臺灣博碩士論文加值系統

下水道汙水管系統是廢水排放過程重要一環，當汙水管線受到腐蝕會嚴重破
壞下水道排水系統使用的壽命。汙水管內的微生物腐蝕會導致管路設施中的混凝
土結構表面的砂漿脫落，鋼筋外露，進而產生開裂和鏽蝕，這不僅縮短下水道使
用年限，相對也提高維修經費的支出，對於環境衛生與生活品質都有直接影響。
本研究目的是利用一種耐微生物腐蝕的鋁酸鈣水泥及粒料，將其添加取代一
般混凝土中的水泥及粒料。藉由混凝土在下水道環境自身抗腐蝕與耐磨性之提升，
達到整體在下水道環境之抗腐耐磨性能方面有正面提升之效果。
本文實驗主要是將混凝土材料搭配使用，並放置一般養護環境與下水道環境
做比較。分別在不同齡期下，進行體積穩定性試驗、抗壓試驗、劈裂抗張試驗及
水中磨損試驗，並藉由強度、磨損損失體積及磨損後殘留深度來分析討論混凝土
之抗腐蝕與耐磨損之能力。

Sewer network is an important process of wastewater treatment system because
the corroded sewerage will severely damage the lifetime of sewer networks. Bacteria
corrosion will lead to Sewer network fracture and corrosion (coused by) mortar
shedding of concrete structure surface and exposed steel. These damages can not only
shorten the service life of sewer but also increase the cost of maintenance and
therefore affect environmental sanitation and quality of life directly.
The purpose of this research is to apply the corrosion - resistant bacteria of
calcium aluminate cement and aggregates in concrete structure and increase
corrosion-resistant and abrasion-resistant ability in sewer environment.
Our experiments is to compare different concrete material in maintains
environment and sewer environment. We take the test of shrinkage, compression,
splitting tensile and abrasion resistance (Underwater Method) during different period,
analyze strength, loss volume and residual depth after wear and further discuss the
corrosion-resistant and abrasion-resistant ability of concrete.

第一章 緒論…………………………..…………………..…………………….…1
1.1研究動機與背景…………………………..…………………….……………….1
1.2研究目的與方法…………………………..………………………….………….2
1.3本文內容與架構…………………………..………………………………….….2
第二章 文獻回顧…………………………………………………….…………………..4
2.1下水道系統微生物腐蝕原理………………………………………………..4
2.1.1第一階段：產生硫化氫氣體…………..……………………………..…..4
2.1.2第二階段：釋出硫化氫氣體………..….……………………………......4
2.1.3第三階段：硫化氫餵飼嗜酸細菌…..…………………………..……..4
2.1.4第四階段：硫化桿菌及硫氧化菌…..………………………..………..5
2.2混凝土材料磨損機制…………………………………………………………..5
2.3水工結構物磨損作用…………………………………………………………..6
2.3.1沖蝕………………………………………………………….…………..6
2.3.2磨蝕………………………………………………….…………………..7
2.3.3穴蝕………………………………………………….…………………..7
2.3.4水中泥砂顆粒運動特性之分析…………………………………..……..7
2.4混凝土材料性質及抗磨損與耐腐蝕關係……………………….……..8
2.4.1混凝土強度性質與抗磨損及耐腐蝕關係…………………………..8
2.4.2水泥與抗磨損及耐腐蝕關係……………………………………………..9
2.4.2.1卜特蘭水泥………………………………..…………...……….……..……10
2.4.2.2第II型卜特蘭水泥………………………..……………..…..………….11
2.4.2.3鋁酸鈣水泥…………………………………..……...……….……………..12
2.4.2.4鋁酸鈣水泥與粒料混合物….……………….………….……………..13
2.5強塑劑概述…………………………………..…………………………………..14
2.5.1強塑劑減水機理…………………………………..………….……………..14
2.6混凝土收縮變形………………………………………………………………..14
2.6.1混凝土之水分……………………………………….………………………..14
2.6.2收縮變形機制…………………………………………………….…………..15
2.7混凝土之磨損試驗方法……………………………………………………..17
第三章 實驗計畫與內容……………………………..………………………………..33
3.1實驗材料………………………………………………………………………..33
3.2實驗儀器與設備………………………………………………………………..34
3.3實驗計畫與流程………………………………………………………………..35
3.3.1實驗計畫………………………………………………..…………..………..35
3.3.2實驗養護環境………………………………….……………………………..36
3.3.3實驗流程……………………………………………..………………….……..36
3.4實驗內容………………………………………………………………………..37
3.4.1砂漿流度試驗……………………………………………………….….…….37
3.4.2混凝土坍度試驗………………………...……….….…………..…………..37
3.4.3混凝土水分重量損失試驗…………………………….…..…….…. .….38
3.4.4混凝土收縮應變試驗………………………………………..….….……..38
3.4.5混凝土抗壓強度試驗………………………………………..….….……..39
3.4.6混凝土劈裂抗張強度試驗…………………………….….………….…..40
3.4.7混凝土水中磨損試驗……………………………….….…...……………..41
第四章 實驗結果………………………………………………………..……………..62
4.1工作性………………………………………………………………………..63
4.1.1混凝土坍度試驗……………………………..…………………….…….…..63
4.1.2砂漿之流度試驗…………………………………..…………….….………..63
4.2下水道混凝土表面pH值與腐蝕評估……..…………………………..63
4.3混凝土之水分重量損失……………………………………………………..64
4.4混凝土之體積收縮應變……………………………………………………..65
4.5力學性質之抗壓強度……………………………….………………………..66
4.6力學性質之劈裂抗張強度………………………………………..………..68
4.7混凝土之水中磨損影響……………………………………………………..70
4.8水分重量損失與體積收縮應變之關係………………………………..71
4.9混凝土強度與耐磨損關係…………………………..……………………..71
第五章 結語與建議………………………………………………...………..………..103
5.1結論……………………………………………………………..…………103
5.2建議……………………………………………………………………..105

