第三章 國內外耐久性相關規範概述
3.1 美國規範
本小節就美國規範中對建材的規範與檢測較具代表性的美國混凝 土協會（American Concrete Institute, ACI）所制訂之 ACI 規範和美國材料試 驗協會（American Society for Testing and Materials, ASTM）所制訂之 ASTM 規 範中，有關耐久性的規範與試驗標準作一概述。ACI 主要是針對混凝土 結構物之規定與建議，ASTM 則是針對材料的試驗標準及規範。
3.1.1 ACI
在耐久性相關的規範中，ACI 分別由各委員會針對不同混凝土結 構，對混凝土提出耐久性建議與規定，本節就較重要的 ACI 201 所提出 關於混凝土材料之耐久性的導則，與常用的ACI 318 混凝土建築結構之 耐久性需求，以下列分別說明之。
3.1.1.1 ACI 201.2R-92﹝61﹞
ACI201.2R-92 是混凝土耐久性的導則，並在此對混凝土耐久性提出 定義：為抵抗氣候、化學侵蝕、磨耗或任何導致材料惡化的能力。此導 則中探討導致混凝土惡化的主要因素。其中章節包含凍融、化學暴露、
磨耗、金屬腐蝕及骨材的化學腐蝕、混凝土修復、及增進混凝土耐久性 的方法。關於混凝土防火、及裂縫並不包含在此，分別在 ACI 216 及 ACI 224 中討論。在此，將針對台灣影響混凝土耐久性主要因素分為凍融、
化學暴露、鋼筋腐蝕、鹼骨材反應概述如下。
一.凍融（Freezing and Thawing）
台灣高山地區有凍融問題，其他地區一般結構物可不必考慮之。混 凝土溫度降至零度以下時，由於侵入內部的水分結冰膨脹會導致混凝土 受張力而龜裂，影響耐久性。而使用除冰劑如解冰鹽會使混凝土表面產 生風化，且除冰鹽中所含之氯離子侵入混凝土中，會導致鋼筋腐蝕。在 提出欲減少凍融傷害的方法如下：
1. 適當的設計使混凝土減少接觸水分
23 2. 低水灰比
3. 適當輸氣
4. 採用有品質材料 5. 適當養護
6. 施工上特別注意
所以，ACI 201 委員會特別在在水灰比、輸氣量和所採用的材料上三 方面加以明確建議如何有效減低或防止凍融對混凝土耐久性造成影響。
（一）水灰比（Water-Cement Ratio）
水灰比是決定水泥漿體滲透性的主要因子，當混凝土的拌和水量超 過水泥水化的需要水量時，多餘的用水會在混凝土內形成毛細孔隙，而 增加混凝土的滲透性。高滲透性的混凝土易讓水分、氯離子、氧氣和二 氧化碳等有害物質侵入，嚴重影響水泥混凝土的耐久性。
ACI 201.2R-92 為有效減低或防止凍融對混凝土耐久性造成影響，從 混凝土水灰比的控制建議中，分別對常重混凝土與輕質混凝土說明之。
以常重混凝土澆鑄之較薄結構，如橋版、欄杆等，其水灰比小於 0.45±1.5％，其他結構則水灰比小於 0.5±1.5％。
因為輕質混凝土採用之輕質骨材，其吸水率變化較大，不易正確估 算其水灰比，故要求輕質混凝土之混凝土 28 天抗壓強度至少 4000psi。
（二）輸氣量（Entrained Air）
1.輸氣量要求
太小的輸氣量不足以保護混凝土抵抗凍融，而太大的輸氣量則降低 混凝土的強度。故在輸氣量的要求上，依粗粒料之最大標稱粒徑，及暴 露情況而有不同要求，如表 3-1 所示。
24 ASTM C173 容積法（volumetric method）或 ASTM C231 壓力法（pressure method）量測含氣量，或可使用 ASTM C138 單位重法（unit weight test）來 檢查上兩種方法所得之結果。對輕質混凝土量測含氣量可使用 ASTM C173 容積法（volumetric method）。另外，ASTM C672 提供混凝土抵抗除 冰劑的方法。
