現代鐵路系統（包括捷運、鐵路及高鐵）為了避免噪音、黑煙的排放等等因素的影響，鐵路系統都已經改採用電氣化的方式去運行。在便利的生活環境下，卻帶來了是雜散電流的問題。傳統處理雜散電流方法是與大地做絕緣，但是效果還有待探討，本論文以開發新工程材料為目的，採用國外已有相當成熟技術的新型智慧型材料「導電混凝土」應用在改善雜散電流的狀況。以導電混凝土的導電特性疏導雜散電流避免流散至地層，以試驗佐證導疏導狀況，並且與傳統與大地做絕緣來比較，證明其可行性與實用性。本論文利用導電混凝土的高導電性能且混凝土為比較惰性的材料，安全上的問題比較不用顧慮。利用導電混凝土這部分的強度設計成為捷運道床鋪設材料，用以改善捷運軌道上之雜散電流問題，並且考慮不新建結構物之情況與新建結構物之情況，使用導電混凝土的改善狀況。最終結果包含導電混凝土之抗壓強度與導電材料添加量的關係探討以及導電混凝土不同配比之導電材料之電阻值與電阻率，並且製作模擬試體以及模擬試體實際測試結果與Matlab Simulink程式模擬進行比較，證明使用導電混凝土可以改善軌道系統之雜散電流洩漏至大地問題。

The electrification of railway system, e.g. MRT, railway and high-speed rail, has resulted the stray current problem. Stray current could cause serious corrosion problem of underground structure. The common method to reduce stray current is to insulate the rail system with the earth in order to solve the problem. But the effectiveness of the insulation method is still needed to be proved. A new kind of material which is called “conductive concrete” was used in this study to solve the stray current problem in MRT. Conductive concrete can be installed under or aside the railway sleeper to improve the problem of stray current.
In this study, laboratory specimens of conductive concrete containing steel fiber and graphite as conductive materials were prepared and tested for their electrical and mechanical properties according to the MRT’s specifications. The resistance of conductive concrete with various conductive material contents and resistivity of conductive materials were measured. Stray current problem cases were also simulated and analyzed using the Matlab Simulink software program. The results from the simulation were compared with the laboratory material test results. Recommendations of the application of conductive concrete for both rebuild and non-rebuild (as is) railway systems were included.

中文摘要.…………………………………………………………………I
英文摘要.…………………………………………………………………II
圖目錄.……………………………………………………………………V
表目錄.……………………………………………………………………VIII
第一章  緒論………………………………………………………………1
1-1研究動機………………………………………………………………1
1-2相關研究概況………………………………………………………3
1-3研究流程與重要性………………………………………………4

第二章 文獻回顧 …………………………………………………………7
2-1前言 …………………………………………………………………………7
2-2雜散電流相關研究回顧 ………………………………………7
2-2-1雜散電流成因及影響…………………………………………8
2-2-2雜散電流分析……………………………………………………16
2-2-3雜散電流防治方式……………………………………………20


第三章  試驗理論與規劃……………………………………………31
3-1前言……………………………………………………………………………31
3-1-1導電混凝土介紹…………………………………………………32
3-1-2導電混凝土導電機制…………………………………………33
3-2實驗室規劃………………………………………………………………38
3-2-1試驗材料………………………………………………………………38
3-2-2試驗規劃與配置…………………………………………………41
3-2-3試體規劃與製作…………………………………………………41
3-2-4試體編號說明………………………………………………………43
3-2-5試體養護………………………………………………………………43
3-3試驗方法及步驟………………………………………………………44
3-3-1導電混凝土配比設計…………………………………………45
3-3-2導電混凝土力學性質試驗…………………………………45
3-3-3導電混凝土之電阻值測試…………………………………46
3-3-4導電混凝土之電阻率測試…………………………………47
3-3-5不同含水率之電阻值…………………………………………47
3-4模擬試體……………………………………………………………………49
3-4-1第一種不考慮新建情況下之模擬試體……………49
3-4-2第二種考慮新建情況下之模擬試體…………………53
3-5模擬試體之軟體分析…………………………………………………56


第四章 導電混凝土之試驗結果……………………………………59
4-1導電混凝土之抗壓強度……………………………………………59
4-2導電混凝土之電阻值…………………………………………………64
4-3導電混凝土之電阻率…………………………………………………69
4-4不同含水率之電阻值…………………………………………………74
4-5模擬試體測試結果………………………………………………………76
4-6 Matlab Simulink模擬結果……………………………80


