緒論

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

國內混凝土結構物由於國內地理氣候與空氣污染關係，長期暴露於高濕度

與含有氯鹽的大氣環境中。對於混凝土所保護的鋼筋而言，水氣會由吸附與毛 隙吸收現象進入混凝土孔隙中，並因蕊絲現象(wick action)逐漸讓孔隙充滿水分。

當連通孔隙呈現水飽和狀態後，外界氯離子會利用與孔隙水中氯離子濃度上的

差異進行傳輸，此即擴散現象¹。另一方面，由於水泥中氫氧化合物的因素，使

得孔隙內部的水分呈現高鹼性狀態（pH>11），當鋼筋存在鹼性環境時，可以確 保其表面鈍態保護膜的存在，由於氯對鐵及不銹鋼有很大的親和力，易使鐵金 屬離子化，進而造成孔蝕（pitting corrosion），並促使部分鋼材因電位不同產生 伽凡尼電偶（Galvanic couple），造成鋼材電動勢（electromotive force）提昇，

因而腐蝕產生紅棕色鐵銹。但由於鹼性環境，鈍態保護膜受氯離子破壞後會迅 速再度形成的現象。但若受到大氣中二氧化碳的侵入，會使得孔隙水因為碳酸 的形成導致 pH 值的降低。當氯離子濃度與氫氧根濃度（[Cl-]/[OH-]）大於一定

值時，便有極高的腐蝕機率²。當鋼筋開始腐蝕，便會導致體積積膨脹，致使混

凝土受到應力，造成龜裂，進而保護層剝落，鋼筋斷面縮小危害結構物安全。

過去氯離子的危害大多發生於海域環境結構物上，因海域環境大氣中的氯鹽 量極高，根據最近的研究，台灣北部距海 1200 公尺內空氣中仍具有一定的氯鹽

1 Meira, G. R., Andrade, C., Alonso, C., Borba Jr., G. R., Padilha Jr., M., ―Durability of concrete

structures in marine atmosphere zones – The use of chloride deposition rate on the wet candle as an

environmental indicator ‖, Cement and Concrete Composites, Vol 32, 2010, pp. 427-435.

2 Bulu Pradhan, B. Bhattacharjee, ―Rebar corrosion in chloride environment―, Construction and

Building Materials, Vol 25, 2011, pp. 2565-2575.

量，某些地區甚至達到 2000 公尺範圍³。而實際工程上，如澎湖舊跨海大橋於在 民國 59 年完工後，僅通車 20 年及面臨拆除建的命運。但近年來氯離子危害卻常 發生於非座落於海域環境的建築物上，即所謂的「海砂屋」。主要係 70 年代我國 經濟起飛，建築業蓬勃發展，導致砂石嚴重匱乏，某些不肖業者盜採海砂供工程 使用所引起。加上過去工程對混凝土與其組成材料品管工作不確實，法令及相關 詴驗標準訂定不足，如我國 CNS 3090 於民國 83 年才訂定新拌混凝土氯離子含 量標準⁴，民國 84 年才有相關詴驗方法⁵，導致近年來海砂屋案件層出不窮。

另一方面，硬固混凝土常因現場施工因素、品管記錄無數位化儲存、與混 凝土預拌廠無提供等因素，所以無法獲得真正配比資訊。因此在混凝土含量計 算上並未如同新拌混凝土係以拌合水為計算基準，以消除骨材用量不同或其他 配比變數的影響，目前實務上計算方式因無法獲知混凝土配比資訊，大多將混 凝土詴樣氯離子比例求出後，直接乘上假設的混凝土單位重 2323 kg/m³（亦有 以鋼筋混凝土假設自重 2400 kg/m³計算）。並在報告上加註 CNS 3090 部份條文

「未受外來氯離子污染之硬固混凝土，因水泥之水和作用及物理吸附，其水溶

法氯離子含量會隨時間增加較新拌時略為降低」³。但對氯離子污染的硬固混凝

土或樣本是否排除骨材體積計算均未提及，所以採同一標準值，可能會造成爭 議，宜釐清兩者之間的關聯性。

第二節 研究範圍與限定

本計畫除拌製混凝土材料探討氯離子含量檢測方法外，亦為排除粗骨材變數 的影響，將水泥砂漿作為詴驗對象，因此文中所提及之水泥質材料包含混凝土、

3詹穎雯、陳振川、吳建國、楊仲家、許鎧麟、卓世偉、陳育聖、張永昌, ―台灣苗栗以北地區大

氣中氯鹽與橋樑腐蝕劣化環境之研究‖ , 交通部公路總局委託研究案報告, 2010.

