試驗變數與試驗材料

3-1-1 試驗變數

試驗計劃主要試驗變數可分為3 部分：

第一部份針對水泥質系裂縫注入修補材料修補特性進行探討，主 要採用 4 種膠結材料(純水泥、膨脹性水泥、膨脹性飛灰水泥、膨脹 性爐石水泥)與兩種水膠比(0.45 及 0.3)作為裂縫注入修補材料，拌製 修補水泥漿並應用於裂縫寬度小於 0.5 mm 之試體，如圖 3-1 所示。

第二部份針對水泥質系灌漿修補材料修補特性進行探討，主要採

用 4 種修補材料(純水泥砂漿、膨脹水泥砂漿、膨脹飛灰水泥砂漿、

膨脹爐石水泥砂漿)，砂漿使用種砂率(水泥：砂=1：1 及 1：0.75)，

拌製灌漿修補材料並應用於裂縫寬度大於 0.5 mm 之試體，如圖 3-1 所示。

第三部份針對水泥質系補綴修補材料修補後腐蝕耐久性進行探

討，主要採用 2 種材料(純水泥砂漿、腐蝕抑制水泥砂漿(3% NaNO₂)) 做為補綴層材料，而黏結層以 4 種材料及對應工法(純水泥、腐蝕抑 制劑水泥漿(3% NaNO₂)(無機披覆法) 與環氧樹脂(有機披覆法)、

Zinc(塗封、陰極防蝕﹝犧牲陽極法﹞))，針對已發生腐蝕損壞之鋼筋

混凝土板(水膠比 0.45、0.65)進行修復，如圖 3-2 所示。

圖 3-1 裂縫寬度< 0 .5 mm 及> 5 mm 圓柱試體示意圖

(資料來源：本研究整理)

圖3-2 鋼筋混凝土板試體

3-2-2 試驗材料

試驗用材料包括水泥、水、礦物摻料、粗細粒料、掺劑(強塑劑、

腐蝕抑制劑、無收縮劑)、鋅粉、鋼筋等，其性質如下：

水：自來水，符合CNS 拌合水要求。

海水：取自於基隆濱海區，鹽分含量 3.3%，氯離子濃度 0.56 Mole/L。

樹脂乾粉：採用 DM 200 樹脂乾粉，比重 1.4，建議用量為的水泥用 量3%~5%。

水泥： 採用台灣水泥公司所生產的卜特蘭 Type I 水泥，其性質符合 CNS 61 第 I 型卜特蘭水泥之要求，卜特蘭水泥的物性及化 性詳列於表3-1 與表 3-2。

飛灰：採用F 級飛灰，如照片 3-1 所示，細度為 376 m²/kg，通過 #325

篩約 14%，比重為 2.46，飛灰物性及化性詳列於表 3-1 與表 3-2。

爐石：水淬爐石粉如照片3-2 所示，細度為 412 m²/kg，比重為 2.89。

物性及化性詳列於表 3-1 與 3-2 表。

照片3-1 飛灰 照片 3-2 爐石

表3-2 膠結材料化學成分 (Na2＋0.65K2O) %

0.78 - -

表3-3 粗粒料篩分析

環氧樹脂：採用XX 公司提供之接著劑，型號 EP-27，建議主劑與混 粒徑分別為 46~56、70~105、85~150 (μm)，參照 CNS 486 A3005 及 ASTM C136 規定設計緻密級 配，詳如表3-6~3-9 所示，緻密級配曲線，如圖 3-3 所示。

鋁粉：鋁粉如照片3-4 所示。

照片3-3 矽砂 3-4 鋁粉

表3-8 #4 矽砂(修補砂)篩分析 篩號 各篩停留量

(g)

停留百分率 (%)

累積停留百分率 (%)

通過百分率 (%)

NO.30 0 0 0 100

NO.50 0 0 0 100

NO.100 81.4 16.3 16.3 83.72 NO.200 355.9 71.2 87.5 12.54 NO.300 43.3 8.7 96.1 3.88

底盤 19.4 3.9 100 0

(資料來源：本研究整理) 粒料用量 500 (g)

圖 3-3 緻密級配曲線圖

(資料來源：本研究整理)

