CNS 14795-2004 Method of test for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration《混凝土抗氯离子穿透能力试验法通过电荷量表示法》.pdf

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1、 1 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 91.100.20 A339514795 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 93 年 1 月 9 日 年月日 (共 10 頁 )混凝土抗氯離子穿透能力試驗法 通過電荷量表示法 Method of test for electrical indication of concretes ability to resist chloride ion penetration 1. 適用範圍 1.1 本標準規定混凝土導電性之測定，作為評估混凝土抗氯離子入侵能力之快速指標。 備考：本試

2、驗法與長期氯離子浸泡試驗法（例如 AASHTO T259混凝土抗氯離子擴散試驗法）有相當的關聯性，可適用於各類型混凝土。 1.2 本標準採用國際單位（ SI）制， 內之數值與單位僅供參考。 2. 方法概要：本試驗法主要為量測 6 小時試驗期間內，通過厚 51mm 標稱直徑 102mm鑽心試體或圓柱試體之電流。試體的一側浸於氯化鈉溶液，另一側浸於氫氧化鈉溶液中，試體兩端直流電壓差維持為 60V；總通過電荷量（庫倫）與試體抵抗氯離子穿透能力有關。 3 要義與應用 3.1 本試驗法含括由試驗室量測混凝土導電性 作為評估混凝土抵抗氯離子能力的快速指標。在多數情況下，導電性與用相同混凝土製成的版試體的氯

3、離子浸泡試驗結果比較（例如 AASHTO T259）具有良好的關聯性。 3.2 本試驗法適用於評估材料特性或材料配比，以因應設計或研發之所需。 3.3 試驗結果（總通過電荷量，單位：庫倫）於評估混凝土抗氯離子能力指標時需審慎使用，尤其使用在品質管制或驗收試驗時更應小心；一般可使用表 1 右欄所示之定性敘述。 表 1 依據通過電荷量評估氯離子穿透性 通過電荷量 (庫倫 ) 氯離子穿透性 4,000 2,000-4,000 1,000-2,000 100-1,000 100 高 中 低 甚低 可忽略 2 CNS 14795, A 3395 3.4 當混凝土有表面處理時，例如使用防滲透封塞填縫劑（

4、penetrating sealer），須謹慎解釋試驗結果。由本試驗法所得之結 果顯示，有些經表面處理後之混凝土，其對氯離子穿透抵抗力不高，然而相同配比的版（未經表面處理），其 90天氯離子浸泡試驗結果卻顯示對氯離子穿透具有較高的抵抗性。 3.5 本試驗法使用標稱直徑 102mm 之試體，惟實際試體直徑可介於 95mm 至 102mm之間。在適當改變外加電壓單元之設計下 ，亦可使用其他直徑之試體進行試驗，如第 6.5 節及圖 1 所示。 3.5.1 當試體直徑非 95mm 時，通過總電荷量須依據第 10.2 節之規定進行修正。當試體直徑小於 95mm，試體於側向封層（ coating）與安裝（

5、 mounting）時需特別小心，以確保整個試驗過程中導電液能夠接觸試體全部端面積。 3.5.2 試體齡期對試驗結果可能有影 響，其影響程度與混凝土種類和養護方式有關。在適當的養護下，大部分混凝土的滲透性會隨時間增加而逐步減小。 4. 干擾 4.1 本試驗於混凝土摻有亞硝酸鈣（ calcium nitrite）時會產生誤導結果，因某些此種混凝土使用本試驗法會獲致較高的庫倫值，顯示相同配比但未摻用亞硝酸鈣的混凝土（控制組）具有較低的抗氯離子穿透能力。然而，長期的氯離子浸泡試驗顯示摻用亞硝酸鈣之混凝土至少與控 制組混凝土具有一樣的抵抗氯離子穿透的能力。 備考：其他摻料亦可能會影響試驗結果，若懷疑摻

6、料會有影響時，建議進行長期浸泡試驗。 4.2 由於試驗結果與混凝土試體電阻有關，試體中的鋼筋或其它具導電性材料對試驗結果均可能有相當程度的影響，例如在試體的縱軸方向埋有鋼筋時，由於鋼筋會在試體兩端間提供連續電流通路，本試驗法並不適用。 5. 器具 5.1 真空飽和設備（如圖 2 所示） 5.1.1 500mL 容量之分液漏斗或其他密封但底部可排水的容器。 5.1.2 1000mL（或更大）容量之燒杯或其他容器：能置入混凝土試體和水，並可放置於如第 5.1.3 節所述之真空乾燥器（ vacuum desiccator）內。 5.1.3 真空乾燥器：內徑為 250mm（或更大） ，有兩個管路接頭穿

