碳纖維複合物錨定之探討及老化之評估

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

碳纖維複合物錨定之探討及老化之評估

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC92-2211-E-011-032-

執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學建築系

計畫主持人： 林草英 共同主持人： 林英俊 計畫參與人員： 翁志昀

報告類型： 精簡報告

處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 93 年 8 月 6 日

碳纖維複合物錨定之探討及老化之評估

The Research of Carbon Fiber Composite

on Anchorage and Aging

計畫編號：NSC92-2211-E-011-032

執行期間：92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 計畫主持人：林草英 國立台灣科技大學建築系 共同主持人：林英俊 國立台灣科技大學營建系

一、 中文摘要

本研究利用試驗方式，探討以碳纖 維複合物(CFC)於端部轉折處理時，其 錨定強度效果之提升及以氙弧燈耐光 試驗機模擬太陽光線照射下，評估碳纖 維複合物(CFC)與混凝土交界面黏裹強 度老化(衰退)之情況。錨定試驗其試體 之變量包括：CFC 平面黏貼段之長度、

CFC 轉折黏貼段之長度、CFC 轉折之角 度；老化試驗其試體之變量包括：模擬 太陽光線照射時程、碳纖維黏貼層數 (厚度)、膠合物種類、油漆塗佈於 CFC 表層之保護處理。

根據錨定強度之試驗所得結果，

CFC 於端部轉折黏貼方式其黏裹強度 較 CFC 平面黏貼方式黏裹強度高，且 其臨界長度亦較大；CFC 平面與轉折組 合黏貼方式可有效提升錨定強度，但轉 折段之延伸長度必需達平面轉折之臨 界長度 10cm 以上，才能發揮其組合效 果 (R)， 影 響此 組 合黏貼 效 果 因素 包 括：CFC 黏貼長度、CFC 平面黏貼長度 與轉折黏貼長度之比；CFC 以負角度轉 折黏貼時，轉折段未能有效提升整體之 黏裹強度，因此無法作為提升錨定強度 之方法。

根據碳纖維複合物與混凝土交界 面間之黏裹力老化試驗所得結果，將模 擬太陽光線照射後之 CFC 以切片方

式，經掃瞄式電子顯微鏡觀察，發現模 擬太陽光線照射其擾動速率與照射時 程 為 線 性 發 展 ， 若 以 其 平 均 值 0.035µm/hr.的速率對 CFC 貼片產生擾 動，需連續照射約 3.42 年或於實際天 候(邁阿密)約 23 年後，才能貫穿含二 層碳纖維之碳纖維複合物(t=1000µm) 與混凝土交界面上並給予擾動；CFC 於表面使用油漆塗料能提供保護，有效 防止太陽光線貫穿作用；於膠合物內添 加本試驗用之紫外光吸收劑，對防止太 陽光線貫穿CFC 之效果有限。

ABSTRACT

The objectives of this research were to study the increase in anchorage strength of carbon fiber composite(CFC) under different end conditions and to evaluate the aging effect of CFC and concrete interface due to sun light which was simulated by ATLAS CI-3000 Xenon Fade-Ometer. The parameters considered in the anchorage strength test were length of straight bond, length of bent bond and the bent angles. The parameters considered in the aging effect test were the exposure time of the simulated sun light, the thickness of CFC, the type of epoxy resin and the protection on CFC surface.

Based on the results of anchorage strength tests, the bent bond not only had higher bond strength than straight bond, it also yielded a higher critical length.

The combination of straight and bent bond increase the anchorage strength effectively when the critical bond length of straight bond is provided in bent bond.

The combination factor(R) was based on bond length and the ratio of straight bond length and bent bond length. When a negative bent angle was used, no significant increase in anchorage strength was observed.

Based on the results of aging effect tests, through the SEM, the penetration rate of sun light to CFC was about 0.035µm/hr. Through the rate, it will take 30000hours to penetrate a CFC with 2 layers of carbon fiber(t=1000µm). This is equivalent to a 23 years successive exposure to real climate. The painted CFC surface provided a great protection to prevent the penetration of sun light.

On the other hand very limited prevention of sun light was observed when the ultraviolet absorbent was used in the epoxy resin.

