….97 相片目錄 相片3.1 混凝土拌和機 ……………………………………………………60 相片3.2 電子秤(精度0.01”) …………………………………………..60 相片3.3 抗壓試驗儀 ……………………………………………………61 相片3.4 氯離子滲透儀 ……………………………………………………61 相片3.5 混凝土乾縮試驗儀 ………………………………………..62 相片3.6 中性化試驗儀 ……………………………………………………62 相片3.7 SEM&EDS ……………………………………………………63 相片3.8 MIP試驗儀 ……………………………………………………63 相片3.9 空氣含量試驗儀 ……………………………………………….64 相片3.10 水泥凝結時間之維卡式針 …………………………………64 相片3.11 恆濕恆溫箱 …….……………………………………………...65 相片3.12 骨材析離係數試驗儀 …………………………………………..65 相片3.13 超音波測定儀 ……………………………………………….66 相片3.14 破碎機&研磨機 ……………………………………………….66 相片4.1 各種強度之混凝土坍度 ……………………………………...74 相片4.2 中性化試體 ……………………………………………………85 相片4.3 BB之微觀結構一 …………………………………………..91 相片4.4 BB之微觀結構二 …………………………………………..91 相片4.5 BL之微觀結構一 ………………………………………..92 相片4.6 BL之微觀結構二 ………………………………………..92 相片4.7 BL之微觀結構三 ………………………………………..93 相片4.8 N之微觀結構一 …………………………………………..93 相片4.9 N之微觀結構二 …………………………………………..94 相片4.10 LS之微觀結構一 …………………………………………..94 相片4.11 LS之微觀結構二 …………………………………………..95 相片4.12 LS之微觀結構三 …………………………………………..95

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    下載圖示 校內：2005-01-09公開
    校外：2005-01-09公開
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