混凝土電阻係數

檢測作業流程

在 3.1 節中曾經討論過混凝電阻係數量測原理，它所代表的意 義是混凝土內部孔隙水及有害離子多寡的指標，它所定義的是混凝 土〞內部〞有害物的指標，而大部份四極式混凝土電阻係數儀，只是 偵測混凝土表面電阻係數與原理有相違背，所以有兩極式與單支量測 電阻係數儀使用在混凝土內部的偵測。

在公共工程上的結構物大部份混凝土與大氣直接接觸，所以在量 測混凝土表面電阻係數時，待測目標不須做表面處理，可直接量測。

但是在一般建築物上，因表面有水泥砂漿的粉刷、油漆粉刷及貼磁磚 所以有害物質較不易侵入，但是若須檢測這一類的建築物時，建築物 表面的水泥砂漿、油漆及磁磚都要清除，才可量測混凝土表面電阻係 數值，所以在下列的作業程序描述中將不包含待測區混凝土表面處 理。

(1) 使用鋼筋偵測器定位出待測區的鋼筋位置，且使用鉛筆或粉 筆做記號記錄之。

(2) 將四極式探針上的海綿浸於蒸餾水中，等待浸濕後取出安裝 在探針上。

(3) 將探針與混凝土表面接觸，等待數據的顯現，若數據快速顯 示且儀器上的電流通過率達百分之百記錄數據。假設數據沒有顯示或 電流通過率沒有達百分之百，則混凝土表面須潤濕，等待 30 分鐘後 重複步驟 2 到步驟 3，平均測量四次取平均值。

在此說明為何一開始混凝土表面不預先潤濕，由 3.1 節中得知混 凝土電阻係數的量測是在測得混凝土在自然狀態下孔隙水及有害離 子的多寡，當我們先把混凝土表面潤濕時，已經破壞混凝土原始孔隙 水的含量，又礙於儀器在偵測時，待測物過於乾燥，無法得知數據，

所以才加水潤濕，因為如此一般在測得混凝土電阻係數時，必須註明 混凝土內部含水量百分比或是在何種狀態下量測(如面乾內飽和)，所 以一般單獨呈現混凝土電阻係數是沒有任何意義的。

圖 4.34 混凝土電阻係數量測流程圖 檢測注意事項

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«Y 30

¤A

AA

先前提及過混凝土電阻係數與混凝土品質有關，就是與水泥含 量、水灰比、養護條件及是否有添加物的使用等因素所控制。其中骨 材的電阻係數約在 10⁴-10⁸ohm-cm^[4]，遠遠大於一般水泥漿體的電阻係 數，因此混凝土的電阻係數應取決於水泥漿體而非骨材，所以在量測 混凝土電阻係數時應避開骨材，否則所量測之值是骨材的電阻係數而 非漿體的電阻係數，根據測量電阻係數的定義，其定義是在半無限遠 的均質材料中量測，由定義可知須在均質材料中量測，可是因混凝土 是非均質材料所以更必須避開骨材，另一方面在現場量測混凝土表面 電阻係數時，應注意鋼筋的位置，由上述的定義可知鋼筋將會影響混 凝土表面電阻係數，這也是為何在量測電阻係數時第一個步驟必須測 得鋼筋的位置，進而達到避開鋼筋的影響或把影響減至最低。

測量混凝土表面電阻係數時應注意下列二點：

1. 避開骨材效應的影響，其中電極間距必須大於骨材最大粒徑。

2. 盡量尋找沒有鋼筋的位置量測，若是無法避開鋼筋時，應依 照圖 4.35 所示的方式量測，其中圖 4.36 所示的方法是絕對錯 誤的，此種方式所測得之值是偏低。

圖 4.35 鋼筋對於混凝土表面電阻影響較小的電極位置

圖 4.36 鋼筋對於混凝土表面電阻影響較大的電極位置 評估標準

所量測出來的混凝土表面電阻係數值(ρ)，其所代表的意義完 全根據經驗來解釋，且依儀器不同有不同的標準，以 Wenner 四極式 電極為例(Langford and Broomfield,1987) ：

