混凝土碳養護尺寸效應與耐久性之研究

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林瑋辰(Wei-Cheng Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

混凝土碳養護尺寸效應與耐久性之研究
(Size Effect and Durability of Concrete Cured by Carbon Dioxide)

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★ 混凝土二氧化碳固碳技術之研究

★ 飛灰及底灰混凝土碳養護對抗壓強度及耐久性之研究

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摘要(中)

為了因應國際綠色環保潮流，響應政府節能減碳與永續發展政策，水泥產業對如何消耗收集的二氧化碳成了研究的重點項目。對此我們設計目標強度為21MPa的三種不同尺寸之圓柱混凝土試體，分別為Ф15×30 cm、Ф10×20 cm、Ф5×10 cm；以及三種尺寸的立方混凝土試體，分別是15x15x15cm、30x30x30cm、40x40x40cm，將製作好的試體放入二氧化碳濃度為50%、壓力2bar的環境中，以三種加壓時間1hr、3hr、6hr來進行混凝土的二氧化碳養護。本研究主旨為探討關於圓柱試體與立方試體在經過碳養護後的抗壓強度、尺寸效應、氯離子電滲量與凍融循環之變化。
從實驗結果可以發現圓柱試體整體在經過碳養護3hr的抗壓強度提升較高，提升約10~30%，而立方試體的部分則是在養護時間6hr的情況下提升約0~15%。經過超音波檢測顯示碳養護混凝土在早期已有規範所訂立的優良品質。在尺寸效應的部分，立方試體的碳尺寸放大係數約1.15明顯大於圓柱試體的碳尺寸放大係數1.10，顯示立方試體收到尺寸效應影響較深。凍融循環方面，一般混凝土抗壓強度下降約10~30%，而碳養護混凝土則下降約0~20%，顯示碳養護混凝土有較佳的抗凍融能力。最後是RCPT試驗，碳養護混土與一般混凝土兩者的庫倫值相當接近，代表兩者有著相同的抗氯離子能力。

摘要(英)

In order to respond to the world-changing green trend, energy conservation and carbon reduction, and sustainable development policies, the cement industry has become a key research project on how to consume the collected carbon dioxide. In this regard, we designed three different sizes of cylindrical specimens (namely Ф15×30 cm, Ф10×20 cm, and Ф5×10 cm) with a target strength of 21MPa, and three sizes of cubic specimens (namely 15x15x15cm, 30x30x30cm, and 40x40x40cm). The prepared samples were placed in an environment with a carbon dioxide concentration of 50% and a pressure of 2 bar, and the carbon dioxide curing of the concrete was carried out with three pressurization times of 1hr, 3hr, and 6hr. The purpose of this study is to investigate the compressive strength, size effect, chloride ion penetration and freeze-thaw cycles of cylindrical and cubic specimens after carbon curing.

From the experimental results, it can be found that the overall compressive strength of the cylindrical specimen after carbon curing for 3 hours is increased by about 10 to 30%, while the part of the cubic specimen is increased by about 0 to 15% under the condition of curing time of 6 hours. Ultrasonic testing has shown that carbon-cured concrete has the good quality established by the existing specifications in the early days. In the part of the size effect, the carbon size magnification factor of the cubic specimen is about 1.15, which is obviously larger than that of the cylindrical specimen, which is 1.10, indicating that the cubic specimen is deeply affected by the size effect. In terms of freeze-thaw cycles, the compressive strength of general concrete decreased by about 10 to 30%, while that of carbon-cured concrete decreased by about 0 to 20%, indicating that carbon-cured concrete has better freeze-thaw resistance. Finally, in the RCPT test, the coulomb values of carbon-cured concrete and general concrete are quite close, which means that they have the same resistance to chloride ions.

