本研究係以偏高嶺土為主要粉料，添加各種結合料及粘結劑，以圓盤式造粒機製作冷結型偏高嶺土輕質骨材，製作五種不同配比之偏高嶺土輕質骨材，透過破壞點荷重、篩分析、單位重等基本性質試驗，以膫解不同配比對骨材性質之影響。並選取較佳配方之骨材依ACI配比設計法規範設計三組不同水灰比為A(0.54)、B(0.46)、C(0.35)拌合成輕質骨材混凝土，以探討偏高嶺土輕質骨材混凝土巨觀的物理性質及力學性質之關係。研究結果顯示不同配方對偏高嶺土輕質骨材製程有不同效益，端視使用時機而選取較佳之配方；其中骨材配比以D組(水泥：消石灰：偏高嶺土：飛灰：種核(砂)＝12.5%：12.5%：28.125%：9.375%：37.5%)有最佳之力學與物理性質之表現。依較佳之骨材配方所製作之偏高嶺土輕質骨材混凝土，其力學性質如抗壓與劈裂強度均符合且超過CNS及ASTM規範所規定，也優於傳統之飛灰輕質骨材混凝土。

This research targets Metakaolin as main material, with various kinds of combination materials and binder, and uses a mechanism to make colding metakaolin lightweight aggregate and then makes five different proportion of metakaolin lightweight aggregate, with an aim to know the effects of different proportion on aggregate through the destruction of point load , sift analysis , and unit weight. Choosing suitable aggregate based on ACI norm to set three groups of different water-cement ratio A(0.54)、B(0.46)、C(0.35) to mix into lightweight aggregate concrete, this is to find out the correlation between physical properties and mechanical behavior of metakaolin lightweight aggregate concrete through pressure resistance , splitting off , absorption capacities. The result shows that different proportions of metakaolin lightweight aggregate also take different effects, a suitable formula is selected in accordance with the application. Of all the groups, group D (cement：slaked lime：metakaolin：fly ash：sand =12.5%：12.5%：28.125%： 9.375%：37.5%) has the best mechanical and physical performance. The mechanical properties such as pressure resistance and splitting strength of aggregate made from metakaolin lightweight aggregate concrete can meet up with CNS and ASTM norms, and it is superior to fly ash lightweight aggregate concrete.

目錄
中文摘要
英文摘要
目錄..........................................................I
圖目錄.......................................................IV
表目錄.......................................................VI
照片目錄.....................................................IX

第一章 緒論..................................................1
1-1 研究動機...............................................1
1-2 文獻回顧...............................................2
1-3 研究目的..............................................11
1-4 研究方法與流程........................................12
第二章 理論基礎.............................................13
2-1 水泥之化學成分及物理性質..............................13
2-2 水泥單礦物之水化作用及機制............................16
2-3 卜作嵐材料的機理與應用................................20
2-4 粘土礦物結晶構造......................................21
2-5 高嶺土之物化特性......................................24
2-6 高嶺土礦物之性質.......................................31
2-7 (偏)高嶺土晶相分析.....................................34
第三章 冷結型偏高嶺土輕質骨材試驗規劃.......................36
3-1 試驗流程..............................................36
3-2 試驗材料..............................................38
3-3 試驗儀器..............................................45
3-3-1巨觀結構試驗儀器...................................45
3-3-2 微結構分析儀器....................................51
　 3-4 造粒模型機設計及參數之決定............................52
3-4-1 造粒模型機設計....................................52
3-4-2 造粒模型機參數之決定..............................58
3-5 配方對輕質骨材效益之評估..............................60
3-6 配比計算..............................................62
3-6-1 輕質骨材粉料配比計算..............................62
3-6-2 輕質骨材混凝土配比計算............................71
3-7 試驗項目、原理及方法...................................78
3-7-1水泥比重試驗.......................................78
3-7-2粗骨材之含水量、比重、面乾飽和水量及表面水量之試驗..80
3-7-3細骨材之含水量、比重、面乾飽和水量及表面水量之試驗...81
3-7-4骨材標準篩分析.....................................83
3-7-5骨材單位重及孔隙率試驗試驗.........................85
3-7-6抗壓強度試驗.......................................86
3-7-7劈裂強度試驗.......................................87
3-7-8混凝土透水試驗.....................................88
3-7-9吸水率試驗.........................................90
3-7-10吸水速率試驗......................................91
3-7-11掃瞄式電子顯微鏡觀察法............................92
第四章 試驗結果與分析.......................................94
4-1冷結型偏高嶺土輕質骨材基本試驗結果.....................94
4-1-1 點荷重抗壓結果....................................94
4-1-2 各配比之骨材基本性質試驗結果......................95
4-2偏高嶺土輕質骨材混凝土物理性質結果分析.................98
4-2-1混凝土單位重.......................................98
4-2-2吸水率............................................100
4-2-3吸水速率..........................................102
4-2-4透水試驗..........................................105
4-3偏高嶺土輕質骨材混凝土力學性質結果分析................108
4-3-1抗壓強度..........................................108
4-3-2劈裂強度..........................................110
4-4 SEM微觀分析...........................................114
4-5試驗結果與文獻比較....................................137
4-5-1混凝土抗壓強度....................................137
4-5-2混凝土劈裂強度....................................139
4-5-3吸水率............................................141
第五章 結論與建議..........................................143
5-1 結論................................................143
5-2 建議................................................144
參考文獻....................................................145










