ACMT 試驗結果

壹、ACMT 穩態期氯離子傳輸係數

在 ACMT 試驗過程中，可定時量測陽極槽所累積的氯離子濃度，因此可 繪製各配比氯離子累積濃度與時間關係圖，如下圖 4-3 為水灰比 0.55 未添加 控制組配比之關係圖。由圖中可以發現當氯離子穿過試體之後，其氯離子累 積濃度濃度與時間會呈現線性關係。由穩態期線性段斜率K （mole/cm_cl ³/sce）

可計算氯離子通量，如下式 4-4 所述：

A V

J_cl K^{cl anode} (4-4)

式中V_anode為陽極槽液體體積（cm³），A為試體斷面積（cm²）。由氯離子通量

（J ）可以代入 Nernst-Planck 方程式求得氯離子傳輸係數：_cl

E FC Z

RTl M J

cl cl

cl

s   (4-5)

式（4-5）中M 為混凝土試體之氯離子傳輸係數（cm_s ²/sec），R為氣體常數(8.31 J×mole/K), T為絕對溫度，為試體厚度（cm），Z 為氯離子電價數，_cl F為 Faraday 常數。C 為陰極槽的氯離子濃度（mole /cm_cl ³），E則為兩電極間所 施加之電壓（Volt）。

圖 4-3 氯離子累積濃度與時間關係圖（C55 配比）

表 4-4 各配比 28 天與 91 天材齡 ACMT 之穩態傳輸係數

C35 8.043 4.608 2.806 5.801 3.324 2.058 C45 12.967 7.429 4.478 9.276 5.315 3.367 C55 16.228 9.298 6.175 14.660 8.399 5.509 C65 23.866 13.674 8.187 20.017 11.469 7.500 S35 3.833 2.196 1.346 3.352 1.921 1.142 S45 4.936 2.828 1.82 3.880 2.223 1.367 S55 6.487 3.717 2.256 5.283 3.027 1.917 S65 7.552 4.327 2.714 5.938 3.402 2.086 F35 5.320 3.048 1.900 3.474 1.990 1.261 F45 6.655 3.813 2.486 4.421 2.533 1.553 F55 8.456 4.845 3.148 4.733 2.712 1.718 F65 9.634 5.520 3.587 5.328 3.052 1.971 SF35 3.854 2.208 1.453 3.112 1.78 1.130 SF45 5.326 3.052 2.052 3.840 2.201 1.430 SF55 8.773 5.027 3.081 5.194 2.976 1.855 SF65 11.558 6.622 3.748 5.977 3.424 2.141

圖 4-4 ACMT 穩態期氯離子傳輸係數與水灰比之間的關係圖，（a）28 天

Ms（×10-12 m2 /s） Ms（×10-12 m2 /s）

0 Group C

0 Group S

0 Group F

0

Group SF

0 Group C

0 Group S

0 Group F

0

Group F

（a） （b）

圖 4-5 C55 配比 ACMT 累積濃度 0.009 mole/L 前氯離子濃度與時間之關係

圖 4-6 氯離子在試體內沿著力量梯度移動前進至陽極槽之示意圖

圖 4-6 中陰極槽氯離子隨著電壓外力梯度在 X 長度之混凝土中前進，當 離子通過試體進入陽極槽，並非如圖 4-6 是全面進入混凝土之情形。而是如 圖 4-7 之情形，原因在於混凝土非均質材料，其內部孔隙為崎曲尺寸不一的 情形，所以離子依著電壓外力梯度在混凝土內移動的速度實際狀況並非一 致。所以導致圖 4-5 的在 0.003 mole/L 以下時曾現曲線而非線性增加的情形。

但當試體內部孔隙完全充滿氯離子時，由於外加電壓相同，此時氯離子進入 陽極槽的速度才趨向一致，此時便進入了穩態階段。

圖 4-7 氯離子於混凝土內部傳輸之實際狀況示意圖

相關學者如 Halamickova 與 Detwiler 說明圖 4-6 與圖 4-7 氯離子於試體 內的傳輸現象 [37]。並定義氯離子穿過試體時的初始濃度大約為 C/C0=0.5

