第三章 小尺寸試體試驗
第二節 腐蝕鋼筋柱構件試體製作
壹、腐蝕鋼筋柱構件試體製作過程
本研究主要探討鋼筋腐蝕量量測的影響因子，故在組鋼筋籠之前，必須先量測各 個主筋腐蝕前的原始重量，作為腐蝕後量測鋼筋重量損失之依據。為了將來通電需要，
於纏綁電線前先使用砂輪機將鋼筋刻出一凹槽用來固定纏綁處之用，而該電線纏綁處 為縱向鋼筋頂部之裸露處。
腐蝕試驗進行前必須先量測柱之縱向鋼筋及橫向鋼筋之原始重量，接著組立鋼筋 籠及模板並確認與設計圖尺寸相符，於確認混凝土流度試驗值後方才進行灌漿。灌漿 時使用振動棒搗實以減少蜂窩的情形發生，拆模前以澆水養護，拆模後將試體浸置於 水槽養護共養護 28 天，相關製作過程如圖 4 - 3 所示。
(a)
(b) (c)
(d) (e)
貳、加速腐蝕試驗
本研究加速鋼筋腐蝕的方式係採用外加電流將鋼筋電解強迫腐蝕，柱構件腐蝕區 域涵蓋整體，設置如圖 4 - 4 所示。接著將柱構件表面繪製網格並標示鋼筋位置後，直 立放置水槽中，並添加 3.5 % NaCl 溶液。在試體每一面放置銅板，再以一直流電源供 應器負極接於放置水中之銅板，正極依序分別接於頂部每一支裸露之縱向鋼筋處纏綁 之銅線，故電源供應器皆單獨接到一支縱向鋼筋上通電腐蝕，電流施加大小則為 0.55 A 並持續通電約 7 天，實際設置情形如圖 4 - 5 所示。
(a) (b)
圖 4 - 4 足尺寸加速腐蝕試驗設置示意圖：(a)側視圖；(b)上視圖 (資料來源：本研究繪製)
圖 4 - 5 加速腐蝕試體實際通電設置
(資料來源：本研究拍攝)
第三節 試驗結果
壹、足尺寸І 柱腐蝕情形如前節所述(І 柱為箍筋間距 10 cm 之柱)，足尺寸試體與小尺寸試驗採用相同的 1 mA/cm2腐蝕電流密度，即以 0.55 安培之總電流通電，接著進行連續 7 天的監測。可 以發現，整體腐蝕速率至第四天開始就逐漸上升，期間也會有突然上升之現象。首先 就個別鋼筋探討，當圖形些微上升時，代表鋼筋隨著時間增加而增加腐蝕，突然升高 的結果表示該鋼筋可能逸出鏽水，形成通路之位置開始發生嚴重局部鏽蝕。當此位置 的鋼筋表面鏽了大部份之後，則鏽蝕情形便開始減緩。估計 C 號主筋的行為僅在形成 通路階段，所以當試驗後期時，內部的鏽水已產生，但還不足以形成通路。其它七根 主筋皆發生了局部鏽蝕情形，結果如表 4 - 3 至表 4 - 11 及圖 4 - 7 至圖 4 - 14 所示。另 外，本次試驗的量測計算值與真實重量損失兩者間的係數不超過 5，其結果的精準度 相當的高，與小尺寸混凝土試體的結果相符。
本研究將量測位置分為二類，包括有箍筋處及無箍筋處，由上而下依序標號，І 柱與Ⅲ柱之每根主筋皆量測十三個點位，而ІІ 柱量測點為九個，如圖 4 - 6 所示。奇數 點位標示於該柱左側鋼筋，偶數點位則在右側鋼筋表示，實際量測時如中間鋼筋之虛 線所示，包含了奇數及偶數的所有點位。
表 4 - 3 足尺寸 І 柱 A 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 5 足尺寸 І 柱 C 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 7 足尺寸 І 柱 E 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 9 足尺寸 І 柱 G 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
量測點位 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 第七天 G-1 1.063 0.643 1.177 0.940 4.030 7.791 2.020 G-2 0.876 0.848 1.930 2.752 18.317 5.197 7.243 G-3 2.113 1.080 2.660 2.830 23.258 19.721 7.922 G-4 1.239 1.367 4.768 8.670 2.560 28.597 5.827 G-5 1.608 0.963 5.736 5.488 13.561 6.711 14.020 G-6 1.526 1.835 5.866 39.072 10.337 7.942 6.088 G-7 2.981 2.007 20.349 2.027 88.092 17.412 9.758 G-8 1.580 1.396 6.146 14.199 21.197 16.189 8.920 G-9 1.834 2.493 5.735 6.054 4.428 16.988 6.634 G-10 3.091 2.230 5.546 13.394 12.044 14.799 17.983 G-11 2.248 1.084 2.450 6.692 16.697 15.625 5.830 G-12 1.738 1.636 3.070 7.480 5.873 20.407 14.404 G-13 1.701 1.541 4.238 8.128 9.318 7.490 8.359
(資料來源：本研究試驗結果整理)
表 4 - 10 足尺寸 І 柱 H 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
量測點位 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 第七天 H-1 0.670 0.591 0.856 0.934 6.151 5.640 5.567 H-2 1.024 0.780 1.487 1.645 9.309 11.114 12.315 H-3 1.421 1.175 2.277 2.487 20.884 8.262 12.010 H-4 1.204 1.260 2.286 5.881 10.551 9.508 8.893 H-5 1.217 0.896 2.906 7.610 2.631 18.738 5.770 H-6 1.297 1.113 1.254 6.155 25.659 19.766 10.074 H-7 1.182 1.340 5.540 11.188 15.793 27.114 3.465 H-8 1.377 1.344 6.731 13.412 35.634 23.365 29.881
表 4 - 11 足尺寸 І 柱計算腐蝕量與重量損失之關係
Ι柱 原始重(g) 除鏽後重(g) 實際腐蝕量(g) 計算腐蝕量(g) 係數
A B C=A-B D E=C/D
A 3271 3253 18 4.3835 4.106 B 3193 3181 12 4.4904 2.672 C 3197 3181 16 3.2879 4.866 D 3197 3177 20 7.6489 2.617 E 3177 3159 18 7.1619 2.513 F 3194 3181 13 4.3968 2.956 G 3178 3163 15 5.2491 2.857 H 3203 3185 18 5.5998 3.214
(資料來源：本研究試驗結果整理)
圖 4 - 7 І 柱 A 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 8 І 柱 B 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 9 І 柱 C 鋼筋的腐蝕速率變化 圖 4 - 10 І 柱 D 鋼筋的腐蝕速率變化