圖目錄
圖(1-1) 使用輕質骨材建造於1919年下水的美國混凝土貨船..........4
圖(1-2) 1928年使用Haydite輕質骨材混凝土興建的堪薩斯市西南貝爾電話公司大樓....................................................4
圖(1-3) 研究流程圖...........................................12
圖(2-1) 矽氧四面體結構圖.....................................22
圖(2-2) 鋁八面體結構圖.......................................22
圖(2-3) 四種常見黏土之結構示意圖.............................23
圖(2-4) 高嶺土外觀...........................................30
圖(2-5) 高嶺土微粉顯微照片...................................30
圖(3-1) 偏高嶺土輕質骨材製程流程圖...........................36
圖(3-2) 偏高嶺土輕質骨材混凝土分析流程圖.....................37
圖(3-3) 細骨材級配曲線.......................................42
圖(3-4) 造粒機模型俯視圖.....................................54
圖(3-5) 造粒機模型側視圖.....................................55
圖(3-6) 實驗型圓盤造粒機示意圖...............................56
圖(3-7) 偏高嶺土輕質骨材雛粒凝結過程示意圖，Bijen(1986) .......61
圖(3-8) 各種造粒方法適用含水量範圍，原(1972) .................61
圖(3-9) 吸水速率示意圖.......................................91圖(4-1) 偏高嶺土輕質骨材28天點荷重抗壓結果...................94
圖(4-2) 五種不同輕質骨材配比之顆粒單位重.....................95
圖(4-3) 五種不同輕質骨材配比之骨材吸水率.....................95
圖(4-4) 五種不同輕質骨材配比之骨材面乾內飽和比重.............96
圖(4-5) 五種不同輕質骨材配比之骨材空隙率.....................97
圖(4-6) 偏高嶺土輕質骨材混凝土單位重與各規範之比較...........99
圖(4-7) 三組不同偏高嶺土輕質骨材混凝土水灰比之吸水率試驗結果比較..........................................................101
圖(4-8) 三組不同水灰比齡期28天之吸水速率結果比較............103
圖(4-9) 三組不同水灰比齡期28天之累積吸水量結果比較..........104
圖(4-10) 三組不同水灰比48小時透水試驗結果比較...............106
圖(4-11) 三組不同水灰比48小時透水係數之比較.................107
圖(4-12) 偏高嶺土輕質骨材混凝土抗壓強度與各規範之比較.......109
圖(4-13) 偏高嶺土輕質骨材混凝土劈裂強度與各規範之比較.......113
圖(4-14) 偏高嶺土及飛灰輕質骨材混凝土與規範抗壓強度之比較...138
圖(4-15) 偏高嶺土輕質骨材混凝土及飛灰輕質骨材混凝土抗壓強度比較..........................................................138
圖(4-16) 偏高嶺土輕質骨材混凝土及飛灰輕質骨材混凝土與各規範劈裂強度之比較..................................................140
圖(4-17) 偏高嶺土輕質骨材混凝土及飛灰輕質骨材混凝土劈裂強度比較..........................................................140
圖(4-18) 偏高嶺土輕質骨材混凝土與偏高嶺土混凝土之吸水率試驗結果比較........................................................142








