第四章 爐石活性粉混凝土基本性質
4.3 結果分析與討論
6.3.4 衝擊應變能
HC 及 HA 兩組配比添加 1%及 2%鋼纖維，透過 SHPB 進行動態衝擊試驗，
試驗結果如表6-2 所示，可以看到隨著衝擊能量 J 增加，試體之應變率也會跟著 增加，抵抗衝擊能量之吸能特性及抵抗變形能力不同，由於混凝土破壞發展是由 裂縫的產生與發展所導致，在裂縫之成長過成中，是需要能量才會使裂縫開始成 長，若在裂縫成長受到阻止時，就需要更多能量才會使試體受到破壞，因此爐石 活性粉混凝土若添加鋼纖維，會阻礙試體裂縫產生與擴展，可以吸收較多破壞能 量，試體受到破壞。
由圖6-10~6-12 可以看出，當應變率與衝擊能量增加時，試體本身瞬間無法 吸收這麼多的衝擊能量，因此試體會有較多的裂縫產生以抵抗試體破壞。圖6-25 隨著應變率增加，試體吸收能量增加，強度也隨著增高，應變率到達 711~904/s 最高時，試體吸收能量最多；由圖6-26 可看出隨著撞擊桿之衝擊能量 J 的增加，
試體會抵抗撞擊動能之能量會增加。
圖6-27~6-28 為撞擊桿之衝擊能量 662J~ 7130J 與 1194J ~1302J 時，試體吸 收能量關係，可以看出當添加鋼纖維1%時，會有較佳之動態吸能特性，此纖維 量之試體吸收之能量會比基材高；當添加鋼纖維量到達2%時，吸能特性會比 1%
差，但是抵抗之衝擊抗壓強度會隨著纖維含量增加而有所成長。 HC0 1290.17 904.77 12.80 HC1 127.80※ 191.12 1.65 HC1 680.55 405.80 8.13 HC1 1237.25 897.65 13.14 HC2 102.67※ 195.09 0.56 HC2 662.17 513.99 6.19 HC2 1194.82 829.72 11.79 HA0 124.93※ 165.93 1.60 HA0 713.35 525.18 8.07 HA0 1243.56 841.35 12.41 HA1 120.34※ 149.09 1.78 HA1 699.41 403.98 9.23 HA1 1302.03 711.68 13.74 HA2 150.29※ 255.32 1.20 HA2 705.01 515.32 8.60 HA2 1266.46 712.21 13.60
圖6-25 應變率與試體吸收能量關係
圖6-26 衝擊動能 J 與試體吸收能量關係
圖6-27 衝擊動能(662J~ 7130J)時試體吸收能量關係
由圖6-29 可以看出，當應變率 128~255/s 時，峰值應變為較低；當應變率到 HC0 1290.17 904.77 0.011 HC1 127.80※ 191.12 0.007 HC1 680.55 405.80 0.013 HC1 1237.25 897.65 0.011 HC2 102.67※ 195.09 0.010 HC2 662.17 513.99 0.012 HC2 1194.82 829.72 0.012 HA0 124.93※ 165.93 0.009 HA0 713.35 525.18 0.023 HA0 1243.56 841.35 0.010 HA1 120.34※ 149.09 0.006 HA1 699.41 403.98 0.012 HA1 1302.03 711.68 0.024 HA2 150.29※ 255.32 0.020 HA2 705.01 515.32 0.026 HA2 1266.46 712.21 0.010
※在此應變率作用下，試體未產生破壞
圖6-29 應變率對峰值應變關係
性模數 E 會有下降之趨勢，比靜態彈性模數低，可能為試體加載並未破壞，而 應變率提升到403~525/s 之後，動態彈性模數會因為應變率增加，而有提升的趨 勢，並且動彈性模數高過於靜態彈性模數E 值。
由圖6-32 為不同應變率(R1: 128~255/s、R2：403~525/s、R3：711~904/s)下，
各配比添加鋼纖維後之動態衝擊彈性模數 E，可以明顯看出當應變率 128~255/s
※
在此應變率作用下，試體未產生破壞
圖6-31 靜態與動態應變率下之衝擊動態彈性模數
圖6-33 應變率及纖維含量對動態彈性模數影響
第七章 爐石活性粉混凝土耐久性質
圖7-1 浸泡於碳酸氫鈉飽和溶液
圖 7-2 放入烘箱烘乾
圖 7-3 透過酚鈦指示劑測定中性化深度
7.2.2 氯離子滲透試驗
