計 畫 類 別 ： 整合型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2625-M-151-001- 執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學土木工程系 計 畫 主 持 人 ： 潘煌 共 同 主 持 人 ： 戴毓修 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：彭仁柏 碩士班研究生-兼任助理人員：葉仁豪 碩士班研究生-兼任助理人員：姜長庚 碩士班研究生-兼任助理人員：吳承修 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 100 年 10 月 27 日
先進混凝土材料應用於防洪構造之研究
子計畫：活性粉混凝土防洪耐久及耐震性質研究(I)
Durability and Seismic Resistant Properties of Reactive
Powder Concrete for Hydraulic Structures (I)
計畫編號： NSC 99-2625-M-151 -001
執行期限：99 年 8 月 1 日至 100 年 7 月 31 日
主持人：潘煌鍟 國立高雄應用科技大學土木工程系
摘 要
台灣水工結構物使用的混凝土強度多數只有 21MPa，常無法應付暴雨與颱 風期間的河川水流沖刷、土石流的衝擊磨損或是地震荷重作用，導致水工結構物 容易破壞，造成生命、財產與經濟重大損失。活性粉混凝土(RPC)具有超高強度， 膠結材的卜作嵐材料大多為矽灰，在國內矽灰並未生產，必須仰賴進口，使得活 性粉混凝土的成本較高，若用爐石取代部分矽灰製成活性粉混凝土，可降低混凝 土成本具有經濟效益。本計畫屬第1 年研究計畫，探討目標強度 150MPa 活性粉 混凝土靜態及動態的力學性質、韌性及耐久性，其中力學性質與韌性使用 MTS 萬能材料試驗機及霍普金森壓桿(SHPB)進行抗壓和抗彎強度、直接剪力強度、 應力-應變曲線、韌性指數、應變能、破裂韌性，而耐久性有加速中性化、氯離 子滲透、抗硫酸鹽試驗及透水試驗。 試驗結果指出，活性粉混凝土的抗壓強度會因爐石取代矽灰越多，抗壓強度 有降低的趨勢，經過5 組(15 種)配比設計及試驗後，爐石取代 50%矽灰之活性粉 混凝土經由適當製程與養護的抗壓強度可達150MPa。爐石活性粉混凝土透過高 溫210℃養護，可提高抗壓強度、抗彎強度及彎曲韌性，若添加 1%及 2%鋼纖維 時，可以增加抗彎強度、臨界應力強度因子KIC。隨著應變率與衝擊能量增加， 衝擊強度也有明顯增加，具良好的吸能耐震特性。含爐石及鋼纖維的HC 材會比 未添加爐石之HA 材有較佳抗彎強度及韌性。耐久試驗發現，爐石活性粉混凝土 的中性化程度和硫酸鹽浸泡後的重量損失不嚴重，且氯離子滲透及透水抵抗能力concrete due to earthquake. Reactive powder concrete (RPC) is a kind of ultra high strength concrete. Silica fume is always chosen in binders for PRC. To import silica fume is necessary in Taiwan will increase the cost of RPC. The cost down is possible if we replace parts of silica fume by blast furnace slag in RPC. The aims of this research are to investigate static and dynamic behavior, toughness and durability of RPC with target strength of 150MPa. Compressive strength, flexural strength, stress-strain curve, toughness index, strain energy, fracture toughness and direct shear strength were measured through MTS machine and split Hopkinson pressure bar (SHPB). The durability of RPC including accelerated carbonation test, chloride permeability test, sulfate resistance test and water permeability test was conducted.
Results indicate that, the more silica fume replaced by blast furnace slag, the less compressive strength of RPC. Compressive strength can reach 150MPa for 50% silica fume replacement in RPC. Through high temperature curing at 210℃, RPC with blast furnace slag shows an increase in compressive strength, flexural strength and toughness. Adding 1% or 2% steel fiber into RPC can raise flexural strength and critical stress intensity factor KIC. Impact strength and energy-absorbing capability
also increase with increasing strain rate and impact force. RPC containing blast furnace slag (HC) has better flexural strength and toughness compared with no blast furnace slag inside. For RPC containing slag, the degree of carbonation and the weight loss in sulfate were not significant. Moreover, chloride-penetration resistant capacity and water-permeability resistant capacity in RPC were better than those in common concrete. From SEM, RPC without slag shows more Monosulfoaluminates (AFm), but has more Ettringite (Aft) if slag is added.
Keywords: hydraulic Structures
,
blast furnace slag, reactive powder concrete (RPC), seismic properties, durability目 錄
摘 要 ... I Abstract ... II 目錄 ... III 第一章 緒論 ... 1 1.1 研究動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 2 1.3 研究方法 ... 2 第二章 文獻回顧 ... 4 2.1 RPC 發展與設計理念 ... 4 2.2 活性粉混凝土工程上應用 ... 7 2.3 添加爐石粉活性粉混凝土之研究 ... 8 2.4 材料破壞力學與應變速率關係 ... 9 2.5 纖維混凝土裂縫破壞模式 ... 11 2.6 纖維混凝土彎曲韌性指數計算方法 ... 13 2.7 破裂韌性 ... 18 2.8 混凝土耐久性 ... 20 2.9 活性粉混凝土微觀結構 ... 20 第三章 試驗計劃 ... 23 3.1 試驗目的 ... 23 3.2 材料性質 ... 24 3.3 試驗參數與試體製作 ... 31 3.4 拌合方式 ... 33 3.5 養護方式 ... 35 3.6 試體研磨 ... 36 3.7 試驗儀器與設備 ... 37 第四章 爐石活性粉混凝土基本性質 ... 44 4.1 試驗目的 ... 44 4.2 試驗方法 ... 44 4.3 結果分析與討論 ... 46 4.3.1 工作性 ... 46 4.3.2 爐石粉添加量之抗壓強度影響 ... 