活性砂漿試體受單維電場作用下陽離子傳輸行為之研究

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劉慧茹(Hui-ru Liu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

活性砂漿試體受單維電場作用下陽離子傳輸行為之研究
(Cation Ion Migration Bhavior of Reactive Mortar Effected by 1D Electric Field ｗith Different Density.)

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摘要(中)

運用加速鋰離子傳輸技術(Accelerated Lithium Migration Technique, ALMT)維修ASR的策略，是利用電的趨動力移除會誘發ASR的Na+及K+的同時，送入對ASR有抑制效果的Li+。本研究施加定電壓及定電流電場進行ALMT試驗，分別以LiOH．H2O及飽和Ca(OH)2作為陽與陰極電解液，分析改變砂漿試體的水灰比、水泥含鹼量、粒料/水泥比、長度，以及通電歷時與電場強度，對Na+及K+移除與Li+送入試體的傳輸行為影響。結果顯示，施加定電壓時，阻抗會隨時間增加，發現電壓值並不適合作為控制離子傳輸指標；施加定電流密度時，發現電流密度與Li+、Na+及K+的穩態流量有良好線性關係，適合作為ALMT工程實務的通電模式。電場強度愈大、水灰比愈高、含鹼量愈低及粒料/水泥比愈高時，愈有利於離子傳輸。增加試體長度並不會改變Na+及K+移出與Li+送入試體的速率。當通電至試體內的Na+與K+移出完成時，試體的膨脹量可降低為未通電試體的71 %，若通電至Li+流量達穩態時，則可完全抑制ASR膨脹問題。

摘要(英)

An Accelerated Lithium Migration Technique (ALMT) was applied to simultaneously drive alkali out and lithium into concrete as a remedy for alkali-silica reaction (ASR) problems. Constant voltages and current densities were applied during the ALMT testing process. The anolyte and catholyte solutions consisted of 1L 1N LiOH．H2O and saturated Ca(OH)2, respectively. This research altered the conditions of testing such as the w/c ratio, the alkali content of cement and the aggregate/cement ratio of mortars, the distance of electrodes and the time-span of testing to analyze the migration behaviors of cations. The results show that the system resistance increases during the testing and the voltage value is not suitable as an index of ionic migration. There is a good linear relationship between the applied current density and the steady flux of the Li+, Na+ or K+. It is beneficial for the migration of ions as the bigger the applied electrical field, the higher the water/cement ratio, the lower the alkali content of cement and the higher the aggregate/cement ratio. Increasing the distance of electrodes does not alter the migrating rate of Li+, Na+ and K+. When the alkali content of specimen is complete removal, the decrease in its ASR expansion is 71 percent. When the flux of Li+ reaches steady state, the ASR expansion is inhibiting completely.

關鍵字(中)

★ 鹼－矽反應
★ 電化學
★ 維修
★ ALMT

關鍵字(英)

