第三章 小尺寸試體試驗
第四節 足尺寸貼磚試體試驗
本研究參考專家座談會的討論，選定貼覆磁磚的種類為馬賽克磚及二丁掛磚，並參考 專家意見新增吸水率6-10%之磁磚貼覆。由於 CNS 9741-R2165 及 CNS 9742-R2166 規定其 外牆磁磚吸水率依材質區分為1%以下、6%以下及 18%以下，故本研究擬新增磁磚吸水率
(a) (b)
(c) (d)
圖 4 - 31 貼磚試體製作：(a)量尺寸現場放樣；(b)磚表面清潔；(c)貼覆磁磚情 形；(d)磁磚貼覆完成示意
(資料來源：本研究拍攝)
貳、貼磚足尺寸І 柱腐蝕結果
如前節所述(І 柱為箍筋間距 10 cm 之柱)，І 柱貼覆吸水率 6 % 以下的二丁掛磚，貼磚 足尺寸試體與小尺寸試驗採用相同的腐蝕電流密度1 mA/cm2，即以0.55 安培之總電流通電。
之後於預定齡期在每個點位進行三次的量測，若GalvaPulse 腐蝕量測儀無法正確讀出便記 錄為0，接著進行連續 7 天的監測。結果可以發現，整體腐蝕電流密度的量測極不穩定，顯 示為0 的資料相當的多，如表 4 - 32 至表 4 - 40 所示。結果顯示從第五天開始逐漸獲得量測 數據，推測此時腐蝕相當嚴重，且部份鏽水已溢出試體表面，故儀器可以量測到。以上試 驗結果說明，若表面貼覆二丁掛磁磚則無法進行有效量測。各鋼筋量測到的值差異相當大，
雖然並非是每根都如此，但這也增加了分析上的困難。另外，本次試驗的量測計算值與重 量損失兩者間的係數不到7(除 A 鋼筋外)，略比前述無貼覆試體高，如表 4 - 40 及圖 4 - 32 所示。
表 4 - 32 貼磚足尺寸 І 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 0 0 0 0 0 0
A-2 0 0 0 0 0 0.732 0.329
A-3 0 0 2.019 0 0 0.685 1.365 A-4 0 8.863 0 0 0 0.102 1.365 A-5 0 5.918 0 0 0 0.958 0.610
A-6 0 0 0 0 0 0 0.610
A-7 0 7.098 0 0 0 0.066 1.811
A-8 0 0 0 0 0 0 2.148
A-9 1.638 15.850 0 0 0 0 0.704
A-10 0 0 0 0 0 0 1.936
A-11 1.035 9.754 1.711 0 0 0 2.872
A-12 0 0 0 0 0 0 0.445
A-13 0 1.086 10.922 0 0 1.307 3.342
表 4 - 33 貼磚足尺寸 І 柱 B 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 35 貼磚足尺寸 І 柱 D 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 37 貼磚足尺寸 І 柱 F 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 39 貼磚足尺寸 І 柱 H 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
圖 4 - 32 貼磚足尺寸試體計算腐蝕量及重量損失之關係
(資料來源：本研究試驗結果)
貳、貼磚足尺寸ІІ 柱腐蝕結果
ІІ 柱為箍筋間距 15 cm 之柱並貼覆吸水率 1 % 以下的馬賽克磚，其它材料條件與 І 柱 相同，也進行連續7 天的監測。可以發現，整體腐蝕電流密度的量測一樣極不穩定，顯示 為0 的資料相當的多，如表 4 - 41 至表 4 - 48 所示。試驗結果可以看出也是從第五天開始逐 漸獲得數據，但比起І 柱較不明顯，推測是因灰縫影響鏽蝕路徑。試驗後期，鏽水已溢出試 體表面，此時試體已視為破壞，仍無法進行有效量測。就個別鋼筋而言，其數值比І 柱的結 果更不穩定，推測是因電極所涵蓋的灰縫密度不同而影響極化結果。本次試驗的量測計算 值與重量損失兩者間的係數不到9，如表 4 - 49 及圖 4 - 33 所示，亦略高於未貼覆之足尺寸 試體。此外，相較於之前的試驗結果，其更能量測到前三天的數據，推測亦是因灰縫的密 度影響量測。
表 4 - 41 貼磚足尺寸 ІІ 柱 A 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 44 貼磚足尺寸 ІІ 柱 D 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
