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系統識別號 U0002-2201201615072900
中文論文名稱 以導電混凝土疏導軌道系統雜散電流的新方法
英文論文名稱 A New Method to Redirect Stray Current in the MRT Track System Via Conductive Concrete
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 104
學期 1
出版年 105
研究生中文姓名 郭俊佑
研究生英文姓名 Chun-Yu Kuo
學號 602380262
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-01-11
論文頁數 85頁
口試委員 指導教授-段永定
委員-黃昭勳
委員-劉明仁
中文關鍵字 導電混凝土  雜散電流  鋼棉  導電性材料 
英文關鍵字 conductive concrete  stray current  steel wool  conductive material 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 隨著台灣社會的發展,人口越來越多,導致車輛不斷增加,根據104年公路總局統計,全台車量達7百多萬輛,機車更高達1千3百萬輛,因此交通壅塞問題越來越嚴重,現今世界各國面對交通問題的對策,均以發展大眾運輸為當務之急,而隨著捷運系統的興建,有效的紓解了都會區的交通問題。但是也同時衍生了一些問題。例如目前捷運系統均採用車行軌作為電聯車牽引電流之回流路徑,但因部分軌道是裸露鋪設於地面上,絕緣系統可能會因氣候及其它因素造成絕緣失效,進而使部分回流牽引電流經由車行軌洩漏至大地,此洩漏至大地的電流稱之為“雜散電流”。
“雜散電流”(Stray Current)在大地中流竄時是難以控制的,而且雜散電流在金屬結構體電流流出處會產生電化學腐蝕,導致結構體鋼筋之耗損,並可能造成地下管線之穿孔洩漏等諸多問題,需要有方法有效解決。
本研究採用了一種新式土木材料:導電混凝土(Conductive Concrete),利用導電混凝土的低電阻導電性,來有效的控制,疏導雜散電流。針對現有的軌道系統及新建的軌道系統,本研究做了小型的混凝土試體模擬實驗,量測試體的效果;並透過MATLAB Simulink軟體分析以驗證實驗結果;最後並進行了迴歸分析。

英文摘要 Due to the fast growing of Taiwan’s society, the population is growing extensively as well. Therefore, resulting in a high demands in transportation. According to the Statics from the Highway Administration Bureau in Taiwan, the amount of vehicles exceeds 7 million in year 2015.

This is a worldwide problem; the strategy to solve this problem is to develop the Mass Transportation System. It is an effective experience for most of the countries; however, other problems are derived from it. Among them a serious problem is the “Stray Current”. It is hard to control and cause many corrosions in the metal equipment along the track system.

This research utilized a new material – “Conductive Concrete” to solve this problem. Collect the Stray Current by way of the low electric resisting conductive concrete, in order to control it. Small scale models are made and tested. MATLAB Simulink has been employed to analyses and verified the test results. Finally, the regression analysis technique is used to verify the significance of this study.

