靜態破裂型態

圖5-10 C0 進行抗壓試驗試體破壞照

圖5-11 HC0 進行抗壓試驗試體破壞照

圖5-12 HA0 進行抗壓試驗試體破壞照

(a) 剪切破壞 (b) 劈裂破壞 圖5-13 C1 進行抗壓作用時試體破壞照破壞

(a) 剪切破壞 (b) 劈裂破壞 圖5-15 HA1 進行抗壓作用時試體破壞照破壞

圖5-16 C2 進行抗壓作用時試體破壞照破壞

圖5-17 HC2 進行抗壓作用時試體破壞照破壞

壓縮加載應力-應變曲線圖上，40%抗壓強度與應變與5×10⁻⁵所對應之應力割線 模數公式3-3。試驗計算結果為表 5-3 及圖 5-19，各配比之彈性模數 E 皆不會有 很大差異，當添加鋼纖維後，彈性模數會隨著纖維含量增加有成長但趨勢較不明 顯。高溫 210℃熱養護後，配比 HA 和 HC 添加 1%鋼纖維彈性模數比基材增加 0.6 GPa 和 1.37 GPa，比 C 材只成長 0.23 GPa，增加幅度較明顯。

表5-3 爐石活性粉混凝土靜態彈性模數 E(GPa)

纖維含量 0 % 1 % 2 %

C 42.44 42.67 43.50

HC 41.97 43.33 43.23 HA 42.35 42.95 43.22

圖5-19 不同纖維量爐石活性粉混凝土靜態壓縮彈性模數 E

2. 柏松比ν

活性粉混凝土之柏松比ν可依公式3-4 計算求得，而各配比添加纖維後之柏 松比為表5-4 及圖 5-20，可以看出活性粉混凝土添加鋼纖維後，柏松比沒有太大 變化；但是透過高溫210℃熱養護後 HC 及 HA 材，會比 90℃熱養護(C 材)柏松 比有下降趨勢，但下降幅度不會太大，各配比添加鋼纖維後柏松比也不會有很明 顯變化。

表5-4 爐石活性粉混凝土靜態柏松比ν

柏松比ν 0 % 1 % 2 %

C 0.22 0.23 0.22 HC 0.19 0.18 0.19 HA 0.16 0.17 0.16

後之應力-應變全曲線。再將添加爐石之 C 材受 90℃及 210℃兩種不同熱養護之

添加爐石之C 材(爐石 50%)受 90℃熱養護添加鋼纖維 1%及 2%，極限強度 之後半段曲線下降趨勢較緩慢；而高溫210℃熱養護則是快速下降。90℃熱養護 會有較好之韌性性質，而透過高溫210℃熱養護後材料會較脆，然而但透過此高 溫210℃養護，試體會有較高之抗壓強度。

圖5-21 經 210℃熱養護(配比 C 鋼纖維含量 0、1、2%)應力-應變曲線

圖5-23 經 90℃熱養護配比 C (鋼纖維含量 0、1、2%)應力-應變曲線

5.3.5 靜態應變能

將應力-應變曲線圖中，當加載到各個不同應變量時，曲線所包圍之面積表 示試體抗壓到此應變量時吸收的能量，為材料抗壓應變能。本研究之峰值點之應 變能，計算方式是將應力-應變曲線圖中，曲線開始加載到極限強度峰值點包圍 面積，探討各配比受抗壓試驗，到破壞點所吸收之能量；因添加鋼纖維之試體，

到達破壞點後，應力-應變曲線會緩慢下降，在曲線到達應力值最低點之應變做 為破壞點應變ε_t，如配比HC、HA、C 添加鋼纖維後探討之破壞應變點分別為圖 5-24~圖 5-26 之ε_t，探討應變原點到此點之抗壓吸收應變能。

表5-5 及圖 5-27 為 HC、HA、C 材之極限強度(峰值)應變能，都會隨著纖維 含量增加而有明顯之提升，因添加纖維後，應力-應變曲線之應力峰值點，會較 基材有較大的應變所包覆的曲線面積會較大，因此添加鋼纖維會有較大之吸收能 量。當C 材基材，透過高溫 210℃養護會比未添加爐石 HA0 材的抗壓應變能高，

當添加1%鋼纖維時，未添加爐石之 HA1 配比，抗壓應變能會較 HC1 與 C1 高；

當添加到 2%鋼纖維時，HC2 與 HA2 抗壓應變能會相當皆近，兩者都具有良好 之試體吸收能量。

HC0 會比 90℃熱養護之 C0 有較高的抗壓應變能，應變能會高出 8.27%，當 添加1%及 2%鋼纖維後，HC1 及 HC2 配比會比 C1 及 C2 的應變能提昇會比基材 更明顯提升，分別提升 59.1%及 34.7%，而 C1 增加較不明顯。可看出當試體受 高溫210℃養護養護後，試體本身受加載時之吸收能量會大幅提升，尤其添加鋼 纖維後，基材與纖維間之粘結力會更強，可抵抗更多加載過程中之能量。

