第四章 水泥漿熱傳導係數
4.4 添加飛灰、爐石之水泥漿熱傳導係數量測
在水泥漿固定水灰比W/C=0.42 的條件下，用飛灰及爐石取代部分水泥量
10%及 20% 一共四組配比。如 4.3 節水泥漿的試驗，為了解其於新拌階段至硬 固時，其熱傳導係數的變化情形，熱傳導係數的量測時間仍為拌合完成後1 小時 開始量測，接著量測3 小時、8 小時、1 天、3 天、7 天、14 天、21 天直至 28 天 為止。
爐石之溫度與時間關係繪於圖4-19 至圖 4-27，飛灰之溫度與時間關係如圖 4-28 至圖 4-36 所示，依溫度與時間的關係圖可計算出試體的熱傳導係數。為了 便於比較，將計算結果與純水泥漿(W/C=0.42)之值列於表 4-4 及表 4-5。除此之 外，亦記錄各組從新拌完成後至3 天齡期試體溫度之變化情形，其結果繪於圖 4-37。
4.4.2 結果分析與討論
由表4-4 及表 4-5 可以看出，不論是添加爐石或飛灰的水泥漿體，其熱傳導 係數量測的結果，於早期(齡期前 3 天)仍是受水泥之水化熱影響，而呈現不穩定 的情況，此現象與4.4 節水泥漿的結果相同，由此可再次看出，水化熱會對試體 早期的熱傳導係數產生重大的影響。
在添加爐石對熱傳導係數的影響方面，依圖4-38 之曲線來看，由於新拌初 期受到水化熱的影響，不論是10%或 20%的爐石取代量，在其熱傳導係數在齡 期前3 天皆看不出明顯變化趨勢。但在齡期第 7 天後，10%爐石取代量的試體，
其熱傳導係數已超過純水泥漿之熱傳導係數，而且隨著齡期的增加，其熱傳導係 數亦跟著成長。而20%爐石取代量的試體，雖然不像 10%爐石取代量的熱傳導 係數有那麼明顯的變化，但亦有此種緩慢成長的現象。探討原因，此係添加爐石 之後，在早期有延緩水泥水化的作用，因而添加量愈多其熱傳導係數成長愈慢，
但在後期因逐漸發生卜作嵐反應(Pozzolanic reaction)，而使得試體的結構漸趨緻 密，因試體孔隙的減少，造成熱傳導係數將隨著齡期而慢慢地增加的現象。
添加飛灰的影響方面，由圖4-37 的昇溫曲線可明顯地看出，添加飛灰之後，
將使得試體的溫度下降，亦即可有效地減低水化熱。除此之外，昇溫速率亦較純 水泥漿慢，因為飛灰取代部分水泥後，將降低整體活性，使凝結速率降低，因而 和爐石一樣，會有延緩凝結時間的作用產生。而從表4-5 及圖 4-39 來看，飛灰 取代量20%的試體，其熱傳導係數峰值出現的時間(8 小時)較飛灰取代量 10%試 體的出現時間(3 小時)來的晚，說明了這種延緩的作用亦會影響到試體的熱傳導
係數。
從水泥漿體中的孔隙結構來看，通常水泥漿體中的孔隙可分為兩大類，一為 混凝土澆置後內部多餘的水分外移其經過的路徑形成的毛細管孔，這些毛細管孔 (大於 100A)體積主要由水灰比控制，對混凝土的水密性強度耐久性有很大的影 響。當水灰比越大，形成之毛細管孔越大，若使用飛灰，能降低用水量，使毛細 管孔相對減少，再加上飛灰的卜作嵐反應會更進一步的消耗CH 形成 C-S-H 膠體 阻斷孔隙通路，並改善混凝土孔隙結構。另一種孔隙則為存在於C-S-H 中的膠體 孔隙，此種孔隙影響混凝土的性質較毛細管孔隙為低，故在此不多作討論。因此，
從表4-4 及表 4-5 皆可發現，添加飛灰或爐石之試體，在第 7 天齡期之後，其熱 傳導係數皆有向上成長的趨勢，這說明了因卜作嵐反應，會使得試體的熱傳導係 數逐漸地增加。
表4-1 水泥、飛灰及爐石的熱傳導係數量測結果 Cement Test
Q=28.933W/m t1(sec.) t2(sec.) T1(℃) T2(℃) k(W/m℃) % Sample 1 155 450 43.2482 54.2672 0.2227 0.000
Fly Ash Test
Q=28.933W/m t1(sec.) t2(sec.) T1(℃) T2(℃) k(W/m℃) % Sample 1 210 695 34.1934 46.5359 0.2233 0.000 Sample 2 220 760 35.7079 48.6534 0.2205 -1.241 Slag Test
Q=28.933W/m t1(sec.) t2(sec.) T1(℃) T2(℃) k(W/m℃) % Sample 1 215 695 41.7256 56.1835 0.1868 0.000 Sample 2 230 630 42.3405 54.7075 0.1876 0.404
表4-2 不同水灰比水泥漿之熱傳導係數計算結果 齡期 W/C=0.34 W/C=0.42 W/C=0.50
1hr. 1.9619 1.4103 1.1752 3hr. 1.6933 1.2608 0.9925 8hrs. - 1.0142 1.0486 1day 2.3368 1.8732 1.2603 3days 1.9286 1.5582 1.2794 7days 1.9474 1.3084 1.1995 14days 1.9325 1.4254 1.2854 21days - 1.4131 1.2350 28days 1.9569 1.4431 1.2799
表4-3 不同水灰比昇溫曲線之最高溫及出現時間
W/C=0.34 W/C=0.42 W/C=0.50 Temperature Max.( )℃ 99.208 73.919 58.240
Time(Hrs.) 8.93 11.50 14.50
表4-4 水泥漿添加爐石之熱傳導係數計算結果
齡期 Cement(W/C=0.42) 10%slag 20%slag 1hr. 1.4103 1.3613 1.3081 3hr. 1.2608 1.3255 1.4933 8hrs. 1.0142 1.2421 1.5494 1day 1.8732 1.4013 1.4840 3days 1.5582 1.4498 1.2299 7days 1.3084 1.3693 1.1197 14days 1.4254 1.4385 1.1718 21days 1.4131 1.4553 1.1832 28days 1.4431 1.6422 1.1872
表4-5 水泥漿添加飛灰之熱傳導係數計算結果 齡期 Cement(W/C=0.42) 10%Fly ash 20%Fly ash
1hr. 1.4103 1.2307 0.8789 3hr. 1.2608 1.5962 1.6537 8hrs. 1.0142 1.3693 1.9879 1day 1.8732 1.1599 1.0183 3days 1.5582 0.9779 0.9460 7days 1.3084 1.2525 1.1818 14days 1.4254 1.2951 1.2103 21days 1.4131 1.3520 1.2713
28days 1.4431 1.4187 1.3653
圖4-1 實驗結果處理示意圖
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Cement Test cement
圖4-2 水泥之時間與溫度關係圖
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Fly Ash Test
Fly ash Sample1 Fly ash Sample2
圖4-3 飛灰之時間與溫度關係圖
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Salg Test
Slag Sample1 Slag Sample2
圖4-4 爐石之時間與溫度關係圖
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (1hr.) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-5 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 1 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (3hrs.) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-6 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 3 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (8hrs.) w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-7 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 8 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (1day) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-8 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 1 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (3days) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-9 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 3 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (7days) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-10 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 7 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (14days) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-11 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 14 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (21days) w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-12 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 21 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Paste Test (28days) w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-13 水泥漿之時間與溫度關係圖(齡期 28 天)
