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論文中文名稱:耐高溫無機聚合樹脂黏接材料之開發研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Development of Heat Resistance Inorganic Geopolymer Bonded Materials [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
中文姓名:朱庭賢
英文姓名:Ting-hsien Chu
研究生學號:93428005
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2006-07-04
論文頁數:96
指導教授中文名:吳傳威;黃昭勳
口試委員中文名:鄭大偉;陳建忠
中文關鍵詞:無機聚合樹脂黏接材料火災高溫包覆補強
英文關鍵詞:geopolymerboned materialhigh temperature in a firejacketing
論文中文摘要:目前在結構修復補強中,經常使用環氧樹脂作為粘接或修補材料。環氧樹脂屬於有機質材料,其粘接補強之效果雖尚佳,但不耐高溫之性質,所造成之後果就可能十分嚴重。前期研究已顯示混凝土試體所包覆之CFRP若以環氧樹脂作為黏接劑,在溫度達250℃~300℃時將失去圍束效果。近年來國外正逐步開發一種「矽鋁無機聚合物」材料,應用於包括混凝土及防火隔熱等方面,而國內除了材料科學領域稍有涉及之外,在其他應用方面之發展尚有限。本研究則嘗試開發相關之粘接材料,定名為「無機聚合樹脂」,以一系列的實驗研究探討其替代環氧樹脂的可行性。首先以強度、粘接性、耐高溫性、及低施工敏感性之角度,開發調製聚合樹脂之配比。其次則進行包覆CFRP混凝土試體之強度及高溫性能實驗研究。結果顯示無機聚合樹脂對於CFRP之粘接性能雖未及環氧樹脂,但確可發揮圍束補強效果。而其在耐高溫方面之性能則遠超過環氧樹脂,初步顯示在溫度達到800℃時仍未失去圍束效果,充分展現了潛能。此外,由於無機聚合樹脂之配方可包含飛灰或玻璃粉等環保材料,使其在經濟性方面較其他傳統粘接材料更具有競爭力。
論文英文摘要:So far, epoxy has been massively used during structure retrofit. Epoxy is an organic material, the properties of poor temperature would cause serious problems. The result of preceding research revealed that for concrete cylinders covered by CFRP using epoxy as bonding material, and lost completely when the temperature reached 250~300℃. Presently, a new material, namely geopolymer is under development worldwide for making concrete and isolation products. In Taiwan, such materials have only been studied in material science. The proposed research was tried to develop boned material, called 「geopolymer」, aimed at this direction doing experimental study to replace epoxy. First, the geopolymer will be developed in views of strength, durability, bonding property, error sensitivity, as well as cost. Secondly, it is using geopolymer applied between concrete cylinder, CFRP jacket and the high temperature study. The result was poor than epoxy on boned properties, but it is better than epoxy on the resisting high temperature properties, and the result revealed that geopolymer is not abolish on 800℃. Besides, the formula of geopolymer can comprise green materials like fly ash or glass dust, and it will become better than conventional materials in economic.
論文目次:目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 緒論........................1
1.1 前言…………………1
1.2 研究動機與目的…………………1
1.3 研究內容與方法…………………1
第二章 文獻回顧 4
2.1 無機聚合物 4
2.1.1 高嶺石 5
2.1.2 鹼性溶液 6
2.1.3 矽酸鈉溶液 6
2.1.4 無機聚合物之應用 7
2.2 碳纖維 10
2.2.1 碳纖維發展史 10
2.2.2 碳纖維的性質 13
2.2.1 碳纖維增強樹脂複合材料 18
2.3 混凝土受高溫之性質變化 20
第三章 試驗計畫 26
3.1 試驗規劃 26
3.2 試驗材料 26
3.2.1 水泥砂漿 26
3.2.2 無機聚合樹脂 28
3.2.3 圓柱混凝土 32
3.2.4 纖維材料 32
3.3 試體製作 34
3.3.1 水泥砂漿 34
3.3.2 無機聚合樹脂製作 37
3.3.3 無機聚合樹脂之基本試驗 38
3.3.4 包覆材料 41
3.3.5 環氧樹脂 44
3.4 試驗儀器設備 44
3.5 試驗方法 48
3.5.1 基本試驗 49
3.5.2 圓柱混凝土抗壓及高溫量測 52
第四章 試驗結果與討論 55
4.1 無機聚合樹脂之基本試驗 55
4.1.1 抗壓試驗 55
4.1.2 抗拉試驗 58
4.1.3 拉伸試驗 61
4.1.4 耐火絕熱性質試驗 63
4.2 圓柱抗壓 68
4.2.1 原混凝土之抗壓強度 68
4.2.2 一層CFRP包覆混凝土之抗壓強度 69
4.2.3 二層CFRP包覆混凝土之抗壓強度 71
4.3 CFRP包覆圓柱混凝土之破壞溫度 73
4.3.1 定載一層CFRP包覆混凝土之失效溫度 73
4.3.2 定載二層CFRP包覆混凝土之失效溫度 75
4.4 結果分析與討論 77
4.4.1 無機聚合樹脂之基本試驗 77
4.4.2 CFRP圍束圓柱混凝土之抗壓強度及破壞溫度 83
4.4.3 混凝土破壞模式 89
第五章 結論與建議 90
5.1 結論 90
5.2 建議 92
參考文獻 94

表目錄

表2.1 早期碳絲的研究概況....................................................................................11
表2.2 碳纖維的發展簡史........................................................................................11
表2.3 PAN基高強中模碳纖維...............................................................................13
表2.4 瀝青基石墨纖維的性能................................................................................15
表2.5 美國UCC和Hitco公司生產的黏膠基碳纖維性能...................................16
表2.6 石墨的比熱容量、焓和熵............................................................................18
表2.7 各種材料的電阻率........................................................................................20
表3.1 抗壓配比........................................................................................................27
表3.2 抗拉配比........................................................................................................27
表3.3 玻璃粉化學成分分析....................................................................................29