表3-9 緻密級配篩分析試驗結果

照片3-5 腐蝕抑制劑粉末 照片 3-6 強塑劑 (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理)

鋼筋：採用#4 竹節鋼筋，如照片 3-7 所示，降伏強度 583.58 MPa，

極限強度831.91 MPa。

鋅粉：採用單劑型鋅粉漆，型號為700，如照 片 3-8 所示。

照片 3-7 #4 竹節鋼筋 照片 3-8 鋅粉漆 (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理)

第二節 配比與試體製作

3-2-1 裂縫注入修補材料配比及試體製作

表 3-11 為裂縫注入修補材料配比，編號 I、I1、I2、I3 分別表示

水泥漿、膨脹水泥漿、膨脹飛灰水泥漿及膨脹爐石水泥漿，水膠

表3-12 水泥砂漿圓柱試體配比

編號

W/C

水 水泥 細粒料 圓柱試體 CY 0.5 320 639 1131 (資料來源：本研究整理) 單位 kg/m³

照片 3-9 預設，5 及 0.5 mm 寬度裂縫試體 (資料來源：本研究整理)

照片 3-10 0.5 mm 寬度裂縫 (資料來源：本研究整理)

3-2-2 裂縫灌漿修補試驗配比及試體製作

表 3-13 為灌漿修補材料配比，編號 G、G1、G2、G3 各別表示，

水泥砂漿、膨脹水泥砂漿、膨脹飛灰水泥砂漿及膨脹爐石水泥砂漿，

採膠結料:細粒料=1:1、1:0.75 拌製水泥砂漿(編號 G 前數字 1 表示 1：

1，數字 7 表示 1：0.75)，水膠比設為 0.45，其中礦物摻料(飛灰或爐 石)用量為水泥重量 10%，膨脹劑用量約占水泥重量 0.01%，乾粉樹 脂用量為水泥重量3%，修補用砂採用#30 通過率 100%之矽砂，以強 塑劑用量控制漿體之流動性，並依照各項試驗規範之要求，澆置試體 進行裂縫灌漿修補材料性質試驗。

表3-13 灌漿修補材料配比

編號 W/B 水 水泥 SP 鋁粉 爐石 飛灰 樹脂 粒料 7G

0.45

417 927 1.85 - - - - 691 7G1 396 854 1.76 0.9 - - 26 638 7G2 391 756 1.74 0.8 - 86 26 631 7G3 395 736 1.76 0.8 87 - 26 636

1G 381 823 2.54 - - - - 848 1G1 365 787 2.43 0.8 - - 24 784 1G2 361 698 3.12 0.7 - 80 24 773 1G3 364 704 2.34 0.7 81 - 24 783 (資料來源：本研究整理) 單位 kg/m³

編號 CY 表示圓柱試體，配比水灰比為 0.5。試體製作方式是將

小時後拆模並將試體浸置水中養護 28 天，以試體中心線為基準，切 開一條寬度度 > 5 mm，深度大約為 19 cm 之裂縫，待灌漿修補養護 滿28 天後，將試體切成(H) 5 cm 及(H)10 cm 之試體，如照片 3-9~3-11 所示，進行抗滲透水壓試驗及貯鹽試驗，詳細配比如表3-12 所示。

照片3-11 5 mm 寬度裂縫 (資料來源：本研究整理)

3-2-3 補綴修補材料配比及試體製作

編號 C1、C2 表示鋼筋混凝土板補綴修補材料配比分別為水灰比 0.45 及 0.65。試體製作方式是將水灰比 0.45 及 0.65 之混凝土，澆置 於 (L)50×(W) 25×(H )10cm 板模中，如照片 3-12~3-13 所示，養護齡 期 28 天後，通以定電流至鋼筋混凝土板表面有鏽水滲出後，將腐蝕 損壞區域敲除，如照片3-14~3-17 所示，並以鋼刷將鋼筋表面鐵鏽清 除，再以高壓水柱清洗修補表面，最後施以黏結層及補綴層完成修