圖 4 - 11 І 柱 E 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 12 І 柱 F 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 13 І 柱 G 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 14 І 柱 H 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
貳、足尺寸ІІ 柱腐蝕情形
ІІ 柱的箍筋間距為 15 cm，結果如表 4 - 12 至表 4 - 20 及圖 4 - 15 至圖 4 - 22 所示。
可以發現整體腐蝕的速率一樣在第四天有明顯上升，也會有突然上升之現象。該數據
表 4 - 12 足尺寸 ІІ 柱 A 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 15 足尺寸 ІІ 柱 D 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 18 足尺寸 ІІ 柱 G 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
圖 4 - 15 ІІ 柱 A 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 16 ІІ 柱 B 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 17 ІІ 柱 C 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 18 ІІ 柱 D 鋼筋的腐蝕速率變化
(資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 21 ІІ 柱 G 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
圖 4 - 22 ІІ 柱 H 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果)
参、足尺寸ІІІ 柱腐蝕情形
ІІI 柱並無配置箍筋，其結果如表 4 - 21 至表 4 - 29 及圖 4 - 23 至圖 4 - 30 所示。可以發 現，整體腐蝕幅度比前述兩柱大，但趨勢與前試體類似，在第四天左右試體滲出鏽水。此 試體並無箍筋，所有的腐蝕電流皆由主筋承擔，故滲出鏽水的時間提前，除了 A 與 B 主筋 外都能明顯看出此結果。另外，此次試驗的量測計算值與重量損失兩者間的係數約在 9 以 內，雖然精準度較前述兩試體略低，但也說明該量測法在現地使用仍是可靠的。
表 4 - 21 足尺寸 ІІІ 柱 A 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
量測點位 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 第七天 A-1 0.626 0.701 0.820 0.686 33.094 16.885 17.962 A-2 0.686 0.796 0.997 0.809 24.264 35.141 25.329 A-3 0.849 1.736 1.146 0.995 10.565 18.107 17.335 A-4 0.909 1.026 1.151 0.953 6.712 60.500 17.037 A-5 0.895 0.702 0.712 0.562 9.102 7.975 12.718 A-6 0.927 0.705 0.708 0.754 6.276 16.321 20.005 A-7 0.756 0.522 1.158 0.428 5.034 19.192 10.295 A-8 0.616 0.443 0.453 0.604 3.859 20.694 16.081 A-9 0.664 0.342 0.246 0.524 4.302 9.596 10.129 A-10 0.838 0.442 0.402 0.848 0.978 7.230 10.586 A-11 1.662 1.096 1.623 2.159 1.795 8.060 14.209 A-12 2.382 3.597 3.242 3.638 3.356 13.327 19.078 A-13 1.619 1.943 2.599 4.028 1.789 38.316 15.058
(資料來源：本研究試驗結果整理)
表 4 - 22 足尺寸 ІІІ 柱 B 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 24 足尺寸 ІІІ 柱 D 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 26 足尺寸 ІІІ 柱 F 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 28 足尺寸 ІІІ 柱 H 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
H-11 1.174 1.596 13.467 35.233 12.798 34.695 35.128 H-12 1.216 2.346 6.790 40.399 11.060 21.023 50.824圖 4 - 25 ІІІ 柱 C 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果整理)
圖 4 - 26 ІІІ 柱 D 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果整理)
圖 4 - 27 ІІІ 柱 E 鋼筋的腐蝕速率變化 (資料來源：本研究試驗結果整理)
圖 4 - 28 ІІІ 柱 F 鋼筋的腐蝕速率變化
(資料來源：本研究試驗結果整理)
肆、足尺寸箍筋腐蝕情形
試驗結果發現大部分箍筋的重量損失在20-60 克間，如表 4 - 30 所示。2 號及 12 號箍筋 有嚴重的鏽蝕現象，但仍屬少數之情形。由於每根箍筋皆與該柱八根主筋相連，其腐蝕行為 複雜故難以推測可能原因。然而，本研究的重點在於主筋的腐蝕量測，箍筋的存在於本次量 測中似乎影響不大，仍可以適當的係數推算重量損失。
表 4 - 30 足尺寸箍筋的重量損失
箍筋編號 所在柱編號 箍筋原始重(g) 箍筋除鏽重(g) 真實重量損失(g) 1
І
1618 1610 8
2 1586 1377 209
3 1595 1549 46
4 1595 1546 49
5 1604 1543 61
6 1587 1576 11
7 1549 1528 21
8
ІІ
1616 1575 41
9 1625 1573 52
10 1584 1561 23
11 1597 1545 52
12 1608 1364 244