第二章 文獻回顧
第二節 腐蝕機理
混凝土內埋鋼筋主要因兩種機制而達到保護鋼筋避免腐蝕，包括物理性與化學性 [3-4]。就物理性機制而言，混凝土阻擋外界有害離子的進入。就化學性機制而言，混 凝土中的孔隙水溶液呈高鹼性環境(pH =12-14)，有助於鋼筋表面形成鈍態膜，保護鋼 筋不受有害因子的侵入，進而提供結構物的耐久性，避免鋼筋進一步腐蝕。如同多數 金屬，鐵會以氧化後之穩定形態存在於自然界之中，為了要達到穩定的平衡狀態，此 時會釋放出電子並與其它元素形成能量較低且穩定的化合物，如此才能存在於自然界 之中，所以腐蝕是金屬與周圍環境產生電化學反應而造成破壞的一種情況。此外，腐 蝕作用是否會進行，還需要下列五大條件，陽極、陰極、導電通路、電流及電解溶液 等，缺一不可：
(1) 陽極
電化學反應中，電極板上進行著電荷轉移的現象，其中陽極是氧化反應的地 方，金屬放出電子而形成離子的狀態，其化學反應式為：
2 (
FeFe 液體)+2e (2-1)
-(2) 陰極
陰極則是發生水的還原反應，在基性溶液中水吸收游離電子而形成氫氧根離
2 2
1 2 2
H O2O e OH (2-2)
陽極、陰極反應中所生成的鐵離子和氫氧根離子(OH-)可結合成氫氧化亞鐵(沉澱 作用)：
2
2( ) ( )2
Fe OH Fe OH (2-3)
此時氫氧化亞鐵可與水中的氧作用生成氫氧化鐵 (氧化作用)：
2 2 2 3
4Fe OH( ) 2H O O 4Fe OH( ) (2-4)
3 2
( ) ( )
Fe OH FeO OH H O (2-5)
上式中的產物FeO OH 即為紅鏽，若於鹼性溶液中，則可形成另一種氧化物： ( )
3 4 2
3Fe8OH Fe O 8e4H O (2-6)
上式中的產物Fe O3 4即為黑鏽。
3.導電通路：
電化學反應中的氧化或還原反應均需要有電子轉移，所以必須有良好的導電 通路腐蝕反應才能順利的發生。在導電性不佳的通路中，其腐蝕反應將隨之減緩
5.電解溶液：
電化學腐蝕又稱為濕腐蝕，必須要在潮濕的環境下或是水氣足夠的環境下氧 化還原才會順利進行。在潮濕的環境下，離子的移動速率遠比金屬氧化擴散作用 來的快，故腐蝕的速率將會變快，在無濕氣的環境下，則離子將會停止移動。
上述五種條件構成一個系統，可定義為電化學電池，又稱為「半電池」，陽極 與陰極兩者間藉著導電通路及電解溶液連接成電流迴路。兩種金屬中較活潑的一 個作為陽極，腐蝕的速度加快，而較不活潑的金屬作為陰極，腐蝕的速度減緩。
兩種金屬可以通過導線連接在一起，也可以直接相互接觸。如果僅僅將這兩種金 屬浸泡在電解液中，但是並不將它們連接起來，這兩種金屬的腐蝕速度並不會加 快。鋼筋本身為一導電良好的材料，所以成為此電化學腐蝕系統中的導電通路，
加上混凝土孔隙溶液中所提供的游離離子，即形成相當於電化學腐蝕系統中的電 解溶液，進而造成電極間腐蝕電流，導致鋼筋腐蝕生鏽，如圖 2 - 1 與圖 2 - 2 所 示。