利用電化學方法抑制AAR對鋼筋混凝土材料特性影響之研究

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林明鋒(Ming-Fong Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

利用電化學方法抑制AAR對鋼筋混凝土材料特性影響之研究
(Investigate the influence of electrochemical technique on the material properties of reinforced conrete)

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摘要(中)

本研究內容主要區分為三個項目：第一、探討鋰離子與水泥水化作用、水化產物及鹼矽膠體反應情形；第二、利用電化學方法抑制混凝土AAR，探討鋼筋通電對鋼筋混凝土抗壓強度、鋼筋握裹力及鋼筋抗拉強度等性質之影響；第三、設計不同通電模式之縮小尺寸RC試體，分析不同電場作用下離子傳輸行為。
研究發現鋰離子會參與水化作用，也會與水化產物及鹼矽膠體反應，甚至取代出鹼矽膠體中部分Na+、K+離子。為了減短維修時間及加速鋰離子進混凝土，利用電化學技術抑制混凝土AAR時，採用較高的電流密度，若以鋼筋作為陰極，施加9 A/m2以上電流密度對水泥砂漿抗壓強度影響較小，但是會造成握裹力下降、增加鋼筋周圍AAR發生機率及鋼筋氫脆現象及等不利的影響，而且電流密度愈大影響愈嚴重；此外，試體內部會有電化學作用「無效區」存在，此時可在試體內部鑽孔作為輔助陽極，增加Li+離子進入及Na+離子移出試體的路徑。實務上建議使用單維電場通電模式，在混凝土兩側外加輔助陰、陽極，對於抑制AAR的效果較佳。

摘要(英)

The scope of this research are: (1) study the effects of lithium on hydration of cement, reactions with hydration product, and ASR gel; (2) investigate the influence of electrochemical technique on the properties of rebar and the bond strength between rebar and concrete; (3) study of the migration of Li+, Na+, and Ca2+ ions under electrical fields resulted from different designs of cathode and anode.
Test results showed that lithium ions involve with the hydration of pure cement, react with the hydration product, and even replace the sodium ions of ASR gel. The sufficient amount of lithium ions driving into concrete should be noticed. In order to reduce treatment time and increase the amount of lithium penetration, high current density was adopted. However, a current density higher than 9 A/m2 will induce the hydrogen embrittlement of rebar and reduction of the bond strength between rebar and concrete. If the rebar was used as cathode and an auxiliary anode was applied on the concrete surface, Na+ ion will concentrate near the rebar to increase the possibility of AAR. Improper design of electrodes resulted in ineffective areas to remove Na+ ion out of concrete and migrate Li+ ion into concrete. The better choice is to establish 1-dimensional electrical field by applying auxiliary cathode and anode on each sides of the concrete.
Keywords: AAR, lithium, electrochemical technique

關鍵字(中)

★ 鋰離子
★ 電化學技術
★ AAR

關鍵字(英)

★ AAR
★ lithium
★ electrochemical technique

論文目次

第一章研究動機內容及目的 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究內容 2
1.3 研究目的 2
第二章文獻回顧 3
2.1 鹼質與粒料反應簡介 3
2.2 鹼質與粒料反應機理 4
2.2.1 有關鹼質與粒料反應機理之學說 6
2.2.2 鹼質與粒料反應種類 8
2.3 鹼質與粒料反應的徵候 10
2.3.1 外觀徵候 10
2.3.2 混凝土構造物內部徵候 13
2.4 影響鹼質與粒料反應因素 15
2.4.1 粒料種類及含量 15
2.4.2 粒料大小 15
2.4.3 水泥成分及水泥細度 16
2.4.4 含鹼量 17
2.4.5 水灰比 17
2.4.6 摻料 18
2.4.7 暴露環境 18
2.5 新拌混凝土預防AAR的方法 19
2.5.1 使用低鹼水泥 19
2.5.2 使用非活性粒料 19
2.5.3 添加卜作嵐材料或其它化學摻料 19
2.5.4 添加鋰化合物 20
2.6 硬固混凝土AAR之維修方式 20
2.7 鋰化合物抑制鹼質與粒料反應機理 21
2.8 鋰化合物運用於抑制AAR發展簡介 21
2.8.1 鋰化合物當成摻料 21
2.8.2 鋰溶液浸泡法或是噴灑法 24
2.8.3 電化學方法 24
2.9 電化學工法簡介 25
2.9.1 陰極防蝕工法 25
2.9.2 電化學去鹽工法 26
2.9.3 電化學還鹼工法 26
2.10 電化學工法對混凝土的影響 26
2.10.1 增加混凝土發生AAR機率 26
2.10.2 混凝土阻抗增加 27
2.10.3 降低混凝土抗壓強度 28
2.10.4 混凝土產生裂縫 28
2.10.5 鋼筋產生氫脆 28
2.10.6 通電對鋼筋握裹力影響 29
2.10.7 造成混凝土溫度升高 30
第三章試驗規劃 31
3.1 試驗方法 31
3.2試驗流程 31
3.3 試體設計 36
3.3.1 鋰離子在混凝土中之反應研究 36
3.3.2 握裹力試驗 37
3.3.3 鋼筋拉伸試體 42
3.3.4 電場作用下RC試體內鋼筋對離子傳輸影響 45
3.3.5 單維電場作用下之離子傳輸行為探討 47
3.5 試驗材料 50
3.5.1 水泥 50
3.5.2 粒料 51
3.5.3 拌合水 52
3.5.4 藥劑 52
3.5.5 試體配比設計 53
3.5.6 鋼筋及鋼網 54
3.5.7 電解液 55
3.6 試驗器材及設備 56
3.6.1 東河活性粒料的處理 56
3.6.2 試體模具製作 57
3.6.3 通電設備 58
3.6.4 試體內各離子含量分析 62
第四章結果與討論 63
4.1 LI+離子在混凝土中之反應研究 63
4.1.1 Li+離子對水泥水化過程的影響 65
4.1.2 Li+離子與水泥水化產物間之反應情形 66
4.2 通電對鋼筋握裹力的影響 69
4.2.1 光圓鋼筋 70
4.2.2 竹節鋼筋 72
4.3 通電對鋼筋性質的影響 73
4.3.1 伸長率 75
4.3.2 降伏強度及抗拉強度 77
4.3.3 彈性模數及回彈模數 78
4.4 通電對水泥砂漿抗壓強度的影響 79
4.5 通電對試體外觀影響 82
4.6 通電對水泥漿體的阻抗影響 84
4.6.1 鋼筋拉伸試體的電壓變化 84
4.6.2 電滲法試體的電壓變化 87
4.6.3 鋼筋拉伸試驗試體和電滲法試體電壓比較 89
4.7 單維電場作用下之離子傳輸行為 91
4.7.1 不同含鹼量之陰極電解槽離子濃度 91
4.7.2 不同電流密度之陰極電解槽離子濃度 93
4.7.3 陰極槽之Ca2+濃度分析 94
4.7.4 電滲法試體離子含量 95
4.8 試體內部離子分佈 98
4.8.1 鋼筋拉伸試驗試體之離子分佈 99
4.8.2 縮小尺寸RC試體之離子分佈 101
4.9 綜合討論 105
第五章結論與建議 106
5.1 結論 106
5.2 建議 107
參考文獻

參考文獻

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指導教授

李釗(Chau Lee)

審核日期

2003-7-10

推文