第一章 緒 論
第一節 研究緣起與背景
ㄧ 、 研 究 緣 起
由於台灣本島四面環海，因海風所夾帶的含鹽粒子易附著於結構物的表面，且地 處於亞熱帶與熱帶地區，對於鋼筋混凝土結構物而言，屬於腐蝕性侵蝕的環境，加上 國內在防蝕規劃及施工品質控制的不夠落實，因而造成許多結構物在一、二十年內就 出現鋼筋腐蝕甚至外露的現象，此種由鹽害所導致的腐蝕現象，在台灣濱海地區是一 普遍存在的嚴重問題。當氯離子侵入混凝土中，破壞鋼筋表面的鈍化層(passive layer) 而導致鋼筋腐蝕，一般而言，腐蝕生成物增加的體積會比原材體積大2～6 倍，當混凝 土抗張強度無法承受腐蝕生成物所產生的張應力時，則造成混凝土表面將出現順筋裂 縫，進而加速水、氧氣及有害離子侵入的速度，惡性循環下，結構物表面之混凝土開 始龜裂、剝落，甚至使得鋼筋與混凝土間的結合性能降低。鋼筋腐蝕嚴重時更將大幅 地降低構件強度與勁度，進而對結構物造成極大威脅。因此，鋼筋腐蝕已成為影響結 構物使用壽命和安全性的主要因素之一。
針對國內之既有 RC 結構物，在長年服役的狀況下，實有必要針對其耐久性之鋼 筋腐蝕行為進行量測，藉以判斷結構物是否應進行維修或是重建的指標。緣此，如何 應用目前所知技術，對鋼筋腐蝕狀況或潛勢作一完整性的判斷，實為重要之技術。本 計畫旨在對既有之鋼筋腐蝕量測技術作完整瞭解，並對其訊號之判讀，透過實驗方式 及彙整國內外相關資訊，以建立評估準則，期能將其應用於現地量測腐蝕訊號上，並 探討其可靠性，以供工程師作為防蝕考量上之重要參考依據。
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
二 、 研 究 背 景
目前鋼筋混凝土被廣泛應用於土木工程中，且隨著混凝土材料科技的進步，現今 已可以設計出各種不同性能的混凝土以滿足在各類建築物的需求。然而，受到外界環 境的影響、結構設計不當以及施工不良等因素，往往造成了混凝土發生各種劣化現象，
導致混凝土在強度以及耐久性的損失，進一步加速鋼筋的腐蝕，影響建築物的安全，
降低建築物使用年限。鋼筋腐蝕引起混凝土結構物破壞仍是全球普遍且嚴重的問題，
以美國為例，在1975 年美國國家標準局(NBS)曾指出，混凝土中鋼筋腐蝕所造的財產 損失或修補費用達 280 億美元[1,2,3]。國內以澎湖跨海大橋為例，於通車 7 年後，發 現大樑龜裂，混凝土剝落，鋼筋腐蝕，經過多次修補仍無濟於事，現已重新改建，壽 命僅 14 年。由上述可知鋼筋混凝土腐蝕的維修補強會耗費極大的社會資源，有鑑於 此，混凝土中鋼筋腐蝕的量測技術與適切之評估準則為一重要的研究課題，對於鋼筋 混凝土構件的設計與補強具有重要之意義。
造成鋼筋混凝土腐蝕的原因主要有二，其一是鹽害，第二是混凝土的中性化。在 鹽害方面，若混凝土中使用之材料含氯離子或者是受到氯離子的侵害，會導致局部性 的破壞鋼筋表面的鈍態保護膜(passive layer)[4,5,6]，造就了大陰極-小陽極面積組合產 生孔蝕現象(pitting corrosion)[7]。在中性化方面，近年來台灣地區由於經濟與工業快速 發展，使得都會地區與工業區二氧化碳(CO2)濃度偏高，易造成混凝土的中性化，導致 混凝土高鹼性環境之不復存在，全面性的破壞鋼筋表面的鈍態保護膜，而產生全面性 的腐蝕(general corrosion)，此種腐蝕形式較接近所謂的均勻腐蝕。
氯離子在混凝土中存在三種不同型態，分別為：化學鍵結型(chemically bonded)、
