混凝土耐久性試驗研究-氯離子滲入深度（速率）之探討

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(1)混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 內政部建築研究所研究報告中華民國九十三年十二月.

(2) 093301070000G3022. 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 受委託者：國立台灣海洋大學研究主持人：蕭江碧共同主持人：楊仲家協同主持人：卓世偉研. 究員：蔡宜中、林文山. 研究人員：江慶堂、翁在龍. 內政部建築研究所研究報告中華民國九十三年十二月.

(3) 目次. 目次目次 ....................................................................................................... I 表次 .....................................................................................................III 圖次 ...................................................................................................... V 摘要 .....................................................................................................IX Abstract ...............................................................................................XI. 第一章. 緒論 ...................................................................................1. 1-1 研究背景 .................................................................................1 1-2 研究目的 .................................................................................5. 第二章文獻回顧 ...................................................................7 2-1 水泥基複合材料離子傳輸行為 .............................................7 2-2 影響氯離子傳輸行為之材料因子 ....................................... 11. 第三章. 儀器訓練計畫 ....................................................... 21. 3-1 教育訓練 ...............................................................................21 3-2 儀器熟悉度訓練 ...................................................................23 3-3 管理辦法研擬 .......................................................................26. 第四章. 實驗計畫 ............................................................... 29. 4-1 實驗計畫整體規劃 ...............................................................29 4-2 混凝土耐久性試驗研究計畫 ...............................................32 4-2-1 混凝土配比設計 ..............................................................32 4-2-2 混凝土耐久性研究試驗設計 ..........................................34 4-3 試驗方法與儀器簡介 ...........................................................35 4-3-1 鹽霧複合耐候試驗設備 ..................................................35 4-3-2 壓汞孔隙量測試驗儀 ......................................................45 I.

(4) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 4-3-3 離子層析儀 ......................................................................53 4-3-4 RCPT 與 ACMT 試驗簡介 ...........................................56 4-4 氯離子滲入深度（速率）分析 .............................................59. 第五章. 耐久性試驗結果 ................................................... 63. 5-1 壓力試驗結果 .......................................................................63 5-2 壓汞孔隙儀量測試驗結果 ...................................................65 5-3 RCPT 試驗結果 ....................................................................68 5-4 ACMT 試驗結果...................................................................71 5-5 鹽霧複合耐候試驗結果 .......................................................74. 第六章. 耐久性試驗分析與討論 ....................................... 83. 6-1 抗壓強度與耐久性之關係 ...................................................83 6-2 孔隙結構與耐久性之關係 ...................................................86 6-3 總通過電荷量與 ACMT 試驗結果之關係........................102 6-4 擴散係數與強度和孔隙結構之關係 .................................103. 第七章. 結論與建議 ......................................................... 113. 參考文獻.............................................................................. 117 附件 1 儀器管理辦法附件 2 儀器操作手冊. II.

(5) 表次. 表次表 4-1 組成材料比重 ......................................................................32 表 4-2 水灰比改變之混凝土配比設計 ..........................................33 表 4-3 水泥砂漿配比設計 ..............................................................33 表 4-4 相關鹽霧試驗所需溫濕度範圍 ..........................................42 表 4-5 劣化環境參數設定值 ..........................................................44 表 4-6. AUTOPORE IV 9520 壓汞孔隙量測儀設備規格..............51. 表 4-7 氯離子穿透性與 RCPT 總通過電量關係 ..........................58 表 5-1 改變水灰比為變數之混凝土配比強度試驗值 ..................64 表 5-2 不同水灰比改變之混凝土配比所得之總通過電量 ..........70 表 5-3 不同水灰比改變之混凝土配比所得之氯離子傳輸速率 ..73 表 5-4 C30~C45 配比各深度氯離子含量與擴散係數..................75 表 5-5 C50~C65 配比各深度氯離子含量與擴散係數..................76. III.

(6) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. IV.

(7) 圖次. 圖次圖 2-1 水泥基複合材料孔隙結構與尺寸關係圖 ..........................13 圖 4-1 研究流程圖 ..........................................................................31 圖 4-2 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機正面照片 ..................37 圖 4-3 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機左側照片 ..................37 圖 4-4 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機右側照片 ..................38 圖 4-5 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機後側照片 ..................38 圖 4-6 SUGA CTP96 觸控式螢幕控制系統 ..................................39 圖 4-7 SUGA CTP96 鹽霧產生裝置與試體放於試驗槽之情形 ..40 圖 4-8 SUGA CTP96 鹽霧溶液儲存槽 ..........................................40 圖 4-9 SUGA CTP96 噴霧壓力調整設備 ......................................41 圖 4-10 氣飽和器、加熱系統、與冷凍系統設備圖 ....................41 圖 4-11 滯溶液儲放設備與儲放槽照片 ........................................42 圖 4-12 劣化環境循環示意圖 ........................................................44 圖 4-13 多孔性材料於充滿水銀樣品管中示意圖 ........................46 圖 4-14 水銀與毛細孔隙之接觸角示意圖 ....................................46 圖 4-15 水銀施加壓力後貫入試樣孔隙內部之示意圖 ................47 圖 4-16 典型砂岩累積水銀注入體積量與孔徑之關係曲線圖 ....48 圖 4-17 水銀注入體積量與砂岩孔隙半徑之關係曲線圖 ............49 圖 4-18 AUTOPORE IV 9520 壓汞孔隙量測儀............................50 圖 4-19 壓汞孔隙儀樣品管 ............................................................52 圖 4-20 樣品管放入低壓分析埠 ....................................................52 圖 4-21 樣品管放入高壓分析埠 ....................................................53. V.

(8) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 圖 4-22 典型的離子層析試驗結果 ................................................54 圖 4-23 METROHM MIC 模組式離子層析儀 ..............................55 圖 4-24 氯離子快速穿透試驗（RCPT）儀器 ..............................57 圖 4-25 加速氯離子移動試驗（ACMT）儀器.............................59 圖 5-1. 不同水灰比混凝土配比與抗壓強度之關係圖 ................65. 圖 5-2. 改變水灰比水泥砂漿配比壓力與總貫入量關係圖 ........66. 圖 5-3. 改變水灰比水泥砂漿配比孔隙尺寸與總貫入量關係圖 66. 圖 5-4. 各級孔隙尺寸相對貫入量分布率 ....................................68. 圖 5-5. 混凝土配比 RCPT 試驗期間電流變化與時間關係圖 ....69. 圖 5-6. 不同水灰比混凝土與總通過電量之關係圖 ....................71. 圖 5-7. 不同水灰比配比陽極槽氯離子濃度與時間關係圖 ........72. 圖 5-8. 氯離子傳輸速率與水灰比之關係 ....................................74. 圖 5-9. 鹽霧試驗氯離子含量與深度關係圖（C30 配比） ........77. 圖 5-10 鹽霧試驗氯離子含量與深度關係圖（C35 配比） ........78 圖 5-11 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C40 配比）.....78 圖 5-12 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C45 配比） ....79 圖 5-13 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C50 配比） ....79 圖 5-14 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C55 配比） ....80 圖 5-15 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C60 配比） ....80 圖 5-16 鹽霧試驗氯離子含量與深度之關係圖（C65 配比） ....81 圖 5-17 鹽霧試驗氯離子擴散係數與水灰比之關係圖 ................81 圖 6-1. 總通過電量與強度之間的關係（水灰比改變配比） ....84. 圖 6-2. 氯離子傳輸速率與強度之關係（水灰比改變配比） ....84. 圖 6-3. 總通過電量與強度關係（與添加礦物摻料比較） ........85. VI.

(9) 圖次. 圖 6-4. 氯離子傳輸速率與強度關係（與添加礦物摻料比較） 85. 圖 6-5. 總貫入量與強度之間的關係（水灰比改變配比） ........87. 圖 6-6 貫入量與強度之間的關係（3-10000 nm 孔徑範圍）......87 圖 6-7 貫入量與強度之間的關係（10-10000 nm 孔徑範圍）....88 圖 6-8 貫入量與強度之間的關係（20-10000 nm 孔徑範圍）....88 圖 6-9 貫入量與強度之間的關係（30-10000 nm 孔徑範圍）....89 圖 6-10 貫入量與強度之間的關係（40-10000 nm 孔徑範圍）..89 圖 6-11 貫入量與強度之間的關係（50-10000 nm 孔徑範圍）..90 圖 6-12 貫入量與強度之間的關係（100-10000 nm 孔徑範圍）..90 圖 6-13 貫入量與強度之間的關係（150-10000 nm 孔徑範圍）..91 圖 6-14 貫入量與強度之間的關係（250-10000 nm 孔徑範圍）..91 圖 6-15 貫入量與強度之間的關係（3-150 nm 孔徑範圍）........92 圖 6-16 總貫入量與 RCPT 總通過電荷量之關係圖 ....................93 圖 6-17 貫入量與總通過電荷量關係圖（3-10000 nm）.............94 圖 6-18 貫入量與總通過電荷量關係圖（10-10000 nm）...........94 圖 6-19 貫入量與總通過電荷量關係圖（20-10000 nm）...........95 圖 6-20 貫入量與總通過電荷量關係圖（30-10000 nm）...........95 圖 6-21 貫入量與總通過電荷量關係圖（40-10000 nm）...........96 圖 6-22 貫入量與總通過電荷量關係圖（50-10000 nm）...........96 圖 6-23 總貫入量與 ACMT 氯離子傳輸速率之關係圖...............97 圖 6-24 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（3-10000 nm）.........98 圖 6-25 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（10-10000 nm）.......98 圖 6-26 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（20-10000 nm）.......99 圖 6-27 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（30-10000 nm）.......99. VII.

