港區混凝土構造物鹼質與粒料反應調查與潛勢分析研究
摘要
本研究主要目的為調查台中、基隆及蘇澳港港區之混凝土構造物鹼質與粒料反應的情形及其潛在勢能。研究內容除對全港區現有混凝土構造物進行目視檢測，並擇重點進行非破壞性檢測及鑽取混凝土試體進行相關實驗室試驗等，以瞭解調查標的物之鹼質與粒料反應情形，另針對混凝土可能使用材料進行料源調查及採樣進行試驗並調查港區環境因素（溫度及相對溼度），探討粒料發生鹼質與粒料反應的潛在勢能，再與花蓮港區混凝土構造物進行比較，希望藉此研究建立港區混凝土構造物之鹼質與粒料反應資訊及調查模式，提供設計、施工或維護單位參考。
研究結果顯示，經由現場目視檢測及鑽心試體判斷，基隆港東防波堤消波塊，外表具有明顯的地圖狀裂縫及膠體， 微觀分析結果亦發現其含有疑似鹼質與粒料反應活性的生成物，已有混凝土發生鹼質與粒料反應之現象。台中港南、北防波堤及消波塊則無明顯因鹼質與粒料反應產生之外部徵候，蘇澳港南外廓防波堤及漁港北外堤等構造物亦無。各港區混凝土可能使用之砂石粒料，以粒料活性
化學法試驗及X光繞射分析發現部份砂石粒料，具有鹼質與粒料反應活性和潛在活性，水泥含鹼量偏高及溫度使混凝土有發生鹼質與粒料反應之潛能，為確保混凝土構造物日後使用安全無虞，建議日後濱海新建或需維護之混凝土結構物，應針對混凝土材料，尤以水泥和砂石粒料進行鹼質與粒料反應活性相關試驗。

Abstract
Expansion due to alkali-aggregate reaction can result in serious damages in concrete structures and degrade its durability.Harbours concrete structures are situated at most aggressive and moisture zone which AAR is easily occurred. for the safety and its operation of harbor facility, In this study Field inspection of AAR was diagnosed for three harbors, named Taichung, keelung and Su-Au in Taiwan. Visual symptom investigation, non-destructive testand drilling cores were worked in the field. Concrete structurs included blocks, embankments and buildings.
Reactivity of the aggregate obtained from the sources of each harbor and the alkali content of local cements were also evaluated. Non-destructive tests included concrete resistance, carbonation depth, and rebound hammer test for concrete surface hardness. Petrographic examination, ultrasonic velocity measurment, accelerated expansion tests in moist room and in 1N NaoH solution at 38℃, Xrd and SEM measurments for the concrete cores were conducted in the laboratory. Results showed that parts of structures appeared AAR at Keelung harbor.Most symptoms of AAR were found on the blocks at east embankmen near to or soaked in seawater. Several sources of aggregate were potentially reactive. More than 50﹪of local cements had high alkali content . The warm temperature and high moisture environmental situations and using marginal concrete materials that could accelerate the occurrence possibility of AAR around island.

目錄
摘要Ⅰ
表目錄Ⅱ
圖目錄Ⅴ
第一章 前言1
1-1 研究動機1
1-2 研究目的3
1-3 研究範圍3
第二章 文獻回顧4
2-1 混凝土構造物劣化之原因4
2-1-1 化學性侵蝕6
2-1-2 物理性侵蝕8
2-2 鹼質與粒料反應的種類8
2-2-1 鹼-氧化矽反應8
2-2-2 鹼-碳酸鹽反應8
2-2-3 鹼-矽酸鹽反應9
2-3 鹼質與粒料反應的機理9
2-3-1 鹼質與粒料反應的機制之相關學說9
2-3-2 鹼質與粒料反應的過程11
2-3-3 鹼金屬的來源13
2-3-4 活性粒料14
2-4 影響鹼質與粒料反應膨脹的因素15
2-4-1 鹼含量對鹼質與粒料反應的影響15
2-4-2 活性粒料對鹼質與粒料反應的影響16
2-4-3 鈣離子濃度對鹼質與粒料反應的影響17
2-4-4 孔隙濃度對鹼質與粒料反應的影響17
2-4-5 溫度對鹼質與粒料反應的影響18
2-4-6 濕度對鹼質與粒料反應的影響18
2-4-7 水灰比對鹼質與粒料反應的影響18
2-5 混凝土構造物發生鹼質與粒料反應的原因18
2-6 鹼質與粒料反應之徵候判測21
2-6-1 混凝土構造物外部徵候21
2-6-2 混凝土構造物內部徵候26
2-7 鹼質與粒料反應的改善與維修方法26
2-7-1 表面被覆法29
2-7-2 裂縫封阻法29
2-7-3 裂縫封阻法與表面被覆法合併使用30
2-7-4 其他材料可能抑制的方法30
2-8 混凝土鹼質與粒料反應之檢測方法30
2-8-1 混凝土粒料活性潛能檢測方法30
2-8-2 現有混凝土構造物鹼質與粒料反應檢測32
2-9 台灣地區鹼質與粒料反應之相關學說32
第三章 研究方法及進行步驟34
3-1 試驗材料34
3-2 研究流程34
3-3 試驗設備及分析儀器36
3-4 調查方法及與步驟36
3-4-1 現場目視檢測36
3-4-2 現場非破壞性檢測36
3-4-3 鑽心試體之分析40
3-4-4 港區粒料來源砂石取樣及試驗42
3-4-5 國內水泥含鹼量調查49
3-4-6 環境因素調查49
第四章 結果與討論51
4-1 現場目視調查51
4-1-1 混凝土道路及碼頭部分51
4-1-2 堤防部分51
4-1-3 消波塊部分52
4-1-4 建築物部分53
4-2 現場非破壞性檢測53
4-2-1 電阻係數試驗53
4-2-2 試錘試驗58
4-2-3 中性化試驗58
4-3 鑽心試體之分析63
4-3-1抗壓強度試驗63
4-3-2 X光繞射分析64
4-3-3試體斷面粒料之岩相分析66
4-3-4 SEM觀測結果68
4-3-5 浸泡試驗膨脹量74
4-3-6 超音波脈波速率試驗79
4-3-7 壓汞孔隙分析試驗86
4-4 港區粒料來源砂石取樣及試驗94
4-4-1 粒料活性化學分析試驗94
4-4-2 水泥砂漿棒膨脹量試驗96
4-5 國內水泥含鹼量調查100
4-6 環境因素調查101
第五章 結論與建議104
5-1 結論104
5-2 建議104
參考文獻106
附錄一 現場調查照片附錄1-1
附錄二 XRD繞射波峰圖附錄2-1
附錄三 鑽心試體之粒料分類附錄3-1

參考文獻
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