485.3.2 靜態破裂型態 ... 62 5.3.3 靜態彈性模數 ... 67 5.3.4 靜態應力-應變曲線 ... 69 5.3.5 靜態應變能 ... 71 5.3.6 抗彎強度... 74 5.3.7 韌性指數... 75 5.3.8 抗彎殘餘強度 ... 85 5.3.9 預裂縫彎曲強度 ... 87 5.3.10 預裂縫彎曲應變能 ... 89 5.3.11 臨界應力強度因子(KIC) ... 90 5.3.12 直接剪力強度 ... 95 第六章 爐石活性粉混凝土動態力學性能 ... 98 6.1 試驗目的 ... 98 6.2 試驗方法 ... 98 6.3 結果分析與討論 ... 102 6.3.1 衝擊抗壓強度 ... 102 6.3.2 衝擊破裂型態 ... 106 6.3.3 衝擊應力-應變曲線 ... 110 6.3.4 衝擊應變能 ... 113 6.3.5 衝擊峰值應變 ... 117 6.3.6 衝擊動態彈性模數 ... 119 第七章 爐石活性粉混凝土耐久性質 ... 122 7.1 試驗目的 ... 122 7.2 試驗方法 ... 122 7.2.1 加速中性化試驗 ... 122 7.2.2 氯離子滲透試驗 ... 124 7.2.3 抗硫酸鹽試驗 ... 127 7.2.4 透水試驗... 129 7.3 結果分析與討論 ... 132 7.3.1 加速中性化 ... 132 7.3.2 氯離子滲透 ... 134 7.3.3 硫酸鈉粒料健度試驗法 ... 137
7.3.4 水泥砂漿浸泡硫酸鹽溶液中長度變化試驗法 ... 139 7.3.5 透水滲透係數 ... 141 第八章 爐石活性粉混凝土微觀結構 ... 147 8.1 試驗目的 ... 147 8.2 試驗方法 ... 147 8.3 結果分析與討論 ... 148 第九章 結論 ... 160 參考文獻 ... 162
中防止立即性洪水災害發生的重要結構物，可防止承受河水長期浸泡、沖蝕、衝 擊磨耗等。由於土石在川急的水流帶動下，運動及衝擊方式不一樣，其沖刷磨損 破壞方式也不一樣。目前防洪構造大多使用材料以天然土砂、石籠、混凝土為主， 大多構造物主要是以普通混凝土來作為主要材料。由於混凝土材料是由膠結材料 與粗(細)骨材所組成之複合材料，在河砂及大粒徑之卵石沖刷、撞擊作用之下， 混凝土受大量撞擊作用容易受破壞；且台灣位於環太平洋地震帶中，因地震活動 頻繁，先前水工結構物主結構材料在興建規劃設計時，並沒有考慮到耐震能力， 每次地震來臨時防洪構造物會產生裂縫，又因接續雨水與河水沖刷與滲透，造成 結構物加速損壞。因此，利用改變混凝土內之組成成份，改善混凝土膠結材與粗 細骨材之界面膠結狀況，可提升混凝土的耐磨、耐衝擊性能及耐震能力，有利於 防洪構造物之耐衝磨性能之提升。 近年重大工程所使用之材料設計，其設計基準趨勢朝以「生命週期」作為設 計考量基準，因此需要一種高強度兼具有耐久性能、抗劇烈衝擊性能之工程材料 來提高防洪構造物之長久壽命。纖維混凝土(Fiber Reinforced Concrete ,FRC)為近 三十年來迅速發展之水泥基複合材料，藉由添加鋼纖維，可明顯提升混凝土之抗 壓、抗彎強度及抗衝擊韌性。在減水強塑劑的不斷進步，活性粉混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)中去除了粗骨材，利用粒徑相當細的石英砂作為骨材，減 少材料內部孔隙，使內部達到相當緻密的效果，並且添加矽灰，在水化作用下產 生卜作嵐反應，可以有效改善混凝土的微觀結構，改變了混凝土晶體結構之 C-S-H 膠體含量，大幅降低孔隙率，增加膠結材與骨材間之界面粘結能力，使得 活性粉混凝土材料性質變得更堅硬、緻密。活性粉混凝土添加適量之鋼纖維，可 使混凝土在破壞時阻止破壞裂縫之成長，抵抗材料直接破壞，大幅提升混凝土韌 性性質[1]。因此防洪構造物若使用活性粉混凝土作為構造物材料，其耐久性、 強度、衝擊韌性會優於一般高強度混凝土。 目前有許多高強度混凝土的膠結材料都添加適量的卜作嵐材料，如：飛灰、 爐石粉和矽灰，來提高混凝土的耐久性能和強度，國內外近年來之活性粉混凝土
配比的膠結材通常使用水泥、矽灰和石英粉，主要使用的卜作嵐材料為矽灰，然 而台灣並沒有生產矽灰，必需要仰賴國外進口，2010 年的單價約 35 元/kgf，成 本花費相當的高。而水淬爐石粉為台灣鋼鐵製造過程中的工業副產品，具有良好 的膠結功能，如果能與氫氧化鈣進行「卜作嵐反應」形成類似水化產物 C-S-H 膠體，可使混凝土有較高的品質穩定性。因此，活性粉混凝土最好使用台灣自行 生產之卜作嵐材料如飛灰或爐石較為恰當，可使成本大幅降低。
1.2 研究目的
本計畫屬第1 年研究計畫，針對適用於防洪構造之活性粉混凝土的配比，探 討活性粉混凝土的耐久、耐候和耐震等基本力學性質，建立防洪需求之材料參數 與工作性，以符合耐久性和耐震性之防洪需求，此活性粉混凝土具資源再生利 用、節能減碳，具增加生命週期功能。 首先，活性粉混凝土利用水淬爐石粉取代部分矽灰，探討爐石粉取代量及添 加1%、2%鋼纖維，找出取代矽灰之爐石活性粉混凝土達到 150MPa 抗壓強度的 最佳配比，其中控制流度值在200~250 mm 以避免鋼纖維沉澱。 將達到150MPa 目標強度之爐石活性粉混凝土，添加鋼纖維 1%及 2%，透過 高溫養護，進行靜態、動態衝擊力學、耐久性及微觀結構試驗，結果與未添加爐 石的活性粉混凝土比較。本研究的靜態力學試驗包括抗壓強度試驗(彈性係數 E、 應力-應變曲線圖、應變能)、抗彎強度試驗(韌性指數 TI 及殘餘強度)、破裂韌性 試驗(應力強度因子 KIC、吸收能量)、直接剪力強度試驗；動態衝擊試驗包括動 態應力-應變曲線、動彈性係數、衝擊能量 J、試體吸收能量；材料耐久性試驗有 加速中性化試驗、抗硫酸鹽試驗、氯離子滲透試驗及透水試驗；微觀試驗是利用 掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測試體晶體微觀結構，進行分析。最後，所得的試驗 結果，與未添加爐石之活性粉混凝土比較，作為防洪構造的使用參考。1.3 研究方法
驗、材料耐久性試驗及微觀試驗。
材料耐震性質除了抗壓強度、應力-應變曲線及應變能外，參考 ASTM C1609 進行中心點彎曲試驗，畫出載重-撓度曲線，計算撓度到達 2mm、4mm、6mm、 8mm 時之韌性指數(TI)及殘餘強度；破裂韌性參考 ASTM E399，探討試體受抗
彎加載時預留裂縫尖端之應力強度因子(KIC)及到達極限強度之吸收能量；直接剪 力強度試驗，參考文獻[2]試驗方式，計算剪應力τ。動態衝擊力學試驗使用分 離式霍普金森壓桿(SHPB)試驗機，進行三種高應變速率(102~103/sec)衝擊試驗， 探討不同應變速率作用之動態應力-應變曲線及撞擊吸收能量。 材料耐久性量測試驗，包括中性化試驗、抗流酸鹽試驗(CNS 14794 及 AASHTO-T104)、氯離子穿透試驗(ASTM C1202-97 及 CNS 14795)、透水試驗(JIS A6101)。最後，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行微觀量測，比較分析添加爐石 之活性粉混凝土的微觀結構及組成。
第二章 文獻回顧
2.1 RPC 發展與設計理念
近年來的大自然環境迅速變遷，大自然的反撲力量逐漸超越人類可以抗拒之 能力，世界各地重大地震、海嘯、強烈颱風災難頻傳，土木建築結構工程對人民 生存是息息相關。因此，對於建築結構與材料設計方面，受到世界各國的重視， 近幾年來對於材料品質的要求提高，高強度混凝土受國內外學者及業界注重，世 界 各 國 也 不 斷 創 新 發 展 各 種 需 求 的 新 型 混 凝 土 ， 從 高 性 能 混 凝 土(HighPerformance Concrete, HPC)、自充填混凝土(Self Compacting Concrete, SCC)，發 展到現今研究之超高強度活性粉混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)。
活性粉混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)屬於超高強度混凝土，具有高 強度有助於橋梁、高層建築結構自重減輕，也有效降低地震力，添加鋼纖維後具 有高韌性之特性，減緩破壞發生時材料之瞬間破壞情形[19]。 法國發展之活性粉混凝土，初期為了因應國防工業的需求而發展，原屬於軍 事建築物之機密材料，從1990 年開始研發，直到 1994 年在美國公開發表，此種 高強度材料受世界各國學者投入研究行列，逐步研究配比組成、力學性質、耐久 性與微觀結構等。研究出之材料性質，活性粉混凝土(RPC)具有優越性的力學性 質、耐久性與環保性也相當的優越，因此這受到各國建築材料學者關注。 Richard(1995)[3]提出 RPC200 及 RPC800 設計養護方法理念： 1. 去除粗骨材增加材料的均勻性： 藉由最大粒徑 600μm 石英砂來取代粗骨材，使得材料之微裂縫和孔隙 缺陷大幅降低，並且藉由粒徑減小而增加界面的粘結能力，來提升材料試體 的強度。另外可以降低骨材與漿體間之差異性質，造成之不均勻性。 2. 以高溫養護方式來改善材料之微結構： 利用高溫蒸氣養護方式，來提高材料早期之力學性質，節省材料養護之 時間成本，並可以使材料形成緻密的微結構，來增加材料耐久性。 3. 提高密實性：
