鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕斷面補修工法研擬

凝土

梁

構件之

鋼筋腐

蝕斷面

補修工

法研擬

_內政

部

建築研

究所

委

託研究

成果

報

告

(10

9

年

度

)

鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕斷面補修

工法研擬

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 109 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)

鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕斷面補修

工法研擬

受委託單位 ： 國立臺灣科技大學

研究主持人 ： 邱建國

協同主持人 ： 陳君弢

研 究 助 理 ： 陳儷文、許譽騰

研 究 期 程

： 中華民國 109 年 1 月至 109 年 12 月

研 究 經 費

： 新臺幣 99.5 萬元

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 109 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)

PG10902-0031

I

目次

目次 ... I

表次 ... III

圖次 ... VII

摘要 ... XIII

ABSTRACT ... XVII

第一章

緒論 ... 1

第一節 研究背景 ... 1

第二節 研究目的 ... 3

第三節 預期目標 ... 5

第二章

文獻回顧 ... 7

第一節 RC 建築物之耐久性能評估方法 ... 7

第二節 混凝土構件修復工法 ... 25

第三節 美國相關規範 ... 69

第三章

研究方法與相關試驗規劃 ... 93

第一節 研究方法與流程 ... 93

第二節 斷面修復材料之力學性能試驗建置規劃 ... 95

第三節 新舊材料介面問題探討之建置規劃 ... 105

第四節 鋼筋腐蝕梁構件之修復性試驗建置規劃 ... 113

第四章

試驗結果與討論 ... 131

第一節 第一階段試驗結果與討論 ... 133

第二節 第二階段試驗結果與討論 ... 177

第三節 第三階段試驗結果與討論 ... 188

第五章

鋼筋腐蝕構件斷面補修工法 ... 201

第一節 構件劣化修復策略 ... 201

第二節 斷面補修工法種類與適用範圍 ... 205

第三節 斷面補修材料分類與試驗 ... 208

第四節 補修材料性能要求 ... 212

第五節 施工程序與注意事項 ... 217

第六節 參考圖說範例 ... 222

第七節 補修材料性能要求 ... 225

II

第六章

結論與建議 ... 227

第一節 結論 ... 227

第二節 建議 ... 229

附錄一 工作會議記錄 ... 231

附錄二 歷次專家座談會議記錄 ... 233

附錄三 第一次專家座談會議簽到表 ... 237

附錄四 第二次專家座談會議簽到表 ... 239

參考書目 ... 241

III

表次

表

2- 1 檢討項目 ... 9

表

2- 2 目標等級區分 ... 10

表

2- 3 初步診斷項目說明 ... 13

表

2- 4 劣化症狀定義 ... 14

表

2- 5 耐久性能指標權重值 ... 19

表

2- 6 鋼筋腐蝕修復工法與回復目標方法之關係 ... 20

表

2- 7 混凝土中性化程度分類 ... 21

表

2- 8 混凝土中性化修復工法之選定 ... 21

表

2- 9 中性化抑制工法與回復目標方法之關係 ... 22

表

2- 10 混凝土氯離子含量程度分類 ... 23

表

2- 11 混凝土氯離子修復工法之選定 ... 23

表

2- 12 氯離子修復工法與回復目標方法之關係 ... 24

表

2- 13 以回復或增加性能為目的所對應之修復/補強工法 ... 28

表

2- 14 修復/補強使用之材料種類 ... 29

表

2- 15 水泥系材料之試驗方法 ... 30

表

2- 16 受鹽害之鋼筋混凝土建築物外觀等級和劣化狀態 ... 33

表

2- 17 鹽害劣化等級與適用之補修工法的關係 ... 34

表

2- 18 受中性化之鋼筋混凝土建築物之外觀等級和劣化狀態 ... 38

表

2- 19 中性化劣化等級與適用之補修工法的關係 ... 39

表

2- 20 ASR 之鋼筋混凝土建築物之外觀等級和劣化狀態 ... 43

表

2- 21 ASR 劣化等級與適用之補修工法的關係 ... 44

表

2- 22 劣化類型和手冊的主要目標 ... 48

表

2- 23 修復工法對應之檢查項目和方法 ... 50

表

2- 24 斷面修復後之檢查要點 ... 51

表

2- 25 建築物外觀之劣化程度和可採用之工法範例 ... 53

表

2- 26 建築結構來考慮其修復/補強之目的和施工方法 ... 55

表

2- 27 灌注用之環氧樹脂黏度值建議表 ... 61

表

2- 28 美國 ASTM 環氧樹脂材料之用途分類表 ... 62

表

2- 29 裂縫寬度在 0.3 mm 以上之灌注環氧樹脂材料規格表 ... 63

表

2- 30 CNS 10141 環氧樹脂性能要求表 ... 64

IV

表

2- 31 適用於斷面缺損時之鋼筋防鏽材料表 ... 65

表

2- 32 適用於斷面缺損時之填補用材料 ... 66

表

2- 33 斷面缺損時之填補用樹脂砂漿材料主要規格表 ... 67

表

2- 34 無收縮混凝土之規格要求表 ... 68

表

2- 35 無收縮水泥砂漿之規格要求表 ... 68

表

2- 36 由混凝土局部或全部承受介面應力需求之試驗要求 ... 70

表

2- 37 強制性要求清單 ... 71

表

2- 38 非強制性要求清單 ... 75

表

2- 39 混凝土移除法的特色、考量與限制 ... 83

表

2- 40 表面處理的特色、考量與限制 ... 86

表

2- 41 卜特蘭水泥混凝土替代材料的試驗法與試驗值 ... 89

表

2- 42 改質卜特蘭水泥混凝土或砂漿的性質改變 ... 91

表

3- 1 聚合物水泥砂漿之品質基準 ... 96

表

3- 2 環氧樹脂系斷面修復材之品質基準(AIJ) ... 97

表

3- 3 各材料之代號 ... 99

表

3- 4 修復材料之配比 ... 99

表

3- 5 基礎混凝土之配比 ... 99

表

3- 6 水泥系材料黏結劑之配比 ... 109

表

3- 7 鋼筋腐蝕等級評定基準 ... 113

表

4- 1 聚合物水泥砂漿之品質基準 ... 132

表

4- 2 F00SP00 之撓曲強度 ... 136

表

4- 3 F25SP00 之撓曲強度 ... 136

表

4- 4 F00SP07 之撓曲強度 ... 137

表

4- 5 F25SP07 之撓曲強度 ... 137

表

4- 6 無收縮水泥砂漿試體之撓曲強度 ... 138

表

4- 7 環氧樹脂砂漿試體之撓曲強度 ... 138

表

4- 8 F00SP00 之抗壓強度 ... 139

表

4- 9 F25SP00 之抗壓強度 ... 139

表

4- 10 F00SP07 之抗壓強度 ... 140

表

4- 11 F25SP07 之抗壓強度 ... 140

表

4- 12 無收縮水泥砂漿試體之抗壓強度 ... 141

V

表

4- 13 環氧樹脂砂漿試體之抗壓強度 ... 141

表

4- 14 F00SP00 之黏結強度 ... 142

表

4- 15 F25SP00 之黏結強度 ... 143

表

4- 16 F00SP07 之黏結強度 ... 144

表

4- 17 F25SP07 之黏結強度 ... 145

表

4- 18 無收縮水泥砂漿試體之黏結強度 ... 146

表

4- 19 環氧樹脂砂漿試體之黏結強度 ... 147

表

4- 20 F00SP00 之透水量 ... 148

表

4- 21 F25SP00 之透水量 ... 148

表

4- 22 F00SP07 之透水量 ... 148

表

4- 23 F25SP07 之透水量 ... 149

表

4- 24 無收縮水泥砂漿試體之透水量 ... 149

表

4- 25 環氧樹脂砂漿試體之透水量 ... 149

表

4- 26 F00SP00 之吸水量 ... 150

表

4- 27 F25SP00 之吸水量 ... 150

表

4- 28 F00SP07 之吸水量 ... 150

表

4- 29 F25SP07 之吸水量 ... 151

表

4- 30 無收縮水泥砂漿試體之吸水量 ... 151

表

4- 31 環氧樹脂砂漿試體之吸水量數據 ... 151

表

4- 32 不同配比試體之長度變化 ... 152

表

4- 33 不同配比表面粗糙度與環境溫度影響下之 28 天齡期黏結強

度 ... 178

表

5- 1 氯離子或中性化劣化適用之補修工法 ... 204

表

5- 2 斷面補修工法適用範圍概念 ... 207

表

5- 3 斷面修復材料之相關試驗 ... 210

表

5- 4 斷面修復材之適用效果 ... 212

表

5- 5 斷面修復材料之性能要求 ... 213

表

5- 6 斷面補修用之防銹劑品質規格 ... 216

表

5- 7 水泥系材料黏結劑之配比 ... 218

表

