第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
混凝土係以水泥漿體為基材，隨機置入於骨材漿體內的非均質材料。其 生成經歷新拌時的流體狀態至水化反應完成後的硬固流程，當由流體轉換成 固體過程時會造成體積改變，導致內部產生許多隨機分佈大小不一的孔隙，
所以混凝土屬於多孔性的複合材料。另一方面，由於台灣屬於亞熱帶海島型 氣候，致使混凝土結構物長年暴露於氯離子與高濕度的環境中，間接促使鋼 筋腐蝕並造成混凝土結構物服務年限縮短，尤以鄰近海域環境的各大工業區 更加嚴重。
對混凝土材料而言，氯離子進入混凝土至鋼筋腐蝕的時間，除了受到保 護層厚度與混凝土孔隙組織所控制外 [1]。因為氯離子在混凝土內部的傳輸 必須藉由水作為媒介進行混凝土內部孔隙的濕度與酸鹼值也是主要的因 素，，在多種因素交雜下，導致氯離子於混凝土中的傳輸行為相當複雜。
保護層雖然藉由厚度可以延緩氯離子接觸鋼筋表面的時間，但由於施工 因素導致部份保護層厚度不足，若使用品質較差或孔隙較高的混凝土，氯離 子進入混凝土與鋼筋表面接觸的時間便會縮短。
以孔隙組織而言，水泥漿體各種孔隙中，以水化反應導致的毛細孔隙
（capillary pore）所佔比例最高，且由於具連通性，因此成為氯離子入侵水泥 漿體的主要路徑。另一道主要路徑為漿體與骨材之間的界面區域，即許多文 獻所提及的界面過渡區（interface transition zone, ITZ）。ITZ 是一層批覆在骨 材外圍約 10μm~100μm 寬度的稀疏區域，形成原因與水化過程中泌水
（bleeding）現象有關 [2]。若由物理量度表示，孔隙連通率、孔隙尺寸的分 布、與撓曲度（tortuosity）均是構成孔隙的主要架構。但對孔隙結構量測而 言，由於混凝土孔隙結構太複雜，很難由一個簡單的試驗來完整架構，即便
使用壓汞孔隙儀（MIP）也很難去描繪整體孔隙結構，因為其樣品限制於 2.54 cm 的立方體。因此通常均以離子在孔隙中傳輸行為的量化來代表孔隙結構所 反應的混凝土耐久性。
對孔隙濕度而言，當混凝土內部孔隙完全乾燥時，外界中的氯離子無法 侵入。若暴露環境的濕度較高或直接與水接觸時，水氣會由吸附與毛隙吸收 現象進入混凝土孔隙中，並因蕊絲現象(wick action)逐漸讓孔隙充滿水分。當 連通孔隙呈現水飽和狀態後，外界氯離子會利用與孔隙水中氯離子濃度上的 差異進行傳輸，此即擴散現象[3]。另一方面，由於水泥中氫氧化合物的因素，
使得孔隙內部的水分呈現高鹼性狀態（pH>11），當鋼筋存在鹼性環境時，可 以確保其表面鈍態保護膜的存在與受氯離子破壞後迅速再度形成的現象。但 若受到大氣中二氧化碳的侵入，會使得孔隙水因為碳酸的形成導致 pH 值的 降低。當氯離子濃度與氫氧根濃度（[Cl-]/[OH-]）大於 0.3 時，便有極高的腐 蝕機率 [4]。
基於上述可知影響氯離子與混凝土中的傳輸現象極為複雜，且對鋼筋腐 蝕影響的重要性，因此建立準確評估的試驗方法有其必要性。目前相關評估 試驗並不多，最典型的以 AASHTO T259 規範的 90 天鹽池試驗（Ponding test）
為代表，試驗方式主要利用量測不同深度的氯離子濃度，配合 Fick 第二定律 計算擴散速率以評估其傳輸性質[5,6]。但 90 天以上的長試驗期與精度要求高 的氯離子濃度量測，均使得鹽池試驗在實務上的使用率較低。因此近年來發 展出許試驗時間較短與分析簡易的評估方式。其中利用外加電場加速氯離子 擴散是主要的一種方法。如 ASTM C1202 的 RCPT 方法，其評估方式係利用 60V 直流電壓在加速 24 小時過程中總通過的電荷量來表示混凝土抗氯離子 穿透能力，為目前廣泛使用之試驗方法，我國 CNS 亦在去年將其列為試驗規 範（CNS 14795），但因其理論基礎較為薄弱，且近 10 餘年國內外相關研究 均指出，ASTM C1202 試驗過程中容易受到封閉系統內部熱的影響，造成總 電荷量的增加。或是混凝土礦物摻料（飛灰或爐石）的影響，導致試驗結果
的誤判等，因此歐洲地區已有部份國家不使用此方法進行混凝土耐久性的評 估。而本研究團隊針對上述試驗優缺點研發加速氯離子傳輸試驗（accelerated chloride migration test, ACMT），針對 ASTM C1202 試驗法的其缺失加以改 善，除避免試驗期間溫度所引起的焦耳熱效應，並利用試驗期間量測的氯離 子濃度變化來計算混凝土的氯離子傳輸係數（migration coefficient），來評估 氯離子傳輸行為。
所以本研究擬藉由所內耐久耐候實驗室相關設備進行混凝土中氯離子擴 散基本試驗法原理的研究，並以鹽池試驗基本擴散結果驗證 ACMT 試驗法之 可行性。
第 二 節 研 究 目 的
本研究擬開發混凝土中加速氯離子擴散基本試驗法－（加速氯離子傳輸 試驗；ACMT），以成為建研所耐久耐候實驗室的混凝土耐久性試驗法。本研 究配合鹽池試驗（Ponding test）對 ACMT 進行驗證以建立氯離子於混凝土中 的傳輸行為，作為混凝土氯離子傳輸快速評估試驗規範建立準備工作。相關 研究方法與步驟主要分成四大部份。第一部分主要為文獻蒐集工作。第二部 份為試驗部份，分別以不同配比設計之混凝土進行鹽池試驗、RCPT、與 ACMT 試驗。第三部分就試驗所得之結果探討氯離子於混凝土內之傳輸機理。第四 部份建立混凝土氯離子傳輸快速評估試驗規範之草案。研究步驟流程如圖 1-1 所示，相關研究內容如下所述：
1. 各國混凝土中氯離子傳輸試驗方法文獻蒐集與試驗結果資料整理。
2. 使用各類混凝土（不同水灰比、礦物摻料比例（飛灰、爐石、爐灰）等 配比變數）進行鹽池試驗、與 ACMT 等氯離子傳輸行為量測。
3. 驗證加速試驗與鹽池試驗結果。
4. 以實驗進行探討氯離子於混凝土內之傳輸基理。
5. 探討各種評估抗氯離子穿透能力試驗之關連性。
6. 建立本土化混凝土氯離子傳輸快速評估試驗規範。
圖 1-1 研究步驟流程圖
混凝土中氯離子擴散基本試驗法探討
各國相關規範與文獻蒐集整理
相關文獻蒐集 方法機理探討 各國規範說明
試驗變數訂定與配比設計
ACMT Ponding test
試驗結果與 ACMT 可行性評估分析
混凝土氯離子傳輸快速評估試驗規範建立準備工作