（三）材料（Materials）
高滲透性的混凝土易讓水分、氯離子、氧氣和二氧化碳等有害物質 侵入，嚴重影響水泥混凝土的耐久性。除了水灰比為控制混凝土滲透性 參數外，使用摻料、適當的養治和緻密的級配，亦是影響混凝土滲透性 的重要因素。
在材料選用上 ASTM 提供下列試驗方法及標準，以免混凝土受到反
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覆凍融而影響其耐久性。整理後依膠結性材料、骨材和摻料三類列述如 下：
1.膠結性材料（cementitious materials）
A.水泥符合 ASTM C150 及 ASTM C595 標準 B.飛灰和波索蘭材料符合 ASTM C618 標準 C.粒料爐渣符合 ASTM C989 標準
2.骨材（aggregates）
A.天然骨材符合 ASTM C33 標準 B.輕質骨材符合 ASTM C330 標準 3.摻料（admixtures）
A.輸氣摻料需符合 ASTM C260 標準 B.化學摻料需符合 ASTM C494 標準
C.其他混凝土摻料需符合 ASTM C1017 標準 二.化學暴露（Aggressive Chemical Exposure）
當混凝土暴露的環境含有如硫酸鹽、碳酸鹽等物質，會與混凝土中 的成分產生化學作用，對混凝土耐久性造成負面的影響。ACI 201 將混凝 土暴露的環境中大部分所含之化學成分，分別依含硫酸鹽、海水、酸性 物質和碳酸鹽之相關建議概述如下。
（一）硫酸鹽侵害(Sulfate Attack)
混凝土受硫酸鹽侵害，水泥中尚未水化的鋁酸三鈣，會與鈣釩石中 的硫酸根生成含硫量較低的單硫型鋁酸鈣。但是單硫型鋁酸鈣對外來的 硫酸根離子極不穩定，會再度轉變成鈣釩石。當鋁酸三鈣水化生成鈣釩 石，體積膨脹，已經硬化混凝土會因此產生膨脹、剝落、破裂和強度降 低等硫酸鹽侵蝕現象。因此ACI 201 對不同環境的硫酸鹽濃度。皆規範 適當的水泥種類，藉以減少水泥中鋁酸三鈣含量，減低混凝土膨脹的因 子，亦對混凝土限制水灰比，以降低滲透性，防止硫酸鹽侵害。
ACI 201 依含有硫酸鹽的環境分成四級，依不同環境，所建議採用 之水泥種類與水灰比限制詳細需求如下表 3-2。
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表 3-2 ACI 中對暴露於硫酸鹽之常重混凝土相關建議
暴露程度
土中可溶於 水的硫酸鹽
（SO4）含量
（％）
水中 硫酸鹽（SO4）
含量
（％）
水泥種類 最大
水灰比
輕度 0.00-0. 0.10 0-150 ---- ----
中度 0.10-0.20 150-1500
TYPE Ⅱ
ⅠP（MS）
ⅠP（MS）
0.50
嚴重 0.20-2.00 1500-10000 TYPE Ⅴ 0.45
極嚴重 ＞2.00 ＞10000 TYPE Ⅴ
添加波索蘭材料或爐渣 0.45
*MS：中度抗硫
IS：Type Ⅰ， 25-70% GGBS IP：Type Ⅰ，15-40% pozzolan
（二）海水影響（Seawater Exposure）
海水對混凝土結構的影響主要是包含硫酸鹽對水泥體之侵害與海 水所含之氯離子對鋼筋的腐蝕。低滲透性混凝土不僅可延緩硫酸鹽的侵 蝕，而且可採用 ACI 357.1R 所建議暴露海水情況中的最小鋼筋保護層來 保護鋼筋受到腐蝕。另外，ACI 357.1R 亦建議鋼筋混凝土 28 天抗壓強度 需達 5000psi。