第五章結論與建議………………………………………………………………83

圖目錄
圖2-1捷運第三軌 供電軌………………………………………………….8
圖2-2 集電靴………………………………………………………………..9
圖2-3 雜散電流示意圖…………………………………………………....10
圖2-4 孔蝕情況……………………………………………………………11
圖2-5 電流腐蝕圖…………………………………………………………13
圖2-6 交流鋼軌系統示意圖………………………………………………15
圖2-7 簡單之雜散電流模型電路圖………………………………………17
圖2-8捷運供電系統示意圖……………………………………………....18
圖2-9 二極體接地系統之鋼軌對地電位及雜散電流分布圖……………19
圖2-10 典型之軌道扣件………………………………………………..…23
圖2-11 在上層加入導電混凝土…………………………………………..27
圖2-12 Is與Rx之關係…………………………………………………...28
圖2-13不考慮新建 預計完成圖…………………………………………28
圖2-14考慮新建預計完成圖…………………………………………….30
圖3-1 導電混凝土收集鋼筋……………………………………………..37
圖3-2 粗石墨與細石墨………………………………………………..…39
圖3-3 鋼纖維……………………………………………………………..39
圖3-4 電極板………………………………………………………………40
圖3-5 試體樣式圖…………………………………………………………42
圖3-6 壓克力模具…………………………………………………………42
圖3-7 養護水槽……………………………………………………………43
圖3-8 強制式拌和機………………………………………………………44
圖3-9 萬能試驗機…………………………………………………………45
圖3-10 導電混凝土接電極方式…………………………………………..46
圖3-11 電極接通方式……………………………..………………………47
圖3-12 (a)第一種情況之導電混凝土模擬試體….………………………52
圖3-12(b) 模擬試體之透視圖…………………….………………………52
圖3-13(a)第二種情況之導電混凝土模擬試體..…………………………55
圖3-13(b) 第二種情況下鋼筋剖面透視圖…..….………………………..55
圖3-14 Simulink之簡單電路元件………………………………………..56
圖3-15 第一種模擬試體之分析圖……………………………………..…57
圖3-16 第二種模擬試體之分析圖………………………………………..58
圖4-1 石墨與強度關係圖…………………………………………………62
圖4-2 鋼纖維與強度關係圖………………………………………………63
圖4-3石墨變化與電阻關係圖……………………………………………67
圖4-4 鋼纖維變化與電阻關係圖…………………………………………68
圖4-5石墨變化與電阻率關係圖…………………………………………72
圖4-6鋼纖維變化與電阻率關係圖………………………………………73
圖4-7 G8S6飽和狀態與非飽和狀態導電混凝土電阻值比較………….75
圖4-8 G8S4飽和狀態與非飽和狀態導電混凝土電阻值比較………….75
圖4-9第一種模擬試體改善情況…………………………………………77
圖4-10第二種模擬試體改善情況……………………………………..…78
圖4-11第一種模擬試體Simulink模擬……………………………….…80
圖4-12第二種模擬試體Simulink模擬………………………………….81








表目錄
表2-1 各種雜散電流改善方式…………………………………………....24
表2-2 不同純度水的電阻率……………………………………………....29
表3-1 不同導電摻料導電混凝土試體初始溫度與電阻值……………....35
表3-2 導電混凝土試體鋼纖維摻量與電阻率……………………………35
表3-3 導電混凝土與一般混凝土力學性質比較…………………………36
表 4-1 G10S4 抗壓強度 28天齡期……………………………………….59
表 4-2 G10S2 抗壓強度 28天齡期…………………………………….…60
表 4-3 G8S6 抗壓強度 28天齡期………………………………………...60
表 4-4 G8S4 抗壓強度 28天齡期……………………………………...…61
表 4-5 G8S2 抗壓強度 28天齡期……………….………………………..61
表 4-6 G6S2 抗壓強度 28天齡期……………….………………………..62
表 4-7 G10S4電阻值……………………………………………………...64
表4-8 G10S2電阻值……………………………………………………...65
表 4-9 G8S6電阻值…………………………………………………….…65
表4-10 G8S4電阻值……………………………………………………...66
表 4-11 G8S2電阻值……………………………………………………...66
表4-12 G6S2電阻值…………………………………………………..…67
表4-13 G10S4電阻率…………………………………………………….69
表4-14 G10S2電阻率…………………………………………………….70
表 4-15 G8S6電阻率……………………………………………………...70
表4-16 G8S4電阻率………………………...……………………………71
表 4-17 G8S2電阻率…………………………..………………………….71
表4-18 G8S6電阻率…………………………………………………...…72
表 4-19 G8S4飽和狀態電阻值………………………………………...…74
表4-20 G8S6飽和狀態電阻值……………………………….………..…74
表4-21 第一種模擬試體測試結果………………………………….……76
表4-22 模擬試體測試……………………….…………………………….78
表4-23 第一種模擬試體Simulink模擬結果……………….……………80
表4-24第二種模擬試體Simulink模擬結果…………………………….81