(10) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 圖 6-28 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（40-10000nm）......100 圖 6-29 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（50-10000 nm）.....100 圖 6-30 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（100-10000nm）....101 圖 6-31 貫入量與氯離子傳輸速率關係圖（150-10000 nm）...102 圖 6-32 總通過電量與傳輸速率關係圖（改變水灰比配比） ..103 圖 6-33 氯離子擴散係數與抗壓強度關係圖（C30~C65）.......104 圖 6-34 總貫入量與氯離子擴散係數關係圖 ..............................105 圖 6-35 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（3-10000 nm）.......105 圖 6-36 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（10-10000 nm）.....106 圖 6-37 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（20-10000 nm）.....106 圖 6-48 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（30-10000nm）......107 圖 6-39 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（40-10000 nm）.....107 圖 6-40 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（50-10000 nm）.....108 圖 6-41 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（100-10000 nm）...108 圖 6-42 貫入量與氯離子擴散係數關係圖（150-10000 nm）...109 圖 6-43 氯離子擴散係數與 RCPT 總通過電量之關係圖 ..........109 圖 6-44 氯離子擴散係數與 ACMT 氯離子傳輸速率之關係圖 110. VIII.

(11) 摘要. 摘要關鍵詞：混凝土耐久性、鹽霧複合耐候試驗、壓汞孔隙儀、擴散係數. 本研究主要在於建立以鹽霧複合耐候試驗探討混凝土耐久性的試驗研究。以建研所新設置的鹽霧複合耐候試驗機模擬混凝土暴露於海域氣候環境，利用離子層析儀探討氯離子侵入深度，並配合壓汞孔隙儀量測其孔隙結構以探討混凝土之耐久性。試驗變數主要包括試體水灰比與暴露氣候環境兩個部分。同時間亦由外加電壓為機制的氯離子快速滲透試驗（RCPT）及加速氯離子傳導試驗（ACMT）來評估混凝土抗氯離子穿透能力。並分析各混凝土配比於不同加速劣化試驗下由暴露面至內部各深度之氯離子濃度變化。利用 Fick 第二定律與氯離子濃度試驗結果便可求得氯離子於混凝土中擴散係數。混凝土孔隙結構可由壓汞孔隙儀量測。由試驗結果可得知不同氣候環境對混凝土耐久性影響，並建立可評估混凝土耐久性的鹽霧複合耐候試驗方法。整個研究過程中亦針對建研所新購儀器－鹽霧複合耐候試驗機、壓汞孔隙儀、與離子層析儀建立實驗操作手冊，並進行人員訓練。. IX.

(12) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. X.

(13) 摘要. Abstract Keyword：concrete durability, combined cyclic salt spray test, mercury intrusion porosimetry, diffusion coefficient The purpose of this project is using combined cyclic salt spray test to study the concrete durability.. The combined cyclic salt spray. test instrument will be used to simulate the different climate environments.. Experiment variables includes the water-cement ratio. of concrete and expose time at different combined cyclic salt spray tests. The total chloride content and penetration depth of concretes will be measured after the combined cyclic salt spray test, rapid chloride permeability test, and accelerated chloride migration test, and the Fick’ s second law of diffusion will be used to fit to the data from experiment to determine the diffusion coefficient.. The chloride. diffusion coefficient from ponding test and long period exposing test will be compared with the combined cyclic salt spray test. Mercury intrusion porosimetry will determine the pore structure of concrete. And utilizing the experiment results to built a standard method for combined cyclic salt spray test on concrete durability.. XI.

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(15) 第一章緒論. 第一章. 緒論. 1-1 研究背景為配合國內建築研究發展，並針對建築法規、標準本土化之需求，建研所建立建築材料實驗群。對建材使用環境而言，由於台灣在緯度上有北迴歸線經過，因此在氣候上可區分成南部的熱帶型氣候與北部的溫帶型氣候，且在冬季時由於北部有東北季風吹襲因此相對於南部偏向濕冷的氣候形態。在地形上，台灣有三分之二面積為高山林地，且四面環海，因此沿海平原地區與高山地區在氣候上便迥然不同。就使用性質上，建築材料於鄉下、都市、工業區等各種使用環境下差異更大，在惡劣空氣品質與相對濕度高環境下，建築材料劣化速率會加劇。由此更可見建築材料耐久性要求的重要性。在建築工法成熟與施工品質嚴格要求的現今，劣質建築材料往往是造成結構物安全隱憂的因素之一。加上近年來永續建築設計概念的推廣，使得建築師開始藉由建築材料的改變，使建築物達到綠建築指標之要求。而綠建築指標中的二氧化碳與廢棄物減量均會改變傳統建材所使用的原料與設計思維。建築材料本身的耐久與耐候性質也是結構物服務年限估算中最大的評估要素，加上國內多變的氣候型態，使得結構設計單位與使用維護單位均需對建築材料耐久耐候性質確切掌握。因此建研所於建築材料實驗群中籌建耐候耐久性能實驗室，並於九十二年開始規劃設計，著手辦理建築工程施工與實驗儀器設備採購，希望盡速完成整體建築工程及設備採購安裝測試作業。藉由先進的研究實驗設備，予以檢測實驗確認，並研訂相關的基準，藉以對外推廣並扶植國內建材產業。. 1.

(16) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 目前為配合混凝土材料耐久性課題相關研究，因此耐候耐久性能實驗室於九十二年度已初步購置鹽霧複合耐候試驗機（combined cyclic corrosion tester, CCT）、壓汞孔隙量測儀（mercury intrusion porosimetry, MIP）、與離子層析儀（ion chromatography ,IC）。而本研究即擬充分利用這三項儀器對混凝土耐久性影響評估方式進行試驗研究，由於影響混凝土耐久性因素非常廣泛，因此本研究今年度所針對課題在於對鋼筋混凝土危害最深的氯離子部分研究，即探討混凝土在不同暴露氣候環境下對氯離子滲入深度的影響。混凝土在鋼筋混凝土或預力混凝土中除了承受壓應力外，對結構物內部之鋼筋或鋼鍵也提供了一鹼性的保護層以延緩暴露環境中惡劣因子的侵入，進而造成鋼筋或鋼鍵腐蝕。然而隨著結構物使用年限增加或是暴露的環境因素，可能導致混凝土裂化進而失去原有保護功能，甚且造成整體結構的毀壞。對暴露環境中的惡劣因子而言，會造成鋼筋或鋼鍵腐蝕的主要因素即氯離子對鐵的親合力。由於氯對鐵及不銹鋼有很大的親和力，易使鐵金屬離子化，進而造成孔蝕（pitting corrosion），並促使部分鋼材因電位不同產生伽凡尼電偶（Galvanic couple），造成鋼材電動勢（electromotive force）提昇，因而腐蝕產生紅棕色鐵銹。因此當氯離子擴散至鋼筋鈍態保護膜表面，且氯離子濃度與氫氧根濃度（[Cl-]/[OH-]）大於 0.3 時，便會開始破壞鈍態保護膜以及阻止其再形成[1,2]。鋼筋腐蝕導致體積積膨脹，致使混凝土受擠壓應力，造成龜裂，進而保護層剝落，危害結構物安全。因此混凝土孔隙結構所構築的路徑是影響氯離子入侵速率的主要因素。若排除內部配比因素所造成的改變，則暴露環境中的二氧化. 2.

(17) 第一章緒論. 碳與硫酸根離子會造成混凝土孔隙結構的改變。而這兩者均與水泥漿體中氫氧化鈣（CaOH2, CH）水化生成物的化學反應有關。對自然環境而言，氯離子存在於海水內的濃度高達約 32500 ppm，因此混凝土若處於海域環境，則空氣中所夾帶的潮濕海霧會成為影響混凝土耐久性主要因素 [3]由於台灣地理環境使然，使得氣候形態屬於潮濕的亞熱帶海島型氣候。加上台灣經濟高度發展，西部沿海地區大型工業區林立。因此沿海地區的鋼筋混凝土或預力混凝土結構體所受的氯離子侵蝕，亦遭當嚴重。對氣候形態而言，台灣春夏交接之際除梅雨季外，亦有颱風的侵襲所引入的西南氣流，而冬季又有強烈東北季風與大陸性高氣壓南下，因此海岸地區的混凝土內部孔隙長期處於充滿飽和水的狀態，加上空氣污染中的二氧化碳使得混凝土內部鹼性環境降低，加上高濃度的氯離子與硫酸根離子，因此對耐久性有極不利的影響。但若實際將混凝土放於自然氣候環境進行耐久性研究，則可能需耗費數十年時間才可獲致試驗結果。而以美國公路運輸協會（ American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO）或美國材料試驗學會（American Society for Testing and Materials ， ASTM ）所提出的 ASTM C1202 [4] 或 AASHTO T277 [5]之氯離子快速滲透試驗（ rapid chloride ion permeability test，RCPT）來看，雖然此試驗方法利用電壓的加速機制強制驅動氯離子進入混凝土內，並可在 6 小時內快速結束，但僅能以通過電荷量的大小大致區分混凝土抗氯離子穿透的能力，且相關文獻亦提即此試驗方式易受到孔隙水離子與熱的影響。另一種規範所提及的試驗方法－貯鹽試驗（ponding test, AASHTO T259. 3.