表3.4 矽酸鈉溶液之化學組成.........................................................................32
表3.5 CFRP材料性質.............................................................................................33
表3.6 無機聚合樹脂之製作配比…………………………………………………38
表3.7 拉伸試驗之製作圖表....................................................................................40
表3.8 碳纖維規劃....................................................................................................43
表3.9 水泥和無機聚合樹脂的抗壓製作數量........................................................49
表3.10 水泥和無機聚合樹脂的抗拉製作數量......................................................50
表3.11 高溫試驗試體數量規劃..............................................................................53
表4.1 無機聚合樹脂之抗壓強度............................................................................56
表4.2 樹脂砂漿(1:1)之抗壓強度....................................................................56
表4.3 樹脂砂漿(1:1.5)之抗壓強度.................................................................56
表4.4 樹脂砂漿(1:2)之抗壓強度....................................................................56
表4.5 水泥砂漿(1:1)之抗壓強度....................................................................57
表4.6 水泥砂漿(1:1.5)之抗壓強度.................................................................57
表4.7 水泥砂漿(1:2)之抗壓強度....................................................................57
表4.8 無機聚合樹脂之抗拉強度............................................................................59
表4.9 樹脂砂漿(1:1)之抗拉強度..................................................................59
表4.10 樹脂砂漿(1:1.5)之抗拉強度...............................................................60
表4.11 樹脂砂漿(1:2)之抗拉強度..................................................................60
表4.12 水泥砂漿(1:1)之抗拉強度..................................................................60
表4.13 水泥砂漿(1:1.5)之抗拉強度...............................................................60
表4.14 水泥砂漿(1:2)之抗拉強度..................................................................60
表4.15 拉伸強度(kgf).........................................................................................62
表4.16 無機聚合版之持溫溫度..............................................................................63
表4.17 薄板最高溫度..............................................................................................65
表4.18 薄板最高溫度..............................................................................................66
表4.19 薄板最高溫度..............................................................................................67
表4.20 原混凝土試體之抗壓強度..........................................................................68
表4.21 一層CFRP包覆混凝土封口重疊10cm之抗壓數據................................69
表4.22 一層CFRP包覆圓柱混凝土封口重疊15cm之抗壓數據........................70
表4.23 二層CFRP包覆混凝土封口重疊10cm之抗壓數據................................71
表4.24 二層CFRP包覆圓柱混凝土封口重疊15cm之抗壓數據........................72
表4.25 定載308 kgf/cm2之試體破壞溫度.............................................................73
表4.26 定載273 kgf/cm2之試體破壞溫度.............................................................74
表4.27 定載405 kgf/cm2之試體破壞溫度.............................................................76
表4.28 1.0cm薄板的綜合比較.................................................................................81
表4.29 1.5cm薄板的綜合比較.................................................................................81
表4.30 抗壓數據綜合比較........................................................................................84
表4.31 本期試驗和前期試驗(陳慶修)補強後抗壓強度的增加比例.....................85
表4.32 本期試驗之應力與溫度關係........................................................................86
表4.33 前期(陳慶修)之應力與溫度關係............................................................87
表4.34 前期(宋中仁)之應力與溫度關係............................................................88





圖目錄

圖2.1 水泥漿體之熱膨脹...........................................................................................22
圖2.2 水泥漿體之熱應變及殘留應變.......................................................................22
圖2.3 混凝土之溫度與比熱關係圖...........................................................................23
圖3.1 前期細玻璃粉之粒徑分析圖...........................................................................30