表目錄
表(1-1) 美國1993年∼1998年的膨脹粘土輕質骨材生產量(萬公噸)...5
表(2-1) 普通卜特蘭水泥主要成分..............................13
表(2-2) 各成份對波特蘭水泥性質之影響，孔(2004)...............14
表(2-3) 矽鋁酸鈣鹽類水化反應程序............................19表(2-4) 高嶺土的主要用途....................................25
表(2-5) 高嶺土礦床類型......................................26
表(2-6) 高嶺土的工業類型....................................29
表(2-7) 高嶺土族礦物典型性質................................31
表(2-8) 高嶺土的物化性能....................................32
表(2-9) 高嶺土可塑性等級....................................32
表(3-1) 試驗用飛灰化學成分..................................38
表(3-2) 水泥之物理性質......................................39
表(3-3) 水泥之化學成分......................................40
表(3-4) 細骨材級配分佈表....................................41
表(3-5) 骨材物理性質........................................42
表(3-6) 偏高嶺土化學成分表..................................43
表(3-7) 偏高嶺土物理性質表..................................43
表(3-8) 消石灰之化學成分....................................44表(3-9) 常用造粒法之比較.....................................52
表(3-10) 實驗型圓盤造粒機規格................................56
表(3-11) 造粒機參數評估結果..................................59
表(3-12) 實驗型圓盤造粒機規格及參數..........................59
表(3-13) 成分之化學式及分子量................................62
表(3-14) 偏高嶺土輕質骨材粉料配比比例........................68
表(3-15) 偏高嶺土輕質骨材配比................................68表(3-16) 添加配方............................................69表(3-17) 偏高嶺土輕質骨材粉料配比............................70表(3-18) 不同施工形式的坍度建議值............................71表(3-19) 暴露條件不同之建議平均總含氣量......................72表(3-20) 不同坍度及最大骨材粒徑之概估所需拌合水及含氣量值....73表(3-21) 最大容許水灰比( ):建議使用在試拌時無強度數據或無工地經驗可尋的狀況下.............................................74表(3-22) 混凝土實驗之三種不同水灰比..........................74表(3-23) 單位體積混凝土所需粗骨材體積量......................75
表(3-24) 不同水灰比之混凝土材料總需求量......................77表(3-25) 粗骨材之最大顆粒尺寸試樣重..........................83
表(3-26) 篩號排列............................................84
表(4-1) 試驗冷結型偏高嶺土輕質骨材級配表....................97
表(4-2) 偏高嶺土輕質骨材混凝土單位重與各規範之比較.........98
表(4-3) 三組不同偏高嶺土輕質骨材混凝土水灰比之吸水率試驗結果比較..........................................................100
表(4-4) 三組不同水灰比齡期28天之吸水速率結果比較...........102
表(4-5) 三組不同水灰比齡期28天之累積吸水量結果比較.........103
表(4-6) 三組不同水灰比48小時透水試驗結果比較...............105
表(4-7) 三組不同水灰比48小時透水係數之比較.................107
表(4-8) 偏高嶺土輕質骨材混凝土抗壓強度與各規範之比較.......109
表(4-9) 偏高嶺土輕質骨材混凝土劈裂強度與各規範之比較.......113
表(4-10) 混凝土實驗之三組不同水灰比.........................115表(4-11) 偏高嶺土輕質骨材混凝土及飛灰輕質骨材混凝土與各規範抗壓強度之比較..................................................137
表(4-12) 偏高嶺土輕質骨材混凝土及飛灰輕質骨材混凝土與各規範劈裂強度之比較..................................................139
表(4-13) 偏高嶺土輕質骨材混凝土與偏高嶺土混凝土之吸水率試驗結果比較........................................................141
表(5-1) 實驗型圓盤造粒機規格及參數.........................143



















照片目錄
照片(3-1) 改良式之土壤力學試驗中之壓縮試驗儀用來測量點荷重強度...........................................................45
照片(3-2) 混凝土拌合機.......................................46
照片(3-3) 烘箱...............................................47
照片(3-4) 抗壓機.............................................48
照片(3-5) 劈裂座.............................................49
照片(3-6) 透水試驗儀.........................................50
照片(3-7) 掃瞄式電子顯微鏡...................................51
照片(3-8) 實驗型圓盤式造粒機 正視照..........................57
照片(3-9) 實驗型圓盤式造粒機 側視照..........................57
照片(4-1) 水灰比0.54之劈裂情形..............................111
照片(4-2) 水灰比0.46之劈裂情形..............................111
照片(4-3) 水灰比0.35之劈裂情形..............................112
照片(4-4) 輕質骨材配比A之SEM(20μm) ........................116
照片(4-5) 輕質骨材配比A之SEM(50μm) ........................117
照片(4-6) 輕質骨材配比A之SEM(100μm) .......................117
照片(4-7) 輕質骨材配比A之SEM(200μm) .......................118
照片(4-8) 輕質骨材配比B之SEM(10μm) ........................118
照片(4-9) 輕質骨材配比B之SEM(10μm) ........................119
照片(4-10) 輕質骨材配比B之SEM(10μm) .......................119
照片(4-11) 輕質骨材配比B之SEM(50μm) .......................120
照片(4-12) 輕質骨材配比C之SEM(10μm) .......................120
照片(4-13) 輕質骨材配比C之SEM(10μm) .......................121
照片(4-14) 輕質骨材配比C之SEM(20μm) .......................121
照片(4-15) 輕質骨材配比C之SEM(50μm) .......................122
照片(4-16) 輕質骨材配比C之SEM(50μm) .......................122
照片(4-17) 輕質骨材配比D之SEM(10μm) .......................123
照片(4-18) 輕質骨材配比D之SEM(10μm) .......................123
照片(4-19) 輕質骨材配比D之SEM(10μm) .......................124
照片(4-20) 輕質骨材配比E之SEM(50μm) .......................124
照片(4-21) 輕質骨材配比E之SEM(10μm) .......................125
照片(4-22) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..126
照片(4-23) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..126
照片(4-24) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..127
照片(4-25) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..127
照片(4-26) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..128
照片(4-27) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..128
照片(4-28) 水灰比為0.54偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(100μm)..129
照片(4-29) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..129
照片(4-30) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..130
照片(4-31) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(20μm) ..130
照片(4-32) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(20μm) ..131
照片(4-33) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..131
照片(4-34) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..132
照片(4-35) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..132
照片(4-36) 水灰比為0.46偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..133
照片(4-37) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..133
照片(4-38) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..134
照片(4-39) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(10μm) ..134
照片(4-40) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(20μm) ..135
照片(4-41) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..135
照片(4-42) 水灰比為0.35偏高嶺土輕質骨材混凝土之SEM(50μm) ..136

參考文獻
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