(18) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. [6]），主要係將試體頂部放置一定濃度的鹽水，待 90 天後，量測由混凝土頂部至底部的氯離子含量分佈情形，藉由 Fick’ s 第二定律計算氯離子擴散係數。此試驗方法有所耗時間過長之缺點，且此方法與 RCPT 相同均不能反應暴露氣候環境因素對混凝土孔隙結構的改變。由於混凝土是一種非均質的複合材料，內部骨材或孔隙均隨機分佈，因此當混凝土內部的含水率屬於不飽和狀態時（non-saturated state），外界中的氯離子會伴隨著水氣吸附進入混凝土孔隙中並因蕊絲現象(wick action)導致孔隙充滿孔隙水使其達到飽和狀態。而當連通孔隙均呈現水飽和狀態後，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 [7,8]。上述規範試驗方式所採用混凝土試體大多僅假設孔隙結構受到內部配比組成所影響。且對相關試驗過程而言，無論何種試驗均認為混凝土與鹽水直接接觸，所以試驗溶液大致與海水濃度略為相同。但實際狀態下海域環境內的混凝土僅少部份會直接與海水接觸。若由相關金屬腐蝕試驗亦可發現，浸漬海水試片的腐蝕速率低於放置在潮汐帶遭到乾濕循環的試片。因此本研究藉由建研所新設置的複合鹽霧耐候試驗機，模擬當混凝土暴露於海域環境時各種氣候對混凝土孔隙結構的改變，進而了解其對耐久性質之影響。在孔隙量測的部份主要藉由建研所所設置之壓汞孔隙儀量測混凝土孔隙內部結構，以離子層析儀量測氯離子進入混凝土之深度或其移動之速率。由孔隙組織的瞭解與氯離子進入混凝土之深度或速率之關係，可作為以後建立鋼筋混凝土結構物服務年限評估之依據。而對建研所新購之試驗設備亦有充分利用與人員訓練之成效。. 4.

(19) 第一章緒論. 1-2 研究目的本研究主要目的在於建立以鹽水噴霧法探討混凝土耐久性之試驗法。由於海域大氣環境對混凝土耐久性的影響最嚴重，因此本研究擬以複合鹽霧耐候試驗機之加速劣化試驗模擬混凝土暴露於海域氣候環境，利用離子層析儀探討氯離子侵入深度，並配合壓汞孔隙儀量測其孔隙結構以探討混凝土之耐久性。混凝土於各種複合鹽霧試驗條件下的加速劣化時間後，藉由量測混凝土試片由暴露面至混凝土內部各種深度氯離子的變化，可得知不同加速劣化條件對混凝土耐久性影響。並藉由壓汞孔隙儀量測孔隙結構的變化，以建立評估混凝土耐久性的鹽水噴霧試驗方法。研究目的條列如下： 1. 收集並參考國外相關實驗檢測標準，建立適合本土之混凝土耐久性試驗。 2. 建立鹽霧複合耐候試驗機、壓汞孔隙量測儀、與離子層析儀實驗操作手冊。 3. 建立評估混凝土耐久性的鹽霧複合耐候試驗試驗方法。 4. 大氣暴露環境對混凝土耐久性之影響。 5. 組成材料對混凝土孔隙結構的影響。 6. 混凝土孔隙組織與抗氯離子穿透能力之關聯性。. 5.

(20) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 6.

(21) 第二章文獻回顧. 第二章文獻回顧混凝土與水泥砂漿均屬於以水泥漿體為基材，骨材隨機置入漿體內的非均質材料。而無論混凝土與水泥砂漿的生產過程均經歷流體的新拌性質與水化反應完成的硬固性質，因此當由劉體轉換成固體的過程由於體機的改變所以導致內部產生許多隨機分佈的孔隙，因此亦屬於多孔性複合材料的一種。所以混凝土所處環境空氣中有害因子極易藉由各種機制侵入其中。而這些有害因子又以氯離子對結構物的危害最巨。因此本章主要將文獻中氯離子對水泥基複合材料的影響相關研究進行整理。. 2-1 水泥基複合材料離子傳輸行為各種離子於混凝土中傳輸，需以水為媒介，藉由水進入混凝土內部連通孔隙中。而影響離子傳輸的機制，依文獻分類可分為五大類 [9]： 1. 擴散機制：由於混凝土內部連通孔隙水所含的離子濃度較低，因此暴露環境中的離子可藉由重量濃度梯度的不同，造成離子由高濃度位置流向低濃度位置。 2. 外力對流機制：離子藉由外界的力量梯度導致移動。例如毛細管孔隙水的吸收現象。 3. 離子吸附與析出機制：孔隙管壁的電雙層作用（electrical double layers）或與漿體產生化學反應導致離子吸附於水化生成物表層（孔隙管壁）和析出於孔隙水中。. 7.

(22) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 4. 內部電化學反應機制：因電化學的氧化還原反應所造成的移動，如鋼筋腐蝕。 5. 外加電場機制：藉由混凝土外部施加電場使得整個電解反應產生，造成離子流在陰陽極間游動。若由與水接觸的混凝土結構物來看，混凝土表面的水首先會藉由混凝土毛細管與液面之間的壓力差吸收進入混凝土內部，即所謂的毛細現象（capillary action），屬於液體與固體間的作用力。此時若假設水泥基複合材料內部的毛細孔隙可以連通至未與水接觸的混凝土內部或表面（相對濕度較低之處），則當一段時間後，吸收進入混凝土的水會與離開混凝土的水的速率相同。原因在於內外部的濕度差，導致進入孔隙的水利用水氣蒸發擴散至混凝土內部，當混凝土內外濕度逐漸相同時，孔隙間的含水狀態亦趨近飽和，此即為 Buenfeld 等人 [10]所提及之蕊絲現象（wick action）。若混凝土處於海域環境，則海域環境中的氯離子、鎂離子、與硫酸根離子等，容易伴隨著水氣進入混凝土中。當離子於混凝土中開始移動時，其初始位置若為相對濕度相當低的內部時，離子早期行為受到水的吸收現象所左右。若離子移動時的起始位置屬於水飽和狀態，則離子於傳輸行為與水的蒸發擴散有關，直至孔隙內部不飽和區域重新建立後 [11]。因此離子於水泥基複合材料中實際的傳輸行為，依順序分別為：（1）離子以水為媒介被吸收進入混凝土；（2）漸轉為離子由於孔隙水蕊絲現象隨著水氣的蒸發擴散；（3）當孔隙水飽和時，轉由利用離子於水中濃度上的差異進行傳輸。對水泥基複合材料本身來說，水泥基複合材料孔隙結構（連通性、孔徑、蜿蜒度）與孔隙內. 8.

(23) 第二章文獻回顧. 部相對濕度（或含水量）均影響離子傳輸速率的快慢。而由傳輸型態區分，順序（1）與（2）均屬於非穩態傳輸行為。此時混凝土內部每個位置的離子濃度變化會隨進入後時間的增加而有所改變。由此導入一物理量－離子通量（ion flux, J ion ），將其定義為單位時間增量內，垂直通過單位面積平面之離子量。此定義由 Fick 經由實驗所提出。即假設離子以單一方向（如平行 x 軸）垂直通過單元體的兩個平行邊界面，兩平行邊界面的距離為 dx ，即離子流入單元體平行面在 x 軸方向的座標 x ，離子流出單元體平行面的位置座標為 x dx ，則依離子通量的定義，其關係式為： J ( x) D.  c  x. (2-1). 式中 J (x) 為 x 處的離子通量， D 為擴散係數，.  c 為 x 軸方向之  x. 濃度梯度。此即為 Fick 第一定律。而離子流出單元體平行面的位置上離子通量則為  J ( x) J ( x)  dx ，由式(2-1)可得：  x  J ( x)  c (D c/ x) J ( x)  dx D  dx  x  x  x. (2-2). 故在單元體內的淨流通量則由式(2-2)與式(2-1)相減，改寫如下式：  J ( x) ( D c/ x) dx  dx  x  x. (2-3). 由於非穩態傳輸行為之各點離子濃度與離子進入時間與距離有關，因此當離子在單位距離內兩平行面進出時，單元體內離子濃度將會隨著時間而有所變化，其變化量即.  c dx 。而由質量守恆定  t. 9.

(24) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 律上的定義 [12]：（質量流出控容速率－質量流進控容速率）+控容內質量積存率=0 (2-4) 可將式（2-3）改寫如下：  c  J ( x) ( D c/ x) dx  dx  dx  t  x  x. (2-5). 由式（2-5）可得下列擴散方程式：  c 2c D 2  t  x. (2-6). 此即 Fick 第二定律，適用於一維質量傳遞的非穩態擴散行為。常見於水泥基複合材料中離子傳輸行為相關研究中。藉由量化的擴散係數以評估水泥基複合材料抗離子傳輸的能力。但此方程式仍必須在等溫、等壓系統下才會成立，且須假設離子傳輸方向為單一方向，且移動之離子不與其他物質產生化學反應。然前述所言水泥基複合材料孔隙結構與孔隙內部相對濕度均影響離子的傳輸行為。而這些因素有大部分為實驗技巧上難以控制，如孔隙內部相對濕度等。因此為減少受到這些因素的干擾，亦有相關研究以穩態時所計算之離子擴散係數作為評估依據。而穩態之定義則認為水泥基複合材料中某點離子所進入的濃度並不受時間的因素所影響，因此 dc / dt 為一常數，故適用於 Fick 第一定律。. 然而無論穩態或非穩態試驗設計方式，均以濃度差異作為離子傳輸機制，在用於實驗室評估水泥基複合材料抗離子傳輸特性時，卻有所費時間過久之缺點，以水膠比為 0.5 厚度僅 1 公分的水泥漿體試體為例，進行傳統氯離子穩態行為擴散試驗仍需耗費 3 個月以上。而典型非穩態試驗－浸泡試驗，亦須 3 個月試驗時間，且氯離. 10.