2-1，抗壓強度較一般普通混凝土(4000Psi)強度高出 7 倍，抗彎強度高出普通混 凝土約6 倍，耐久性能及韌性指標都超越普通混凝土。 表2-1 三種不同混凝土性能[4] 性質 RPC NC HPC 強度指標 抗壓強度(MPa) 靜態彈性模數(GPa) 柏松比 極限壓應變(×10−6) 彎曲強度(MPa) 極限拉應變(×10−6) 194~203 62~66 0.22~0.24 3000 32 7000 20~55 20~30 0.18~0.22 3000 4~8 100~150 60~80 35~40 0.18~0.22 3000 6~10 100~150 耐久指標 MIP 孔隙率(%) N2滲透率(m2) 鋼筋腐蝕試驗(μm/year) 4 20 10 5× − 0.01 9% 15 10 7× − 0.25 - - 1.2 韌性指標 KIC(MPa．M0.5) GF(J/m2) 5.4~11.3 33500~47300 <2.5 100~150 自1995 年 Cheyrezy 等[6]提出活性粉混凝土特點是使用高含量的矽灰和非常 低的水灰比拌製而成的，且透過微觀分析得知試體經由熱養護方式有較低的孔隙 率，使得 RPC 有較佳之力學性能和耐久性，且由圖 2-1 可看出卜作嵐反應之活 性會隨著養護溫度增加而增高。
圖2-1 卜作嵐反應之活性與養護溫度之關係[6]
Chan(1995)[7]對活性粉混凝土中之矽灰含量進行研究，矽灰含量多寡會影響
鋼纖維破壞時與水泥基材拉拔之抵抗能量如圖 2-2，且矽灰添加量為 20%~30%
時，鋼纖維與混凝土基材間界面粘結效果為最佳。
出蒸壓養護之養護時間、溫度與壓力之關係為圖2-3。 圖2-3 蒸壓養護溫度、壓力與時間關係[10]
2.2 活性粉混凝土工程上應用
RPC 屬於超高強度之混凝土，且兼具有高韌性及高耐久性，在國外已有一 些重大工程開始使用RPC 作為主結構材料。圖 2-4 為加拿大建造第一座 RPC 之 Sherbrood 試驗橋，利用不銹鋼管為主桁架結構。 圖2-4 加拿大 RPC 之 Sherbrood 試驗橋[11]國內進行工程上運用之研究，簡 (2001) [12]進行剛性鋪面的修補研究，利用 RPC 材料於中山高泰山收費站與中正機場進行剛性鋪面，RPC 具有快速修補之 性能兼具有韌性性質。Lee (2007) [13]將 RPC 作為修復材料之探討，RPC 耐磨細 數高於普通混凝土8 倍，並進行凍融循環耐久性之探討，為優良混凝土。蕭 (2007) [14]利用活性粉混凝土來製作水溝蓋，並且建立設計水溝蓋之配比設計。詹(2007) [15]研究將 RPC 運用在軍事用途之相關研究上之探討，因 RPC 添加鋼纖維後會 有良好吸收能特性，可以吸收受爆壓能量之功用。
2.3 添加爐石粉活性粉混凝土之研究
傳統之活性粉混凝土(RPC)中之膠結材，大多使用矽灰作為卜作嵐材料，因 矽灰在台灣並未生產，若要降低成本，且要活性粉混凝土在台灣構造物普遍廣泛 使用，則須由台灣生產之卜作嵐材料來取代矽灰較為恰當。因水淬爐石粉為卜作 嵐材料，為鋼鐵生產時之副產品，具有良好的膠結能力，若以適當的方法可激發 其水化作用之活性，也會與氫氧化鈣進行「卜作嵐反應」形成類似水化產物C-S-H 膠體，混凝土中添加爐石粉可以增進對混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕之能力[16]。 國外學者Zhang (2008) [17]提出綠色活性粉混凝土，添加少量飛灰及爐石且 添加4%鋼纖維，透過 90℃和 200℃兩種熱養護方式可達到 200MPa 之高強度目 標，並探討動態力學之性能影響。Halit 研究團隊(2008-2010) [18-20]研究添加少 量之飛灰、爐石粉之力學性能，結果顯示力學性能不會有明顯降低的趨勢。並在 活性粉混凝土養護過程中，利用高溫高壓養護方式，添加飛灰及爐石粉之活性粉 混凝土，可以有效增加抗壓強度，及改善抗彎韌性。 近年來國內學者逐漸研究活性粉混凝土中添加爐石粉，李(2006) [21]應用「黃 氏富勒緻密配比設計法」在活性粉混凝土配比中，並添加飛灰與爐石粉探討其添 加後之性質，其水膠比越低及添加鋼纖維後，抗壓、抗彎強度都會有增加之趨勢。 吳(2006) [22]將活性粉混凝土中利用少量之飛灰及爐石粉作取代，探討 25℃和 85℃兩種養護方式，添加爐石粉透過高溫蒸氣養護後，早期有良好之力學性質，為不會像均質脆性材料所表現出之破壞性質。內部各別不同的材料組成，均會產 生不同的反應，這些反應都會造成變形不一致。 圖2-5 為混凝土典型受壓力時之破壞模式，圖 2-5(1)這種破壞情形通常發生 低強度之混凝土，混凝土試體受到剪切破壞。將混凝土進行靜態載重試驗，破裂 過程中試體內部會有充份時間發展，在受壓力過程中，試體內會誘導出側向張應 力，因為混凝土抗張能力較弱，在試體受壓載過程當中，這些側向拉應力會導致 試體開裂，隨著裂縫蔓延延著軸向路徑發展，裂縫穿越骨材直接導致試體破壞， 如圖2-5(3)所示，高強度混凝土破壞模式大多以此種破壞模式為主。圖 2-5(2)指 出混凝土無法完全避免試體受壓力加載時，某些端部束制力作用，破壞模式可能 為剪力與拉力複合應力同時引起之破壞模式。 圖2-5 混凝土圓柱試體受壓時典型破壞模式[26] 混凝土對不同應變率作用下非常靈敏，當應變率超過某個階段後，混凝土材 料會因為應變速率增加，試體強度也急速增加，試體的破壞行為會使裂縫急速快 速成長，衝擊試驗後，可獲得動態下之應力-應變曲線，隨著應變衝擊速率不同， 材料性質與行為也會有所不同。Lindholm [27]歸納動力試驗之狀況如圖 2-6 所
示，對於一般使用油壓式或電磁荷重試驗機進行擬靜態試驗應變速率，範圍約在 6 10− /s ~ 4 10− /s 之間，受地震影響引發範圍約 3 10 1× − /s ~ 1 10 1× /s，則衝擊或爆炸所 產生的應變率約在100/s ~ 3 10 /s 或更高，對此範圍應變率多使用落重式試驗(drop
weight impact testers)和氣動式衝擊試驗機進行。
-8 10 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 應變率 (S )-1 潛 變 擬靜態荷重 中應變率 高應變率 地震
爆炸
固定荷重 或 應力試驗機 油壓式 或 電動伺服式震 動台 汽動式 或 機械式衝擊試 驗機 高速氣槍 或 爆炸衝擊 實驗加載方式 荷重型式 圖2-6 材料應變率與試驗方法[27]分離式霍普金森壓桿(spilt-Hopkinson pressure bar, SHPB)屬於氣動式衝擊試
驗機，該設備最早是由Hopkinson 在 1914 年提出， 1949 年，Kolsky [28]將桿分 成兩節，將試體放置其中，利用SHPB 量測到衝擊荷重下應力-應變曲線之關係， 此試驗方法簡單，使得SHPB 被應用於材料的動態性質試驗，從最初的動態壓縮 試驗，發展出動態拉伸與扭轉，來測試各種複合材料。 材料之應力-應變曲線，會受到許多因素之影響，試驗方式，材料本身特性， 加載儀器、加載之速率等等，都是影響曲線變化之變因，一般加載加載速率之探 討，可以分為應力與應變增加率兩種，但大多研究文獻[29-31]都以應變控制增加 率來進行探討混凝土材料之變形行為，研究可以發現，混凝土對於應變速率影響 很大，不同的應變速率，會影響強度、應力-應變曲線變化、彈性模數、韌性性 質都會有所影響。
(SHPB)及萬能材料試驗機(MTS)進行對於鋼纖維混凝土靜態與動態衝擊抗壓之 強度與韌性性質，隨著纖維含量增加，材料性質從脆性變成韌性，並且利用重複 衝擊方式，探討添加纖維量1.5%和 3%時之韌性性質。曾[37]使用霍普金森試驗 機(SHPB)探討不同種類之纖維加入瀝青混凝土受動態衝擊之研究，並且分別利 用應力-應變圖中的應變能，做韌性指標探討，分別探討當應變量到達 0.01、0.02、 0.03、0.04、0.05 時之韌性，結果可以發現不同纖維種類，會有不同韌性情況發 生，隨著纖維量增加，韌性會有較高之趨勢，且隨著應變量增加，也會有增韌作 用。
2.5 纖維混凝土裂縫破壞模式
