15 微裂縫(X100) (P)

(資料來源：本研究整理)

照片4-15 微裂縫(X100) (P) 照片 4-16 微裂縫(X1000)(P) (資料來源：本研究整理)

XRD 成分分析

使用X-ray 對加速腐蝕後試體進行繞射，得到以下結果：純水泥 (Ｍ)試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)₂、NaCl、Fe₂O₃、SiO₂；腐蝕抑制劑 (3% NaNO2) (N)試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)2、NaCl、Fe2O3、SiO2、

元素：Zn、P、Si、Ca 特徵：球狀

元素：O、Zn、P、Fe、S i、

Cl、Ca

1 μm

KNO₃；環氧樹脂 (P) 試體的腐蝕生成物有 Ca(OH)₂、SiO₂、KSH；

Zinc (Z)試體的腐蝕生成物有 Zn、Ca(OH)₂ 、SiO₂、Fe₂O₃、ZnCl₂、 SiP₂O₇、Fe₂P、CaSO₄、Zn(ClO₄)₂、ZnO，詳如圖 4-24~27 所示。

由整體來看腐蝕抑制劑(3% NaNO2)、環氧樹脂、純水泥的腐蝕 生成物，似乎無生成出可提高鋼筋抗蝕的氧化層，而 Zinc (Z) 的腐 蝕生成物如ZnCl2，Zn(ClO4)2 、ZnO 等可作為鋼筋的防蝕層。

因此以 Zinc 塗封的方式進行陰極防蝕(犧牲陽極法)，不但能夠 代替鐵氧化形成 ZnO 等成分，且有消耗 Cl 的作用形成 ZnCl₂， Zn(ClO₄)₂。

圖4-24 純水泥(Ｍ)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)

圖4-25 腐蝕抑制劑(3% NaNO2) (N)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)

圖 4-26 環氧樹脂(P)腐蝕生成物

圖4-27 鋅粉(Z)腐蝕生成物 (資料來源：本研究整理)

第四節 綜合討論

由於長期使用及天災影響，造成混凝土劣化，使得我國損壞待修 復補強的鋼筋混凝土結構物逐年增加，所以對於修補材料的需求亦快 速的提升。目前雖然許多商業化的修補材料/工法已被使用，但對於 修補材料的物理或化學特性評估的標準試驗法仍未尚未訂定，以致於 要獲致應用在鋼筋混凝土結構物的高性能修補材料，仍有相當的困難 度。本計畫參考日本土木學會(JSCE)出版的應用於混凝土結構物修補 材 料 標 準 試 驗 法 (JSCE-STANDARDS ON TEST METHODS OF REPAIRING MATERIALS USED FOR CONCRETE STRUCTURES, JSCE Guideline for Concrete)，提出綱要說明。

4-4-1 混凝土表面塗層材料耐候試驗法

混凝土表面塗層材料耐候試驗法(Test methods for weathering resistance of concrete surface coating materials)，主要說明決定混凝土 表面塗層材料耐候性的步驟，可以加速試驗為主配合長期戶外曝曬試 驗(如有必要)。混凝土表面塗層材料包括合成樹脂(synthetic resin)及 高 分 子 改 質 水 泥 系 塗 層 材 料(polymer modified cement coating materials)等。表面塗層材料一般包含表面材(primer)、平整材(putty) 與修飾面材(finish coating materials)。建議使用 70x70x20mm 水泥砂 漿試體(w/c=0.5, S/A=3)作為試驗用底板，依照標準程序養護及進行前 處理，可使用“xenon–arc lamp”法及”sunshine carbon-arclamp＂法進 行加速試驗並比較塗層顏色變化。

4-4-2 混凝土表面塗層材料氧氣滲透試驗法

混 凝 土 表 面 塗 層 材 料 氣 滲 試 驗 法(Test method for oxygen permeability of concrete surface coating materials)，主要敘明決定混凝 土表面塗層材料氧氣滲入量測的程序。試體與加速耐候試驗用試體相 同。氧氣滲透性可以氧氣滲透率(mol/m²‧s‧Pa)及氧氣滲透係數 (mol‧m/m²‧s‧Pa)表示。

4-4-3 混凝土表面塗層材料氣滲試驗法

混 凝 土 表 面 塗 層 材 料 氣 滲 試 驗 法(Test method for vapor permeability of concrete surface coating materials)，主要敘明決定混凝 土 表 面 塗 層 材 料 水 氣 滲 入 量 測 的 程 序 。 試 驗 環 境 設 定 溫 度 為 40±1℃，相對溼度為 90±2％。

