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研究生:吳啟綸
研究生(外文):Ci-Lun Wu
論文名稱:以前進模式分析氯離子滲透混凝土及實驗
論文名稱(外文):Experimental Analysis of Chloride Diffusing through Concrete Based on Advancing Model
指導教授:蔡佐良蔡佐良引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:140
中文關鍵詞:滲透氯離子
外文關鍵詞:chloridediffusion
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本文旨在研究圓柱混凝土試體中氯離子一維滲透行為,內容為應用Fick滲透理論加上前進滲透邊界條件得到理論解,根據理論解顯現之滲透特性,改良實驗上之瑕疵,進行一維滲透實驗,實驗變數包含溫度及試片厚度,將實驗得到之氯離子滲透的量與理論解相互比較,利用最小二乘法回歸分析估計滲透係數D及常數v,與未改良實驗瑕疵前得到之滲透係數進行比較,證實原先實驗上有瑕疵存在,影響甚大,所求得之數值較不準確,進一步改良實驗瑕疵排除問題後,得到之滲透相關係數較為精準,其氯離子滲透之深度和氯離子含量之分佈皆可被計算出,且穿透過混凝土之氯離子數量也可量化,實驗過程中可以有效的降低實驗時間,提高實驗成功的機率,可作為氯離子一維自然滲透實驗及評估鋼筋混凝土結構物使用年限之參考。
The study purpose focuses on the 1-D diffusion of chloride in cylindrical concrete specimen. Fick''s diffusion law was applied and an advancing diffusion boundary condition was assumed for a one-dimensional diffusion case. Based on the diffusion property of theoretical solution, improves the flaws in the experiments and undertakes the 1-D diffusion experiment. The experimental variable includes temperature and depth of cylindrical concrete specimen and compares diffusion quantity of the chloride from the experiment with theoretical solution using the regression analyze. Compares the diffusion factor of the unimproved experiment and proves that the experiments without improvements, it affects the diffusion quantity of the chloride a lot. However, when the flaws in the experiments are eliminated, the diffusion factors are more accurate. The diffusion depth and content distribution of the chloride all can be calculated. The amount of chloride penetrates the concrete was quantified and it can reduces the experimental time efficiently and raise success rates in experiments. The study offers 1-D diffusion experiment process of chloride in cylindrical concrete specimen and be useful for estimating the service life of a RC structure based on corrosion of the rebar induced by the chloride from the environment.
