第五章 房屋結構物腐蝕檢測與分析
第一節 各種檢驗方法的標準作業程序
一 、 選 擇 檢 測 方 法
當鋼筋混凝土結構物有腐蝕疑慮時，應先採取目視檢測。目視檢測的主要項目包 括: 有無銹水痕跡、有無混凝土剝落、有無鋼筋腐蝕順筋裂縫發生及裂縫狀況描述。
關於目視檢測可參考文獻[63]所述。
目視檢測以後，判斷有腐蝕發生時，則為求設計、選擇修補工法與修補材料須進 一步瞭解腐蝕的原因，可進行中性化深度測試以及氯離子濃度檢定，並輔以使用四極 式電阻評估混凝土耐久性。
若須使用腐蝕速率數值進行殘餘壽命計算時，才建議進行電化學訊號檢測。
二 、 各 種 檢 驗 方 法 的 標 準 流 程 半電池電位量測的標準流程
依據ASTM C876-91 利用半電池電位計來量測鋼筋的腐蝕電位，其中所用電極為 硫酸銅電極，其量測的原理是利用銅離子流和銅電極本身所產生的半電池電位差，將 半電池電位計和鋼筋連結時，由電流所產生的電子和硫酸銅溶液中的銅離子，會因而 行成一個電化學反應，而此種電化學反應可算是一種異金屬電池的效應。
(1) 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) 在 22.2℃時，其相對於標準氫電 極之電位差為-0.316V，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 方程 式，硫酸銅電極對於濃度變化為：
eCu2+/Cu＝-0.342＋0.0295 log10(Cu2+)
其中，eCu2+/Cu代表電極電位。當硫酸銅的電極不達飽和狀態時，其相對標準氫電
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
極之電位差在22.2℃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，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，二者電位差不超過 20mV，儀器的精度 必須符合上述的要求。
(2) 預濕的方式
依照ASTM C876-91 規定混凝土表面是否需要預濕，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5 分鐘內不超過 ± 20mV，則混凝土表面 不需要預濕。若其電位從零往上慢慢跳或是電位值一直在改變，則此時混凝土表面必 須先預濕，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分後進 行量測，另一個方式是使用浸濕海綿於放置在混凝土的表面上，將電極放置在海綿上 進行量測。
(3) 溶液的調製與電極的保養
硫酸銅溶液調配比率為1 份的硫酸銅結晶鹽與 2.5 份的蒸餾水混合，所調製的濃 度需達飽和狀態，即有結晶體的沈澱。每次量測前才進行調配或是每次調配的溶液放 置時間不超過一個禮拜。再進行半電池電位量測前，需將電極上的銅棒用稀鹽酸清洗 或是用鋼刷球輕刷銅棒表面，使用在電極上的木塞在平常未使用時必須保持潮濕，避 免硫酸銅結晶將孔隙堵塞變成絕緣體。
脈衝法腐蝕速率量測的標準流程
GPM-5000 腐蝕量測儀：其原理，首先測得鋼筋之腐蝕電位(平衡電位)後，然後 使用一固定電流從輔助電極流向鋼筋(工作電極)，使整個系統構成一個迴路如圖 6-1，
進而求得待測鋼筋之腐蝕電位與腐蝕速率以及電極與鋼筋間混凝土的電阻。
第六章 檢驗方法之量測技術及其評估準則
圖6-1 GPM 量測原理示意圖
其應用機理為通以一固定電流，通常在5 到 400 mA 的範圍內，持續約 10 秒。將 結果記錄為一時間函數。
GPM-5000 腐蝕量測儀其探頭的參考電極為銀/氯化銀電極(Ag/AgCl)，銀/氯化銀 電極相對於標準氫電極(S.H.E)電位 0.119V。根據儀器使用說明書的建議，定電流設為 80μA，量測時間設定為 8 秒量測鋼筋之腐蝕情況。
開始量測以前，先將 GPM 儀器前端海綿浸濕，即可開始量測開路電位、腐蝕速 率及電阻。
(資料來源：本研究製作)