圖3.2 本實驗玻璃粉之粒徑分布圖...........................................................................30
圖3.3 變高嶺石之粒徑分布圖...................................................................................31
圖3.4 混凝土成品.......................................................................................................32
圖3.5 碳纖維...............................................................................................................33
圖3.6 抗壓模...............................................................................................................35
圖3.7 抗壓試體...........................................................................................................35
圖3.8 抗拉模形...........................................................................................................36
圖3.9 抗拉試體...........................................................................................................36
圖3.10 無機聚合樹脂之流度試驗.............................................................................37
圖3.11 攪拌機攪拌過程.............................................................................................38
圖3.12 試體泡水處理.................................................................................................41
圖3.13 樹脂塗抹情形.................................................................................................42
圖3.14 萬能試驗機.....................................................................................................45
圖3.15 拉力試驗機.....................................................................................................46
圖3.16 混凝土抗壓試驗機.........................................................................................46
圖3.17 高溫爐及微電腦溫度控制器.........................................................................47
圖3.18 試體編碼方式說明圖.....................................................................................48
圖3.19 拉伸試驗.........................................................................................................51
圖3.20 耐火絕熱性質試驗之儀器設備....................................................................52
圖3.21 高溫爐正面.....................................................................................................54
圖4.1 抗壓強度之比較...............................................................................................58
圖4.2 抗拉強度之比較...............................................................................................61
圖4.3 拉伸強度分布圖............................................................................................62
圖4.4 無機聚合薄板之溫度與時間關係................................................................64
圖4.5 玻纖網位置示意圖........................................................................................65
圖4.6 玻纖網放置於無機聚合薄板正面下0.2cm.................................................66
圖4.7 玻纖網放置於無機聚合薄板中央................................................................67
圖4.8 玻纖網放置於距無機聚合薄板背板0.2cm.................................................68
圖4.9 原混凝土試體破壞情形................................................................................69
圖4.10 一層CFRP包覆混凝土封口重疊10cm試體破壞情形............................70
圖4.11 一層CFRP包覆混凝土封口重疊15cm試體破壞情形............................71
圖4.12 二層CFRP包覆混凝土封口重疊10cm試體破壞情形............................72
圖4.13 二層CFRP包覆混凝土封口重疊15cm試體破壞情形............................73
圖4.14 一層定載308 kgf/cm2(85%)之試體破壞情形.....................................74
圖4.15 一層定載273 kgf/cm2(75%)之試體破壞情形.....................................75
圖4.16 二層定載405 kgf/cm2(85%)之試體破壞情形.....................................76
圖4.17 本試驗一層和二層CFRP包覆混凝土的強度與溫度之關係...................77
圖4.18 本期試驗與前期配比(陳慶修)之無機聚合樹脂抗壓強度比較...........78
圖4.19 二種黏結劑不同黏結長度的拉伸強度.......................................................80
圖4.20 無機聚合薄板0.5cm之試體破壞圖............................................................82
圖4.21 無機聚合薄板1.0cm之綜合比較圖............................................................82
圖4.22 無機聚合薄板1.5cm之綜合比較圖............................................................83
圖4.23 本試驗與前期試驗一層抗壓強度與溫度之關係........................................88
圖4.24 本試驗與前期試驗二層抗壓強度與溫度之關係........................................89
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論文全文使用權限:同意授權於2006-08-25起公開