表 4 - 47 貼磚足尺寸 ІІ 柱 G 鋼筋之腐蝕電流密度 (μA/cm
2)
圖 4 - 33 貼磚足尺寸試體計算腐蝕量及重量損失之關係
肆、貼磚足尺寸試體實際腐蝕結果
實際腐蝕情形如圖4 - 34 至圖 4 - 37 所示，可以看出鏽水確實是從灰縫溢出，整體的行 為較趨於均勻腐蝕，並無明顯集中在灰縫處，也表示即使在磁磚貼覆下，長時間的通電不 會造成不均勻鏽蝕，而主筋及箍筋交界及彎鉤處因有應力殘留故都有較嚴重的鏽蝕。另外，
不同的磁磚貼覆會影響鏽水溢出的路徑，也代表了灰縫少的磁磚貼覆可延緩因鋼筋腐蝕所 發生的表面裂縫。
圖 4 - 34 通電七天後之貼磚足尺寸試體
(資料來源：本研究拍攝)
圖 4 - 35 貼磚足尺寸試體敲除混凝土後的腐蝕形態
(資料來源：本研究拍攝)
圖 4 - 36 均勻腐蝕
(資料來源：本研究拍攝)
(a) (b)
(c)
第五節 計算腐蝕量與重量損失比較
表 4 - 52 小尺寸混凝土試體中鋼筋的計算腐蝕量與重量損失比較 (水灰比：0.6；保護層厚度 6 cm)
細粒料取代粗粒料
比例 係數 = 重量損失/計算腐蝕量 迴歸直線之 斜率
以係數 = 5 估計 之可能最大誤差 0% (混凝土) 4.9 － 5.8 6.4 16%
1/3 2.9 － 3.5 3.5 42%
1/2 11.1 － 19.7 9.8 －
100% (砂漿) 14.9 － 15.4 14.7 －
(資料來源：本研究試驗結果整理)
表 4 - 53 足尺寸貼覆磁磚混凝土試體中鋼筋的計算腐蝕量與重量損失比較
箍筋間距
係數 = 重量損失/計算腐蝕量 未貼覆磁磚 以係數 = 5 估計
之可能最大誤差
二丁掛 吸水率6%以下
馬賽克 吸水率1%以下 無箍筋 (III 號柱) 2.9 － 8.5 42% － －
10 cm (I 號柱) 2.5 － 4.9 50% 3.1 － 6.8 － 15 cm (II 號柱) 1.6 － 6.3 68% － 3.1 － 8.1
(資料來源：本研究試驗結果整理)
第五章 現地鋼筋腐蝕量測步驟
第一節 前言
目前應用於混凝土中鋼筋腐蝕量測的方法主要依照ASTM C876 量測腐蝕電位，然而電 位僅能提供腐蝕趨勢並無法判斷腐蝕速率，與實際鋼筋腐蝕情形相較，亦往往存在相當大 的差異。因此，本研究的結果有助於瞭解既有腐蝕速率量測法於鋼筋混凝土的適用性及推 估腐蝕量的方法。由於本研究發現直流極化法的誤差較大，因此多數試驗以脈衝電流量測 法為主，以下所擬之現地鋼筋腐蝕量測步驟即基於此量測方法、本研究過程中的量測經驗 與試驗結果。數年來，隨著技術的發展，開發使用該量測法的儀器商漸多，因此實務上容 易採購到相關設備，未來此量測方法將可望納入量測規範。
第二節 以脈衝電流法測定鋼筋腐蝕速率
壹、適用範圍脈衝電流法適用於硬固砂漿及混凝土中鋼筋的腐蝕量測，以水灰比0.5 以上且保護層 6 cm 以下的鋼筋腐蝕量測為原則。
貳、儀器
脈衝腐蝕量測儀必須能適當極化鋼筋、量測腐蝕電流密度、可自定施加脈衝電流的大 小與時間、可即時顯示脈衝電位曲線，以判讀該次量測是否有效。
參、步驟
(1) 量測面之處理：
量測面必須無任何披覆及塗封。若有披覆及塗封必須以敲除方式移除，但裸露 面必須平整，表面高低差不宜超過0.5 cm (約為量測電極端海綿厚度的一半)。
(2) 量測點位：
標定主筋位置與箍筋位置，量測點位包括以主筋與箍筋交叉點為中心的點位及 箍筋與箍筋間的點位(如圖 5 - 1)。
(3) 量測面之含水率：
成。以浸置方式時，建議浸置時間10 分鐘以上，或以水份計量測確認是否達飽 和。
(4) 儀器架設：
待測鋼筋必須與脈衝腐蝕量測儀形成一迴路，因此必須敲除局部保護層以裸露 鋼筋，裸露長度以可供儀器穩定連接導線為原則，此時亦可量測保護層厚度。
(5) 腐蝕電流密度的測定：
每點位以量測單次為原則。首先，於儀器設定相關試驗參數，主要包括量測長 度(不大於電極直徑)及鋼筋直徑。觀察量測點位，若量測面已有明顯裂縫或鏽水 滲出，則該點位不需量測。接著，將脈衝腐蝕量測儀的量測電極平穩按壓在量 測面(如圖 5 - 2)。施加脈衝電流後，判讀即時量測畫面，若鋼筋經適當的極化 則電位反應圖應如圖5 - 3 所示，此時所量測的腐蝕電流密度值即為有效。若量 測值無效，則建議間隔3 分鐘以上再次量測，期間可調整施加的腐蝕電流值或 時間。
肆、計算
鋼筋腐蝕速率(r)可以下式計算：
r 0.129 ρ mpy 0.00327 ρ mm/year (5-1)
式中，
icorr＝腐蝕電流密度 (μA/cm2) a＝鐵原子量 (g/mole)
