第三章 混凝土結構材料耐久性評估
第五節 鋼筋腐蝕現況耐久性指標介紹
材料因子耐久性評估分為鋼筋腐蝕現況與混凝土現況兩大類，首先依序鋼筋腐蝕現況裡的各 項耐久性指標介紹，如圖3-3。
圖3-3 腐蝕現況耐久性指標 (資料來源：本研究繪製)
壹、鋼筋腐蝕電位的檢測與評定
本方法主要針對半電池電位法檢測混凝土中鋼筋鏽蝕狀況的原理，規定儀器的使用方法、檢 測方法和評定標準的應用方法。
1. 鋼筋鏽蝕狀況檢測範圍，應為主要承重構件或承重構件的主要受力部位，或根據一般檢查結 果有跡象表示鋼筋可能存在鏽蝕的部位。
2. 本方法用於評定混凝土中鋼筋的鏽蝕活化程度。提出的評定標準針對特殊環境如海水濺浪 區、處於鹽霧中的混凝土結構等，不具有普遍適用性。
3. 應用
(1) 本方法用於估測正在使用的現場和實驗室硬化混凝土中無鍍層鋼筋的半電池電位，測試與 這些鋼筋的尺寸和埋在混凝土中的深度無關。
(2) 本方法可以在混凝土構件使用壽命中的任何時期使用。
(3) 已經乾燥到絕緣狀態的混凝土或已發生脫空層離的混凝土表面，測試時不能提供穩定的電 迴路，不適用本方法。
(4) 電位的測量應由有經驗的、從事結構檢測的工程師或相關技術專家檢測並解試，除了半電 池電位測試之外，有必要使用其他數據，如氯離子含量、碳化深度、層離狀況、混凝土電 阻率和所處環境調查等，以形成關於鋼筋腐蝕活動及其對結構使用壽命可能產生的影響。
4. 測試原理
半電池電位法是利用混凝土中鋼筋鏽蝕的電化學反應引起的電位變化來檢測鋼筋鏽蝕狀態 的一種方法。通過檢測鋼筋/混凝土半電池電極與在混凝土表面的銅/硫酸銅參考電極之間的電 位差的大小，評定混凝土中鋼筋的鏽蝕活化程度。
5. 測量裝置
(1) 參考電極(半電池)
a. 本方法參考電極為銅/硫酸銅半電池。它由一根不與銅或硫酸銅發生化學反應的剛性有機 玻璃管、一只通過毛細作用保持濕潤的多孔塞、一個處在剛性管裡飽和硫酸銅溶液中的 紫銅棒構成，如圖3-4 所示。
b. 銅/硫酸銅參考電極溫度係數為 0.9mV⁄℃。
圖3-4 銅/硫酸銅參考電極結構圖 (資料來源：本研究繪製)
(2) 二次儀表的技術性能要求：
a. 測量範圍大於 1V。
b. 準確度優於 0.5% ±1mV。
c. 輸入電阻大於 1010Ω。
d. 儀器使用環境條件：環境溫度 0～＋40℃；相對濕度≦95%。
(3) 導線總長不應超過 150m，一般選擇截面積大於 0.75mm2的導線，以使在測試迴路中產生 的電壓降不超過0.1mV。
(4) 接觸液為使銅/硫酸銅電極與混凝土表面有較好的電接觸，可在水中加適量的家用液態洗滌 劑對被測表面進行濕潤，減少接觸電阻與電路電阻。
(5) 在使用接觸液後仍然無法得到穩定的電位差時，應分析是否為電迴路的電阻過大或是附近 存在於建築物連通的大地波動電流，在以上情況下，不應使用半電池電位法。
6. 測試方法
(1) 測區的選擇與測點佈置。
a. 鋼筋鏽蝕狀況檢測範圍應為主要承重構件或承重構件的主要受力部位，或根據一般檢查 結果有跡象表示鋼筋可能存在鏽蝕的部位，但測區不應有明顯的鏽蝕脹裂、脫空或層離 現象。
b. 在測區上佈置測試網格，網格結點為測點，網格間距可選 20cm×20cm、30cm×30cm、
