[[alternative]]A study on engineering properties of reactive powder porous concrete as pavement surface course

碩士[[abstract]]多孔隙混凝土具有良好排水、吸音與抗滑能力，並且適合鋪設於台灣濕熱氣候的環境。由於多孔隙混凝土之孔隙率高，強度低於一般混凝土，故應用範圍受到侷限。活性粉混凝土則具有優越之抗壓、抗彎強度，本研究目標在於結合多孔隙混凝土和活性粉混凝土之特性，製作出活性粉多孔隙混凝土，以改善其力學性質與驗證其績效，提供鋪面工程選擇排水鋪面面層材料的另一項選擇。 本研究以添加矽灰、石英粉、強塑劑、矽砂與鋼纖維組成之活性粉砂漿，改良水泥砂漿強度與黏著性。並挑選較緻密之粗骨材級配，使骨材顆粒間接觸點增多，黏結面積也會相對增加等方法，藉以提高活性粉多孔隙混凝土力學強度，以滿足一般道路強度需求。本研究利用試驗室試驗方法檢驗力學強度，並引用多孔隙瀝青混凝土之Cantabro磨耗試驗方法，檢驗多孔隙混凝土抵抗磨耗能力。本研究試驗結果顯示： 1. 各試驗組別之新拌多孔隙混凝土在坍度試驗中，除控制組外，均能獲得較大之坍度。以本研究配比條件下，添加愈多活性粉砂漿，工作性也愈佳，標稱粒徑愈大，其單位重也較大。 2. 活性粉多孔隙混凝土抗壓試驗的結果顯示，透過加入活性粉砂漿與使用高溫養護的方法，已經可以使活性粉多孔隙混凝土28天齡期抗壓強度超越一般混凝土之強度（280kg/cm2）。 3. 活性粉多孔隙混凝土抗彎試驗的結果顯示，使用三分點荷重法施做之28天齡期抗彎強度，以經可以符合國道一般水泥混凝土路面之設計抗彎強度（45kg/cm2），並達到目標抗彎強度（52kg/cm2）。 4. 透水試驗結果顯示活性粉多孔隙混凝土具有良好透水能力，滲透係數皆符合日本規範要求（>0.01cm/sec）。活性粉多孔隙混凝土由於有明顯之路面紋理深度，而有助於提供路面良好之抗滑能力。磨耗試驗證實採用活性粉砂漿能提供良好抗磨耗能力。[[abstract]]Porous concrete is good at drainage, sound absorption and skid resistance, and is suitable for the hot and humid environment in Taiwan. Since its high air voids resulting in lower strength than conventional concrete, the range of application has limitation. Reactive powder concrete, however, has superior compressive and flexural strength. This study aims at combining the unique characteristic of porous concrete and reactive powder concrete, and to develop the reactive powder porous concrete (RPPC). RPPC has improved mechanical properties and performance, and hopefully will be an alternative of surface drainage material for the rigid pavement construction. Reactive powder mortar made of silica fume, crushed quartz, silica, superplasticizer sand and steel fiber was used in RPPC to improve strength and adhesion in this study. Concept of densest gradation packing was utilized to increase the strength of aggregate skeleton. Compressive strength, flexural strength and Cantabro abrasion