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取樣位置與萃取方式對鋼筋混凝土氯離子含量與檢測方法影響之研究

計畫主持人	何明錦
協同主持人	楊仲家
執行單位
執行行程	102 年 03 月至 102 年 12 月
GPN
ISBN
MOIS
組別	工程技術組
執行方式	協同研究
關鍵詞	硬固氯離子含量、取樣、水溶法、酸溶法、混凝土
參考文獻

中文摘要：一、研究緣起
鋼筋混凝土結構若妥善維護，往往可以使用超過原先的50年設計年限。因此鋼筋混凝土結構服務年限往往取決於混凝土耐久性，並非結構設計。影響混凝土耐久性的因素包含物理性與化學性。然而在我國以氯離子對鋼筋混凝土耐久性的危害最為顯著。過去工程對混凝土與其組成材料品管工作不確實，法令及相關試驗標準訂定不足，對硬固混凝土氯離子含量而言，我國雖於民國91年12月訂定硬固混凝土氯離子含量試驗方法，然而直至今日仍未有硬固混凝土氯離子含量之標準。導致目前大眾對混凝土中氯離子含量標準認知(含海砂屋氯離子含量標準)，仍以CNS 3090新拌混凝土的氯離子含量不可超過0.3 kg/m3（鋼筋混凝土）為標準。但此標準值為新拌混凝土之標準，並非硬固混凝土之標準。
在硬固混凝土氯離子含量試驗法方面，國內雖有CNS 14702酸溶法與CNS 14703水溶法之氯離子檢測方法，此檢測方法主要將硬固混凝土磨粉，量測其萃取出之氯離子。但其取樣方式，包含試體尺寸、數量、取樣深度均無嚴謹規定。而在萃取方式，目前國外以AASHTO T260、ASTM C1152、與ASTM C1128為主，兩者在樣本大小與磨粉尺寸均有明顯不同。所以對硬固混凝土氯離子含量標準與試驗法的探討與研究，國內外有關本計畫的相關研究較為鮮少。結構單元取樣位置方面，結構體面海側與背海側，結構體距離地面的高度均有可能影響試驗結果。有鑑於此本研究將針對結構單元、取樣方式、萃取過程對建築物氯離子含量與檢測方法的影響，藉以建立適用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與標準。
二、研究方法及過程
本計畫研究目的探討硬固混凝土氯離子檢測方法與標準，並整合研究成果，以現有CNS 14702酸溶法與CNS 14703水溶法之氯離子檢測方法為基礎建立適用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與標準。相關研究方法主要藉由試驗研究分析，探討取樣方式、樣本大小、與磨粉尺寸對硬固氯離子含量標準的影響，並藉由統計方法分析標準所需的律定相關取樣流程規定。另一部分利用放置沿海六年以上的大型梁試體進行各深度硬固氯離子含量試驗，探討結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離子含量結果影響。
三、重要發現
由試驗結果發現本計畫混凝土配比的抗壓強度受到粒料體積量的影響遠大於混凝土內添加氯離子量的影響。由新拌混凝土氯離子含量試驗可以發現當混凝土未添加氯化鈉時，各配比無論粒料含量為何均有粒料含量背景值。高轉速旋轉磨粉機磨粉取樣與直徑10 cm、高度1.2 cm試體粉碎的硬固氯離子試驗結果均可符合CNS精密度要求。在鑽心試體方面直徑5 cm高度5 cm鑽心試體的硬固氯離子試驗結果亦符合標準的精密度要求，但直徑2.5 cm高度2.5 cm。硬固氯離子試驗結果部分配比不符合標準精密度要求。在電鑽鑽粉取樣方面，鑽頭尺寸2.5 cm，深度大於3cm的取樣方式可以符合標準精密度要求。
由AASHTO標準試驗發現，其標準差會大於CNS，顯示試驗粉樣重量可能影響試驗精密度。且多實驗室試驗結果發現，電鑽鑽粉取樣於多實驗室進行時均可以符合CNS標準精密度要求。以目前常用的由鑽心試體抗壓後粉碎隨機取樣，由本研究試驗結果發現有數值偏高情形，有可能抗壓後粉碎料已與粗粒料脫離導致試驗結果受到影響。在結構單元取樣位置方面，本計畫利用放置沿海區域達六年之梁試體進行試驗，發現底部的硬固氯離子含量試驗結果略高於頂部。其中面海側底部與頂部最大差異為1.27倍，平均為1.04倍；背海側底部與頂部最大差異為1.07倍，平均為1.02倍，差異並不大。並由相關試驗結果，建立硬固混凝土氯離子檢測方法與標準手冊草案。
四、主要建議事項
本研究針對實驗結果發現，提出下列建議，說明如下。
立即可行之建議—
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：經濟部標準局
1.建議可將研究成果運用於CNS 14702、CNS 14703的條文增修中。於相關辦法中訂定鑽心取樣最小尺寸、深度、與數量。
2.建議所上依手冊開辦相關硬固混凝土氯離子檢測訓練課程，以提升所內研究能量。
長期性建議—
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：內政部營建署、經濟部標準局
1.建議可於相關規定中訂定混凝土試驗取樣人員資格認定方式，以減少相關爭議。
2.建議未來可擴充硬固混凝土氯離子檢測方法與標準手冊草案。結合各種以氯離子評估混凝土耐久性試驗方法介紹。除可完整說明混凝土於新拌時便含有氯離子對建築物的影響；也可說明舊有混凝土在海域環境下耐久性的評估方式。
3.建議可整理長期相關氯離子研究與海砂屋試驗結果，以訂定我國硬固混凝土氯離子含量標準。
4.建議未來可進行含氯量對鋼筋混凝土構材長期劣化之研究。
英文摘要：In terms of testing method for chloride ion content in hardened concrete, CNS 14,702 water soluble method and 14,703 acid soluble method were used for test methods. Those methods are primarily measuring the chloride ion content from the milling powder of hardened concrete. But in the sampling procedure, including specimen size, quantity, and sampling depth is not a strict requirement. And in the extraction process, both the size of the sample size and the mills were significantly different. Research is rarely associated with the test. At the sampling location, the structure is located overlooking the sea and back off the ground height affect the test results. In view of this research will focus on the chloride ion content effect on sampling location of structure, sampling, extraction process, in order to establish the hardened concrete chloride ion detection methods.
Experimental results show that the compressive strength of the concrete affected by the volume of aggregate in the concrete is greater than the amount of added chloride ions. From the results of the chloride ion content in hardened concrete, high-speed rotary mill with a diameter milling sampling 10 cm, take core samples diameter 10 cm height 1.2 cm, take core samples diameter 5 cm height 5 cm can meet the accuracy CNS requirements. Coring specimen height 2.5 cm 2.5 cm in diameter, ratio of test results section does not meet the standard precision requirements. Drill sampling, the bit size of 2.5 cm, depth greater than 3cm sampling method can meet the standard precision requirements. By the AASHTO standard test found that the standard deviation would be greater than CNS. And more laboratory tests found that the drill cuttings samples were carried out in the multi-laboratory when the precision can meet the CNS standard requirements. By the relevant test results, methods and standards established hardened concrete chloride ion detection draft manual.

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