5- 8 水量對混漿之影響 ... 221

表

5- 9 補修材料性能要求 ... 225

VI

附表

2- 1 第一次專家座談會議紀錄 ... 233

VII

圖次

圖

1- 1 本研究執行步驟 ... 4

圖

2- 1 混凝土構造物之維護管理實施流程 ... 8

圖

2- 2 常見的混凝土修復工法 ... 9

圖

2- 3 耐久性能診斷方法流程 ... 12

圖

2- 4 耐久性能初步診斷項目 ... 15

圖

2- 5 初步診斷綜合評定 ... 16

圖

2- 6 耐久性能詳細診斷方法 ... 18

圖

2- 7 修復/補強流程 ... 27

圖

2- 8 修復/補強工法之選定流程 ... 52

圖

2- 9 裂縫修復工法 ... 58

圖

2- 10 斷面修復法 ... 59

圖

2- 11 修補方法 ... 82

圖

3- 1 研究步驟 ... 94

圖

3- 2 撓曲強度試驗儀器 ... 100

圖

3- 3 抗壓強度試驗儀器 ... 101

圖

3- 4 黏結強度試驗儀器 ... 102

圖

3- 5 長度變化試驗儀器 ... 104

圖

3- 6 斷面修復法 ... 105

圖

3- 7 試體示意圖 ... 107

圖

3- 8 本研究設計之試驗模具 ... 107

圖

3- 9 恆溫恆濕箱之設置 ... 107

圖

3- 10 本研究恆溫恆濕箱之設置(7 天 7 個循環) ... 108

圖

3- 11 直拉式拉拔試驗 ... 108

圖

3- 12 表面粗糙度之砂目 ... 111

圖

3- 13 表面粗糙度之中間 ... 111

圖

3- 14 水泥系黏結材之水泥砂漿 ... 112

圖

3- 15 環氧樹脂系黏結材之環氧樹脂 ... 112

圖

3- 16 本研究鋼筋腐蝕之實際配置 ... 115

圖

3- 17 撓區段鋼筋量測 80 公分 ... 116

圖

3- 18 兩端塗上防鏽劑 ... 116

VIII

圖

3- 19 負極接於水中之銅片 ... 116

圖

3- 20 正極接於水箱外之鋼筋 ... 117

圖

3- 21 待鋼筋表面腐蝕至本研究目標腐蝕狀態 ... 117

圖

3- 22 鋼筋腐蝕等級目視法 ... 118

圖

3- 23 本研究鋼筋腐蝕狀態 ... 118

圖

3- 24 本研究梁構件之配筋設計 ... 119

圖

3- 25 澆置前中央放置之保麗龍 ... 120

圖

3- 26 內埋式吊點 ... 120

圖

3- 27 鋼筋綁紮完成 ... 121

圖

3- 28 梁構件灌漿 ... 121

圖

3- 29 拆模後翻轉試體 ... 122

圖

3- 30 初步敲除保麗龍處 ... 122

圖

3- 31 敲除裂化混凝土及鋼筋腐蝕之受損區域 ... 123

圖

3- 32 敲除深度達鋼筋背側 ... 124

圖

3- 33 鋼筋腐蝕清除 ... 124

圖

3- 34 鋼筋表面塗佈防腐蝕漆 ... 125

圖

3- 35 水泥砂漿黏結材塗佈 ... 125

圖

3- 36 環氧樹脂黏結材塗佈 ... 126

圖

3- 37 水泥砂漿修復材灌入 ... 126

圖

3- 38 環氧樹脂修復材灌入 ... 127

圖

3- 39 水泥砂漿修復材完成修復 ... 127

圖

3- 40 環氧樹脂修復材完成修復 ... 128

圖

3- 41 試驗裝置側視圖 ... 129

圖

3- 42 試驗裝置前視圖 ... 129

圖

3- 43 試驗加載程序 ... 130

圖

4- 1 各試體之撓曲強度結果 ... 153

圖

4- 2 各試體之抗壓強度結果 ... 154

圖

4- 3 各試體之黏結強度結果 ... 155

圖

4- 4 各試體之透水量結果 ... 156

圖

4- 5 各試體之吸水量結果 ... 157

圖

4- 6 各試體之吸水率結果 ... 158

IX

圖

4- 7 各試體之長度變化結果 ... 159

圖

4- 8 F00SP00 之 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 160

圖

4- 9 F00SP00 之 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 160

圖

4- 10 F00SP00 之 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 161

圖

4- 11 F00SP00 之 28 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 161

圖

4- 12 F00SP00 之 7 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 162

圖

4- 13 F00SP00 之 28 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 162

圖

4- 14 F25SP00 之 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 163

圖

4- 15 F25SP00 之 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 163

圖

4- 16 F25SP00 之 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 164

圖

4- 17 F25SP00 之 28 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 164

圖

4- 18 F25SP00 之 7 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 165

圖

4- 19 F25SP00 之 28 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 165

圖

4- 20 F00SP07 之 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 166

圖

4- 21 F00SP07 之 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 166

圖

4- 22 F00SP07 之 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 167

圖

4- 23 F00SP07 之 28 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 167

圖

4- 24 F00SP07 之 7 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 168

圖

4- 25 F00SP07 之 28 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 168

圖

4- 26 F25SP07 之 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 169

圖

4- 27 F25SP07 之 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 169

圖

4- 28 F25SP07 之 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 170

圖

4- 29 F25SP07 之 28 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 170

圖

4- 30 F25SP07 之 7 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 171

圖

4- 31 F25SP07 之 28 天循環齡期下黏結強度試驗照片 ... 171

圖

4- 32 無收縮水泥砂漿試體於 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 .. 172

圖

4- 33 無收縮水泥砂漿試體於 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 172

圖

4- 34 無收縮水泥砂漿試體於 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 173

圖

4- 35 無收縮水泥砂漿試體於 28 天齡期下黏結強度試驗照片 .... 173

圖

4- 36 無收縮水泥砂漿試體於 7 天循環齡期下黏結強度試驗照片

... 174

X

圖

4- 37 無收縮水泥砂漿試體於 28 天循環齡期下黏結強度試驗照片

... 174

圖

4- 38 環氧樹脂砂漿試體於 7 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 ... 175

圖

4- 39 環氧樹脂砂漿試體於 28 天齡期下撓曲及抗壓試驗照片 .... 175

圖

4- 40 環氧樹脂砂漿試體於 7 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 176

圖

4- 41 環氧樹脂砂漿試體於 28 天齡期下黏結強度試驗照片 ... 176

圖