ρ＞20kΩ cm 是低腐蝕速率

10≦ρ≦20kΩ cm 是低到中等的腐蝕速率 5≦ρ＜10kΩ cm 是高腐蝕速率

ρ＜5kΩ cm 是非常高的腐蝕速率

在 1993 年 Broomfield 等人進一步提出較為準確的標準規範，其 中：

ρ＞100kΩ cm 是不能辯別鋼筋是在活性狀態或是被動狀態 50≦ρ≦100kΩ cm 是低的腐蝕速率

¿u μ¬

1q ·¥ ¥i ﹐m

10≦ρ＜50kΩ cm 是中等至高的腐蝕速率

ρ＜10kΩ cm 電阻係數值是不能控制的參數 在上面的標準規範是較為廣泛的被使用。

而在本試驗所使用的混凝土表面電阻儀是由瑞士 Proceq 公司所 生產的 RESI 儀器，其標準是依據該公司所制訂的規範做為參考，至 今還無學者做進一步的確認，其標準為：

ρ＞12kΩ cm 腐蝕是不會發生的 8≦ρ≦12kΩ cm 腐蝕是可能會發生 ρ＜8kΩ cm 腐蝕是必然發生的 檢測儀器操作步驟與應用

本試驗所使用的混凝土表面電阻儀是由瑞士 Proceq 公司所生 產的 RESI 儀器，我們以 RESI 為例來說明整個量測的過程。

(1) 使用鋼筋偵測器定位出鋼筋實際位置，詳細步驟請參閱 4.1 節。

(2) 將 RESI 四極式探針上的海棉浸於蒸餾水中浸濕，取出裝在 探針上，利用感應線將探針與主機相連接，如圖 4.37 所示。

MEN U O N OF F

STAR T RESE T

PRIN T

RESI

Widerstandsmesser

Resistivity Meter

48

PROCEQ Testing Instruments

proceq

ISO 9001

圖 4.39 測區編號設定畫面

PROCEQ Testing Instruments

proceq

ISO 9001

Switz erland 4% # 1

£l = --k £[ cm / n = --Mix/Max = --/ -- k£[ cm value not exact

Position Store with STORE Menu by MENU

50

Object Display(資料的顯示)按 START 鍵，出現 圖 4.43 的畫面，在 畫面中有ρ(混凝土平均電阻係數值)、n(量測次數)、Min(最小值) 及 Max(最大值)。

圖 4.41 Data Output(資料輸出)的選擇目錄畫面

圖 4.42 Object Select(選擇存檔資料)畫面

MENU

PROCEQ Testing Instruments

proceq

ISO 9001

Switz er land

Object Display

Select by Sta rt by START End by END

Date Output

Object to PC Object Select

PROCEQ Testing Instruments ^proceq

ISO 9001

Switzerland New Pos. with

En d b y END

圖 4.43 Object Display(資料的顯示) 畫面 數據處理與電腦連線

RESI 混凝土電阻係數儀與 PROFOMETER 4 鋼筋偵測器同屬瑞士 Proceq 公司所生產的儀器，兩者電腦連線的操作過程相同，所以有 關 RESI 電腦連線的操作過程請參閱 4.1 節。

為了配合本次試驗，拌合了 9 塊 95×95×8.5cm 的版，依照 ACI 配 比設計分別拌合水灰比為 0.62、0.46 及 0.36 三種配比，等待 28 天 後浸泡鹽水 72 小時，抽乾鹽水放置在大氣中 60 天後進行量測，其中 A2 的版使用加速電壓加速腐蝕以達破壞。表 4.1 分別為 9 塊版的表 面電阻係數值。

表 4.1 水灰比 0.46 的三塊版中，B1 與 B3 同是一樣的值分別為 9、

9、8、8 四個值，所求得之平均值卻不相同，原因是 RESI 儀器每次 量測之值都含有小數點一位的值，只是在記錄時四拾五入取整數，其 平均值卻有考量每次量測值的小數點值，所以取平均後再四拾五入 時，其值會不相同。其中 B2 的四個值分別為 9、8、9、9，其平均卻 低於 B1，這也是四拾五入取平均值所得的結果。

混凝土電阻係數值必須搭配混凝土含水量，其所量測之值才能相

互比較，因含水量的不同導電性質也不同，所測得電阻係數值也不 同，故量測電阻係數時必須先使用混凝土水份計量測混凝土含水量，

下表中沒有註明混凝土含水狀況，所以無法進一步分析所測得之值。

故在出示混凝土表面電阻係數表告時，應包含混凝土含水狀況及電阻 係數值才有意義。

水灰比

W/C=0.62 W/C=0.46 W/C=0.36 試體

編號

A1 A2^* A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 10 4 6 9 9 9 12 11 11