1. M. G. ALEXANDER, A. M. GOYNS, C. W. FOURIE ‘Experiences With a
Full-Scale Experimental Sewer Made With CAC and Other Cementitious
Binders In Virginia, South Africa’ Calcium Aluminate Cements, Proceedings of
the Centenary Conference ,pp.279-290,2008
2. 「SewperCoatm 簡介」，Kerneos(法國)，SewperCoat 簡報。
3. 「輸水隧道磨損調查與分析」，經濟部水利署水利規劃試驗所期中報告書，
2009。
4. 詹慶協，「水工混凝土磨耗特性與纖維混凝土耐磨性之探討」，國立嘉義大學
土木與水資源工程學系研究所，2005。
5. 林建宏，「爐石混凝土水中磨耗性質研究」，國立台灣大學土木工程學系研究
所，2004。
6. ACI Committee 210 ,’’ 210R-93:Erosion of Concrete in Hydraulic Structures ’’
ACI manual of concrete practice , 2008.
7. 「水工混凝土的受力狀態與磨損」，合肥工業大學學報，2001。
8. 「水工混凝土小角度沖蝕磨損特性的研究」，摩擦學學報，2001。
9. 「水工混凝土沖擊磨損行為與機理研究」，水力發電學報，2001。
10. 朱孝宗，「水中含砂特性對混凝土抗沖擊性之影響」，國立嘉義大學土木與水
資源工程學系研究所，2005。
11. 梁耿豪，「高性能混凝土之自養護行為」，國立交通大學土木工程學系研究所，
2008。
107
12. Mehta, P. K. , ’’Concrete Structure Material and Properties, ’’ ACI Journal, vol .
32 , pp . 630-633, Sep. Oct. 1985
13. 蕭旭志，「介面過度區對混凝土抗寒砂水流沖擊性之影響」，國立中興大學土
木工程研究所，2005。
14. 「水工混凝土材料與磨損」，潤滑工程學報，2006。
15. Cazaro, R. C. ,’’ Stabilization of Delatic Clays with Lim-Rice Hull Ash Mixtures,
‘’ Proceedings, Second Southeast Asia Conf, Soil Engineering , Singapore ,
pp.215-233,1970.
16. ASTM C150,’’Standard Specification for Portland Cement,’’ American Society for
Testing and Materials, 2012.
17. 高等混凝土學講義，國立交通大學土木工程學系，趙文成，2012。
18. 台灣水泥股份有限公司，水泥性質。
19. Calcium Aluminate Cement Concrete (Class CAC Concrete) TxDOT Special
Specification SS-4491 Tip Sheet by Ryan Barborak, P.E., CST-M&;P.
20. Midgley,H.G.;Midgley,A. ’’The conversion of high alumina cement. ’’ Magazine
of Concrete Research: Vol. 27, No. 91 : June 1975
21. SewperCoat PG25，Kerneos(法國)。
22. 汪侑榛，「卜作嵐材料對水中自充填混凝土之影響」，國立交通大學土木工程
學系，2013。
23. 黃宏隆，「新型聚羧酸系強塑劑對含飛灰水泥漿體流動行為的影響」，碩士論
文，國立臺灣師範大學化學研究所，2003。
108
24. Ramachandran,V.S.,and Feldman,R.F.,’’Superlasticizers’’in228Concrete
Admixture Handbook, Ramachandran,V.S. Edt., Noyes,New Jersey (1984).ACI
Committee 209R-92,’’Prediction of Creep, Shrinkage and Temperatrue Effects in
Concrete Structures,’’ACI Manual of Concrete Practice,2008.
25. ACI Committee 209 (1992). “Prediction of Creep, Shrinkage and Temperature
Effects in Concrete Structures.” ACI 209R-92, Detroit, MI.
26. 龔稚展，「工業副產品替代粒料用於混凝土之水中耐磨性可行性研究」，國立
交通大學土木工程學系，2010。
27. ASTM C418 Standard Abrasion Resistance of Concrete by Sandblasting
28. ASTM C779 Standard Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces
29. ASTM C944 Standard Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by
the Rotating-Cutter Method
30. ASTM C1138 Standard Abrasion Resistance of Concrete (Underwater Method)
31. J. Herisson,Gueguen-Minerbe,Chaussadent and van Hullebusch ’’Development
of a reproducible, representative and accelerated biogenic corrosion test to
deliver durable structures in sewer networks’’ Calcium Aluminates, Proceedings
of the International Conference ,pp.645-659,2014