Application of Basic Oxygen Furnace in low-medium strength self-compacting concrete

本研究主要利用細度為5600cm2/g之轉爐石粉添加於混凝土中，來了解其作為中低強度SCC（f'c=210-350kg/cm2 ）於一般結構用途上使用是否可行。 本研究內容分為兩大部分： 1. 利用砂漿試驗了解不同轉爐石取代量對砂漿流動能力與黏滯性的影響，以及強塑劑的用量。 2. 根據砂漿試驗的結果，進行SCC試拌，並做一系列工程性質（新拌性質與硬固性質）研究。 由砂漿試驗以及SCC試拌可知，混凝土的流動性隨著轉爐石取代量的增高而降低。 在混凝土硬固性質方面：轉爐石取代量越高其強度成長速率越趨緩，而絕熱溫升試驗結果顯示添加轉爐石取代其他膠結料後，其升溫強況有明顯降低，其對降低混凝土早期開裂有相當的幫助；而劈裂強度方面，約在抗壓強度之10-12%左右。 體積穩定性部分，總潛變與基本潛變結果皆較本土化預測式為低，這是因為混凝土彈性模數較高，造成潛變會較低；乾縮值相對較高，乾燥潛變值較低，這兩者與他人之研究相同。目錄 誌謝 一 摘要 三 目錄 四 表目錄 九 圖目錄 一一 照片目錄 一三 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究範圍 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 轉爐石之組成 5 2.1.1 轉爐石的物理性質 6 2.1.2 轉爐石的化學成分 8 2.2 轉爐石的使用現況 11 2.3 自充填混凝土配比設計原理 12 2.3.1 配比設計的基本要求 12 2.3.2 粗骨材 14 2.3.2.1 單位粗骨材絕對容積 14 2.3.2.2 粗骨材最大粒徑 14 2.3.3 細骨材 15 2.3.3.1 細骨材率 15 2.3.3.2 細度模數 15 2.3.4 單位粉體量 16 2.3.5 化學摻料 17 2.3.6 單位用水量 17 2.3.7 簡易自充填混凝土配比設計法 19 2.4 砂漿流動性質之量測 22 2.4.1 砂漿L型流度試驗 22 2.4.2 砂漿V漏斗試驗 23 2.5 SCC流動性與充填性能測試 24 2.5.1坍流度試驗 24 2.5.2 混凝土箱型試驗 25 2.5.3 混凝土V漏斗試驗 25 2.6 混凝土的收縮與潛變 26 2.6.1 收縮變形機制 26 2.6.2 潛變變形機制 28 第三章 試驗計劃 31 3.1 試驗架構 31 3.2試驗材料 32 3.3 基本試驗儀器 33 3.4 試驗參數 34 3.5 水泥砂漿試驗 35 3.5.1砂漿拌合過程 35 3.5.2 砂漿L型流度試驗 35 3.5.3 砂漿V漏斗試驗 36 3.6混凝土新拌性質試驗 36 3.6.1 混凝土拌合流程 36 3.6.2 鋼筋間隙通過試驗（箱型試驗） 37 3.6.3 坍流度試驗 38 3.6.4 黏滯性試驗（V漏斗試驗） 40 3.6.5 含氣量試驗 41 3.6.6 凝結試驗 42 3.6.7 單位重試驗 42 3.7 混凝土強度試驗 43 3.7.1 抗壓強度之量測 43 3.7.2 彈性模數之量測 44 3.7.3 劈裂強度試驗 45 3.8 絕熱溫升試驗 45 3.9 乾縮潛變試驗 46 3.9.1 實驗儀器及設備 46 3.9.2 混凝土潛變乾縮預測公式 47 3.9.3 乾縮預測模式【32】 48 3.9.4 潛變預測模式【32】 49 3.9.5 乾縮與潛變試體 50 3.9.6 試驗項目變數與內容 51 3.9.6.1 乾燥收縮試驗 51 3.9.6.2 基本潛變試驗 51 3.9.6.3 乾燥潛變試驗 52 第四章 實驗結果與討論 55 4.1 砂漿試驗結果 55 4.1.1 流動性指標Bm之結果 55 4.1.2 黏滯性指標Rm之結果 