腐蝕速率試驗 壹、試驗材料

本試驗所使用之材料包括竹節鋼筋、氯化鈉及氯化鉀，各組成材料之來源及基本 性質如下：

(1) 竹節鋼筋-本實驗所使用之鋼筋為東和鋼鐵所提供之竹節鋼筋，主要化學成分與機 械性質如表5-1 及表 5-2 所示。

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件 (D10-D16) 標稱直徑之4 倍

(D19-D25) 標稱直徑之6 倍

(D29 以上)

(2) 氯化鈉（NaCl）-本試驗使用之氯化鈉為臺鹽實業股份有限公司所生產的高級精鹽，

氯化鈉含量99.5 ％以上，碘酸鉀 20~35 ppm，用於鋼筋混凝土電化學腐蝕量測之 電解液。

(3) 氯化鉀（KCl）-本試驗所使用Nacalai Tesque公司所生產試藥級的氯化鉀，用於飽 和甘汞電極之電解液及保存液。

貳、試驗設備

(1) 恆電位恆電流儀

本試驗所使用之恆電位恆電流儀為AMETEK 所生產之 VersaSTAT 4，可用於量測 腐蝕電流與極化阻抗，儀器裝置如圖5-1 所示。本試驗主要利用其來量測開路電位（open circuit）及使用直流極化法（DC linear polarization）與交流阻抗法（AC impedance spectroscopy）推算腐蝕速率。該儀器可量測最小時間為 10 μs、提供恆電位範圍為±10 V，解析度為 300 nV，所提供恆電流的範圍最大為±1 A，解析度為±100 μA，最小±200 nA，解析度可達 6 pA。

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

圖5-1 VersaSTAT 4 恆電位恆電流儀

(2) 白金鈦網

本試驗中所使用之白金鈦網是由廣依電化學設備有限公司所生產的，如圖 5-2 所 示，其相關之規格資料如圖 5-3 及表 5-3 所示。美國聯邦公路管理局（AASHTO）曾 建議鈦網之電流密度應限制在110 mA/m2 (10 mA/ft2)的範圍內。白金鈦電極在電化學 工業中最早被廣泛使用，具優良的耐蝕性、導電性及電催化活性，是電化學工業最具 代表性的不溶性陽極材料。

圖 5-2 白金鈦網 圖 5-3 白金鈦網之規格示意圖

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-4

表5-3 白金鈦網規格

網目 (mm) 線徑 (mm) 白金鍍層厚度 (μm) LWD SWD W T

12 6.5 1.0×1.0 2

參、試驗方法

本試驗探討單根鋼筋於加速環境下之腐蝕速率變化，其試驗內容是將鋼筋浸泡於 3.5 %的氯化鈉水溶液中，藉由腐蝕量測技術(開路電位法、直流極化法及交流阻抗法) 來評估鋼筋於不同浸泡時間下的腐蝕電位與速率。

試驗過程中取 7 根同類型、同長度的鋼筋，分別浸泡 3、5、7、14、21、28、35 天後再來量測鋼筋的腐蝕電位與腐蝕速率，試驗變數如表5-4 所示。

表5-4 試驗變數表

鋼筋種類 #5 竹節鋼筋

鋼筋總長度 (cm) 30

鋼筋浸泡深度 (cm) 15

浸泡水溶液 3.5%的氯化鈉水溶液 7 組不同浸泡時間(天) 3、5、7、14、21、28、35

本試驗將竹節鋼筋裁切成30 cm，其中一半長度置於濃度 3.5%的氯化鈉水溶液中，

另一段則以夾具固定，每一組以24 小時量測一次至各組浸泡時間結束，試驗流程圖及 試驗照片如圖5-4 所示。

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

圖5-4 鋼筋腐蝕測試製作流程圖

圖5-5 鋼筋裁切準備

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-6

圖5-6 鋼筋固定於水溶液中

圖5-7 量測腐蝕速率

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

本試驗主要以 VersaSTAT4 恆電位恆電流儀進行腐蝕量測，以開路電位及直流極 化法來量測鋼筋的腐蝕潛勢及腐蝕速率。

試驗以鋼筋為工作電極（working electrode）、甘汞電極（SCE - saturated calomel electrode）為參考電極（reference electrode）、白金鈦網為輔助電極（counter electrode），

電解液為濃度3.5 %的氯化鈉水溶液，試驗裝置如圖5-8所示(何家維2011)。

圖5-8 電化學腐蝕量測裝置示意圖(何家維2011)