4- 42 各材料在不同表面粗糙度與冷熱循環下之 28 天試驗結果 179

圖

4- 43 F00SP00 之 28 天齡期下表面粗糙度為中間之黏結強度試驗

照片 ... 180

圖

4- 44 F00SP00 之 28 天齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強度試驗

照片 ... 180

圖

4- 45 F00SP00 之 28 天循環齡期下表面粗糙度為中間之黏結強度

試驗照片 ... 181

圖

4- 46 F00SP00 之 28 天循環齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強度

試驗照片 ... 181

圖

4- 47 F25SP07 之 28 天齡期下表面粗糙度為中間之黏結強度試驗

照片 ... 182

圖

4- 48 F25SP07 之 28 天齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強度試驗

照片 ... 182

圖

4- 49 F25SP07 之 28 天循環齡期下表面粗糙度為中間之黏結強度

試驗照片 ... 183

圖

4- 50 F25SP07 之 28 天循環齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強度

試驗照片 ... 183

圖

4- 51 無收縮水泥砂漿之 28 天齡期下表面粗糙度為中間之黏結強

度試驗照片 ... 184

圖

4- 52 無收縮水泥砂漿之 28 天齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強

度試驗照片 ... 184

圖

4- 53 無收縮水泥砂漿之 28 天循環齡期下表面粗糙度為中間 .... 185

圖

4- 54 無收縮水泥砂漿之 28 天循環齡期下表面粗糙度為砂目 .... 185

圖

4- 55 環氧樹脂砂漿之 28 天齡期下表面粗糙度為中間之黏結強度

試驗照片 ... 186

XI

圖

4- 56 環氧樹脂砂漿之 28 天齡期下表面粗糙度為砂目之黏結強度

試驗照片 ... 186

圖

4- 57 環氧樹脂砂漿之 28 天循環齡期下表面粗糙度為中間之 .... 187

圖

4- 58 環氧樹脂砂漿之 28 天循環齡期下表面粗糙度為中間之 .... 187

圖

4- 59 由水泥砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.1 %之修復區

域 ... 189

圖

4- 60 由水泥砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.4 %之修復區

域 ... 189

圖

4- 61 由水泥砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 3.5 %之修復區

域 ... 190

圖

4- 62 由水泥砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達破壞時之修復區域 .. 190

圖

4- 63 水泥砂漿修復材之梁構件純彎段各變位量之裂縫發展圖 .. 192

圖

4- 64 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.1 %之修復區

域 ... 194

圖

4- 65 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.2 %之修復區

域 ... 194

圖

4- 66 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.4 %之修復區

域 ... 195

圖

4- 67 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 0.8 %之修復區

域 ... 195

圖

4- 68 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角 3.5 %之修復區

域 ... 196

圖

4- 69 由環氧砂漿修復之鋼筋腐蝕梁構件達變位角破壞時之修復區

域 ... 196

圖

4- 70 環氧樹脂修復材之梁構件純彎段各變位量之裂縫發展圖 .. 198

圖

4- 71 水泥砂漿與環氧樹脂砂漿之撓曲裂縫總和與變位角之關係

... 200

圖

4- 72 水泥砂漿與環氧樹脂砂漿之最大撓曲裂縫與變位角之關係

... 200

圖

5- 1 目標恢復等級 ... 201

圖

5- 2 維護管理流程 ... 202

XII

圖

5- 3 修復工法選擇考慮條件 ... 203

圖

5- 4 斷面補修工法施作流程 ... 205

圖

5- 5 斷面補修工法之選擇參考 ... 207

圖

5- 6 修復設計、修復施工及修復材料之關係 ... 208

圖

5- 7 斷面修復材料之選定流程 ... 208

圖

5- 8 斷面補修工法之施工流程 ... 217

圖

5- 9 前處理(單純混凝土劣化) ... 219

圖

5- 10 前處理(鋼筋腐蝕引起之劣化) ... 220

圖

5- 11 參考圖說 ... 223

圖

5- 12 斷面補修工法之施工範例 ... 224

XIII

摘要

關鍵字：鋼筋混凝土、腐蝕構件、修復材料 一、 研究源起 在台灣，鋼筋建築物常見劣化狀況之一，便是內部鋼筋鏽蝕而造成混凝土裂 縫或剝落，且當裂縫發生或混凝土剝落，亦會加劇鋼筋鏽蝕速度，進而影響建築 物之安全性。當鋼筋混凝土構件劣化到某些程度時，將導致影響結構物之安全性 與使用性，根據構件劣化程度，此時便需要進行補修、補強或拆除重建。嚴重老 劣化嚴重之鋼筋混凝土建築物，日本建築學會針對腐蝕劣化構件之修復方面可分 為：裂縫填補、斷面補修及整體構件包覆等不同等級對策工作，其中又以斷面補 修適用範圍最廣。於「既有混凝土結構物維修及補強技術手冊」中，清楚地提出 關於修復材料使用的種類及施作方法。然而，依現地調查結果及建物使用者反應， 修復區域大多未滿一年即發生新舊材料分離或補修材料剝離，進而造成鋼筋裸露、 鏽蝕等現象。此情形可能係由於斷面修復材之黏結力不足，或介面處理不確實。 台灣之補修施作過程大多全憑現場人員經驗操作，並無明確之使用手冊或量化數 據，且內政部建築研究所於108 年度所執行的鋼筋混凝土建築物之耐久性能診斷 相關研究中，有根據診斷結果建議其合適之修復工法。然而其中之斷面補修工法 的施作程序與有效性尚未經試驗驗證，因此，本計畫針對常見的斷面補修工法進 行試驗探討，以決定合宜之腐蝕補修工法。 二、 研究方法及過程 1. 腐蝕構件的斷面修復和鋼筋腐蝕的設計之相關文獻蒐集 蒐集臺灣、日本及美國現行鋼筋混凝土建築物之修補規範及修復材料之基本性能， 以參考並擬定適用台灣的斷面修復材料基本性能。 2. 斷面補修材料類別及其基本性能探討 斷面補修材料種類繁多，單純地選擇材料性質優於舊有混凝土的補修材料並非最 恰當的，補修材料與舊有混凝土之間的相容性以及使用環境等因素皆是關鍵。為 探討國內常用斷面修復材之修復性能，共規劃三個階段試驗，分別為：第一階段 試驗，針對不同類型的修復材料之力學性能進行相關試驗，修復材料之類型參考 既有混凝土結構物維修及補強技術手冊之建議。第二階段試驗，探討新舊材料介 面性能，包含表面處理方式、粗糙程度評定，及介面黏結劑之使用，並針對有可

XIV 能影響到修復材料黏結力之原因提出介面處理之建議。第三階段試驗是進行鋼筋 腐蝕梁構件之修復，以進一步探討修復材料之修復性能。 3. 鋼筋混凝土腐蝕梁構件製作及試驗 本研究主要以鋼筋腐蝕狀況尚不嚴重之梁構件為對象，目的為延長構件之耐使用 年限；對於鋼筋混凝土腐蝕梁構件之製作，其鋼筋採預腐蝕後埋置，鋼筋腐蝕程 度參考「鋼筋混凝土建築結構耐久性能診斷技術手冊(草案)」之鋼筋腐蝕等級評 定基準，製作腐蝕等級Ⅳ之腐蝕鋼筋，採用外加電流將梁試體撓曲段之鋼筋，通 電電解強迫及加速其腐蝕，腐蝕後埋入梁構件中，並將腐蝕段的混凝土敲除再進 行除鏽及修復，最後利用四點抗彎試驗，探討修復材料於受拉側之裂縫發展˴剝 落或剝離狀態，以量化其修復性能。 4. 鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕斷面補修工法建議 中國土木水利工程學會出版之「既有混凝土結構物維修及補強技術手冊」，主要 以維修補強結構物強度為重點，對於劣化係由於環境影響、材料劣化或其他內在、 外在因素等原因，而欲進行結構劣化損傷的維修補強以延長結構物耐久性之問題， 該技術手冊不予列入，關於結構劣化損傷之維修補強，其所採用之工法及材料， 可另參考內政部建築研究所「鋼筋混凝土建築物之修復與補強技術彙編(二)(內政 部建築研究所，2000)，惟其維修補強後結構物之安全性、使用性、復舊性之逐項 查核，可依「既有混凝土結構物維修及補強技術手冊」規定辦理。「鋼筋混凝土 建築物之修復與補強技術彙編(二)」主要目的為提供對於既有鋼筋混凝土構造建 築物之結構體，發現有劣化症狀時或欲掌握劣化狀況進行調查、評估之方法及改 善或抑制建築物之性能、機能，謀求強化或延長耐用年限所進行之補強、補修及 劣化抑制之方法，以達成維護保全鋼筋混凝土構造建築物，但僅適用於因鋼筋腐 蝕等相關局部劣化現象之調查、評估及補強、補修、劣化抑制施工等，相關補修 工法缺乏試驗進行有效性與合適性探討，根據本研究之試驗結果，可補充該手冊 對於斷面補修工法程序之細節，以提供技師進行補強工程或修復工程規劃設計時 參考。 三、 重要發現 經本次研究後發現，現行鋼筋混凝土結構物腐蝕之相關斷面補修工法，缺乏 試驗進行有效性與合適性探討，與相關專家及學者交流訪談後，統整研究成果並 草擬之鋼筋混凝土腐蝕工法對實務應用上有極大助益，可提供各土木結構技師公