製作Φ100mm×200mm 之混凝土圓柱抗壓試體，本研究依據 ASTM C1202-97 和 AASHTO T277-89 規範試驗，在要求之齡期量測其內部電荷通過量，其試驗 步驟如下：
1. 以切割機切割試體之中段部分，切取圓柱 Φ100mm 厚度 50mm(圖 7-4)之圓柱 試體，試體兩端必須平坦。
圖7-4 氯離子滲透試驗之試體
2. 將試體放置於真空槽中，以真空馬達抽氣使其達到 760mmHg(1atm)之一大氣 壓(圖 7-5)，並持續保持真空 3 小時。
圖7-6 氯離子試驗蒸餾水蓋住真空槽中之試體
7. 取出試片置於電滲槽中，在陽極槽中置入 0.3N 的氫氧化鈉溶液，陰極槽中置 入 3%的氯化鈉溶液，並完成電路安裝(圖 7-7)。
8. 通過外加 60V 之直流電壓，可以得電流值I 並紀錄其電流值。 0
圖7-7 氯離子試驗之試體裝入電滲槽中
ASTM 建議每 30 min 量測一次電流量，代入下列公式求出 6 小時內通過的
度變化試驗法進行耐久性試驗，這兩種方式都是將試體浸泡於硫酸鈉溶液中，用 不同方式來進行探討爐石活性粉混凝土之耐久性能。
1. 硫酸鈉或硫酸鎂粒料健度試驗法
本試驗方法參考CNS1167 及 AASHTO-T104 試驗規範，依序下列試驗方式 進行試驗：
1. 將爐石活性粉混凝土灌製 50×50×50 mm 之立方試體(如圖 7-8)，將試體進行 100℃烘乾秤重。
2. 將試體浸泡於飽和硫酸鈉溶液中(比重維持 1.154~1.171)24 小時後，在表面呈 現氣乾狀態後放置110±5℃烘箱烘乾 24 小時(如圖 7-9)，將試體取出後，秤其
烘乾重。
圖7-8 立方試體 50×50×50 mm
圖7-9 浸泡於硫酸鈉飽和溶液及烘箱烘乾
3. 浸泡飽和硫酸鈉溶液 24 小時與烘乾 24 小時為一乾溼循環，本試驗需經歷五
圖7-11 水泥砂漿棒之長度變化量測
7.2.4 透水試驗
本研究借用嘉義大學土木與水資源工程系之儀器設備，使用之混凝土透水儀 如圖7-12 參考 JIS A6101 試驗規範進行透水試驗。試驗使用直徑 100 mm、高 50 mm 之圓柱試體(圖 7-13)，用灌製Φ100×200 mm 圓柱抗壓試體，進行切割，取 出中間段50 mm 厚之試體進行透水試驗。
圖7-12 混凝土透水試驗之透水儀
圖7-13 透水試驗試體
圖7-14 透水試驗之試體用環氧樹脂包覆
圖 7-15 透水儀試體裝置
將爐石活性粉混凝土依JIS A6101 混凝土透水試驗規範，進行兩天(48 小時) 試驗，發現並無任何滲透水可以滲透過去，因此計算出滲透係數 K 值皆為 0。而 為了判定爐石活性粉混凝土有添加爐石(50%)及未加爐石(0%)兩組配比，透水滲 透性質，因此在進行透水試驗之滲透水添加染料，並在到達預定滲透天數後，將
混凝土試體從圓之直徑處縱向剖開(圖 7-16)，量測滲透水滲入混凝土之最大深 度。此試驗方式之示意圖如圖7-17 所示，為了更能瞭解混凝土滲透深度，調整 滲透天數為7 天，來探討透水之滲透深度Δ。
圖7-16 透水試體剖開量測滲透深度
圖7-17 混凝土透水試驗使用染料量測滲透深度示意圖
7.3 結果分析與討論
7.3.1 加速中性化
當中性化加速到1 週時，HC 材與 HA 材基材與添加綱纖維試體之中性化深度都 為0 mm，加速一週量測試驗方式照片為圖 7-19。
而由圖7-18 可以看出加速中性化乾濕循環到達 4 週及 8 週時，中性化深度 就會出現，但深度並不明顯，可以看出添加鋼纖維後，中性化深度較淺，而基材 受中性化影響較嚴重，且隨著加速時間增加，中性化深度也會越深。而HC 材與 HA 材之加速中性化深度差異性不會太大。
表7-2 中性化深度量測 (mm)
時間 HC0 HC1 HC2 HA0 HA1 HA2
1 週 0 0 0 0 0 0
4 週 2 2 2 3 4 0
8 週 8 4 5 10 4 6
圖7-18 中性化與日期深度
HA0 HA1 HA2
HC0 HC1 HC2 圖7-19 加速中性化 1 週時利用酚酞量測中性化深度
7.3.2 氯離子滲透
混凝土中之孔隙多寡、微結構完整性、孔隙間之穿透性等因素都會影響混凝 土氯離子滲透能力，而混凝土氯離子滲透能力代表抵抗外界物質進入內部之能 力，也是耐久性之指標之一。若氯離子含量過多，會侵蝕混凝土中之鋼筋，加速
為 3.75”(95mm)圓柱試體，而本試驗是使用 100mm 圓柱試體，因此必須將通過 之總電荷量修正再探討電滲量。
