試驗方法、儀器或設備

抗壓強度試驗

本試驗依據ASTM C39 混凝土抗壓強度試驗和 ASTM C109 砂漿抗壓強度試驗規 定進行抗壓試驗，將漿體灌入ψ10 × 20 cm 或 5 × 5 × 5cm 模具內，待凝固後拆模置入 養護槽內，養護至各齡期後將試體取出並以抹布拭乾及石膏蓋平置於材料試驗機上，

以每秒1.4~3.4 kgf/cm²的加壓速率做單軸載重試驗。

透水試驗

係參照CNS 3763 標準進行，將試體上下面中央處置放一塊中央直徑為 5 cm 透水 圓孔，厚度1 cm 以上之橡皮襯墊並緊塞後，由試體上方施加水壓 1 小時，如為水泥砂 漿用應加水壓9.8 kPa，如係混凝土用則採水壓 294.0 kPa，試驗裝置如圖 3-13 所示，其 結果以下式3-1 表示之：

透水量(g) = m2 – m1 (3-1) m1 = 試體乾燥後，於室溫下存放至少 1 小時後試體質量。

m2 = 施以 294.0 kPa 之水壓 24 小時後試體重。

圖3-13 混凝土透水試驗裝置 (資料來源：本研究拍攝)

圍塘試驗(Ponding test)

圍塘試驗是利用氯離子溶液濃度梯度差的傳輸方式，在混凝土中進行自然擴 散。根據AASHTO T259 鹽池試驗的試驗說明，係採方形 300 cm² (A) × 7.5 cm (H)之水 泥質材料試體，並於頂部加約2 cm 高之防水圍束，其餘暴露的表面以環氧樹脂塗封，

以避免溶液由其它位置滲出。此試驗設計目的是為了使溶液以單一垂直水平方向擴 散，試驗溶液為3 % NaCl，溶液注入圍束內高度建議約 1 至 1.5 cm，待靜置 90 天後，

鑽心取樣可利用NT BUILD 492 比色法分析深度或參考 AASHTO T260 酸溶法分析各深 度之氯離子含量。本研究之鹽池試驗主要是參照 AASHTO T259 鹽池試驗方法，由於 分析深度與濃度只需要針對試體少部分區域取樣便可，因此在不影響試驗結果的條件 下，將試體改成φ10 cm (D) × 10 cm (H)的圓柱試體，試驗裝置如圖 3-14 所示。

圖3-14 圍塘試驗裝置 (資料來源：本研究繪製)

試驗試體經處理後如圖 3-15 所示，利用酸溶法分析各深度氯離子濃度，可再 透過Fick’s second law 求得擴散係數 Dcl。

Fick’s second law： ² ₂ x D Ci t C

cl i

∂

= ∂

∂

∂ (2)

由式(3)求得知當距離為 x，時間 t 時，每單位試體氯離子含量：

使用爐碴(石)對於混凝土力學與耐久性能之研究

其中：C (x,t)為距離 x 時，試體的氯離子含量；

C0 (% concrete mass)為試體表面暴露濃度；

x (cm)為滲透深度；

Dcl (m²/s)為氯離子擴散係數；

t (s)靜置時間；

erf 為 error function。

圖3-15 圍塘試驗試體處理 (資料來源：本研究繪製)

中性化試驗(碳化試驗)

將混凝土置放在碳化箱內，以加壓(15 atm)的方式進行碳化。然後參考 RILEM CPC-18 所提議之方法，在 70 ﹪的乙醇溶液中加入 1 ﹪的酚酞，噴灑於試體橫斷面上。

由於酚酞是一種酸鹼指示劑，在pH 值大於 9.2 以上時，會由無色轉為紅色，因此試體 未中性化時將呈紅色，據此可以瞭解中性化深度、碳化速率等。最近的研究顯示，RILEM CPC-18 的方法可能低估了中性化的程度，所以採用由國外進口的最新混凝土用 pH 值 指示劑，此指示劑可以將是否中性化的範圍定義為 pH 值是低於或是高於 11。鹼活化 爐石混凝土不同於混凝土，它的水化生成物並無氫氧化鈣，所以當它受到二氧化碳侵 入時，二氧化碳並不是與氫氧化鈣中和形成碳酸鈣，但是水溶性的二氧化碳形成碳酸 根離子，可能仍會中和孔隙水中的強鹼性(這強鹼性是由未反應的鹼活化液所提供)，造 成所謂的中性化。試驗儀器外觀，如圖3-16 所示。

