裂縫注入修補試驗結果

第四章試驗結果與討論

第一節裂縫注入修補試驗結果

本研究依據 JSCE-K 542 水泥質裂縫注入修補材料性質試驗法並參照 CNS、ASTM、JIS 相關規定進行流度、持水性、泌水性、

抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度、吸水率、乾縮等試驗法進行試驗來比較不同修補材料的填充性及差異性。並製作裂縫寬度0.5 mm 圓柱試體進行注入修補試驗，並參照 AASHTO T259 貯鹽試驗法、CNS 3763 透水試驗法、ASTM C1202 RCPT 試驗法進行修補試體試驗，以驗證水泥質裂縫注入修補材料試驗方法的可行性並同時評估修補材料特性(填充性、防水性、耐久性)。

4-1-1 水泥質裂縫注入修補材料試驗結果討論

利用控制拌合水及SP 用量，將水泥漿流度調整至 17、17、23、

32、50 sec，而持水性分別為 27、28、37、33、35 %，詳如表 4-1 所示。

表4-1 裂縫注入修補材料流度試驗結果

(資料來源：本研究整理)

將水泥漿澆注於試體模中，設定裂縫寬度小於 0.5 mm，試體硬固後將其劈裂並觀察填充裂縫情況，結果發現流度在 ≤ 32 sec 時，持水性至少要控制≥ 28 %填充效果較佳。即使流度達到 17 sec，也可能因為混凝土表面吸水率或水份流失的影響而改變，而從方塊試體側面 流度(sec) 17 17 23 32 50

持水係數(%) 27 28 37 33 35

發現流度 < 32 sec 較容易產生泌水現象，如照片 4-1~4-3 所示，可以推估流度在 ≤ 32 sec 間、持水性不得小於 28 %，對於 0.5 mm 寬度裂縫修補效果較佳。上述試驗結果，作為本新拌性質試驗流度、持水性及泌水率之參考依據。

照片4-1 流度 32、50 sec 劈裂截面 (資料來源：本研究整理)

照片4-2 不同流度泌水現象(資料來源：本研究整理) 流度50 sec

持水係數35 %

流度32 sec 持水係數33 %

50 sec 32 sec 23 sec 17 sec 17sec

照片4-3 持水性 27、28 %劈裂截面 (資料來源：本研究整理)

4-1-2 裂縫注入修補材料特性評估注入修補填充性評估

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，水膠比採用0.45 及 0.3(編號 I 前數字 4 表示水膠比0.45，數字 3 表示水膠比 0.3)。由新拌性質試驗結果得知，所有注入修補材料，流度、持水性、泌水率均符合需求條件。從力學試驗結果可以發現，添加鋁粉的修補材料的抗壓、抗拉、抗彎強度較純水泥漿明顯降低。而添加鋁粉之試體，由於飛灰卜作嵐反應較遲緩，

所以養護28 天強度稍微偏低，而添加爐石 10 %試體的抗壓及黏接強度有偏高的趨勢。水膠比0.45 抗壓強度增加了 1.5%、黏接強度增加

流度17 sec 持水係數27 %

流度17 sec 持水係數28 %

了3.1 %，水膠比 0.3 抗壓強度增加 12.6 %，黏接強度增加了 4.1 %，

詳如表4-2 及圖 4-1~4-5 所示。

表4-2 裂縫注入修補材料性質試驗結果

編

號試驗項目

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3

抗壓(MPa) 48.81 38.01 34.57 38.59 86.12 67.98 68.9 76.52

抗彎(MPa) 3.01 2.45 2.19 2.44 5.31 4.28 4.02 4.20

抗拉(MPa) 2.65 2.15 1.98 2.02 4.78 3.99 2.99 3.92

黏接(MPa) 2.21 1.63 1.51 1.68 2.6 3.2 1.96 3.33

彈性模數

(GPa)

33.17 25.31 22.81 25.73 60.30 47.11 47.78 53.32 吸水率(%) 18.73 16.62 17.82 17.82 12.63 9.06 8.85 9.26

流度(sec) 27 30 33 33 29 29 33 32

持水性(%) 28.57 27.75 29.41 28.57 29.41 31.25 30.3 35.71

泌水率(%) 0 0 0 0 0 0 0 0

(資料來源：本研究整理)

0 0 5 10 15 20

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3 注入修補材料種類

吸水率

(%)

圖4-5 不同注入修補材料吸水率比較圖 (資料來源：本研究整理)