4-4-4 混凝土表面塗層材料水滲透試驗法

混凝土表面塗層材料水滲透試驗法(Test method for water permeability of concrete surface coating materials)，主要敘明決定混凝 土表面塗層材料水滲入量測的程序。滲透水量可依下式計算。

Wp=W₁-W₂

Wp:水滲透量(g)

W₁ :施加水壓前試體重(g) W₂ :施加水壓後試體重(g)

4-4-5 混凝土表面塗層材料氯離子滲透試驗法

混 凝 土 表 面 塗 層 材 料 氯 離 子 滲 透 試 驗 法(Test method for chloride ion permeability of concrete surface coating materials)，主要敘 明決定混凝土表面塗層材料氯離子滲透滲入測的程序。試體尺寸為 150x150x150 mm，利用劈裂試體量測氯離子滲入深度。

4-4-6 混凝土表面塗層材料黏結強度試驗法

混凝土表面塗層材料黏結強度試驗法(Test method for bond strength of concrete surface coating materials)，主要敘明決定修補混凝 土結構物表面塗層材料的黏結強度試驗程序。黏結強度試體分成三 類：標準試體、抗鹼試驗後試體及加速耐候試驗後試體。

4-4-7 混凝土裂縫上表面塗層材料伸長率試驗法

混凝土裂縫上表面塗層材料伸長率試驗法(Test method for elongation performance of concrete surface coating materials)，主要敘明 修 補 混 凝 土 結 構 物 表 面 塗 層 材 料 橋 接 裂 縫 的 性 能 。 試 體 尺 寸 為 40x120x10mm。試體共分成四類：標準試體、低溫試體、抗鹼試驗後

試體及加速耐候試驗後試體。

4-4-8 混凝土結構修補用有機裂縫注入材料試驗法

混凝土結構修補用有機裂縫注入材料試驗法(Test method of organic crack injecting materials for repairing in concrete structures)，主 要敘明修補混凝土結構物用有機裂縫注入材料試驗程序。有機材料如 合成樹脂其試驗性質包括黏滯性、彈性模數、抗彎強度、收縮比、抗 拉抗壓強度、結合強度、振動液化指標(thioxotropic index)及膨脹係數 等。

4-4-9 混凝土結構修補用水泥質裂縫注入材料試驗法

混凝土結構修補用水泥質裂縫注入材料試驗法(Test methods of cement crack injecting materials for repairing in concrete structures)，主 要敘明修補混凝土結構物用水泥質裂縫注入材料試驗程序。水泥質材 料如水泥漿/灰漿(cement slurry)其試驗性質包括稠度、彈性模數、抗 彎強度、膨脹/收縮比、抗拉抗壓強度、結合強度、保水係數(water retaining coefficient)及吸水率等。

4-4-10 混凝土結構修補用高分子改質水泥裂縫注入材料試驗法

混凝土結構修補用高分子改質水泥裂縫注入材料試驗法(Test methods of polymer modified cement crack injecting materials for repairing in concrete structures)，主要敘明修補混凝土結構物用高分子 改質水泥裂縫注入材料試驗程序。高分子改質水泥質材料為無機材料 其試驗性質包括稠度、彈性模數、抗彎強度、膨脹/收縮比、抗拉抗 壓強度、結合強度、保水係數(water retaining coefficient)、熱脹係數 及吸水率等。

4-4-11 混凝土結構修補及補強用有機灌漿材料試驗法

混凝土結構修補用及補強用有機灌漿材料試驗法(Test method of organic grouting materials for repairing and strengthening in concrete structures)，主要敘明修補混凝土結構物用注入混凝土與補強材間空 cement grouting materials for repairing and strengthening in concrete structures)，主要敘明修補混凝土結構物用注入混凝土與補強材間空 隙如混凝土與補強鋼板的間隙水泥材料的試驗法。水泥材料如水泥漿 或水泥砂漿其試驗性質包括稠度、彈性模數、抗彎強度、膨脹/收縮 比、抗拉抗壓強度、結合強度、保水係數(water retaining coefficient)、

泌水率、流度變化及吸水率等。

4-4-13 混凝土結構修補及補強用高分子改質水泥灌漿材料試驗法 混凝土結構修補及補強用高分子改質水泥灌漿材料試驗法 (Test method of polymer modified cement grouting materials for repairing and strengthening in concrete structures)，主要敘明修補混凝土 結構物用注入混凝土與補強材間空隙如混凝土與補強鋼板的間隙高 分子改質水泥材料的試驗法。水泥材料如高分子改質水泥漿或高分子 改質水泥砂漿其試驗性質包括稠度、彈性模數、抗彎強度、膨脹/收 縮 比 、 抗 拉 抗 壓 強 度 、 結 合 強 度 、 保 水 係 數(water retaining coefficient)、泌水率、流度變化、熱脹係數及吸水率等。