9 4 5 8 8 9 9 11 11 7 4 6 8 9 8 7 9 9

混凝

土表 面電 阻係數

(kΩ-cm) 10 4 6 9 9 8 12 9 9

平均值

9 4 5 9 8 8 10 10 10 表 4.1 版的混凝土電阻係數值 (＊代表加速腐蝕)

4.3 半電池電位量測技術

檢測作業流程

此量測方式只能應用沒有塗覆(uncoated)保護的鋼筋才能測 量，且混凝土表面太過於乾燥或是有磁磚及油漆塗覆將影響電路的流 通，必須克服上述的問題才能進行測量，以下是進行半電池電位量測 時的作業流程。

(1) 量測間距的規劃，因測量間距太接近所量測得之值相似或是 一樣，間距太大有些地方的腐蝕活動無法察覺，一般在測量橋面版時

53

的間距規劃為每隔 1.2 公尺量測一個值，間距規劃最好的型式為網格 型，每一正方格量測四個值，有無數方格構成一個面，如此的量測方 式在最後數據整理及繪製等電位圖較為方便。

(2) 待測區鋼筋的連接，使用鋼筋偵測器找出鋼筋位置，切除混 凝土使鋼筋外露，將鋼筋表面用鋼刷清理乾淨連接電線，將電線接在 電壓計的正極。

(3) 將電極(硫酸銅電極)與電線相接，將電線末端與電壓計的負 極相接。

(4) 混凝土表面的預濕，將電極與混凝土表面接觸時，其電位馬 上顯示且電位變化量在五分鐘內不超過±20mV，則混凝土表面不須要 預濕。當電極與混凝土表面接觸時，其電位從零往上慢慢跳或是電位 值一直改變，則此時混凝土表面必須事先預濕，其預濕溶液依照 ASTM C876-91 規定 19 公升的水加 95 毫升的家庭清潔劑，利用噴水法或是 將混凝土表面全部浸濕，等待混凝土表面完全無水份後進行量測，在 量測電位時應同時記錄溫度，在最後數據整理時進行溫度效應的修 正。

(5) 將所測得之值利用等電位圖或累積頻率圖表示出來。

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圖 4.44 半電池電位量測流程圖 電極電位的要求與儀器精度的控制

半電池電位所使用的硫酸銅電極(飽和硫酸銅)相對於標準氫電 極其電位差為-0.316V 在 72℉(22.2℃)，每增加 1℉時其電位增加 -0.0005V，又電極電位與電極內的電解液濃度有關，所以在浸泡硫酸 銅溶液時必須確認在飽和狀態下，依照 Nernst equation 硫酸銅電極 對於濃度變化為：

e^Cu2+/Cu＝-0.342+0.0295log(Cu²⁺) (4.1)

其中

e^Cu2+/Cu：電極電位

當 硫 酸 銅 的 電 極 不 達 飽 和 狀 態 時 ， 其 電 位 在 72 ℉ 時 並 非 -0.316V，所以浸泡硫酸銅溶液時應確認有硫酸銅結晶時方可倒入電 極的透明塑管內，如此才能確保標準電位維持在-0.316V，對於儀器 精度的要求，依照 ASTM C876-91 規定將電極放置在電池上前後量測 兩次，兩次的電位差不能超過 10mV，或是將電極放置在兩顆不同的 電池上，兩顆電池的電位差不超過 20mV，儀器的精度必須合符上述 的要求。

預濕的方式

依照 ASTM C876-91 規定混凝土表面是否須要預濕，其決定標準 為電極與混凝土表面接觸時，其電位馬上顯示且電位變化量在五分鐘 內不超過±20mV，則混凝土表面不須要預濕。若其電位從零往上慢慢 跳或是電位值一直改變，則此時混凝土表面必須事先預濕，

其預濕溶液為 19 公升的水加 95 毫升的家庭清潔劑，利用噴水法或是 將混凝土表面全部浸濕，等待混凝土表面完全無水份後進行量測，另

其預濕溶液為 19 公升的水加 95 毫升的家庭清潔劑，利用噴水法或是 將混凝土表面全部浸濕，等待混凝土表面完全無水份後進行量測，另

在文檔中 混凝土中鋼筋腐蝕檢測手冊之研擬 (頁 43-0)