(25) 第二章文獻回顧. 子量測處理程序繁複，需小心慎重。因此目前大多採用外加電場來加速離子傳輸以評估水泥基複合材料抗離子傳輸特性。. 2-2 影響氯離子傳輸行為之材料因子水泥基複合材料主要係水與水泥產生水化反應並黏結骨材後所形成的多孔性非均質複合材料。因此其組成物包括本身內部已形成組織架構的硬固漿體、未水化的水泥質膠結材料顆粒、粗或細骨材顆粒、孔隙（包括小尺寸孔隙與大尺寸裂縫）、以及孔隙中所含的水與其他氣體。就微觀性質而言，這些組成物質在一個大範圍尺寸上，包含著各種形狀與隨機分佈。如硬固漿體內的 C-S-H 單體與內部不連通孔隙結構（膠體孔隙、低水灰比之毛細孔隙）均屬於奈米級（10-9 m）尺寸範圍；由許多 C-S-H 單體構築的水泥漿體、未水化的水泥質膠結材料顆粒、高水灰比之毛細孔隙、輸氣孔隙、搗實孔隙、界面過渡區域均屬於微米級（10-6 m）尺寸範圍；連續水泥漿體所構築的基材部分、粗細骨材則屬於厘米級（10-3 m）以上的尺寸範圍 [13]。若就氯離子傳輸而言，其主要路徑為連通的孔隙，因此微米級以上的孔隙結構為氯離子主要傳輸的對象。而此部分的孔隙則涵蓋高水灰比之毛細孔隙、輸氣孔隙、搗實孔隙、與界面過渡區等。前兩者主要為基材中所產生的孔隙，因此與基材組成材料、水膠比、或水化程度有關。後者則為骨材與基材之間的界面關係。因此主要受到骨材用量與骨材形狀有關。水泥質漿體基材最基本的組成為水與水泥。當兩者混合時，便會進行水化反應。產生 C S H （ C3S 2 H 3 ）、 CH (calcium. 11.

(26) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. hydroxide， Ca (OH ) 2 ，氫氧化鈣)、與 AFM（ettringite，calcium sulfoaluminate， C5 AS3 H 32 ，硫鋁酸鈣或稱鈣釩石）等三種主要膠體。 C S H 單體屬於微小且接近非晶質（amorphous）的材料，主要會在水泥顆粒外圍披覆產生並互相交錯，且隨著水化反應進行 C S H 單體會往未水化水泥顆粒內部產生，漸使未水化水泥顆. 粒縮小並形成 C S H 膠體。因此當水化反應達到終凝時（final set）時，各 C S H 膠體所佔之體積會維持固定，而 CH 與 AFM 膠體便填塞各 C S H 膠體間所構築的孔隙 [14]。由於三種生成物並無法完全取代未水化前水與水泥所佔的體積，因此水泥質漿體基材亦存在著部份孔隙，而這些孔隙的形成又與水灰比、水化時間、以及礦物摻料的使用有關。因此本節首先說明相關文獻對基材孔隙結構的研究，其次則分別說明水灰比、水化時間、與礦物摻料對基材孔隙結構的影響。. 孔隙結構. 以硬固後水泥漿體微觀結構而言，水泥基複合材料若排除外應力所造成的裂縫，在水化過程所產生的內部孔隙依尺寸大小大致可分為四種，分別為搗實孔隙(compaction pore)、輸氣孔隙(entrained air)、毛細孔隙(capillary pore)、膠體孔隙(gel pore)等，如圖 2-1 所示 [15]。搗實孔隙與輸氣孔隙大多隨機分佈於水泥基複合材料中，且其尺寸大多大於 10-6 m，屬於微米結構。輸氣孔隙通常係因為拌合時所引入的空氣或與所添加的化學摻劑有關。輸氣孔隙通常在水泥基複合材料中分佈均勻且尺寸均一，形狀為橢圓狀，所以適當的輸氣 12.

(27) 第二章文獻回顧. 孔隙量對抗凍融現象有良好的助益，但若孔隙互相連通，則會加速氯離子傳輸。搗實孔隙則由新拌時的搗實動作所造成，而相當程度又與骨材的堆積方式有關。搗實孔隙的尺寸通常大於輸氣孔隙，且分布、形狀、與尺寸並不一致，因此對複合材料的力學、抗凍融性、與抗離子傳輸性有著不利的影響。. 膠體孔隙毛細孔隙輸氣孔隙搗實孔隙 10-2. 10-4. 10-6. 10-7. 10-8 10-9 孔徑尺寸（m）. 10-10. 10-11. 10-12. 圖 2-1 水泥基複合材料孔隙結構與尺寸關係圖 [15]. 毛細孔隙與膠體孔隙的產生則與水泥基複合材料與水的水化反應有關。在未開始水化時，水泥中的 C3 S 與 C 2 S 顆粒隨機散佈於拌合水中。而水化開始的初期，未水化 C3 S 與 C 2 S 顆粒的鈣與氫氧根離子快速地游離出來，在拌合水中結晶成片狀的 CH 晶體，並且在 C3 S 與 C2 S 顆粒最外圍生成一薄層針刺或片狀的結晶結構，這一薄層針刺物質會隨著水化反應進行而逐漸往水泥顆粒內部形成交雜的 C S H 夾層 [15]。Mehta [13]指出 C S H 夾層之間的縫. 13.

(28) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. ~20  ，相較於其他孔隙尺寸範圍，屬於緻密性極高隙約只有 1  的組織。於此水化同時，由於 C S H 夾層的比重約只有未水化水泥顆粒的 1/2 ，因此以未水化水泥顆粒為核心，外部包覆 C S H 夾層的 C S H 膠體會向外膨脹體積。當 C S H 膠體. 間的顆粒彼此交錯再一起時，便會形成一大片緻密組織直至硬固。毛細孔隙則為各 C S H 膠體與 CH 晶體彼此交錯而無法填充的孔隙。膠體孔隙則包含 C S H 夾層之間的縫隙以及各 C S H 膠體外層薄層針刺或板狀的結晶結構間交雜所構成的針狀孔隙膠體孔隙（acicular pore size） [14]。以尺寸而言，在完全水化反應之狀態下毛細孔隙的尺寸約為 0.01μm~10μm 之間；膠體孔隙的孔徑則約介於 0.0005μm~0.01 μm 之間。因此對四種主要孔隙來說，搗實與輸氣孔隙屬於大型孔隙（macro pores）範圍，毛細孔隙則為中型孔隙（meso pores）範圍，膠體孔隙則屬於微型孔隙（micro pores）範稠。若以體積量來看，膠體孔隙約佔水泥漿體體積的 28﹪。毛細孔隙依水灰比不同而有 0%到 40%的差異。最後則為搗實與輸氣孔隙，若以未加入輸氣劑的混凝土而言，僅為混凝土全體積的 1﹪~3﹪。對氯離子傳輸來說，膠體孔隙雖然所佔的比例甚大，但泰半的膠體孔隙孔徑極微 ，因此氯離子於膠體孔隙路徑內易小，甚至小於氯離子直徑 3.6  造成阻塞無法前進。而搗實與輸氣孔隙所佔比例甚低，且大多互不連通。因此毛細孔隙的多寡與連通性掌控水泥漿體基材氯離子傳輸行為 [15]。. 14.

(29) 第二章文獻回顧. 水灰比與水化時間對孔隙結構的影響. 最基本的水泥質材料組成為波特蘭水泥漿體。水灰比則代表水與水泥的重量比例，由前述水泥水化反應與毛細孔隙結構生成之關係，相關研究曾指出，當混凝土水灰比介於 0.35 到 0.4 之間時，水泥就可以被水完全水化，因此當水灰比大於 0.4 時，對水泥水化而言，其用水量已過多，會造成水泥顆粒間的距離加大，毛細孔隙會開始增加 [16]。當水灰比大於 0.7 時，即使水泥完全水化，由於所產生的毛細孔隙過大，造成孔隙之間互相重疊，形成大到足夠氯離子傳輸的連通網路。Mehta [16]亦利用壓汞計量測不同水灰比的水泥漿體內部孔隙分佈情形，發現在完全水化狀態下，低水灰比（水灰比小於 0.4）毛細孔隙的寬度為 10 到 50nm，依上述孔隙結構分類，仍屬於微型孔隙範圍；然而當水灰比高時，其寬度便會驟增為 3 到 10μm；以孔隙率來看，毛細孔隙於水灰比 0.4 時約可佔漿體總體積的 11%，但在水灰比 0.7 時則會增加至 37%。Powers [17] 亦曾以水滲透試驗不同水灰比的漿體，其中發現卜管任何水灰比或水化程度的漿體，當其毛細孔隙率大於 20%以上時，水滲透係數會突然的增加。對水泥水化程度而言，Mindess 與 Young [18]亦由水灰比 0.51 水泥漿體水滲透試驗發現，當水泥漿體剛硬固時，其滲透係數為 10-5 m/s；當齡期到達 1 天時，滲透係數降為 10-8 m/s；齡期為 7 天時，滲透係數為 10-11 m/s；28 天則為 10-13 m/s，100 天則再降為 10-16 m/s，最後 240 天則降為 10-18 m/s。其中並認為水滲透係數大於 10-13 m/s，毛細孔隙屬於連通的情形，由此 Mindess 與 Young [18]並說明各種水灰比漿體達到毛細孔隙無法連通所需的養護齡期，其中水 15.

