第五章 房屋結構物腐蝕檢測與分析
第二節 混凝土材料檢測
圖5-4 戶外柱腐蝕量測編號示意圖
第二節 混凝土材料檢測
氯離子含量試驗
氯離子在混凝土中會以兩種型態存在，一是游離態，另一是束縛態。而經由水溶 法試驗所得之氯離子含量為游離態之氯離子。游離態的氯離子存在於混凝土的毛細孔 中，遇水會溶解。束縛態的則和水泥反應而形成化合物，此時氯離子被水泥中的C3A 固定著而不溶於水。從鋼筋腐蝕的角度而言，只有溶解於毛細孔水的游離態氯離子才 有危險性。
本試驗結果如表5-1 所示，除了戶外柱的氯離子含量略超過 CNS 12891 規定在混 凝土中最大含量須低於0.3 kg/m3外，其他部位所測得的氯離子均在標準以下，顯示平 均而言，建物的氯離子含量應仍在警戒線以內。這跟後述腐蝕電流密度，在戶外柱有 最大值出現的量測結果有相符的趨勢。戶外柱的氯離子含量會最高，其原因推測應該
(1) (2) (3)
(4) (5) (6)
(7) (8)
(11)
(9)
(10) (12)
(13) (14) (15)
1 2 3 4
5 6 (孔洞) 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16
箍筋：＃4 主筋：＃8
(資料來源：本研究製作)
第五章房屋結構物腐蝕檢測與分析
同樣是戶外的梁與牆，其部位雖也面對迎風面，但因取樣位置之緣故，樣本多少有受 到遮蔽效應，所以得到的氯離子含量並沒有特別的多。
以上所作之氯離子含量乃是依照一般所公認之方法，採用全體平均。爲了瞭解氯 離子侵入時是否恰當使用平均值，我們也針對試樣1(鑽心深度為 2.5 cm)在距離混凝土 表面不同深度處進行鑽粉取樣，然後進行氯離子濃度分布，結果如表 5-2 所示。由表 5-2 可發現，氯離子濃度在接進表面處較高，然後往內部遞減，此與室內試驗結果相 符，由此可以判斷我們不應該以整體平均氯離子濃度來代表氯離子的狀況，而應以局 部的濃度來做判斷較為恰當。
由圖 5-5 可知，以戶外跟室內相比較，只有柱的部份顯明戶外柱有較高的氯離子 含量外，在梁的部位與牆的部位，戶外的氯離子反而低於室內的氯離子。這個原因可 能是因為氯離子含量是量測混凝土內的自由氯離子量，自由氯離子除了可能原來就存 在於混凝土中的含量外，其它的量應是從環境所帶來的。然而，室內應該較不易受到 海風吹襲，照理來說應該氯離子含量會較戶外低才對。但是，若參照中性化的結果可 以發現，室內的混凝土其中性化程度都較戶外嚴重很多。根據學者的研究，當中性化 發生，會使得原來在混凝土中的化學性束縛氯離子(以氯鋁酸鹽形式存在)轉化成為自 由氯離子。因此，混凝土內的自由氯離子量其實是由兩個因子來決定：海風夾帶的氯 離子量、中性化使得化學性束縛氯離子轉為自由氯離子。依此，可以推斷只有戶外柱 是直接受海風吹襲，所以氯離子會比室內柱高；其他如梁或牆，因為戶外有部份遮蔽 的效果，而室內有較嚴重的中性化問題，所以使得室內所測得的氯離子反而比戶外高。
取樣部份之戶外柱其保護層厚度是 3.7cm，加上外部的砂漿保護層 1cm，總共保 護層也不過是 4.7 cm。這個值遠低於規範規定有耐久性考量時的最低保護層厚度 7.5cm。加上所測得的氯離子已經超過 CNS 規定量，此處的腐蝕雖然目前來說並不是 特別嚴重。
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
表5-1 鑽心取樣試體水溶性氯離子含量試驗結果
試體編號 試體位置 混凝土中水溶性Cl-含量 (kg/m3)
1 戶外牆 0.198
2 戶外牆 0.174
3 戶外牆 0.174
4 室內梁 0.288
5 室內柱 0.126
6 室內牆 0.225
7 戶外梁 0.174
8 戶外柱 0.348
表5-2 試體編號 1 之氯離子分布
距離表面之深度 (cm) 混凝土中水溶性Cl-含量(kg/m3)
