第四章 試驗結果與討論
第三節 補綴修補試驗結果
本試驗係參照 JSCE-K 561 水泥質補綴修補試驗法進行，並參照 CNS、ASTM、JIS 規定進行抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度、吸水 率、體積穩定性等試驗，以比較驗證腐蝕抑制劑添加至水泥砂漿中是 否會影響補綴效能。又針對修補材料與母材間性質不同亦可能產生電 位差造成再次腐蝕問題進行探討。本研究模擬製作水灰比0.45、0.65 兩種鋼筋混凝土板，於黏接層採純水泥漿、鋅粉漆、環氧樹脂、腐蝕 抑制劑(3% NaNO2)進行防蝕修復，並使用加速腐蝕試驗法量腐蝕電
位、SEM 微觀影像、EDS 元素分析、XRD 成分分析，判定不同材料 的腐蝕與防蝕效能及腐蝕生成物。
4-3-1 補綴修補材料試驗結果討論
表 4-7 為補綴層修補材料試驗結果，以純水泥漿(M)做為控制組，
水泥砂漿+腐蝕抑制劑(3% NaNO2) (MN)做為比照組，兩者相較起來 發現添加腐蝕抑制劑(3% NaNO2)，會有稍微降低修補材料力學與物 理性質的負面作用。
表4-7 補綴修補材料性質試驗結果
編號
試驗項目
M MN
抗壓(MPa) 63.6 57.55
抗彎(MPa) 4.19 3.95
抗拉(MPa) 3.47 3.97
黏接(MPa) 2.78 1.93
吸水率(%) 4.53 4.01
泌水率(%) 0 0
(資料來源：本研究整理)
再由膨脹/收縮比試驗結果來，可以發現(MN)曲線有偏高的現
Expansio n or Shein k age ratio
M
究將試體浸漬於海水中 (氯離子含量約 0.56 Mole/L)，以定電流 ( mA/cm2)進行加速腐蝕，並採用恆電流電位儀，量測鋼筋開路電位 (open circuit potential, OCP)、極化電流 Icorr及電流密度，又根據法拉 第定律(Farasay`s law)，利用腐蝕電流密度推算腐蝕速率，詳如式 4-1 所示。
C 1
i
corr .WR k E
= ×
ρ
× (4-1)k
1 ：常數(0.1288 mpy g/μAcm)i
corr ：腐蝕電流密度 (μA/cm2)ρ ：材料密度 (g/m
3)E.W：材料之當量重
不同材料修補對於鋼筋腐蝕之影響
表4-8 至 4-9 分別為 C1、C2 兩組試體所測得之開路電位(OCP)，
以開路電位(OCP)比較不同材料對於鋼筋腐蝕之影響的差異，由圖 4-20 時間與 OCP 之關係(C1)圖觀之，Z 曲線與 M 曲線相較起來是整 體的 OCP 值是偏高的，而由 N、P 曲線可以發現，它們起始的 OCP 值與 M 曲線相較起來也同樣是偏高的，可是卻會隨著時間逐漸遞減 下降到接近M 曲線。再由圖 4-21 時間與 OCP 之關係(C2)圖來看，可 以發現Z 曲線與 M 曲線關係跟 C1 的效果是一樣的，而 N、P 曲線卻 有不一樣的變化，由圖上來看N 曲線在初期 OCP 會隨著時間逐漸偏 低，到了第4 天又開始逐漸上升，再來看 P 曲線可以發現它整條曲線 OCP 值與 M 曲線相較來均偏高了。
表4-8 OCP (C1)
4 8 12
4 8 12
0 5 10 15 20
M P N Z
試體編號
腐蝕速率 (mpy)
C1 C2
圖 4-23 不同材料之腐蝕程度 (資料來源：本研究整理)
由以上兩結果顯示修補材料與母材間性質不同，確實會影響到鋼 筋的腐蝕程度。單純採用環氧樹脂、腐蝕抑制劑(3%NaNO2)、鋅粉再 受損表面塗封皆有抑制腐蝕的效果，但也僅能比較不同材料彼此間防 蝕程度的差異性。
4-3-3 微觀試驗結果討論
本研究採SEM 微觀觀察、EDS 元素分析，推估黏接層不同防蝕 材料及工法的腐蝕與防蝕之機理，利用 XRD 進行成分分析以判定各 材料的腐蝕生成物。
SEM 微觀觀察及 EDS 元素分析
照片4-11 及 4-12( X 3000)可以發現，以純水泥進行防蝕修復，
相較於添加腐蝕抑制劑(3% NaNO )，微觀結構較為鬆散，根據文獻
