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本研究基於菲克第二擴散定律(Fick’s Second Law)、對流-擴散方程式

(Convection-Diffusion Equation),混凝土試體於 28 天水中養護後,利用加壓方 式,使氯離子侵入混凝土的過程縮短。比較相同試驗時間有無靜水壓力對於氯離子 傳輸的影響,如氯離子侵入深度、氯鹽侵入量以及氯離子濃度累積速率之差異,同 時研究各種因素(卜作嵐材料種類及取代率、混凝土抗壓強度以及靜水壓力大小等)

影響下的氯離子侵入行為,建立壓力滲透試驗做為加速試驗取代 90 天貯鹽試驗的 基礎。經試驗結果討論與分析後,可歸納出下列結論:

經由控制方程式參數分析結果,滲流速度隨著試驗時間增加,對於氯離子傳輸

(氯離子侵入深度、侵入量以及各層濃度累積速率)影響越顯著。

等效氯離子傳輸係數 Deq 為透過擴散方程式迴歸分析壓力滲透試驗氯離子濃 度數據計算得到,其意義為將滲流影響假設為擴散之係數,但隨著試驗時間增 加滲流影響顯著,因此 Deq應有時間效應。且擴散方程式線型與滲流-擴散方 程式線型不盡相同,由等效氯離子傳輸係數 Deq適用性分析結果顯示,隨試驗 時間增加相關係數 R2持續降低。

相同 7 天試驗時間,靜水壓力為 3、5 kgf/cm2,等效氯離子傳輸係數 Deq隨著 7 天貯鹽試驗擴散係數 D 大小變化兩者呈線性關係(如下圖),且相同靜水壓

力之 Deq能夠反映混凝土耐久性,趨勢與擴散係數相同。

等效氯離子傳輸係數 Deq與滲流-擴散方程式線型分析比較後,若取相關係數 R2為 0.900 以上視為高度相關,與本研究相似試驗條件(如:水膠比、加壓時 間少於 35 天、靜水壓力 5 kgf /cm2以內)可將等效氯離子傳輸係數 Deq假設為 常數,簡化分析靜水壓力下氯離子傳輸行為。以 055OPC 各試驗時間壓力滲透 試驗氯離子濃度分布情況為例,將 7 天試驗時間等效氯離子傳輸係數 Deq代入 擴散方程式與 35 天試驗時間氯離子濃度分布情況比較,相關係數 R2達 0.985。

055F40 為本研究試驗結果中抵抗氯離子侵入能力最差,考慮本研究養護條件,

許多文獻指出飛灰具有晚期發展的特性,若將 055F40 養護足夠後再進行 5 kgf/cm2壓力滲透試驗,滲流速度將降低,推論 055F40 之 Deq於 35 天以內假 設為常數可更加適用於描述靜水壓力下氯離子的分布行為,可得較高相關係 數。另外,若當混凝土水膠比以及靜水壓力小於本研究者,於充分養護後 Deq

於 35 天以內應能假設為常數進行簡化分析靜水壓力下氯離子的傳輸行為。

以「比色法氯離子侵入深度 Xd」作為指標,就 055OPC 試驗結果而言, 21 天 5 kgf/cm2壓力滲透試驗作為加速性試驗,與 90 天貯鹽試驗比色法氯離子侵入 深度比較,試驗值相差 1 mm、誤差約 4.5%。

貯鹽試驗侵入深度模型趨勢與試驗值吻合,以本研究試驗結果,相關係數達 R2 達 0.859~0.976,未來若進行不同時間壓力滲透試驗,可藉此模型預測貯鹽試 驗所需試驗時間。

以滲流-擴散方程式亦或是等效氯離子傳輸係數 Deq,皆無法貼合氯離子濃度 滴定值最後幾層數據,本研究就此現象推論靜水壓力下氯離子傳輸可能存在 耦合區與擴散區,且耦合區深度亦可能隨試驗時間增加而變化。如下圖所示。

以「氯離子侵入深度 X0.05%」為指標,就 055OPC 試驗結果為例,將 7 天試驗 時間數據分別代入 Deq與 D 關係式、貯鹽試驗氯離子侵入深度模型以及壓力 滲透試驗氯離子侵入深度模型(Deq),由模型計算 90 天貯鹽試驗氯離子侵入 深度是否等於 21 天壓力滲透試驗,兩者侵入深度相差 15%~28%,本研究推論 誤差主要源於模型低估靜水壓力對於氯離子侵入深度的貢獻。若假設無低估 現象,以 21 天 5 kgf /cm2壓力滲透試驗做為加速試驗判斷混凝土耐久性,由 壓力滲透試驗侵入深度模型(Deq)計算 21 天試驗時間氯離子侵入深度預測 值,預測值趨勢亦能判別混凝土耐久性,且趨勢與「比色法氯離子侵入深度 Xd

相同。

以「氯離子濃度累積速率」做指標,靜水壓力 5 kgf/cm2壓力滲透試驗做為加 速性試驗,就 055OPC 組別試驗結果而言,21 天加壓時間與 90 天貯鹽試驗氯 離子濃度值相近。若 90 天貯鹽試驗擴散方程式與 21 天加壓時間 Deq方程式相 比,相關係數 R2達 0.982。其餘配比 21 天 5 kgf/cm2壓力滲透氯離子分布預測 線與 90 天貯鹽試驗試驗值相關係數 R2為 0.969~0.999。

藉由特定深度氯離子濃度累積速率模型比對試驗值結果,相關係數 R2為 0.604

~0.901,藉由此模型能計算在各個試驗時間時,特定深度的氯離子濃度預測 值。若未來需以貯鹽試驗或是壓力滲透試驗探討臨界氯離子濃度,即能預測鋼 筋周圍的氯離子濃度,若達鋼筋可能發生腐蝕的氯離子濃度值,可密切監測腐 蝕電流值的變化。

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