57 4.1.3 Bm、Rm兩指標關係整合 58 4.2 SCC試驗 58 4.2.1 SCC新拌性質 59 4.2.2 單位重試驗結果 61 4.2.3 新拌混凝土坍損情況 61 4.3 硬固性質試驗 62 4.3.1 抗壓試驗結果 62 4.3.2 彈性模數試驗結果 63 4.3.3 劈裂強度試驗 66 4.3.4 凝結試驗 66 4.3.5 含氣量的影響 67 4.3.6 絕熱溫升試驗 68 4.3.7 乾縮潛變試驗 70 4.3.7.1 混凝土之乾縮 70 4.3.7.2 混凝土之基本潛變 70 4.3.7.3 混凝土之乾躁潛變 71 第五章 結論與建議 73 5.1 結論 73 5.2 建議 75 表目錄 表2-1 大陸鋼廠轉爐鋼渣化學成份 ( 重量% )【2】 82 表2-2 美國典型轉爐鋼渣的化學成份 ( 重量% ) 【2】 82 表2-3 中鋼轉爐渣化學成份 ( 重量% ) 【2】 83 表2-4 中鋼2001年9月~2002年8月高轉爐石產出統計表【2】 83 表2-5 2001年轉爐石利用統計(用途別) 【2】 84 表2-6 粉體系高性能混凝土之規範【3】 84 表2-7 日本土木學會增稠劑系高性能混凝土之規範【3】 85 表2-8 日本土木學會併用系高性能混凝土之規範【3】 86 表3-1 台泥品牌第Ι型卜特蘭水泥化學成份 87 表3-2 台泥品牌第Ι型卜特蘭水泥物理性質 87 表3-3 高爐石之物理與化學性質 88 表3-4 粗骨材篩分析結果 89 表3-5 細骨材篩分析結果 89 表3-6 粉體量450配比表 90 表3-7 粉體量500配比表 91 表3-8 粉體量550配比表 92 表3-9 乾縮潛變試驗變數 92 表4-1 粉體量450砂漿試驗結果 93 表4-2 粉體量500砂漿試驗結果 94 表4-3 粉體量550砂漿試驗結果 95 表4-4 粉體量500-5組比較配比 96 表4-5 粉體量550-5組比較配比 97 表4-6 粉體量500新拌性質 98 表4-7 粉體量550新拌性質 98 表4-8 粉體450新拌性質表 98 表4-9 粉體量500-5組配比抗壓結果表 99 表4-10 粉體量550-5組配比抗壓結果表 100 表4-11 粉體量500-5組配比兩種預測式比較表 101 表4-12 粉體量550-5組配比兩種預測式比較表 102 表4-13 劈裂強度結果表 103 表4-14 不同含氣量新拌性質表 103 表4-15 不同含氣量抗壓、彈性模數表 104 表4-16添加轉爐石SCC坍損試驗結果 104 表4-17 ㄧ般SCC配比表 104 表4-18 ㄧ般SCC坍損試驗結果 105 表4-19 乾燥收縮比較表【9】 105 表4-20乾燥收縮應變值 106 表4-21 總潛變與基本潛變應變值 107 表4-22 乾燥潛變值 108 圖目錄 圖2-1 不同粉體與最佳強塑劑用量之關係【17】 109 圖2-2 砂漿L型流動槽尺寸【19】 109 圖2-3 砂漿V漏斗試驗裝置尺寸【19】 110 圖2-4 坍流度試驗裝置【24】 110 圖2-5 箱型試驗裝置【24】 111 圖2-6 V漏斗試驗裝置【24】 112 圖2-7 水泥中添加5％ 高爐熟料1，2 及日本Kawasaki 高爐熟料後抗壓強度指數與養護時間之關係【20】 112 圖2-8 水泥膠體中水份存在的不同型態【22】 113 圖2-9 混凝土受到外界乾燥環境影響溼度移動示意圖【25】 113 圖2-10比克效應示意圖【26】 114 圖2-11 混凝土斷面溼度分佈與應力分佈之關係【23】 115 圖3-1 試驗架構 116 圖3-2 粗骨材篩分析曲線 117 圖3-3 大陸砂篩分析曲線 117 圖3-4 花蓮砂篩分析曲線 118 圖3-5 大陸砂：花蓮砂=8：2 118 圖3-6 圓柱試體劈裂強度試驗「ASTMC496」 119 圖4-1 