圖3-16 加速碳化箱 (資料來源：本研究拍攝)

吸水率、孔隙率(顯孔隙率)試驗

本試驗依ASTM C373 進行，取烘乾一天後的試體，待溫度降至室溫測量試體重量 D，然後放入燒杯中加水至試體完全浸沒，加熱至沸騰排除試體氣孔中的空氣，並保持 微沸狀態5 小時，然後在水中冷卻至 24 小時以上，待溫度降至室溫量測並記錄浸沒在 水中試體的浮重S，接著從水中取出試體用毛巾擦去表面多餘的水分秤重，即得空氣中 的飽和試體重量W。

吸水率(%) = D

D W −

孔隙率(%) = V

D W −

(4)

其中D：試體乾燥後重量 W：飽和試體在空氣中重 Ｓ：飽和試體在水中重 V：試體體積 V=W-S

抗硫酸鹽健性試驗

使用爐碴(石)對於混凝土力學與耐久性能之研究

Q^X : 試體直徑為 X cm 之總通過電量(coulombs) X : 試體直徑(cm)

圖3-17 加速氯離子滲透試驗裝置 RCPT (資料來源：本研究繪製)

耐久性評估

AASHTO T277 利用累積總電量來評估混凝土的氯離子穿透能力，共分成高、中 等、低、非常低或微量等五級，可據此來解釋混凝土的緻密性與耐久性，評估表，如 表3-9 所示。

表3-9 累積通過電量對氯離子穿透指標評估表

總電荷通過量(庫倫) 氯離子滲透性

> 4000 高

2000-4000 中

1000-2000 低

100-1000 甚低

< 100 可忽略

使用爐碴(石)對於混凝土力學與耐久性能之研究

掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscop, SEM)

本研究使用HITACHI 公司生產之 S-4800 型掃瞄式電子顯微鏡觀察微觀結構。其 主要利用電場發射電子束撞擊試片激發出訊號，經由訊號放大器再送至陰極映像管 中，再藉由螢光幕呈現試體微觀晶相。能量分散光譜儀（energy dispersive spectroscopy, EDS）附屬於 SEM 設備中，採用逆偏壓的矽（鋰）偵測器。由於每一入射的高能 X 光 會放出大部分能量而形成電子-電洞對，外加電壓可使得電子及電洞移動產生脈動，多 頻道分析器紀錄此電壓脈動並產生尖峰值，再由尖峰值比對材料之元素，儀器外觀如 圖3-18 所示。

圖3-18 掃描式電子顯微鏡(SEM S-4800) (資料來源：本研究拍攝)

X 光繞射分析(X-ray Diffraction, XRD)

本研究使用 PANalytical 所生產的 X 光繞射分析儀(型號：X'Pert Pro)，該儀器所 使用的靶材為銅靶。X 光繞射分析係利用 X 光照射在試體，繞射後的 X 光會沿著與入 射角成 2θ 夾角之圓錐面射出，藉由紀錄不同角度時的繞射強度可繪製 2θ-強度圖。由 Bragg´s law 可知，當 λ=2dsinθ 時會產生建設性干涉，因而會有繞射峰產生。不同的化 合物均有不同的繞射結果產生，所以可利用比對高峰值發生的位置，判別試體內化合 物組成結構，儀器外觀如圖3-19 所示。

圖3-19 X 光繞射分析儀(XRD) (資料來源：本研究拍攝)

流度試驗

本研究之流度試驗，係依ASTM C230-08 水硬性水泥流度試驗規範進行，依照規 範內容將各比例之漿體，灌入指定規格之流度台上，振動速率為100 r/min，完成後記 錄漿體四邊之坍流直徑。

圖3-20 流度台 (資料來源：本研究拍攝)

使用爐碴(石)對於混凝土力學與耐久性能之研究

凝結時間試驗

本研究之流度試驗，係依 ASTM C191-08 水硬性水泥凝結時間試驗(費開氏針法) 法進行，試驗時需要照規範將漿體灌入指定規格之模具，並平均每15 min 記錄一次針 入度，直到針入度達25 mm 左右表示開始初凝，最後當針頭只停留於表面並持續約 5 min 表示終凝。