The Research of Composition of Concrete Mixtures of Self-Compacting Concrete of Low Heat of Hydration and Prediction of Strength

目前的SCC所使用之水泥主要為I型水泥，僅於特殊工程上如有耐久性考量或者是巨積結構等等才會便用到II型水泥。然由於I型水泥7天之水合熱81為卡/克、28天為86卡/克，而II型水泥7天水合熱為70卡/克以及28天水合熱為80卡克。雖已以II型水泥取代I型水泥便用，然而其水合熱仍然過高，為此中聯開發出新型超低水合熱水泥以期能改善現狀。 因此，本研究將著手進行新型超低水合熱SCC配比研究，期望能夠改善目前巨積結構施工後遭遇到結構溫差開裂問題。本研究將以超低水合熱水泥取代一般混凝土配比之I型或II水泥，並配合半惰性礦粉摻料之應用，研發56天目標強度介於350~420kg/cm2之SCC配比。配比研究對象包括：(1) I型水泥加卜作嵐材料、(2)II型水泥加卜作嵐材料、(3)超低水合熱水泥，與(4)超低水合熱水泥加半惰性礦粉摻料等四種不同膠結料組成模式之配比與材料特性比較分析，並進行一連串的基本力學性質研究其中包含抗壓強度、張力強度及彈性模數發展曲線等等。並利用成熟度法建立其強度預測式，以利實際施工時參考使用。目錄 誌謝 一 摘要 三 目錄 四 表目錄 十 圖目錄 十三 照片目錄 十七 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究範圍 2 第二章 文獻回顧 4 2.1自充填混凝土之定義 4 2.2 轉爐石 6 2.2.1轉爐石之來源及化學成分 6 2.2.2轉爐石之物理性質 7 2.2.3轉爐石的使用現況 9 2.2.4轉爐石之活性測定 10 2.3 化學摻料 13 2.4 混凝土之乾縮與潛變 14 2.4.1混凝土之乾縮機理 14 2.4.2混凝土之潛變機理 16 2.4.2.1 潛變的成因 16 2.4.2.2 潛變的組成 17 2.4.2.3 潛變的表示方式 18 2.4.3混凝土潛變乾縮預測公式 19 2.4.3.1乾縮預測模式 20 2.4.3.2潛變預測模式 21 2.5 成熟度 23 2.5.1成熟度法（Maturity Method） 23 2.5.2建立成熟度曲線 24 2.5.3計算成熟度 25 2.5.3.1 temperature time factor 25 2.5.3.2 equivalent age 26 2.5.4建立相關曲線 27 第三章 實驗計畫 30 3.1 實驗架構 30 3.2 基本試驗材料及儀器 31 3.2.1 基本試驗材料 31 3.2.2 基本試驗儀器 32 3.3流動性與充填性試驗 34 3.3.1混凝土拌合流程 34 3.3.2坍流度試驗 35 3.3.3流速試驗（V形漏斗試驗） 36 3.3.4鋼筋間隙通過試驗（箱型試驗） 37 3.3.5含氣量試驗 38 3.4抗壓強度與彈性模數試驗 39 3.4.1抗壓強度之量測 39 3.4.2彈性模數之量測 40 3.4.3 劈裂強度試驗 41 3.4.4 凝結試驗 42 3.5絕熱溫昇試驗 43 3.6乾縮潛變試驗 44 3.6.1實驗儀器與設備 44 3.6.2乾縮與潛變試體 46 3.6.3實驗項目與內容 46 3.6.3.1乾燥收縮試驗 47 3.6.3.2基本潛變試驗 47 3.6.3.3乾燥潛變試驗 47 3.7強度之預測 49 3.7.1 TTF和equivalent age之比較 50 第四章實驗結果與討論 52 4.1配比之試拌與調整 52 4.1.1進行試拌之結果 52 4.2.1進行配比之調整 53 4.2工作性之測試與比較 53 4.2.1超低水合熱SCC之新拌性質 54 4.2.2影響新拌性質之主要因素 55 4.3 硬固性質試驗 56 4.3.1抗壓試驗結果 56 4.3.2彈性模數試驗結果 58 4.3.3劈裂強度試驗 60 4.3.4 凝結試驗 61 4.4超低水合熱SCC坍損情形之探討 62 4.4.1三種水泥坍損之比較 62 4.5絕熱溫昇試驗 63 4.6乾縮潛變試驗 65 4.6.1混凝土之乾縮 65 4.6.2混凝土之基本潛變 65 4.6.3混凝土之乾燥潛變 65 4.7強度的預測 66 第五章 結論與建議 68 5.1 結論 68 5.1.1新拌性質 68 5.1.2硬固性質 68 5.2 建議 69 參考文獻 71 表目錄 表2-1中鋼轉爐渣化學成份 75 表2-2中鋼2001年9月~2002年8月高轉爐石產出統計表 76 表2-3 2001年轉爐石利用統計(用途別) 76 表2-4混凝土之表徵活化能(1) 77 表2-5混凝土之表徵活化能(2) 77 表3-1超低水合熱SCC試拌配比表 78 表3-2 I型水泥化學分析試驗報告 78 