7、過橡膠塞（ rubber stopper）及套筒（ sleeve）或僅穿過橡膠塞；每個接頭處需裝置停止閥（ stopcock）。 5.1.4 真空泵浦 ：具有使真空乾燥器內的壓力維持在小於 133Pa 1mmHg之能力。 備考：由於抽真空必需在水的上方吸氣，因此泵浦需使用隔水裝置（ water trap）保護，否則每次使用後均需更換泵浦油。 5.1.5 真空計或 壓力計（ manometer）：量測壓力範圍介於 0 1330Pa 0 10mmHg，量測準確至 66Pa 0.5mmHg。 5.2 封層裝置與材料 3 CNS 14795, A 3395 5.2.1 封層材料：需能快速凝結，不 具導

8、電性，並能有效密封圓柱混凝土試體的側面。 5.2.2 天平或秤、紙杯、木製刮刀、刷子：供拌和與塗刷塗封材料使用。 5.3 試體切割機：為可移動床水冷式鑽石鋸或碳化矽鋸；如樣本係灌製成試體尺寸者，則無需此項器具。 5.4 空心鑽：依 CNS 1238混凝土鑽心試體及切鋸試體抗壓及抗彎強度試驗法之規定。 6. 試劑、材料及試驗單元 6.1 試體與容器間之塗封材料：試驗容器材料為聚 甲基丙烯酸甲酯（ poly methyl methacrylate，即俗稱壓克力之有機玻璃 Plexigas）。塗封材料在溫度 90內，可密接容器與混凝土試體，避免水、稀釋氫氧化鈉或氯化鈉溶液由側邊進入。例如矽酮（商品名

9、為矽利康， silicone）橡膠、矽酮橡膠密封材料（ silicone rubber caulking）、其他合成橡膠填縫劑（ other synthetic rubber sealants）、矽酮油脂（ silicon greases）、橡膠墊圈（ rubber gaskets）。 6.2 氯化鈉溶液： 3.0%質量比（試藥級），溶於蒸餾水中。 6.3 氫氧化鈉溶液： 0.3 N（試藥級），溶於蒸餾水中。 6.4 濾紙：採用 2 號濾紙，直徑為 90mm（若採用第 6.1 節所述之橡膠墊圈為塗封材料，或塗封材料不會由墊縫片溢至銅網時則無需使用）。 6.5 施加電壓單元：主要由兩個對稱的聚甲

10、基丙烯酸甲酯的容器所組成，每一單元含有具導電性的金屬網及外接接頭，常用的設計如圖 1 和圖 3 所示。然而，其他設計如能符合圖 1 所示總尺寸（包含液體儲存容器尺寸）並與銅網與墊片寬度相同時亦可使用。 6.6 溫度量測裝置（選用品）：具有 0 120的讀數範圍。 6.7 電壓及數據讀取裝置：在試驗電流範圍內能在施加電壓單元內維持直流電壓為600.1V，電壓顯示準確至 0.1V，電流需為 1mA，第 6.7.1 節到第 6.7.5 節所列之設備應可符合前述需求。 6.7.1 伏特計（ voltmeter） ： 3 位數字顯示型（ DMV） ，最小讀取範圍為 0 99.9V，準確至 0.1%。 6

11、.7.2 伏特計（ voltmeter）： 4 1/2 位數字顯示型（ DMV），且具備最小讀取範圍為 0 200mV，準確至 1%。 6.7.3 分流電阻器（ shunt resistor）： 100mV， 10A 規格，許可差為 0.1%，或使用 0.01且許可差為 0.1%的電阻，但需注意必須採用低電阻連接方式。 6.7.4 定電壓電源供應器： 0 80V 直流電壓， 0 2A 規格，並在設定電流範圍下可維持直流電壓為 600.1V。 6.7.5 電線（ cable）：兩條 1.6mm No.14、 600V 絕緣導線。 7. 試體 7.1 依據試驗的目的選擇與準備試樣。 若為評估材料特