目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 IX
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法 2
1-4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 前言 5
2-2 鋼筋混凝土之腐蝕 5
2-2-1 混凝土中鋼筋鏽蝕之因素 6
2-2-2 氯離子來源因子 6
2-2-3 氯離子對鋼筋混凝土之危害 7
2-3 氯離子滲透實驗 8
2-3-1快速氯離子滲透實驗(Rapid Chloride Permeability Test─RCPT) 8
2-3-2 加速氯離子滲透實驗(Accelerated Chloride Migrationn Test─ACMT) 10
2-3-3 自然滲透法(U型管) 12
2-4 氯離子含量之測定 14
2-5 電學方式加速氯離子滲透相關研究 14
2-6 自然滲透方式氯離子滲透相關研究 18
第三章 實驗計畫 21
3-1 理論根據 21
3-1-1 Fick滲透定律(Fick’s Diffusion Law) 21
3-1-2 前進模式(半無限空間) 24
3-2 理論公式 27
3-3實驗方法 28
3-3-1實驗各流程介紹 31
3-4 實驗器材及材料 44
第四章 實驗結果分析與討論 55
4-1 前言 55
4-2 實驗改良前後比較 56
4-3 控制溫度25℃實驗結果 62
4-3-1控制溫度25℃改良實驗前 62
4-3-2 控制溫度25℃改良實驗後 78
4-3-3 控制溫度25℃結論 87
4-4 控制溫度15℃實驗結果 90
4-4-1控制溫度15℃改良實驗前 90
4-3-2 控制溫度15℃改良實驗後 106
4-4-3 控制溫度15℃結論 115
4-5 控制溫度35℃實驗結果 118
4-5-1控制溫度35℃改良實驗後 118
4-5-2 控制溫度35℃結論 130
第五章 結論與建議 133
5-1 結論 133
5-2 未來研究之建議 137
參考文獻 138
附錄一 氯離子簡易測定器操作手冊 139

表目錄

表1 混凝土滲透性之評估 9
表2 25℃組別2.0-1實驗值與理論值分析表 63
表3 25℃組別2.0-2實驗值與理論值分析表 64
表4 25℃組別2.0-3實驗值與理論值分析表 65
表5 25℃組別2.0-4實驗值與理論值分析表 66
表6 25℃試片2.0㎝滲透係數 67
表7 25℃組別2.5-1實驗值與理論值分析表 68
表8 25℃組別2.5-2實驗值與理論值分析表 69
表9 25℃組別2.5-3實驗值與理論值分析表 70
表10 25℃組別2.5-4實驗值與理論值分析表 71
表11 25℃試片2.5㎝滲透相關係數 72
表12 25℃組別3-1實驗值與理論值分析表 73
表13 25℃組別3-2實驗值與理論值分析表 74
表14 25℃組別3-3實驗值與理論值分析表 75
表15 25℃組別3-4實驗值與理論值分析表 76
表16 25℃試片3.0㎝滲透相關係數 77
表17 25℃組別2-5實驗值與理論值分析表 79
表18 25℃組別2-6實驗值與理論值分析表 80
表19 25℃試片2.0㎝滲透相關係數 81
表20 25℃組別2.5-5實驗值與理論值分析表 82
表21 25℃組別2.5-6實驗值與理論值分析表 83
表22 25℃試片2.5㎝滲透相關係數 84
表23 25℃組別3-5實驗值與理論值分析表 85
表24 25℃組別3-6實驗值與理論值分析表 86
表25 25℃試片3.0㎝滲透相關係數 87
表26 25℃改良實驗前係數最大與最小值相比倍數 88
表27 25℃改良實驗後係數最大與最小值相比倍數 88
表28 25℃改良實驗前推論 (天) 89
表29 25℃改良實驗後推論 (天) 89
表30 15℃組別2.0-1實驗值與理論值分析表 91
表31 15℃組別2.0-2實驗值與理論值分析表 92
表32 15℃組別2.0-3實驗值與理論值分析表 93
表33 15℃組別2.0-4實驗值與理論值分析表 94
表34 15℃試片2.0㎝滲透相關係數 95
表35 15℃組別2.5-1實驗值與理論值分析表 96
表36 15℃組別2.5-2實驗值與理論值分析表 97
表37 15℃組別2.5-3實驗值與理論值分析表 98
表38 15℃組別2.5-4實驗值與理論值分析表 99
表39 25℃試片2.5㎝滲透相關係數 100
表40 15℃組別3.0-1實驗值與理論值分析表 101
表41 15℃組別3.0-2實驗值與理論值分析表 102
表42 15℃組別3.0-3實驗值與理論值分析表 103