20 世紀初，鋼纖維混凝土的概念由俄國學者提出，在美、英、法、德陸續 有相關報告提出，纖維混凝土可以改善普通一般混凝土的脆性性質，提高混凝土 受力學壓縮、彎曲作用時，抗裂、抗拉之能力，抵抗試體之破壞。直至1993 年 提出高強度、低孔隙率之高強度活性粉混凝土，添加細鋼纖維，大幅提升韌性性 能[38]。 活性粉混凝土中加入鋼纖維，混凝土試體受到加載力學作用下，鋼纖維為裂 縫阻抗物，在材料內部應力集中處產生之裂縫，添加鋼纖維可有效阻止裂縫的傳 播與產生。纖維在混凝土破壞情形為圖2-7 大致可分成拉脫破壞、拉斷破壞、剪 力破壞[39]。 纖維與混凝土間的應力傳遞是藉由基材與纖維界面之剪應力與纖維的拉應 力相互拉拔之影響，此時纖維受拉力影響會產生柏松比作用，纖維同時會產生側 向收縮如圖2-7(a)，直至試體產生破壞。 1. 纖維拉脫破壞： 纖維產生拉脫破壞，是因當纖維受到之拉應力大於纖維與基材界面之容許剪 力時，纖維與基材間產生剝離現象，纖維即被拉拔出基材，產生拉脫破壞如圖2-7(b)。纖維受拉應力同時，柏松比作用下產生側向收縮，會降低與基材之握裹 力，加速拉脫破壞。 2. 纖維拉斷破壞： 當纖維含量過少時，混凝土破裂後，纖維本身抵擋不過纖維受拉拔作用，達 到纖維材料本身之拉力臨界值，而導致纖維直接受到拉斷破壞如圖2-7(c)。 3. 纖維剪力破壞： 纖維混凝土受到剪力作用下破壞如圖2-7(d)，當剪應力大於纖維本身之抗剪 強度，造成纖維剪斷破壞。若因纖維長徑比過大，抗剪斷面小，此種纖維改善混 凝土之抗剪能力無太大作用。 混凝土基材之破壞模式為剪力破壞，受到加載作用時，會有產生45°剪力作 用，產生剪力破壞，而在混凝土中添加鋼纖維，鋼纖維本身會有剪力強度，產生 抗剪能力，同時也可能因為混凝土產生裂縫後，纖維與基材間之拉拔作用下，試 體並未產生拉脫破壞，會有抵抗剪應力之能力[40]。纖維混凝土受剪力作用之初 裂強度與直剪韌性會隨著纖維含量增加而提高[41]。Millard [2]進行靜態與動態直 接剪力試驗，靜態直剪強度會隨著纖維含量增加而提高，而剪力之動態動態放大 因數不會因應變率有明顯增加如圖2-8。 (a)
(c) (d) 圖2-7 纖維混凝土破壞情形[39] 圖2-8 不同應變率與纖維含量之剪力動態增加因數關係[2]
2.6 纖維混凝土彎曲韌性指數計算方法
纖維混凝土中添加鋼纖維，有優越的韌性性能，利用抗彎破壞模式最能夠顯 示纖維混凝土的韌性特徵。而最近各國有許多彎曲韌性之判斷標準與方法，較多 研究學者常用的有美國混凝土協會ACI 544 提出彎曲韌性指數 T.I.、美國材料試驗學會ASTM C1018 韌性指數法、日本土木工程協會標準 JSCE G552、中國工 程建設標準協會標準CECS13：89 等，這些韌性判定分析方法大致可以區分成能 量比值法、特徵點法與強度法，分述如下： 〈1〉美國混凝土協會 ACI 544 美國混凝土協會ACI 544 提出彎曲韌性指數 T.I [42]，計算原理如圖 2-9 所 示。其中圖上 A 點為抗彎試體之初裂點，δ 為初裂點撓度，δlb規範給定之特徵 點撓度，本規範之標準抗彎尺寸：100mm×100mm×350mm，因此撓度特徵點 lb δ =1.9 mm。其彎曲韌性指數 T.I 定義為撓度δlb時與初裂點撓度δ 應變能量之比。 圖2-9 ACI 544 韌性指數計算[42] 定義韌性指數T.I.如下： 1 2 1 . . T T T I T = + (2-1) 1 T 為圖中 OAB 之曲線包圍區域面積 2 T 為圖中 ABDC 之曲線包圍區域面積 〈2〉美國材料試驗學會 ASTM C1018 美國材料試驗學會ASTM C1018 試驗規範定義之韌性指數計算方式[43]如
圖2-10 ASTM C1018 韌性指數之計算[43] 5 I 、I 、10 I20計算方式如下： 1 3 5 T T I = (2-2) 1 5 . 5 10 T T I = (2-3) 1 5 . 10 20 T T I = (2-4) 其中， T 為圖中1 OAB 區域之面積 T 為圖中 OACD 區域之面積 3 T 為圖中 OAEF 區域之面積 5.5 T10.5為圖中OAGH 區域之面積 〈3〉中國建設協會試驗標準 CECS13：89 中國建設協會試驗標準CECS13：89 計算原理[44]如圖 2-11 所示。本規範之 標準抗彎尺寸：100mm×100mm×350mm，其中 A 點為初裂點，WFcra為初裂撓度，
分別以3WFcra、5.5WFcra15.5WFcra之前之載重-撓度曲線下之包圍面積與WFcra前之 載重-撓度曲線下之面積作為比值稱為韌性指數，計算出來之韌性指數分別用
5
m
圖2-11 CECS13：89 韌性指數計算[44] 此規範中ηm5、ηm10、ηm30計算方式如下： 5 m η = OACD 面積/OAB 面積 (2-5) 10 m η = OAEF 面積/OAB 面積 (2-6) 30 m η = OAGH 面積/OAB 面積 (2-7) 〈4〉日本試驗標準 JSCE G552 日本之試驗標準為JSCE G552 提出彎曲韌性指數計算原裡[45]如圖 2-12 所 示，設 P 為試件加載至撓度δlb=3mm 時之平均荷載，其中直線 AB 下面積為載 重曲線下面積T 為下列公式(2-9)計算出： lb P T = δ (2-9)
以上敘述各國較常使用之韌性指數計算方式，最近各國學者皆有將這些韌性 指數分別提出來作比較[46-48]，探討透過不同標準規範抗彎時之韌性，其中美國 ACI554、ASTM C1018 及中國大陸 CECS13：89 標準探討之韌性指數，都是材 料彈塑性應變能與彈性應變能之比值，皆屬於能量比值法來探討韌性。美國ACI 韌性指數只有從初裂點探討到特徵點撓度δlb下之韌性，使用起來較為方便，但 無法看出特徵點撓度δlb後半段曲線撓度鋼纖維作用下之韌性行為；而美國 ASTM C1018 及大陸試驗標準 CECS13：89 所探討之韌性指數，採用 3 倍與 5.5 倍初裂撓度作為多個特徵撓度做韌性計算，與設計中若考慮到延性作用可供使 用，並且主要可以探討材料撓度曲線後半段之增韌效果與行為。 Sukontasukkul [47] 透過 ASTM C1018 試驗方式進行纖維混凝土高溫作用後 之韌性性質，透過此方法可以探討峰值後半段曲線韌性性質，並可探討受高溫不 同溫度作用後之增韌性質。但以上方法皆與初裂撓度有關，準確判定初裂點位置 不容易，初裂點位置判定之準確性，對於計算出韌性指數之數據，會有很大影響。 日本 JSCE G552 判定之彎曲韌性指數，學者使用此法之研究[50-51]，透過 抗彎強度做比較，探討增韌之效果，與初裂強度並沒有關係，對於判斷不同種類 之鋼纖維增韌效果影響，較容易判斷。 由於美國ACI554、ASTM C1018 及中國大陸 CECS13：89 試驗標準，對於 抗彎時載重撓度曲線上之初裂點撓度之判斷，需要非常之精準，否則可能會造成 韌性指數上計算誤差。 〈5〉美國材料試驗學會 ASTM C1609 此規範使用之標準抗彎尺寸：100mm×100mm×350mm，圖 2-13 分別探討當 撓度到達L/600 與 L/150 時(L=抗彎試體長度)，到達此兩撓度之殘餘強度；並且 探討撓度到達 L/150 時，載重-撓度曲線下從原點到此點之包圍面積，作為本試 體之韌性指數(TI)，此種方法較為簡單，單存使用能量法來判定此試體之韌性指 數。
圖2-13 ASTM C1609 韌性指數計算[52] 最近學者利用ASTM C1609 之研究，Marijan [53]對於超高性能鋼纖維混凝 土，因ASTM C1018 初裂點判斷會造成誤差，因此透過 ASTM C1609 試驗規範， 進行研究探討不同種類之鋼纖維含量混合之纖維混凝土，但更改實驗數據分析之 方式，原規範使用探討撓度到達L/150 時之應變能與殘餘強度，此學者改變成撓 度到達3mm、4mm、6mm 時之面積作為韌性指數，並探討到此撓度之殘餘強度 變化，來判斷此規範之撓度點後之韌性，可以看出峰值後纖維混凝土之增韌效 果。Higashiyama [54]也透過 ASTM C1609 與 JSCE 552-1999 兩種試驗規範，進 行探討少量纖維混凝土彎曲與剪力韌性性質，並且選用多點撓度，進行韌性指數 之分析。
2.7 破裂韌性
在混凝土製做當中，會因為灌製方法、環境溫度變化、體積變化等因素，造 成混凝土試體，產生微小裂縫，這些裂縫會造成試體受力過成中應力集中的現 象，導致結構物破壞。而破壞力學認定材料本身含有微小裂縫，是以有裂縫為出 發點進行設計結構物，來彌補工程設計上常用方法之缺陷。圖2-14 材料破裂模式 [39]
在圖2-15 中，在裂縫的尖端 T 處，有很大的應力場行為，以應力強度因子
(Stress Intensity Factor) K 作為裂縫尖端應力大小指標。而 KIC則表示臨界應力強
度因子(Critical Stress Intensity Factor)，可以表示材料內部是否成長，單位為
