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研究生： 曾子彥
Zeng, Zi-Yan
論文名稱： 以浸泡方式加速混凝土中性化反應之研究
Study of accelerating carbonation on concrete by using soak method
指導教授： 王櫻茂
Wang, Ying-Mao
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 69
中文關鍵詞： 超音波 、中性化
外文關鍵詞： carbonation, ultra sonic
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    • 摘要
    台灣環境污染嚴重，而環境因素對於混凝土耐久性影響甚巨。在耐久性的研究中，混凝土中性化是近幾年來國內外學者研究的重點，然而研究方法多以氣體侵入加速居多。本研究期望以浸泡侵蝕加速模擬水污染的方式，在短時間內獲得長時間暴露的結果，進而評估混凝土以浸泡侵蝕加速與氣體侵入加速的關係。本研究製作普通混凝土(Normal Weight Concrete，NWC)ψ5.5×12cm，改變其水灰比、養護條件、溫度、乾濕循環等條件，做8週的加速。
    分成三種不同的加速方式如下:
    1.浸泡碳酸水溶液
    2.浸泡碳酸氫鈉飽和溶液
    3.二氧化碳氣體加速
    每隔一定時間量測超音波波速評估其動彈性係數，再做劈裂試驗得到試體的劈裂強度，最後配合SEM晶相觀測瞭解微結構的變化。
    試驗結果如下:
    1.相同的加速時間內，以氣體侵入的中性化深度最大，浸泡碳酸氫鈉次之，而浸泡二氧化碳水溶液的速度則非常緩慢。
    2.以超音波波速來看，浸泡加速與氣體侵入加速兩種不同類型的方法都可很明顯看出與中性化速度成反比。
    3.以劈裂強度來看，氣體侵入加速的方法都可看出與中性化速度成反比。但是以浸泡加速的數據差異性非常高，劈裂強度跟中性化速度的的關係十分薄弱。

    Abstract
    Problems of environmental pollution in Taiwan is very critical,and it can influence on durability of concrete.In studies of durability,the internal and external scholars concentrate in the study of carbonation of concrete in recent years,and they use the method of diffusion to accelerate mostly.Howeve,this study attempt to use soak method to speed up carbonation and imitat water pollution to get the long run result of carbonation in a short-term and assess the relationship between acceleration of diffusion and soak in carbonate solution osmotic action further.
    In this study,we made NWC(Normal Weight Concrete)ψ5.5×12cm,and varied water-cement ratios,curing condition,temperature and perform dry-wet circulation during eight weeks.
    The accelerating terms are as follows:
    1.Soaked in carbonated water.
    2.Soaked in saturated solution of sodium bicarbonate.
    3.Diffusin of carbon dioxide accelerated, .
    In each cycle, we investigated the mass change , strength change with UST ,cleavage strength of cement and micro structure change with SEM.
    The test results are as follows:
    1.In the same accelerated times,the carbonation depths of carbon dioxide accelerated were maximum,soaked in saturated solution of sodium bicarbonation were next,and soaked in carbonated water were minimum.
    2.In UST,we can see both two methods had an inverce ratio between carbonation rate and speed of ultra sonic.
    3.We can see both two methods had an inverce ratio between carbonation rate and cleavage strength.