二、 緣由與目的

目前 CFC 在鋼筋混凝土建築物應 用上，相關的補強方式包括：(1)彎矩 補強(2)剪力補強(3)受壓構材之圍束補 強。上述各種使用碳纖維複合物 CFC 補強之作業過程，CFC 拉力強度之發 展，完全依賴其與混凝土交界面間之膠 合物（環氧樹脂）剪力強度之傳遞而 得，而其剪力強度由膠合物之黏裹強度 提供。然而以增大黏貼長度之試驗所得 結果顯示，其交界面之剪力強度因變位

之機理，當變位達到一定量後，CFC 即產生剝離，因此無法以加大黏裹長度 達到增大交界面剪力強度之目的。如何 提升 CFC 與混凝土間交界面之剪力強 度，有待進一步之探討。另外，CFC 為碳纖維與環氧樹脂之高分子材料所 組合而成，經由大氣環境及太陽光照射 之環境中產生將產生化學變化，因時間 之因素，環氧樹脂將趨漸降低其膠結 力，亦即降低 CFC 與混凝土交界面間 之剪力強度而減低構件應變之一致性 (strain compatibility)，因而失去對梁補 強之效應。土木建築構造物長年曝露於 大氣環境中，因此其衰退老化之情形，

有更進一步探討之必要。

本研究針對利用碳纖維複合物作 補強時，可能因施工方法產生之問題，

更進一步之探討，以利未來使用碳纖維 複合物作補強作業時之參考，有關探討 事項本研究分為二大部份分析：

(1).碳纖維複合物端部轉折之錨定強度

CFC 與混凝土間之黏裹強度與混凝土 強度是呈等比例(

f c '

目前在這方面未見研究之成果。在CFC 方面，由於它僅黏貼於混凝土表面，完 全依靠交界面之剪力之傳遞。當 CFC 轉折後，力之傳遞狀況對剪力與摩擦力 之影響。其中影響因素除轉折角度(θ) 外，尚包含轉折後延伸之長度亦為其考 量之因素。此外，於轉折角（θ）之選 用上，包括（+θ）及（-θ），此（-θ）

是模擬由梁側轉折進入樓版或柱端轉 折進入梁底部之錨定狀況。

(2).碳纖維複合物老化對黏裹強度之影

當受補強之結構為室外結構，結構 補強後將長年曝露於環境中，在此種環 境下使用環氧樹脂作膠結物之CFC，

於混凝土交界面之黏裹強度將隨之逐 漸減低，而失去其傳遞剪力之功能。影 響CFC 發展其拉力強度之因素包括環 氧樹脂之分子量及曝光之歷程。本研究 擬利用老化加速儀(氙弧燈耐光試驗 機)，針對 CFC 與混凝土交界面進行模 擬試驗，以瞭解在使用不同環氧樹脂及 不同時間之條件下，CFC 與混凝土交 界面老化情況，作為未來選用環氧樹脂 製作碳纖維複合物作外部補強時，其耐 久性與耐候性分析及必要時外部保護 設計之參考。

三、試驗規劃與結果討論 1.試驗規劃

依研究之目的與內容，於試驗過程 中探討 CFC 於轉折某一角度後，其黏 裹強度之差異及 CFC 受太陽光線照射 後，對 CFC 與混凝土交界面之黏裹強 度之影響。試驗規劃可分為「錨定試驗」

與「老化試驗」二項。

1.1.錨定試驗

錨定試驗作業根據研究之目的與 內容考量之變量包括：CFC 轉折角度

（θ）、CFC 轉折前平面黏貼長度（a）

及 CFC 轉折後之延伸長度（b）。研究 中試體轉折角（θ）分別為：（0º）、

（+30º）、（+45º）、（+90º）、（-30º）、

（-45º）、（-90º）七種不同 CFC 轉折角 度之變化；CFC 轉折前其平面黏貼長 度（a）分別為 0cm、5cm、10cm、15cm 四種；而 CFC 轉折後黏貼之延伸長度

（b）分別為 5cm、7.5cm、10cm、15cm 四種。當CFC 轉折前平面黏貼長度（a）

為0cm 時，即表示只針對 CFC 轉折後

延伸長度（b）探討之。CFC 採用相當 之層數以確保其為黏裹面之破壞，CFC 黏貼寬度5cm，在 θ＝+90º時，若屬直 接黏裹剪力破壞，則做局部補強，並探 討每層可承擔之黏裹強度。雖設計轉折 前後之黏貼寬度皆為5cm，但為避免極 限拉力載重超過MTS 所能提供之拉力 量，部份試體考慮黏裹3cm 寬。此外，