XV 會參考擴大使用標的。 四、 主要建議事項 建議一 本研究針對修復材料訂定量化標準，並針對腐蝕構件之斷面修復法之施作程序進 行試驗，補足內政部建築研究所於108 年度所執行的鋼筋混凝土建築物之耐久性 能診斷中提及之工法且加以驗證，後續可將斷面修復工法提供給建築師、土木結 構技師公會參考，以推動建築物依耐久性診斷結果決定修復策略：立即可行建議 主辦機關：中華民國全國建築師公會、中華民國土木技師公會全國聯合會、中華 民國結構工程技師公會全國聯合會 協辦機關：內政部建築研究所 據統計全臺屋齡超過 30 年的老公寓約有 72 萬棟，而就臺北市居住資訊服務 網指出臺北市30 年以上老屋以宅數而言約占總宅數 68%，由此調查已知臺灣建 築物屋齡老化現象已趨嚴重，因此進行建築物之耐久性診斷後之修復是必要的。 因目前國內尚無對於修復材料明確之使用手冊或量化數據，後續可將鋼筋混凝土 補修工法之建議，提供給建築師、土木結構技師公會參考，以推動建築物之耐久 性診斷與維護。 建議二 本研究已建立斷面修復材料之量化標準與腐蝕梁構件相關之補修工法，為確保構 件劣損區域於修復後之耐久性，仍具有對中性化、氯離子滲透及化學侵蝕等之抵 抗能力，臺灣目前尚無相關技術文件或規定可供參考，建議後續可規劃相關課題， 並可利用試驗證實其有效性：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 結合本研究之相關建議，深入補充及草擬鋼筋混凝土構件腐蝕劣損區域之補 修工法手冊，供技師或建築師依現場構件之劣損狀態或程度，選擇合適補修工法 並可確保其修復性能。

XVII

ABSTRACT

Keywords: reinforced concrete, corroded structural members, repair material

The reinforced concrete structure is the most common form of building components in Taiwan due to its low cost, high durability, and easy maintenance. Taiwan is surrounded by the sea, the climate is humid and earthquakes are frequent. Reinforced concrete buildings have been exposed to humid environments for a long time, and many buildings have been used for nearly 50 years. As a result, most of the components have deteriorated or aged. Even reaching the critical stage of safety concerns. Recently, the government has actively promoted health inspections and the renewal of old buildings. However, in the current seismic evaluation methods of building structures, there is still a lack of quantitative diagnosis of durability and it is impossible to evaluate the impact of material degradation on the seismic performance of structures. In this regard, in the research related to the diagnosis of the durability of reinforced concrete buildings carried out by the ABRI (Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior) in 2019, it is recommended that the appropriate repair method be based on the diagnosis. However, the implementation procedures and effectiveness of the section restoration method have not been verified by experiments. Therefore, it is necessary for architects, civil engineers, and structural engineers to plan reinforcement or restoration projects by implementing this plan and integrating relevant literature suggestions to construct practical suggestions for repairing steel corrosion sections.

For immediate strategies:

1. This study sets quantitative standards for repair materials and tests the procedures for the implementation of the section repair method of corroded components. 2. This study suggests the method of repairing reinforced concrete members provided

for reference by the architects, civil engineers, and structural engineers association to promote the durability diagnosis and maintenance of the building.

For long-term strategies:

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repair methods related to corroded beam components. In order to ensure the durability of the damaged area of the component after repair, it still has the ability to resist neutralization, chloride ion penetration and chemical erosion. It is recommended that relevant topics can be planned in the future, and experiments can be used to verify its effectiveness.

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第一章 緒論

第一節

研究背景

在臺灣，鋼筋混凝土建築物常見的劣化狀況之一，便是構件內部之鋼筋鏽蝕 進而造成混凝土裂縫或剝落。當裂縫發生或混凝土剝落時，便會加劇鋼筋鏽蝕速 度，進而影響建築物之安全。內政部建築研究所於108 年進行了「鋼筋混凝土建 築結構耐久性能診斷技術手冊研擬」，參考日本相關耐久診斷指針，以建立臺灣 鋼筋混凝土建築適用之耐久性能診斷技術手冊，以協助建築師及土木、結構技師 進行鋼筋混凝土建築之耐久性量化診斷與修復對策擬定。鋼筋混凝土建築結構耐 久性能診斷技術手冊係針對建築物結構體部分(包含：梁、柱、版、RC 結構牆及 外牆等)進行耐久性能調查及診斷，調查一般鋼筋混凝土之混凝土內部鋼筋是否 產生鏽蝕或建築物是否有劣化現象，進行劣化診斷與修復方法建議。除此之外， 另提供適用於梁柱構件之塑鉸容量修正之腐蝕構件力學模型評估，以提供作為非 線性靜力分析時使用。 一般而言，建築物概要調查及耐久性能初步診斷為必要實施項目，而詳細診 斷則須根據初步診斷結果而判定有無實施之必要性。鋼筋混凝土建築物之耐久性 能初步診斷依「構件劣化」→「外牆劣化」→「環境影響因子」→「其他使用性 相關項目」等階段式方式配合表格進行評定，讓調查人員者能快速得到初步判定 結果，以決定是否進入詳細診斷。耐久性能詳細診斷是根據特定之劣化現象進行 現地調查並採取試體樣本進行相關材料檢驗或試驗，其目的主要了解劣化原因與 程度，並判定是否進行修復/補強及合適之修復/補強工法選定。當鋼筋混凝土構 件劣化到影響其安全性與使用性，此時便需要進行修復、補強或拆除重建。一般 來說，修復係將建築物之劣化部分去除，以恢復建築物之美觀和提高耐久性為目 的；補強則是提出可讓建築物提高其安全性和使用性，並增進構件力學性能之對 策。臺灣在判斷修復或補強，最重要的考量係根據裂縫發生之位置及裂縫開裂程 度，裂縫若發生在建築物之主要構件上，經專業技術人員研判會影響其安全性， 應施予「補強」；若裂縫發生在建築物之主要構件上，但無立即之危險，或發生 影響建築物之耐久性能的劣化現象，則施予「修復」。根據建築物之耐久性診斷 調查結果，在確定其劣化主因、程度及範圍後，進而決定修復/補強策略，包含修 復/補強範圍、工法及修復材料之選定，並考量施工性、工期、經濟性、施工安全 和施工環境等因素。一般而言，除上述之客觀條件外，建築物管理者或使用人可

2 依需求設立修復目標。 針對嚴重老劣化嚴重之鋼筋混凝土建築物，日本建築學會針對腐蝕劣化構件 之修復方面可分為：裂縫填補、斷面修復及整體構件包覆等不同等級對策工作， 其中又以斷面修復適用範圍最廣。就斷面修復而言，臺灣出版之「既有混凝土結 構物維修及補強技術手冊(土木 405-94)」中，清楚地提出關於修復材料使用的種 類及施作方法。然而，依現地調查結果及建物使用者反應，修復區域之再劣化現 象非常顯著，且大多未滿一年即發生新舊材料分離或修復材料剝離，進而造成鋼 筋裸露、鏽蝕等現象。此情形可能係由於修復材料之黏結力不足，或介面處理不 確實。當修復材料與舊有基底混凝土間之黏結能力不足，將導致修復材料剝離， 則修復材料便無法發揮應有之效用。臺灣之修復施作過程大多全憑現場人員經驗 操作，並無明確之使用材料性能要求與施作條件或程序。因此，確實地量化黏結 劑對新舊材料介面黏結力之貢獻能力，對混凝土斷面修復材料之修復效果，係非 常重要的課題之一。 除此之外，雖然「鋼筋混凝土建築結構耐久性能診斷技術手冊(草案)(內政部 建築研究所，2019)」中有提出根據診斷結果建議之合適的修復工法。然而，對於 斷面修復工法的施作程序與有效性仍尚未經試驗驗證，因此，本計畫將針對常見 的斷面修復工法進行試驗探討，以決定合宜之腐蝕修復工法。