4 CNS 3090, ―預拌混凝土‖,中國國家標準, 1994.

5 CNS 13465, ―新拌混凝土中水溶法氯離子含量詴驗法‖, 1995.

第一章緒論 水泥砂漿、與水泥漿體 3 種材料。而新拌氯離子含量係指水泥質材料未硬固時浮 水液體所含的氯離子。硬固氯離子含量為水泥質材料硬固後內部所含的氯離子。

第三節 研究目的

本計畫藉由詴驗，建立新拌與硬固混凝土氯離子含量關聯性，並由此建立硬 固混凝土氯離子含量標準與詴驗方法。相關研究目的除 1 至 3 項為建研所要求之 目的外，亦增加 4 至 6 項，說明如下。

1. 各國混凝土氯離子含量標準與檢測方法蒐集與整理。

2. 量測新拌與硬固水泥質材料中氯離子含量，並探討其關聯性。

上述水泥質材料含:

(a) 不同水灰比與之水泥漿中添加不同氯離子含量。

(b) 不同細骨材之水泥砂漿中添加不同氯離子含量。

(c) 不同粗骨材之混凝土中添加不同氯離子含量。

3. 硬固水泥質材料中氯離子含量之量測採酸溶法與水溶法兩種。

4. 新拌與硬固混凝土氯離子含量關聯性建立。

5.現場混凝土樣本取得方式差異分析。

圖 1-1 研究流程圖

（資料來源：本研究自行整理）

本土性硬固混凝土氯離子 含量標準與檢測方法之研究

文獻與各國規範搜集整理

實驗變數設計

詴體製作、新拌混凝土氯離子 含量分析、與詴體養護

詴驗分析 氯離子含量

水膠比 細粒料體積量 粗粒料體積量

硬固混凝土氯離子 含量分析（酸溶法）

水泥漿體 水泥砂漿 混凝土

新拌與硬固混凝土 氯離子含量關聯性建立

詴驗結果統計管制分析

混凝土樣本取得方式差異分析

硬固混凝土氯離子規範建立

結論與建議

完成計畫成果報告

硬固混凝土氯離子 含量分析

硬固混凝土氯離子 含量分析（水溶法）

第一章緒論

第四節 本研究計畫之重要性

一般建築物所設的服務年限大多在 50 年左右，若妥善設計、施工、與維護，

鋼筋混凝土建築物國外也有許多高達百年壽命的案例。但一般工程人員在設計建 築物時對於其力學性質，如各種載重或地震力的影響均會審慎考量；但對耐久性 如氯離子所造成的影響均往往會忽略，大多僅以改用較設計強度略高的混凝土或 增加其保護層厚度作為因應對策，所以在砂石短缺與過去法規不健全下，便有不 肖商人使用海砂作為細骨材，進而引起現在海砂屋糾紛層出不窮，最近一件如去 年 11 月三重地區就有 150 戶 20 年房屋疑似海砂屋情形⁶，因此國內民眾購買房 地產時，大多會向房仲業者要求無海砂屋證明。然而我國截至今日仍未有硬固混 凝土氯離子含量標準，相關檢測判斷依據仍採用新拌混凝土氯離子含量標準進行。

然而兩者於詴驗方法上差異頗大，是否可以適用，有待釐清。為避免未來可能的 爭議性，進行本計畫有其重要性。另一方面，對工程設計人員而言，硬固混凝土 氯離子含量標準訂定可對保護層厚度設計與服務年限預估具有極重大之意義。

第五節 國內外有關本計畫之研究情況

自從民國 83 年 CNS 3090「預拌混凝土」標準訂定後，國內建管單位與公共 工程主管機關均會嚴格要求預拌混凝土製造廠商於施工時提出骨材、拌合水、與 新拌混凝土氯離子含量檢測報告，否則無法進行驗收與發放使用執照。因此近 20 年來，國內外並無相關混凝土氯離子含量標準與詴驗法相關研究，原因在於 利用材料生產端來進行管控。所以國內外有關氯離子方面的研究，大多著重於混 凝土抵抗外在大氣環境中氯離子入侵的能力，如以成為標準的貯鹽詴驗（Ponding test, ASTM C1543）與快速氯離子穿透詴驗（RCPT, ASTM C1202）進行不同混凝

6 民 視 新 聞 報 導 ,‖ 台 北 縣 三 重 市 海 砂 屋 ， 150 戶 搏 命 住 危 樓 ‖, 雅 虎 資 訊 , http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/101021/11/2fdrl.htmL, 2010.

