氯離子傳輸試驗方法

本研究主要使用之氯離子傳輸試驗方法分別為 AASHTO T259 貯鹽試驗 與本研究擬開發的 ACMT 試驗法。其中貯鹽試驗屬於傳統擴散試驗中最主要 的一種，評估方式為非穩態氯離子擴散係數。ACMT 以外加電場做為趨動力 的加速試驗。ACMT 試驗分為試體前處理與試驗部分，試體前處理步驟主要 在使試體內部孔隙呈現飽和濕潤狀態。下述就各試驗方法加以說明。

壹、AASHTO T259 鹽池試驗

鹽池試驗為典型非穩態擴散機制的氯離子擴散試驗，主要將上述配比達 試驗齡期的混凝土試體，以水冷式鑽石鋸片將混凝土表面2 cm處切除，此做 法為避免因浮水現象導致試驗結果偏差。再依據 ASTM C1543進行90天 3％

濃度NaCl 溶液浸泡，混凝土浸泡90天後，分別量測混凝土各深度所分布的 氯離子含量，其試驗步驟可分為浸泡過程與取樣和氯離子分析過程，相關試 驗步驟說明如下。

浸泡過程

1. 將試體放置空氣中至少 1 hr，待表面乾燥後以環氧樹脂塗封其側面。試 樣側面之環氧樹脂凝固後，以內徑 21 cm 直徑之塑膠環內塗上矽利康樹 脂（Silicon）使塑膠環與試體緊密結合，為防止其漏水，在試體與塑膠 環接縫處再塗上矽利康樹脂，使其乾燥緊密接合。如圖 3-1 所示。

2. 試體乾燥後，以混凝土縱面至塑膠環標示 1.5 cm 記號，在塑膠環內倒入 3% NaCl 水溶液，直至 1.5 cm 標示記號為止，為了使溶液不被蒸發影響 濃度，以保鮮膜將塑膠環密封。

3. 密封後試體放置於溫度 23±5 ℃空氣流通之房間，而後每二星期將溶液 更換一次。一直持續到浸泡所需天數。

圖 3-1 90 天鹽池試驗示意圖

取樣和氯離子濃度分析過程

1. 將試體上的塑膠環除去，利用鑽孔機在其垂直面鑽出 3.3 cm 直徑的圓 柱體。如圖 3-2 所示。

2. 使用鑽石切刀將直徑 3.3 cm 的圓柱體以乾式切割成 0.5 cm 厚度大小之 試樣，由於考慮每片試片於切割時約磨耗 0.25 cm，所以在計量上厚度 以 0.75 cm 表示之。

3. 再將直徑 3.3 cm 厚度 0.75 cm 之試樣，以研磨機將其磨碎，使其通過 50 號篩混凝土粉末。

混凝土試樣

塑膠環 3% NaCl 溶液

高15cm

直徑 20 cm

入 10 mL 之沸騰之去離子水；加入約 3 mL 之 HNO3，待 HNO3將混凝 土粉末溶解後，再加沸騰之去離子水到 60 mL。以 350~450 °C 加熱平 板將其加熱到沸騰；待沸騰 1 分鐘後，再將其放置到陰涼處使溶液溫度 降至室溫。

5. 放置至室溫後，將溶液倒入放置有 Whatman＃41、＃40 之濾紙澆杯，

使其雜質濾除，並利用沸騰之去離水將溶液稀釋到 150 mL。

6. 量取氯離子溶液體積後，取 0.5 mL 氯離子溶液以 4.5 mL 去離子水稀釋 10 倍，並由離子層析儀來量測氯離子之含量。

圖 3-2 鑽取圓柱體示意圖

貳 、 加 速 氯 離 子 傳 輸 試 驗 （ ACMT）

ACMT 為本研究擬開發的本土化氯離子傳輸試驗法，其試驗過程分為試 體前處理與試驗過程兩部分。將其步驟詳述於下。

ψ 3.3cm

ACMT 試驗前處理

ACMT 試體係將前述所製作之直徑 10 公分高度 20 公分試體以水冷式鑽 石鋸片中心部份切割成厚度 3 公分的試體。所進行的試體前處理與 RCPT 法 相同，主要在使試體內部孔隙呈現飽和濕潤狀態。其方法與步驟如下：

1. 試體放入真空系統設備的真空容器內。並啟動真空泵浦，使泵浦抽至1 mmHg (133 pa) 以下時，打開抽真空之閥門，維持數分鐘，讓真空度量 儀表維持在1 mmHg (133 pa) 以下，且呈穩定狀態，關閉抽真空之閥門 與泵浦，維持真空度3 hr (其目的是因為真空鋼桶內混凝土試體之內部 壓力較外部大，所以讓試體內部之空氣向外跑)。

2. 打開止水閥門讓預先煮沸且冷卻的去離子水淹沒試體高度，當其水面完 全蓋過試體，關閉入水閥門，持續抽真空 1 hr。 1 hr 後，關閉所有閥 門與真空泵浦，將試體移至相對溼度 95%的容器中靜置 18±2 小時。

圖 3-3 ACMT 試體前處理抽真空設備

真 空 乾 燥 器 真 空 泵 浦

真 空 計

去 氣 水 容 器 與 加 熱 裝 置

ACMT 試驗過程

經前處理後之試體放置在兩個壓克力槽之間，每個槽內均放置一片 20 號篩徑的銅網做為電極。陽極的試驗槽內置入 0.3N 氫氧化鈉溶液，另一側試 驗槽為 3%氯化鈉溶液做為負極。與 RCPT 不同處在於試驗槽容積與外加電 壓伏特數。其中試驗槽溶液由 250 mL 放大為 4500 mL，試驗槽容積的增大可 避免試驗期間溫度所引起的熱焦耳效應，並可同時量測氯離子穿過混凝土到 陽極試驗槽中的氯離子濃度，以計算氯離子擴散係數。而為避免長期施加高 伏特電壓下對試體孔隙結構破壞與改變，ACMT 將外加電壓由 60 V 降至 24 V。其試驗設備示意圖，如圖 3-4 所示，相關照片如圖 3-5 所示。所需試驗時 間依混凝土之緻密性而定，約為 7~15 天。試驗期間於每五分鐘以數據擷取器 記錄通過試體之間的電流與氫氧化鈉溶液的溫度。氯離子濃度約每 8 小時量 測 1 次，並利用電位滴定法以 0.01N 標準硝酸銀溶液進行濃度滴定。

圖 3-4 加速氯離子傳輸試驗（ACMT）試驗設備示意圖

20 號銅網電極 30mm 厚混凝土試片

直流電源供應器 數據擷取器

陰極槽 4500ml 3％ NaCl 溶液

陽極槽 4500ml 0.3N NaOH 溶液

－ ＋

圖 3-5 加速氯離子傳輸試驗（ACMT）儀器照片