鋼筋腐蝕檢測可藉由鋼筋腐蝕電位的量測、腐蝕電流或混凝土電阻的 測量來進行偵測,ASTM C876-91規定量測鋼筋腐蝕電位之方法為使用一個 高輸入阻抗的電位計,一端接一參考電極(如Cu/CuSO4),另一端接鋼筋,即 可測量鋼筋之腐蝕電位,依據 ASTM C876建議,當鋼筋之腐蝕電位低於 -350mv(Cu/CuSO4)時,發生腐蝕之機率為 90%,當鋼筋之腐蝕電位高於 -200mv(Cu/CuSO4)時,發生腐蝕之機率為5%,若腐蝕電位介於兩者之間,
腐蝕電位的量測,受到混凝土品質及混凝土中氯離子含量變化的影 響,量測結果會有所誤差,且僅可得知鋼筋發生腐蝕的可能性,並不能知 道鋼筋的腐蝕速率,可以再測量鋼筋腐蝕電流及混凝土電阻予以補充。
測量混凝土電阻可以輔助腐蝕電位來判斷腐蝕速率,當鋼筋之腐蝕電 位低於-350mv(Cu/CuSO4)時,若混凝土電阻大於12kΩ/cm,則腐蝕速率很 小,若混凝土電阻小於5kΩ/cm,則腐蝕速率會很大【25】。
測量混凝土電阻為使用兩個硫酸銅參考電極及兩個金屬電極,電流由 兩端金屬電極流至中間兩個硫酸銅參考電極,藉由量測通過兩端金屬電極 之電流及中間兩個硫酸銅電極之電壓降,以下面理論公式可推算電阻係數
ρ,由電阻係數ρ可判斷與腐蝕速率的關係:
i E a /
2 ∆
= π
ρ
(4-9)
式中:
ρ:電阻係數
a:中間兩極間的距離
∆E:中間兩極的電位差
i:通過兩端金屬電極之電流
測量混凝土電阻時,易受混凝土乾濕影響,所測得之電阻變異性較大,
準確度較差。
量測鋼筋腐蝕電流,即是量測鋼筋腐蝕電化學反應速度,有以下兩種 方式,直流線性極化法、交流阻抗法。
直流線性極化法係利用活性極化原理來量測腐蝕電流,利用三個電極 (工作電極、參考電極和輔助電極)來求得極化圖之斜率;對系統外加一微小 過電壓(小於10mv),所得電流與電壓則成一線性關係,此線性斜率,稱之 為極化阻抗,即是塔佛斜率(Tafle Slope),如下式:
i RP E
∆
= ∆ (4-10)
式中:
RP:極化阻抗
∆E:過電壓
∆i:電流
將極化阻抗值代入Stern-Geary方程式,可求腐蝕電流密度 icorr 【25】,
P b
a b a
corr R
B i
i E =
∆
×∆
= +
) (
3 .
2 β β β
β (4-11)
式中:
icorr :腐蝕電流密度
βa:陽極塔佛斜率
βb:陰極塔佛斜率
∆E:電位變化
∆i:電流
B:Stern-Geary常數(依文獻資料建議B值為26 mv)
RP:極化阻抗
D wt at nF
Rcorr =icorr × × (4-12)
式中:
Rcorr:腐蝕速率
icorr :腐蝕電流密度
n:電荷 e− 移轉數
F:法拉第常數(96500 coulomb/mole)
wt
at× :鐵原子重(55.85 g/mole)
D:鐵密度(7.86 g/cm3)
若混凝土電阻很大時,利用直流線性極化法所求得之極化阻抗會低估 鋼筋之腐蝕速率,可利用交流阻抗法來克服,交流阻抗法係利用高頻來分 析混凝土的水化過程,而利用低頻來分析鋼筋的極化阻抗。
交流阻抗法係利用等效電路的觀念,藉由輸入一微小的交流訊號,從 複雜的反應過程中得到金屬表面的阻抗值,由交流阻抗法可測得混凝土電 阻比、電解液的電阻(Rs)、電荷轉移的電阻(Rp)和電容值(Cp),再以Nyquist Plot圖解析,直接得知電荷轉移的電阻(Rp),即鋼筋表面鈍化層電阻(Rp)
【13】,如下式:
R
icorr = B (4-13)
式中:
B值約為26 mv,而以Nyquist Plot圖解析得到之Rp ,並不包含電解液的電
鋼筋腐蝕情況嚴重者,對結構物的安全性及耐久性影響極大,而鋼筋 腐蝕的可能性及腐蝕速率,可藉由量測鋼筋腐蝕電位、混凝土電阻及鋼筋 腐蝕電流,以得知鋼筋腐蝕機率及腐蝕速率,而目前鋼筋的腐蝕程度,亦 是迫切須了解的,可利用透地雷達試驗法或超音波波速法等非破壞性檢測 技術來量測鋼筋有效截面積,另有關鋼筋保護層方面,由於混凝土中性化 的快慢,可決定鋼筋何時開始腐蝕,保護層厚度愈厚,中性化的時間愈長,
中性化的檢測,可以利用酚? 試劑在酸鹼環境中顏色不同[鹼性(紅) → 酸性
(無色)]之特性,對取樣試體表面噴灑酚? 指示劑作測試,來判定中性化深度 是否已達鋼筋層【25】;而鋼筋保護層厚度的檢測,則可利用簡單的鋼筋位 置探測儀或超音波波速法、輻射線照相法、敲擊回音法或透地雷達試驗法 來偵測鋼筋埋置深度。