補，詳如照片3-17~3-18 所示。鋼筋混凝土板補綴修補材料詳細配比 資料，如表3-14 所示。

表3-14 鋼筋混凝土板配比

編號

W/C

水 水泥 粗粒料 細粒料 鋼筋

混凝土板

C1 0.45

200 444 964 698 C2 0.65 308 1032 748

(資料來源：本研究整理) 單位 kg/m³

照片 3-12 鋼筋混凝土板模 照片 3-13 澆置鋼筋混凝土板 (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理)

照片 3-14 鏽水流出 照片 3-15 修補範圍 (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理)

鏽水流出

紅色表示敲除及取樣位置

照片 3-16 黏結面處理(前) 照片 3-17 黏結面處理(後) (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理)

照片 3-18 塗上黏結層 照片 3-19 補綴修補完成 (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理) 編號 M、MN 為補綴材料各別表示，水泥砂漿、腐蝕抑制劑與 水泥砂漿，其配比為水泥：砂=1:27.5，水膠比為 0.45。修補用砂採用

#30 通過率 100%之標準矽砂，腐蝕抑制劑(NaNO₂)用量為水泥用量 3%，並依照各項試驗規範之要求，澆置試體進行各項，補綴修補材 料性質試驗，詳細配比資料，如表3-15 所示。

表3-15 補綴修補材料配比

編號

W/B

水 水泥 亞硝酸鈉 粒料 MN 0.45 371 808 16.49 807

M 382 849 - 850

(資料來源：本研究整理) 單位 kg/m³

鋼筋混凝土板防蝕修護方法是先將鋼筋混凝土板損壞之區域各 別塗上環氧樹脂(有機披覆法)，環氧樹脂 +鋅粉(陰極防蝕﹝犧牲陽極 法﹞)、水泥漿+腐蝕抑制劑(3% NaNO₂) (無機披覆法)、純水泥漿(無 機披覆法)做為黏結劑，再以補綴材料覆蓋修補表面，並將其編號 P、

Z、N、M，待 28 天後進行電化學加速腐蝕試驗及微觀觀察。

第三節 試驗方法與設備儀器 3-3-1 裂縫注入修補試驗方法

1.注入修補材料性質試驗

主要試驗係參照 JSCE F521 灌漿水泥砂漿流度試驗法與 JSCE F531 流動性試驗法，JSCE K542,5.3 水泥質系裂縫注入修補材料持水 性試驗法，JSCE F532 泌水率及膨脹率試驗法(塑膠袋法)與 JIS A1123 混凝土泌水率試驗法，CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法進

行抗壓試驗，CNS1236 水泥砂漿及混凝土體積變化檢驗法，ASTM C469 混凝土靜彈性模數及波生比試驗法，JIS A1171,7.4 水硬水泥墁 料吸水率試驗法，ASTM C348 水硬性水泥墁料抗彎強度試驗法，

ASTM C190 水硬性水泥墁料抗拉強度試驗法，JSCE K542,5.10 水泥 質系裂縫注入修補材料黏接強度試驗法。

3.耐久性試驗

主要參照 CNS 3763 透水試驗法，ASTM C1202 RCPT 試驗法，

AASHTO T259 貯鹽試驗法。

3-3-2 裂縫灌漿修補試驗方法

1.灌漿修補材料性質試驗

主要參照JSCE F521 灌漿水泥砂漿流度試驗法與 JSCE F531 流動 性試驗法，JSCE K542, 5.3 水泥質系裂縫注入修補材料持水性試驗法 JS，CE F532 泌水率及膨脹率試驗法(塑膠袋法)與 JIS A1123 混凝土泌 水率試驗法，CNS1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法進行抗壓試 驗，CNS1236 水泥砂漿及混凝土體積變化檢驗法，JIS A1171, 7.4 水 硬水泥墁料吸水率試驗，ASTM C348 水硬性水泥墁料抗彎強度試驗 法；ASTM C469 混凝土靜彈性模數及波生比試驗法，ASTM C190 水 硬性水泥墁料抗拉強度試驗法，JSCE K552, 5.11 水泥質系灌漿修補材