土配比氯離子傳輸行為的評估。國外亦有 Hooton⁷、Wee⁸、 Andrade⁹、與 Detwiler¹⁰ 等進行相關研究。國內本研究團隊也有相當豐碩之研究成果¹¹-¹²-¹³。另一方面的 相關研究則考量混凝土受到大氣環境中 CO₂或空氣汙染中 NO_X與 SO_X氣體成分 的侵入影響，產生了中性化現象，導致混凝土內部 pH 降低，只要少許的氯離子 濃度便會造成鋼筋腐蝕。這方面國內外的研究相當多，2009 年 Angst 等人針對 53 篇文獻進行相關整理¹⁴。對實驗法探討方面，則有 Climent 等人探討酸溶法滴

7 McGrath, P., and Hooton, R. D., ―Re-Evaluton of the AASHTO T259 90-Day Salt Ponding Test,‖

Cement and Concrete Research, 1999, Vol. 29, pp.1239-1248.

8 Andrade, C., ―Calculation of chloride diffusion coefficients in concrete from ionic migration

measurements‖, Cement and Concrete Research, 1993, Vol.23, pp. 724-742.

9 Wee, T. H., Suryavanshi, A. K., and Tin, S. S, ―Evaluation of rapid chloride permeability test (RCPT)

results for concrete containing mineral admixture‖, ACI Materials Journal, Vol. 97, No. 2,

2000,pp.221-232.

10 R. J. Detwiler, O. K. Kjellsen, and O. E. Gjψrv, ― Resistance to Chloriede Intrusion of Concrete

Cured at Different Temperatures‖, ACI Materials Journal, Vol.88, 1991, pp.19-24.

11 Yang, C.C., and Cho, S.W., ― The relationship between chloride migration rate for concrete and

electrical current in steady state using the accelerated chloride migration test,‖ Materials and

Structures, Vol.37, 2004, pp.456–463

12 Yang, C.C., and Cho, S.W., ―Approximate migration coefficient of percolated interfacial transition

zone by using the accelerated chloride migration test,‖ Cement and Concrete Research, Vol.35, 2005,

pp. 344–350

13Yang, C.C., Cho, S.W., ―Approximate migration coefficient of percolated interfacial transition zone

by using the accelerated chloride migration test‖, Cement and Concrete Research, Vol.35, 2005,

pp344–350

14 Ueli Angst, Bernhard Elsener, Claus K. Larsen, Øystein Vennesland, ―Critical chloride content in

第一章緒論 定濾液取得過程與滴定法進行中可能產生的人為誤差 ¹⁵。Muralidharan 等人 ¹⁶探 討不同濾液萃取方式對氯離子含量量測結果的影響。所以對硬固混凝土氯離子含 量標準與詴驗法的探討與研究，國內外有關本計畫的相關研究較為鮮少。

第六節 報告內容說明

本計畫目前所完成工作為研究背景與目的、文獻蒐集、詴驗設計、所有詴體 拌合養護、混凝土壓力強度量測、新拌與硬固混凝土氯離子含量量測。計畫執行 進度良好，計畫執行進度良好，已順利完成期初報告所設定之工作內容。表 1-1 將已執行工作內容與期末報告進行對照，此次期末報告之主要內容係於第一章介 紹本計畫之研究背景與目的。第二章針對氯離子對鋼筋混凝土影響進行文獻探討。

第三章蒐集並整理各國氯離子含量標準與檢測方法。第四章針對詴驗變數設計、

組成材料性質、配比設計、與實驗方法介紹。第五章針對已進行的混凝土抗壓強 度詴驗結果、新拌、與硬固氯離子含量詴驗結果進行討論。第六章針對詴驗成果

組成材料性質、配比設計、與實驗方法介紹。第五章針對已進行的混凝土抗壓強 度詴驗結果、新拌、與硬固氯離子含量詴驗結果進行討論。第六章針對詴驗成果

在文檔中 本土性硬固混凝土氯離子含量標準與檢測方法之研究 (頁 21-29)