經計算後與業界實際使用情況的考量 本試驗以黏貼3 層 CFC 為主，但考慮 部份 CFC 有斷裂之虞，其試體則增加 黏貼層數，確保握裹破壞。

為了瞭解 CFC 經轉折後對黏裹強 度之影響，本試驗亦施作純平面(θ=0º) 黏貼 CFC 之試體，用來與轉折之結果 做比較，其CFC 黏貼長度包括：5cm、

7.5cm、10cm、12.5cm、15cm、20cm、

25cm、30cm 共八種，且 CFC 黏貼寬度 5cm，每種黏貼長度分別試驗二次，此 部份總共施作16 次試驗取其平均值。

本錨定試驗皆使用 5 噸加載量之 MTS 三軸動態萬能試驗機進行，電腦 自動控制系統每 0.1sec 讀取數據一 次，CFC 表面之應變量則以資料收集 器記錄。

1.2 老化試驗

影響 CFC 老化之主要變量為老化 時程及所使用膠合物，其次再探討CFC 所黏貼層數、CFC 表面油漆塗料之選 擇。老化時程方面，為縮短試驗時間，

本 研 究 依 據 ASTM-Section14-General Methods and Instrumentation, Designation：G26-96 加速曝露試驗進 行，所使用之儀器為 ATLAS CI-3000 Xenon Fade-Ometer（氙弧燈耐光試驗 機）。加速曝露歷程分為：400hours、

800hours 、 1200hours 、 1600hours 及 2000hours 五種不同時程，以比較其結

果。另外本試驗中部份試體之膠合物內 將添加紫外光吸收劑(UV)，利用此吸 收劑探討膠合物經日照老化後，是否與 混凝土間之黏裹強度有所影響。試體完 成曝露照射試驗後，即進行 CFC 握裹 試驗，探討使用之膠合物其老化作用對 CFC 與混凝土交界面之黏裹強度所造 成之影響。

本老化試驗之試體首先經由氙弧 燈耐光試驗機照射，由於耐候機內部試 體擺設空間有所限制，故將試體長×寬×

厚設計為150mm×40mm×5mm，以利試 體擺設。試體於試驗過程中乾球溫度控 制在27°C、相對濕度控制在 80%RH、

日照量則控制在0.7KJ/m

²

為瞭解試體經氙弧燈耐光試驗機 模擬太陽光之加速日照後，對碳纖維及 膠合物間兩者結合後老化程度及對黏 裹 力 衰 退 之 情 況 ， 即 利 用 英 國 Cambridge Scanning Electron Microscope S360(掃瞄 式電子顯微鏡 SEM)，觀察使用以氙弧燈耐光試驗機 模擬太陽光線照射 CFC 試體後，其貫 穿之有效深度與 CFC 貼片中膠合劑變 化情況。觀察過程中首先將經模擬太陽 光線照射過之 CFC 貼片沿試體中間部 位處之剖面撕開，再利用切割工具將 CFC 剪成一小片面積，之後將 CFC 貼 片利用碳膠帶黏貼於螺帽上並電渡一 層薄金泊，放入觀測箱中，利用電子顯 微鏡(SEM)觀察模擬太陽光線照射過 CFC 貼片之剖面頂層與底層受擾動之 情況。

2.結果討論

2.1.錨定試驗 (1).破壞模式

本研究之試驗過程中，MTS 聯版 以4kg/sec 等加載速率緩慢加載。當試 驗載重達極限載重之35%左右時，CFC 與混凝土交界面頂端之臨界處開始出 現微裂縫，之後此微裂縫即沿 CFC 之 黏貼面一直向下延伸，當 CFC 與混凝 土 交 界 面 之 下 半 部 開 始 出 現 微 裂 縫 時，CFC 與混凝土交界面之上半部已 經與混凝土表面產生剝離狀態。當CFC 與混凝土交界面隨力量增加而剝離至 某一長度時，混凝土試體便無法再支撐 此拉力載重而與混凝土表面分離，此時 載重急速由極限回至原點。

整體而言，當CFC 由混凝土剝離 後其表面狀況依混凝土所承受之內力 而定，本試驗過程中，整體試體之破壞 模式及其破壞強度如(圖一)(圖二)(圖 三)所示，共分成下列三群組探討：

第一組群，CFC 純平面黏貼(θ=0°) 試體之破裂模式，當 CFC 純平面黏貼 長度＞5cm 之試體，破壞面皆為 CFC 剝離於混凝土表面，且 CFC 破壞面上 平均殘留著膠合劑與混凝土碎片；而 CFC 純平面黏貼長度＝5cm 之試體，