圖5-24 添加纖維配比 C 峰值點後應變能計算點

圖5-26 添加纖維配比 HC 峰值點後應變能計算點

表5-5 添加纖維配比之峰值點後應變能(單位：kN-mm) 材料 應變能 破壞點應變能

C0 11.98 -

C1 12.05 32.84

C2 15.88 55.64

HC0 12.97 -

HC1 19.17 -

HC2 21.39 25.56

HA0 11.83 -

HA1 22.94 -

HA2 21.80 27.85

圖5-27 不同配比及纖維含量之極限強度應變能

5.3.6 抗彎強度

首先利用高溫 210℃熱養護方式探討 C 材(爐石 50%)與 A 材(爐石 0%)添加 鋼纖維含量1%、2%受 210℃養護進行中心點抗彎試驗，探討添加爐石後受不同 熱養護之抗彎強度。

HC、HA 及 C 材添加 1%、2%鋼纖維之後，抗彎強度都會有很明顯增加趨 勢；而基材(0%鋼纖維)之抗彎強度，添加爐石之 HC0 抗彎強度最高，而 HA0 材 抗彎強度最低，因 HA0 材料性質較脆之原因，基材都是到達極限強度後直接脆 性破壞如圖5-31~圖 5-33。

當添加1%鋼纖維時， HA1 及 HC1 之彎曲強度，都比 C 材透過 90℃熱養護 低，因此當透過90℃熱養護 C1 會有較高之抗彎強度。當纖維含量到達 2%時，

(MPa)

C 30.57 82.13 88.44

HC 38.23 50.95 103.97

HA 28.83 66.08 94.38

圖5-28 養護方式與鋼纖維量彎曲強度

5.3.7 韌性指數

本研究利用彎曲試驗探討爐石活性粉混凝土韌性性質，混凝土韌性和加載時 之裂縫成長與傳播有關，添加鋼纖維混凝土需要甚多之能量才能使試體破壞，文 獻[64]指出混凝土添加鋼纖維後，強度增加有限，但韌性確有很明顯之增加幅 度。彎曲作用下之韌性指數(TI)的計算方式是參考 ASTM C1609 纖維混凝土彎曲 韌性規範，規範使用大型長方形抗彎試體100mm×100mm× 350mm 試體受彎曲作

用下之載重 P-撓度δ 曲線，將計算撓度 0-2mm 所圍成曲線面積來作為韌性指 數。因本研究為使用40mm×40mm× 160mm 較小抗彎試體，為了探討各個加載歷 程中，應力峰值後各撓度對應下之韌性行為，因此分析試體撓度到達2、4、6、

未添加爐石之HA1 配比，韌性性質較不好，材料性質為較脆之性質。當添加 2%

T4 (kN-mm) 30.59 34.03 30.50 T6 (kN-mm) 34.20 38.22 34.78 T8 (kN-mm) 36.03 40.29 36.91

圖5-29 鋼纖維 0%時 C、HC、HA 材之載重-撓度曲線

圖5-31 C0 材抗彎試體破壞情形

圖5-32 HC0 材抗彎試體破壞情形

圖5-33 HA0 材抗彎試體破壞情形

圖5-34 鋼纖維 1%時 C、HC、HA 材之載重-撓度曲線

圖5-35 添加 1%鋼纖維之彎曲韌性指數(TI)

圖5-36 C1 材抗彎試體破壞情形

圖5-37 HC1 材抗彎試體破壞情形

圖5-38 HA1 材抗彎試體破壞情形

圖5-39 鋼纖維 2%時 C、HC、HA 材之載重-撓度曲線

圖5-40 添加 2%鋼纖維之彎曲韌性指數(TI)

圖5-41 C2 材抗彎試體破壞情形

圖5-42 HC2 材抗彎試體破壞情形

段之殘餘強度可以比較；當隨著中心點撓度之增加，殘餘抵抗之強度(圖 5-44~ 度2mm 到 8mm，C1、HC1、HA1 殘餘強度下降幅度分別為 94.5%、88.7%、90.82%，

強度下降幅度為HC1 幅度最低，且 HC1 撓度到達 8mm 時，抵抗之殘餘強度高 於C1 與 HA1。

當在活性粉混凝土中添加2%鋼纖維之殘餘強度為圖 5-45，C2、HC2、HA2 此三種配比，此纖維含量也會因撓度增加，殘餘強度有下降之趨勢，尤其以撓度 2mm 至 4mm 下降之幅度最為明顯，但當纖維含量 2%時，三種配比之殘餘強度 皆很相近，不像添加1%鋼纖維時，不同配比間之殘餘強度會有比較大之差距。