12、性或其配比之目的，試樣可擇下列方式之一取得： 4 CNS 14795, A 3395 (1) 試體可自試驗版中或大直徑的圓柱試體中鑽取。 (2) 灌製成直徑 102mm 之圓柱試體。 如為 結構 物評估之目的，試樣可擇下列方式之一取得： (1) 由結構體上鑽心取得。 (2) 在工地現場製作直徑 102mm 圓柱試體並在工地養護。 鑽心 需利用配置直徑 102mm 鑽石鑽頭的鑽孔設備，鑽心試體取樣依 CNS 1238之規定。在試驗室內製作圓柱試體須依 CNS 1230混凝土試體在試驗室模製及養護法之規定。當圓柱試體係用於結構物評估而在工地現場製作時，須依CNS 1231工地混凝土試體之製作及養護

13、法之規定，試體需與結構物本體處理方式相同，例如搗實、養護方式與溫度等均需一致。 備考：本試驗法中未規定最大允許粒料粒徑，但有試驗者指出同一批次標稱最大粒徑為 25.0mm 粒料之混凝土試體，試驗結果具有令人滿意的重複性。 7.2 運送鑽心試體或工地現場養護圓柱試體至試驗室時，需使用密封綁緊的塑膠袋並適當的保護，以避免冷凍（ freezing）及轉運或儲藏過程的傷害。 7.3 使用水冷式鑽石鋸片或碳化矽鋸片，由試體頂面平行方向自鑽心或圓柱試體的頂部切取一個厚度 513mm 試片，此試片即為試驗試體 。使用帶磨機（ belt sander）清除試體兩側鋸痕。 7.4 若鑽心試體曾經表面處理過（如織

14、紋，使用養護劑、塗封材料或其他表面處理材料等），且試驗不考慮表面處理的影響時，鑽心試體表面處理的部分需被移除，鄰接部分則切取厚度 513mm 試片進行試驗。 8. 試體準備 8.1 在可密封的大容器中，煮 1 公升（或以上）的自來水至沸騰後，將容器由加熱源移開並蓋緊容器，靜待水冷卻至室溫。 8.2 在進行第 7 節準備過程中，試體表面至少氣乾 1 小時。準備至少 10g 之快速凝結塗封材料，塗刷在試體側面上，塗刷時可將試體放置在適當的支撐上，以確保側面可以完全被塗封，並參照製造商的說明書進行養護。 8.3 側面塗封層必需養護至觸摸時不會沾黏為止，必要時需填充塗封層中所有孔洞並增加養護時間。將試

15、體放置在第 5.1.2 節所述之燒杯或其他容器中再放置在真空乾燥器內，或將試體直接放置於真空 乾燥器內。試體的兩面必需完全暴露，其後將真空乾燥器密封並開啟真空泵浦，使壓 力在數分鐘內降至 133Pa 1mmHg以下，並維持真空狀態 3 小時。 8.4 將第 8.1 節所準備的水裝入第 5.1.1 節所述之分液漏斗或其他容器中，在打開進水閥門時，真空泵浦需持續運轉，以吸引足夠的水進入燒杯或容器中直到滿過試體為止（不允許空氣經由閥門進入真空乾燥器內）。 8.5 關閉進水閥門並讓真空泵浦再持續運轉 1 小時。 8.6 關閉真空管路閥門後關閉真空泵浦（假如未使用隔水裝置，需更換泵浦油），其後可打開真空

16、管路並允許空氣進入真空乾燥器中。 8.7 試體浸漬於燒杯水中（即第 8.4 節至第 8.6 節所敘述的水） 182 小時。 5 CNS 14795, A 3395 9. 試驗步驟 9.1 從水中移出試體並吸乾多餘的水，再移至密封罐或其他容器內，並維持相對濕度在 95%以上。 9.2 試體安裝（所有非橡膠墊圈之塗封材料，如第 9.2.2 節或第 9.2.3 節均適用）： 9.2.1 如需使用兩劑式的塗封材料，需準備約 20 40g 之劑量。 9.2.2 低黏滯性試體與容器塗封材料 ：若需使用濾紙，則將濾紙放置在外加電壓單元銅網中心上，並將塗封材 料塗抹在相鄰施加電壓單元本體的銅片上。小心移動濾紙

17、，將試體壓在銅 網之上；移除或修平從試體與容器邊流出之塗封材料。 9.2.3 高黏滯性試體與容器塗封材料 ：試體放置在銅網上，將塗封材料塗封於試體與試驗容器邊界。 9.2.4 將試體暴露在外之部分覆蓋橡膠或塑膠布，放置橡膠栓（ rubber stopper）於試驗容器填充孔內避免水分移動，依照製造商的說明書養護塗封材料。 9.2.5 於另一半的施加電壓單元，重複第 9.2.2 節（或第 9.2.3 節）及第 9.2.4 節之步驟（試體於施加電壓單元中之狀態，如圖 4 所示）。 9.3 試體安裝（使用橡膠墊圈者適用） ：在每一個施加電壓單元上放置外徑 100mm、內徑 75mm、厚 6mm 之硬