(30) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 灰比 0.4 為 3 天；水灰比 0.5 則為 28 天；水灰比 0.6 為 6 個月；水灰比 0.7 則為 1 年；水灰比大於 0.7，則認為水滲透係數無法小於 10-13 m/s。. 礦物摻料對孔隙結構的影響. 由於環保意識於 20 世紀末期的高漲，致使傳統波特蘭水泥生產所造成的環境衝擊漸漸不被大眾所接受。因此當屬於工業廢棄物的礦物摻料被發現可替代部分水泥用於水泥基複合材料，對環保與生產成本考量上便具有相當大意義。所謂的礦物摻料可分為三類，分別為低再活性材料（materials of law reactivity）、水泥質材料（cementious materials）、與卜作嵐材料（pozzolanic materials）等。典型低再活性材料為石粉（rock dust），與骨材一樣均無法與水泥水化生成物產生任何化學作用，因此大多替代細骨材使用，或用其改變水泥基複合材料的工作性。因此對孔隙結構的影響較無。水泥質材料則如同水泥一樣，可與水產水化反應，如爐石（slag）等。卜作嵐材料並不直接與水產生水化反應，主要利用水化生成物中的氫氧化鈣產生卜作嵐反應，典型的卜作嵐材料為飛灰（fly ash）與矽灰（silica fume）等。礦物摻料大多以替代水泥之角色加入水泥基複合材料中，因此傳統水灰比的定義也轉換為水膠比（water-binder ratio），即將水泥與礦物摻料均視為膠結材料。目前常用的礦物摻料則有高爐爐石粉（blast-furnace slag）與飛灰（fly ash）兩種。下述則就兩種材料對孔隙結構與耐久性的影響作一說明。. 16.

(31) 第二章文獻回顧. 1.飛灰飛灰為粉煤燃燒後向外排氣時經由過濾與靜電集塵器收集所得之殘餘無機物質。飛灰直徑大約分佈於 1μm 至 100μm 之間。飛灰品質與燃煤來源有關，一般以 CaO 含量多寡加以分類，CaO 含量大於 15﹪，且 SiO2 Al2O3 Fe2O3 含量大於 50%為 C 級飛灰； CaO 含量小於 15﹪則為 F 級飛灰 [19]。以膠結性來看 C 級飛灰較. F 級佳。飛灰並不直接與水產生水化反應，而是與水泥水化生成物中的氫氧化鈣產生卜作嵐反應，因此被稱為卜作嵐材料。ASTM 對於卜作嵐（pozzolans）材料的定義為 [19]：「卜作嵐材料是矽質或矽質與鋁質材料，其本身擁有少或無膠結能力，但是在磨細狀態及有水份存在之條件下，可在普通溫度下與氫氧化鈣產生化學反應而形成擁有膠結性的化合物。」而定義中所謂的反應即為卜作嵐反應（pozzolanic reaction），其主要方程式如下所述： CH S H  C S H. (2-7). 式中 CH 為氫氧化鈣， S 為二氧化矽， H 為水。由於卜作嵐材料含有數量頗多的非晶質矽氧化物（amorphous silica），因此在水泥水化過程中會與水化生成物中的 CH 晶體在反應形成緻密的 C S H 膠體。. 卜作嵐材料亦含有相當數量的鋁化合物，鋁化合物與氫氧化鈣同樣會和 CH 晶體反應生成 C A H （calcium aluminate hydrates）反應物，如下式所述 [20]： CH A H  C A H. (2-8). 式中 A 為鋁化合物。由於 C A H 可以與硫化物在反應成為具鈣釩石。由於此種鈣釩石在水泥基複合材料硬固之後由硫化物入 17.

(32) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 侵所產生，屬於 DEF（delay ettringite formation，遲滯形成的鈣釩石）的一種，與 C3 A 和 C 4 AF 水化所產生的鈣釩石不同處在於鈣釩石具體積膨脹性的特性，未硬固前所產生的鈣釩石由於 C3 S 與 C 2 S 顆粒水化反應尚未完成，因此硬固體積尚未穩定。而 DEF 在一具穩定體積之硬固水泥基複合材料中形成，所以膨脹所產生的應力會造成水泥基複合材料裂縫的產生。因此當有硫化物侵蝕的疑慮時，必需考量礦物摻料鋁含量的最低限制 [21]。對水泥質漿體母體孔隙而言，卜作嵐反應使得疏鬆的 CH 晶體成為緻密的 C S H 膠體，因此由 CH 片狀晶體所包圍的毛細孔隙尺寸會縮小，孔隙率也因而降低。另一效應則在於卜作嵐摻料顆粒均遠小於水泥，即使沒有卜作嵐反應，亦可填充部分的毛細孔隙。對抗硫化物侵蝕而言，卜作嵐反應使得與鋁化合物反應的 CH 晶體減少，間接造成 C A H 生成量的減少 [22]。鋁含量雖對水泥基複合材料抗硫化物侵蝕有不利的影響，但對氯離子傳輸而言，當孔隙水中氯離子與鋁化合物進行反應時，會形成穩定的佛來第鹽類（Friedel's salt），如與水泥中主要的成分 C 3 A 形成 3CaOAl2O3CaCl210 H 2O ，或與另一主要成分 C4 AF 形成 3CaOFe2O3CaCl210 H 2O 。若與礦物摻料中的鋁化物反應則形成 Ca4 Al2Cl2O6 H 2O 。佛來第鹽類會吸附在水泥漿體上，使得孔隙尺. 寸縮小，造成撓曲蜿蜒的孔隙路徑（tortuous path），使得離子不易通過 [23、24]。飛灰的卜作嵐反應與混凝土孔隙水酸鹼環境有關，相關文獻指出，F 級飛灰的卜作嵐反應需在混凝土孔隙水 pH 大於 13.2 時才會發生 [25, 26]。所以飛灰的卜作嵐反應須在水泥與水水化反應數星. 18.

(33) 第二章文獻回顧. 期之後才會開始，因此飛灰加入混凝土後可以因延後反應而降低水化熱，可大量改善熱裂縫的產生。故從 1930 年代起被廣泛運用於巨積混凝土結構物上，如 1948 年美國所建的 Hungry Horse 水庫。而對抵抗化學侵蝕性而言，飛灰加入混凝土中可以改善孔隙結構，而飛灰所含鋁含量較多，對主要環境危害因子－氯離子有鍵結成為安定態的佛來第鹽並造成混凝土內部連通孔隙繞曲（tortuosity），使得有害離子滲透路徑變長。1950 年 Davis [27]曾針對 F 級飛灰替代水泥量多寡，研究其耐久性之關係，發現當替代水泥量 10~30﹪ 時，混凝土滲透率可以降到 3×10-11 或 1×10-11 cm/sec。若以養護齡期而言，Thomas 等 [28]研究指出添加飛灰之混凝土在 28 天或早期材齡以前的氯離子擴散改善不大，但在材齡 91 天之後的長期材齡卻有顯著的改善。此與力學性質一致，因與卜作嵐反應較慢有關。1960 和 1970 年代相關研究亦指出 F 級飛灰由於含有大量活性鋁因此可以較高鈣飛灰更能抵抗硫化物對混凝土的侵害。而亦有研究指出使用適量飛灰可以抑制混凝土因鹼骨材反應所造成的膨脹 [29]。對飛灰使用量而言，飛灰雖對混凝土耐久性有相當助益，但替代水泥量過高會導至力學行為折減，因此一般均規定最大替代量，如我國公共工程委員會亦建議最大飛灰取代量，在海邊或地下工程所使用之混凝土為 25﹪[30]。 2. 高爐爐石粉高爐爐石粉為生產銃鐵（pig iron）後的熔渣廢棄物研磨所得，通常亦簡稱爐石粉。爐石粉主要成分為 CaO、SiO2、Al2O3、與 MgO 等。其中以 CaO 含量較高，約為 40﹪以上 [31]。爐石粉 CaO 含量雖略低於水泥的 60~70﹪，但所含的 CaO 已足夠本身可以與水產生. 19.

