第三章 試驗計畫
第五節 試驗設備
本研究所使用之主要設備包含：
1. 強制式水平雙軸拌合機。
2. 600 噸 MTS 萬能試驗機（Material testing system）及控制系統：用以施 加鋼筋混凝土樑跨度中點之垂直載重。
3. 900KN 萬能試驗機：用以進行混凝土抗壓強度與彈性模數試驗以及握裹 拉拔試驗。
4. 抗彎試驗機：用以進行混凝土的抗彎強度試驗。
5. 10mm LVDT（Linear variable differential transducer）變位計：量測握裹 試驗之鋼筋與混凝土間的滑移量，以及彈性模數試驗之圓柱試體的軸向 變位。
6. 50mm LVDT（Linear variable differential transducer）變位計：量測鋼筋 混凝土樑跨度中央加載點之撓度。
7. 應力環：用以進行混凝土的彈性模數試驗，如照片 3-1 所示。
8. 資料接收器（7V14M）及筆記型電腦：用來接收萬能試驗機、荷重計、
變位計之讀數，如照片 3-2 所示。
9. 傳力鋼棒：直徑 80 mm 之鋼棒，用以傳遞 MTS 萬能試驗機之載重於鋼 筋混凝土樑上。
10. 支承：由直徑 80 mm 之鋼棒及厚 20 mm 之鋼鈑組成，在鋼筋混凝土樑 之勁度試驗中做為試體的支承。
第六節 試驗方法
彈性模數、握裹試驗和鋼筋混凝土樑勁度試驗的載重施加及變位資料 均由筆記型電腦同步讀取，並在每次試驗完成後即對該組之圓柱試體進行 抗壓試驗。有關各項試驗方法如下：
1、握裹試驗
依 ASTM C234 規範試驗，進行混凝土試體的握裹試驗，試驗裝置如圖 3-8 所示，以 20 kg/sec 之拉拔速率施加載重於鋼筋上，並記錄載重與位移的 讀數，直至試體破壞為止。
2、抗壓試驗
ψ100mm×200mm 之圓柱試體依 CNS 1232「混凝土圓柱試體抗壓強度 之檢驗法」之規定進行抗壓試驗。抗壓試驗前應先將試體頂底兩面以磨平 機磨平或以石膏將兩面蓋平，之後將圓柱試體的軸心置於萬能試驗機的承 壓軸的正中心處，其加壓速率應保持在1.3 mm/min，試驗至試體破壞為止，
並記錄其所受之最大載重。
3、熱傳導係數試驗
熱傳導係數試驗是依照 CNS 7332 A3121 之規範所進行，試驗步驟簡述 如下：
A､儀器裝設：
(1) 將兩面塑膠墊片(0.5mm 厚)之中心位置貼妥錫箔紙熱量感應器。
(2) 設定高溫及低溫熱源循環水箱，利用訊號線接至訊號放大器上。本 次試驗高溫熱源設定為 80℃，低溫熱源系統設定為 50℃。
(3) 將溫度控制水箱和自動紀錄器聯接。
(4) 將熱傳導測儀溫箱中之熱流計與自動紀錄器連接。
B､試驗步驟：
(1) 將欲測試之試體(200×200×50 mm)，置於烘箱 24 小時使達完全烘乾 狀態，待其回至室溫，量取熱傳導試片厚度，放入熱傳導儀溫箱中。
(2) 將高溫及低溫熱循環水箱開機。
(3) 開啟訊號放大器。
(4) 將訊號放大器之 range 設定為 5mv。
(5) 靜待 10 分鐘後調整使 channel 2 和 5 紀錄於 2.0mv 位置。
(6) 再經 5 分鐘開啟訊號放大器上之 INPUT 1，INPUT 2 開關，並將 AVE 切於 ON 位置。
(7) 待整個系統溫度穩定達平衡溫度時，打開紀錄器，量取測值。
(8) 將所測資料，經由電腦分析處理，以求得熱傳導係數，單位為 Kcal/m-hr-℃。
C､熱傳導係數之推算
根據上述試驗步驟，可自記錄器中得到 4 個數據分別為：
(1) RECORDER(1)：記錄熱傳導試片下緣所感應之熱能，即 E1mv……
oC
θ1 （根據 JIS C1602-1981）
(2) RECORDER(4)：記錄熱傳導試片上緣所感應之熱能，即 E2mv……
oC
MPa 三種，剪跨比分為 1.5、2.0、2.5 及 3.0 四種。試驗之裝置如圖 3-9 所 示，所有樑試體樑跨度中央處架設位移計，加載以三分點載重方式進行靜 態載重試驗。試體架設完成之實際情形，如照片 3-3 所示。試驗過程中，載 重之施加以位移控制，加載速率為 0.02 mm/sec，約每秒自動記錄資料一次。
記錄內容包括加載之載重值、衝程位移值、樑跨中央位移值，以求得加載 過程中樑試體之載重-樑中央位移(P-△)關係曲線，衝程位移之最大值設定為 50 mm，於加載過程中，衝程位移達到該值時，試驗即停止。
表3-1 握裹試體規劃與配比 LWAC W/C Cement Water Natural sand 13 ~ 19
(mm)
9 ~ 13 (mm)
5 ~ 9 (mm)
S.P. Absorption (30min) L20 0.65 297 194 734 179 213 175 0 29 L40 0.40 480 194 664 166 197 162 0 29 L60 0.26 580 151 760 0 207 277 19 19 Normal
Concrete W/C Cement Water Natural sand Coarse aggregate S.P. Absorption (30min)
N20 0.70 280 197 781 1056 0 —
N40 0.48 410 196 672 1056 0 —
N60 0.42 450 189 659 1056 4.5 —
※ L40：Lightweight aggregate concrete at a 40 MPa strength level
※ N60：Normal weight concrete at a 60 MPa strength level
※ S.P.：Superplasticity
表3-2 混凝土構件及防火隔熱試驗規劃總表
(cm) 12*20*150 12*16*120 30*10*100 80*80*120
數量 12*2 4 4 1
(cm) 12*20*150 12*16*120 30*10*100 80*80*120
數量 12*2 4 3 1
表 3-3 鋼筋混凝土樑試體規劃表
表3-7 水泥之化學與物理性質 A. 化學性質
項 目 含 量(%)
SiO2 20.90
Al2O3 5.65
Fe2O3 3.21
CaO 63.63 MgO 2.52
SO3 2.16
Na2O 0.10
K2O 0.52
C3S 48.76
C2S 23.14
C3A 9.54
C4AF 9.77
B. 物理性質
比 重 3.15 細 度(m2/kg) 344 燒 失 量(%) 0.92 不 溶 殘 渣 0.11 健 度 0.055
7 天(kgf/cm2) 362 抗壓強度
28 天(kgf/cm2) 472
表3-8 天然粗、細骨材之基本性質 S.S.D.