一般而言水泥質材料會發生塑性收縮、自體收縮及乾縮，所以水泥質修補材料有時可添加鋁粉、鋅粉、鐵粉等材料來改善體積收縮的問題[20]，本研究主要採用鋁粉做為膨脹劑填補體積乾縮的問題，從膨脹/收縮比試驗結果發現，結果是似乎不如預期，由圖 4-6 膨脹/收縮比試驗結果來看，單添加鋁粉0.01 %試體，僅在初期會發生體積膨脹，後期仍會因水分消失及化學反應而造成體積收縮，添加礦物摻料 (飛灰、爐石)能改善此問題，其中以添加爐石粉較為明顯。

圖 4-7 及圖 4-8 顯示水膠比 0.45、0.3 添加礦物摻料與鋁粉的試體的體積變化，添加飛灰的試體，初期會有明顯的膨脹與收縮，後期逐漸緩和；而添加爐石粉的試體，體積初期至 28 天體積的變化，呈現出一種穩定的膨脹曲線，且隨著水膠比越高越明顯。

0 200 400 600

Exp a nsion or S h rinkage ratio

Expansion or Shrin k age ratio

4I 4I1 4I2 4I3

圖4-7 試體體積變化圖 (W/C= 0.45)

0 200 400 600

Expan sion or Shrin k age r a ti o

表 4-3 注入修補後試體水滲透率

編號

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3

滲透率(%) 1.46 3.39 0.7 0.06 0.41 0.33 0.1 0.03

(資料來源：本研究整理) 注入修補後耐久性評估

利用通過混凝土試體累積電量(庫侖)評估不同性質材料修補後之試體抗氯離子穿透能力，並進行貯鹽試驗，利用比色法來評估氯離子的滲透深度。又參照AASHTO T277 用庫侖電量來評估修補後混凝土的耐久性。

表4-4 為 RCPT 貯言試驗結果，由圖 4-9 顯示不同配比試體累積電量，整體而言除編號4I1 膨脹水泥漿試體累積電量與控制組編號 4I 純水泥試體接近外，其餘試體的累積電量均較低，以膨脹水泥漿添加礦物摻料爐石及飛灰試體最為顯著。

表4-4 不同修補材料修補後試體累積通電量編號 累積電量(庫倫)

4I

20982

4I2

17868

4I3

15088

3I

19258

3I1

18958

3I2

17720

3I3

16825

0

編號 4I2、4I3、3I2、3I3 各別約降低 14.84%、28.09%、7.99%。

AASHTO T277 規定累積電量> 4000 庫侖為高氯離子滲透值，因此可以4000 庫侖為參考值來評估修補試體的耐久性。圖 4-10 不同配比試

照片 4-4 為貯鹽試驗試體，本研究採用比色法辨識氯離子的滲透觀之，3I,1,2,3 試體氯離子滲透深度，若以 3I 為控制組，3I1,3I2,3I3 為對照組，大致提升了 3 倍左右。最後以水膠比 0.45 與 0.3 兩組的平

照片4-5 4I,1,2,3 氯離子滲透深度(比色法) (資料來源：本研究整理)

照片4-6 3I,1,2,3 氯離子滲透深度(比色法) (資料來源：本研究整理)

4I2

4I3 4I

4I1 6 cm

4.7 cm

3 cm

1.5 cm

3I1

3I2

3I3 4.5 cm

1.5 cm

1.7 cm

第二節灌漿修補試驗結果

本研究依據JSCE-K 552 水泥質灌漿修補材料性質試驗，並參照 CNS、ASTM、JIS 進行各項試驗流度、持水性、泌水性、抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度、吸水率、乾縮等試驗來比較不同材料間的填充性及差異性。並模擬製作裂縫 5 mm 圓柱試體進行灌漿修補，且根據CNS 3763 透水試驗法及光學顯微鏡(OM)觀察修補表面結構，加以驗證水泥質灌漿修補材料試驗方法的可行性並同時比較判定各材料之特性(填充、防水、耐久性)。

4-2-1 灌漿修補材料試驗結果討論

利用拌合水及強塑劑用量將水泥漿流度調整至 145、120、91 及 82 sec，對應的持水性分別為 47、29、33 及 29，如表 4-5 所示，並將其灌入於預設裂縫寬度5 mm 之圓柱試體中，由劈裂試體，流度小於 83 sec 的材料填充效果較佳，詳如照片 4-7 及 4-8 所示。依據前節有述以持水性28 %為準，推估流度應≤ 83 sec 且持水性不小於 28 %時，