(34) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 水化反應。因此被視為水泥質材料。當爐石與水泥同時與水產生水化反應時，雖然一部分的爐石粉會先釋放鈣與鋁離子進入水溶液中，但水泥會較先水化。此時爐石會與鹼性水化物產生反應（如水泥水化所釋放的 CH 晶體），進而形成 C S H 膠體。此階段亦與卜作嵐反應相似。爐石水化所產生的水化熱會較飛灰高，但反應速率會較飛灰快。許多文獻指出使用適當爐石可以改善新拌混凝土工作性，原因在於爐石比重較水泥輕，且無飛灰燒失量之問題，所以替代水泥會使水泥用量減少，水化所需的水降低，多餘的水變提供了工作性，而水泥用量的降低對混凝土的縮變行為亦有相當的改善 [32、33]。爐石比表面積（500 m2/kg）大於水泥（280 m2/kg），因此添加爐石後之混凝土可以使混凝土孔隙尺寸變小，降低氣體滲透性、減少氯離子滲透性、與抵抗硫化物侵蝕之能力 [33]。另一對耐久性的改善則在於抵抗硫酸鹽侵蝕方面，原因在於水泥中的鋁化合物含量越低，對抵抗硫酸鹽侵蝕能力越高。因此相關研究指出在 C 3 A 含量約 12﹪的第一型水泥中加入 50﹪（即 Al2O3 的含量約 12. ﹪）爐石粉，與使用第五型水泥所產生的抗硫酸鹽侵蝕能力相當 [34]。然而相關文獻亦指出以爐石替代水泥量之混凝土對養護方式與溫度極為敏感 [32]。除此之外，爐石對混凝土耐久性負面的影響為中性化方面，原因在於爐石導致氫氧化鈣濃度降低，所以只要些許的二氧化碳可以使氫氧化鈣形成碳酸鈣。相關文獻指出爐石替代量在 50﹪以下時，中性化程度與未替代之混凝土相較，並無明顯增加之情形；然而添加量大於 70﹪以上時，在乾燥環境狀態下，中性化會比一般混凝土更嚴重 [35]。. 20.

(35) 第三章儀器訓練計畫. 第三章. 儀器訓練計畫. 本研究自 93 年 3 月計畫開始至今已執行約 7 個月，期間所需使用的三項主要設備（鹽霧複合耐候試驗機、壓汞孔隙量測試驗儀、離子層析儀），建研所已順利於 4 月中旬順利採購驗收完成，可供後續試驗研究工作之進行。而三項儀器之教育訓練也在 4 月底由廠商、計畫研究人員、及建研所相關研究人員共同參與訓練。而試驗人員對儀器熟悉度的訓練與操作手冊撰寫，則利用前導試驗方式進行，研究人員亦藉前導試驗之進行完成儀器熟悉度訓練。上述相關執行現況如下所述。. 3-1 教育訓練本研究執行試驗研究之三項主要設備分別為屬於材料加速劣化功能之鹽霧複合耐候試驗機；材料物理性質分析工作的壓汞孔隙量測試驗儀；材料化學特性分析的離子層析儀。經 92 年度招標採購後，於 93 年 4 月完成設置驗收。由於台北景美材料實驗群各實驗室仍在設計施工階段，因此暫時設置於建築研究所台南歸仁性能實驗群。其中屬於分析工作的壓汞孔隙量測試驗儀與離子層析儀放置於風雨實驗室內，而材料劣化功能的鹽霧複合耐候試驗機則放置於風洞實驗室內。在教育訓練方面，則分別於 93 年 3 月 4 日、93 年 3 月 5 日、與 93 年 4 月 22 日進行，會同計畫研究與建研所人員進行，相關執行情形如下所述。. 21.

(36) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 鹽霧複合耐候試驗機. 鹽霧複合耐候試驗機於 93 年 4 月 22 日上午 9 點於建築研究所台南歸仁性能實驗群風洞實驗室地下室進行儀器教育訓練，並於下午 3 點結束。參與人員在廠商部份為 1 人，計畫研究人員為 6 人，建研所人員則為 4 人。課程主要在現場以實習講解為主。進行課程分別為 1.儀器設備簡介與組成、2.儀器保養與安全須知、3. 現場操作與實習等共三大部份。其中經由廠商介紹之後，除了解設備構造外，亦針對鹽霧試驗與溫濕控制作動原理對廠商提出詢問，並獲致解答。在進行現場操作與實習過程中，每位訓練人員均實際藉由控制面板操控設備，並要求廠商需提供試驗槽內溫濕度國內校正試驗報告給予建研所。. 壓汞孔隙量測試驗儀. 壓汞孔隙量測試驗儀之教育訓練共進行 2 次，主要場次為 93 年 3 月 4 日上午 10 點於建築研究所台南歸仁性能實驗群討論室與風雨實驗室儀器現場進行儀器教育訓練，並於下午 5 點結束。參與人員在廠商部份為 1 人，計畫研究人員為 10 人，建研所人員則為 2 人。另一場次則於 93 年 4 月 22 日上午 9 點進行，以協助訓練第一次未參與人員。課程以簡報與現場實習教學為主。主要進行課程分別為 1.儀器原理介紹、2.儀器組成簡介、3.儀器保養與防護須知、4.軟體操作講解、5.儀器操作與實習等共五大部份。. 22.

(37) 第三章儀器訓練計畫. 課程主要於上午進行簡報講解部份，下午則進行軟體與現場操作實習訓練。首先以原廠所附之標準樣品進行軟體操作教學與儀器本身現場操作教學，其後取混凝土和粗細骨材試樣進行操作實習。. 離子層析儀. 離子層析儀之教育訓練亦進行 2 次，主要場次為 93 年 3 月 5 日上午 9 點於建築研究所台南歸仁性能實驗群討論室與風雨實驗室儀器現場進行儀器教育訓練，並於下午 5 點結束。參與人員在廠商部份為 1 人，計畫研究人員為 10 人，建研所人員則為 2 人。另一場次則於 93 年 4 月 22 日上午 9 點進行，以協助訓練第一次未參與人員。課程以簡報與現場實習教學為主。所進行課程分別為 1.離子層析原理介紹、2.儀器組成簡介、3.軟體操作講解、4.儀器操作與實習等共四大部份。由於此部儀器為國內較新型之儀器，因此最主要之工作在於檢量線之製作與軟體操作，故課程大部分時間在於第 3 與第 4 課程部份。而在座談中亦詢問廠商該設備操作需注意事項、樣品稀釋之程序、與試驗誤差控制之方法。. 3-2 儀器熟悉度訓練由於建研所購置之三項研究設備均為目前國內功能較新之儀器，因此若僅依靠教育訓練便立刻進行研究試驗工作，則會因研究人員本身對儀器熟悉度不夠，導致試驗誤差或儀器損壞，使整 23.

(38) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 個研究計畫無法獲得完善之成果。且本計畫需製作試體，而試體又需經三個月的時間進行養護，因此再這段時間研究人員便規劃進行前導試驗。若教育訓練工作為了解儀器各部份組成與作動原理之工作，則前導試驗便在於訓練人員對儀器操作之熟練度與重複試驗結果之再現性。並在保固期間，可以發掘儀器本身可能隱藏之問題，促請廠商在正式研究進行前可徹底將問題解決，而不影響計畫研究成果之品質與時程之進行。相關儀器熟悉度訓練工作如下所述。. 鹽霧複合耐候試驗機. 鹽霧複合耐候試驗機於教育訓練工作完成後，研究人員便實際於 4 月 30 日著手進行設備試運轉測試，由於鹽霧複合耐候試驗機的試驗期程通常為以 100 小時為單位之運轉工作，因此首先進行 7 天長期運轉測試。整個測試過程於 5 月 14 日結束。期間設備發生部份問題，分別為水壓不足造成設備安全系統啟動、排水管路漏水、排氣閥誤開導致浸滯功能無法作動等問題。經與廠商配合找出漏水管路修復並關閉排氣閥門，以及聯繫風洞實驗室管理人員增加供水水壓後均以解決各項問題。長期運轉測試後，隨即進行兩次前導試驗，分別將相同配比之試體置放於鹽霧複合耐候試驗機中，分別進行 7 天與 14 天兩種不同暴露器環境之劣化過程，已獲得後續研究之露器環境設定。同時間研究團隊則藉由這兩次試驗過程熟悉儀器操控方式與撰寫儀器操作手冊。. 24.

(39) 第三章儀器訓練計畫. 壓汞孔隙量測試驗儀. 此儀器由於需利用高污染性水銀作為壓入孔隙之流體。因此在教育訓練後，研究人員操作儀器之前，均先行加強了解水銀回收設備之功能與防護工作。而由於此儀器均由電腦軟體進行硬體閥門控制之工作，所以在碰觸相關硬體設備前，均熟讀廠商所附之英文操作手冊，且由軟體先行模擬硬體之操控程序。以避免因閥門控制不當導致儀器或真空設備損壞，同時間亦著手中譯簡要操作手冊（如附件 2 所示），此階段過程共耗費 3 個月時間。因此於 6 月底開始藉由研究計畫所製作之部份試體（28 天材齡）進行前導試驗，除熟悉儀器軟硬體操作外，並檢閱修正自行中譯之操作手冊。. 離子層析儀. 由於離子層析儀之功能在於分析溶液中之離子含量，因此需待試體於鹽霧複合耐候試驗機劣化後才進行分析工作。而此設備最主要的訓練工作為標準檢量線建立之工作與軟體操控方面。所以教育訓練後，便積極訓練研究人員此部份之能力。但因本儀器最主要耗材－陰陽離子管柱，其成本費用較高（每支管柱約 3~4 萬元），且壽命大約為 2000 次試驗過程。為避免耗材使用上的浪費，因此先行訓練軟體之操作。雖然建研所購置之離子層析儀為國內最新型之設備，但因其軟體操作模式與研究團隊所屬單位之離子層析儀類似，因此軟體熟練度與檢量線建立訓練於基隆海洋. 25.

