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水庫淤泥混凝土耐久試驗-貯鹽試驗法工程事務組 王漢倫

  發刊期數:第0470期/ 發布日期:111/01/14

近年來我國受氣候變遷影響,極端氣候逐漸常態化,汛期常有短延時強降雨導致水庫上游沖刷嚴重,大量土石流入庫區影響庫容,若於冬春之際降雨狀況不佳,水庫水資源此時通常已所剩無幾,再因適逢農業作物第一期作的最大用水量時期,降雨不足再加上用水需求量增加的雙重影響,使得此時極易發生乾旱,是故水庫淤泥多元去化為一重要課題。

為利推動水庫淤泥多元去化,水利署(以下簡稱本署)已於109年7月與國立中興大學合作辦理水庫淤泥混凝土配比與試體強度驗證,已辦理坍度檢測、單位重試驗、離子含量檢測、PH值檢測、圓柱試體製作及抗壓強度試驗(28、56及90天)、長度(體積)變化觀測等物理性試驗,本署規範「第03801章 水庫淤泥混凝土」已依試驗成果於110年5月31日修訂函頒,補充配比設計提供所屬使用;惟前案尚無辦理耐久性辦理相關試驗,雖本規範建議使用於無配筋之附屬結構物,然考量如何有效延長構造物使用壽命,耐久性為近來工程界討論重點,如金門大橋及淡江大橋之百年設計,混凝土扮演隔絕鋼筋與海水直接接觸之重要角色,故探討水庫淤泥混凝土之耐久性有其必要性,爰於110年度12月上旬委託國立臺灣海洋大學辦理水庫淤泥混凝土耐久性試驗。

經查相關文獻,混凝土耐久性相關試驗方法較常見有CNS14795快速離子穿透試驗(RCPT)及ASTM C1502 貯鹽試驗(Salt Ponding test),惟快速離子穿透試驗(RCPT)發展之初並未考量礦物摻料的影響,因此在使用高比例飛灰與高爐爐碴粉添加混凝土時,會因為孔隙水中離子種類與熱效應的關係,反而測出低庫倫值情形,導致誤判離子實際滲透情形,故本案採貯鹽試驗檢測水庫淤泥混凝土耐久性。

貯鹽試驗(Salt ponding test)為傳統評估離子於混凝土中穿透能力的主要試驗之一。最早於1980年被美國公路運輸協會(American Association of State Highway and Transportation Officials,AASHTO)列為試驗標準。於2002年亦被美國材料試驗學會(American Society for Testing and Materials,ASTM)列為試驗標準。此方法係將3%濃度的化鈉溶液貯放於混凝土表面上。在經一定時間的貯放後(一般為90天),由混凝土表面至內部取出特定深度的樣本,藉由萃取與化學分析的方式,量測各深度樣本的離子含量,由此可瞭解從化鈉溶液進入混凝土內的離子分布及深度。參考AASHTO T260之標準方法進行萃取與化學分析,求得其各取樣位置之離子含量,再利用擴散方程式解迴歸分析求得離子含量分佈曲線。綜上所述,本計畫海洋大學將針對本署所提供水庫淤泥混凝土試體(包含三種水庫淤泥混凝土試體各兩顆及一般混凝土試體兩顆),以AASHTO T259貯鹽試驗辦理混凝土耐久性試驗。

  • 圖1 試體上方固定圍堰圖1 試體上方固定圍
  • 圖2 試體防漏處理並浸置3%鹽水圖2 試體防漏處理並浸置3%鹽水

    為探討三種水庫淤泥混凝土試體及一般混凝土試體之耐久性,本計畫以AASHTO T259貯鹽試驗進行混凝土耐久性試驗,實驗步驟分為四部分:90天貯鹽、硬固混凝土離子取樣、離子電位滴定法、及混凝土耐久性分析。藉由上述步驟,將可比較三種水庫淤泥混凝土與一般混凝土之表面離子含量及總離子含量、以探討水庫淤泥混凝土之抵抗離子入侵能力,進一步推估耐久性。

    本計畫辦理完成後,將可推測水庫淤泥混凝土之耐久性,供採用之機關設計參考依據,以利推動水庫淤泥多元去化。

  • 圖3 逐層磨粉機(Profile grinder PF-1100)圖3 逐層磨粉機(Profile grinder PF-1100)
  • 圖4 試體磨粉取樣圖4 試體磨粉取樣
  • 圖5 硬固混凝土氯離子取樣-酸洗法圖5 硬固混凝土離子取樣-酸洗法
  • 圖6 硬固混凝土氯離子含量測定- Metrohm 785 DMP 型電位滴定儀圖6 硬固混凝土離子含量測定- Metrohm 785 DMP 型電位滴定儀