低放處置場混凝土障壁受氯離子入侵之使用年限推估

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陳品臻(PIN-ZHEN CHEN) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

低放處置場混凝土障壁受氯離子入侵之使用年限推估

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摘要(中)

低放射性廢棄物最終處置將使用混凝土障壁，因營運時間長，故須針對可能遭遇不良環境探討其使用年限，本研究針對兩種障壁混凝土受到氯離子入侵可能情形進行服務年限的推算。
本研究針對可能用於製作盛裝容器(含蓋子) 配比C、封蓋之填縫材料配比M，依據ASTM C1556規範製作標準試體，於養治齡期28天、90天、183天時，將試體浸泡氯化鈉溶液36天，再以ASTM C1152量測不同齡期之混凝土濃度剖面，藉由費克第二定律衍生式，計算出表面氯離子濃度與瞬時擴散係數。並以實驗數據計算瞬時擴散係數隨時間增加而降低之速率，求取時間因子m 值，據以推算不同齡期瞬時擴散係數的變化。
研究團隊先前完成之配比HIC-C與配比HIC-M依據AASHTO T259規範製作之試體，浸泡於3%氯化鈉水溶液中，再依據AASHTO T260量測不同齡期之混凝土濃度剖面，藉由費克第二定律衍生式，計算表面氯離子濃度與擴散係數。混凝土表面氯離子濃度隨浸泡時間增加而增加，依據表面氯離子濃度與時間的自然對數關係，求出關係式推算不同歷時表面氯離子濃度，已完成四年之數據，並將結果與ASTM法所得加以比較。
依據ACI所發表程式Life-365，針對鋼筋混凝土受氯離子入侵之服務年限推估方法，發展一套計算程序，可用於推估未來處置設施其使用年限，並藉由此計算程序推估配比HIC-C與配比HIC-M濃度剖面，與四年氯離子濃度實驗數據比較，其結果相近，故此計算程序具有一定可信度，而藉由此計算程序推估盛裝容器桶壁35mm處氯離子濃度到達0.05%之時間為使用年限，所得使用年限皆超過500年。

摘要(英)

The final disposal of low-level radioactive wastes will be using concrete barriers. Due to the long service time, it is likely to encounter adverse environments and thus the service life of the concrete barrier needs be explored.
In this study, two concrete mixes possibly used for fabricating highly integrated containers, namely mixes C and M, were tested by ASTM C1556 standard procedures to determine their diffusion coefficient under the attack of chloride irons. The profile of chloride concentration at various depths was determined for concrete specimens at 28, 90, and 183 days of age after immersing in NaCl solution for 36 days. Then, Fick’s second law was used to obtain chloride diffusion coefficient and surface chloride content using non-linear regression technique. And the experimental data were used to estimate the change in diffusion coefficient with time for the two concrete mixes.
Also, based on AASHTO T259 test method, concrete specimens immersed in NaCl solution for about 4 years were determined for their apparent diffusion coefficient. And the results obtained from the two methods were compared in the study.
Finally, a computation scheme was developed to calculate the time required for chloride irons to penetrate 35 mm (approximately one-half of the thickness of containers) of the concrete barrier and reaching a concentration level of 0.05% by weight of concrete. The calculated results were compared and verified with those derived from Program Life-365, and found to be very similar. By using the computation scheme, the service life, in terms of resistance to chloride attack, of the two concrete mixes are both found to be more than 500 years.

關鍵字(中)

★ 氯離子
★ 擴散係數
★ 使用年限

關鍵字(英)