其表面僅附著部份混凝土碎片，而混凝 土試體面上亦殘留些許碳纖維附著其 上，分析其原因可能為 CFC 純平面黏 貼長度=5cm 之混凝土試體，當拉力載 重接近極限值時，由於 CFC 黏貼長度 太短，載重能量尚未全部吸收即瞬間破 壞，如(圖一)所示。

第 二 組 群 ，CFC 以 正 角 度 ( θ

=+30°、+45°、+90°)轉折黏貼試體之破 裂模式，此群組 CFC 試體破壞面相當 一致，皆為混凝土碎片或混凝土塊附著 於 CFC 貼片上，於此顯示膠合物與

CFC 間結合情況良好。其破裂模式可 歸納下列為二類：第一類為 CFC 轉折 後黏貼長度 b=5cm 之試體，其轉折後 之 CFC 貼片破壞面上均有混凝土塊附 著於轉折段上；第二類為 CFC 轉折後 黏貼長度b＞5cm 之試體，其轉折後之 CFC 貼片破壞面上混凝土碎片分佈情 況較為平整，如(圖二)所示。

第 三 組 群 ，CFC 以 負 角 度 ( θ

=-30°、-45°、-90°)轉折黏貼試體之破裂 模式，此群組試體剝離後，CFC 貼片 上僅有些許混凝土碎片殘留，顯示出 CFC 黏貼於混凝土經轉折負角度，於 本試驗中之 CFC 顯然無法提供有效的 黏裹強度，如(圖三)所示。

(2).破壞機理之分析

CFC 以純平面黏貼(θ=0°)於混凝 土試體時，CFC 平面黏貼於混凝土頂 端之臨界處首先出現微裂縫，此時CFC 與混凝土間交界面之黏裹力為最大，隨 載重之增加，CFC 與混凝土交界面開 始向下延伸剝離，剝離的範圍從 CFC 平面黏貼於混凝土頂端開始，此時CFC 與混凝土間之黏裹力隨 CFC 剝離混凝 土表面而遞減，之後剝離即一直延伸至 CFC 平面黏貼於混凝土總長度之末端 10cm 臨界處。

CFC 平面黏貼及轉折黏貼組合 (a+b)時，其平面部份之破壞機理與上 述 CFC 純平面黏貼(θ=0°)於混凝土試 體相同時，依 CFC 之破壞機理，開始 由平面黏貼段剝離後逐漸向轉折段延 伸，其所釋放之黏裹力量也逐漸向CFC 轉折處傳遞，當 CFC 平面黏貼之力量 傳遞至CFC 轉折處時，CFC 轉折後之 頂端開始出現裂縫，此裂縫隨載重增加 而向 CFC 轉折後之末端延伸，此後 CFC 轉折後之頂端隨即剝離混凝土試

體表面，當剝離面繼續向下延伸，CFC 貼片急速剝離混凝土試體表面達臨界 長度，直至完全剝離為止。根據 CFC 平面黏貼及 CFC 轉折黏貼組合之破壞 機理，分別計算其黏裹強度，依疊加法 將 CFC 平面及轉折黏貼組合(a+b)與 CFC 純平面黏貼(θ=0°)及 CFC 純轉折 黏貼(0+b)作比較，上述二者相除即為 其組合成效值(R)，如(表一)所示， 由 表中發現，就組合試體中 CFC 轉折後 黏貼長度 b=5cm 之試體而言，可看出 若CFC 平面黏貼長度(a)及 CFC 轉折後 黏貼(b)組合模式為(a+5cm)時，其極限 強度值均比 CFC 純平面黏貼(a@0°)及 CFC 純轉折黏貼(0+5cm)之試體疊加所 得結果低許多，其比值R 介於 0.56~0.69 間。

當 CFC 轉折後黏貼長度 b＞5cm 之試體而言，其比值R 介於 0.69~1.04 間，整體(R)值均較 CFC 轉折黏貼長度 b=5cm 之試體高出許多，分析其原因可 能，當CFC 平面黏貼段(a)之 CFC 剝離 混凝土後，其所釋放之力量，則由CFC 轉折黏貼段(b)接受，CFC 轉折黏貼段 (b)是否能完全接受 CFC 平面黏貼段(a) 所釋放之力量決定，因此 CFC 轉折黏 貼段(b)之黏貼長度與(R)值有密切關 係。

