臺灣博碩士論文加值系統

混凝土常做為核設施防幅射用途之屏蔽材料，而其強度並非為主要考量。因此，其配比常會添加一些材料，如氧化鋁粒料及碳化硼等，藉以增加其屏蔽效果。唯若此類混凝土結構產生裂縫，則影響範圍不只是構件本身強度，尚需考慮幅射外洩的潛伏危機；因此，必須對該混凝土材料的力學性質及破裂韌進行深入的瞭解，作為日後設計及評估之參考。
本研究主要研究含高純度氧化鋁粒料及碳化硼之低活化性高鋁混凝土(LAHAC)力學性質，並依添加不同含量之氧化鋁粒料，進行系統性之探討。本研究試驗，配比係採水泥量11%之碳化硼，及20%、40%、60%砂取代量之氧化鋁粒料，並與常重混凝土比較力學性質與工作性。藉由混凝土強度及破壞力學試驗，評估並比較LAHAC與普通混凝土之強度及破裂韌性。試驗結果顯示，LAHAC有高早期強度的特性，但抗壓強度及抗拉強度發展，會隨齡期增加而減小。另外，由於晶相轉化之影響，抗拉強度及破裂韌性，隨著氧化鋁粒料增加而有減少的趨勢。

Concrete is widely used as a shielding material of nuclear facilities for radiation protection. In addition to strength concern, it is often added some specific inclusions, such as alumina and B4C, to enhance the shielding capability. However, if the concrete cracks, it affects not only the strength of the construction but also the risk of radiation leakage. Thus, we must figure out the mechanical properties and fracture toughness of this type of concrete for future design and assessment.
The aim of this study is to analyze the mechanical properties and workability of low activation of high-alumina concrete (LAHAC) which consists of alumina oxide Al2O3 and boron carbide B4C. The concrete mixtures which consist of 11% B4C and 20%, 40% or 60% Al2O3 as fine aggregate replacement are designated. The strength and the fracture toughness of LAHAC and normal concrete were tested and compared. The results showed that LAHAC had high strength in the early stage, but the tensile strength and the compressive strength decreased with time duration. In addition, the tensile strength and the fracture toughness decreased as the alumina grains increased due to the conversion effect.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1輻射與屏蔽 4
2-1.1 輻射 4
2-1.2 屏蔽 4
2-2 屏蔽材料 5
2-3 高鋁混凝土 7
2-4 低活化性高鋁混凝土 8
2-5 混凝土裂縫性質與裂縫種類 10
2-6 混凝土破壞力學 11
2-6.1 混凝土線彈性破壞力學 12
2-6.2 混凝土非線性破裂理論 13
第三章 試驗計畫 22
3-1試驗材料 22
3-2試體規劃 23
3-3試驗儀器 24
3-4試驗方法 26
3-4.1 基本力學性質 26
3-4.2 破裂能與應力強度因子 27
第四章 試驗結果與討論 40
4-1 混凝土力學性質試驗 40
4-1.1 抗壓強度 40
4-1.2 彈性模數 41
4-1.3劈裂強度 41
4-2 抗壓強度與波數之比較 42
4-3 混凝土韌性試驗 43
4-3.1 破裂韌性 43
4-3.2 破裂能 43
第五章 結論與建議 53
5-1 結論 53
5-2 建議 53
參考文獻 55

表目錄
表 3-1 粗細骨材之基本性質 29
表 3-2 本研究採用之水泥成分【20, 21】 29
表 3-3 碳化硼性質【22】 31
表 3-4 ㄧ般混凝土與高鋁混凝土之配比 31
表 4-1 混凝土之抗壓強度 43
表 4-2 混凝土之彈性模數 43
表 4-3 凝土之劈裂強度 43
表 4-4 混凝土之波速 44
表 4-5 混凝土之破裂韌性與破裂能 44

圖目錄
圖 2-1 不同輻射粒子穿透力示意圖【1】 16
圖 2-2 核分裂連鎖反應【1】 16
圖 2-3 核能發電原理【1】 17
圖 2-4 碳化硼含量與透射係數之關係【8】 17
圖 2-5 B4C/Al材料厚度與透射係數關係【 8】 18
圖 2-6 低放射性廢物對不同混凝土之影響【 8】 18
圖 2-7 混凝土破壞及裂縫成長過程【 9】 19
圖 2-8 兩種混凝土裂縫之發展路徑 19
圖 2-9 裂縫表面位移之模式【 13 】 20
圖 2-10 不同材料性質【 16 】 20
圖 3-1 試驗流程 32
圖 3-2 破壞力學試驗 33
圖 3-3 載重 -垂直位移關係圖 34
圖 3-4 氧化鋁砂 (#20) 35
圖 3-5 碳化硼 (#240) 35
圖 3-6 50T 材料試驗系統 MTS 36
圖 3-7 資料擷取器 UCAM-60A-A 36
圖 3-8 樑試體載重配置 37
圖 3-9 全自動抗壓試驗機 37
圖 3-10 UK1401乾點接觸式 38
圖 4-1 抗壓強度成長趨勢 45
圖 4-2 混凝土四種不同配比之彈性模數 45
圖 4-3 混凝土四種不同配比之劈裂強度 46
圖 4-4 劈裂強度實驗值與公式比較 46
圖 4-5 彈性模數實驗值與公式比較 47
圖 4-6 混凝土四種不同配比之波速 47
圖 4-7 常重混凝土抗壓與波速關係圖 48
圖 4-8 LAHAC20 抗壓與波速關係圖 48
圖 4-9 LAHAC40 抗壓與波速關係圖 49
圖 4-10 LAHAC60 抗壓與波速關係圖 49
圖 4-11 高鋁混凝土第一天波速發展 50
圖 4-12 混凝土四種不同配比之破裂韌性 50
圖 4-13 混凝土四種不同配比之破裂能 51

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