電化學技術用於平面去除水泥砂漿鹽分之基礎研究

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游雁斐(Yen-Fei Yu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

電化學技術用於平面去除水泥砂漿鹽分之基礎研究

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摘要(中)

本研究運用電化學技術設計一套適用於處理孔隙性材料建築物鹽害問題的通電模組，希望在電場驅動力作用下將誘發建築孔隙材料鹽害問題的可溶性鹽類移除，並將適當的離子送入試體中，探討修復或降低孔隙材料受到可溶性鹽類侵蝕的成效，以作為後續研究及實務應用之基礎。
本研究施加電場為定電流密度模式，並分別以1 N氫氧化鋰水溶液及1 N氫氧化鈉水溶液作為陽極與陰極電解槽電解液。於試體配比條件相同下，藉由監測電解槽內鈉、鋰及氯離子含量與通電歷時及累積電荷量的關係，分析施加不同電場強度及不同陰陽極電解槽間距配置對離子傳輸的影響，並於通電結束，分析試體內殘餘游離態離子含量及分佈趨勢。結果顯示，無論施加的電場強度大小，當陰陽極電解槽間距增長後，系統阻抗值皆有變大的現象，單位電量所能移出的氯離子含量也隨之增加。試體中的氯離子及鈉離子的移出百分率隨著施加定電流密度增加而增加，且離子移出的累積量與通電歷時有良好的相關性。當施加定電流密度為5 A/m2時，較有效可移除試體內氯離子及鈉離子的電解槽間距可達到6 cm至9 cm；當施加定電流密度7 A/m2時，較有效率可移除試體內氯離子及鈉離子的電解槽間距配置可超過9 cm。

摘要(英)

This research uses electrochemical techniques to design a set of electrical module which suitable to treat salt damage problem of porosity material building. Hoping the driving force of the electrical field will remove the soluble salts in the building porosity material and send appropriate ions into the material. To investigate the performance of repair or lower the salt damage problem of porosity material, as a basis for further research and practical application.
The applied electrical field of this research is constant current density pattern. 1N LiOH．H2O and 1N NaOH used as anolyte and catholyte solutions, respectively. At the same condition of specimen mix design, by monitoring the relationship between the concentration of sodium, lithium and chloride ions and the electrical time and the accumulated quantity of electric charge, to analysis the ion migration effect of applied electrical field strength and the distance between electrodes. After electrifying, analysis the residual free ion content and distribution trend in specimen. Results show that for all the applied electric field strength, when the distance between electrodes increases, the system resistance value becoming larger and the removable amount of chloride ions in specimen increasing. The removed amount of chloride and sodium ions in specimen increases with increasing applied constant current density. The relationship between the removed cumulative ion amount and electrifying duration has a good correlation. When applying a constant current density of 5 A/m2, the effective electrode distance for removing chloride and sodium ions in specimen is 6 cm to 9 cm. When applied at a constant current density of 7 A/m2, the effective electrode distance can exceed 9 cm.

關鍵字(中)

★ 電化學技術
★ 建築孔隙材料
★ 鹽害
★ 可溶性鹽類
★ 電解槽間距

關鍵字(英)

★ Electrochemical technology
★ building porosity material
★ salt damage
★ soluble salts
★ electrode distance

