第五章 試驗方法
第三節 鋼材劣化後分析試驗
當試片經自然曝曬或鹽霧劣化至規定時間後，需將其表面腐蝕生成物去 除，並量測其劣化前後重量的差異性，此為重量損失法。腐蝕生成物的清除 依 CNS 14122 規定可以在持續流動的水中，以毛刷簡單的機械處理刷除。但 以此方式進行時去除速度較慢。所以較常用的方式為化學法、電解法、或強 力機械去除方法。其中化學法清除方式係以化學藥品洗除腐蝕生成物，而電 解法則利用氧化還原的電化學方式去除。強力機械法則以噴砂、超音波、或
削刮等方式去除。其中最方便的方式為化學法或化學法搭配強力機械法方式 進行。下述則針對不同批覆處理試片腐蝕生成物去除方式進行說明。
壹、裸鋼試片
裸鋼試片腐蝕生成物去除通常採用化學法方式去除，依據 CNS 14122 共 有五種方式，如表 5-1 所示。經考量實驗安全性與藥劑取得之方便性，採用 表 5-1 中的 C 3.5 方法進行，即將劣化後的鋼板放入酸洗劑中（酸洗劑為 50%
濃度鹽酸溶液），並在每 500 mL 溶液中加入 3.5g 腐蝕抑制劑（六甲基四銨）
以防止酸洗後試片迅速腐蝕。由於此方式僅需於室溫下（20~25℃）進行，無 加熱之危險性，浸漬反應時間較短，且可在實驗人員穿著一般防護衣下，於 通風之戶外進行，如圖 5-8 所示；圖 5-9 則為抽風櫥內進行之情形。酸洗後 需立即以清水沖洗，並以吸水紙立刻擦乾後再以吹風機將水漬吹乾後秤重，
以免酸洗後試片遇到空氣中濕氣立刻再產生表面腐蝕現象，秤重之精度亦須 為 0.01 g。秤重完畢後需反覆再進行上述酸洗程序，直至重量恆重為止。
表 5-1 CNS 14122 建議以化學法去除裸剛腐蝕生成物之方式 編
號 材質 化學藥品 時間 溫度 附註
C3.1
1000mL 鹽酸(HCl，
ρ=1.19g/mL)
50g 氫氧化鈉(NaOH) 200g 鋅粒或鋅片 加蒸餾水至 1000mL
30 分鐘
200g 氫氧化鈉(NaOH) 20g 鋅粒或鋅片 加蒸餾水至 1000mL
30 分鐘 加蒸餾水至 1000mL
20 分鐘
500mL 鹽酸(HCl，
ρ=1.19g/mL)
3.5g 環六甲基四銨 (hexamethylenetetramine) 加蒸餾水至 1000mL10 分鐘
（a） （b）
圖 5-8 裸鋼試片腐蝕生成物於戶外進行去除情形（a）浸入時（b）浸入後
（資料來源：本研究整理）
圖 5-9 裸鋼試片腐蝕生成物於抽風櫥進行去除情形
（資料來源：本研究整理）
塗料披覆鋼板試片腐蝕生成物去除包含兩個步驟，首先需將鋼片外層所 披覆的多層有機塗料去除；最後則是利用 5-3-1 節使用的 C 3.5 方法將試片上 的腐蝕生成物去除。
在有機塗料去除方面，需將試片先浸漬於強力脫漆劑內約 30 分鐘。強力 脫漆劑可由販售油漆處購得，一般均為烴、酮、酯、醇、或苯類等溶劑的混 合液，購買時需注意是否對金屬為無腐蝕性質。浸漬 30 分鐘後，塗料會因去 漆劑之侵蝕，使漆膜開始膨脹，並與基材脫落，如圖 5-10 所示，再以刮刀將 各層漆膜刮除，如圖 5-11 所示。
圖 5-10 塗料因去漆劑之侵蝕使漆膜開始膨脹脫落情形
（資料來源：本研究整理）
圖 5-11 以刮刀將各層漆膜刮除情形
（資料來源：本研究整理）
塗膜刮除後，隨即將試片依 5-3-1 節使用的 C 3.5 方法將試片上的腐蝕生 成物去除。去除後需立即以清水沖洗，並以吸水紙立刻擦乾後再以吹風機將 水漬吹乾後秤重，以免酸洗後試片遇到空氣中濕氣立刻再產生表面腐蝕現 象，秤重之精度亦須為 0.01 g。秤重完畢後需反覆再進行上述酸洗程序，直 至重量恆重為止。
参、鍍鋅鋼板試片