關鍵字(中)

★ 二氧化碳養護
★ 尺寸效應
★ 超音波檢測
★ 凍融循環
★ 氯離子電滲量

關鍵字(英)

★ CO2 Curing
★ Size Effect
★ Ultrasonic testing
★ Freeze-thaw cycles
★ Chloride ion penetration

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 V
圖目錄 X
表目錄 XIV
附圖目錄 XV
附表目錄 XVII
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
第二章文獻回顧 3
2.1 二氧化碳吸附與封存技術 3
2.1.1 CCS技術 3
2.1.2 地質封存 4
2.1.3 海洋封存 5
2.1.4 生物封存 5
2.1.5 礦物封存 5
2.1.6 混凝土二氧化碳吸收法 6
2.2. 混凝土養護方法 6
2.2.1 大氣養護 6
2.2.2 高溫蒸氣養護 7
2.2.3 二氧化碳加速養護 8
2.3二氧化碳養護影響之變數 13
2.3.1 CO2養護溫度 13
2.3.2 CO2養護時間 16
2.3.3 CO2養護壓力 20
2.4 混凝土耐久性 21
2.4.1 快速氯離子滲透試驗 22
2.4.2 混凝土經凍融後之原理及變化 23
2.5 混凝土鑽心取樣 25
2.5.1 鑽心試體抗壓強度試驗規範 26
2.6 混凝土之尺寸效應 27
2.6.1 混凝土抗壓強度的尺寸效應 28
2.6.2 尺寸效應律 31
2.7 超音波檢測 33
2.7.1 檢測原理 33
2.7.2 超音波檢測方法 34
2.7.3 超音波檢測優劣 35
第三章研究規劃與試驗方法 37
3.1 試驗規劃與製作 37
3.2 試驗配比及編號 42
3.2.1 試驗配比 42
3.2.2 試驗編號 42
3.3 試驗材料 43
3.3.1 方形壓力鍋 43
3.3.2 高壓二氧化碳氣體鋼瓶 44
3.3.3 Ⅱ型水泥 44
3.3.4 二氧化碳壓力調整器附流量計及加熱器 45
3.3.5 抗壓強度試驗 46
3.3.6 混凝土試體高速研磨機 47
3.3.7 混凝土鑽心試驗機 48
3.3.8 空壓機 48
3.3.9 水泥攪拌機 49
3.3.10 變速攪拌器 50
3.4 試驗流程 50
3.4.1 混凝土抗壓試驗 50
3.4.2 混凝土鑽心抗壓強度試驗 51
3.4.3 超音波檢測 53
3.4.4 混凝土試體抵抗凍融試驗法(水中快速凍融法) 56
3.4.5 快速氯離子滲透試驗(RCPT) 57
第四章結果與討論 64
4.1 二氧化碳養護對抗壓強度之影響 64
4.1.1 二氧化碳養護對混凝土早期強度之變化 64
4.1.2 碳養護對各齡期圓柱試體抗壓強度的變化 67
4.1.3 碳養護對各齡期立方試體抗壓強度的變化 69
4.1.4 碳養護時間對各尺寸圓柱試體抗壓強度的變化 72
4.1.5 碳養護時間對立方試體抗壓強度的變化 76
4.1.6 結語 79
4.2 以超音波檢測儀檢測碳養護混凝土圓柱試體品質 81
4.2.1 超音波檢測波速結果 82
4.2.2 結語 85
4.3 尺寸效應對於碳養護混凝土試體之影響 85
4.3.1 尺寸效應對於一般水養護試體抗壓強度之影響 86
4.3.2 尺寸效應對於二氧化碳養護試體抗壓強度之影響 87
4.3.3 結語 94
4.4 碳養護混凝土試體經凍融循環後之耐久性 96
4.4.1 混凝土凍融 50 循環後之抗壓強度 96
4.4.2 混凝土凍融 100 循環後之抗壓強度 101
4.4.3 結語 107
4.5 碳養護混凝土氯離子電滲量試驗 109
4.5.1 氯離子電滲量試驗結果 109
4.5.2 結語 113
第五章結論與建議 115
5.1 結論 115
5.2 建議 117
參考文獻 119
附圖 124
附表 138

參考文獻

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指導教授

王勇智李明君(Yung-Chih Wang Ming-Gin Lee)

審核日期

2022-4-21

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