比重
S.S.D.
吸水率(%)
乾搗單位重
(kg/m3) F.M.值
天然粗骨材 2.62 1.19 1544 －
天然細骨材 2.64 0.60 － 2.67
表3-9 天然粗、細骨材之篩分析表 天然粗骨材
篩號 留篩百分率(%) 累積留篩百分率
(%) 過篩百分率(%)
1" 0.00 0.00 100.00
3/4" 7.03 7.03 92.97
1/2" 45.39 52.42 47.58
3/8" 25.63 78.05 21.95
#4 20.45 98.50 1.50
Pan 1.50 100.00 0.00
天然細骨材 篩號 留篩百分率(%) 累積留篩
百分率(%) 過篩百分率(%)
#4 0.42 0.42 99.58
#8 12.99 13.42 86.58
#16 16.62 30.04 69.96
#30 23.16 53.20 46.80
#50 24.39 77.59 22.41
#100 14.68 92.28 7.72
#200 5.59 97.87 2.13
Pan 2.13 100.00 0.00
表 3-10 石門水庫淤泥之化學性質
表3-13 結構性輕質骨材混凝土之級配要求 (ASTM C330) Coarse aggregate
Percentages (by volume)
passing sieves 1" to No.4 3/4" to No.4 1/2" to No.4 3/8" to No.8
1 in 95-100 100 ‥‥ ‥‥
3/4 in ‥‥ 90-100 100 ‥‥
1/2 in 25-60 ‥‥ 90-100 100
3/8 in ‥‥ 10-50 40-80 80-100
No.4 0-10 0-15 0-20 5-40
No.8 0-10 0-20
No.16 0-10
表3-14 輕質骨材混凝土配比 (kg/m3)
水庫淤泥輕質骨材 組別 水灰比 水泥 水量 輕質骨材30
分鐘吸水量
天然
細骨材 1/2"~3/8" 3/8~#4 強塑劑 L20 0.65 269 175 28 757 261 262 3.50 L40 0.40 438 175 26 699 241 242 5.25 L60 0.28 580 163 24 663 228 230 6.96
註：試體編號L 代表輕質骨材混凝土，後面的數字代表設計強度(20、40、60 MPa)
表3-15 常重混凝土配比 (kg/m3) 組別 水灰比 水泥 水量 天然 粗骨材
細骨材 六分石 三分石 強塑劑 N20 0.70 250 175 836 535 535 2.50 N40 0.48 365 175 738 535 535 3.65 N60 0.42 417 175 693 0 1069 4.17 註：試體編號N 代表常重混凝土，後面的數字代表設計強度(20、40、60 MPa)
圖3-1 握裹試體示意圖
圖3-2 有加箍筋的握裹試體平面圖
圖3-3 剪力試驗樑
150mm
150mm 150mm
#6竹節鋼筋
40mm 70mm
40mm
150mm
150mm 150mm
#6竹節鋼筋
#3 竹 節 鋼 筋
150mm
150mm
d
#3竹節鋼筋
#6竹節鋼筋
60
130
1450
120 1500
200 200
圖3-4 極限彎矩作用下構件的壓應力分佈情形
圖3-5 防火試驗樑
60
90
1130 160
120 1200
160
圖3-6 防火試驗版試體
圖3-7 混凝土牆體密閉空間日曬試驗
150
1000
930 200@4
300 240
300 100
800
1200 800
400 200
200 400
圖3-8 握裹試驗裝置示意圖
圖3-9 鋼筋混凝土樑之剪力試驗安裝圖
a
75 mm 100 mm LVDTs
Load from 50 kN MTS
Spreader beam
a
75 mm 1350 mm
Specimen
Support Support
LOAD
Reinforcing
bar Cross-bar attached
to reinforcing bar
LVDT B LVDT
A
Testing machine fixed head Testing machine
fixed head
Cube specimen for Pullout Test 5 mm
照片3-1 應力環
照片 3-2 資料接收器（7V14M）及筆記型電腦
照片3-3 鋼筋混凝土樑之剪力試驗裝置
第四章 輕質骨材混凝土之工程性質探討
本章將針對輕質骨材混凝土之力學性質以及構件行為進行探討，包含 伸展長度、樑之剪力強度，以及等值矩型應力塊參數等，各試驗之結果分 析與討論如下。