18、質橡膠墊圈，將試體嵌入並密接兩容器。 9.4 在試驗單元的一側注入 3.0%氯化鈉（ NaCl）溶液（此側需與第 9.5 節所述之電源供應器負極端相接），另一側（與電源供應器正極端相接）則注入 0.3N 之氫氧化鈉（ NaOH）溶液。 9.5 將絕緣導線與試驗單元相接，依第 6.7.1 節至第 6.7.5 節所列之電壓及數據讀取裝置相連（如圖 5 所示）。開啟電源供應器，將電壓設定在 60.00.1V，並讀取初始電流讀數。試體、施加電壓單元及溶液之溫度在試驗開始時（即電源供應器剛開啟時），需維持在 20 25之間。 9.6 試驗過程中，環境溫度需維持在 20 25之間。 9.7 讀取並記錄每

19、30 分鐘之電流值。若利用伏特計配合分流電阻器讀取電流時（如圖 5 所示），可依比例常數將電壓伏特讀數轉換成電流安培數。試驗槽內之溶液在試驗過程中需保持適當的充滿狀態。 備考： 試驗過程中，溶液溫度不得超過 90以避免破壞試驗單元並造成溶液沸騰蒸發。雖然未規定溫度量測方式，但溶液溫度可以利用由試驗單元頂部直徑 3mm 開孔中放入的熱電偶加以監控。高溫可能由於混凝土高穿透性所產生，若一個 50mm 試體試驗過程中，因為高溫導致試驗中斷，則必須將此結果註記於報告中，其中包括中斷時間，而此種混凝土可列為具有高氯離子穿透性（如第 11.9 節所述）。 9.8 除第 9.7 節備考所述外，於 6 小時後

20、終止試驗。 9.9 移開試體，以自來水洗刷試驗單元，清除殘留的塗封材料。 10. 結果計算與解釋 10.1 繪製電流（安培）與時間（秒）關 係圖，以平滑曲線連接各數據點並對曲線 6 CNS 14795, A 3395 下的面積進行積分 (1)，以獲得 6 小時試驗期間所通過的電荷（庫倫，或安培 -秒）。另外，亦可使用自動資料處 理系統在試驗進行中或試驗後進行積分並顯示庫倫值，而總通過電荷量係混凝土於試驗過程中電導性的量測結果。 註 (1) 計算範例：當電流為每 30 分鐘記錄一次時，可採用梯形法利用下列公式以電子計算機完成積分。 Q =900（ I0+2I30+2I60+ +2I300+2I3

21、30+I360） 式中： Q =通過電荷量（庫倫） 0I =開始施加電位時所顯示的電流（安培） =tI 施加電位後第 t 分鐘的電流（安培） 10.2 當試體直徑不等於 95mm 時，由第 10.1 節所計算獲致的總通過電荷量須加以修正。修正方式係將第 10.1 節所計算的通過電荷量乘上標準試體面積與實際非標準試體斷面積的比值，亦即： 295=xQQxs式中：sQ =通過直徑為 95mm 試體的通過電荷量（庫倫） xQ =通過直徑為 x mm 試體的通過電荷量（庫倫） x =非標準試體直徑（ mm） 10.3 參照表 1 進行評估試驗結果 表 1 資料係於試驗室中拌製不同種類混凝土版，並自版中

22、心鑽心切片取樣試驗所獲致之結果。 影響氯離子穿透性因素包括水灰比 、聚合物摻料、試體齡期、氣孔與孔隙結構、粒料種類、搗實度與養護方式等。 11. 報告：若下列資訊為已知，應撰寫於報告內。 11.1 註明鑽心試體或圓柱試體代表的各別位置。 11.2 圓柱試體或鑽心試體及試樣之編號。 11.3 圓柱試體或鑽心試體切取試片之位置。 11.4 混凝土資料，其中包括膠結材料種類、水灰比及其他相關資料。 11.5 樣品的描述，包括是否有下列項目 及其相關資訊，例如鋼筋及其位置、塗封層及其厚度、表面處理及厚度等。 11.6 試體養護方式及時間。 11.7 試體特別的處理方式，例如移除表面處理層。 11.8