tests were performed to examine the mechanical behavior of RPPC. Major findings based on the results of our tests are summarized as follows: 1. All groups of fresh porous concrete had large slumps except the control group. Our results showed that the more reactive powder mortar, the better workability. Also the larger nominal maximum size, the heavier unit weight. 2. Results of compressive strength test showed that RPPC using reactive powder mortar and high temperature curing had 28-day strengths greater than 280 kg/cm2. 3. Results of third-point loading flexural strength test showed that RPPC had 28-day flexural strengths greater than the design strength of 45 kg/cm2 and meet the target strength requirement of 52 kg/cm2 for national expressway. 4. Results of the permeability and British Pendulum tests showed that RPPC had good drainage and skid resistance. Cantabro abrasion test results showed that RPPC also had good abrasion resistance.[[tableofcontents]]目錄 頁次 目錄 Ⅰ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 Ⅶ 附圖目錄 Ⅸ 附表目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 1-1 研究動機及背景 1 1-2 研究目的 2 1-3 研究方法與步驟 3 第二章 文獻回顧 6 2-1 水泥混凝土之特性及結構 6 2-2 多孔隙鋪面發展及應用 7 2-2-1 多孔隙瀝青混凝土 7 2-2-2 多孔隙水泥混凝土 9 2-2-3 多孔隙鋪面排水能力 10 2-2-4 多孔隙鋪面吸音能力 13 2-2-5 美國EcocretoTM多孔隙鋪面材料 15 2-2-6 多孔隙水泥混凝土改善強度之理論 17 2-2-7 美國NCAT排水性瀝青混凝土配合設計法 18 2-3 活性粉混凝土之發展與特性 19 2-3-1 高性能混凝土之發展 21 2-3-2 高性能混凝土之製程理論 23 2-3-3 活性粉混凝土之原理及種類 25 2-3-4 活性粉混凝土熱養護及組成材料之影響 26 2-4養護方法對混凝土強度發展之影響 34 第三章 試驗計畫 36 3-1 活性粉多孔隙混凝土之理論與試驗計畫 36 3-2 試驗材料 38 3-3 試驗變數 41 3-4 活性粉多孔隙混凝土配比設計要求及編號系統 42 3-5 試體養護流程與拌合方式 47 3-6 試體規劃 49 3-7 試驗方法 51 3-7-1 粗粒料基本物性試驗 51 3-7-2 新拌活性粉多孔隙混凝土性質試驗 51 3-7-3 硬固活性粉多孔隙混凝土力學性質試驗 52 3-7-4 活性粉多孔隙混凝土績效試驗 52 第四章 試驗結果與分析 56 4-1 粒料基本物性試驗結果 56 4-1-1 粗粒料基本物性試驗結果 56 4-1-2 細粒料基本物性試驗結果 57 4-2 活性粉多孔隙混凝土配合設計結果 58 4-2-1 26因子試驗 59 4-2-2活性粉多孔隙混凝土粒料級配之選擇 60 4-2-3活性粉多孔隙混凝土漿量之決定 65 4-3 新拌活性粉多孔隙混凝土性質試驗結果 