料黏接強度試驗法與 ASTM C190 水硬性水泥墁料抗拉強度試驗法。

3.耐久性試驗

依據 CNS 3763 透水試驗法，AASHTO T259 貯鹽試驗法。

4.巨觀觀察

光學顯微鏡(OM)觀察

將 4cm (H)圓柱試體，利用光學顯微鏡進行表面特性觀察。

3-3-3 補綴修補試驗方法

補綴材料性質試驗

主要參照 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法進行抗壓 試驗，CNS1236 水泥砂漿及混凝土體積變化檢驗法，JIS A1171, 7.4 水 硬水泥墁料吸水率試驗法，ASTM C348 水硬水泥墁料抗彎強度試驗 法；依據ASTM C190 水硬水泥墁料抗拉強度試驗法，JSCE K561, 5.8 水泥質系補綴修補材料黏接強度試驗法與ASTM C190 水硬水泥墁料 抗拉強度試驗法。

定電流加速腐蝕試驗

養護 28 天後將試體浸置於海水中，一天後量測開路電位及腐蝕速 率，接續利用電源供應器以串聯方式施加定電流100 mA/cm²進行定

電流加速腐蝕試驗，每加速 24 小時切斷電源後，靜置 18 小時(目的 為使鋼筋電荷轉移達穩定狀態)，在以開路電位法求得鋼筋開路電位。

SEM 微觀結構分析：

微觀結構分析之 SEM 觀察，係參照下列步驟進行:

(1) 裁切取樣試片，試片尺寸約為 10× 10 × 3 mm 大小範圍。

(2) 將試片置入 80℃恆溫箱內烘烤 24 小時，進行乾燥去除水氣程序。

(3) 將試片乾燥處理並預抽真空，並濺鍍金鉑以便導電。

(4) 置入試體於電子顯微鏡內進行抽真空程序。

(5) 場發射電子束掃描試片表面，顯像觀察並且照相。

X 光繞射分析：

X 光繞射分析，參照下列步驟進行

(1) 均勻選取具代表性之試片粉末約 1 公克。

(2) 將試樣置入 100±5℃恆溫箱，進行乾燥去除水氣程序 24 小時以上。

(3) 試樣黏置於玻璃片上並定位於 XRD 分析儀器中，採銅鈀進行放 射以及設定繞射角度為 10°~80°，掃描速率設定為 3 sec./0.05°。

(4) 將分析後之 X 光繞射強度圖(intensity diagram)與電腦軟體所有化 合物資料庫進行該試驗之化合物尖峰值(peak)比對。

3-3-4 試驗儀器 壓力試驗機

本研究使用之壓力試驗機係由日本 SHIMADZU 公司所製造的 CCM - 200A，利用油壓平台升降系統控制，可進行金屬或混凝土工 程材料作抗壓、抗彎等力學性質之試驗研究。抗壓試驗機最大容許荷 重為200 tons，最小讀值為 1 kg，荷重範圍為 20、40、100、200 tons，

可以由手動控制加壓速度，亦可從面板或連接電腦由軟體自動控制速 率及紀錄數據，儀器如照片3-20 所示。

照片 3-20 抗壓試驗機 (資料來源：本研究整理)

掃描式電子顯微鏡

本研究中微觀組織觀察是使用日本 HITACHI 公司生產 S-4100 型掃瞄式電子顯微鏡，放大倍率 10 萬倍。本設備利用電場發射電子 束撞擊試片激發出訊號，經由訊號放大器再送至陰極映像管中，可以 由螢光幕呈現試體微觀晶相；能量分散光譜儀(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)附屬於 SEM 設備中，儀器外觀如照片 3-21 所示。

照片 3-21 S-4100 型掃瞄式電子顯微鏡 (資料來源：本研究整理)

X光繞射分析儀

本研究利用Panalytical 公司生產之 DY2611 X 光繞射分析儀進行 化合物分析，本儀器應用於分析結晶材料化合物化學成份，儀器外觀 如照片3-22 所示。

本研究利用Panalytical 公司生產之 DY2611 X 光繞射分析儀進行 化合物分析，本儀器應用於分析結晶材料化合物化學成份，儀器外觀 如照片3-22 所示。

在文檔中 修補材料性質對混凝土結構物耐久性之探討 (頁 57-0)