%，C 為氯離子剛通過混凝土試片到達陽極槽時之溶度，C₀為陰極槽之初始

氯離子濃度，本研究則採 0.00261 mole/L。由圖 4-5 來觀察，本研究陽極槽累 積濃度在 0.003 mole/L 以前仍可以量測到微量氯離子濃度，而且是呈現曲線 增加之情形。且最小量測值可達到 0.00026 mole/L，即 C/C₀=0.05 %，所以本 研究將此部份稱為穩態與非穩態間的過渡時期（transition period），並定義 C/C₀=0.05%濃度所對應的時間為穿透時間，利用此時間與過渡時期的累積濃

c0



將式(4-11)式整理，非穩態傳輸係數之計算可如式(4-12)所示[7, 9,16]：

t

圖 4-8 過渡時期氯離子累積濃度與時間關係迴歸分析示意圖

圖 4-9 過渡時期階段之累積氯離子濃度（C 組配比）

圖 4-10 過渡時期階段之累積氯離子濃度（S 組配比）

圖 4-11 過渡時期階段之累積氯離子濃度（F 組配比）

圖 4-12 過渡時期階段之累積氯離子濃度（SF 組配比）

相關配比依式（4-13）進行迴歸分析所計算之氯離子穿透時間與利用式

（4-11）所計算的非穩態氯離子傳輸係數如表 4-5 所示。由表中可以當非穩 態氯離子傳輸係數越小時，穿透混凝土進入陽極槽時間就越長。由表中發現 各配比非穩態氯離子傳輸係數會隨著水膠比的增加而上升。當混凝土內添加 礦物摻料後則會與控制組（C 組配比）有明顯下降之趨勢。而以齡期來看，

則所有混凝土均隨著養護齡期增加，非穩態氯離子傳輸係數有下降之趨勢。

其中以添加飛灰之混凝土最明顯，如以水膠比 0.65 來看，添加飛灰之 F65 配 比 91 天材齡之非穩態氯離子傳輸係數相對於 28 天下降近 75％，而 C65 則為 14％。以穿透時間而言，F65 配比 91 天材齡相較於 28 天多了 36.43 小時才穿 透混凝土，而 C65 指多了 3.62 小時。

表 4-5 各配比 28 天與 91 天材齡 ACMT 之穩態傳輸係數

28 天齡期 91 天齡期

配比

編號 穿透時間

（hour）

Mnc

（×10^-12m²/s）

穿透時間

（hour）

Mnc

（×10^-12m²/s）

C35 25.91 8.584 47.53 4.837 C45 18.74 11.630 25.65 9.379 C55 15.42 17.158 18.20 14.178 C65 9.30 23.118 12.92 19.848 S35 58.89 3.828 84.94 2.833 S45 48.94 5.078 69.57 3.261 S55 37.18 5.942 57.00 4.221 S65 31.81 7.469 51.02 4.417 F35 37.16 6.352 127.81 1.883 F45 23.52 10.233 81.93 2.751 F55 17.14 14.958 65.05 3.699 F65 11.69 20.593 48.12 5.196 SF35 78.07 3.326 128.46 1.873 SF45 46.51 5.828 73.39 3.450 SF55 23.56 9.567 56.13 4.150 SF65 15.21 12.632 49.86 4.702

若比較非穩態與穩態期間的氯離子傳輸係數，則圖 4-13 為 91 天材齡之 關係圖，由途中可以發現兩者具有良好相關性。因此可以說明以穩態期間於 陽極槽量測的氯離子濃度所換算之氯離子傳輸係數也可充分反應氯離子在孔 隙結構中的傳輸行為。

圖 4-13 非穩態氯離子傳輸係數（M_nc）與穩態氯離子傳輸係數（M_s）關係圖