67 4-3-1活性粉多孔隙混凝土坍度試驗結果 67 4-3-2活性粉多孔隙混凝土單位重試驗結果 69 4-3-3新拌活性粉多孔隙混凝土性質試驗結果綜合分析 71 4-4 硬固活性粉多孔隙混凝土力學性質試驗結果 71 4-4-1活性粉多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果 72 4-4-2活性粉多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果 76 4-4-3活性粉多孔隙混凝土力學性質試驗結果綜合分析 79 4-5 硬固活性粉多孔隙混凝土績效試驗結果 80 4-5-1滲透係數試驗結果 80 4-5-2抗滑試驗結果 83 4-5-3 Cantabro磨耗試驗結果 85 4-6 活性粉多孔隙混凝土材料配比討論 89 4-7 活性粉多孔隙混凝土試驗組別之配比成本比較 91 第五章 結論與建議 93 5-1 結論 93 5-2 建議 95 參考文獻 97 附錄.......... 101 附錄一 粒料基本物理性質試驗結果 101 附錄二 新拌多孔隙混凝土性質試驗結果 104 附錄三 硬固多孔隙混凝土力學性質試驗結果 106 附錄四 硬固多孔隙混凝土績效性質試驗結果 110 附錄五 變異數分析與多重比較結果 115 附錄六 粗粒料基本物性試驗方法 124 1.粗粒料單位重及孔隙率試驗 124 2.粗粒料比重與吸水率試驗 125 3.粗粒料磨耗試驗（洛杉磯磨損試驗） 126 4.粗粒料健性試驗（五度循環硫酸鈉試驗） 127 5.粗粒料堆積試驗 128 附錄七 新拌多孔隙混凝土性質試驗方法 130 1.混凝土坍度試驗 130 2.混凝土單位重試驗 130 附錄八 硬固多孔隙混凝土力學性質試驗方法 132 1.混凝土抗壓強度試驗 132 2.混凝土抗彎強度試驗 132 附錄九 硬固多孔隙混凝土績效性質試驗方法 135 1.透水試驗 135 2.抗滑試驗 137 附錄十 網路詢問關於多孔隙混凝土問題與答覆 140 附件一 美國德州公路局「透水混凝土」規範 142 附件二 美國德州公路局「透水混凝土鋪面」規範 151 圖目錄 頁次 圖1-1 試驗流程 5 圖2-1 多孔隙瀝青混凝土透水示意圖 8 圖2-2 多孔隙瀝青混凝土排水方式示意圖 11 圖2-3 多孔隙剛性路面材料具有高孔隙率 11 圖2-4 多孔隙混凝土之高透水性 12 圖2-5 多孔隙混凝土聲音傳遞 15 圖2-6 多孔隙水泥混凝土概要結構模型 18 圖2-7 DSP材料的漿體組成 24 圖2-8 活性粉混凝土卜作嵐反應發生率與養護溫度 27 圖2-9 活性粉混凝土不同養護溫度下對應之孔隙門檻值 28 圖2-10 矽灰含量與抗壓強度之關係 29 圖2-11 矽灰含量與工作性之關係 30 圖2-12 三種類型混凝土垂直位移與應力 31 圖3-1 鋼纖維外觀 41 圖3-2 本研究多孔隙混凝土粒料級配曲線圖 46 圖3-3 Cantabro磨耗試驗試驗前後之試體 54 圖4-1 RPPC－(13)3/8”取代1/2”之粗粒料單位重曲線圖 62 圖4-2 RPPC－(13)#4取代3/8”+1/2”之粗粒料單位重曲線圖 63 圖4-3 粒料堆積試驗之粒料級配曲線圖 64 圖4-4 新拌活性粉多孔隙混凝土各組別坍度試驗結果比較圖 69 圖4-5 新拌活性粉多孔隙混凝土各組別單位重試驗結果比較圖 70 圖4-6 活性粉多孔隙混凝土各組別不同齡期抗壓強度比較 75 圖4-7 活性粉多孔隙混凝土各組別不同齡期抗彎強度比較 78 圖4-8 活性粉多孔隙混凝土各組別滲透係數試驗結果比較 82 圖4-9 活性粉多孔隙混凝土各組別抗滑值試驗結果比較 84 圖4-10 活性粉多孔隙混凝土各組別不同齡期磨耗百分比之比較 88 表目錄 頁次 表2-1 各國對多孔隙瀝青混凝土孔隙率之要求 9 表2-2 多孔隙混凝土應用於透水結構之工程性質規範 10 表2-3 各國對多孔隙混凝土孔隙率之要求 10 表2-4 各種不同路面型式對於行車噪音降低之程度 14 表2-5 德州大學對EcocretoTM多孔隙鋪面材料試驗結果 16 表2-6 活性粉混凝土與其他混凝土性質之比較 21 表2-7 RPC200與RPC800之比較 26 表2-8 RPC文獻配比整理表（以重量比例表示） 32 表2-9 RPC文獻配比整理表（以體積單位用量表示） 33 表3-1 