第二章 文獻回顧
第一節 影響鋼筋混凝土腐蝕之主要因素
ㄧ 、 鋼 筋 混 凝 土 腐 蝕 劣 化 機 理
鋼筋混凝土的劣化可分為二個時期[8]：
(a) 誘發期
在誘發期(initiation period)時鋼筋鈍態膜還沒消失，環境中的有害物質如氯離子、
二氧化碳，經由擴散及滲透進入混凝土，造成混凝土品質改變。混凝土因中性化或氯 離子的侵入使鋼筋的鈍態膜消失，讓鋼筋產生腐蝕，此階段完成後進入腐蝕期。
(b) 腐蝕期
腐蝕期(corrosion period)包含三個步驟，如混凝土發生龜裂、剝落、構造物損壞。
當鋼筋腐蝕開始產生膨脹生成物，導致混凝土表面產生順向裂縫、層裂，當混凝土開 裂後使水、氯離子等有害物質更容易進入混凝土內部到達鋼筋表面，大量腐蝕生成物 產生，使混凝土與鋼筋的握裹力喪失，造成混凝土剝落。混凝土剝落後，鋼筋更加暴 露在大氣環境中，使鋼筋腐蝕更擴大到全面性的破壞，使鋼筋混凝土結構物無法繼續 使用。
二 、 混 凝 土 的 中 性 化
鋼筋混凝土之混凝土內的孔隙水溶液提供一高鹼性的環境保護鋼筋不受腐蝕，當 混凝土中的孔隙水溶液的 pH 值降低，進而使鋼筋發生腐蝕。造成中性化最常見的原 因是外界環境的侵蝕性氣體進入混凝土孔隙中與水泥水化產物氫氧化鈣產生反應，侵 蝕性氣體如二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、氟化氫(HF)等皆會與混凝 土發生化學反應。以二氧化碳為例，其中性化反應過程如下：
H2O + CO2 → H2CO3 (2-1) H2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2H2O (2-2)
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (2-3) 二氧化碳與混凝土內的氫氧化鈣反應成碳酸鈣與水，碳酸鈣溶解度遠比氫氧化鈣 低且水溶物呈弱鹼性，所以會降低孔隙水溶液的 pH 值。當混凝土中所有的氫氧化鈣 發生中性化反應，則pH 值將下降至 8.3，這個時候鋼筋的鈍態膜將不穩定[9]。當混凝 土內的孔隙水溶液降低成中性後，鋼筋所釋出的離子與混凝土中的氧反應成FeO，而 FeO 多孔鬆軟無法保護鋼筋，鋼筋仍在中性環境中繼續腐蝕。
Fe
⎯ ⎯→
O2 FeO⎯
H⎯ →
2CO⎯
3 FeCO3⎯
H⎯
2O⎯
+⎯
O2→
Fe(OH)3 (2-4) 混凝土中性化是由外而內慢慢侵入混凝土，當中性化到達鋼筋表面使鋼筋開始腐 蝕。三 、 氯 離 子 含 量
當混凝土本身的氯離子含量或外界侵入的氯離子含量到達瓶頸濃度時將使混凝土 內之鋼筋表面的鈍態膜破壞而造成腐蝕如圖2-1 所示。反應式如下[10,11]：
2Fe+6Cl-→2FeCl3- +4e- (2-5) 2FeCl3-+4OH-→2Fe(OH)2+6Cl- (2-6) Fe(OH)2+
2 1H2O+
4
1O2 →Fe(OH)3 (2-7)
上式反應式可知氯離子被釋出來，再與鐵反應形成鐵銹。混凝土具有高鹼性的保 護層，氯離子侵入混凝土的濃度必須到達瓶頸濃度，鈍態膜的保護才會破壞。文獻指 出，氯離子的莫耳濃度的[Cl-]/[OH-]≧0.6 時，鈍態膜才會破壞，導致鋼筋腐蝕[12]。
當混凝土氯離子濃度大於臨界值0.6 時，則即使混凝土 pH 值大於 11.5，鋼筋的保護作 用亦會消失。若混凝土的鹼性高，則可以容忍較高濃度的氯離子含量，而不致產生腐 蝕。因為上述氯離子破壞鋼筋鈍態保護膜的作用，與鋼筋生成鈍態保護膜的作用，乃 是一種動態平衡。當混凝土內 pH 值較高時，則產生鈍態保護膜的反應較強勢，所以 可以允許較大氯離子含量的存在。反之，若因為中性化等作用，使其 pH 值降低時，
則氯離子破壞鈍態保護膜的作用較為強勢，可能僅有低含量的氯離子成份存在，就能
第二章 文獻回顧
現今在量測混凝土電阻值，最被普遍使用之方法稱為溫納四極式量測法(four-point Wenner array probe technique)，此測定技術是在 1915 年由 Frank Wenner 所發表[15]。
混凝土電阻係數是水灰比、水泥含量、添加物及養護等因素而產生變化且電阻係數也
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
第二章 文獻回顧
Chloride Concentration (kg/m3)
Corrosion occurs
Corrosion
pH range of concrete
No corrosion
圖2-1 pH 值與氯離子濃度對鋼筋腐蝕之影響
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
混凝土表面
ρ d
I
圖2-3 電流之分佈圖
(資料來源：本研究製作)
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