(3).黏貼強度

CFC 以正角度轉折黏貼其黏裹強 度可分下列二項：

(A).CFC 純轉折黏貼(0+b)與 CFC 純平 面黏貼(θ=0°)黏裹強度之關係

為探討CFC 純轉折黏貼(0+b)是否 對於其黏裹強度有所提升，將 CFC 以 純正角度轉折黏貼(0+b)試體之黏裹強 度與 CFC 純平面黏貼(θ=0°)之黏裹強 度作比較，如(圖四)所示，可發現除一

特例外(0+10@30°)，其餘所有 CFC 純 轉 折 黏 貼(0+b)試體之黏裹強度均較 CFC 純平面黏貼(θ=0°)試體之黏裹強 度值高。

由圖中可以看出 CFC 純平面黏貼 (θ=0°)，當 CFC 純平面黏貼(θ=0°)長度 小於 10cm 時，其黏裹強度與 CFC 黏 貼長度幾乎呈一線性關係；當 CFC 純 平 面 黏 貼(θ=0°) 長 度 為 10cm~20cm 時；當 CFC 純平面黏貼(θ=0°)長度為 20cm~30cm 時，其黏裹強度與 CFC 黏 貼長度則緩慢成長。

就 CFC 轉折黏貼於混凝土試體之 黏裹強度而言，。於本研究以正角度轉 折 黏 貼 部 份 ，CFC 黏 貼 長 度 從 5cm~15cm，其黏裹強度值隨黏貼長度 之增加而遞增，似乎尚未達到某一臨界 值之狀況。

(B).CFC 組合黏貼(a+b)與 CFC 純平面 黏貼(θ=0°)黏裹強度之關係

為探討CFC 黏貼平面及轉折(a+b) 之組合模式，對混凝土黏裹強度之提升 效果，將CFC 以平面及轉折(a+b)之組 合模式並與 CFC 純平面黏貼(θ=0°)模 式作比較，如(表二)所示，一般而言，

當CFC 黏貼組合長度(a+b)較低時，則 其黏裹強度會比 CFC 純平面黏貼長度 (θ=0°)之黏裹強度為低；而 CFC 黏貼 組合長度(a+b)較高時，則其黏裹強度 會比 CFC 純平面黏貼長度(θ=0°)之黏 裹強度為高，上述兩者之中間值約為 10cm，此黏貼長度即為 CFC 平面黏貼 長度之臨界值。

CFC 以轉折黏貼負角度群組試體 其試驗結果，如(表三)所示，將 CFC 轉 折黏貼於負角度群組之試體(θ=-30º)、

(θ=-45º)、(θ=-90º)與 CFC 純平面黏貼之 試體(a@0°)其黏裹強度相比較，發現

CFC 平面黏貼與 CFC 轉折黏貼組合 (a+b)之試體，其轉折黏貼部份之單位 黏裹強度增量不大，分析其原因，當 CFC 轉折正角度時，其轉折面受到剪 力與壓力之組合，故混凝土角隅可幫助 抵抗所施加之拉應力，即可有效增加其 黏裹強度；反之，當 CFC 以負角度轉 折時，其轉折面受到剪力與拉力之組 合，轉折面無法抵抗所施加之拉應力，

CFC 瞬間剝離混凝土面而破壞。

2.2 老化試驗

老化試驗主要目的為探討 CFC 受 太陽光線照射後，膠合物老化情況對於 CFC 與混凝土交界面黏裹強度衰退情 況，依試驗動機與目的將歷程分「破壞 試驗」與「電子顯微鏡觀察」二部份探 討。

(1).破壞試驗

為探討碳纖維複合物其膠合物經 大自然氣候及太陽光照射後，其膠合物 分子老化情況對 CFC 整體黏裹強度之 影響，本試驗總共試驗四種不同水泥砂 漿強度(C

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紫 外 光 吸 收 劑 添 加 於 膠 合 物 之 考 慮 (E

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試 驗 過 程 中 將 照 射 後 之 試 體 由 MTS 聯版以等加載 0.4kg/sec 速率緩慢 加載，當試驗載重達極限載重40%左右 時，試體表面未黏貼 CFC 的部份開始 出現裂縫，此裂縫隨載重增加而寬度增 大。當黏裹強度達極限載重後，CFC

貼片與試體分離，此時原本固定於下部 基台夾具之水泥砂漿試體，可能因試體 架設時偏心造成晃動，隨之載重急速由 極限回至原點。

經 氙 弧 燈 耐 光 試 驗 機 照 射 過 之 CFC 試體其拉力試驗所得之黏裹強 度，如(表四)所示，表中並未有明顯差 異性可分辨出各試體黏裹強度與照射 時程或其他變量間之關係，分析造成此 種情況之原因，可能為氙弧燈耐光試驗 機用以模擬太陽光線照射之貫穿 CFC 貼片效果有限，照射時程太短以致模擬 太陽光線無法有效貫穿至 CFC 與水泥 砂漿之交界面上。