論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究內容 3
1-4 研究流程 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 導電混凝土 5
2-2 雜散電流之相關文獻回顧 8
2-3 雜散電流成因及影響 10
2-4 電流腐蝕 15
2-5 電流腐蝕成因 17
2-6 雜散電流分析 19
2-7 雜散電流防治方式 21
第三章 試驗規劃 34
3-1 試驗規劃 34
3-2 試驗材料 35
3-3 試體製作 40
3-4 試體規劃 43
3-5 試體養護 44
3-6 導電混凝土力學性質試驗 45
3-7 導電混凝土之電阻值測試 46
3-8 試體量測 47
3-9 軟體模擬 52
第四章 導電混凝土試驗結果與分析 54
4-1 導電混凝土抗壓強度 54
4-2 導電混凝土電阻值 56
4-3 導電混凝土電阻率 59
4-4 試體量測結果 59
4-5 軟體模擬結果 62
4-6 資料分析 66
4-7 成本比較 77
第五章 結論與建議 80
5-1 結論 80
5-2 建議 81
I
參考文獻 82
II
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 集電靴 12
圖2-2 電聯車供電架構示意圖 13
圖2-3 雜散電流示意圖 13
圖2-4 交流鋼軌系統示意圖 15
圖2-5 孔蝕情形 17
圖2-6 電流腐蝕發生機制 19
圖2-7 簡單之雜散電流系統電路圖 20
圖2-8 加入導電混凝土之簡單之雜散電流系統電路圖 20
圖2-9 典型之軌道扣件 24
圖2-10 捷運隧道管路(防蝕帶)之防蝕 28
圖2-11犧牲陽極法 30
圖2-12 外加電流法 32
圖2-13 電流洩放法 33
圖3-1 導電混凝土收集鋼筋 35
圖3-2卜特蘭第1型水泥 36
圖3-3 細石墨 37
圖3-4 粗石墨 37
圖3-5 鋼纖維 38
圖3-6 矽灰 38
圖3-7 電極板 39
圖3-8 鋼棉 40
圖3-9 搖篩機 41
圖3-10 烘箱 42
圖3-11 強制式拌合機 42
圖3-12 試體尺寸圖 43
圖3-13 壓克力模具 44
圖3-14 養護水槽 45
圖3-15 萬能試驗機 45
圖3-16 電極接通方式 46
圖3-17 自耦變壓器 47
圖3-18 現有系統添加導電混凝土示意圖 48
圖3-19 現有系統量測試體 49
圖3-20 現有系統量測試體透視圖 49
圖3-21 新建軌道系統添加導電混凝土示意圖 50
III
圖3-22 新建系統之模擬試體 51
圖3-23 新建系統之模擬試體透視圖 52
圖3-24 MATLAB SIMULINK之簡單電路元件 52
圖3-25 現有系統軟體模擬分析電路圖 53
圖3-26 新建系統軟體模擬分析電路圖 53
圖4-1 現有系統量測試體結果圖 60
圖4-2 新建系統量測試體結果圖 62
圖4-3 現有系統軟體模擬結果圖 63
圖4-4 新建系統軟體模擬結果圖 64
圖4-5 現有系統軟體模擬及量測試體導電混凝土層電流比較圖 65
圖4-6 新建系統軟體模擬及量測試體導電混凝土層電流比較圖 66
圖4-7 前期研究與本研究之配比平均抗壓強度比較 78
圖4-8 前期研究與本研究之配比平均電阻值比較 78
圖4-9 前期研究與本研究之配比平均電阻率之比較 79
IV
表目錄
表2-1 不同導電摻料導電混凝土試體初始溫度與電阻值 7
表2-2各種接地模式的優點及缺點表 25
表3-1 不同純度水的電阻率 34
表4-1 G8S2W2抗壓強度 54
表4-2 G8S2W4抗壓強度 54
表4-3 G8S3W3抗壓強度 54
表4-4 G8S4W2抗壓強度 55
表4-5 G10S2W2抗壓強度 55
表4-6 與前期研究抗壓強度比較 55
表4-7 G8S2W2電阻值 57
表4-8 G8S2W4電阻值 57
表4-9 G8S3W3電阻值 57
表4-10 G8S4W2電阻值 58
表4-11 G10S2W2電阻值 58
表4-12與前期研究電阻值比較 58
表4-13導電混凝土之電阻率 59
表4-14 現有軌道系統量測試體結果 60
表4-15 新建軌道系統量測試體結果 61
表4-16 現有軌道系統軟體模擬結果 63
表4-17 新建軌道系統軟體模擬結果 64
表4-18 針對前期研究與本研究平均抗壓強度之成對T檢定 67
表4-19 針對前期研究與本研究平均電阻值之成對T檢定 67
表4-20 針對前期研究與本研究平均電阻率之成對T檢定 68
表4-21 前期研究與本研究之平均電阻值 69
表4-22 前期研究與本期研究平均電阻值之迴歸分析 69
表4-23 前期研究平均電阻值之迴歸分析 70
表4-24 本研究平均電阻值之迴歸分析 72
表4-25 前期研究與本研究之平均抗壓強度 73
表4-26 前期研究與本期研究平均抗壓強度之迴歸分析 73
表4-27 前期研究平均抗壓強度之迴歸分析 75
表4-28 本研究平均抗壓強度之迴歸分析 76
表4-29 各材料之價格 77
V

參考文獻 參考文獻
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