第二章 文獻回顧
第一節 前置實驗
壹、腐蝕前置試驗之目的
實驗通電時可能發生未知的問題，為了避免正式實驗通電後因已澆置混凝土而無 法修正，因此在正式的實驗進行之前，本研究設計了一個前置實驗來模擬實際通電時 的鋼筋架設情形，用來確認實驗進行中可能發生的一些未知因素。
前置實驗分為兩個部分，針對不同架設及重防蝕漆塗佈方式的鋼筋進行測試，用 來確認通電方式及重防蝕漆的塗佈是否能發揮預期中的效果。
本實驗有四個較重要的不確定因子：
1. 試體塑鉸區的腐蝕是否會延伸至非塑鉸區(食鹽水面以上)。
2. 若食鹽水藉由混凝土吸附至食鹽水面以上，那麼縱向鋼筋之重防蝕漆是否 仍有良好的防蝕效果。
3. 橫向鋼筋在塗佈重防蝕漆之後，是否具有良好的防蝕效果。
4. 全尺寸梁與縮尺寸梁之縱向鋼筋長度不同，通電腐蝕程度結果是否因此不 同。
5. 利用法拉第公式預測腐蝕量，能否達到預期的效果。
貳、通電腐蝕用之工具簡介 重防腐蝕油漆
永保新重防腐蝕油漆為適用於都市下水道水泥管或鋼管內壁防蝕塗料用及鋼鐵、
水泥面之耐酸鹼防護之抗蝕塗料。其特性為耐水、海水及工業廢水性優異，漆膜平整、
堅韌且附著力強、不垂流、可節省工時。如圖 3-1 (a)所示。
台鹽高級精鹽
台鹽出產之一般食用鹽，主成分為氯化鈉(NaCl)，無特殊成分，氯化鈉 99.5%以 上，碘酸鉀 20~35ppm，於本實驗用來製作通電用鹽水溶液。如圖 3-1 (b)所示。
電源供應器
(1) GPS-3060D，0 ~ 30V, 0 ~ 60A (電壓電流可切換顯示) (2) 高調節率 0.01%，可選擇連續或動態負載
(3) 固定電壓與固定電流操作功能，低漣波與低雜訊
(4) 具串聯或並聯操作模式，過載與極性反向保護功能，供應器如圖 3-1 (c)所示。
銅板
為鋅與銅合金黃銅板。因銅擁有良好的導電性，故使用此材料作為整體通路的負 極，使腐蝕能順利進行。如圖 3-1 (d)所示。
(a) (b)
(c) (d)
圖 3-1 腐蝕用儀器工具：(a)重防腐蝕油漆；(b)台鹽高級精鹽；(c)電源供應器；(d)銅板
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參、前置實驗之架設概念
此前置實驗使用一個耐酸水桶，裝 50 cm 深之 5%濃度食鹽水溶液作為電化學通電 的媒介，將欲腐蝕之鋼筋籠試體放置於水槽中間，並用鋼板放在水槽四周作為負極以 確保腐蝕均勻進行，而鋼筋作為正極，在鹽水中電解腐蝕。
為了實際掌握實驗的各種變數，因此本次研究的鋼筋會依以下不同變數設計通電模 式：
1. 不同之縱向鋼筋長度 2. 不同之食鹽水浸泡區域 3. 不同之重防蝕漆塗佈區域 4. 鋼筋間電流與電流密度變化
依上述四點來設計前置實驗，觀察正式實驗可能遭遇之問題，並確認正式實驗架 設方式是否可行。
肆、前置試驗之試體架設
本研究之前置實驗依不同之需求設計了兩種鋼筋籠架設方法，架設方法分為以下兩 部分：
前置實驗 1：
模擬縱向鋼筋單獨通電腐蝕，橫向鋼筋則使用重防蝕漆塗佈防蝕。
前置實驗 2：
模擬縱向鋼筋與橫向鋼筋同時通電腐蝕之情形。
伍、前置試驗 1 所需材料
1. #9 縱向鋼筋 4 支[分別編號為 L1(135 cm), L2(85 cm), L3(65 cm), L4(65 cm)]
2. #4 橫向鋼筋 1 支[編號為 T1]
3. 重防腐蝕漆
4. 電流供應器 2 台 (每 2 支縱向鋼筋分配 1 台) 5. 銅板 (作為負極)
6. 銅線 (接通電流)
7. 耐酸水桶 1 個 (作為食鹽水溶液之容器) 8. 濃度 5%之食鹽水溶液
實驗設計
本實驗之期望目標：
1. 此通電之模式能否良好的控制腐蝕量
2. 於各縱向鋼筋單獨通電時，測試縱向鋼筋與縱向鋼筋間相互腐蝕程度之差 異性
3. 橫向鋼筋塗防蝕漆之防蝕效果 4. 縱向鋼筋塗防蝕漆區域之防蝕效果
5. 縱向鋼筋長短是否會影響通電之腐蝕程度
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(a) (b)
(c) (d)
圖 3-2 前置實驗 1 示意圖(單位 mm)：(a)待通電腐蝕之鋼筋示意圖；(b) 腐蝕環境示意 圖(長鋼筋側)；(c) 鋼筋籠示意圖；(d)腐蝕環境示意圖(短鋼筋側)