表43 15℃組別3.0-4實驗值與理論值分析表 104
表44 15℃試片3㎝滲透相關係數 105
表45 15℃組別2.0-5實驗值與理論值分析表 107
表46 15℃組別2-6實驗值與理論值分析表 108
表47 15℃試片2.0㎝滲透相關係數 109
表48 15℃組別2.5-5實驗值與理論值分析表 110
表49 15℃試片2.5㎝滲透相關係數 111
表50 15℃組別3.0-5實驗值與理論值分析表 112
表51 15℃組別3.0-6實驗值與理論值分析表 113
表52 15℃組別3.0-7實驗值與理論值分析表 114
表53 15℃試片3.0㎝滲透相關係數 115
表54 15℃改良實驗前係數最大與最小值相比倍數 116
表55 15℃改良實驗後係數最大與最小值相比倍數 116
表56 15℃改良實驗前推論 (天) 117
表57 15℃改良實驗後推論 (天) 117
表58 35℃組別2.0-1實驗值與理論值分析表 119
表59 35℃組別2.0-2實驗值與理論值分析表 120
表60 35℃組別2.0-3實驗值與理論值分析表 121
表61 35℃試片2.0㎝滲透相關係數 122
表62 35℃組別2.5-1實驗值與理論值分析表 123
表63 35℃組別2.5-2實驗值與理論值分析表 124
表64 35℃組別2.5-3實驗值與理論值分析表 125
表65 35℃試片2.5㎝滲透相關係數 126
表66 35℃組別3.0-1實驗值與理論值分析表 127
表67 35℃組別3.0-2實驗值與理論值分析表 128
表68 35℃組別3.0-3實驗值與理論值分析表 129
表69 35℃試片3.0㎝滲透相關係數 130
表70 35℃改良實驗後係數最大與最小值相比倍數 131
表71 35℃改良實驗後推論 (天) 132
表72 25℃改良實驗前係數最大與最小值誤差百分比 134
表73 25℃改良實驗後係數最大與最小值誤差百分比 134
表74 15℃改良實驗前係數最大與最小值誤差百分比 134
表75 15℃改良實驗後係數最大與最小值誤差百分比 134
表76 35℃改良實驗後係數最大與最小值誤差百分比 134

圖目錄
圖1 研究流程圖 4
圖2 RCPT實驗示意圖 8
圖3 ACMT實驗示意圖 11
圖4 U型管 12
圖5 滲透方向與濃度斜率關係圖 22
圖6 體積元素 23
圖7 理論上介質中滲透物質濃度累積圖 25
圖8 實際狀況中滲透物質殘留在介質之重量累積圖 26
圖9 改良後實驗模型 29
圖10 改良前實驗模型 29
圖11 實驗流程圖 30
圖12 大型切割機切割 31
圖13 切割半成品 32
圖14 小型切割機切割 32
圖15 用丙銅洗淨試片 33
圖16 試片塗環氧樹脂 34
圖17 彎管塗填縫劑 34
圖18 切片塞入彎管 35
圖19 塗上填縫劑 35
圖20 彎管塞入 36
圖21 塗上填縫劑 36
圖22 固定於木架上 37
圖23 加入鹽水、純水 38
圖24 置入恆溫恆濕櫃 38
圖25 取出純水端 39
圖26 測定氯離子濃度 40
圖27 濃縮純水端溶液 40
圖28 混凝土切片放入1000 水中 41
圖29 取出敲碎 42
圖30 敲碎後泡入原來水中 42
圖31 測定試片內濃度 43
圖32 一維滲透示意圖 43
圖33 拌合試體 44
圖34 試體模 45
圖35 小型電子秤 45
圖36 中型電子秤 46
圖37 恆溫恆濕櫃 47
圖38 簡易氯離子檢測儀 48
圖39 烘箱 49
圖40 燒杯 49
圖41 量筒 50
圖42 混凝土切割機 51
圖43 混凝土磨平機 51
圖44 品牌水泥 52
圖45 塑膠彎管 53
圖46 填縫劑 53
圖47 食鹽 54
圖48 環氧樹脂 54
圖49 改良實驗前試片3㎝氯離子累積重量 55
圖50 模型產生裂縫 56
圖51 改良前切片塞入彎管 57
圖52 改良前實驗模型 57
圖53 填縫劑泡水後剝離 58
圖54 改良後將切片塞入塑膠彎管 59
圖55 填縫劑塞滿縫隙 60
圖56 模型内視圖 60
圖57 固定於木架上 61
圖58 換水時應拿木架兩端 61
圖59 25℃組別2.0-1實驗值與理論值分析圖 63
圖60 25℃組別2.0-2實驗值與理論值分析圖 64
圖61 25℃組別2.0-3實驗值與理論值分析圖 65
圖62 25℃組別2.0-4實驗值與理論值分析圖 66
圖63 25℃組別2.5-1實驗值與理論值分析圖 68
圖64 25℃組別2.5-2實驗值與理論值分析圖 69
圖65 25℃組別2.5-3實驗值與理論值分析圖 70
圖66 25℃組別2.5-4實驗值與理論值分析圖 71
圖67 25℃組別3-1實驗值與理論值關係圖 73