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第二節

研究目的

本研究目的為鋼筋混凝土梁構件之腐蝕補修工法研擬，將採用鋼筋腐蝕梁構 件進行一系列試驗，來探討國內常見的斷面修復材之修復性。首先，針對不同類 型的修復材料之力學性能進行相關試驗，修復材料之類型依「既有混凝土結構物 維修及補強技術手冊(土木 405-94)」建議分別有水泥砂漿、環氧樹脂砂漿/環氧樹 脂水泥砂漿及聚合物水泥砂漿等，試驗項目包括抗壓試驗、撓曲試驗、抗拉試驗、 乾燥收縮試驗、黏結力試驗等，根據各項試驗結果提出國內具本土性之修復材料 之力學性能評定標準。其次，將修復材料用以修復鋼筋腐蝕劣化梁構件，進一步 探討修復材料之修復性。藉由四點荷重試驗，觀察修復材料於受拉側是否能維持 貼附不至於剝落，以及是否可以保持或恢復原有構件能力，以探討國內常見的修 復材料修復性。除了分別使用不同斷面修復材料外，對於新舊材料接觸面之表面 處理方式、粗糙程度評定，及黏結劑使用，有可能影響到修復材料黏結強度之原 因提出探討，並提出界面處理之建議。最後，提出鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕 斷面補修工法建議，用以作為技師進行補強工程或修復工程規劃設計時之參考。 本研究之執行步驟詳見圖1- 1。

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圖1- 1 本研究執行步驟

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第三節

預期目標

鋼筋混凝土構造由於成本低、耐久性高及容易維護，為臺灣最普遍之建築構 件形式。臺灣四面環海、氣候潮濕且地震頻繁，鋼筋混凝土建築物長期暴露在潮 濕之環境下，且許多建築物使用了近五十年之久，致使絕大多數之構件皆已出現 劣化或老化之現象，甚至達到安全疑慮之臨界階段。近期政府積極推動老屋健檢 及危老更新，然而現行之建築結構耐震評估方法中，仍缺乏耐久性能定量診斷而 無法評估材料老劣化對於結構耐震性能之影響。對此，建研所於108 年度所執行 的鋼筋混凝土建築物之耐久性能診斷相關研究中，有根據診斷結果建議其合適之 修復工法。然而，其中之斷面修復工法的施作程序與有效性，尚未經試驗驗證。 因此，藉由此一計畫之執行，並統整相關文獻建議，以建構具實用性之鋼筋腐蝕 斷面補修工法建議，而對於技師或建築師於補強或修復工程規劃時有其必需性。 本研究之預期目標分述如下： 1. 完成混凝土斷面補修工法對鋼筋腐蝕梁構件的修復性能試驗 2. 研擬鋼筋混凝土構件之斷面修復材料性能評定標準 3. 建立鋼筋混凝土構件之斷面修復施作工法程序 4. 研擬鋼筋混凝土梁構件之斷面修復介面處理建議 5. 完成鋼筋混凝土梁構件之鋼筋腐蝕斷面補修工法建議，以提供技師進行 補強工程或修復工程規劃設計時參考

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第二章 文獻回顧

第一節

RC 建築物之耐久性能評估方法

壹、 コンクリート診断技術

(日本コンクリート工学協会，2016)

為了保持混凝土結構的性能，有必要根據混凝土的當前劣化程度並根據結構 的調查和診斷結果，對將來的劣化進展進行定期的適當的維護管理。選擇修復/補 強方法時，重要的是要徹底了解結構劣化的原因和劣化狀態，並建立一種能夠適 當對應這些劣化機理的方法。圖 2- 1 為混凝土結構之維護管理流程。進行修復/ 補強時，應根據結構的劣化狀態及對安全性緊急程度之影響來判斷和處理。如果 難以消除劣化原因或劣化進展太快，則應考慮目標結構物的預期壽命和生命週期 成本，設定修復/補強的目標水平。從長期的角度來看，有必要制定維修/補強的 維護計劃。

8 圖2- 1 混凝土構造物之維護管理實施流程 (資料來源：日本コンクリート工学協会，2016) 修復是為了抑制即將劣化之構件或結構的劣化狀況，這是為了恢復及提高耐 久性並消除或減少對第三方(受損結構物周遭的人和物)影響程度的措施。常見的 混凝土修復工法如圖 2- 2 所示。修復工作必須根據惡化因素和構件劣化之程度 選擇適當地修復工法和材料。通常，依據結構變形之類型、劣化機制和劣化程度， 施工方法可以單獨進行或結合多種施工方法進行。

9 圖2- 2 常見的混凝土修復工法 (資料來源：日本コンクリート工学協会，2016) 在確定混凝土結構的修復/補強策略及選擇施工方法時，其檢討項目如表 2- 1 所示。在考慮修復/補強策略及選擇施工方法時，應根據調查診斷之結果來確定 修復/補強目標物的劣化的類型、程度和範圍，並且，必須正確地理解和了解發生 的原因和因素。因為，即使可見的劣化狀況相同，根據發生之原因，其修復/補強 方法也不同。因此，如果錯誤地識別了原因或因素，劣化則可能再次發生或擴散。 表2- 1 檢討項目 基本項目 明確對象 劣化的類型、程度、原因 結構物的要求條件 機能、性能、剩餘壽命 回復目的等級 修復/補強效果的目標 材料、工法的比較檢討 基本性能 材料物性(硬度、強度、黏結性、延伸性、耐水性、防 水性、遮鹽性等) 效果和持續性 修復/補強性能、材料壽命(資料、試驗、實績等)

10 (耐久性) 經濟性 材料和施工成本、生命週期成本 施工性 作業性、操作安全、減少工時、維持保全性(修復性) 美觀性(設計方案) 質感、色調、花紋、隱藏性、耐汙染 (資料來源：日本コンクリート工学協会，2016) 在考量了各種條件後，可參考下表來設定修復/補強後預期之性能目標等級， 並選擇合適地修復/補強方法來達到目標等級。如果劣化的原因是一時的，可僅透 過修復或補強其劣化之後便可無須再擔心，因此施工方法的選擇就很簡單。但是， 如果難以消除或劣化情況嚴重，則在某些情況時就不可避免地需要臨時修復。此 外，有必要考慮目標結構物之預期剩餘壽命和生命週期成本以及維修/補強後的 維護管理方法和頻率來設定目標水平，如表2- 2 所列。 表2- 2 目標等級區分 臨時 主要目的是確保安全，防止劣化發展和消除是次要的。 暫定 僅修復出現劣化狀況的部分而不是消除主因，因此當劣化出現 在哪個位置就修復該位置。 延命 修復出現明顯劣化之部位，並抑制劣化因子對其之影響，保證至 少幾年間不再出現同樣的劣化狀況。 永久 不僅修復已經出現明顯劣化之部位，並幾乎完全消除潛在的劣 化因子，消除或減少外在因素。此目標等級預計具有10 年或 10 年以上之修復效果。 (資料來源：日本コンクリート工学協会，2016)

貳、 鋼筋混凝土建築結構耐久性能診斷技術手冊研擬

(內政部建築

研究所，

2019)

鋼筋混凝土建築物因明顯看出劣化症狀，或想掌握建築物於完工後歷經數年 後之軀體劣化狀況，從而進行耐久性能調查及診斷。2019 年內政部建築研究所 之「鋼筋混凝土建築結構耐久性能診斷技術手冊研擬」內提出建議之耐久性能調 查及診斷，參考了內政部建築研究所之「鋼筋混凝土建築物耐久性能診斷方法研 擬(內政部建築研究所，2013)」及日本建築研究所「既存マンション躯体の劣化 度調査・診断技術マニュアル(日本建築研究所，2002)」，其內容不僅包含建築

11 物基本資料、構件劣化狀況、環境影響及其他使用性相關項目等外，另外亦採用 相關檢驗或試驗以了解鋼筋與混凝土現況，並配合環境與使用年限設定可用於研 擬各種修補或補強之方案，其耐久性能診斷方法流程詳見圖2- 3。該文獻所述之 耐久性能診斷方法及流程僅適用於自然狀態下鋼筋混凝土材料或因本身材料不 良，所引發之老劣化現象；若因外力、地震力或施工不良等造成之建築物損壞， 則不適用於此提供之方法。因地震所引致之損傷可參考國家地震研究中心建議之 初步耐震能力診斷方法，或是內政部營建署建議之鋼筋混凝土建築物耐震能力初 步評估(PSERCB)(內政部建築研究所，2016)以進行耐震能力評估。

