5.6 氯離子濃度累積速率
5.6.1 靜水壓力對於濃度累積之效益
由 5.4.2 節當中所述，以「比色法氯離子侵入深度」做為指標，055OPC 組別 21 天 5 kgf/cm2壓力滲透試驗做為加速性試驗取代 90 天貯鹽試驗，誤差約 4.5%、
相差 1 mm。比較 21 天壓力滲透試驗與 90 天貯鹽試驗各層氯離子濃度差異，如圖 5-19 所示。可以發現兩者氯離子濃度分布情形以及方程式線型幾乎重合，R2為 0.982。
因此推論除了比色法氯離子侵入深度相近外，氯離子濃度分布情形亦相似。
從 055OPC 試驗組別中，透過 7 天擴散係數 D 與等效氯離子傳輸係數 Deq關 係，並將 Deq 假設為常數無時間效應，可描述 35 天試驗時間以內靜水壓力為 5 kgf/cm2以下的氯離子傳輸行為（如圖 5-7 所示）。由 5.3.2 節所述，Deq隨著不同配 比之不同擴散係數變化，且與擴散係數 D 呈線性關係，表示 Deq在一定條件下能 判斷混凝土耐久性，推論其餘配比能以此基礎，預測 35 天試驗時間以內靜水壓力 5 kgf/cm2以下的氯離子分布情況。
以 5.3 節所述等效氯離子傳輸係數 Deq預測各配比 21 天壓力滲透試驗氯離子
（Weight of Concrete）所需的試驗時間，特定深度及氯離子濃度數值大小為參考本 研究群針對混凝土臨界氯離子濃度的研究中混凝土試體保護層皆為 2 cm、臨界氯 離子濃度約略在 0.05～0.2%（Weight of Concrete）左右。
將式 5-11 和式 5-12 中的參數代入本研究 055OPC 組別試驗數據（Dref = 24.29
以 055OPC 組別氯離子濃度累積速率的模型討論，濃度累積至 0.05%、0.1%、
0.2%（Weight of Concrete），壓力滲透試驗與貯鹽試驗分別所需的試驗時間預測值 如表 5-21 所示。
需以貯鹽試驗或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，若達到可能會發生腐蝕的氯離子濃度值，可密切監測腐蝕電流值的 變化。
表 5-21 壓力滲透試驗與貯鹽試驗到達目標濃度所需試驗時間（055OPC）
深度 2 cm 處氯離子濃度累積至目標濃度所需試驗時間（預測值）
目標濃度 貯鹽試驗 壓力滲透試驗
0.05% 37 天 20 天
0.1% 64 天 26 天
0.2% 156 天 39 天
(a) (b)
圖 5-19 055OPC 21 天壓力滲透試驗與 90 天貯鹽試驗氯離子濃度比較
(a) 055OPC (b) 055S40
(c) 055F20 (d) 055F40
(e) 055SF30
圖 5-20 各配比 21 天壓力滲透試驗氯離子分布預測線與 90 天貯鹽試驗試驗值比較
圖 5-21 於深度 2 cm 處氯離子濃度累積速率
圖 5-22 深度 2 cm 氯離子濃度累積速率與試驗值比較
結論與建議
6.1 結論
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。
6.2 建議
加速性試驗與長時間試驗存在混凝土齡期問題，建議進行長時間的養護，使各 試體足以充分發揮水化反應之時間後，再進行各項試驗，避免氯離子侵入過程 中，大量水化反應同時進行，造成誤差，尤其有添加卜作嵐材料之混凝土，更 需注意此情況。
以不同水膠比、更長加壓時間驗證等效氯離子傳輸係數 Deq時間效應，以及 Deq
與擴散係數 D 之間的關係。
以不同水膠比或是較長時間的養護（如水養護 90 天）試體進行壓力滲透試驗，
比較不同試驗條件下，等效氯離子傳輸係數 Deq與擴散係數 D 之間的關係。
推論混凝土水膠比小於本研究者，於相同條件下（如：水膠比、加壓時間少於 35 天、靜水壓力 5 kgf /cm2以內）可將 Deq假設為常數便於分析，但建議以較 低水膠比（小於 0.55）試體進行試驗，驗證此推測。
以不同配比進行 21 天 5 kgf /cm2壓力滲透試驗，透過較多數據驗證 21 天 5 kgf /cm2壓力滲透試驗做為加速試驗能取代 90 天貯鹽試驗。
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