文獻[66]指出，若混凝土有足夠之氯離子抵抗能力，其電滲量之要求<2000 庫侖，本研究之氯離子滲透試驗結果為表7-3，數據經試體尺寸修正。比對表 7-1 ASTM C1202-97 試驗規範之評定標準，可以看出活性粉混凝土添加爐石(50%) 及未添加爐石(0%)之 HC0 材及 HA0 材，兩組配比 6 小時累積通過之電荷量，分
圖7-20 添加鋼纖維 HC 及 HA 材氯離子滲透試驗電滲量關係
將爐石活性粉混凝土與參考文獻[67]中之一般普通混凝土之氯離子電滲量 來作比較探討，文獻當中之普通混凝土有三組配比進行試驗，水灰比分別為0.4、
0.48、0.56，其配比表為表 7-4，而普通混凝土之基本性質與氯離子電滲試驗結果 為表7-5。
由圖 7-21 可以看出爐石活性粉混凝土與普通混凝土之氯離子滲透量之比 較，因爐石活性粉混凝土之抗壓強度及抗彎強度高於普通混凝土4~5 倍，由氯離 子滲透試驗，結果得知，普通混凝土之電滲量高於爐石活性粉混凝土基材 139 倍顯示爐石活性粉混凝土比普通混凝土有優異之抵抗氯離子滲透能力，因此爐石 活性粉混凝土會比普通混凝土有更佳之耐久性。
表7-4 普通混凝土配比表(kg/m3)[67]
配比編號 W/C 水 水泥 粗骨材 細骨材
抗彎強度(MPa) 5.0 4.5 4.3
氯離子電滲量(庫侖) 3142 3445 5978
電滲等級 中等 中等 高
圖7-21 普通混凝土與爐石 RPC 氯離子滲透量比較[67]
7.3.3 硫酸鈉粒料健度試驗法
將爐石活性粉混凝土浸泡於飽和硫酸鈉溶液中，進行 5 次乾溼循環，量測最 後之重量來計算重量損失率，並且將量測完之立方抗壓試體，進行單軸抗壓試 驗，跟未浸泡硫酸鈉溶液之試體進行作抗壓強度比較，探討浸泡硫酸鈉溶液後，
抗壓強度折減率。
表7-6 為爐石活性粉混凝土進行浸泡硫酸鈉溶液，量得計算出之重量損失率 (%)，可以看出添加爐石之活性粉混凝土之 HC 材及 HA 材重量損失率相當低，
HC 材重量損失之範圍 0.93%~2.32%；而 HA 材重量損失範圍 0.74%~0.89%。HC0
圖7-22 浸泡硫酸鈉溶液 5 次乾溼循環後之 HA0 試體
圖7-23 浸泡硫酸鈉溶液 5 次乾溼循環後之 HA1 試體
圖7-24 浸泡硫酸鈉溶液 5 次乾溼循環後之 HA2 試體
7.3.4 水泥砂漿浸泡硫酸鹽溶液中長度變化試驗法
本試驗主要模擬爐石活性粉混凝土長期使用於防洪構造物之主要結構材 料，長期浸泡於河水、海水或者是工業廢水中，受到有毒化學物質之侵入侵蝕，
材料本身是否容易受到此汙染而膨脹崩壞，因此根據ASTM C 1012 (CNS14794) HC0 0.0028 0.0024 0.0032 0.0080 0.0100 0.0168 HC1 0.0072 0.0032 0.0080 0.0048 0.0060 0.0148 HC2 0.0044 0.0008 0.0024 0.0060 0.0100 0.0136 HA0 0.0044 0.0052 0.0108 0.0124 0.0160 0.0244 HA1 0.0036 0.0104 0.0080 0.0140 0.0108 0.0260 HA2 0.0052 0.0088 0.0028 0.0084 0.0120 0.0088
比較文獻[58]普通水泥砂漿棒，浸泡於硫酸鈉溶液中之長度變化，文獻[58]
圖7-25 浸泡於硫酸鈉溶液之長度變化情形
7.3.5 透水滲透係數
混凝土材料之設計通常都以強度及工作性能為基準，但混凝土之耐久性質，
卻沒有納入設計考慮因素之一而混凝土之滲透性，會影響耐久性的指標之一，可 以代表混凝土試體內部之微小孔隙之有害物質通過難易度，因此本研究將爐石活 性粉混凝土參考JIS A6101 混凝土之透水滲透試驗進行透水試驗，探討爐石活性 粉混凝土之透水性及耐久性關係。
混凝土透水試驗，參考JIS A6101 試驗規範。將混凝土進行透水試驗，量測 到達48 小時時，累積之透水量(cm3)代入公式(7-4)求得透水係數 K。將爐石活性 粉混凝土利用20kgf/cm2水壓力進行透水試驗，到達 48 小時時，HC0 材與 HA0 材及添加鋼纖維之試體，都沒有任何水從混凝土滲透過去，因此累積到48 小時 之滲透係數為 0；而將這些試體保持此種水壓力繼續加壓到 14 天，也無任何水 滲透過去，因此到達 14 天時之滲透係數也是為 0。但將此試驗之圓柱試體從圓 之中心線劈開，可以看出有水滲透進去之水痕痕跡如圖7-26 所示。