海中構件斷面大，視同巨積混凝土，需考慮溫度梯度的問題，這些 情況，可依循 ACI207.1R，207.2R，和 224R。
（三）酸侵害(Acid Attack)
一般而言，波特蘭水泥(Portland cement)可以忍受輕微的弱酸侵害，
但並沒有很好的抵抗能力。低水灰比的混凝土較能提供一個可接受的抗
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弱酸程度，另外，添加波索蘭材料(Pozzolanic material)和矽灰也可增加混 凝土抵抗酸害的能力。但不管任何情況，暴露於酸害的時間應該盡量減 短，並且避免浸泡其中。
至於，氣硬性水泥混凝土(non-hydraulic cement concrete)，不管組成為 何，在採用 ACI 515.1R 建議的的阻隔措施與養護都能經的起 PH3 以下的 強酸。
（四）碳酸鹽侵害 (Carbonation )
混凝土在含有酸性氣體（CO2、SO2、HCl）中會對耐久性產生負面 的影響。以空氣中含 CO2為例，因混凝土中的氫氧化鈣(Ca（OH）2)遇水 後，會解離為鈣離子(Ca2+)和氫氧離子(OH-)，所以混凝土的酸鹼值一般為 12∼14。在此酸鹼值下，鋼筋表面會形成一層鈍化膜。當鈍化膜形成後，
鋼筋及受到此鈍化膜保護不再腐蝕。然而混凝土中的氫氧化鈣會與空氣 中的二氧化碳（CO2）反應產生中性的 CaCO3（PH 值為 7）。使得混凝 土的酸鹼值降至為 7。此一反應稱為中性化反應。當表面混凝土產生中 性化反應後，二氧化碳接著由混凝土中的孔隙滲入混凝土中，逐漸將較 深的混凝土轉變為中性。假設混凝土中性化反應進行到鋼筋表面，鋼筋 表面的酸鹼值降至 7，鋼筋表面的鈍化膜即變成不穩定，鋼筋即因混凝 土中性化而容易腐蝕。
這種現象是一種緩慢的過程。主要決定於環境的相對濕度、溫度、
混凝土的滲透性、和 CO2濃度。相對濕度低於25％，碳酸鹽化並不明顯，
若在 75％以上，混凝土中的孔隙水則限制了 CO2的滲透。一般而言，碳 酸化最高速率發生在相對濕度 25％至 75％中間。
三. 鋼筋腐蝕 (Corrosion of Steels )
此處是針對混凝土所包覆的鋼筋發生腐蝕而影響結構之耐久性的 情況來討論。為免鋼筋腐蝕，一般採取措施為規範保護層厚度及限制氯 離子含量。
（一）保護層
混凝土保護層主要作為物理性與化學性侵害的屏障，阻止具有迫害 性的物質侵入。物理性侵害包括磨蝕、沖蝕、孔蝕及開裂。化學性侵害
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包括有害因子與硬化水泥成分發生交換反應、硬固水泥成分產生水解或 滲出及膨脹性化合物生成反應。在保護層的決定上，需依環境不同與鋼 筋直徑而有不同厚度。
在中度至嚴重的硫酸鹽腐蝕環境下，可接受的保護層厚度最小為 38mm，而一般均取 50mm 為最小厚度。若混凝土暴露於海水中或接觸氯 離子含量過高，水灰比最好低於 0.4，如果此值無法達到，則最大水灰 比可使用 0.45，但必須加厚保護層。最小保護層為 75mm。上述水灰比 對於嚴重的海洋暴露環境，適用於任一種波特蘭水泥之混凝土。
（二）氯離子含量
混凝土中鋼筋表面的氯離子超過一定量時，鋼筋表面的保護膜開始 破壞，接著鋼筋開始腐蝕膨脹造成混凝土龜裂。不僅降低混凝土內鋼筋 的材料性能，含有有害因子的物質也會藉由裂縫侵入，對混凝土耐久性 造成負面的影響。
在 ACI 222R-96﹝