第一節 研究緣起與背景
壹、研究緣起
臺灣四面環海，屬於海洋性腐蝕的暴露環境。建造建築物所使用的混凝土材料具有原 料來源取得容易、強度高、體積穩定性佳、易施工等特性，因此混凝土是目前用量最大之 營建材料，適合做為房屋結構與其他重要結構物之材料。但過往因混凝土施工品質水準参 差不齊，故若在惡劣之暴露環境下會產生結構物耐久性不足的問題。隨著時間的推移，大 量的鋼筋混凝土結構經過多年的使用，已經相繼進入老化階段，與此同時，越來越多的結 構物因處於嚴酷的環境中，由於結構的耐久性不足而提前發生裂化，無法達到預定的使用 年限，特別是沿海及近海地區的混凝土結構物，由於海洋環境對混凝土的侵蝕，導致鋼筋 鏽蝕而使結構發生早期損壞。早期損壞的結構物需要花費很多的金錢進行維修補強，甚至 造成停工、停產的巨大損失[1]。結構材料其耐久性卻深深影響著構造物的使用性能，且 材料本身耐久性攸關最後使用壽命的評定，更需要訂立耐久性指標項目，並使用科學方法 應用耐久性指標的狀況，亦即透過資料分析計算轉換成權重值，然後對耐久性提出適當的 評估，以作為日後維修補強或拆除重建之參考依據，並可適時延長結構物的使用壽命。緣 此，本研究乃是針對結構材料本身耐久性評估進行研究。
貳、研究背景
以往在工程界上習慣利用混凝土的強度來做為耐久性之參考依據，試體的強度可以做 為耐久性之代表，在品質控制上也有標準可以遵循，但是耐久性是否等於強度，是一個非 常不明確的因素，所以建立一個耐久性指標系統與材料試驗的準則資料庫，不但可以提供 設計者或維修者適當的準則指標以及參考的依據，並且能有效的針對混凝土結構物來進行 耐久性設計或維修，耐久性指標並沒有一個明顯之定義，所以為了能有效的控制混凝土的
耐久性，耐久性指標之評估模式應予確立。混凝土材料具有高強度、體積的穩定性高、施 工使用方便、原料來源取得容易等特性，因此混凝土是目前結構物用量最大之營建材料，
適合做為房屋結構與其他重要結構物之材料。混凝土材料本身也存在脆性很大、抗張力強 度很低及容易產生開裂等缺點，如果長期暴露在惡劣的環境下可能會產生結構物耐久性不 足的相關問題。
建築結構物在其生命週期過程當中與建造施工時使用之規範、材料、施工品質等原先 基本條件及各種外在環境影響因素相互的影響下，會逐漸老化、劣化甚至破壞，導致建築 物的耐久性完全無法達到設計當時的預期理想效果。導致RC結構建築物耐久性降低發生 的原因大至上可以分成三大類：（一）地震力所引起的破壞與崩壞；（二）颱風導致建築物 受到損害的影響（三）鋼筋的腐蝕與混凝土劣化。在所有的影響因素的交互作用之下，使 得結構物的生命週期與使用年限並不容易進行評估，更不易來預測其殘餘壽命。唯一可以 肯定的是，如果建築物具備良好的結構設計、完善的施工品質與維護防範措施，這樣才能 在許許多多的人為破壞與自然的災害中存留下來。然而進行建築物結構老、劣化之診斷可 以瞭解到建築物結構是否具備耐久性；但在進行建築物結構老、劣化診斷之前，則需要有 完整且正確的評估資料。因此，必須充分瞭解房屋結構產生劣化的原因及劣化機制，才能 取得正確且合宜的檢測評估資料，並對結構老劣化行為做出正確的評估。建築結構物是日 常生活上非常普遍可見的結構物，建築結構物必須經歷並遭受環境侵害及天然災害的破壞 與挑戰，一旦發生了損害或崩壞，可能會造成民生的問題與民眾生命的威脅，所以探討建 築物耐久性之原因與程度、使用安全及預測殘餘使用壽命等，具有重大的意義。當建築結 構物處於惡劣嚴酷的環境當中，特別是沿海或是近海地區的RC建築結構物，由於海洋環 境對混凝土的侵蝕，導致鋼筋鏽蝕而使結構發生損壞與破壞，使建築結構物的耐久性不足 而提前發生裂化，導致無法達到預計的使用壽命年限。如何利用建築結構物檢測資料，以 評估建築結構物的使用情況並在未處理的條件下，評估其可能的殘餘壽命，是建築結構物 維護管理系統上重要的研究。建築結構物檢測的內容一般包括混凝土抗壓強度、中性化深
度、腐蝕電流、氯離子濃度、腐蝕速率、保護層厚度、裂縫位置與寬度等與腐蝕相關的檢 測數據。利用這些檢測數據來考量其它非腐蝕因素來評估建築結構物的耐久性。
建築結構物的使用壽命變成為當前重要的研究課題之ㄧ。且使用中的建築結構物之使 用壽命或殘餘壽命預測應該是國內外未來需要密切注意之研究方向，是往後研究的主流之 一。使用中的建築結構物的破損、老化、劣化與承載力的不足是個國際性需要共同面對的 一大問題。而建築結構物在長期的外部環境和使用材料因素下，會發生建築結構物的損 壞，就以環境因素來看(如大氣中的CO2、Cl－和SO2，土壤中的硫酸鹽類譬如CaSO4、 MgSO4、Na2SO4等)隨時都在侵蝕建築結構材料，至於材料因素方面(如混凝土的強度、滲 透性及鋼筋的保護層厚度等)都會影響建築結構物的壽命。當空氣中Cl－和CO2從混凝土表 面的孔隙中侵入，勢必會導致材料的劣化，建築結構的功能逐漸地被削弱，甚至喪失，這 是一個不可改變的客觀因素。在鋼筋混凝土結構物的使用壽命上，CO2是誘導鋼筋混凝土 結構腐蝕的關鍵因素，當CO2侵入混凝土中時，會與Ca(OH)2產生CaCO3，且被束縛在孔 隙壁上，並導致pH值的降低，當pH值小於11.5時，混凝土中的鋼筋就開始腐蝕。因此只 有部分剩餘的自由氯離子或CO2在孔隙溶液中繼續向內傳輸進入混凝土中，由此可見，混 凝土孔隙溶液中的自由氯離子或CO2正會破壞混凝土中鋼筋表面的鈍態保護膜，導致鋼筋 腐蝕，危害建築結構物的安全。