20cm×10cm 等，根據構件尺寸而定，測點位置距構件邊緣應大於 5cm，一般不宜少於 20 個測點。
c. 當一個測區內存在相鄰測點的讀數超過 150mV，通常應減小測點的間距。
d. 測區應統一編號，註明位置，並描述外觀情況。
(2) 混凝土表面處理
用鋼絲刷、砂紙打磨測區混凝土表面，去除塗料、浮漿等，並用接觸液將表面潤濕。
(3) 二次儀表與鋼筋的電連接
a. 現場檢測時，銅/硫酸銅電極一般接二次儀表的正輸入端，鋼筋接二次儀表的負輸入端。
b. 局部打開混凝土或選擇裸露的鋼筋，在鋼筋上鑽一小孔並擰上自攻螺釘，用加壓型鱷魚 夾夾住並濕潤，確保有良好的電連接。若在遠離鋼筋連接點的測區進行測量，必須用萬 用表檢查內部鋼筋的連續性，如不連續，應重新進行鋼筋的連接。
c. 銅/硫酸銅參考電極與測點的接觸。測量前應預先將電極前端多孔塞充分浸濕，以保證良 好的導電性，正式測讀前應再次用噴霧器將混凝土表面潤濕，但應注意被測表面不應存 在游離水。連接方法如圖3-5。
(4) 銅/硫酸銅電極的準備
飽和硫酸銅溶液由硫酸銅晶體溶解在蒸餾水中製成。當有多餘的未溶解硫酸銅結晶體沉積 在溶液底部時，可以認為該溶液是飽和的。電極銅棒應清潔，無明顯缺陷，否則需用稀釋鹽酸 溶液清潔銅棒，並用蒸餾水徹底沖淨。硫酸銅溶液應注意更換，保持清潔，溶液應充滿電極，
以保證電連接。
(5) 測量值的收集
測點讀數變動不超過2mV，可視為穩定。在同一測點，同一支參考電極，重複測讀的差異 不超過10mV；不同的參考電極重複測讀的差異不超過 20mV。若不符合讀數穩定要求，應檢 查測試系統的各個環節。
圖3-5 測試系統簡圖 (資料來源：本研究繪製)
(6) 影響測量準確度的因素及修正
a. 混凝土含水量對測值得影響較大，測量時構件應處在自然乾燥狀態。
b. 為提高現場評定鋼筋狀態的可靠度，一般要進行現場比較性試驗。現場比較性試驗通常 按己暴露鋼筋的鏽蝕程度不同，在他們的周圍分別測出相應的鏽蝕電位，比較這些鋼筋 的鏽蝕程度和相應測值的對應關係，提高評定的可靠度，但不能與有明顯鏽蝕、脹裂、
脫空、層離現象的區域比較。
c. 若環境溫度在 22±5℃範圍之外，對應銅/硫酸銅電極做溫度修正。
d. 各種外界因素產生的波動電流對測量值影響較大，特別是靠近地面的測區，因此應避免 各種電、磁場的干擾。
e. 混凝土保護層電阻對測量值有一定影響，除測區表面處理要符合規定外，儀器的輸入阻抗
要符合技術要求。
7. 鋼筋腐蝕電位的評定標準
(1) 在對已處理的數據(已進行溫度修正)進行判讀之前，按慣例將這些數據加以負號，繪製等 電位圖，然後進行判讀。
(2) 按照表 3-6 的規定評定混凝土中鋼筋發生鏽蝕的概率或鋼筋正在發生鏽蝕的鏽蝕活化程度 係數Tc。
表3-6 結構混凝土中鋼筋鏽蝕電位的評定標準[33]
評定標準值 序號 電位水平(mV) 鋼筋狀態
1 1 0 ~ -200 無鏽蝕活動或鏽蝕活動性不確定 2 2 -200 ~ -300 有鏽蝕活動性，但鏽蝕狀態不確定，可能抗蝕 3 3 -300 ~ -400 鏽蝕活動性較強，發生鏽蝕概率大於 90%
4 4 -400 ~ -500 鏽蝕活動性強，嚴重鏽蝕可能性極大 5 5 < -500 構件存在鏽蝕開裂區域 備註
