保護層厚度與鋼筋腐蝕機率之關係

根據Fick 第二定擴散定律預測鋼筋表面之氯鹽量，並使用蒙地卡羅模擬以考慮環 境與施工之隨機特性，本研究依文獻所記若混凝土結構物鋼筋表面氯鹽量大於鋼腐蝕 臨界氯鹽量視為鋼筋腐蝕，進而分析鋼筋腐蝕機率與海岸距離、保護層厚度之關係。

然而台灣目前並無制定建築物耐久設計相關規範，本研究參照交通部公路橋梁設計規 範之建議保護層厚度，探討於內政部營建署結構混凝土施工規範所劃分之各鹽害環境 下(表 5-17)之鋼筋腐蝕機率，以做為未來梁設計參考依據。

壹、氯鹽擴散分析

使用飛來鹽預測公式可得知某結構物所處位置之飛來鹽量Cair(表 5-18；參考交通 部運輸研究所港灣技術研究中心之大氣腐蝕資料)，再將其帶入式 5-1 以評估混凝土表 面附著氯鹽量C0。表面附著之氯鹽量經混凝土內部連通孔隙，藉由擴散方式逐漸到達 鋼筋表面，其所累積之氯離子濃度與時間之關係，可由 Fick 第二定律為基礎之公式(式 5-2)進行推估，表 5-19 為不同混凝土材料之氯離子擴散係數公式，本研究則選用日本 土木學會純水泥擴散係數公式。

0.379 0 0.988 _air

C  C (5-1)

0

1 0.1

2 _c Cl C erf c

D t

   

     (5-2)

其中：Cl=鋼筋位置氯鹽量(kg/m3)；Co=混凝土表面氯鹽量(kg/m3)；c=擴散距離(可設 為為混凝土保護層厚度(mm))；Dc=氯離子擴散係數(cm2/年)；t=材齡(年)；erf=誤差函 數。

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

3.1714 0.9896

30.89

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

貳、鋼筋腐蝕機率評估模式

由於鋼筋腐蝕存在許多不確定性因素，因此本研究使用蒙地卡羅法模擬以評估其 可能之腐蝕機率，對鹽害而言其不確定因素包含風速、飛來鹽預測公式修正係數、氯 離子擴散係數之修正係數、混凝土表面附著氯鹽量修正係數、保護層厚度、擴散方程 式修正係數、鋼筋腐蝕臨界氯鹽量等。風速由中央氣象局資料統計而得，飛來鹽預測 公式修正係數則經交通部運輸研究所港灣技術研究中心之大氣腐蝕資料與本研究回歸 之公式分析而得，其餘隨機變數則參考日本土木學會建議，各隨機變數之統計特性如 表5-20 所示。

表5-20 本研究考量之不確定因素(蘇澳)

不確定因素 機率分佈 平均值 變異係數

X1 蘇澳風速(m/s) 常態 2.06 0.22

X2 Cair修正係數(蘇澳) 對數常態 0.84 1.03

X3 Dc修正係數 對數常態 1.89 1.84

X4 C0修正係數 對數常態 1.43 1.08

X5 保護層厚度(m/s) 常態 依施工圖 0.2

X6 擴散方程式修正係數 對數常態 1.24 0.91

X7 鋼筋腐蝕臨界氯鹽量 均勻 1.0~1.2kg/m3 註：修正係數定義為(實測值)/(計算值)之統計

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-30

2.962 0.7627

2 1

( )5.53 ( )

Cair  X  X ^ d^

5

6 0

3

0.1 ( ) ( ) 1

2 ( ) _c Cl X C erf X

X D t

   

 

    

0.379 0 ( 4)0.988 _air C  X C

ClX7

圖5-27 蒙地卡羅計算流程圖(以蘇澳為例)

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件