(40) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 大學材料所進行。而於 6 月底前導試驗過程中將建研所購置的離子層析儀標準檢量線建立，以俾後續氯離子濃度試驗量測之研究。. 3-3 管理辦法研擬建研所儀器設備購置並非單為本研究計畫之進行，而是針對建研所未來 10 年中長期研究課題需求而規劃設置。因此為使儀器在此次研究計畫結束後，仍可維持最好的運作狀態與將操作經驗傳承給其他研究團隊，儀器相關管理辦法有訂定之必要性，所以本計畫除進行試驗研究外，亦協助建研所規劃擬定此三部儀器之管理辦法。本研究目前依據教育訓練與熟練度訓練過程與經驗，初步研擬三項儀器之管理辦法草稿，該辦法仍需待與建研所相關人員進行研討試行後才能確定之，且因相關辦法與儀器廠商討論是否有遺漏不足之處。該辦法主要構想原則上係希望所有操作儀器者均經過充分訓練後始可進行。因此初步構想將操作人員依訓練程度區分成三個等級，各等級之差異性在於儀器使用時參數設定更動與問題排除之權限。並設計相關表格，以建立使用者之檔案資訊，方便儀器管理與修護。而由於三項儀器運作仍需許多費用來維持耗材之使用，因此後續研究仍需研擬收費與運用方式；相關辦法草稿如附件 1、附件 2、與附件 3 所示。而三項儀器擬定之主要考量如下。. 26.

(41) 第三章儀器訓練計畫. 鹽霧複合耐候試驗機. 鹽霧複合耐候試驗機由於屬於運轉時間較長之設施，因此需注意試驗時間之安排，以及試驗前後之保養工作（依操作手冊）。而在設備本體上，由於內部具有許多控制閥門不可隨意更動，否則試驗時間內，安全開關會啟動導致試驗停止。所以一般試驗操作者不應隨易開關機械內部閥門。而由於通常試驗時間過長，因規定試驗時間內需有人員定時觀察儀器運作之情形。此部份主要耗材偏重於水質過濾材料部份。. 壓汞孔隙量測儀. 此儀器由於需使用水銀，因此儀器使用相關人員使用前需先行通過相關環安基本訓練（相關訓練課程可由設備管理人員訂定）。而進行高低壓分析埠樣品管更換人員應具備熟悉試驗原理、硬體設備運作流程、軟體操作之能力。此部份主要耗材主要為樣品管封蓋所使用的真空膏、真空幫浦所使用的油料、以及少量的水銀。. 離子層析儀. 此儀器需注意事項在於三個部份。首先為流洗液、稀硫酸、與去離子水之更換。由於此部份之溶液配製濃度稍有不對，便會影響導電度之量測而影響試驗數據準確性。第二為標準檢量線之製作，檢量線為離子濃度定量之依據，故應確保其準確性。第三. 27.

(42) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 則為試樣溶液濃度需事先由別種分析方式大致確認其濃度範圍，濃度需低於管柱可偵測離子濃度的 100 ppm 以下，若濃度大的試樣則需進行稀釋工作，此項考量主要是在延長分離管柱與抑制器之壽命。此部份之耗材主要為流洗液、稀硫酸、去離子水、分離管柱、與濾材部份。. 28.

(43) 第四章實驗計畫. 第四章. 實驗計畫. 本研究在實驗設計與執行上需達到兩項主要目標，分別為充分利用建研所新置設備，協助建立操作手冊與管理辦法，並將操作經驗傳承後續試驗人員。另一目標則為建立混凝土暴露環境氣候條件對耐久性之影響。詳細實驗計畫如下所述。. 4-1 實驗計畫整體規劃本計畫依試驗目標，考量建研所目前所購置之試驗設備功能特性與實驗研究之關係，將鹽霧耐候複合試驗機定位為混凝土劣化設備，而離子層析儀與壓汞孔隙儀均為分析混凝土劣化前後差異性之分析儀器。因此將計畫主要分成三大部分：（1）蒐集並參考國外鹽水噴霧法相關實驗檢測標準，建立適合本土之混凝土耐久性試驗；（2）建立儀器實驗操作手冊；（3）鹽霧複合耐候試驗探討混凝土耐久性的試驗研究。相關研究流程如圖 4-1 所示。第一部份屬於資料蒐集之工作。本計畫執行至今已初步蒐集國內外鹽水噴霧相關試驗方法，因此第三部份後續試驗研究中對混凝土暴露環境設定將綜合第一部份蒐集之試驗方法與第二部份前導試驗結果設計鹽霧試驗機的暴露環境。而在壓汞孔隙儀部份，由於此項儀器在國內營建材料試驗研究單位中較少見，因此積極蒐集國外利用此儀器進行孔隙結構量測之文獻資料，並進行整理，以了解壓汞孔隙儀試驗原理與應用方式。而離子層析儀部份，由於此項儀器非常精密，可量測至 ppb（億萬分之一）濃度範. 29.

(44) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 圍，所以相關人員除需藉由蒐集資料了解離子層析原理外，亦需了解各種干擾對試驗誤差的影響。第二部份建立實驗操作手冊部份，在此部份主要建立耐久耐候實驗室設備儀器之操作手冊與應用方式。目前耐久耐候實驗室所購置之儀器主要為鹽霧複合耐候試驗機、壓汞孔隙儀、與離子層析儀。其中鹽霧複合耐候試驗機為模擬各種氣候促進混凝土劣化，而壓汞孔隙儀、與離子層析儀均為混凝土劣化前後之分析工具。因此本計畫除由設備相關廠商會同建研所人員進行儀器教育訓練外，亦在第三部份執行前（試體養護期間）進行前導試驗，藉以在正式試驗研究開始前，可以熟悉各項儀器操作，並可撰寫儀器操作手冊與建立管理辦法。而此部份所獲致之成果將為第三部份暴露氣候環境設定設計之主要依據之一。第三部份主要以鹽霧複合腐蝕試驗機模擬各種混凝土暴露的氣候環境，並藉由混凝土中氯離子深入深度的量測，評估暴露環境對混凝土耐久性的影響，另一方面亦以規範評估氯離子滲入深度所使用的加速劣化試驗相互比較，以建立連結之關係。而壓汞孔隙儀對混凝土試體提供孔隙結構分析工作，亦由此可了解孔隙結構與氯離子滲入深度之關係。而離子層析儀則進行氯離子分析之工作。暴露氣候環境的設定則以第一部份資料蒐集與第二部份前導試驗結果決定。而研究計畫結束前，亦與建研所相關研究人員共同完成三項儀器操作手冊與管理辦法。並積極與建研所相關研究人員密切技術交流，使得計畫結束後，除可獲致試驗研究成果外，亦可將研究過程中對儀器的使用經驗與操作技巧可完整傳承給後續研究使用人員，俾使儀器不因年度研究結束而荒廢。. 30.

(45) 第四章實驗計畫. 混凝土耐久試驗研究氯離子滲入深度(速率)之探討. 試驗儀器驗收與教育訓練. 資料收集. 試驗人員儀器熟練度訓練. 前導試驗. 試驗儀器操作手冊撰寫. 前導試驗結果分析與討論. 試驗計畫訂定. 試體製作. 不同暴露環境劣化. 加速劣化試驗. 氯離子滲入深度量測. 孔隙組織量測. 混凝土耐久性評估. 圖 4-1 研究流程圖. 31.

(46) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 4-2 混凝土耐久性試驗研究計畫本研究中主要考量的試驗變數為試體配比設計與鹽霧複合耐候試驗劣化時間。在試體方面以不同水灰比做為試驗主要變數。在鹽霧複合耐候試驗部分，則參照各相關規範與前導試驗結果對鹽霧複合耐候試驗的相關測試條件進行設計。而混凝土配比設計方面則如下所述：. 4-2-1 混凝土配比設計. 本研究在混凝土配比設計部份主要以不同水灰比來模擬各種不同強度的混凝土。水灰比的變數則分別為 0.30、0.35、0.40、0.45、 0.50、0.55、0.60、0.65 共 8 種水灰比。在配比設計上的考量，為排除骨材對混凝土耐久性質之研究，因此將骨材體積用量固定為 64﹪（粗骨材為 31﹪、細骨材為 33﹪），改變的則為基材部分。主要變數則為上述所說明的水灰比。表 4-1 為組成材料之比重性質。表 4-2 則為本研究之混凝土組成配比。表中配比編號後兩位數字代表水灰比變數。. 表 4-1 組成材料比重. 32. 組成材料. 比重. 水泥粗骨材細骨材強塑劑. 3.15 2.63 2.61 1.21.

(47) 第四章實驗計畫. 表 4-2 水灰比改變之混凝土配比設計（kg/m3）編號. W/C. 水. 水泥. 強塑劑. 粗骨材. 細骨材. C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65. 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65. 160 173 187 199 208 216 222 228. 551 510 474 443 416 392 371 351. 6 5 2 0 0 0 0 0. 812 812 812 812 812 812 812 812. 866 866 866 865 865 865 865 865. 各個配比均製作 20 個直徑 10 公分高度 20 公分試體，試體硬固後隨即置於室內水中進行養護，每組配比在拌合時亦製作相同水灰比的水泥砂漿配比，製作方式則將製作好的混凝土以 4 號篩予以篩除粗骨材部分。因此相關水泥砂漿配比如表 4-3 所示。. 表 4-3 水泥砂漿配比設計（kg/m3）編號. W/C. 水. 水泥. 強塑劑. 細骨材. M30 M35 M40 M45 M50 M55 M60 M65. 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65. 234 249 278 293 307 322 322 336. 783 737 691 645 599 553 553 507. 8 7 3 0 0 0 0 0. 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260. 33.