4-4-14 混凝土結構補綴修補材料試驗法

混凝土結構修補補綴材料試驗法(Test method of patching repair materials for concrete structures)，主要敘明混凝土結構物修補或補強 用補綴修補材料的試驗法。水泥材料如水泥漿或水泥砂漿其試驗性質 包括視密度(apparent density)、彈性模數、抗彎強度、膨脹/收縮比、

抗拉、抗壓強度、結合強度、體積穩定性、膨脹係數及彎曲韌性(flexural toughness)等。

4-4-15 混凝土結構用表面滲透材料試驗法

混凝土結構用表面滲透材料試驗法 (Test method of surface penetrants for concrete structures)，主要敘明混凝土結構修復或防護用 表面滲透材料的規格與相關試驗法。混凝土結構修復或防護用表面滲 透材料如矽酸鹽(silicate)其試驗性質包括表面觀察外觀、滲透深度試 驗、透水試驗、溼氣滲透試驗、碳化試驗及氯離子滲透試驗等。

第五章 結論與建議

第一節 結論

本研究參照 JSCE 針對水泥質(灌漿、注入、補綴)修補材料性質 進行進行一系列試驗，並設計< 0.5、> 5 mm 之裂縫進行灌漿及注入 修補，依據CNS 3763 透水試驗法、ASTM C1202 RCPT 耐久性試驗 法、AASHTO T259 貯鹽試驗法、光學顯微鏡(OM)巨觀觀察法……等 方法，來評估各項材料灌漿、注入修補後特性(填充、防水、耐久性)。

又設計鋼筋混凝土板(L)50cm×(W) 25cm)×(H) 10cm，採用加速腐蝕試 驗，SEM 微觀觀察、EDS 元素分析、XRD 成分分析，針對鋼筋混凝 土板補綴修補後，腐蝕耐久性進行探討。由以上試驗得到以下結論。

1. 水泥質材料修補裂縫的品質首要條件在於控制適當的流動性，使能 有效填充裂縫。本研究根據流度試驗、泌水率試驗及持水係數試驗 結果得知以水泥漿修補裂縫寬度小於 0.5mm 之裂縫，流度應不大 於32 sec，持水性不得小於 28 %，而泌水率應趨近於 0 %，對於裂 縫寬度為0.5 mm 裂縫，其修補效果佳。以水泥砂漿修補裂縫寬度 大於 5 mm 之裂縫，流度在應不大於 83 sec 間、持水性不小於 28

%，泌水率應趨近於 0 %。

2. 修補材料性質試驗結果發現，添加 0.01 % 鋁粉會影響修補材料抗 壓、抗拉、抗彎及黏結強度、且膨脹作用在終凝前較為明顯，後 期仍會因水水分變化而造成體積收縮。添加礦物摻料如飛灰或爐 石能改善體積收縮的問題。透水、貯鹽、RCPT 試驗結果顯示，

添加 10 % 爐石對於注入修補的填充性、透水性及耐久性皆有正面 的效果。

3. 由腐蝕試驗結果得知，黏結層使用添加腐蝕抑制劑的水泥漿(3%

NaNO2) (無機披覆法)、環氧樹脂 (有機披覆法)、添加鋅粉 (塗封、

陰極防蝕)等修復工法，能改善混凝土鋼筋腐蝕的現象。並由時間 與 OCP 關係曲線及腐蝕速率結果得知添加鋅粉效果最佳。(塗 封、陰極防蝕﹝犧牲陽極法﹞)效果最好。

4. 由 SEM 顯微圖(X3000)發現，以純水泥進行防蝕修復相較於添加 腐蝕抑制劑(3% NaNO₂)的漿體，其微觀結構較為鬆散，並由時間 與開路電位關係曲線得知 OCP 值至第 5 天便趨於平緩。由此可推 估添加腐蝕抑制劑(3% NaNO₂)，能有效抑制鋼筋的腐蝕。

5. 由 SEM 顯微圖發現環氧樹脂塗封橫截面上有寬度大約是 1 μm 左 右的裂縫，觀察 OCP 曲線，OCP 值初期電位較高，至第 4 天便開 始下降，前述微細裂縫可能是主要原因。

6. 成分分析結果發現，以添加 Zinc 的方式進行防蝕，不但能夠代替 鐵氧化作為犧牲陽極，且有吸附Cl 形成 ZnCl₂，Zn(ClO₄)₂。

第二節 建議 建議一

改變礦物摻料用量或改採高分子材料，進行相關耐久性之探討：

立即可行建議

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