本實驗將組一個如圖 3-2(c)之鋼筋籠，準備四根#9 鋼筋作為縱向鋼筋，並準備一根
#4 鋼筋作為橫向鋼筋，整支橫向鋼筋塗上重防蝕漆防止其腐蝕，此實驗會分別於四支 縱向鋼筋通電使其腐蝕，而橫向鋼筋不通電。如圖 3-2 (a) 縱向鋼筋長度各別為 135 cm、
85 cm 之長縱向鋼筋及兩根 65 cm 之短縱向鋼筋。如圖 3-2 (a)左方，L1(135 cm)、L2(85 cm)之長縱向鋼筋於 50 cm 處塗上 35 cm 之重防蝕漆(50 cm 裸筋是浸泡於水面下之腐蝕 區域；而塗佈重防蝕漆之 35 cm 為防止腐蝕延伸區域)。而圖 3-2 (a)右方之兩根 L3、
L4(65 cm 之短縱向鋼筋)，於 30 cm 處塗上 35 cm 之重防蝕漆。試體浸泡在水溶液中通 電時，縱向鋼筋依浸泡於水溶液之裸筋長度為其腐蝕區域，將其概分為腐蝕長度 50 cm 之 L1,L2 長縱向鋼筋(如圖 3-2 (b))及腐蝕長度 30 cm 之 L3,L4 短縱向鋼筋，如圖 3-2 (d)。
1350
850
300 500 650
850 500 350
1350 650 50
250
在前置實驗 1 中，實驗鋼筋籠內有 4 隻縱向鋼筋，依水面下之腐蝕區域的長度設 計大致能夠分為 2 組縱向鋼筋：
第一組縱向鋼筋(腐蝕區域 50 cm)：
為圖 3-2 (b)所示，兩支水面下腐蝕範圍為 50 cm 之縱向鋼筋，一支為 L1(總長 135 cm)，另一支為 L2(總長 85 cm)，用來模擬未來全尺寸梁及縮尺寸梁之縱向鋼 筋長度不同之情況，以此來瞭解全尺寸梁與縮尺寸梁間是否會因縱向鋼筋長度不 同而有不同之腐蝕結果。
第二組縱向鋼筋(腐蝕區域 30 cm)：
為圖 3-2 (d)所示，兩支縱向鋼筋 L3、L4 水面下腐蝕範圍為 30 cm 之縱向鋼筋，
用不同之浸泡深度來做比較。L3 多泡 20 cm 之防蝕漆區域於食鹽水中，用來模擬 當實際之梁試體的混凝土泡水時，混凝土將食鹽水吸至水面以上之高度時，是否 會對縱向鋼筋防蝕區造成腐蝕。
不同長度的縱向鋼筋為了比較其各自的腐蝕程度，故使用相同電流密度(鋼筋表面 積之單位面積的電流量)的情況下之電流來定電流通電。經計算，當電源供應器各於腐 蝕長度 50 cm 的 L1,L2 長縱向鋼筋各通入 4 安培電流及腐蝕長度 30 cm 的 L3,L4 短縱 向鋼筋各通入 2.4 安培電流時，各縱向鋼筋之電流密度相同。因此長縱向鋼筋 L1,L2 通電使用 4 安培通電，短縱向鋼筋 L3,L4 通電使用 2.4 安培通電。
試體架設過程
先使用砂輪機於縱向鋼筋、橫向鋼筋之銅線連接處，磨出一個凹槽，用以穩固連 結電流通路，並將銅線穩固綁於凹槽內。再來依重量比例混合重防蝕漆，在每根縱向 鋼筋上塗上 35 cm 之防蝕觀察區，並將橫向鋼筋完全塗抹上重防蝕漆，在塗上重防蝕 漆後，放置一天等待其硬化。隔天以不會被通電腐蝕的尼龍繩在縱向鋼筋與橫向鋼筋 連接處交叉綑綁起來，組成一簡易鋼筋籠。然後將整體簡易鋼筋籠以尼龍繩固定於水
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陸、前置試驗 2 所需材料
1. #9 縱向鋼筋 2 支[分別編號為 L5(85 cm),L6(85 cm)]
2. #4 橫向鋼筋 2 支[分別編號為 T2,T3]
3. 重防蝕漆 4. 電氣絕緣膠布
5. 電流供應器 2 台 (2 支縱向鋼筋、2 支橫向鋼筋各分配 1 台) 6. 銅板 (作為負極)
7. 銅線 (接通電流) 8. 耐酸水桶 1 個 9. 濃度 5%之食鹽水
(a) (b)
(c) (d)
圖 3-3 前置實驗 2 示意圖：(a)待通電腐蝕之鋼筋示意圖；(b) 腐蝕環境示意圖；(c) 鋼 筋籠示意圖；(d)腐蝕環境示意圖
實驗設計
本實驗設計期望知道：
1. 此通電模式下，能否分別控制縱向鋼筋與橫向鋼筋之腐蝕量？
2. 在相同電流密度情況下，與前置 1 試體之腐蝕情形相似與否縱向鋼筋及 橫向鋼筋之通電是否互相干擾？
如圖 3-3，準備 2 根 85 cm 之#9 縱向鋼筋 L5,L6 及 2 根#4 橫向鋼筋 T2,T3，如前置 實驗 1 之製作方法，此部分不同之處為：