鍍鋅鋼板試片腐蝕生成物去除亦採用化學法方式去除，但去除方式亦分 成兩道手續，首先須將鍍鋅層清除，最後以 5-3-1 節使用的 C 3.5 方法將試片 上的腐蝕生成物去除。而鍍鋅層清除方式上，依據 CNS 14122 共有 6 種方式，
如表 5-2 所示。
編
號 材質 化學藥品 時間 溫度 附註
C9.1
150mL 氫氧化銨 (NH4OH，ρ=0.90g/mL) 加蒸餾水至 1000mL 然後
50g 三氧化鉻(CrO3) 10g 硝酸銀(AgNO3) 加蒸餾水至 1000mL
5 分鐘 加蒸餾水至 1000mL
2 分鐘 加蒸餾水至 1000mL
1 分鐘 80℃ 應避免鉻酸遭到 腐蝕生成物中氯 鹽的汙染，否則會 造成對鋅的侵蝕。
C9.4
85mL 碘化氫(HI，
ρ=1.5g/mL)
加蒸餾水至 1000mL
15 秒 20℃
加蒸餾水至 1000mL
5 分鐘 20℃ 加蒸餾水至 1000mL
2 分鐘 至 5 分 鐘
70℃
（資料來源：本研究整理）
經考量實驗安全性與藥劑取得之方便性，採用表 5-1 中的 C 9.5 方法進 行 ， 即 將 劣 化 後 的 鋼 板 放 入 10% 濃 度 之 過 硫 酸 銨 溶 液 中 （ Ammonium persulphate），由於過硫酸銨溶於水會成為強力氧化劑，使得鍍層上的鋅並析 出於溶液內。由於此方式僅需於室溫下（20~25℃）進行，無加熱之危險性，
且反應時間較短，因此 CNS 14122 亦附註特別適用於鍍鋅的鋼鐵使用。圖 5-12 為鍍鋅鋼板試片浸漬於過硫酸銨溶液後之情形。鍍鋅去除後，隨即將試片依 5-3-1 節使用的 C 3.5 方法將試片上的腐蝕生成物去除。去除後需立即以清水 沖洗，並以吸水紙立刻擦乾後再以吹風機將水漬吹乾後秤重，以免酸洗後試 片遇到空氣中濕氣立刻再產生表面腐蝕現象，秤重之精度亦須為 0.01 g。秤 重完畢後需反覆再進行上述酸洗程序，直至重量恆重為止。
圖 5-12 鍍鋅鋼板試片浸漬於過硫酸銨溶液後之情形
（資料來源：本研究整理）
混凝土建材劣化試驗，將第四章所設計之混凝土配比分別進行加速氯離 子傳輸試驗（ACMT）、ASTM C1543之鹽池試驗（Ponding test）、與長期曝 曬劣化試驗。相關試驗方法如下所述。
壹、加速氯離子傳輸試驗法
加速氯離子傳輸試驗法主要係由 ASTM C1202 之 RCPT 法衍生而來，係 將前處理後之試體放置在兩個壓克力槽之間，其試驗如示意圖 5-13 所示。每 個槽內均放置一片 20 號篩徑的銅網做為電極。為避免試驗過程中產生氯氣，
在正極的試驗槽內置入 0.3N 氫氧化鈉溶液，另一側試驗槽則為 3%氯化鈉溶 液做為負極。ACMT 試驗槽的容積約為 4500 ml，遠大於 RCPT 試驗槽的容 積（約 250 ml），試驗槽容積的增加可避免試驗期間溫度所引起的熱焦耳效 應，並可同時量測氯離子穿過混凝土到正極試驗槽中的氯離子濃度，以計算 氯離子擴散係數，所需試驗時間依混凝土之緻密性而定，約 7 天內即可完成。
氯離子濃度則定期進行量測，並依據 AASHTO T260 規範，使用電位滴定法 以 0.01N 標準硝酸銀溶液滴定，每個濃度數據均為三次滴定試驗結果之平均 值。ACMT 試驗過程中陽極槽內氯離子濃度以及電流於各時間的變化為主要 量測數據。因此以試驗時間為橫軸，縱軸為陽極槽溶液的氯離子累積濃度與 電流，所繪製的關係圖便為氯離子於混凝土試體中的傳輸歷程圖（profile diagram）。由於當氯離子開始穿透混凝土進入陽極槽時，其累積量會持續增 加，且單位時間內氯離子通過試體的速率，即氯離子移動速率為一定值，因 此氯離子累積濃度與時間的關係呈現線性關係。而由穩態期線性段斜率