物理吸附型(physically absorbed)、游離型氯離子(free chloride ion)。一般而言，化學鍵 結型氯離子與水泥中的鋁酸三鈣(C3A)起化學反應，會形成難以溶解且成為穩定之氯化 鋁酸三鈣化合物(3CaO․Al2O3․CaCl2․10H2O 或 3CaO․Al2O3․3CaCl2․32H2O) Friedels salt，以穩定化合物的方式存在於混凝土中，而以游離型氯離子不受拘束對鋼 筋的腐蝕有較大的危害。當氯離子是在生產混凝土時加入的，部分的氯離子會形成上 述固定化合物，而亦有部分的氯離子會以游離態的氯離子存在。若氯離子是混凝土硬
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固後才由外界滲透進入時，則約有50%的氯離子以游離態存在。由此可以看出水泥中 鋁酸三鈣(C3A)的含量對氯離子吸附作用的影響，可使鋼筋的腐蝕影響程度減少，但若 鋁酸三鈣(C3A)含量過高，會與硫酸根離子產生化學反應，可能會造成混能土由於鈣釩 石的膨脹反應將破壞混凝土表面區域之品質。換句話說，鋁酸三鈣(C3A)雖然提供抑制 氯離子的正面功能，但也同時造成硫酸鹽侵蝕的負面影響。
近年來，由於用地取得困難及為避免可能工業污染而引起無謂之環保抗爭問題，
政府致力推動濱海工業區之設置，如彰濱工業區、麥寮工業區等。然而，此種位於工 業區之鋼筋混凝土構造物極易受工業所排放之廢氣而提高空氣中二氧化碳的濃度，及 臨海所需面對之海風夾雜大量氯離子之污染問題而加速鋼筋的腐蝕現象。依據 Schiessl[8]的研究指出，若混凝土有中性化現象時，混凝土內部原本被束縛的氯離子 (chemically bounded chloride ions)會被釋出，形成孔隙水中之游離氯離子(free chloride ions)含量增加，將使的鋼筋腐蝕問題更加嚴重。
要正確評估混凝土內鋼筋的腐蝕狀況與趨勢，應該要瞭解其電化學訊號以及混凝 土耐久性品質指標的狀況。選擇可用的技術應該有以下幾個考量: (1) 具備能夠現地檢 測的能力； (2) 能夠描述局部行為，而非全體平均行為； (3) 具有明確的施作方法與 評估標準。近年科技發展快速，非破壞檢測方法被廣泛使用，諸如脈衝法(Gavanic Pulse Method)量測技術、半電池電位法、透地雷達電磁波法、敲擊回音法及超音波檢測法等，
可利用非破壞檢測技術來評估混凝土內鋼筋的腐蝕狀況，在金屬材料的腐蝕速率量測 有直流極化法、交流阻抗法、脈衝法等。而混凝土耐久性指標的量測上，則有混凝土 抗壓強度、超音波波速、中性化深度量測、氯離子含量檢測、四極式電阻量測、混凝 土pH 值量測等等。這些方法的大致特徵見表 1-1 所示。
然而，這些方法中，仍有許多盲點尚待釐清。本研究擬針對目前檢測結構安全常 用的幾種方法加以深入研究，然後提出正確的施作程序、明確的判斷標準，以提供工 程師參考。其中在鋼筋腐蝕量測技術上，選擇脈衝量測法及半電池電位法；在混凝土 耐久性指標上選擇中性化深度量測、氯離子含量以及Wenner 四極式電阻量測。
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究 Wenner 四極式電
阻量測
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