第二章 文獻回顧
第一節 鋼筋混凝土老劣化原因
第二章 文獻回顧
第一節 鋼筋混凝土老劣化原因
根據 ACI Committee 201 對卜特嵐水泥混凝土耐久性的定義如 下：「耐久性是指其抵抗風化作用、化學侵蝕、磨損及其他劣化過程 的能力，亦即其耐久性之混凝土，在不同暴露的環境下仍能保持其原 來的幾何尺寸、品質與使用性」。且混凝土常被廣泛的使用在不同的 建築結構上，如核能發電廠、儲氣槽、儲油槽等多曝露於高溫、低溫、
高壓等環境上，或使用於濱海的建築結構物與跨海橋梁上；一般環境 中的二氧化碳與環境的溫度、環境的濕度、酸雨等將使混凝土中性化，
使混凝土結構物當中的鋼筋產生銹蝕的現象,而環境溫度與環境溼度 則是影響鋼筋銹蝕的主要因素。故混凝土耐久性需求更顯得重要。
產生混凝土劣化的原因有許多，大致可分為物理性與化學性兩方 面。物理性的原因如圖 2-1，表現出來的現象即為面層的破壞與裂縫 的擴張；化學性的原因如圖 2-2，由化學作用與電化學作用使結構產 生劣化現象主要有：混凝土中的鋼筋銹蝕、混凝土的碳化等，最常見 的原因是由於侵蝕性物質與混凝土中的漿體產生化學反應。除此之外，
由物理作用使結構產生的破壞現象主要有：混凝土的磨損、沖蝕、碰 撞、凍融等，而凍融破壞在臺灣並不常見。耐久性損傷的分類圖如圖 2-3。混凝土也可能因鋼筋的腐蝕造成剝落(spalling)及裂縫擴張等現 象，在自然的狀態下，混凝土的劣化是由許多因素所混合造成的，如 果能瞭解到個別因素影響機理並提出預防之道，必能提升整體混凝土 的耐久性。
8 (資料來源：(Mehta, P.k.等 1982, Mehta, P.k.等 1993)
混凝土劣化之化學性因子 (資料來源：(Mehta, P.k.等 1982, Mehta, P.k.等 1993)
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雖不易鏽蝕，但發現鏽蝕時，該構件可能已經呈現厭重的破壞，故建 築物檢測時，鋼筋鏽蝕應為檢測重點之一。鋼筋鏽蝕為鋼筋混凝土構 件破壞之主要因素，由於鋼筋鏽蝕時，體積會膨脹 (原為體積的 1~7 倍)，推擠混凝土，導致混凝土承受張力而裂開剝落，使鋼筋暴露於 大氣當中，加速鋼筋生鏽，並造成鋼筋混凝土構件之劣化。鋼筋鏽蝕 後，鋼筋的斷面積將會減少，導致強度降低，並影響結構物的耐久性。
造成鋼筋鏽蝕的主要原因有：
(1) 混凝土中性化。
(2) 鋼筋表面氯離子含量高。
(3) 鋼筋受到濕氣及氧氣之作用。
然而產生鋼筋鏽蝕會造成各個方面的損傷，如圖 2-5 所示，鋼筋鏽蝕 會對混凝土結構早成以下三個方面的影響：
(1) 導致鋼筋保護層脹裂或脫落，混凝土截面面積減小。
(2) 鋼筋截面積減少，導致鋼筋的力學性能如：極限 強度、伸長率產生變化。
(3) 使鋼筋與混凝土之間的黏結性能下降。
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鋼筋鏽蝕
混凝土與鋼筋 黏結性能退化 鋼筋截面減小
力學性能退化
混凝土鏽脹 保護層剝落
混凝土結構剛度、延性和承載力等性能下降
圖 2-4 鋼筋鏽蝕對混凝土結構性能的影響 (資料來源：Andrade C,Alonso C,Molina F J. ，1993)
鋼筋鏽蝕亦會導致黏結強度的降低，如圖 2-5 所示，在鋼筋發生 鏽蝕後，鋼筋與混凝土之鏽蝕層會促使鋼筋與混凝土接觸面上之化學 膠著力產生變化；而鋼筋鏽脹所引起的保護層開裂會降低混凝土對鋼 筋的約束作用且鋼筋橫肋的鏽蝕也會影響到其對混凝土之機械咬合 力。鋼筋鏽蝕與混凝土結構的黏結問題不僅在理論研究上具有重要的 意義，對工程實務上也是一大重點。