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
圖6-2 GPM 數據顯示畫面
◎圖6-2 中，畫面中最底下一行會即時顯示當時電流作動狀態：
Not measured:尚未執行測量。
Measuring:執行測量中(時間跑秒)。
Measured:一個讀數測量完成。
◎稍後測量完成的讀數會計算顯示在畫面中：
畫面中 E-corr 代表半電池電位讀值，單位 mV。
畫面中 Icorr 代表腐蝕率，單位 μA/cm2。 畫面中 Resistance 代表電阻，單位 k-Ohm。
將實驗數據平均出圖繪製成電壓與電流的關係圖，並將GP-5000 數據存入於電腦 工作端中，以求出腐蝕電位(Ecorr)及腐蝕電流(Icorr)，並繪出其區塊腐蝕程度試意圖。
氯離子量測的標準流程
由取樣人員依取樣計畫，採取結構體上能代表硬固水泥砂漿或混凝土品質變異情 況之樣品，或能顯現欲探究特性之特定樣品，樣品須包含面層及深層之部分。為提供 每一試驗程序可接受之可靠度，所取樣品之數量須充足，以供實驗室試驗之需。另外
(資料來源：本研究製作)
第六章 檢驗方法之量測技術及其評估準則
小，取得不少於10g 之硬固水泥砂漿樣品即足以代表相當大體積之水泥砂漿。
依 CNS 1238 所取之混凝土鑽心試體，於平行試體軸線方向切割出厚 12mm
｛1/2in.｝ 之縱剖片； 或垂直於試體軸線方向沿其側面切割出厚 12 mm｛1/2in.｝ 之 試片，用以代表此鑽心試體各不同深度之混凝土。遠離面層之混凝土，滲入其中之氯 離子含量，通常其數值較接近於原來新拌混凝土澆置時之含量，鑽心機鑽進時所使用 之冷卻水，將改變部分之氯離子含量。
利用旋轉衝擊式鑽孔機取得之硬固混凝土粉末，常用於測定橋面版、舖面混凝土 等不同深度氯離子濃度之變化。此類樣品可能不具代表性，特別是當粗粒料之標稱最 大粒徑為25mm｛1in.｝或更大時，因此須將數個此類樣品混合成綜合試樣後再測定，
或於應用此類數據時須特別小心處理。
取樣方法之步驟，係以旋轉衝擊式鑽孔機垂直於混凝土表面，或平行於鑽心試體 之主軸，鑽入混凝土至規定深度，或所鑽深度足以取得至少20g 具代表性之粉末狀樣 品。為防止樣品遭受污染，須避免手接觸樣品或汗水滴入樣品。若使用本方法來評斷 氯離子濃度是否引發鋼筋腐蝕，取樣應在鋼筋附近。
精密度：此精密度之陳述係依據試樣通過標稱孔寬600μm CNS 386 試驗篩來替 代通過標稱孔寬850μm CNS 386 試驗篩，並將沸騰時間由 5 分鐘改為 1 分鐘。
同一實驗室試驗結果之標準差為 0.0013%時，則兩組在同一實驗室對相同材料試 樣正確操作下的試驗結果相差不應超過 0.0037%。多個實驗室試驗結果之標準差為 0.0037%時，則兩組在不同實驗室對相同材料試樣正確操作下的試驗結果相差不應超 過0.0106%。
此一精密度之陳述，適用於試樣之準備及研磨均由同一實驗室執行之試驗。取自 混凝土結構物的試樣，其試驗結果會隨著取樣方法及樣品， 在研磨及篩選通過標稱孔 寬為850μm CNS 386 試驗篩之前樣品之尺度而不同。
中性化深度量測的標準流程
依據規範CNS1238 從現地待測物鑽取混凝土鑽心試體，以鑽心取樣機從結構上取
既有RC 結構物鋼筋腐蝕量測技術及評估準則之研究
得鑽心圓柱試體。將試體劈開，以酚酞指示劑噴灑於試體橫斷面上，當pH 值大於 9.2 以上時，會由無色轉為紅色，因此試體未中性化時將呈紅色，並測定混凝土表面至變 色點的長度。
四極式電阻量測的標準流程
四極式電阻儀進行試體表面電阻量測，電阻對環境的條件極為敏感，影響電阻係 數之因素有水泥含量、含水量、水化程度、氫氧根離子、氯離子、鹼含量、齡期、溫 度、溼度及孔隙結構等。
在電極的探測範圍以下，應該盡量避免出現鋼筋，以避免造成電阻係數過低的狀 況發生。而現場量測四極式電阻時，如欲使用表 2-5 之標準評斷，因為該表乃是基於 能夠量測到腐蝕速率的前題下將混凝土電阻係數與鋼筋腐蝕速率作關聯，所以建議要 施作四極式電阻量測的表面應該預濕潤如同量測鋼筋半電池電位時的一樣條件下，再 進行量測。