0 200 400 600
Time (Hrs.)
0.8 1.2 1.6 2 2.4
T h er m al C onduc ti vi ty (W /m
+C)
w/c=0.34 w/c=0.42 w/c=0.50
圖4-14 不同水灰比水泥漿之熱傳係數隨齡期之變化圖
1000 2000 3000 4000 5000
Time (Min.)
0 40 80 120
T em p erat u re(
+C)
Sample Temperature(3days) w/c=0.34
圖4-15 W/C=0.34 水泥漿之水化昇溫曲線
1000 2000 3000 4000 5000
Time (Min.)
0 40 80 120
T em p erat u re(
+C)
Sample Temperature(3days) w/c=0.42
圖4-16 W/C=0.42 水泥漿之水化昇溫曲線
1000 2000 3000 4000 5000
Time (Min.)
0 40 80 120
T em p erat u re(
+C)
Sample Temperature(3days) w/c=0.50
圖4-17 W/C=0.50 水泥漿之水化昇溫曲線
圖4-18 卜特蘭水泥水化放熱曲線
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (1hr.) slag=10%
slag=20%
圖4-19 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 1 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (3hrs.)
=10%slag
=20%slag
圖4-20 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 3 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (8hrs.)
=10%slag
=20%slag
圖4-21 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 8 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (1day)
=10%slag
=20%slag
圖4-22 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 1 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (3days)
=10%slag
=20%slag
圖4-23 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 3 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Salg Test (7days)
=10%slag
=20%slag
圖4-24 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 7 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (14days)
=10%slag
=20%slag
圖4-25 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 14 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag (21days)
=10%slag
=20%slag
圖4-26 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 21 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Slag Test (28days)
=10%slag
=20%slag
圖4-27 爐石之時間與溫度關係圖(齡期 28 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (1hr.)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-28 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 1 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (3hrs.)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-29 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 3 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (8hrs.)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-30 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 8 小時)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (1day)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-31 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 1 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (3days)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-32 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 3 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40 50
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (7days)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-33 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 7 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (14days)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-34 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 14 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (21days)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-35 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 21 天)
0.1 1 10 100 1000 10000
Time (Sec.)-log t
0 10 20 30 40
T em p erat u re(
+C)
Cement+Fly Ash Test (28days)
=10%fly ash
=20%fly ash
圖4-36 飛灰之時間與溫度關係圖(齡期 28 天)
1000 2000 3000 4000 5000
Time (Min.)
20 40 60 80
T em p erat u re(
+C)
Sample Temperature (3days)
=20%slag
=10%fly ash
=20%fly ash
pure paste (w/c=0.42)
圖4-37 不同飛灰及爐石取代量之水化昇溫曲線(至齡期 3 天止)
0 200 400 600
Time (Hrs.)
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
T h er m al C onduc ti vi ty (W /m
+C)
pure paste(w/c=0.42) paste(w/c=0.42)+10%slag paste(w/c=0.42)+20%slag
圖4-38 不同爐石取代量之熱傳係數隨齡期之變化圖
0 200 400 600
Time (Hrs.)
0.8 1.2 1.6 2
T h er m al C onduc ti vi ty (W /m
+C)
pure paste(w/c=0.42) paste(w/c=0.42)+10%fly ash paste(w/c=0.42)+20%fly ash
圖4-39 不同飛灰取代量之熱傳係數隨齡期之變化圖