★ chloride ions
★ diffusion coefficient
★ service life

論文目次

摘要…………………………………………………………………………………………………………………………………………i
目錄……………………………………………………………………………………………………………………………………vii
圖目錄…………………………………………………………………………………………………………………………………ix
表目錄………………………………………………………………………………………………………………………………xii
第一章緒論………………………………………………………………………………………………………………………… 1
1.1 研究背景…………………………………………………………………………………………………………………… 1
1.2 研究目的………………………………………………………………………………………………………………………1
1.3 研究內容………………………………………………………………………………………………………………………2
第二章文獻回顧………………………………………………………………………………………………………………3
2.1 低放射性廢棄物………………………………………………………………………………………………………3
2.1.1 何謂放射性廢棄物……………………………………………………………………………………3
2.1.2 低放射性廢棄物來源………………………………………………………………………………4
2.1.3 低放射廢棄物的處理……………………………………………………………………………… 4
2.1.4 低放射性廢棄物最終處置……………………………………………………………………5
2.2 氯離子入侵模式……………………………………………………………………………………………………12
2.2.1 離子擴散機制…………………………………………………………………………………………12
2.2.2 氯離子擴散係數D…………………………………………………………………………………13
2.2.3 表面氯離子CS…………………………………………………………………………………………15
2.2.4 時間因子……………………………………………………………………………………………………16
2.2.5 鋼筋混凝土保護層…………………………………………………………………………………16
2.3 程式Life-365簡介………………………………………………………………………………………………18
2.3.1 發展背景……………………………………………………………………………………………………18
2.3.2 參數設定……………………………………………………………………………………………………19
2.4 服務年限推估模式………………………………………………………………………………………………22
2.4.1 去除第一層數據……………………………………………………………………………………22
2.4.2 擴散係數推估方式…………………………………………………………………………………23
2.4.3 時間因子推估方式…………………………………………………………………………………25
2.4.4 表面氯離子推估方式……………………………………………………………………………26
2.5 計算程序與Life-365驗證………………………………………………………………………………27
第三章實驗材料與規劃………………………………………………………………………………………………29
3.1 實驗材料……………………………………………………………………………………………………………………29
3.2 實驗設備……………………………………………………………………………………………………………………33
3.3 實驗內容及方法……………………………………………………………………………………………………35
3.3.1 實驗流程……………………………………………………………………………………………………35
3.3.2 實驗變數……………………………………………………………………………………………………37
3.3.3 實驗方法……………………………………………………………………………………………………40
第四章實驗結果與分析………………………………………………………………………………………………45
4.1 AASHTO與ASTM規範……………………………………………………………………………………………45
4.2 氯離子入侵混凝土濃度量測及分析(AASHTO)…………………………………………47
4.2.1 配比HIC-C與配比HIC-M之濃度剖面……………………………………………47
4.2.2 視擴散係數Dapp與表面氯離子濃度CS…………………………………………48
4.2.3 時間因子m值計算(AASHTO)……………………………………………………………51
4.2.4 視擴散係數轉換成瞬時擴散係數之推估(AASHTO)…………………55
4.2.5 表面氯離子濃度CS推估(AASHTO)…………………………………………………56
4.3 氯離子入侵混凝土濃度量測及分析(ASTM)………………………………………………58
4.3.1 配比C與配比M之濃度剖面…………………………………………………………………58
4.3.2 瞬時擴散係數D與表面氯離子濃度CS……………………………………………59
4.3.3 時間因子m值計算(ASTM)…………………………………………………………………62
4.3.4 瞬時擴散係數之推估(ASTM)……………………………………………………………63
4.3.5 表面氯離子濃度CS推估(ASTM)………………………………………………………65
4.4 服務年限推估…………………………………………………………………………………………………………66
4.4.1 實驗數據與推估模式的比較及驗證………………………………………………66
4.4.2 處置場封閉後受氯離子入侵之使用年限推估……………………………70
4.4.3 短時間內受氯離子入侵之使用年限推估………………………………………71
4.4.4 AASHTO與ASTM方法優劣分析…………………………………………………………73
4.5 水泥漿-孔隙試驗結果與分析……………………………………………………………………………74
4.5.1 孔隙率試驗結果與分析………………………………………………………………………75
4.5.2 氮氣吸附試驗結果與分………………………………………………………………………81
第五章結論與建議…………………………………………………………………………………………………………85
5.1 結論……………………………………………………………………………………………………………………………85
5.2 建議……………………………………………………………………………………………………………………………87
參考文獻………………………………………………………………………………………………………………………………89
附錄………………………………………………………………………………………………………………………………………93

參考文獻

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ASTM C1152-12 Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mortar and Concrete1.
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指導教授

黃偉慶(Wei-Hsing Huang)

審核日期

2015-7-23

推文