(2).電子顯微鏡觀察

由於氙弧燈耐光試驗機模擬太陽 光線照射後，其照射時程太短以致無法 對 CFC 與水泥砂漿交界面間其膠合物 之化性造成影響，進而無法有效瞭解模 擬太陽光線對 CFC 黏貼於水泥砂漿老 化之情況。本試驗即利用高倍數電子顯 微鏡(SEM)，觀察使用以氙弧燈耐光試 驗機模擬太陽光線照射 CFC 試體後，

其貫穿之有效深度與 CFC 貼片中膠合 劑變化情況。觀察過程中首先將經模擬 太陽光線照射過之 CFC 貼片沿試體中 間部位處之剖面撕開，再利用切割工具 將CFC 剪成一小片面積，之後將 CFC 貼片利用碳膠帶黏貼於螺帽上並電渡 一層薄金泊，放入觀測箱中，利用電子 顯 微 鏡 觀 察 模 擬 太 陽 光 線 照 射 過 之 CFC 貼片之剖面。經由不同時程氙弧 燈耐光試驗機模擬太陽光線照射後之 CFC 試體，如(圖五)所示，由圖中可以 看出氙弧燈耐光試驗機照射時程越久 之 CFC 試體，其擾動深度越大。CFC 貼片表面塗佈油漆塗料之試體，其油漆 塗料下方膠合物擾動情況較不顯著，顯

示 不 論 室 內 或 室 外 之 油 漆 塗 料 用 於 CFC 貼片表面，皆能有效保護油漆塗 料下方膠合物之劣化作用。此外 CFC 貼片製作時，若於膠合劑內添加本試驗 使用之紫外光吸收劑，由圖中顯示經過 模擬太陽光線照射時程為 T

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四、結論

根據錨定試驗及分析所得結果作如下 之結論：

1.應用 CFC 材料於端部以純轉折(0+b) 黏貼正角度方式，其所得單位長度之 黏裹強度比利用CFC 純平面(θ=0°)黏 貼方式所得值高。此外，CFC 以純平 面(θ=0°)黏貼方式之黏裹長度達臨界 長度(約 10cm)後，其黏裹強度逐漸趨 於穩定；然而 CFC 以純轉折(0+b)黏 貼方式所得之結果，本試驗最大黏貼 長度(b=15cm)，似乎尚未達其臨界長 度，其黏裹強度有繼續上升之趨勢。

2.CFC 材料於端部以平面黏貼(a)與轉 折黏貼(b)之組合方式處理時，可有效

提升碳纖維複合物與混凝土交界面 之黏裹強度，但其轉折段(b)黏貼長度 必 需 達 其 平 面 段(a)之臨界長度(約 10cm)，以確保轉折段之 CFC 能吸收 由平面段剝離時所釋放出之黏裹力。

3.當 CFC 轉折段(b)提供足夠黏貼長度 時，則 CFC 平面與轉折黏貼(a+b)組 合之黏裹強度，約為 CFC 純平面段 (θ=0°)之黏裹強度與 CFC 純轉折段 (0+b) 之 黏 裹 強 度 疊 加 和 之 75%~100%，此值與平面段(a)黏貼長 度及轉折段(b)黏貼長度比有密切關 係，但似乎未顯示其與轉折角間之關 係。

4.就本研究所得結果，當 CFC 以負角 度(-θ)轉折黏貼時，對於 CFC 之錨定 強度增量不大，似乎無法應用於工程 實務上，作為提升碳纖維複合物與混 凝土交界面間之錨定強度之方法。

根據錨定試驗及分析所得結果作如下 之結論：

1.試驗過程中，CFC 試體經氙弧燈耐光 試驗機用以模擬太陽光線照射貫穿 CFC 貼片之效果，因試驗照射時程不 足以有效貫穿至 CFC 與水泥砂漿交 界面，因此，其拉力試驗所得之結果 未能分辨各試體黏裹強度與照射時 程或其他變量間之關係。

2. 利 用 高 倍 數 掃 瞄 式 電 子 顯 微 鏡 (SEM)，觀察經由不同時程氙弧燈耐 光 試 驗 機 模 擬 太 陽 光 線 照 射 後 之 CFC 試體，在未作表面處理情形下，

模擬太陽光線照射其擾動情況與照 射時程為線性發展，其以0.035μm/hr.