論文目次

目錄 I
圖目錄 VII
表目錄 XV
第一章、緒論 1
1-1 研究起源與動機 1
1-2 研究目的 2
第二章、文獻回顧 3
2-1 鹽類對建築物壁體的損壞行為 3
2-1-1 建築物壁體產生鹽害機理 3
2-1-2 鹽類對建築物壁體的劣化現象 7
2-2 鹽類的種類及來源 10
2-2-1 鹽類的種類 10
2-2-2 鹽類的來源 12
2-2-3 建築壁體中鹽類傳輸與分佈情形 13
2-3 於壁體孔隙中鹽類與水分的相互關係 15
2-3-1 水分來源及鹽類的移動 15
2-3-2 鹽類與環境相對濕度的相互關係[1] 17
2-4 國內外常見鹽害修護及防治方法 20
2-4-1 鹽害的修護方法與現況 20
2-4-2 維護策略 24
2-5 電化學相關技術基礎介紹 25
2-5-1 電化學去鹽技術 25
2-5-2 加速鋰離子傳輸技術(ALMT) 26
第三章、試驗規劃 27
3-1 研究計畫 27
3-2 試驗材料 30
3-2-1 磚 30
3-2-2 水泥 31
3-2-3 粒料 32
3-2-4 拌合水 33
3-2-5 調整試體含鹽量之藥劑 33
3-3 試驗模組設計 34
3-3-1 第一代模組 34
3-3-2 第二代模組 35
3-3-3 第三代模組 35
3-4 水泥砂漿試體製作 43
3-4-1 粒料處理 43
3-4-2 水泥砂漿試體拌製 43
3-5 通電試驗參數與符號說明 47
3-6 試驗方法與儀器設備 54
3-6-1 試體篩選 54
3-6-2 超音波試驗 54
3-6-3 電化學去鹽通電模組 55
3-6-4 試體通電前處理 60
3-6-5 電解液離子濃度監測 61
3-6-6 試體內離子分析 68
第四章、前導試驗結果 75
4-1 第一代通電模組材料選用及測試結果 76
4-1-1 第一代通電模組材料選用 76
4-1-2 第一代通電模組通電測試結果 79
4-1-3 小結 81
4-2 第二代通電模組材料選用及測試結果 82
4-2-1 第二代通電模組材料選用 82
4-2-2 第二代模組初步通電模組配置及測試結果 87
4-2-3 第二代模組通電模組變更配置及不同參數之通電測試結果 94
4-2-3-1 不同電解槽間距時之電壓變化 94
4-2-3-2 施加不同電流密度之電壓變化 95
4-2-3-3 通電配置變更及測試結果 95
4-2-4 小結 101
4-3 第三代通電模組材料選用及測試結果 102
4-3-1 第三代通電模組材料選用 102
4-3-2 第三代通電模組變更配置及不同參數之通電測試結果 109
4-3-3 小結 112
第五章、結果與討論 113
5-1 水泥砂漿試體經通電後通電表面觀察 115
5-2 水泥砂漿試體經通電後超音波波速變化 117
5-3 通電期間電解槽pH值之變化 119
5-4 通電期間電解槽溫度之變化 121
5-5 施加不同電場強度對電化學去鹽成效之離子傳輸影響 125
5-5-1 施加不同電場強度對通電歷時之電流與電壓影響 125
5-5-1-1 初始電流與初始電壓之關係 125
5-5-1-2 施加不同定電流密度對電壓值與試體系統阻抗的影響 126
5-5-1-3 施加不同定電流密度時通電歷時與累積電荷量之關係 128
5-5-2 施加不同定電流密度對離子傳輸之影響 129
5-5-2-1 施加不同定電流密度對氯離子及鈉離子移出行為之影響 129
5-5-2-2 施加不同定電流密度對鋰離子傳輸之影響 133
5-5-3 施加不同定電流密度對試體內離子分佈之影響 135
5-5-3-1 氯離子分佈情形 137
5-5-3-2 鈉離子分佈情形 143
5-5-3-3 鋰離子分佈情形 149
5-5-4 施加不同定電流密度對運用電化學去鹽影響之小結 152
5-6 不同陰陽極電解槽間距對電化學去鹽成效之離子傳輸影響 155
5-6-1 陰陽極電解槽間距對通電歷時之系統阻抗及累積電量影響 155
5-6-1-1 陰陽極電解槽間距對系統阻抗的影響 155
5-6-1-2 陰陽極電解槽間距對累積電荷量變化之影響 156
5-6-2 改變陰陽極電解槽間距對離子傳輸之影響 158
5-6-2-1 改變陰陽極電解槽間距對氯離子及鈉離子移出行為之影響 158
5-6-2-2 改變陰陽極電解槽間距對鋰離子傳輸之影響 166
5-6-3 不同陰陽極電解槽間距對試體內離子分佈之影響 169
5-6-3-1 氯離子分佈情形 172
5-6-3-2 鈉離子分佈情形 178
5-6-2-3 改變陰陽極電解槽間對運用電化學去鹽影響之小結 191
第六章、結論與建議 193
6-1 結論 193
6-2 建議 194
參考文獻 196

參考文獻

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指導教授

李釗

審核日期

2015-1-27

推文