0.~05 0.30 0.5~1.0 0.25 1.0~1.5 0.18 1.5~2.0 0.15 2.0~2.5 0.14 (資料來源：本研究製作)
(資料來源：本研究製作)
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column wall beam
0 0.1 0.2 0.3 0.4
C hl or ide c ont ent ( k g/ m
3by w e ight of co n c re te )
0.126
0.225
0.288 0.348
0.182
0.174
Indoor Outdoors
圖5-5 鑽心取樣試體水溶性氯離子含量試驗結果圖
中性化深度檢測
混凝土之高鹼性環境會使鋼筋表面形成鈍化膜，可保護並防止鋼筋銹蝕。但酸雨、
二氧化碳或現場環境因素，將降低混凝土鹼性，而使混凝土逐漸趨向中性；混凝土中 性化的發生是由最外層逐漸向內侵入，當中性化層到達鋼筋時，在有氧氣與水存在的 狀況下就會開始腐蝕。
檢測結果如表5-3 與圖 5-6，其照片如圖 5-7 與圖 5-8 所示。中性化的深度以室內 比戶外來得高。這個結果是合理的，因為在室內，人為活動所產生的二氧化碳濃度較 高。在戶外就算有二氧化碳產生，也因為通風良好的關係，很快就被沖淡。另外，中 性化的值都低於設計的保護層厚度，顯示鋼筋所受到的鹼性保護環境並未喪失。由結
(資料來源：本研究製作)
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果來看室內柱和牆，其中性化深度都達到3cm 以上。用酚酞決定的 pH 值界限在 9 左 右，可是學者研究顯示，鋼筋表面的鈍態保護膜要維持的pH 值大約在 11 左右。從學 者的研究顯示出，可以使用彩虹指示劑來求得pH=11 的界線，其值大約比用酚酞所得 到的中性化深度多 0.5cm。因此以此推斷，保守來看室內牆與柱，其中性化深度都大 約已達到4cm。中性化的深度與時間存在一個經驗公式如下式所示:
xc =K t
其中 XC代表中性化深度，K 是一個常數，t 代表在環境曝露的時間。假設目前建 物使用為15 年，目前已經中性化的深度為 4cm，，保護層厚度為 10cm，則中性化要 達到鋼筋表面需要93 年，也就是說還要 78 年才會達到鋼筋表面。
以上推論的結果是假設鋼筋的保護層完全依照原設計圖施工，不過若是發生如戶 外柱所測得的實際保護層只有5cm 左右的情況時，則中性化的問題就可能是很緊迫的 問題。中性化一般說起來，令人比較注意的是當中性化前緣到達鋼筋表面，造成鈍態 膜喪失，而導致腐蝕問題。可是中性化另外也會帶來一個效應，就是使得原來被化學 性束縛的氯離子，轉為自由氯離子。自由氯離子量增大，會使得氯離子的擴散速度變 快。而當鋼筋表面的氯離子量大到超過瓶頸濃度時，就算環境的 pH 值不變，鈍態保 護膜仍會因為氯離子的攻擊而解離，進而產生腐蝕。所以實際上，以中性化深度來推 估鈍態膜是否仍有效，往往是過份樂觀的推測。
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column wall beam
0
C ar b onat ion dept h ( c m )
2.37
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取樣點 1 取樣點 2
取樣點 3 取樣點 4
圖5-7 鑽心取樣試體中性化檢測照片(1~4) (資料來源：本研究製作)
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取樣點 5 取樣點 6
取樣點 7 取樣點 8
圖5-8 鑽心取樣試體中性化檢測照片(5~8) (資料來源：本研究製作)
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