★ Repair
★ Mortar
★ Electrochemical
★ Alkali-silica reaction

論文目次

第一章緒論- 1 -
1-1 研究起源與動機- 1 -
1-2 研究目的- 2 -
2-1 鹼質與粒料反應之種類與機理- 3 -
2-1-1 鹼質與粒料反應之種類[1~4]- 3 -
2-1-2 鹼質與粒料反應之機理- 4 -
2-2 新建工程預防 ASR 產生之方法- 5 -
2-2-1 使用材料與施工之注意事項- 5 -
2-2-2 添加摻料- 6 -
2-3 鋰化合物應用於抑制 ASR 的發展- 7 -
2-3-1 鋰化合物抑制ASR的機理- 7 -
2-3-2 鋰化合物作為新拌混凝土之ASR抑制劑- 8 -
2-3-3 噴灑與浸泡法維修硬固混凝土之ASR問題- 8 -
2-3-4 加壓法維修硬固混凝土之 AAR 問題- 9 -
2-3-5 電化學技術應用於抑制混凝土鹼質與粒料反應- 10 -
2-4 其他電化學修護（維修）混凝土病變之技術- 14 -
2-4-1 電化學技術應用於鋼筋防蝕- 14 -
2-4-2 電化學技術應用於修補裂縫- 16 -
2-5 離子於混凝土中傳輸擴散機理- 17 -
2-5-1 水傳輸對混凝土的影響- 17 -
2-5-2 離子的移動方式- 17 -
2-6 電滲法應用於評估氯離子之介紹- 18 -
2-6-1 快速氯離子滲透試驗(簡稱RCPT )- 18 -
2-6-2 RCM 與交流電測電導率試驗- 20 -
2-6-3 加速氯離子穿透試驗 ( ACMT ) [42,43]- 21 -
2-6-4 單維電場作用下的氯離子傳輸行為與歷程- 21 -
第三章試驗規劃- 25 -
3-1 研究計畫- 25 -
3-2 粒料處理及活性檢測流程- 27 -
3-2-1 粒料處理- 27 -
3-3 試驗材料的基本性質- 28 -
3-3-1 拌合水- 28 -
3-3-2 粒料- 28 -
3-3-3 水泥- 29 -
3-3-4 調整含鹼量使用之藥劑- 30 -
3-4 配比設計與拌製- 31 -
3-4-1 試驗參數與符號說明- 33 -
3-5 硬固混凝土試驗方法與儀器設備- 35 -
3-5-1 試體前處理- 35 -
3-5-2 試體抽真空處理- 39 -
3-5-3 加速鋰離子傳輸技術(ALMT)的試驗證明- 40 -
3-5-4 試體內離子分佈檢測- 46 -
3-5-5 試體切片的吸水率試驗- 48 -
3-5-6 鑽心試體的膨脹量量測- 48 -
3-5-7 水泥砂漿立方塊抗壓試驗- 50 -
第四章結果與討論 - 51 -
4-1 運用ALMT時的陽離子傳輸行為- 51 -
4-1-1 Li＋、Na＋與K＋傳輸過程的關聯性- 51 -
4-1-2 Na＋及K＋的移出行為- 52 -
4-1-3 Li＋的傳輸行為- 53 -
4-2 施加不同電場模式對運用ALMT之影響- 57 -
4-2-1單維電場作用下初始電壓與電流之關係- 57 -
4-2-2不同電場模式作用下的試驗過程系統阻抗變化- 58 -
4-2-3 不同電場模式作用下的累積電荷量變化- 61 -
4-2-4 不同電場模式處理後切片試體之吸水率比較- 63 -
4-2-5 施加不同電場模式對Li＋傳輸行為的影響- 65 -
4-2-6 施加不同電場模式對Na＋(K＋)移出行為的影響- 70 -
4-2-7 施加不同電場模式對系統溫度之影響- 72 -
4-2-8 施加不同電場模式對運用ALMT影響之小結- 73 -
4-3 改變試體長度對 ALMT 離子傳輸行為之影響- 74 -
4-3-1 試體長度對通電歷時之電流與電壓影響- 74 -
4-3-2 改變試體長度對Li＋傳輸行為的影響- 77 -
4-3-3 改變試體長度對Na＋及K＋移出模式的影響- 79 -
4-3-4 改變試體長度對離子帶電效能之影響- 81 -
4-3-5 改變試體長度對試體孔隙溶液內Li＋、Na＋、K＋含量及分佈的影響- 83 -
4-3-6 改變試體長度對運用ALMT影響之小結- 87 -
4-4 改變砂漿粒料/水泥比對ALMT離子傳輸行為之影響- 88 -
4-4-1 系統阻抗變化 - 88 -
4-4-2改變粒料/水泥比與單位時間累積施加電荷量之關係- 91 -
4-4-3 改變粒料/水泥比對Li＋傳輸行為的影響- 92 -
4-4-4改變粒料/水泥比對Na＋及K＋移出行為的影響- 99 -
4-4-5 改變粒料/水泥比與離子帶效能之關係- 103 -
4-4-6 改變粒料/水泥比對試體內Li＋、Na＋及K＋含量及分佈的影響- 104 -
4-4-7 改變試體粒料/水泥比對運用ALMT影響之小結- 110 -
4-5 改變試體水灰比對ALMT離子傳輸行為之影響- 110 -
4-5-1 電阻值之變化- 111 -
4-5-2 改變水灰比對Li＋傳輸行為的影響 - 112 -
4-5-3 改變水灰比對Na＋及K＋移出傳輸模式的影響 - 117 -
4-5-4 改變水灰比對離子傳輸帶電效能之影響- 120 -
4-5-5 改變水灰比對試體內Li＋、Na＋及K＋含量的影響- 122 -
4-5-6 試體水灰比對抗壓強度與離子穩態流量影響- 123 -
4-5-7 改變水灰比對運用ALMT之小結- 124 -
4-6 改變試體含鹼當量對ALMT離子傳輸行為之影響- 125 -
4-6-1含鹼量對通電系統阻抗影響- 126 -
4-6-2 累積電荷量與通電時間之關係- 127 -
4-6-3 改變試體含鹼當量對Li＋傳輸行為的影響- 127 -
4-6-4 改變試體含鹼量對Na＋及K＋移出行為的影響- 133 -
4-6-5 試體含鹼量的改變對離子帶電效能之影響- 137 -
4-6-6 不同含鹼量試體經ALMT處理後試體內Li、Na及K含量- 138 -
4-6-6 不同含鹼量試體之抗壓強度與離子穩態流量關係- 140 -
4-6-7 試體含鹼量改變對運用ALMT之影響小結- 141 -
4-7 ALMT對不同配比試體處理成效影響- 142 -
4-8 ALMT運用時系統中陽離子在不同時間的傳輸情形分析- 146 -
4-8-1 不同通電時間的Li＋傳輸情形- 146 -
4-8-2 不同通電時間的Na＋與 K＋除出情形- 147 -
4-8-3 試體內Li＋、Na＋、K＋含量及分佈的影響- 148 -
4-8-4 通電歷時與試體內部Li/(Na+K) 莫耳比分佈之情形- 154 -
4-8-5 膨脹量之成效結果- 157 -
第五章結論與建議- 158 -
5-1 結論- 158 -
5-2 建議- 159 -

參考文獻

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指導教授

李釗(Chau Lee)

審核日期

2009-6-25

推文