1. 表中電位水平為採用銅-硫酸銅電極時的測量值。
2. 混凝土濕度對量測值有明顯影響，量測時構件應為自然狀態，否則用此評定標 準誤差較大。
(資料來源：文獻[33])
貳、結構混凝土碳化深度的檢測與評定 一、 檢測方法
(1) 鋼筋鏽蝕電位測試結果得知鋼筋可能發生鏽蝕的區域，應進行混凝土碳化深度測量。
(2) 混凝土碳化狀況的檢測通常採用在混凝土新鮮斷面噴灑酸鹼指示劑，通過觀察酸鹼 指示 劑顏色變化來確定混凝土的碳化深度。
二、 檢測步驟
(1) 選擇測區位置可參照鋼筋鏽蝕自然電位測試的要求，若在同一測區，應先進行保護層和鏽蝕 電位、電阻率的測量，在進行碳化深度及氯離子含量的測量。
(2) 測區及測孔佈置
a. 測區應包含鏽蝕電位測量結果有代表性的區域，也能反應不同條件及不同混凝土質量的部 位，結構外側面應佈置測區。
b. 測區數不應小於 3 個，測區應均勻佈置。
c. 測孔距構件邊角的距離應大於 2.5 倍保護層厚度。
d. 每一測區應佈置三個測孔，孔距根據構件尺寸大小確定，但應大於 2 倍孔徑。
(3) 使用酸鹼指示劑噴在混凝土的新鮮破損面，根據指示劑顏色的變化，測量混凝土的碳化深 度，量測值準確至毫米。
a. 配置指示劑(酚酞試劑)：75%的酒精溶液與白色酚酞粉末配置成酚酞濃度為 1%~2%的酚酞 溶劑，裝入噴霧器備用，溶劑應為無色透明的液體。
b. 用裝有 20mm 直徑直徑鑽頭的衝擊鑽在測點位置鑽孔。
c. 成孔後用圓形毛刷將孔中碎屑、粉末清除，露出混凝土芯。
d. 將酚酞指示劑噴在測孔壁上。
e. 待酚酞指示劑變色後，用捲尺測量混凝土表面至酚酞變色交界處的深度，準確至 1mm。
酚酞指示劑從無色變為紫色時，代表混凝土未碳化，酚酞指示劑未改變顏色處的混凝土已 經碳化。
f. 將測區、測孔統一編號，並畫出示意圖，標上測量結果。
g. 測量值的整理應標列出最大、小值和平均值。
三、 評定標準
混凝土碳化深度對鋼筋鏽蝕影響的評定，可取構件的碳化深度平均值與該類構件保護層厚度平 均值之比，並考慮其離散情況，參考表3-7 對單個構件進行評定。
表3-7 混凝土碳化深度的評定標準[33]
評定標準值 1 2 3 4 5
碳化層深度/保護層厚度 <1*1 <1 =1 >1 >1*2 備註
1. *1構件全部實測比值均小於1；
2. *2構件全部實測比值均大於1；
3. 宜分構件逐一進行評定 (資料來源：文獻[33])
参、結構混凝土中氯離子含量的檢測與評定 一、 檢測方法
1. 混凝土中氯離子可引起並加速鋼筋的鏽蝕。氯離子含量的檢測方法主要有兩種：試驗室化學 分析法和滴定條法(Quanta-Strips)。滴定條法可在現場完成氯離子含量的檢測。
2. 混凝土中的氯離子含量，可採用現場按混凝土不同深度取樣，檢測結果須能反應氯離子在混 凝土中隨深度的分佈，根據鋼筋處的混凝土氯離子含量評定引起鋼筋鏽蝕的危險性。
3. 氯離子含量檢測，應根據構件的工作環境條件及構件本身的質量狀況確定測區，測區應能代 表不同工作條件及不同混凝土質量的部位，測區宜參考鋼筋鏽蝕電位測量結果確定。
3. 氯離子含量檢測，應根據構件的工作環境條件及構件本身的質量狀況確定測區，測區應能代 表不同工作條件及不同混凝土質量的部位，測區宜參考鋼筋鏽蝕電位測量結果確定。