平均速率對 CFC 貼片產生擾動。保 守預計使用二層碳纖維之碳纖維複 合物其厚度約1000μm 時，經由模擬 太陽光線連續照射約 3.42 年(三萬小

時)後，模擬太陽光線才可貫穿至 CFC 貼片底部與水泥砂漿交界面上產生 擾動。此資料經換算，相當美國佛羅 理達州(邁阿密)23 年實際天候狀況。

3.膠合物若添加本試驗所用之紫外光 吸收劑時，於模擬太陽光線照射2000 小時後，其 CFC 貼片剖面頂層有少 許擾動，顯示此吸收劑對於膠合劑未 完全保護作用；若於 CFC 試體表面 使用油漆塗料層加以保護時，於模擬 太陽光線照射2000 小時後，未見 CFC 貼片內部產生任何擾動，此表示CFC 貼片表面經適當處理，能有效抵抗環 境之擾動。

五、參考文獻

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9. 郭金昇，「碳纖維複合材與磚造砌體 之黏著強度研究」，碩士論文，國立 成功大學建築學系，民國 92 年 8 月。

10. 林延宗，「碳纖維貼片補強混凝土構 件之耐久性能測試研究」，碩士論 文，朝陽科技大學營建工程系，民 國91 年 7 月。林至聰，「碳纖維貼 片補強鋼筋混凝土構件之研究」，博 士論文，國立中央大學土木工程研 究所，民國88 年 7 月。

表一 CFC 平面轉折黏貼組合(a+b)與 CFC 純平面黏貼(θ=0°)及 純轉折黏貼組合(0+b)比較表(單位：kg)

黏貼長度(cm) 10

5

0° 0+5 (5

0°)+(0+5) 5+5 R +30° 209.7 349.3 559.0 355.1 0.64 +45° 209.7 319.5 529.2 350.8 0.66 +90° 209.7 272.5 482.2 317.3 0.66

黏貼長度(cm) 15 15

10

0° 0+5 (10

0°)+(0+5) 10+5 R 5

0° 0+10 (5

0°)+(0+10) 5+10 R +30° 454.0 349.3 803.3 452.0 0.56 209.7 360.1 569.8 548.5 0.96 +45° 454.0 319.5 773.5 533.1 0.69 209.7 520.2 729.9 760.2 1.04 +90° 454.0 272.5 726.5 432.2 0.59 209.7 521.4 731.1 603.0 0.82

黏貼長度(cm) 20 20

10

0° 0+10 (10

0°)+(0+10) 10+10 R 15

0° 0+5 (15

0°)+(0+5) 15+5 R +30° 454.0 360.1 814.1 621.6 0.76 464.0 349.3 813.3 455.8 0.56 +45° 454.0 520.2 974.2 866.1 0.89 464.0 319.5 783.5 518.7 0.66 +90° 454.0 521.4 975.4 878.1 0.90 464.0 272.5 736.5 400.6 0.54

黏貼長度(cm) 20

5

0° 0+15 (5

0°)+(0+15) 5+15 R +30° 209.7 489.8 699.5 670.4 0.96 +45° 209.7 652.6 862.3 749.9 0.87

+90° —

黏貼長度(cm) 25 25

10

0° 0+15 (10

0°)+(0+15) 10+15 R 15

0° 0+10 (15

0°)+(0+10) 15+10 R +30° 454.0 489.8 943.8 737.1 0.78 464.0 360.1 824.1 615.8 0.75 +45° 454.0 652.6 1106.6 803.4 0.73 464.0 520.2 984.2 783.3 0.80

+90° — 464.0 521.4 985.4 955.8 0.97

黏貼長度(cm) 30

15

0° 0+15 (15

0°)+(0+15) 15+15 R +30° 464.0 489.8 953.8 950.8 1.00 +45° 464.0 652.6 1116.6 773.1 0.69

+90° —

組合模式 θ(角度)

θ(角度) 組合模式

組合模式

組合模式 θ(角度)

θ(角度)

組合模式 θ(角度)

組合模式 θ(角度)

表二 CFC 平面及轉折黏貼組合(a+b)與 CFC 純平面黏(θ=0°) 黏裹強度比較表(單位：kg)

黏貼長度(cm) 5 7.5 10 12.5 15 0+5 0+7.5 0+10 5+5 5+7.5 0+15 5+10 10+5 0° 209.7 346.5 454.0 456.5 464.0