[1] 吳世傳，台北捷運系統於台北車站與高鐵及台鐵共構處之雜散電流特性研究，中原大學碩士論文，2003。
[2] 台北市政府捷運工程局編著，捷運機電系統管理與介面整合實務,台北市政府捷運工程局編著
[3] BS 7361-1:1991, “Cathodic protection. Code of practice for land and marine applications”, British Standard Institution(BSI), 1991.
[4] EN 50122-2, “Railway applications Fixed Installations Part 2: Protective provisions against the effects of stray currents caused by d.c. traction systems”, European Committee for Electrotechnical Standardisation (CENELEC), May 1998.
[5] RP 0169:2002, “Control of External Corrosion on Underground or
Submerged Metallic Piping Systems”, National Association of
Corrosion Engineers (NACE), 2002.
[6] DIN 30676-1985, “Design and application of cathodic protection of external surfaces”, Deutsches Institut fU f Normung(DIN), October 1985.
[7] 顏坤鴻，採用直接接地、二極體接地及非接地方式之直流鋼軌系統的雜散電流特性，捷運技術半年刋，第21 期，88 年8 月。
[8] 陳輝雄,　吳岱庭, 曹政忠,　龔昶榮, 浮動式道床型式選用之評析 1998
[9]網路資料， sanjeff，[台北捷運]24hr不打烊的台北捷運，痞客幫，2010 http://sanjeff.pixnet.net/blog/post/26044265-%E3%80%90%E5%8F%B0%E5%8C%97%E6%8D%B7%E9%81%8B%E3%80%9124hr%E4%B8%8D%E6%89%93%E7%83%8A%E7%9A%84%E5%8F%B0%E5%8C%97%E6%8D%B7%E9%81%8B，痞客幫
[10] 黃楹昌，捷運機電設施腐蝕防制理論與實務，捷運技術半年刋，第18 期，PP.101~108，87 年2 月。
[11] Bushman & Associates,1996-2002 http://www.bushman.cc/
[12] 賀世中，結構物防蝕專論-雜散電流介紹，台北縣政府。
[13] 顏坤鴻, 捷運系統之雜散電流防制對策及監測結果探討, 台北市政府捷運工程局第三處工程員
[14] 馬笑松，地鐵雜散電流的腐蝕及防護影響分析，城市軌道交通研究，2007。
[15] 張春苗，,王昌吉，地鐵雜散電流腐蝕及防護措施，西部探礦工程，第125 期 2006 年第 9 期。
[16] 包乃文、楊樹才。地鐵工程中高性能混凝土抗雜散電流腐蝕模擬試驗研究。建築科學，第22 卷第4 期，2006 年8 月，pp. 47–50。
[17] 道客巴巴在線文檔分享平台，管道的陰極保護與雜散電流保護，2012：http://www.doc88.com/p-631428227571.html
[18] 唐永祥，宋生奎，朱坤鋒，油氣管道的雜散電流腐蝕防護措施，石油化工建設 vol.29 No.4, 2007
[19]Tuan, C. Y. & Yehia, S., "Evaluation of Electrically Conductive Concrete Containing Carbon
Products for Deicing," ACI Materials Journal, July-August 2004, pp. 287-293.
[20]Whittington, H.; McCarter, W.; and Forde, M. C., “The Conduction of Electricity Through Concrete,”
Magazine of Concrete Research, Vol. 33, No. 114, 1981, pp. 48-60.
[21]葉韋廷，減災混凝土之研究，淡江大學專題報告，2011。
[22] 洪雷，智能建築材料；石墨砂漿注漿鋼纖維混凝土，中國工業建材公業出版社，2009，P43。
[23] 捷運局，簡哲宏課長（訪談資料）。