12 圖2- 3 耐久性能診斷方法流程 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 耐久性能診斷方法，其建築物概要調查為第一步。透過與建築物使用者訪談 及現地探勘、調查，以初步了解該建築物之相關基本資料，而後進行耐久性能初 步診斷。一般而言，建築物概要調查及耐久性能初步診斷為必要實施項目，而詳 細診斷則須根據初步診斷結果而判定有無實施之必要性。建築物概要調查內要包 含設計圖書、施工紀錄、檢查或修復工事紀錄等資料，並透過與建築物使用者之 訪談以獲得建築物相關資訊；換言之，其目的為調查建築物固有條件而實行之調 查。 初步診斷以目視調查為主，用眼睛觀察構件劣化情形並利用望遠鏡或相機等 輔助工具，以確實掌握劣化狀況。由於目視調查較為主觀，因此為了降低調查者 不同而產生之落差，須由相關專業人員進行調查。在「鋼筋混凝建築結構耐久性 診斷技術手冊研擬」中，建議了相關診斷準則與評估表，可協助調查人員按表操

13 作並記錄。建築物耐久性能可大致分為四類進行判定(圖 2- 4)，一為構件劣化， 主要評估建築物構件，包含柱、梁、版及 RC 結構牆等劣化狀況；二為外牆劣化 程度，主要調查建築物的壁體、女兒牆、雨遮、陽臺於自然環境及維護不當之狀 況下造成的劣化狀況；三為環境影響因子，因建築物耐久性能受氯鹽、二氧化碳、 溫度及濕度等影響甚大，故依據建築物所在環境及已使用之年限來判定其環境劣 化潛勢；四為其他使用性相關項目，以使用者觀點出發，判定是否有變形及振動 等易造成其他使用性相關項目不佳的問題。綜合上述四類因子結果，用以初步判 定建築物之耐久性能。表2- 3 和表 2- 4 為初步診斷項目說明和各劣化症狀定義。 初步診斷範圍以共同使用空間為主要調查對象，對於專用或私人使用空間部分， 則須依合約或業主需求而定。此外，進行各項工作調查時，不使用鷹架等輔助器 具，且以不去除表面裝修或裝飾材料為原則。 表2- 3 初步診斷項目說明 調查方法 調查項目 調查位置 目視調查 裂縫(型態、寬度) 外牆、護欄、圍欄、陽 臺、走廊、室外樓梯、 伸縮縫等可視範圍 裝修材料鼓起 剝落、缺陷(片狀剝落、鋼筋裸露) 表面狀態(汙損、粉化、漏水痕跡等) 表面脆弱化 漏水痕跡 打診調查 裝修材料鼓起 外牆(伸手可及) 混 凝 土 強 度 反彈垂法(施密特錘) 樓梯間等可觸及之混 凝土表面 其他 樓板下陷、傾斜、體感異常 樓板(如有必要) (資料來源：內政部建築研究所，2019)

14 表2- 4 劣化症狀定義 劣化狀況 定義 裂 縫 沿鋼筋 於混凝土面上之沿鋼筋位置裂縫，一般呈現垂直或水平線 性，鋼筋包含主筋和橫向鋼筋。 開口周邊 由開口邊角發生之斜向裂縫。 網狀 網狀(不一定為矩形)裂縫，間接目視檢查無法確認之微細物 除外。 其他 上述以外之裂縫(規則性、不規則性不拘)。 鼓起 具裝修材時，出現與軀體分離之狀態，或保護層混凝土呈現 鼓起而與鋼筋已有分離現象。對於鼓起之裝修材和混凝土， 在初次診斷中無區別處理。 剝 落 裝修材 裝修材剝離掉落。 混凝土 鼓起之保護層混凝土由軀體上剝離掉落，部分鋼筋露出。 鏽蝕汙損 腐蝕鋼筋的鏽蝕外露可見，並附著在裝修材或混凝土表面之 情況。 白華 硬化混凝土表面出現白色物質，通常伴隨著漏水。 起泡 由於混凝土內部之部分的膨脹壓力使混凝土表面的小部分 出現錐形凹陷的破壞狀況。 表面弱化 混凝土表面因凍害和磨損而減弱，包含粉末化。 其他汙損 黴菌、煤煙、苔蘚等汙垢，除了鏽漬和粉化。 漏水痕跡 過去曾有漏水現象發生，常伴隨著粉化。 異常體感 下陷和傾斜引起的異常感，有地板震動、開關配件感覺異常。 (資料來源：內政部建築研究所，2019)

15 圖2- 4 耐久性能初步診斷項目 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 鋼筋混凝土建築物耐久性能初步診斷包括「構件劣化」、「外牆劣化」、「環 境影響因子」、「其他使用性相關項目」共四項因子，配合表格使用及保守判定 基準，用以簡化初步診斷流程，讓調查人員能快速得到初步診斷判定結果，並決 定是否進入詳細診斷。診斷方法詳見圖2- 5，依「構件劣化」→「外牆劣化」→ 「環境影響因子」→「其他使用性能相關項目」順序採階段式進行評定。各階段 評定結果以顏色區分，其中若有依項目進入黃色則判定該建築物之耐久性能存有 疑慮，紅色則判定為確有疑慮，均建議進入耐久性能詳細診斷以進一步了解其劣 化主因。此外，有關其他使用性相關評定部分，因大多與混凝土或鋼筋劣化無關，

16 建議根據評定結果並由專業技師配合使用者或所有權人共同討論決定適合地修 復工法與維護策略。 構件劣化 健全 輕度 中度 重度 嚴重損壞 評定標準 值 (詳細診斷) 1 2 3 4 5 環境影響因子 低劣化潛勢 中劣化潛勢 高劣化潛勢 評定係數 (詳細診斷) 1.0 1.1 1.2 外牆劣化與環境條件 環境條件 外牆劣化 低環境劣化潛勢 中環境劣化潛勢 高環境劣化潛勢 健全 輕度 中度 重度 嚴重損壞 其他使用性 相關項目 完好 普通 不良 極差 圖2- 5 初步診斷綜合評定 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 一般而言，經由概要調查及初步診斷之結果即可大致了解建築物之劣化狀況， 但若資訊不夠充分而無法判定或判定為耐久性不佳，則需進行詳細診斷。初步診 斷以目視調查為主，特點為快速且易簡單上手，但僅能以外觀來研判各種構件劣 化程度，無法了解表面劣化嚴重構件之內部劣化情形以及引致的關鍵因子。因此， 需藉由儀器進行詳細材料試驗診斷，以判定嚴重程度是否如初步診斷調查之結果，

17 並利用診斷結果及權重分析，進而得到較為客觀之耐久性能評定值，以進一步決 定建築物是否進行修復或補強建議。 詳細診斷之診斷因子分為鋼筋腐蝕現況及混凝土現況兩部分，結合初步診斷 之構件劣化、外牆劣化、環境影響因子的結果，使詳細診斷結果能更確切地反應 建築物真實之劣化程度。如圖2- 6 所示，耐久性能詳細診斷包含鋼筋腐蝕現況檢 測、混凝土現況檢測、環境影響係數因子。根據過去文獻，鋼筋腐蝕現況檢測項 目為中性化深度檢測、氯離子檢測、腐蝕電位檢測及構件劣化；混凝土現況檢測 項目為混凝土電阻率檢測、抗壓強度檢測、混凝土保護層厚度檢測及外牆劣化。 因初步診斷中即包含建築物各構件和外牆之劣化狀況，所以可將初步診斷之結果 彙整入詳細診斷標準評定值，再將整個詳細診斷權重值重新分配。詳細診斷與初 步診斷不同在於，其診斷結果不再只是獲得劣化程度，而是將劣化程度賦予評定 標準值，除目視調查結果外，還採用相關材料試驗用以決定一量化之評定標準值， 而使詳細診斷結果更具客觀、公平及實用價值。 耐久性能指標權重值係利用層級分析法和專家問卷調查統計來建議。利用層 級分析法把相互比較之要素根據重要程度做評估尺度的基本劃分，包括相等重要、 稍微重要、重要、相當重要、絕對重要，並賦予1、3、5、7、9 衡量值，以利後 續數值運算。接著利用問卷調查方式，統計後用列向量幾何平均值標準化計算得 其權重值。根據內政部建築研究所「鋼筋混凝土建築結構耐久性能診斷技術手冊 研擬」，所統計出之耐久性能指標權重值如表2- 5 所示。