粉體量450之W/B-Bm關係圖 119 圖4-2 粉體量500之W/B-Bm關係圖 120 圖4-3 粉體量550之W/B-Bm關係圖 120 圖4-4 粉體量450之轉爐石取代量-Bm關係圖 121 圖4-5 粉體量500之轉爐石取代量-Bm關係圖 121 圖4-6 粉體量550之轉爐石取代量-Bm關係圖 122 圖4-7 強塑劑分散作用示意圖【33】 122 圖4-8 粉體量450之Vs/Vm-Bm關係圖 123 圖4-9 粉體量500之Vs/Vm-Bm關係圖 123 圖4-10 粉體量550之Vs/Vm-Bm關係圖 124 圖4-11 粉體量450之W/B-Rm關係圖 124 圖4-12 粉體量500之W/B-Rm關係圖 125 圖4-13 粉體量550之W/B-Rm關係圖 125 圖4-14 粉體量450之轉爐石取代量-Rm關係圖 126 圖4-15 粉體量500之轉爐石取代量-Rm關係圖 126 圖4-16 粉體量550之轉爐石取代量-Rm關係圖 127 圖4-17 粉體量450之Vs/Vm-Rm關係圖 127 圖4-18 粉體量500之Vs/Vm-Rm關係圖 128 圖4-19 粉體量550之Vs/Vm-Rm關係圖 128 圖4-20 Bm-Rm整合圖1 129 圖4-21 Bm-Rm整合圖2 129 圖4-22 粉體量500-5組配比強度成長曲線 130 圖4-23 粉體量550-5組配比強度成長曲線 130 圖4-24 粉體量500不同水膠比強度比較 131 圖4-25 粉體量550不同水膠比強度比較 131 圖4-26 粉體量500不同轉爐石取代量對強度影響 132 圖4-27 粉體量550不同轉爐石取代量對強度影響 132 圖4-28 粉體量500-5組配比彈性模數成長曲線 133 圖4-29 粉體量550-5組配比彈性模數成長曲線 133 圖4-30 劈裂強度成長曲線 134 圖4-31陳育聖學長研究 134 圖4-32 500-6初終凝曲線圖 135 圖4-33 含氣量與抗壓耐久性關係圖【34】 135 圖4-34 混凝土含氣量適當值【34】 136 圖4-35 不同含氣量強度成長曲線 136 圖4-36 不同含氣量彈性模數成長曲線 137 圖4-37 混凝土溫升歷時比較圖 137 圖4-38 絕對溫升歷時比較圖 138 圖4-39 非絕熱溫升情形：(Atis,2002)(M0:控制組675 lb/yd3，M1:70%飛灰取代量有添加強塑劑，M2:70%飛灰取代量無添加強塑劑，M3:50%飛灰有添加強塑劑，M4: 50%飛灰無添加強塑劑) 138 圖4-40巨積板心溫溫升行為(Bamforth 1980) 139 圖4-41 乾燥收縮與預測式關係圖 140 圖4-42 總潛變與基本潛變圖 140 圖4-43 SCC基本潛變【9】 141 圖4-44 中強度普通混凝土基本潛變【9】 141 圖4-45 乾燥潛變值 142 圖4-46 總潛變與預測式關係圖 142 圖4-47 基本潛變與預測式關係 143 照片目錄 照片3-1 三分石 144 照片3-2 MTS 萬能材料試驗機 144 照片3-3 多功能資料收集器（TDS-302 Data Logger） 145 照片3-4 水平雙軸式拌合機 145 照片3-5 小型拌合機 146 照片3-6 砂漿L型流動槽 146 照片3-7 砂漿V漏斗 147 照片3-8 鋼筋間隙通過試驗 147 照片3-9 坍流度錐及試驗用平板 148 照片3-10 V漏斗試驗裝置 148 照片3-11 含氣量測定儀 149 照片3-12 初終凝試驗儀 149 照片3-13 抗壓及彈性模數試驗架設 150 照片3-14 劈裂強度架設 150 照片3-15 圓柱試體端末研磨機 151 照片3-16 絕熱溫升試驗架設 151 照片3-17 潛變定壓架 152 照片3-18手提式應變指示儀 153 照片3-19 ELE 機械式應變計 15