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-8

(1) 開路電位（open circuit potential）

恆電位恆電流儀的開路電位量測設定如表5-5 所示，每個測點量測的時間為 1 秒，

間隔時間為每10 秒，共 10 個測點。

表5-5 VerasSTAT4 腐蝕量測開路電位參數設定 Scan Properties Value

Time Per Point (s) 1 Duration (s) 10 Total points 10 (2) 直流極化法（DC linear polarization）

恆電位恆電流儀的直流極化法設定如表5-6 及 5-7 所示。起始電壓為 0.01 V，結 束電壓為-0.01 V。為了使試體穩定平衡，點與點的間隔為 30 秒，間隔一點增加 1 mV，

因此掃描量測速率為0.0333 mV/s，測點數目取決於電位增加速率，因此共有 21 個點。

表5-6 VerasSTAT4 腐蝕量測直流極化法參數設定 1 Endpoint Properties Value Versus Initial Potential (V) 0.01 Vs OC Final Potential (V) 0.01 Vs OC

表5-7 VerasSTAT4 腐蝕量測直流極化法參數設定 2 Scan Properties Value

Step Height (mV) 1 Step Time (s) 30 Scan Rate (mV/s) 0.0333 Total points 21

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

肆、試驗結果

(1) 開路電位量測腐蝕潛勢

本試驗探討鋼筋浸泡於氯化鈉水溶液中不同時間下的腐蝕潛勢，每一組以24 小時 量測直到每組齡期結束，結果如表5-8 及圖 5-9 所示。

鋼筋隨著浸泡時間的增加，腐蝕電位由 -595 mV 左右下降到 -620 mV 附近。根 據ASTM C876-91(ASTM 1999) (表 5-9)，利用飽和乾汞電極量測時，腐蝕電位低於 -426 mV（SCE）時的腐蝕機率為嚴重腐蝕，說明了試驗鋼筋腐蝕的機率相當高。

由於開路電位只能推估發生腐蝕之潛勢，無法反應鋼筋腐蝕的程度，實際腐蝕狀 況可以由後續的直流極化法來量測極化阻抗，進而計算腐蝕速率來評估。

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-10

表5-8 各組鋼筋浸泡在不同時間下之腐蝕電位值（mV）

浸泡時間 總浸泡時間(天)

3 天 5 天 7 天 14 天 21 天 28 天 35 天 第1 天 -600.511 -604.919 -608.639 -598.180 -591.586 -609.252 -648.759 第2 天 -585.544 -596.278 -585.053 -597.965 -600.235 -620.999 -614.129 第3 天 -604.283 -600.940 -607.565 -606.706 -615.478 -618.331 -618.668 第4 天 -611.246 -605.664 -602.259 -603.885 -614.865 -611.706 第5 天 -600.940 -608.976 -606.338 -606.400 -615.325 -612.719 第6 天 -601.769 -594.070 -613.147 -621.980 -618.208 第7 天 -610.387 -606.553 -621.827 -618.637 -606.645 第8 天 -609.774 -621.336 -624.398 -618.423 第9 天 -614.896 -619.435 -610.694 -607.197

第10 天 -606.032

第11 天 -615.816 -612.503 -616.920 -612.565 第12 天 -617.533 -608.645 -614.619 -609.620 第13 天 -626.489 -613.331 -611.491 -609.068 第14 天 -605.940 -611.460 -614.527 -612.810 第15 天 -612.994 -611.338 -613.393

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

圖5-9 各組鋼筋在不同浸泡時間下之腐蝕電位變化

表5-9 開路電位對腐蝕機率之判定(ASTM 1999) 飽和乾汞電極(mV，SCE) 腐蝕機率

＞-126 小於10％

-126 ~ -276 之間 10~90％之間

＜-276 大於90％

＜-426 嚴重腐蝕

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-12

(2) 直流極化法量測腐蝕速率

本試驗利用直流極化法量測鋼筋之極化阻抗值，並利用公式推算出腐蝕速率 (mm/yr)。如同前述，每一組以 24 小時試驗，觀察各組在不同浸泡時間下所測得 的腐蝕速率，結果如圖5-10 及表 5-10 所示。

由各組的結果可看出腐蝕速率並非穩定，尤其在某些量測時刻腐蝕的速率突 增，可能源於孔蝕的發生為隨機。一般而言，浸泡前七天的腐蝕速率約在10 mm/yr 左右，之後時間腐蝕速率有緩慢增加的趨勢。

圖5-10 鋼筋在不同浸泡時間下以直流極化法所量測之腐蝕速率變化

第五章 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量

含腐蝕橫向鋼筋的梁構件

5-14

第二節 以腐蝕速率變化推估鋼筋腐蝕量