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圖2- 6 耐久性能詳細診斷方法

19 表2- 5 耐久性能指標權重值 診斷指標 重要度 權重值 腐蝕現況 0.52 構件劣化 1 0.38 氯離子檢測 2 0.25 腐蝕電位 3 0.20 中性化深度 4 0.17 混凝土現況 0.48 抗壓強度 1 0.37 鋼筋保護層厚度 2 0.26 外牆劣化 3 0.21 電阻係數 4 0.16 環境影響因子 1.1 1.2 1.3 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 因鋼筋混凝土建築物係由混凝土和鋼筋組成，所以，劣化亦可分為混凝土部 分劣化或鋼筋部分劣化。經過診斷並判定須修復之鋼筋混凝土建築物，其修復設 計需根據診斷和調查得到之劣化原因、劣化程度、劣化情形、預測劣化狀況、修 復之必要性和適當地修復工法等訊息來設定目標物恢復層級，建立指定的修復範 圍、施工方法、選定材料，並規定施工規格是絕對必要的。針對修復策略，不僅 需考量施工性、施工周期和經濟效益，還有施工安全、法律規範、工作環境外和 周遭環境。 修復的主要目的係針對以劣化之構件或未來有可能劣化之建築物進行抑制， 並使耐久性提升或恢復。修復策略中的恢復層級共分為三階段：永久性、延長使 用性和暫時性。永久性修復係不僅修復所有變質之劣化部份，並且幾乎完全消除 內部的劣化因子，並期望具有永久地修復效果。延長使用性修復係意謂修復暴露 的劣化部份，並且對被認為含有劣化因子的部份，採取抑制工法消除劣化發展， 以求延長建築物壽命。暫時性修復係只對於明顯劣化的部份進行修復，只有在構 件出現明顯劣化時才執行。修復範圍必須在不影響結構承載能力下來執行，再根 據修復範圍來制定構件之修復程度和施工方法。

20 1. 鋼筋腐蝕修復工法 鋼筋腐蝕修復工法即利用防鏽材料對鋼筋進行防鏽處理，使鋼筋表 面形成保護膜，以隔絕外界的空氣及水分，抑制鋼筋繼續鏽蝕，再以修 復材料填充形成保護層作用，藉此達到修復之目的。表2- 6 為鋼筋腐蝕 修復工法與回覆目標方法之關係，對於臨時性修復，主要係針對腐蝕部 分進行除鏽處理，延長使用性修復則增加了鋼筋防鏽處理。至於永久性 修復，除了上述修復工法外，還需增加表面披覆材料處理以隔絕劣化因 子入侵。 表2- 6 鋼筋腐蝕修復工法與回復目標方法之關係 損傷種類 修復種類 回復目標方法 臨時性 延長使用性 永久性(1) 永久性(2) 鋼 筋 腐 蝕 修 復 工 法 劣化混凝土 處理 除去裂縫 鋼筋腐蝕 部分 鋼筋腐蝕 部分 鋼筋腐蝕 部分 鏽蝕鋼筋 處理 劣化部分 去除 劣化部分 去除 劣化部分 去除 劣化部分 去除 含浸材 處理 - - 強鹼塗佈型 材料 - 鋼筋防鏽 處理 - 鋼筋 防鏽材料 鋼筋 防鏽材料 鋼筋 防鏽材料 斷面修復 斷面修復 斷面修復 斷面修復 斷面修復 表面披覆 - 中性化抑制材料 氯離子浸透抑制 材料 中性化抑制材料 氯離子浸透抑制 材料 中性化抑制材料 氯離子浸透抑制 材料 (資料來源：內政部建築研究所，2019)

21 2. 中性化抑制工法 混凝土中性化速度受材料或混凝土密實性等因素影響，如何根據損 傷部位之受損程度進行有效地修復，須依劣化程度將其分類(表 2- 7)。 一般來說，可通過表面披覆來防止外部二氧化碳入侵，抑制中性化反應。 但如果中性化達到鋼筋位置時，混凝土中需浸漬強鹼劑，強鹼劑可回復 鋼筋抑制的腐蝕的能力。因中性化造成劣化時，所採取之修復工法以及 中性化抑制工法與回復目標方法之關係，如表2- 8 和表 2- 9 所示。 表2- 7 混凝土中性化程度分類 劣化因子程度 中性化進展程度 輕度以下 中性化深度評定值為2 以下 中度 中性化深度評定值為3 重度以上 中性化評定值為4 以上 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 表2- 8 混凝土中性化修復工法之選定 劣化度 劣化原因的強度(中性化深度) 小 中 大 輕度以下 不用 中性化抑制工法 中性化抑制工法 中度 檢討其他原因 裂縫補修工法 中性化抑制工法 鋼筋腐蝕修復工法 中性化抑制工法 重度以上 檢討其他原因 檢討其他原因 鋼筋腐蝕修復工法 中性化抑制工法 (資料來源：內政部建築研究所，2019)

22 表2- 9 中性化抑制工法與回復目標方法之關係 損傷種類 修復種類 回復目標方法 臨時性 延長使用性 永久性(1) 永久性(2) 中 性 化 抑 制 工 法 混凝土表 面處理 劣化部分 清除、處理 劣化部分 清除、處理 劣化部分 清除、處理 中性化部分去除 含浸材 處理 - - 強鹼性材料 - 斷面修復 - - - 斷面修復 表面披覆 - 中性化抑制材料 中性化抑制材料 中性化抑制材料 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 3. 鹽害抑制工法 硬固結構混凝土中最大水溶性氯離子含量，於一般鋼筋混凝土須小 於0.6 kg/m3_{(水溶法)、超過 0.3 kg/m}3_{至0.6 kg/m}3_{時，鋼筋須做防蝕處} 理；CNS 3090 A2042 新拌混凝土中最大水溶性氯離子含量之規定，鋼 筋混凝土須小於0.3 kg/m3_{(水溶法)。因此，若建築物之硬固結構混凝土} 中最大水溶性氯離子含量介於0.3 kg/m3_{至0.6 kg/m}3_{之間，混凝土氯離} 子含量程度評判為中度，氯離子含量平均值為 0.6 kg/m3_{以上，評判為} 重度(表 2- 10)。鹽害抑制工法主要係通過表面披覆來防止外部氯離子入 侵，抑制水分和氧氣供給造成鋼筋腐蝕。當混凝土已含有大量氯化物時， 需使用防鏽劑來阻止氯離子吸收並抑制鋼筋繼續腐蝕。其劣化程度之分 類以及建議之修復工法如表2- 11 和表 2- 12 所示。

23 表2- 10 混凝土氯離子含量程度分類 劣化因子程度 氯離子含量平均值 輕度以下 0.3 kg/m3_以下 中度 0.3 kg/m 3_以上 0.6 kg/m3_以下 重度以上 0.6 kg/m3_以上 (資料來源：內政部建築研究所，2019) 表2- 11 混凝土氯離子修復工法之選定 劣化度 劣化原因的強度(鋼筋位置的氯離子含量) 小 中 大 輕度 不用 鹽害抑制工法 鹽害抑制工法 中度 檢討其他原因 鋼筋腐蝕修復工法 鹽害抑制工法 鋼筋腐蝕修復工法 鹽害抑制工法 重度 檢討其他原因 檢討其他原因 鋼筋腐蝕修復工法 鹽害抑制工法 (資料來源：內政部建築研究所，2019)

24 表2- 12 氯離子修復工法與回復目標方法之關係 損傷種類 修復種類 回復目標方法 臨時性 延長使用性 永久性(1) 永久性(2) 氯 離 子 抑 制 工 法 混凝土表 面處理 劣化部分 清除、處理 劣化部分 清除、處理 劣化部分 清除、處理 氯離子滲透部分 去除 含浸材 處理 - - 塗佈形防鏽材 - 斷面修復 - - - 斷面修復 表面披覆 - 氯離子滲透 抑制材料 氯離子滲透 抑制材料 氯離子滲透 抑制材料 (資料來源：內政部建築研究所，2019)