n＝3
(3) 使用之脈衝電流大小及脈衝時間
(a) (b)
圖 5 - 1 腐蝕量測點位說明 (資料來源：本研究繪製)
圖 5 - 2 脈衝腐蝕量測儀的架設
(資料來源：Klinghoffer, O., [16] )
第六章 結論與建議
第一節 結論
本研究探討以電化學量測鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的技術及其影響因子，所探討的 材料影響因子包括水灰比、保護層厚度、粗細粒料體積比、含水量、鋼筋配置、氯離 子含量、表面披覆等，量測因子則包括脈衝電流大小、脈衝電流時間、過電位大小、
過電位施加時間等，統整試驗結果，所獲致的結論整理如下：
一、 當水灰比 0.5 以上且保護層 6 cm 以內時，鋼筋之腐蝕量可由腐蝕速率對時間積分 再乘以一係數估算，所得之計算結果與實際重量損失量兩者間約成正比，而其正 比關係主要受到水灰比、保護層厚度、粗細粒料體積比與鋼筋疊置所影響。
二、 不論使用直流極化法或脈衝腐蝕量測法，所估算的結果皆低於實際重量損失。以 脈衝腐蝕量測法量測砂漿中的鋼筋腐蝕時，實際重量損失量可以用計算結果乘上 15-18 保守估算。若以 15 估算，誤差大約 15%。然而，以直流極化法量測該鋼筋 腐蝕時，該乘上係數可由 16(水灰比 0.6 且保護層厚度 3 cm)變化到 69(水灰比 0.6 且保護層厚度 6 cm)，故現地量測以脈衝量測法為宜。
三、 量測值受含水率影響甚大，當含水率越低時，量測值越小且不穩定。含水率由面 乾飽和態降低 5%時，量測值約降低 20%，故現地量測以保持量測面面乾飽和為 原則。
四、 使用脈衝量測法時，量測值隨著脈衝時間的增加而下降，隨著脈衝電流的增加而 增加。對於多數鋼筋腐蝕量測而言，使用脈衝電流 100 μA 與脈衝時間 10 s 可適 當極化鋼筋。
五、 使用直流極化法時，過電位從±5 mV 變化到±15 mV，量測間隔時間 30 s-60 s 間並 不明顯改變量測值，因此使用過電位±10 mV、間隔時間 30 s 可獲得穩定量測值。
六、 當鋼筋疊置時，量測值低且不穩定，約在4 μA/cm2以內，實際重量損失量反較計 算結果小，約為計算結果之1/134－1/78，故現地量測時宜避免量測箍筋與主筋疊置 處。
七、 計算結果與實際重量損失量間的係數關係亦受保護層粒料體積比的影響。當保護 層為混凝土時，此係數約 5-6，遠低於砂漿時的係數 15-18，亦即其計算結果較砂 漿保護層更接近真實重量損失。
八、 就足尺寸試體而言，運用脈衝腐蝕量測法可有效量測鋼筋混凝土內隨時間變化的 鋼筋腐蝕速率。當無箍筋存在時，其正比係數約介於 3-8 間。當箍筋間距 10 cm 時，其係數約介於 2-5 間。當箍筋間距 15 cm 時，其係數約介於 2-7 間。於現地 量測時，由於多數情況下鋼筋間距小於 15 cm，因此可保守以 5 估計，此係數值 亦相近於小尺寸混凝土試體的結果。
九、 當試體具表面貼覆時，脈衝量測法無法進行有效量測，因此實務量測時，宜先移 除披覆。
十、 為提高腐蝕量測精度，試體必須保持面乾飽和，不具表面披覆，量測前必須先界 定主筋與箍筋位置，量測時必須區分箍筋間與鋼筋疊置處分別量測。
第二節 建議
建議一
研擬鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕速率量測標準：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：行政院公共工程委員會、內政部營建署、經濟部標準檢驗局、中華民 國土木技師公會全國聯合會
目前應用於混凝土中鋼筋腐蝕量測的方法主要依照 ASTM C876 量測腐蝕電 位，然而電位僅能提供腐蝕趨勢並無法判斷腐蝕速率，與實際鋼筋腐蝕情形相較，
亦往往存在相當大的差異，故有必要新制定量測鋼筋腐蝕速率的標準。
就本研究所使用的脈衝電流法而言，所使用的理論已發展多年，相關儀器已 有多家廠商生產，實務上現地亦已應用，國外已有相關技術文章發表，再加上本 研究的成果說明該量測法可行，故目前可嘗試草擬相關量測國家標準。
建議以內政部建築研究所為主辦機關，貴所乃內政部所屬之國家級研究單位，
多年來已辦理多項本研究案相關之學術研究發展計畫，可以貴所為主軸，統整各 案成果，跨部會及單位綜合協商。另建議以行政院公共工程委員會、內政部營建
多年來已辦理多項本研究案相關之學術研究發展計畫，可以貴所為主軸，統整各 案成果，跨部會及單位綜合協商。另建議以行政院公共工程委員會、內政部營建