對於0.5 mm 裂縫試體修補效果較佳。上述試驗結果可作為新拌性質試驗流度、持水性及泌水率之參考依據。

表4-5 灌漿修補材料流度試驗結果

流度(sec) 145 120 91 83

持水性(%) 47 29 33 29

(資料來源：本研究整理)

照片4-7 流度 145, 120sec 劈裂試驗結果 (資料來源：本研究整理)

照片 4-8 流度 91, 83sec 劈裂試驗結果 (資料來源：本研究整理)

4-2-2 灌漿修補材料特性評估灌漿修補材填充性評估

編號G、G1、G2、G3 各別表示，水泥砂漿、膨脹水泥砂漿、膨

流度145 sec 流度120 sec

流度91 sec 流度83 sec

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)。由新拌性質試驗結果得知，所有灌漿修補材料，流度、持水性、泌水率均符合上述之條件。從力學性質試驗結果可以發現，整體來看添加鋁粉的修補材料的抗壓、抗拉強度純水泥漿較低，從黏接強度來看砂率 0.75 與 1 比較，砂率 1 比砂率 0.75 強度低；水泥砂漿試體較為明顯，

砂率1 約為砂率 0.75 強度的 0.64 倍，此可能受到水泥漿體量的影響。

再以添加鋁粉試體比較，由於飛灰的卜作嵐反應晚期才會有明顯效果，所以造成添加飛灰修補材料試體 28 天力學強度略低，而添加爐石試體則有偏高的趨勢，使用砂率 0.75 試體強度分別提升抗壓強度 0.64 %，抗拉強度 37.15 %，黏接強度 9.93 %，吸水率降低 36.65 %，

砂率1 試體抗壓強度 4.13 %，抗拉強度 19.27 %，抗彎強度 9.06%，

黏接強度10.24 %，吸水率降低 46.72 %，詳如表 4-6 及圖 11~15。

表4-6 灌漿修補材料性質試驗結果

編號

試驗項目

7G 7G1 7G2 7G3 1G 1G1 1G2 1G3

抗壓(MPa) 59.23 38.44 37.72 40.93 74.61 45.05 40.72 46.91

抗彎(MPa) 3.24 3.22 3.12 3.19 4.47 3.42 3.28 3.73

抗拉(MPa) 3.84 2.53 3.14 3.47 4.47 3.27 3.37 3.9

黏接(MPa) 2.04 1.51 1.47 1.66 1.31 1.27 1.26 1.4

彈性模數

(GPa)

34.48 21.68 21.24 23.21 43.94 25.75 23.08 26.89 吸水率(%) 8.76 9.55 10.41 6.05 8.62 10.51 11.17 5.60

流度(sec) 46 46 63 63 51 81 63 68

持水性(%) 29 29 21 21 29 29 29 29

泌水率(%) 0 0 0 0 0 0 0 0

(資料來源：本研究整理)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

4G 4G1 4G2 4G3 3G 3G1 3G2 3G3 灌漿修補材料種類

抗壓強度

(MPa)

圖4-11 不同灌漿修補材料抗壓強度比較圖 (資料來源：本研究整理)

0 1 2 3 4 5

4G 4G1 4G2 4G3 3G 3G1 3G2 3G3

灌漿修補材料種類

抗彎強度

(MPa)

圖4-12 不同灌漿修補材料抗彎強度比較圖 (資料來源：本研究整理)

0 1 2 3 4 5

4G 4G1 4G2 4G3 3G 3G1 3G2 3G3

灌漿修補材料種類

抗拉強度

(MPa)

圖4-13 不同灌漿修補材料抗拉強度比較圖

0

圖 4-16 為灌漿修補材料膨脹/收縮比試驗結果，由圖中可以發現

E x pa ns io n or Shr inka g e r a ti o

^7G

7G1

0 200 400 600

Expansion or Shrin k age ratio

^7G

7G1

Expansion or Shrin k age ratio

灌漿修補透水性及耐久性評估

施加定水壓進行透水試驗，觀察試體底部狀態，評估不同性質材料修補後之抗水性。在透水試驗過程中發現，灌漿修補後試體通水後瞬間即噴出。因此利用光學顯微鏡觀察修補區域，可以清楚看見，在修補區域有著許多橫向及縱向約1 mm 的裂縫，又從貯鹽試驗結果發現，這些裂縫是由修補表面直接貫穿到底層，詳如照片4-9 所示。這些現象可能是因為修補區域表面吸水性及修補深度過深，而造成修補材料產生收縮、沉陷裂縫，如照片4-10 所示。