[45][46]鐵離子與亞硝根離子不發生反應，只有亞鐵離子和亞硝根離 子會發生反應，產生一氧化氮(NO)和氧化鐵(Fe2O3)，反應式如下 4-1：
2+
2 2 3 2
Fe + 2 OH
−+ 2 NO
−→ 2N O ↑ +F e O + H O
(4-1) 由上式得知，亞硝酸根離子會使亞鐵離子快速氧化的氧化成鐵離子，在金屬表面形成亞化鐵保護膜阻礙亞鐵離子的生成抑制鋼筋腐蝕。與 圖4-20 及圖 4-21 比較， N 曲線 OCP 值至第 4 天電位下降，第 5 天 又開始逐漸平緩上升。此表示添加腐蝕抑制劑(3% NaNO2)，或能有 效抑制鋼筋的腐蝕。
照片4-11 氧化鐵(X3000) (M) 照片 4-12 氧化鐵(X3000) (N) (資料來源：本研究整理)
觀察照片4-13 及 4-14( X 3000)，可比較加速腐蝕前後鋅粉微觀 結構，顯示鋅粉在修補前結構較接近圓球狀，加速腐蝕後便開始形成 片狀，與圖 4-20 及圖 4-21 比較，可知編號 Z 曲線與編號 M 純水泥 曲線，OCP 無論前期、後期，皆是電位偏高的。因此由試驗結果得 知以鋅粉塗封做為陰極防蝕材料是有效的。
觀察照片4-15 及 4-16( X 100)，可發現環氧樹脂塗封在橫截面有 著許多條紋，將影像再放大至 1000 倍可概估裂縫寬度約為 1 μm，環
元素：O、Fe 特徵：結構較緻密 元素：O、Fe
特徵：結構較鬆散
氧樹脂塗封的目的是要將鋼筋與O、Cl、水等因子阻隔。但與圖 4-20 及圖4-21 比較，編號 P 曲線 OCP 在初期電位較高，但到了第 4 天便 開始下降，或因微小的裂縫造成鋼筋腐蝕。
照片4-13 加速腐蝕前(X3000) (Z)照片 4-14 加速腐蝕後 ( X3000) (Z)
(資料來源：本研究整理)
照片4-15 微裂縫(X100) (P) 照片 4-16 微裂縫(X1000)(P) (資料來源：本研究整理)
XRD 成分分析
使用X-ray 對加速腐蝕後試體進行繞射，得到以下結果：純水泥 (Ｍ)試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)2、NaCl、Fe2O3、SiO2；腐蝕抑制劑 (3% NaNO2) (N)試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)2、NaCl、Fe2O3、SiO2、
元素：Zn、P、Si、Ca 特徵：球狀
元素：O、Zn、P、Fe、S i、
Cl、Ca
特徵：生成片狀1 μm
KNO3；環氧樹脂 (P) 試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)2、SiO2、KSH；
Zinc (Z)試體的腐蝕生成物有 Zn、Ca(OH)2 、SiO2、Fe2O3、ZnCl2、 SiP2O7、Fe2P、CaSO4、Zn(ClO4)2、ZnO，詳如圖 4-24~27 所示。
由整體來看腐蝕抑制劑(3% NaNO2)、環氧樹脂、純水泥的腐蝕 生成物，似乎無生成出可提高鋼筋抗蝕的氧化層，而 Zinc (Z) 的腐 蝕生成物如ZnCl2，Zn(ClO4)2 、ZnO 等可作為鋼筋的防蝕層。
因此以 Zinc 塗封的方式進行陰極防蝕(犧牲陽極法)，不但能夠 代替鐵氧化形成 ZnO 等成分，且有消耗 Cl 的作用形成 ZnCl2， Zn(ClO4)2。
圖4-24 純水泥(Ｍ)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)
圖4-25 腐蝕抑制劑(3% NaNO2) (N)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)
圖 4-26 環氧樹脂(P)腐蝕生成物
圖4-27 鋅粉(Z)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)