而撓度從 2mm 到達 8mm，C1、HC1、HA1 殘餘強度下降幅度分別為 94.8%、

90.3%、90.1%，此下降幅度三者也較接近，但受高溫 210℃熱養護之 HC2 與 HA2，

下降幅度較少，而90℃熱養護 C2 下降幅度較大些。

表5-11 鋼纖維 2%之彎曲殘餘強度

殘餘強度(MPa) C2 HC2 HA2

2 mm 44.26 48.90 44.38 4 mm 15.98 18.84 18.42 6 mm 7.19 8.27 8.70 8 mm 2.64 4.74 4.41

圖5-44 鋼纖維 1%之彎曲撓度殘餘強度比較

圖5-45 鋼纖維 2%之彎曲撓度殘餘強度比較

5.3.9 預裂縫彎曲強度

混凝土在施工或使用時，可能會使結構物產生裂縫，而裂縫之產生會造成此 處會有高度應力集中現象，可能會在使用過程中，產生破壞發生。以往工程設計 均視材料為均無瑕疵，而破壞力學則是認定材料已有缺陷，若在工程設計上，考 慮到此破壞力學之影響，會有較佳結構物設計。

破裂韌性試驗將抗彎試體下方預留預裂縫，進行中心點抗彎試驗，探討其預 裂縫之抗彎強度，表5-12 及圖 5-46 可以明顯看出三種不同配比或養護方式當纖 維含量增加，預裂縫之抗彎強度也會因為纖維含量增加，會有很明顯之增加趨 勢，而三種配比添加纖維後預裂縫之抗彎強度，也會因此而不同。當基材(0%鋼 纖維)添加 1%鋼纖維，C、HC、HA 三種配比之預裂縫抗彎強度成長幅度分別為 72.5%、288.8%、144.9%，當從 1%添加到 2%鋼纖維時，C、HC、HA 三種配比 之預裂縫抗彎強度成長幅度分別為 36.9%、60.3%、44.7%，可以看出透過高溫 210℃養護方式後，當添加纖維時之強度成長幅度比較大。

當基材未添加鋼纖維之預裂縫抗彎強度，90℃熱養護之 C0 強度最高，但透 過高溫210℃養護後，HC0 強度下降 76.8%，未添加纖維之爐石活性粉混凝土透

過高溫210℃養護，試體若預先有裂縫產生，則較無法抵抗外力，材料本身可能 會較脆產生之破壞。

但活性粉混凝土添加鋼纖維之後，預裂縫之抗彎強度，會有很明顯之成長趨 勢，且添加爐石粉之HC1 及 HC2，預裂縫抗彎強度皆高於 HA 及 C 配比，且透 過高溫210℃養護，添加纖維之爐石活性粉混凝土預裂縫抗彎強度較高。當添加 1%及 2%纖維時，預裂縫抗彎強度 HC1 比 C1 與 HC2 比 C2 分別高出 27.5%與 49.4%，且 HA 配比添加 1%及 2%鋼纖維後，透過高溫 210℃養護，預裂縫抗彎 強度會比 90℃熱養護之 C 材還高；但是相同養護方式添加爐石粉之預裂縫抗彎 強度會比未添加爐石粉之活性粉混凝土強度來的高。因此活性粉混凝土添加爐石 粉透過高溫210℃養護後，可以增進基材與纖維間之粘結力，抵抗預裂縫處之應 力場，纖維在裂縫處形成牽引作用，為阻止裂縫之延伸。

表5-12 添加不同纖維之預裂縫彎曲強度 預裂縫彎曲強度

(MPa) 0 % 1 % 2 %

C 24.36 42.01 57.49

HC 13.78 53.58 85.87

HA 20.13 49.30 71.31

曲應變能。

圖5-47 不同纖維之預裂縫彎曲應變能

5.3.11 臨界應力強度因子(K

)

透過破裂韌性試驗，將長方形抗彎試體下方預留預裂縫，在預裂縫之下方裝 設COMD 位移計，紀錄抗彎試體受加載過程中，加載力與裂縫開口之位移變化 量，並且在這預裂縫之抗彎試體上進行中心點抗彎試驗之加載，利用極限強度之 載重力Pmax，代入 ASTM E399 線彈性材料破裂韌性規範公式，如公式 5-9，計 算出載重到達抗彎強度臨界點之臨界應力強度因子(KIC)。

在抗彎試體下方預留預裂縫，裂縫尖端有很大之應力場，而應力強度因子K 作為裂縫尖端應力大小之指標。而當材料受應力時，承受應力強度因子 KI到達 臨界應力強度因子(KIC)時，裂縫會開始迅速延伸，導致試體破壞；若在試體內添

在抗彎試體下方預留預裂縫，裂縫尖端有很大之應力場，而應力強度因子K 作為裂縫尖端應力大小之指標。而當材料受應力時，承受應力強度因子 KI到達 臨界應力強度因子(KIC)時，裂縫會開始迅速延伸，導致試體破壞；若在試體內添