圖68 25℃組別3-2實驗值與理論值分析圖 74
圖69 25℃組別3-3實驗值與理論值分析圖 75
圖70 25℃組別3-4實驗值與理論值分析圖 76
圖71 25℃組別2-5實驗值與理論值分析關係圖 79
圖72 25℃組別2-6實驗值與理論值分析關係圖 80
圖73 25℃組別2.5-5實驗值與理論值分析圖 82
圖74 25℃組別2.5-6實驗值與理論值分析圖 83
圖75 25℃組別3-5實驗值與理論值分析圖 85
圖76 25℃組別3-6實驗值與理論值分析關係圖 86
圖77 15℃組別2.0-1實驗值與理論值分析圖 91
圖78 15℃組別2.0-2實驗值與理論值分析圖 92
圖79 15℃組別2.0-3實驗值與理論值分析圖 93
圖80 15℃組別2.0-4實驗值與理論值分析關係圖 94
圖81 15℃組別2.5-1實驗值與理論值分析圖 96
圖82 15℃組別2.5-2實驗值與理論值分析圖 97
圖83 15℃組別2.5-3實驗值與理論值分析圖 98
圖84 15℃組別2.5-4實驗值與理論值分析圖 99
圖85 15℃組別3.0-1實驗值與理論值分析圖 101
圖86 15℃組別3-2實驗值與理論值分析圖 102
圖87 15℃組別3-3實驗值與理論值分析圖 103
圖88 15℃組別3-4實驗值與理論值分析圖 104
圖89 15℃組別2.0-5實驗值與理論值分析圖 107
圖90 15℃組別2.0-6實驗值與理論值分析圖 108
圖91 15℃組別2.5-5實驗值與理論值分析圖 110
圖92 15℃組別3.0-5實驗值與理論值分析圖 112
圖93 15℃組別3.0-6實驗值與理論值分析圖 113
圖94 15℃組別3.0-7實驗值與理論值分析圖 114
圖95 35℃組別2.0-1實驗值與理論值分析圖 119
圖96 35℃組別2.0-2實驗值與理論值分析圖 120
圖97 35℃組別2.0-3實驗值與理論值分析圖 121
圖98 35℃組別2.5-1實驗值與理論值分析圖 123
圖99 35℃組別2.5-2實驗值與理論值分析圖 124
圖100 35℃組別2.5-3實驗值與理論值分析圖 125
圖101 35℃組別3.0-1實驗值與理論值分析圖 127
圖102 35℃組別3.0-2實驗值與理論值分析圖 128
圖103 35℃組別3.0-3實驗值與理論值分析圖 129
1.章崇業,理論研究氯離子擴散係數,國立台灣海洋大學 河海工程學系,碩士論文,2005.
2.紀茂傑,混凝土耐久性影響因素及評估方法之研究,國立臺灣海洋大學,河海工程研究所,博士學位論文,2002.
3.葉美怡,鹽份滲透混凝土之理論模式修訂,國立雲林科技大學,營建工程系,碩士論文,2007.
4.黃兆龍,混凝土中氯離子含量檢測技術,詹氏書局,台北,1998.
5.黃兆龍,混凝土中氯離子含量檢測技術及試驗,詹氏書局,台北,2002.
6.黃兆龍,混凝土性質與行為,詹氏書局,台北,2002.
7.范慧中,表面塗層對混凝土抗滲透性影響之研究,國立海洋大學,材料工程學系,碩士論文,2003.
8.施欽尉,氯離子穿透混凝土之實驗分析,國立雲林科技大學,營建工程系,碩士論文,2008.
9.廖展章,以加速氯離子穿透實驗評估礦物掺料即用量之混凝土耐久性影響,國立海洋大學,河海工程學系,碩士論文,2003.
10.鄭明昌,碳纖複合材料吸水性質及應變量測方法研究,國立雲林科技大學, 工程科技研究所,博士論文,2005.
11.張庭瑋,以滲透理論及圓柱試體量化氯離子對混凝土之滲透性,國立雲林科技大學,工程科技研究所,博士論文,2009.
12.Cho-Liang Tsai, Chih Hsing Wang,Jiang-Jhy Chang, and Weichung Yeih, 2008, Tracking the Hygrothermal Strain of Carbon/Epoxy Composite under Varying Temperature and Humidity, Journal of Composite Materials, Vol.42, No.16, pp.1597-1618. (SCI, EI)
13.Ting-Wei Chang, Chih Hsing Wang and Cho-Liang Tsai, 2008, Advancing Boundary Model for Moisture Diffusion in A Composite Laminate, Journal of Composite Materials, Vol.42, No.10, pp.957-974. (SCI, EI)
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