m MPa 。當材料進行載重受力行為時，隨著應力增大，材料內部應力強度因子 KI也會隨著增大，材料所承受之應力強度因子 KI到達此材料之 KIC時，材料弱 點處之裂縫即會開始不穩定延伸，將會導致材料迅速破壞。高韌性材料較不容易 因外載重作用讓內部裂縫繼續蔓延，活性粉混凝土中若添加鋼纖維，鋼纖維會在 裂縫尖端處與裂縫面間形成牽引力，可以降低尖端應力場，有助於裂縫較不容易 延伸，並且臨界應力強度因子KIC值也會增大，導致試體需要較大的應力強度因 子KI才會到達臨界應力強度因子KIC使試體破壞。
圖2-15 纖維混凝土受拉力作用破壞[39] Bernal [36]在鋼筋混凝土中添加鋼纖維，透過破裂韌性試驗方式，探討初裂 縫尖端之應力強度因子，會因纖維含量不同而有所不同。Taylor [37]透過破裂韌 性裂縫下方裝設CMOD 位移計，探討鋼纖維高強度混凝土受預裂縫縫加載力對 開口位移之影響。
2.8 混凝土耐久性
台灣氣候環境高溫潮濕，空氣及水汙染嚴重，對結構物主結構材料有很大的 影響，因此材料之耐久性能特別重要。ACI 201 規範將混凝土之耐久性定義為「抵 抗風化作用、化學侵蝕、磨損及經過物理、化學作用長期劣化作用下抵抗毀損能 力」。物理、化學作用劣化可以分成：鹽害、鹼‧骨材反應、化學侵蝕、中性化、 凍害、磨損作用下之混凝土劣化。 混凝土屬於多孔隙之複合材料，許多材料組成，本身有許多微小孔隙，混凝 土運用於各種結構構造物、水工構造物，處於各種惡劣環境作用下，環境中的水、 氣體及侵蝕性的化學物質，都會藉由混凝土表面之孔隙，緩慢的滲透到試體內 部，產生物理、化學之劣化反應，使混凝土品質、強度受到劣化之影響。因此在 耐久性之考量上，如何縮小試體縫隙，來阻斷有害物質侵入，是相當重要的因素水泥產生水硬性反應後，會產生 C-S-H 膠體、氫氧化鈣、硫鋁酸鈣水化物 及孔隙等微觀產物，這些產物都有各自之特徵，其這些產物之數量多寡其組成方 式，都對混凝土之強度及耐久性有一定程度之影響，其各水化產物之特性為表 2-2。其 CSH 膠體、CH 晶體及單硫鋁酸鹽化合物結晶體之外觀如圖 2-16~2-18。 表2-2 水泥漿體之水化物微觀結構特性[26] 水泥漿體 顯微結構 C-S-H 膠體 氫氧化鈣 (CH) 硫酸鈣水化物 毛細管孔隙 鈣釩石 （AFt） 單硫型酸 鈣(AFm) 特微 連續的母體；不定 形、多孔隙、毛細 管、膠孔 結晶狀、顆 粒 (0.01-1mm) 10× 0.5μm 1×1× 0.1μm 依水灰比而 定，形狀不定 結畾顆粒小 (1~10μm) 成份 C-S-H C-H - 比重 2.3~2.6 2.24 ~1.75 1.95 0 結晶 甚差 很好 好 尚好 - SEM 外觀 (1*0.1μm， t<0.001μm)針刺 或不定形狀 無孔條紋柱 狀 細長六 角針狀 六角薄 狀，不規 則玫瑰狀 -
解析方法 SEM OM、SEM OM、
SEM SEM
OM、SEM、 MIP
圖2-16 針刺球狀之 CSH 膠體[58]
使用的矽灰，利用水淬爐石粉來取代，設計出抗壓強度可達150MPa 之配比。澆 置時為了有較佳工作性能且避免鋼纖維發生沉澱情形，添加鋼纖維含量0%、 1%、2%之流度值必須控制於 200~250mm 之間，來進行爐石取代量配比探討。 為增加爐石取代量，活性粉混凝土採用熱養護方式，使材料抗壓強度性質能夠達 到最佳化的狀態。接續探討150MP 爐石活性粉混凝土及傳統活性粉混凝土(爐石 0%)熱養護後靜態、動態衝擊力學性能、耐久性及微觀晶體結構。 本研究試驗項目內容如下： 1. 利用 MTS 萬能材料試驗機進行靜態之抗壓試驗，採用應變速率5×10−6/s及 使用圓柱Φ 50×100mm 抗壓試體進行單軸向抗壓試驗，並在試體兩側裝上軸 向伸長計，量測試體軸向位移變化，畫出受壓加載時之應力應變曲線圖，並 探討試體受破壞前及極限強度破壞後之應力應變全曲線變化；在試體中央安 裝環向伸長計，量測側向應變化，並且計算楊氏彈性模數E 及柏松比ν。
2. 彎曲韌性試驗及抗彎破裂韌性試驗，參考 ASTM C1609 及 ASTM E399 試驗
規範。使用MTS 萬能材料試驗機進行中心點抗彎試驗，採用長方形抗彎試體 40×40×160 mm 進行彎曲韌性試驗，利用載重-撓度曲線圖計算韌性指數(TI) 及殘餘強度；則抗彎破裂韌性試驗，使用長方形40×40×160 mm 抗彎試體， 在試體中間下方預留4mm 預裂縫，利用中心點抗彎加載方式加載到極限強 度，計算臨界應力強度因子(KIC)及應變能。 3. 直接剪力試驗，參考文獻[2]製作直接剪力試體，用 MTS 萬能材料試驗機進 行直接剪力加載，加載速率為1mm/min，加載至試體破壞，而極限破壞強度 為試體直接剪力強度。 4. 在 2 3 10 ~ 10 /s 應變速率範圍下，採用Φ 50×25mm 圓柱試體，利用分離式霍 普金森桿(SHPB)進行動態衝擊試驗，量測材料在不同應變速率作用下之性 質，在入射桿和透射桿上黏貼應變計，連接惠斯電橋(Wheastone bridge)、訊 號放大器與數位高速示波器，在撞擊桿發射撞入入射桿後產生一維入射波， 並在彈性波傳遞到試體及透射桿接觸面上，產生反射波及透射波，使用一維
波傳理論，得到RPC 受衝擊時應力-應變曲線，求得衝擊時之活性粉混凝土 抗壓強度、衝擊能量 J、楊氏彈性係數 E、衝擊吸收能量。 5. 探討爐石活性粉混凝土耐久性質，進行加速中性化試驗[61]、氯離子滲透試 驗(ASTM C1202-97 及 CNS 14795)、透水試驗(JIS A 6101)、硫酸鹽試驗(CNS 14794 及 AASHTO – T104)四種耐久性試驗。 6. 微觀試驗使用掃描式電子顯微鏡(SEM)透過 1000X、3000X、5000X 放大倍 數，觀察添加爐石及未添加爐石之活性粉混凝土，分析粘結密實性、孔隙、 和材料內部之晶體微觀結構。
3.2 材料性質
活性粉混凝土(RPC)為水泥基複合材料，RPC 可由水泥砂漿(基材)添加鋼纖 維(介質)所組成之鋼纖維活性粉混凝土，其試驗材料如下： 1.水泥： 採用台灣水泥公司第 II 型卜特蘭水泥，如圖 3-1。有中度水化熱與中度抗 硫酸鹽的特性，由於含有較少的C3A，能使水化熱降低，且有抗硫特性及良好耐 久性，密度為3.16 g/cm3，平均粒徑約為15.8 μ m。其水泥化學及物理性質如表 3-1。
2 .石英粉：
為玻璃磨成的石英粉料，粒徑約為5-20μm，如圖 3-2。石英粉主要功能在熱
處理期間可以激發其活性，幫助CH 產生 C-S-H 膠體。
3.石英砂：
採用志純實業股份有限公司生產之石英砂，使用型號為#4，如圖 3-3，平均
粒徑約為105~420μm，密度為 2.62 g/cm3，SiO2 純度達 97％，硬度在 6~7 之間。
圖3-4 矽灰 表3-2 矽灰基本性質【興大內台電試研中心 2004】 試驗項目 單位 試驗結果 試驗方式 二氧化矽(SiO2) % 95.01 ASTM C1240 燒失量 % 1.98 細度 m2/kg 20,000 與水泥混合7 天之活性指數 % 91.38 5.水淬爐石粉: 水淬爐石粉為中聯公司生產之水淬爐石粉，如圖3-5，符合 CNS 12549 規 格，使用型號為#6000，其細度為 611m2/kg (平均粒徑為 7.02μm)。水淬爐石粉 化學及物理性質表如表3-3。
圖3-5 水淬爐石粉 表3-3 水淬爐石粉物理與化學性質【中聯公司】 檢驗項目 (Inspection Itern) 檢驗結果 (Test Result) 物 理 試 驗
比表面積(Fineness by Air Permeability test) m2/kg
611 #325 篩餘(Amount Retained on #325 Sieve ) (%) 1.3
比重(Density) 2.88 活性指數 (Activity Index) 7 天(7 days) (%) 112.6 28 天(28 days) (%) 126.6
墁料空氣含量(Air content of Mortar) 2.94
化 學 試 驗 燒失量L.O.I(Loss on Ignition) (%) 0.38 二氧化矽SiO2(silicon DIoxide) (%) 33.26 三氧化二鋁Al2O3 (Aluminum oxide) (%) 14.56 三氧化二鐵Fe2O3 (Ferric oxide) (%) 0.33
氧化鈣CaO (Calcium oxide ) (%) 41.46
圖3-6 強塑劑
7.鋼纖維：
使用Dramix 公司生產之鋼纖維，長度為 12.0mm，直徑 0.18mm，長徑比
(aspect ratio)為 60，比重為 7.8，其表面經過鍍銅處理成金黃色以防腐蝕，鋼纖維
(a)
(b)