K
cl（mole/L/hr）可評估氯離子傳輸行為。圖 5-14 為其設備照片。
圖 5-13 ACMT 試驗設備示意圖
（資料來源：本研究整理）
圖 5-14 加速氯離子傳輸試驗（ACMT）設備
（資料來源：本研究整理）
4500ml
0.3M
24V DC
Recorder4500ml
3%
除 ACMT 試驗外，亦依 ASTM C1543 進行 ASTM C1543 規範之 90 天 鹽池試驗（Ponding test），鹽池試驗為典型非穩態擴散機制的氯離子擴散試 驗，主要將試體上部加上約 2cm 高的圍束，並在其餘暴露面以無法穿透特性 的環氧樹脂（epoxy risen）塗封。將 3% 濃度的 NaCl 溶液注入圍束中約 1.5cm 深，並在圍束上方加蓋，於靜置一段時間後（通常為 90 天），利用鑽心方式 將試體各種深度（距表面）之樣本取出，並以酸溶法與離子層析儀計算各種 深度氯離子含量。試驗如圖 5-15 所示。圖 5-16 為本研究試體進行 ASTM C1543 鹽池試驗情形。
圖 5-15 ASTM C1543 鹽池試驗示意圖
（資料來源：本研究整理）
13mm
＞75mm
四周密封
3％NaCl 溶液
50％大氣相對溼度
圖 5-16 本研究試體進行 ASTM C1543 鹽池試驗
（資料來源：本研究整理）
参、混凝土建材長期曝曬劣化試驗法
混凝土過去台灣較少有長期曝曬劣化試驗研究，國內外規範也無相關試 驗方法，因此相關試驗方法仍屬草創階段。本研究在屬於重濕氣候且離海僅 50公尺的基隆海洋大學材料工程研究所屋頂進行混凝土長期曝曬試驗。相關 試體設計成兩種形式，分別為直徑10 cm高度10 cm圓柱試體，以及10 cm × 10 cm × 30cm矩形柱試體。其中圓柱試體可供1年期曝曬劣化研究使用；矩形柱 試體則可由鑽心取得具各時間代表性之量測樣本，因此為長期曝曬劣化研究 所使用之試體。相關照片如圖5-17所示。
圖 5-17 混凝土長期曝曬試驗試體
（資料來源：本研究整理）
試體除曝曬面外，其餘均以不具滲透性的環氧樹脂塗封。每組試體每隔6 個月均以鑽心取樣方式量測由表面進入混凝土內部之氯離子含量。再依 AASHTO T260進行不同深度氯離子濃度分析，相關分析工作可由所內已購置 之離子層析儀或電位滴定法進行。由分析結果配合當地落鹽量調查，可了解 氯離子入侵混凝土之速度與深度，其氯離子濃度分析試驗法與擴散係數計算 方式如5-4-4節所示。由於氯離子進入試體內部的速度較為緩慢，因此本研究 仍於計劃結束持續與所內相關人員配合進行取樣分析之工作。
肆、硬固混凝土氯離子含量試驗法
硬固混凝土氯離子含量試驗法係參照 AASHTO T260 之酸溶法，進行氯 離子含量分析。其過程包含取樣過程、樣本萃取、與氯離子濃度量測等，相 關試驗方法如下所述。
取樣過程
其方式係將將混凝土試體使用沖孔機在其中心位置之垂直面鑽出約 2 cm 直 徑的圓柱體。並由浸漬或曝露面約每間隔 0.5 cm 切取一試片，如圖 5-18 所示。
再將試片利用研磨缽磨碎，使其通過 50 號篩取得混凝土之粉末後烘乾。烘乾 後利用精密天平將粉末秤重 3 g 進行氯離子溶液萃取。
圖 5-18 硬固混凝土氯離子含量試驗取樣過程
（資料來源：本研究整理）
樣本萃取
萃取方式係將 3 g 粉末置入燒杯並加入 10 mL 去離子水，之後加入磁石 並放置於加熱攪拌台上進行攪拌，使粉末均勻分散於液體中。隨即加入 3 mL
萃取方式係將 3 g 粉末置入燒杯並加入 10 mL 去離子水，之後加入磁石 並放置於加熱攪拌台上進行攪拌，使粉末均勻分散於液體中。隨即加入 3 mL