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鋼筋鏽蝕
鋼筋與混凝土之間
產生鐵鏽層 保護層開裂 鋼筋橫肋鏽蝕
化學膠著力 變化
鋼筋與混凝土間
摩擦力的變化 混凝土對鋼筋
約束作用降低 機械咬合力降低
黏結強度降低 圖 2-5 鋼筋鏽蝕引起黏結強度退化 (資料來源：Andrade C,Alonso C,Molina F J. ，1993)
3. 混凝土裂縫
由於混凝土的收縮，地基不均勻沉降，溫度應力以及載重的作用，
將會使混凝土產生裂縫，混凝土中的鋼筋鏽蝕將會導致混凝土沿著鋼 筋產生縱向裂縫，裂縫為混凝土構造物最常見的劣化現象，也是導致 混凝土內部鋼筋腐蝕的主因，裂縫生成的原因不外乎為以下原因：
(1) 溫度變化或凍融效應。
(2) 混凝土孔隙水與表面水分蒸發，導致塑性收縮。
(3) 材料的老化
(4) 土石流、地震或強風等外在環境衝擊力。
(5) 潛變等材料本質特性的共同作用下，混凝土材料的抗拉或抗 剪強度小於混凝土的拉裂或剪切作用力所導致。
(6) 水泥水化反應所導致的自體收縮。
裂縫多伴隨白華與鋼筋生鏽等劣化現象。裂縫寬度不論大小，都
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會對建築物耐久性產生影響，裂縫對結構物的影響，視裂縫類型(包 括發生之位置與裂縫走向)以及裂縫的尺寸(包括長度與寬度)是否隨 著時間的增長有所不同，所以建築物在檢測發現裂縫時，應該需要詳 細記錄裂縫發生位置與走向，以提供判斷是否為結構裂縫；紀錄裂縫 的寬度與長度時須和以前檢測紀錄比較，判斷是否為活裂縫，避免危 及建築物的安全性與耐久性。混凝土裂縫一般採用裂縫寬度作為度量 指標。
4. 剝落與剝離
剝落是混凝土表面水泥砂漿體流失，造成粗粒料外露、粒料鬆脫 之現象，剝落一般發生於混凝土表層。混凝土構件內之鋼筋鏽蝕體積 膨脹，導致鋼筋與外層鋼筋附近之混凝土產生分離，當層隙處的混凝 土層完全流失時，即產生剝離。「剝離」的形狀一般近似圓形或橢圓 形，「剝離」與「剝落」最大區別在於，「剝離」是呈現片塊狀流失，
且流失掉的面積較「剝落」大。
5. 蜂窩
當混凝土澆注時，搗實不確實或因為模板漏漿，會導致水泥砂漿 無法充分的填充粗粒料之間的縫隙，使混凝土產生空洞，此現象即為 蜂窩。混凝土產生蜂窩會造成混凝土的強度降低，也會使空氣中的氧 氣、水氣與腐蝕因子容易進入混凝土中，發生混凝土中性化以及鋼筋 受到腐蝕，加速混凝土構件的劣化。
6. 混凝土保護層不足
鋼筋為容易腐蝕的材料，鋼筋的耐蝕能力，視混凝土保護層厚度 而定，混凝土保護層不足時，容易使鋼筋的鏽蝕、混凝土剝落，混凝 土保 護層不足之原因均因施工不當所造成。
7. 混凝土強度降低
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混凝土結構隨著齡期的增長，其混凝土強度也會隨之下降。混凝 土強度劣化主要是受到環境因素影響，在一般大氣環境之下，混凝土 強度在相當長時間後，才會開始降低，在自由性濱海環境的混凝土強 度，齡期到達 30 年時其強度約降低 50%。
8. 結構變形過大
結構產生變形原因，主要是因為荷載作用下(包括振動與疲勞)梁、
版的過大變形以及不均勻沉降所引起的過大變形，使結構物產生劣化 現象。