    總目錄 總目錄 表目錄 圖目錄 相片目錄 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究範圍 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 混凝土耐久性 3 2.2 中性化相關論 3 2.2.1 水泥水化機理 4 2.2.2 中性化反應機理 4 2.2.3 碳酸濃度的影響 7 2.3 中性化的測定方法 7 2.3.1 酚酞測定法(Phenolphthalein test) 8 2.3.2 示差熱重量分析法 10 2.3.3 X-光繞射的測定法 12 2.3.4 電氣化學的方法 13 2.3.5 X-光微量分析(X-ray microanalysis) 14 2.3.6 中性化的加速試驗 16 2.4 混凝土的中性化速度影響因素 16 2.4.1 水泥種類 16 2.4.2 骨材之種類 20 2.4.3 表面活性劑之種類 20 2.4.4混凝土的強度 22 2.4.5 水灰比 23 2.4.6 環境條件 24 2.5 中性化速度式 25 第三章 實驗計畫 27 3.1 研究計畫 27 3.1.1 研究想法 27 3.1.2 研究目標 27 3.1.3 試驗流程 28 3.2 試驗變數 29 3.3 試驗材料 29 3.4 試體製作 31 3.5 試驗設備 31 3.6 試驗方法 33 3.6.1 浸泡碳酸水溶液 33 3.6.2 浸泡碳酸輕鈉水溶液 34 3.6.3 二氧化碳氣體加速箱 34 3.7 非破壞試驗－超音波法 34 3.7.1 超音波概述 34 3.7.2 施測方法類型 35 第四章 試驗結果與分析 39 4.1 中性化測定結果與討論 39 4.1.1 浸泡碳酸水溶液的中性化深度 39 4.1.2 浸泡碳酸氫鈉( )水溶液的中性化深度 45 4.1.3 二氧化碳氣體加速箱的中性化深度 46 4.1.4 三種加速方法的比較 46 4.1.5 噴酚酞後試體外觀的比較 50 4.2 動彈性係數的比較與分析 51 4.2.1 浸泡碳酸水溶液的動彈性係數 51 4.2.2 浸泡碳酸氫鈉的動彈性係數 56 4.2.3 中性化速度與超音波波速的關係 58 4.3 中性化速度與劈裂強度的關係 59 4.4 SEM觀測結果 61 第五章 結論與建議 63 5.1 結論 63 5.2 建議 表目錄 表2.1 試料採取方法與氫氧化鈣之脫水(由熱分析而得) 8 表2.2 各種水泥的中性化速度比 17 表2.3 各種水泥的中性化速度比 18 表2.4 混凝土的養護條件 18 表3.1 環球水泥成分報告 30 表5.1 浸泡碳酸水溶液條件改變對中性化深度的影響 63 表5.2 浸泡碳酸水溶液條件改變對動彈性係數的影響 63 圖目錄 圖2.1 混凝土耐久性的考慮因素 3 圖2.2 鐵的電位-PH值之關係圖(不含 時) 6 圖2.3　由混凝土中性化現象而形成的PH斜坡概念 10 圖2.4　熱分析（TG－DTA）之概念圖 11 圖2.5　熱分析的例子 12 圖2.6　X－光繞射法 13 圖2.7　鋼筋腐蝕測定裝置之概念圖 14 圖2.8 不需要與鋼筋連接的腐蝕電位測定裝置概念 14 圖2.9　相片2.2之元素分析結果 15 圖2.10　相片2.3板狀結晶之元素分析結果 16 圖2.11　相片2.4的針狀結晶之元素分析結果 16 圖2.12　中性化速度之特性因素圖 17 圖2.13 水泥種類及養護條件對中性化速度之影響 19 圖2.14 混合劑的種類及水灰比等之影響 21 圖2.15 混合劑的種類及水泥種類等之影響 21 圖2.16 抗壓強度與中性化速度比之關係 22 圖2.17 水灰比對中性化速度比之影響 23 圖2.18　溫度對混凝土中性化進行之影響(中性化反應加速之效果) 24 圖2.19　二氧化碳濃度對混凝土中性化進行之影響(中性化加速度之效果) 25 圖3.1 試驗流程圖 28 圖3.2 直接法示意圖 36 圖3.3 半直接法示意圖 37 圖3.4 反射法探測裂縫深示意圖 38 圖4.1 恆溫恆濕養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液加速之中性 化深度圖 41 圖4.2 恆溫恆濕養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液加速之中性化深度圖 41 圖 4.3 水中養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液加速之中性化深度圖 42 圖4.4 水中養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液加速之中性化深度圖 42 圖 4.5 恆溫恆濕養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液循環加速之中性化深度圖 43 圖4.6 恆溫恆濕養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液循環加速之中性化深度圖 43 圖4.7 水中養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液循環加速之中性化深度圖 44 圖4.8 水中養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液循環加速之中性化深度圖 44 圖4.9 恆溫恆濕養護7天室溫下浸泡碳酸氫鈉循環加速之中性化深度圖 45 圖4.10 水中養護7天室溫下浸泡碳酸氫鈉之中性化深度圖 46 圖4.11 恆溫恆濕養護7天中性化氣體加速箱加速之中性化深度圖 48 圖4.12 水中養護7天中性化氣體加速箱加速之中性化深度 48 圖4.13 恆溫恆濕養護下三種加速方式的中性化深度比較圖 49 圖4.14 水中養護下三種加速方式的中性化深度比較圖 49 圖4.15 恆溫恆濕養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液加速之動彈性係數折減圖 52 圖4.16 恆溫恆濕養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液加速之動彈性係數折減圖 52 圖4.17 水中養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液加速之動彈性係數折減圖 53 圖4.18 水中養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液加速之動彈性係數折減圖 53 圖4.19 恆溫恆濕養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液循環加速之動彈性係數折減圖 54 圖4.20 恆溫恆濕養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液循環加速之動彈性係數折減圖 54 圖4.21 水中養護7天室溫下浸泡碳酸水溶液循環加速之動彈性係數折減圖 55 圖4.22 水中養護7天38℃下浸泡碳酸水溶液循環加速之動彈性係數折減圖 55 圖4.23 恆溫恆濕養護7天浸泡碳酸氫鈉水溶液之動彈性係數折減圖 57 圖4.24 水中養護7天浸泡碳酸氫鈉水溶液之動彈性係數折減圖 57 圖4.25 恆溫恆濕養護下兩種加速方式的動彈性係數與中性化深度關係圖 58 圖4.26 水中養護下兩種加速方式的動彈性係數與中性化深度關係圖 59 圖4.27 恆溫恆濕養護下兩種加速方式的劈裂強度與中性化深度關係圖 60 圖4.28 水中養護下兩種加速方式的劈裂強度與中性化深度關係圖 61 相片目錄 相片2.1　酚酞噴霧後發色各階段之例子 9 相片2.2　方解石型的碳酸鈣 15 相片2.3　板狀結晶型的氫氧化鈣 15 相片2.4　鈣釩石 15 相片 3.1 砂輪機 31 相片 3.2 恆溫恆濕養護箱 31 相片 3.3 超音波 32 相片 3.4 二氧化碳氣體加速箱 32 相片 3.5 SEM 32 相片 4.1 中性化情形的比較 50 相片 4.2 浸泡碳酸水溶液1個月 61 相片 4.3 浸泡碳酸水溶液2個月 61 相片 4.4 浸泡碳酸氫鈉水溶液1個月 62 相片 4.5 浸泡碳酸氫鈉水溶液2個月 62 相片 4.6 二氧化碳氣體加速1個月 62 相片 4.7 二氧化碳氣體加速2個月 62

    參考文獻
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    校外：2002-08-01公開
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