的工作性及避免鋼纖維沉澱的情形發生，最後調整出爐石取代矽灰含量之配比表 (表 3-5)，找出抗壓強度 150MPa 配比。爐石取代矽灰比例試體編號分別為： A(0%)、B(30%)、C(50%)、D(70%)、E(100%)五種，透過 90℃養護添加鋼纖維 含量1%及 2%進行抗壓試驗，並給予試體編號，當 C 組配比添加 1%鋼纖維時， 編號成C1；當添加 2%鋼纖維時，編號成 C2，以此類推。 表3-4 爐石取代配比變數 配比變數 (爐石取代矽灰量) A(0%)、B(30%)、C(50%)、D(70%)、E(100%) 鋼纖維量 0%、1%、2% 養護方式 90℃養護 7 天 齡期 10 天 表3-5 爐石活性粉混凝土配比表 [kg/m3] 編 號 鋼纖維含 量 水膠 比 水 水泥 矽灰 爐石 粉 石英 粉 石英 砂 強塑 劑 A0 0% 0.23 180 714 216 0 252 944 36 A1 1% 0.23 180 714 216 0 252 918 36 A2 2% 0.23 180 714 216 0 252 891 36 B0 0% 0.23 180 714 151 65 252 962 36 B1 1% 0.23 180 714 151 65 252 936 36 B2 2% 0.23 180 714 151 65 252 910 36 C0 0% 0.23 180 714 108 108 252 973 36 C1 1% 0.23 180 714 108 108 252 947 36 C2 2% 0.23 180 714 108 108 252 921 36 D0 0% 0.25 180 714 65 151 252 940 48 D1 1% 0.25 180 714 65 151 252 914 48
D2 2% 0.25 180 714 65 151 252 888 48 E0 0% 0.28 214 714 0 216 252 892 50 E1 1% 0.28 214 714 0 216 252 866 50 E2 2% 0.28 214 714 0 216 252 840 50 將目標強度150MPa 之 C 材配比與未添加爐石 A 材配比，透過 210℃養護添 加鋼纖維含量1%、2%，接續進行靜態、動態力學試驗、耐久性及微觀結構。透 過210℃養護方式，則在試體編號前給予 H 編號，例如：當 C 組配比添加 1%鋼 纖維時，編號成HC1；當添加 2%鋼纖維時，編號成 HC2，以此類推。靜態力學 試驗包括抗壓試驗、抗彎試驗、破裂韌性試驗及直接剪力強度試驗；透過三組不 同應變率進行SHPB 動態力學試驗；耐久性試驗包含加速中性化、快速氯離子試 驗、抗硫酸鹽試驗及透水試驗。各試驗試體尺寸如表3-6，各配比製作 3 顆試體 進行試驗。 表3-6 試驗試體尺寸(單位：mm) 試驗項目 試體尺寸 靜態抗壓試驗 Φ50×100 抗彎試驗 40×40×160 破裂韌性試驗 (下方預留 4mm 預裂縫) 40×40×160 動態力學試驗 Φ50×25 加速中性化試驗 Φ50×100 氯離子滲透試驗 Φ100×50 硫酸鈉粒料健度試驗 50×50×50 浸泡硫酸鹽長度變化 25×25×285 透水試驗 Φ100×50
圖3-8 拌合機 將水與強塑劑均勻混合，分三次加入拌合桶中，加入後分別拌合1 分鐘，最 後一次加入(水+強塑劑)後，大約拌合 8 分鐘就會產生流度。若是無添加鋼纖維 之基材，則產生流度後使用三速(360rpm)進行高速攪拌一分鐘；若是添加鋼纖維 之活性粉混凝土，則分三次份量加入鋼纖維，每次加入鋼纖維後，使用一速(120 rpm)進行攪拌，第三次加入完成後，再進行三速(360rpm)進行高速攪拌一分鐘。
依照材料配比準備材料 (水泥、矽灰、爐石、石英粉、石英砂) 依照順序將材料置入拌合桶中 (水泥、矽灰、爐石、石英粉、石英砂) 用低速(120rpm)乾拌二分鐘 使用湯匙攪拌未攪拌均勻部份 再用低速(120rpm)乾拌二分鐘 使用湯匙攪拌未攪拌均勻部份 將強塑劑和水均勻混合 (強塑劑+水) 分三次加入拌合桶中 用一速(360rpm)攪拌一分鐘 漿料分 3 層灌置試體模中 拌合約 8 分鐘產生流度 將鋼纖維分 三次 加入 拌合桶中 無鋼纖維 有鋼纖維
90℃熱水進行熱養護 7 天，取出後放置於室溫一天使試體降溫再進行試驗。 2. 養護 2 (Curing2) : 將拆完模後試體，置入恆溫恆濕水槽養護，於 90℃熱水熱 養護5 天，取出後放置於預先加溫至 90℃高溫烘如圖 3-12，再以每分鐘 2℃升 溫速率升溫至210℃，進行熱養護 2 天，最後取出後放置於室溫一天使試體降 溫再進行試驗。 圖3-10 灌置完成後利用夾鏈袋封住試體 圖3-11 恆溫恆濕水槽 90℃熱水養護
圖3-12 高溫烘箱 210℃高溫養護
3.6 試體研磨
試體熱養護後，取出冷卻後進行試驗前，必須保持受壓面水平狀態，避免加 載應力集中現象。因此使用試體研磨機如圖3-13，將試體先行研磨處理，確保試 體兩端之受載面保持水平狀態，再透過精密水平磨床(圖 3-14)，進行兩受壓面水 平研磨，研磨至兩面保持水平光滑為止，經水平研磨處理後的試體如圖3-15。圖3-14 精密水平磨床 圖3-15 試體經水平研磨處理
3.7 試驗儀器與設備
1. MTS 萬能材料試驗機 本研究使用之100 噸 MTS 材料試驗機，為美國 MTS 公司所生產製造，為 自動循環封閉迴路伺服油壓控制系統，由可供應油量200gpm 的油壓機、驅動軸、 100 噸荷重計(load cell)及可利用電腦或手動調整命令之主控制箱所組成，如圖 3-16 所示。實驗進行加載方式可採用荷重控制(load control)、位移控制(displacement control)或應變控制(strain control)任一種方式進行實驗。
試驗進行中，荷重計、LVDT 及開口位移計，分別將訊號傳回主控制箱，並
且MTS 主控制箱會進行偵測試驗進行狀況與設定狀況是否一致，若不一致會同
MTS 萬能材料試驗機對圓柱試體進行抗壓試驗，在 Φ50×100mm 圓柱抗壓 試體裝設50mm 軸向伸長計(extensormeter)，橫向裝設應變環，紀錄試體受加載 到破壞軸向位移情形，及橫向、側向加載時變形關係，可畫出完整應力-應變曲 線圖形，可計算求得彈性模數E 值、柏松比ν值。 圖3-16 MTS 萬能材料試驗機、控制器及電腦分析系統 2.分離式霍普金森桿法試驗機(SHPB) 分離式霍普金森桿法試驗裝置如圖3-17 所示，設備全長 10m，主要由控制 器、資料擷取系統、動力供給系統、測速系統、撞擊桿、入射桿、透射桿及緩衝 系統等部份所組成。啟動器壓控制系統如圖3-18 所示，是用來控制鋼瓶填充氣 體及發射撞擊桿之用途，動力系統是利用空壓機及高壓鋼瓶組成。入射桿與透射 桿黏貼應變計後，連接惠斯電橋(Wheastone bridge)、訊號放大器與數位式高速示 波器，量測兩端受撞擊後之彈性應變量，以計算入射桿與透射桿所夾持試體之應 變歷程，緩衝系統則由最末端耗能設備，用以吸收撞擊後之能量，避免各桿彈回 撞及影響資料之擷取。
圖3-17 分離式霍普金森壓桿試驗機 圖3-18 啟動氣壓控制系統 3.掃描式電子顯微鏡(SEM) 微觀試驗使用中山大學國科會貴儀中心儀器，採用儀器廠牌為 JEOL 型號 JSM-6330TF 掃瞄式電子顯微鏡，如圖 3-19 所示 SEM 利用電子束撞擊在試體時 所產生各種不同訊息，其中以二次電子與背向散射電子為SEM 主要呈像依據， 在超高真空(−10−10torr)環境中操作，可得到高品質解析度影像。
在拍攝SEM 前，試體需要經過烘乾、乾燥、鍍金腹膜等程序，烘乾方式則 使用烘箱進行烘乾，再浸泡於甲醇溶液當中，避免水泥繼續進行水化反應，再進 行鍍金腹膜之工作，利用離子腹膜機，在試體表面上均勻覆蓋一層金屬薄膜。 圖3-19 掃描式電子顯微鏡 4.伸長計 軸向伸長計是利用惠士頓電橋原裡，其電路如圖 3-20 所示，一根金屬導線 的阻抗與長度成正比，但與截面積成反比，當此導線受到外力拉伸或壓縮時，其 阻抗會因此而改變，但改變的數值太小無法直接應用，所以將導線拉長並彎曲， 其阻抗約為300Ω。試體上裝設軸向和橫向伸長計之方式，如圖 3-21 所示。
圖3-21 試體裝設軸向伸長計 5.連續記錄器 採用CRONOS-PL2 連續記錄器，如圖 3-22 所示，連接電腦與配合 LVDT 位 移計使用，裡面包含惠斯敦電橋所產生微電壓變化，將信號放大後輸出，紀錄電 壓放大器所擷取的電壓頻率，每秒讀取資料紀錄最快可以到達20k 筆，紀錄數據 資料包含時間與電壓。 圖3-22 連續記錄器
6.精密平面磨床 採用儀器廠牌為KENT，型號為 KGS-250/AHD 之精密平面磨床，主要確保 在進行靜、動態抗壓試驗時試體上下水平面整平，防止試體受力不平均造成應力 集中現象，精密磨床如圖3-14 所示。 7.應變片(strain gage) 應變片原理是利用金屬導線電阻值的改變，進而量測應變值，本研究使用 KYOWA 生產之應變片，型號為 KFG-5-120-C1-11，應變片長度 5mm，電阻值 119.8±0.2 歐姆(Ω)，將應變片黏貼於霍普金森壓桿試驗機之入射桿與透射桿之彈 性桿上如圖3-23 所示，配合高速數位示波器擷取數據資料。 圖3-23 應變計黏貼於彈性桿 8.數位式示波器 採用 Agilent 科技公司之 54620A 示波器，所記錄霍普金森壓桿試驗機之試 體受撞擊瞬間彈性桿之應變、荷載、位移及時間等數據，而數據擷取量可達 200MHZ 的訊號，示波器如圖 3-24 所示。