(48) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 4-2-2. 混凝土耐久性研究試驗設計. 試體於製作硬固拆模後，於室溫狀態下進行水中養護，經 28 天養護後隨即進行屬於力學基本性質量測的壓力強度試驗以及各項劣化試驗研究。劣化試驗則包括屬於加速劣化性質的快速氯離子滲透試驗（RCPT, ASTM C1202 [4,5]）、與加速氯離子遷移試驗（ACMT [36, 37, 38]）。以及模擬氣候劣化的鹽霧複合耐候試驗。而相關分析工作，則以建研所購置之離子層析儀配合依據 AASHTO T260 [39]的硬固混凝土氯離子量測試驗方法進行。孔隙觀察則藉由新購置的壓汞孔隙量測儀進行。因此在混凝土研究試驗流程上主要分為三個步驟，分別為配比拌合與試體製作、試體劣化過程、與試體內氯離子和孔隙分析過程。在試體劣化過程中，主要採用兩種方式驅動氯離子進入混凝土中，分別為以外加電壓為機制的快速氯離子滲透試驗與加速氯離子遷移試驗。而鹽霧複合耐候試驗則藉由實際模擬結構物在海域環境內所遭受到氯離子侵入混凝土的過程。在試體內氯離子和孔隙分析過程則分成兩部分，一為試體內孔隙分佈的分析工作，由於精密的壓汞孔隙量測儀僅能量測最大 15 mL 之物體，又本研究中各配比最主要的不同在於漿體組成上的不同，因此利用所製作的不同水灰比的水泥砂漿配比進行量測，並配合水泥砂漿與混凝土配比加速氯離子遷移試驗結果互相比較，以了解孔隙結構與氯離子入侵混凝土之間的關係。而在試體內氯離子分析過程中，以外加電壓作為加速劣化機制的快速氯離子滲透試驗，主要以試驗後 6 小時的總通過電量來進行評估。 34.

(49) 第四章實驗計畫. 在加速氯離子遷移試驗方面則量測試驗過程中氯離子於陽極槽的累積增加量。鹽霧複合耐候試驗方面則將一定時間劣化後的試體進行不同深度的混凝土氯離子含量量測。. 4-3 試驗方法與儀器簡介本章將就本研究主要使用的三個設備加以介紹說明，並就目前規範與鹽霧試驗相關之方法做一整理簡介。而本研究將與提供複合鹽霧耐候試驗機、壓汞孔隙儀、與離子層析儀之廠商共同進行由簡而繁之操作及維修訓練。各種儀器分別分二階段進行訓練，共約六天之教育訓練，讓使用或有興趣之人員能夠對儀器實際操作無誤。由教育訓練及後續之實驗工作中建立複合鹽霧耐候試驗機、壓汞孔隙儀、與離子層析儀實驗操作手冊。. 4-3-1 鹽霧複合耐候試驗設備. 鹽霧複合耐候試驗機屬於材料劣化試驗中最主要設備。其功能以模擬海域氣候環境劣化材料為主。因此在設備規格設定上需具備鹽水噴霧功能、乾燥功能、濕潤功能、浸漬功能、與外氣導入等之試驗功能。而在設備控制上的要求則必須可用電腦系統設定或觸控式螢幕任意順序排列整合而自動循環運轉。設備單元上之要求則鹽霧噴出量之鹽霧粒子和鹽霧於試片在表面分佈上需一致。試驗槽內的各點溫度的分布精度為各試驗安定時再試片安裝的任一位置溫度在±3℃以內；濕度為分布精度在各試驗安定時再試片安裝的任一位置溫度在±7﹪RH 以內。本設備具執行以下相關規範之能力：金 35.

(50) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 屬材料典型的 ASTM B117 鹽霧試驗、塗料試驗所用的 GM 9540P/B 試驗、日本的 CCT 系列試驗（含酸雨試驗）、亦或為 ASTM D2447 塗層抗水試驗。為耐候實驗室中材料加速劣化的主要設施。而建研所經 92 年度公開採購招標之後，業已採購日本 SUGA（日本須賀試驗機株式會社）之 CTP96 鹽霧複合耐候試驗機。鹽水噴霧試驗檢測標準，目前大多以 ASTM B117 中性鹽霧試驗（Neutral salt spray test, NSS） [40]、ASTM G85 反覆鹽霧試驗（Prohesion test） [41]、與 ASTM B368 加速醋酸鹽水加速試驗（Copper-accelerated acetic acid salt spray test, CASS test） [42]為基礎所衍生而來。由於這些試驗大多針對金屬材料，因此本研究將依據相關實驗檢測標準，建立適合本土之混凝土耐久性試驗。前述三種試驗差異性主要在於暴露溶液與劣化過程，以模擬材料暴露於海域環境時所遭受的各種氣候條件，如鹽霧試驗模擬海霧濕氣對耐久性的影響、反覆鹽霧試驗模擬受海水潮汐帶反覆侵蝕或溫差的影響、加速醋酸鹽水加速試驗則模擬受到酸雨侵蝕的影響。. CTP96 設備簡介. SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機主要由數類設備所組成而來，分別為控制系統部份、鹽霧產生與調整設施、濕度產生與調整設備、溫度調整設備、浸滯溶液儲放設備、密閉試驗槽、與安全裝置等設施。圖 4-2 為其設備正面照片，正面部分主要為試驗槽、控制系統、溫度記錄系統、主開關等設施。圖 4-3 為設備左面側視照片，左面則為鹽霧溶液儲放槽與度產生與調整設備。圖 4-4 為設備右面側視照片，右面為浸滯溶液儲放設備與安全裝置。圖 36.

(51) 第四章實驗計畫. 4-5 為設備後面側視照片。分別為水處理設備、外氣導入設備、與廢水輸送管路。. 圖 4-2 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機正面照片. 圖 4-3 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機左側照片 37.

(52) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 圖 4-4 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機右側照片. 圖 4-5 SUGA CTP96 鹽霧複合耐候試驗機後側照片. 38.

(53) 第四章實驗計畫. 在控制系統部份採用觸控式螢幕控制方式，如圖 4-6 所示，可程式控制試驗機所有功能（鹽水噴霧、乾燥、濕潤、浸漬、與外氣導入等功能），各功能間並可循環搭配使用。而各功能之溫濕度範圍與試驗時間均可由觸控式螢幕設定控制。. 圖 4-6 SUGA CTP96 觸控式螢幕控制系統. 在鹽霧產生與調整設備上採用噴霧塔方式，其噴霧量可由噴霧塔自由調整，如圖 4-7 所示，而噴霧塔內有管路與幫浦系統連接鹽霧溶液儲存槽（位於試驗機左側），其儲存槽容量為 20 公升，附有溶液上下限標示線，噴霧溶液鹽水即由此處調製儲存，如圖 4-8 所示。SUGA CTP96 具有噴霧壓力調整設備，通常依據規範鹽霧壓力必須設定為 0.098 MPa，如圖 4-9 所示。試驗槽部份則以不鏽鋼構成，內部容量為長 96 × 寬 61 × 高 86 公分，具有不鏽鋼鐵架與壓克力棒以放置並支撐試體重量，如圖 4-7 所示。試驗槽有一附觀察窗之試驗門，可於試驗進行時完全密封試驗槽。. 39.

(54) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 圖 4-7 SUGA CTP96 鹽霧產生裝置與混凝土試體放於試驗槽情形. 圖 4-8 SUGA CTP96 鹽霧溶液儲存槽. 40.

(55) 第四章實驗計畫. 圖 4-9 SUGA CTP96 噴霧壓力調整設備. 濕度產生與調整設備與溫度調整設備主要在試驗槽內安置溫濕度感應設備，並由儀器左側中的空氣飽和器、加熱系統、與冷凍系統控制試驗槽內溫濕度。如圖 4-10 所示。而相關鹽霧試驗所需溫濕度範圍如表 4-4 所示。. 圖 4-10 空氣飽和器、加熱系統、與冷凍系統設備圖. 41.

(56) 混凝土耐久性試驗研究 -氯離子滲入深度（速率）之探討. 表 4-4 相關鹽霧試驗所需溫濕度範圍名稱. 溫溼度範圍. 鹽水噴霧試驗乾燥試驗. 35℃ , 50℃ 20℃ ~ 70℃ 50℃ ~ 70℃ , 60%RH ~ 95%RH (當溫度設定 50℃時) (室溫 + 10℃) ~ 60℃ 約為外氣溫度. 濕潤試驗浸渍試驗外氣導入試驗. 浸滯溶液儲放設備位於試驗機右側，其容量為 300 公升，並有溶液上下限標示線以利浸製溶液泡製。而在試驗槽正下方亦有儲放槽與浸滯溶液儲放設備相連通，並有幫浦系統將浸滯溶液抽入與帶出試驗槽。圖 4-11 為其照片。. 圖 4-11 浸滯溶液儲放設備與儲放槽照片. 42.