850 50 500
850 500 350
100
250
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3. 縱向鋼筋於橫向鋼筋連接處，各貼上寬 5 cm 之電氣阻隔膠布，避免縱向 鋼筋及橫向鋼筋直接的接觸而形成鋼筋間電流不平均交互影響之腐蝕電 路。
為了測試是否能夠在縱向鋼筋、橫向鋼筋同時通電的時候，能夠分別控制縱向鋼筋 及橫向鋼筋的腐蝕量，因此我們分別予以縱向鋼筋及橫向鋼筋通不同的電流讓他們能 夠分別到達 50%重量損失。
藉由法拉第公式計算後，預估當縱向鋼筋電流各為 3.2A，橫向鋼筋電流各為 2.37A 時，縱向鋼筋及橫向鋼筋能於相同時間達到 50%之體積損失，而縱向鋼筋電流定為 3.2A，
是由於前置實驗 2 之縱向鋼筋有貼電氣絕緣膠布，而導致表面積不同，當前置實驗 2 之縱向鋼筋電流為 3.2A 時，其電流密度與前置實驗 1 之縱向鋼筋相同。若實際通電後，
結果真如同預期般各損失 50%，則證明電流量是完善的被控制，也就是此通電方式是 可以很好的控制腐蝕的，反之則代表縱向鋼筋及橫向鋼筋無法平均地腐蝕。
柒、第一次通電(58 小時) 實驗探討
實驗步驟：
1. 架設試體
2. 加重量百分濃度為 5%之食鹽水溶液至 50 cm 深 3. 將電源供應器正極連接鋼筋，負極連接銅板 4. 調整電源供應器至定電流，
前置實驗 1：長縱向鋼筋 4A，短縱向鋼筋 2.4A 前置實驗 2：縱向鋼筋 3.2A，橫向鋼筋 2.37A
5. 每天檢查電流、電壓、電阻及水面高度，避免電流之變動，掌控內部通電 之情況，避免水面下降
6. 量測重量損失：拆除試體，用鋼刷去除表面鐵鏽，並量測腐蝕後重量，確 認實際的腐蝕量
(a) (b)
(c) (d)
圖 3-4 前置實驗內容圖：(a)前置實驗佈置情形；(b)腐蝕後鋼筋情形；(c)加鹽水至 50 cm 水位；(d)電子秤(最大承重 30kg，精度到 g)
通電結果 前置實驗 1：
1. 由表 3-1 可知，此通電模式相當完善，實際重量損失與法拉第公式所預估 之結果，只有 2.76%的差異，兩者結果幾乎一致。
2. 各縱向鋼筋表面腐蝕情形很接近。
3. 塗上重防蝕漆之橫向鋼筋完全無腐蝕。
4. 縱向鋼筋之防蝕區保持完整，即使泡在水面下亦有良好之防蝕。
49 實際總體積損失(cm³) 101.0178117 法拉第預估總體積損失(cm³) 98.3093462
（實際／預估）－100% 2.76%
(註：圖 3-2 (a),(b)，T1 為橫向鋼筋，L1 為 135 cm 縱向鋼筋、L2 為 85 cm 縱向鋼筋、L3 及 L4 分別為短縱向鋼筋)
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
圖 3- 5 前置實驗 1 通電 58 小時鋼筋腐蝕情況：(a)鋼筋籠腐蝕情況；(b)所有縱向鋼筋 腐蝕情形；(c)橫向鋼筋腐蝕情形；(d)橫向鋼筋腐蝕情形(細部)；(e)縱向鋼筋腐蝕區及 腐蝕情形；(f)鋼筋與銅線接頭之情形
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前置實驗 2：
1. 由表 3-3 可知，經電阻檢測，縱向鋼筋與橫向鋼筋間電阻極小。由此可知，
兩者並未因電氣絕緣膠布而絕緣，因整體鋼筋籠浸泡於水溶液中，縱向鋼 筋與橫向鋼筋藉由水溶液形成良好通路。因此電氣絕緣膠布並未達到理想 中之絕緣效果。
2. 由表 3-2 及表 3-3 可以看出，此通電模式下，縱向鋼筋與橫向鋼筋未絕緣 而電流相互影響，使得縱向鋼筋及橫向鋼筋之腐蝕量與估計之量有些差距，
尤其上層橫向鋼筋之重量損失之誤差達到 60.8%，估計是因為其他縱向鋼 筋及橫向鋼筋之電流傳到此處而導致腐蝕。
3. 橫向鋼筋彎折處無孔蝕情形。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
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表 3-3 前置實驗電阻紀錄表-第一次通電 電阻紀錄(Ω)
4 月 18 日 11:32 AM
前置實驗 1 前置實驗 2
前置實驗 1 前置實驗 2