第四章 爐石活性粉混凝土基本性質
4.1 試驗目的
本研究將傳統活性粉混凝土配比中使用的矽灰，利用水淬爐石粉來取代，分 別利用爐石取代矽灰0%、30%、50%、70%、100%，找出齡期 10 天抗壓強度可 達150MPa 之配比。澆置時為了有較佳工作性能且避免鋼纖維發生沉澱情形，添 加鋼纖維含量0%、1%、2%之流度值必須控制於 200~250mm 之間，來進行爐石 取代量配比探討。為增加爐石取代量，活性粉混凝土採用熱養護方式，探討齡期 10 天、28 天爐石取代矽灰抗壓強度差異。接續探討 150MP 爐石活性粉混凝土及 傳統活性粉混凝土(爐石 0%)熱養護後靜態、動態衝擊力學性能、耐久性及微觀 晶體結構。4.2 試驗方法
4.2.1 流度試驗
為了探討灌置材料之工作度，利用流度試驗來量測工作度，材料拌合完成 後，使用ASTM C230M-03 規範之流度台，依據 ASTM C109-99「水泥砂漿流度 試驗法」進行流度試驗。使用之流度錐頂端直徑 70mm、底部直徑 100mm、高 度50mm，放置於流度試驗台(圖 4-1)中間。在進行試驗之前，必須先利用濕抹布 擦拭流度台及流度錐，將漿體分2 次灌入流度錐，分別利用搗棒搗實 25 下，在 完成第2 次澆置搗實之後，將流度錐的活性粉混凝土填滿，利用刮刀將模頂多於 之漿體刮除並修補平整，慢慢將流度錐向上拉起，啟動計時震動，以每30 秒 25 下之速率震動，震動30 秒完畢後，拿量尺量活性粉混凝土坍度直徑如圖 4-2，取 五次的直徑數據，並取平均作為流度值。圖4-1 流度試驗台
4.3 結果分析與討論
4.3.1 工作性
研究文獻[18、19、23、59]指出，若混凝土材料中添加水淬爐石粉，則流度 性質有變高的趨勢。因此，活性粉混凝土中若添加爐石粉，必須保持灌置時良好 之工作性能，且當活性粉混凝土添加鋼纖維後，為避免會有鋼纖維沉澱現象，必 須控制用水量或強塑劑用量，以免有流度太高及泌水情形發生。 本研究的流度值控制在 20~25cm 之間，活性粉混凝土添加鋼纖維後之流度 性質試驗結果如圖4-3。試體編號分別為爐石取代矽灰：A(0%)、B(30%)、C(50%)、 D(70%)、E(100%)，爐石活性粉混凝土基材(纖維量 0%)與添加 1%、2%鋼纖維， 拌合後漿體稠度情形如圖 4-4，顯示當添加到 2%纖維量時，稠度有明顯較高之 情形。圖 4-3 之流度試驗結果顯示，在各種爐石取代矽灰之配比，基材添加 1% 鋼纖維後，流度大約會降低10mm 流度值；若添加 2%鋼纖維時，流度值會比基 材(無鋼纖維)降低 20mm，因此得知鋼纖維含量添加越多的流度會越來越低。 圖4-3 不同爐石添加量之流度值鋼纖維量(0%) \ 鋼纖維量(1%) 鋼纖維量(2%) 圖4-4 不同纖維含量之爐石活性粉混凝土漿體稠度情形 將灌置完養護後鋼纖維含量1%、2%圓柱試體 Φ5×10 cm 剖開，探討鋼纖維 在試體剖面之分佈是否均勻。試體剖開結果如圖 4-5 及圖 4-6，結果顯示，在試 體內部鋼纖維沒有因添加爐石後有明顯鋼纖維糾結分佈不平均之情形發生，也沒 有纖維沉澱於底部情形。 A0 A1 A2 圖4-5 A 配比圓柱試體剖面鋼纖維沉澱情形
C0 C1 C2 圖4-6 HC 配比圓柱試體剖面鋼纖維沉澱情形
4.3.2 爐石粉添加量之抗壓強度影響
將活性粉混凝土之原始配比，用水淬爐石粉取代矽灰：A(0%)、B B(30%)、 C(50%)、D(70%)、E(100%)，如表 3-4，並且添加 1%、2%之鋼纖維，探討齡期 10 天之爐石含量對活性粉混凝土抗壓強度的影響，水淬爐石粉取代矽灰後之抗 壓強度試驗結果為圖4-7 及表 4-1 所示。 圖 4-7 顯示，齡期 10 天之爐石取代矽灰含量比例越高，則抗壓強度會逐漸 降低，而添加鋼纖維1%、2%後，也會因水淬爐石粉取代量越高，抗壓強度有降 低的趨勢；而爐石取代後，會隨著鋼纖維含量，抗壓強度會有增加的趨勢，因此 利用水淬爐石粉取代矽灰，基材對鋼纖維也是有增加握裹的能力，可以阻抗鋼纖 維和基材的拉拔破壞，且各個纖維間都會有拉扯橋接作用，使抗壓強度會增加。 圖4-7 也顯示當活性粉混凝土添加 1%、2%鋼纖維，水淬爐石粉取代矽灰含 量0% (A 材)和 30% (B 材)時，兩者之抗壓強度差異性並不大，尤其是在 2%鋼纖 維含量時，兩者抗壓強度幾乎是相同的。將水淬爐石粉100%完全取代矽灰含量 時，基材(E 材)強度會比沒有取代矽灰(A 材)時，強度降低 31.28%；添加 1%鋼纖 維含量時，強度會降低 33.43%；當纖維含量為 2%時，強度會降低 30.93%，因2% 172.6 174.9 B 0% 143.4 150.4 1% 161.7 165.5 2% 172.0 174.4 C 0% 130.3 131.7 1% 139.3 138.3 2% 155.7 164.2 D 0% 116.2 116.1 1% 125.7 131.8 2% 133.4 141.3 E 0% 104.0 118.1 1% 113.2 120.0 2% 119.2 123.8 圖4-7 爐石與鋼纖維對抗壓強度影響
4.3.3 齡期 10 天與 28 天之抗壓強度影響
水淬爐石粉取代矽灰之配比分別添加鋼纖維含量 0%、1%、2%，在達齡期 10 天和 28 天的抗壓強度試驗結果分別為圖 4-8~圖 4-10 及表 4-1 當齡期由 10 天 到達齡期 28 天時，各種配比之抗壓強度都有逐漸成長的趨勢，圖 4-8 為纖維含 量0%時之水淬爐石粉全部取代矽灰(E 材)配比之 28 天抗壓強度增加較多。由圖 4-10 結果顯示，當利用水淬爐石粉取代矽灰含量 50% (C 材) 時，添加纖維 2% 時之抗壓強度會超過 150MPa，因此，選用此配比(C 材)進行本研究探討爐石活 性粉混凝土之配比。 圖4-8 齡期 10 天和 28 天鋼纖維 0%配比之抗壓強度圖4-9 齡期 10 天和 28 天鋼纖維 1%配比之抗壓強度
第五章 爐石活性粉混凝土靜態力學性能
5.1 試驗目的
本章首先探討 150MPa 爐石活性粉混凝土(爐石 50%-C 材)及活性粉混凝土 (爐石 0%-A 材)受高溫 90℃及 210℃養護後對抗壓強度影響，因混凝土強度是品 質的重要指標[26]，因此本研究將抗壓強度作為熱養護及配比之標準，找出最高 抗壓強度熱養護方式。將C 材及 A 材兩組配比受最佳養護方式，接續進行靜態 力學試驗，包括壓縮試驗、彎曲試驗、破裂韌性試驗及直接剪力試驗。5.2 試驗方法
5.2.1 MTS 抗壓試驗
本研究進行之單軸抗壓試驗，參考ASTM C 39 及 CNS 1232 混凝土抗壓試 驗規範，使用Φ50×100 mm 圓柱試體進行試驗，以位移控制進行加載，加載速率 為0.03 mm/min(應變率5×10−6 /s)，進行單軸抗壓試驗加載直到試體破壞。 在試體進行加載過程當中，在圓柱試體兩側裝設軸向伸長計如圖5-1，並在 試體中間環向裝設應變環，來量測試體受加載時軸向、橫向變形量。畫出抗壓加 載應力-應變全曲線圖，計算抗壓應變能、楊氏模數 E 值、柏松比ν。 在進行抗壓試驗前，必需先將圓柱抗壓試體利用研磨機(圖 3-13)及精密水平 磨床(圖 3-14)磨成保持水平狀態，以防止進行抗壓載重時應力集中現象。每組配 比製作3 顆試體進行抗壓試驗，求取平均值。 本研究之MTS 抗壓試驗，首先將配比表(表 3-4)各爐石取代量之配比，利用 Curing 1 養護方式，探討齡期 10 天及 28 天兩者齡期與爐石取代量和添加 1%、 2%鋼纖維之差異。並將達到目標強度 150MPa C 組(爐石 50%)配比和 A 組(爐石 0%)配比，利用 Curing 2 養護方式，進行相關力學試驗探討。圖5-1 圓柱抗壓試體裝設軸向伸長計與環向應變環 混凝土試體受抗壓試驗之應力σ 、應變ε、楊氏模數 E、柏松比ν的計算方 式如下： 1. 應力σ (stress)： A P = σ (5-1) 式中： P 為試體在軸向所受加載的力，單位：kN。 A 為圓柱試體受加載之面積，單位：mm。 σ 應力單位：MPa。 2. 應變ε(strain)： L δ ε = (5-2) 式中： δ 由伸長計量取受施力方向產生長度變化量。 L 為試體受力方向伸長計預量測之初始長度。
3. 楊氏彈性模數 E：參考 ASTM C469 求得 5 4 . 0 10 5 10 5 4 . 0 5 − ′ − × − ′ = − c f x c f E ε σ (5-3) 式中： f ′ 為極限抗壓強度。 c ε0.4f ′c為0.4 f ′ 所對應的軸向應變。 c σ5×10−5為軸向應變 5 10 5× − 所對應的應力。 4. 柏松比ν： 材料進行軸向抗壓試驗時，在極限強度前之彈性範圍內的側向應變與軸向應 變比值，稱為柏松比ν，其計算方式如下： a l ε ε ν =− (5-4) 式中：εl為垂直於施力方向產生的應變。 εa為平行於施力方向產生的應變。 本試驗之柏松比計算方式如下： 5 4 . 0 1 2 10 5 − ′ − × − = c f l l ε ε ε ν (5-5) 式中：εl2為0.4f ′c所對應之側向應變。 εl1為 5 10 5× − 軸向應變時之側向應變。 ε0.4f ′c為0.4f ′c所對應之軸向應變。