+30° 349.3 — 360.1 355.1 — 489.8 548.5 452.0 +45° 319.5 — 520.2 350.8 — 652.6 760.2 533.1 +90° 272.5 394.6 521.4 317.3 599.1 — 603.0 432.2 -30° 4.2 — 10.6 191.1 — 17.0 213.4 410.7 -45° 9.0 — 5.8 233.2 — 7.8 234.9 490.4 -90° 9.8 9.7 1.9 313.5 213.6 — 313.0 442.7 黏貼長度(cm) 17.5 20 22.5 25 30

10+7.5 5+15 10+10 15+5 15+7.5 10+15 15+10 15+15

0° — 470.8 — 541.8 567.8

+30° — 670.4 621.6 455.8 — 737.1 615.8 950.8 +45° — 749.9 866.1 518.7 — 803.4 783.3 773.1 +90° 634.0 — 878.1 400.6 404.4 — 955.8 — -30° — 332.2 550.9 303.6 — 509.4 347.8 467.8 -45° — 351.8 418.7 378.4 — 329.6 453.1 520.6 -90° 538.4 — 344.5 346.3 342.5 — 329.9 —

表三 CFC 轉折黏貼負角度之平面黏貼長度(a)與 CFC 純平面黏貼(θ=0°) 等長之黏裹強度比較表(單位：kg)

CFC 純平面(θ=0°)

黏貼長度 10cm 209.7

10+5 10+7.5 10+10 10+15 -30° 191.1 — 213.4 332.2 -45° 233.2 — 234.9 351.8 -90° 313.5 213.6 313.0 — CFC 純平面(θ=0°)

黏貼長度 10cm 454.0

10+5 10+7.5 10+10 10+15 -30° 410.7 — 550.9 509.4 -45° 490.4 — 418.7 329.6 -90° 442.7 538.4 344.5 — CFC 純平面(θ=0°)

黏貼長度 15cm 464.0

15+5 15+7.5 15+10 15+15 -30° 303.6 — 347.8 467.8 -45° 378.4 — 453.1 520.6 -90° 346.3 342.5 329.9 —

表四 老化試驗試體之極限載重強度表(單位：kg)

試體強度 變數 極限拉力載重強度 C

T T0E1L2P1*2

69.0、71.6 — — — T4E1L2P1*2

74.8、60.1 68.7、91.0 ^T5E1L2P1*2 T T0E1L2P1*5

94.5、70.3、67.0、

73.1、105.6

T1E1L2P1

92.7 ^T2E1L2P1 70.3 T3E1L2P1*2

72.5、80.1 T4E1L2P1*2

92.5、85.2 71.9、66.8 ^T5E1L2P1*2 C

L ^T5E1L1P1 67.7 ^T5E1L3P1 86.1 — — — —

T T0E1L2P1*5 253.0、202.2、

249.4、176.4、188.7

T1E1L2P1

186.5 ^T2E1L2P1 212.6

T3E1L2P1*2 140.6、

240.1

T4E1L2P1*2 202.3、158.8

T5E1L2P1*3 148.6、

150.2、217.8 L T5E1L1P1*2

204.7、155.4 ^T5E1L3P1 184.8 — — — — E T5E2L2P1*2

213.5、170.9 — — — — —

C

P T5E1L2P0*2

253.4、196.9 T5E1L2P2*2

213.9、259.1 — — — —

C

T T3E1L2P1*2

578.6、590.2 T4E1L2P1*2

406.6 T5E1L2P1*2

277.6、656.4 — — —

組合模式

組合模式 θ(角度)

θ(角度)

組合模式

組合模式

組合模式 θ(角度)

θ(角度)

θ(角度)

圖一 錨定試驗中 CFC 純平面黏貼 (θ=0°)破壞模式(全部)

圖二 錨定試驗 CFC 正角度黏貼(+θ)破 壞模式(全部)

圖三 錨定試驗 CFC 負角度黏貼(-θ)破 壞模式(全部)

0 5 10 15 20 25 30 35

Bond Length (cm) 0

200 400 600

100 300 500 700

Load (kg)

θ=0⁰ θ=+30⁰ θ=+45⁰ θ=+90⁰

圖四 CFC 純轉折黏貼於正角度試體 (0+b)與 CFC 純平面黏貼(θ=0º)試體之

黏裹強度與黏貼長度關係圖

圖五 經模擬太陽光照射過試體於電子顯微鏡(SEM)下其剖面擾動情況