以上結果顯示已砂率 0.75 及 1 的水泥砂漿做為灌漿修復材料，

對於寬度5 mm 裂縫無法獲致緻密的填充效果，如需改善修補後之防水性及耐久性，或可改變粒徑及調整摻料的用量，以改善修補材料之體積穩定性。

照片 4-9 灌漿修補貯鹽試驗結果

(資料來源：本研究整理)

後中前

白色部分表示含氯離子

照片4-10 約 ±1 mm 之裂縫(光學顯微鏡(OM)影像) (資料來源：本研究整理)

第三節補綴修補試驗結果

本試驗係參照 JSCE-K 561 水泥質補綴修補試驗法進行，並參照 CNS、ASTM、JIS 規定進行抗壓強度、抗彎強度、抗拉強度、吸水率、體積穩定性等試驗，以比較驗證腐蝕抑制劑添加至水泥砂漿中是否會影響補綴效能。又針對修補材料與母材間性質不同亦可能產生電位差造成再次腐蝕問題進行探討。本研究模擬製作水灰比0.45、0.65 兩種鋼筋混凝土板，於黏接層採純水泥漿、鋅粉漆、環氧樹脂、腐蝕抑制劑(3% NaNO₂)進行防蝕修復，並使用加速腐蝕試驗法量腐蝕電

位、SEM 微觀影像、EDS 元素分析、XRD 成分分析，判定不同材料的腐蝕與防蝕效能及腐蝕生成物。

4-3-1 補綴修補材料試驗結果討論

表 4-7 為補綴層修補材料試驗結果，以純水泥漿(M)做為控制組，

水泥砂漿+腐蝕抑制劑(3% NaNO₂) (MN)做為比照組，兩者相較起來發現添加腐蝕抑制劑(3% NaNO₂)，會有稍微降低修補材料力學與物理性質的負面作用。

表4-7 補綴修補材料性質試驗結果

編號

試驗項目

M MN

抗壓(MPa) 63.6 57.55

抗彎(MPa) 4.19 3.95

抗拉(MPa) 3.47 3.97

黏接(MPa) 2.78 1.93

吸水率(%) 4.53 4.01

泌水率(%) 0 0

(資料來源：本研究整理)

再由膨脹/收縮比試驗結果來，可以發現(MN)曲線有偏高的現

Expansio n or Shein k age ratio

究將試體浸漬於海水中 (氯離子含量約 0.56 Mole/L)，以定電流 ( mA/cm²)進行加速腐蝕，並採用恆電流電位儀，量測鋼筋開路電位 (open circuit potential, OCP)、極化電流 Icorr及電流密度，又根據法拉第定律(Farasay`s law)，利用腐蝕電流密度推算腐蝕速率，詳如式 4-1 所示。

C 1

i

^corr .W

R k E

= ×

ρ

× (4-1)

k

₁：常數(0.1288 mpy g/μAcm)

i

_corr：腐蝕電流密度 (μA/cm²)

ρ ：材料密度 (g/m

³)

E.W：材料之當量重

不同材料修補對於鋼筋腐蝕之影響

表4-8 至 4-9 分別為 C1、C2 兩組試體所測得之開路電位(OCP)，

在文檔中修補材料性質對混凝土結構物耐久性之探討 (頁 81-0)

第四章 試驗結果與討論

第一節 裂縫注入修補試驗結果

編

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3

(GPa)

0

0

0 5 10 15 20

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3 注入修補材料種類

Exp a nsion or S h rinkage ratio

Expansion or Shrin k age ratio

Expan sion or Shrin k age r a ti o

4I 4I1 4I2 4I3 3I 3I1 3I2 3I3

4I

4I2

4I3

3I

3I1

3I2

3I3

0

編號

7G 7G1 7G2 7G3 1G 1G1 1G2 1G3

(GPa)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

4G 4G1 4G2 4G3 3G 3G1 3G2 3G3 灌漿修補材料種類

0 1 2 3 4 5

灌漿修補材料種類

0 1 2 3 4 5

灌漿修補材料種類

0

E x pa ns io n or Shr inka g e r a ti o

Expansion or Shrin k age ratio

Expansion or Shrin k age ratio

編號

M MN

Expansio n or Shein k age ratio

i

R k E

ρ

k

i

ρ ：材料密度 (g/m

第四章試驗結果與討論

第一節裂縫注入修補試驗結果