5.2.2 活性粉纖維混凝土彎曲韌性試驗
為了探討爐石活性粉混凝土抗彎韌性性質，參考 ASTM C1609 纖維混凝土 彎曲試驗規範及CNS1234 中心點抗彎試驗。使用 5 噸 MTS 材料試驗機，將 40 x圖5-2 彎曲韌性試驗
試體抗彎強度計算公式如下： 2 2 3 bh PL f = (5-6) 式中： P = 試體加載到最大載重(N) L = 誇度(mm) b = 抗彎試體寬度 (mm) h = 抗彎試體深度(mm) LVDT 位移計位移與電壓換算： 當LVDT 位移計位移到 20 mm 時，電壓變化為 0.02636 伏特，位移計換算 公式為： 2636 . 0 20 V l = Δ Δ (5-7) 式中： VΔ 為位移計紀錄位移時之電壓差。 Δ l為位移計抗壓時紀錄位移。 彎曲韌性指數計算： 彎曲試驗韌性分析方法，參考ASTM C1609 韌性計算，此分析方法是計算 纖維混凝土抗彎韌性，及應力峰值後之殘餘彎曲強度。ASTM C1609 規範定義韌 性指數(TI)為載重-撓度曲線下，初期加載到撓度 2 mm 時載重-撓度曲線所包圍 面積，並探討0.5 mm 及 2 mm 時所對應之殘餘應力。因本研究試體較小，且為 了探討活性粉混凝土應力峰值後之完整韌性行為，因此本研究探討試體在抗彎撓 度2 mm、4 mm、6 mm、8 mm 時韌性指數(TI)，和峰值後的殘餘彎曲強度，來 作為分析纖維活性粉混凝土韌性行為。
5.2.3 破裂韌性試驗
強度因子KIC。 b IC f bd S P K 2 3 max = (5-8) 其式中之 S 為跨距，b、d 分別為試體寬度和深度 d=h-4mm， f 為幾何形狀b 修正係數。 2 / 3 2 2 / 1 ) 1 )( 2 1 ( 2 )] 7 . 2 93 . 3 15 . 2 ( ) 1 ( 99 . 1 [ 3 α α α α α α α − + + − − − = b f (5-9) α為預留裂縫與試體高度h 的比 圖5-4 破裂韌性試體及抗彎示意圖
圖5-5 破裂韌性彎曲試驗
5.2.4 直接剪力試驗
本研究探討爐石活性粉混凝土受直接剪力之剪力破壞情形，因此參考國外文 獻[2]，製作直接剪力試體(圖 5-6、5-7),，直接剪力試體長 100 mm、寬 50 mm， 厚度為30 mm。利用 MTS 萬能材料試驗機進行直接剪力試驗，以位移方式進行 加載，加載速率為1 mm/min，將直接剪力試體放置於試驗機加載夾具中進行加 載如圖5-8，試體受剪力破壞時，會沿著試體設計之預定中心線剪力弱面破壞。 直接剪力試體之中心線剪力弱面面積為 50×30 mm，利用最大加載之荷重力(P) 和試體預設剪力弱面面積(A)計算出直接剪應力τ 。圖5-7 剪力試驗試體 圖5-8 直接剪力試驗加載方式
5.3 結果分析與討論
根據本研究第4-1 節透過 90℃熱養護試拌抗壓強度配比，探討各爐石取代矽 灰抗壓強度影響，找出 C 組配比(爐石 50%)添加 2%鋼纖維時，抗壓強度到達 150MPa 目標，因此採用此配比作為本研究添加水淬爐石粉配比，並且探討傳統 未添加爐石(0%)活性粉混凝土配比，比較兩者靜態力學性能差異。 本章探討C 材及 A 材兩組配比，受不同熱養護靜態力學性能，則試驗數據 以試體編號如表 5-1 所示。相關文獻[10、17]指出混凝土受到高溫 200~300℃高 溫作用後，強度會有上升之趨勢。因此本研究改變 90℃熱養護 7 天之方式，透過90℃熱養護五天，再利用高溫 210℃熱養護兩天，調整此養護方式來探討抗壓 強度是否會成長。若透過高溫210℃熱養護之配比編號，在試體編號前添加 H， 作為高溫 210℃熱養護之配比編號，例如：C 組配比添加 0%之鋼纖維，透過高 溫210℃熱養護，則編號為 HC0，其餘以此類推。 表5-1 配比代號 配比編號 養護方式 爐石取代 矽灰量 鋼纖維含量 0% 1% 2% C 90℃養護 50% C0 C1 C2 A 90℃養護 0% A0 A1 A2 HC 210℃養護 50% HC0 HC1 HC2 HA 210℃養護 0% HA0 HA1 HA2
5.3.1 靜態抗壓強度
將配比A(爐石 0%)及配比 C(爐石 50%)受高溫 90℃及 210℃熱養護方式進行
養護，進行壓縮試驗。齡期 10 天試驗結果如圖 5-9 及表 5-2，可看出透過高溫
210℃抗壓強度有很明顯上升趨勢，添加鋼纖維後，隨著纖維量抗壓強度明顯增 加。當基材(鋼纖維 0%)，透過高溫 210℃熱養護後 HC0 抗壓強度可到達 148.4MPa，抗壓強度比 C0 明顯成長 13.90%；HA0 抗壓強度只有 147.8MPa 與 A0 抗壓強度 151.4MPa 差異不大，並無明顯成長；HC0(爐石 50%)與 HA0(爐石 0%)兩者配比抗壓強度相近。 高溫210℃熱養護後，HC 及 HA 材添加鋼纖維後，抗壓強度明顯比 90℃熱 養護高，HC1 及 HC2 比 C1 及 C2 抗壓強度明顯提升約 18%；HA1 及 HA2 比 A1 及A2 提升約 13%，可以看出透過 210℃熱養護後，可以明顯提升 HC 及 HA 材 抗壓強度。 當高溫210℃熱養護，兩組配比 HA(爐石 0%)與 HC(爐石 50%)，基材添加鋼
幅度較不明顯。 當添加爐石活性粉混凝土配比C(爐石 50%)透過 90℃及 210℃兩種熱養護， 添加1%鋼纖維強度較基材分別成長 6.92%和 10.65%；而當添加到 2%鋼纖維時， 較1%鋼纖維強度成長 11.77%與 11.80%，配比 C(爐石 50%)兩者養護方式，添加 1%、2%鋼纖維時，強度有穩定之成長幅度。 表5-2 高溫 210℃熱養護之配比 A 及 C 受抗壓強度 配 比 鋼纖維含量 抗壓強度(MPa) HA 0% 147.8 1% 192.2 2% 195.2 HC 0% 148.4 1% 164.2 2% 183.6 圖5-9 配比 A 及 C 受不同熱養護方式之抗壓強度
5.3.2 靜態破裂型態
將爐石活性粉混凝土進行抗壓試驗破壞形態和未添加水淬爐石粉之活性粉 混凝土相似，在受加載過程中試體內外部會產生微小裂縫，逐漸擴展到整個試 體，到達極限強度破壞。在極限強度前之破壞，受加載過程當中，試體外部沒有 很明顯之破壞，由試體內部開始展開微小裂縫，到達將要極限強度破壞時，試體 開始會明顯產生裂縫撕裂聲音，到達極限強度後，試體外部可以明顯看出與加載 力相互平行或偏斜之裂縫，繼續加載後，試體內部之微小裂縫會與外部之主裂縫 相互結合，主裂縫快速發展，直接貫穿於整個試體。活性粉混凝土受加載時，與 普通混凝土較不相同，裂縫模式呈現較多為劈裂與剪切之破壞模式，而添加鋼纖 維後，破壞模式有會因纖維含量不同或裂縫分布位置不一樣，而破壞模式也會有 所不同。 活性粉混凝土基材(纖維含量 0%)時，因試體較為脆性，且試體內部沒有添加 鋼纖維，屬於超高強度混凝土，加載進行中，當抗壓強度到達極限強度後，因基 材會直接爆裂破壞，使得 MTS 壓縮鋼柱會發生回彈之現象，圖 5-10~5-12 為不 同配比養護方式之基材試體破壞照，試體都是直接爆裂破壞，其中圖 5-10 透過 90℃熱養護 C0 配比，試體破壞較為片狀狀態破壞；而透過高溫 210℃養護後， HC0 及 HA0 之試體，試體較為脆性，破壞後之試體較為小碎塊，如圖 5-11 和 5-12。 圖5-13~圖 5-18 活性粉混凝土添加鋼纖維後之破壞，在進行加載中，微小裂 縫會擴展到整個試體之大裂縫，與加載力互相平行之劈裂破壞及與加載力偏斜之 剪切破壞兩種裂縫形態，兩者破壞形態都是添加纖維後之破壞形態。例如透過 90℃養護添加 1%鋼纖維之 C1(圖 5-13)，試體外觀裂縫為剪切與劈裂破壞相互而 成；而透過高溫210℃養護，圖 5-14~圖 5-15，為 HC1 與 HA1 試體破壞，材料 性質會變著較脆，當裂縫瞬間開裂破壞纖維被拉拔出來，而剪切與劈裂破壞之裂 縫會比C1 還大，基材與纖維間會互相牽引束制住，導致試體不會像基材一樣爆 開破壞。添加鋼纖維含量2%時，受 90℃養護之 C2(圖 5-16)，裂縫破壞模式也是圖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
(a) 剪切破壞 (b) 劈裂破壞
(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
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