表3-3 I型水泥物性試驗報告 79 表3-4 II型水泥之相關性質 80 表3-5爐石物理、化學性質試驗報告 81 表3-6三分石之篩分析試驗結果 82 表3-7六分石之篩分析試驗結果 82 表3-8大陸砂之篩分析試驗結果 83 表3-9花蓮砂之篩分析試驗結果 83 表3-10自充填混凝土相關試驗參考值 84 表4-1超低水合熱SCC配比表 85 表4-2調整後之超低水合熱SCC配比表 85 表4-3超低水合熱SCC配比之箱型試驗測試結果 86 表4-4超低水合熱SCC之新拌性質(1) 87 表4-5超低水合熱SCC之新拌性質(2) 88 表4-6超低水合熱SCC之新拌性質(3) 88 表4-7比較組之SCC配比 88 表4-8比較組SCC之新拌性質 89 表4-9各組配比之抗壓強度與彈性模數 89 表4-10彈性模數試驗值與預測值之比較 90 表4-11劈裂強度結果一覽 91 表4-12初終凝時間一覽 91 表4-13 SCC(I)配比之坍損試驗結果 92 表4-14 SCC(II)配比之坍損試驗結果 92 表4-15 550-150(S)配比之坍損試驗結果 93 表4-16絕熱溫昇試驗結果一覽 93 表4-17成熟度試體之抗壓強度與彈性模數 94 圖目錄 圖2-1鋼鐵爐石之生產過程 95 圖2-2不同粉體與最佳強塑劑用量之關係【10】 96 圖2-3水泥膠體中水分存在的方式 97 圖2-4混凝土受到外界乾燥環境影響濕度移動示意圖 97 圖2-5混凝土潛變之組成與定義 98 圖2-6成熟度與強度之關係 99 圖2-7利用temperature time factor來計算成熟度 99 圖2-8成熟度之相關曲線示意圖 100 圖3-1實驗之流程圖 101 圖3-2大陸砂之篩分析試驗結果 102 圖3-3花蓮砂之篩分析試驗結果 102 圖3-4坍度試驗之模具 103 圖3-5坍流度量測裝置 104 圖3-6流速試驗之V形漏斗裝置 104 圖3-7鋼筋間隙通過試驗裝置 105 圖3-8潛變架示意圖 106 圖3-9 TTF和equivalent age強度預測之比較圖 107 圖4-1粉體量450配比之抗壓強度成長圖 108 圖4-2粉體量500配比之抗壓強度成長圖 108 圖4-3粉體量550配比之抗壓強度成長圖 109 圖4-4比較組SCC之抗壓強度成長圖 109 圖4-5齡期7天與28天之彈性模數比值(1) 110 圖4-6齡期7天與28天之彈性模數比值(2) 110 圖4-7粉體量450配比之彈性模數成長圖 111 圖4-8粉體量500配比之彈性模數成長圖 111 圖4-9粉體量550配比之彈性模數成長圖 112 圖4-10比較組SCC之彈性模數成長圖 112 圖4-11劈裂強度成長曲線圖 113 圖4-12 550-150(S)配比之初終凝曲線圖 113 圖4-13 SCC(I)配比之初終凝曲線圖 114 圖4-14 SCC(II)配比之初終凝曲線圖 114 圖4-15 SCC(D)配比之初終凝曲線圖 115 圖4-16 150-150(S)之絕熱溫昇曲線圖 115 圖4-17 SCC(I)之絕熱溫昇曲線圖 116 圖4-18 SCC(II)之絕熱溫昇曲線圖 116 圖4-19 SCC(D)之絕熱溫昇曲線圖 117 圖4-20 23℃養護下之溫度歷時 117 圖4-21 38℃養護下之溫度歷時 118 圖4-22 550-150(S)之總潛變與基本潛變 118 圖4-23 550-150(S)之乾燥潛變 119 圖4-24 550-150(S)之總潛變與CCL預測式之比較圖 119 圖4-25 550-150(S)之基本潛變與CCL預測式之比較圖 120 圖4-26 550-150(S)之乾燥收縮與CCL預測式之比較圖 120 圖4-27 23℃養護下之溫度歷時 121 圖4-28 38℃養護下之溫度歷時 121 圖4-29 23℃養護下之強度預測式 122 圖4-30 38℃養護下之強度預測式 122 圖4-31綜合兩種養護溫度之強度預測式 123 照片目錄 照片3-1 MTS萬能材料試驗機 124 照片3-2多功能資料收集器(TDS-302 Data Logger) 124 照片3-3電阻式變位計 125 照片3-4水平雙軸式拌合機 125 照片3-5空氣含量測定儀 126 照片3-6坍流度錐及試驗用平版 126 照片3-7 V漏斗試驗裝置 127 照片3-8鋼筋間隙通過試驗裝置 127 照片3-9混凝土彈性模數量測示意圖 128 照片3-10初終凝測定儀 128 照片3-11保溫箱 129 照片3-12保溫箱置於溫控箱中示意圖 129 照片3-13圓柱試體端末研磨機 130 照片3-14潛變定壓架 130 照片3-15手提式應變指示儀 131 照片3-16 ELE 機械式應變計 131 照片3-17荷重計（50噸） 132 照片3-18試體內埋入熱偶計以量測溫度歷時示意圖 13