23、整個試驗期間之總通過電荷量結果（或依第 10.2 節之調整值）列於試驗報告中。 11.9 依計算所得之總通過電荷量，參照表 1 定性敘述氯離子穿透能力。 12. 精密度與偏差 12.1 精密度 12.1.1 單一操作者精密度：單一操作者於單一試驗的變異系數為 12.3%(2)。因此單一操作者使用同一批次同一直徑混凝土試 體進行兩次試驗時，其差異 7 CNS 14795, A 3395 性不可大於 42%(2)。 註 (2)（ 1s%）與（ d2s%）之限制如 CNS 14704營建材料試驗法之精密度與偏差。精密度係依據三種不同混凝土於 11 個試驗室進行三次試驗所得的變異性，所有試體直徑相同，

24、但是試體長度變化允許範圍為 513mm。 12.1.2 不同試驗室（ multilaboratory）精密度：研究指出不同試驗室於單一試驗結果的變異係數為 18%(2)。因此在不同 試驗室使用同一配比與同一直徑混凝土試體進行兩次試驗時，兩者 差異性不可大於 51%(2)。而在兩個不同試驗室所得到的三個試驗結果平均值，其差異性不可超過 42%(3)。 註 (3) 雖然本試驗法並不需要報告重複試驗結果，但重複試驗通常是被期望的。試驗室通常利用重覆三次試驗結果的平均值來描述精密度。當每一試驗室均建立三個試驗結果的平均值資料時，則不同試驗室的變異係數 SWL可以依下式計算： 223BLMLwLSSS

25、+= 式中：2MLS =實驗室內的變異數 2BLS =實驗室間的變異數 （ d2s%）所引用表示的百分比係限制於不同試驗室的變異分析。 12.2 偏差：依本試驗法量測混凝土之抗 氯離子穿透性無有關偏差之陳述，氯離子阻抗之測定係由試驗法所定義。 13. 關鍵字：氯離子含量（ chloride content）；腐蝕（ corrosion）；除冰鹽（ deicing chemicals）；抗氯離子穿透性（ resistance-chloride penetration）。 引用標準： CNS 1230 混凝土試體在試驗室模製及養護法 CNS 1231 工地混凝土試體之製作及養護法 CNS 1238

26、 混凝土鑽心試體及切鋸試體抗壓及抗彎強度試驗法 CNS 14704 營建材料試驗法之精密度與偏差 參考資料： ASTM C1202-97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concretes Ability to Resist Chloride Ion Penetration AASHTO T259 Resistance of Concrete to Chloride Ion Penetration 8 CNS 14795, A 3395 圖 1 施加電壓單元 註 (4) 單位： mm 填充孔 9.53 DIA.置放熱電偶孔4.

27、78 DIA.50.8 25.4 (4)50.8 25.4 6.35 76.250.8152.41/4 -32NF- 2B 9.53 DP. 2.39 DIA. 4.78 152.4 76.2 76.2DIA.88.9DIA.ADIA. 15.88 項 目 數量 名 稱 規 格 分為 左視圖， 右視圖。 1B 1A 41.28 , 2 單元體兩側面 PMMA 薄片 (6) 4 黃銅墊片 厚度 0.508mm0.02 2 黃銅網片 孔徑如 #20 篩，直徑如“ A” 2 銅線 #14,solid nylclad 2 端鈕 (terminal) 12-10-1/4 2 香蕉型塞桿 1/4 凸型 (

28、male)，絕緣 備考 1. 直徑“ A”應比試體外徑大 3.18mm1/8 2. 上圖未依比例繪製 3. 以矽膠固定銅線於孔中 4. 銅網焊接於黃銅墊片間 5. 銅線焊接於黃銅墊片 6. polymethylmethacrylate (PMMA)，聚甲基丙烯酸甲酯 1A 1B 9 CNS 14795, A 3395 圖 2 真空飽和設備 圖 3 施加電壓單元（正視圖） 真空室 真空泵浦 真空度顯冷卻水容器與加熱裝置 真空計 10 CNS 14795, A 3395 圖 4 試體試驗裝置圖 圖 5 電路裝置圖 (範例 ) 3 位數 DVM 4 1/2 位數 DVM 200mV F.S. 100V F.S. 1000mV 分流器1.6mm 線 連結線 至 3% NaCl 至 0.3N NaOH