強塑劑成分 39 表3-2 本研究採用纖維之規格 39 表3-3 矽砂（3＃）化學成分表 40 表3-4 矽砂之篩分析結果 40 表3-5 本研究一般多孔隙混凝土粒料級配規範值與試驗值 45 表3-6 本研究活性粉多孔隙混凝土粗粒料級配試驗值 45 表3-7 試驗組別配比總表 46 表3-8 各編號數字代表之試驗項目組別說明表 47 表3-9 各活性粉多孔隙混凝土試驗組別之圓柱試體數量計算 49 表3-10 各活性粉多孔隙混凝土試驗組別之抗彎樑試體數量計算 50 表3-11 各活性粉多孔隙混凝土試驗組別之馬歇爾試體數量計算 50 表3-12 粗粒料基本物理試驗 51 表3-13 新拌活性粉多孔隙混凝土性質試驗 52 表3-14 硬固活性粉多孔隙混凝土力學性質試驗. 52 表3-15 溫度T℃時水之黏性修正係數 54 表4-1 粗粒料試驗結果 57 表4-2 細粒料試驗結果 58 表4-3 26因子試驗內容說明 60 表4-4 RPPC-(13)3/8”取代1/2”取代百分比與粒料單位重 61 表4-5 RPPC-(13)#4取代3/8”+1/2”取代百分比與粒料單位重 62 表4-6 RPPC-(13)粒料堆積之試驗結果 63 表4-7 RPPC-(13)粒料級配之VCAdrc與VCAmix 64 表4-8 本研究RPPC砂漿試拌組別總攬 66 表4-9 本研究RPPC粒料級配試拌組別總攬 66 表4-10 新拌活性粉多孔隙混凝土坍度試驗結果 68 表4-11 新拌活性粉多孔隙混凝土單位重試驗結果 70 表4-12 活性粉多孔隙混凝土平均抗壓強度試驗結果 74 表4-13 各齡期抗壓強度多重比較結果 75 表4-14 活性粉多孔隙混凝土平均抗彎強度試驗結果 78 表4-15 各齡期抗彎強度多重比較結果 79 表4-16 活性粉多孔隙混凝土滲透係數試驗結果 82 表4-17 活性粉多孔隙混凝土抗滑試驗結果 84 表4-18 活性粉多孔隙混凝土平均磨耗百分比 87 表4-19 磨耗試驗多重比較結果 88 表4-20 本研究中使用之材料價格 91 表4-21 各組配比之成本計算 92 附圖目錄 頁次 附圖1 承載壓力 129 附圖2 震動台 129 附圖3 三分點荷重抗彎試驗機示意圖 134 附圖4 英國式擺錘試驗儀 139 附表目錄 頁次 附表1 粗粒料比重與吸水率試驗結果 101 附表2 粒料單位重及空隙率試驗結果 101 附表3 洛杉磯磨損試驗結果 102 附表4 粒料健性試驗-耐久性結果 102 附表5 矽砂比重及吸水率試驗結果 103 附表6 新拌多孔隙混凝土坍度試驗結果 104 附表7 新拌多孔隙混凝土單位重試驗結果 105 附表8 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果（9天齡期） 106 附表9 多孔隙混凝土抗壓強度試驗結果（28天齡期） 107 附表10 多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果（8天齡期） 108 附表11 多孔隙混凝土抗彎強度試驗結果（28天齡期） 109 附表12 透水試驗結果 110 附表13 抗滑試驗結果（試體表面乾燥狀態） 111 附表14 抗滑試驗結果（試體表面濕潤狀態） 112 附表15 Cantabro磨耗試驗結果（9天齡期） 113 附表16 Cantabro磨耗試驗結果（28天齡期） 114 附表17 多孔隙混凝土抗壓強度二因子變異數分析結果 115 附表18 多孔隙混凝土各齡期抗壓強度Duncan多重比較結果 116 附表19 多孔隙混凝土抗彎強度二因子變異數分析結果 117 附表20 多孔隙混凝土各齡期抗彎強度Duncan多重比較結果 118 附表21 多孔隙混凝土滲透試驗單因子變異數分析與Duncan多重比較結果 119 附表22 多孔隙混凝土抗滑試驗單因子變異數分析與Duncan多重比較結果（試體表面乾燥狀態） 120 附表23 多孔隙混凝土抗滑試驗單因子變異數分析與Duncan多重比較結果（試體表面濕潤狀態） 121 附表24 多孔隙混凝土磨耗試驗二因子變異數分析結果 122 附表25 多孔隙混凝土各齡期磨耗試驗Duncan多重比較結果 123 附表26 五度循環硫酸鈉試驗秤取之試樣重 127 附表27 溫度T℃時水之黏性修正係數 136[[note]]學號: 693310301, 學年度: 9