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第二節

混凝土構件修復工法

壹、 セメント系材料を用いたコンクリート構造物の補修・補強指

針

(日本土木學會，2018)

於 2018 年出版之「セメント系材料を用いたコンクリート構造物の補修・ 補強指針」內容包括可用於所有修復/補強工法之「共通篇」和介紹使用水泥系材 料進行修復/補強之設計、施工、維護之「工法類別篇」。

該指針專門針對使用碳纖維(Fiber Reinforced Plastics; FRP)進行補強之方法 加以描述，其工法分別有樓板之頂面及底面進行增厚之施工方法，以及橋墩包覆 的設計和施工方法。 1. 上表面增厚工法 上表面增厚工法係在樓板頂部上安裝鋼筋並鋪設碳纖維補強混凝 土，此為一種與現有樓板整合之施工方式，並能有效地提高抗剪和抗彎 承載能力。因要與現有樓板整合，如現有樓板表面上有局部受損，則必 須去除劣化、受損之混凝土。 2. 下表面增厚工法 下表面增厚工法係將鋼筋鋪設在樓板底面上，然後使用聚合物水泥 砂漿、碳纖維補強快速硬化砂漿等材料使之與現有樓板結合。使用增厚 工法後之樓板能有效地提高抗彎承載能力。如果有水從樓板上部滲入， 則滲透之水分將會停留在樓板與鋼筋界面處，導致耐久性下降，因此需 配合防水工法。 3. 包覆工法 包覆工法係用包覆之方式把現有之鋼筋混凝土柱構件進行補強，使 之與既有構件整合形成複合結構，進而確保承載能力。其包覆材料有鋼 筋混凝土、聚合物水泥砂漿、鋼板、碳纖維網等。為防止補強之結構挫 曲，在某些情況下，會在構件中間穿刺PC 鋼管用以約束鋼筋。 建築物之修復/補強流程詳見圖 2- 7，在該文獻之共通篇中提到，修復主要 係為了使構造物之性能回復至設定值，並減低會引起性能低下之原因。一般來說，

26 修復之目的包含對產生裂縫、開裂、變形、腐蝕等劣化部位進行修復、部分區域 填補、除去劣化部位、除去劣化因子、降低可能影響性能低下之原因。補強主要 係為了使提升該構造物之性能，其方法有更換鋼筋、導入預力以及增加斷面、部 材、支撐點、補強材等。表2- 13 為以回復或增加性能為目的所對應之修復/補強 工法，表2- 14 為修復/補強使用之材料。除此之外，關於水泥系之修復/補強材料 之試驗方法，詳列見下表2- 15 中。

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圖2- 7 修復/補強流程

28 表2- 13 以回復或增加性能為目的所對應之修復/補強工法 修復/補強之目的 修復/補強之方法 修復/補強之工法 維持/提升力學的抵抗性 部分交換 更換混凝土工法 替換高抗拉螺栓工法 增加斷面 增加補強材 砂漿增厚工法 混凝土增厚工法 砂漿包覆工法 混凝土包覆工法 鋼板包覆工法 FRP 包覆工法 墊片、鋼板接著工法 FRP 接著工法 增加部材 橫梁設工法 壁增設工法 支撐增設工法 增加支撐 支持增設工法 導入預力 導入預力工法 維持/提升材料劣化之抵 抗性 部材表面保護 表面披覆/塗裝工法 表面浸漬工法 斷面修復工法 電氣化學防蝕 電氣防蝕工法 脫鹽工法 再鹼化工法 電鍍工法 裂縫/裂紋抑制 注入工法 充填工法 打孔抑制工法 (資料來源：日本土木學會，2018)

29 表2- 14 修復/補強使用之材料種類 分類 種類 水泥系材料 普通混凝土、高強度混凝土 短纖維補強砂漿/混凝土 流動混凝土 高流度混凝土 聚合物水泥砂漿/混凝土 補強材料 鋼筋、PC 鋼材 鋼板 補強用FRP、構造用 FRP 接合材料 樹脂系/水泥系接著劑 錨栓 填充/注入材料 無收縮灌漿 水中不分離性砂漿/混凝土 聚合物水泥砂漿 樹脂系注入材 表面保護材料 樹脂塗料 聚合物水泥漿/砂漿 矽烷系/矽酸鹽系浸漬材 連續纖維片 防鏽材料 樹脂塗料 亞 硝 酸 鹽 系/ 螯 合 反 應 系 (Chelation) / 氨 基 醇 (Aminoalcohol)系防鏽材 陽極材 (資料來源：日本土木學會，2018)

30 表2- 15 水泥系材料之試驗方法 項目 試驗方法 抗壓強度 JIS A 1108:コンクリートの圧縮強度試験方法 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法 JSCE-G 541-1999:充てんモルタルの圧縮強度試験方法 JSCE-G 551-2007:鋼繊維補強コンクリートの圧縮強度およ び圧縮タフネス試験方法 JSCE-G 562-2007:はりによる吹付けコンクリートの初期圧 縮強度試験方法 JSCE-G 505-1999:円柱供試体を用いたモルタルまたはセメ ントペーストの圧縮強度試験方法 抗拉強度 JIS A 1113:コンクリートの割裂引張強度試験方法 撓曲強度 JIS A 1106:コンクリートの曲げ強度試験方法 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法 JSCE-G 552-2007:鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度およ び曲げタフネス試験方法 黏結強度 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法 JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法 破壞能量 JCI-S001:切欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギ ー試験方法 楊氏係數 JIS A 1149:コンクリートの静弾性係数試験方法 熱膨脹係數 JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法 JCI マスコンクリートのひび割れ制御指針 2016 收縮 JIS A 1129:モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法 JIS A 6202:コンクリート用膨張材 JCI-SAS2:セメントペースト、モルタルおよびコンクリー. トの自己収縮および自己膨張試験方法

31 項目 試驗方法 JSCE-K 561-2003:コンクリート構造物用断面修復材の試験 方法 熱變形 JIS A 1157:コンクリートの圧縮クリープ試験方法 中 性 化 速 率 係 數 JIS A 1153:コンクリートの促進中性化試験方法 JIS A 1171:ポリマーセメントモルタルの試験方法 氯 離 子 擴 散 係 數 JSCE-G 571-2007:電気泳動によるコンクリート中の塩化物 イオンの実効拡散係数試験方法 JSCE-G 572-2007:浸せきによるコンクリート中の塩化物イ オンの見掛けの拡散係数試験方法 相 對 動 彈 性 係 數 JIS A 1148:コンクリートの凍結融解試験方法 (資料來源：日本土木學會，2018)

貳、 コンクリート構造物の維持管理～塩害．中性化．

ASR 補修の

考え方～技術資料

Ver. 4.2 (混凝土維護協會，2017)

1. 混凝土結構之定期維護 混凝土建築物之檢查、調查、診斷、修復及補強等相關維護工作， 在日本被視為極其重要並獲得廣泛關注。根據早期之混凝土修復工程， 對劣化修復之對策大多為「因產生裂縫而採取灌注工法修復」和「由於 鋼筋裸露而使用斷面補修工法修復」，未對劣化之主因進行探討，例如 「為何會產生裂縫？」和「為何鋼筋會腐蝕？」，導致修復後之構件仍 會再次產生劣化。為此，日本混凝土維護協會針對混凝土之鹽害、中性 化和 ASR 之劣化，進行相關研究。對於混凝土建築物所發生的各種劣 化，例如裂縫、浮起、剝落等，採取詳細調查、實驗室試驗等程序來釐 清劣化機理，依據其劣化原因來選擇修復方法和材料，並聲稱此該修復 方法能有效地對抗劣化機理。由於大量的新材料和新工法開發，修復手 冊變得十分豐富。但不幸的是，構件修復後再劣化之狀況，仍無止境。 日本混凝土維護協會提出了「定量補修工法」。舉例來說，構件受

32 鹽害而損壞之情況下，所進行修復之目的將根據劣化過程而異，例如防 止氯離子侵入、防止水和氧氣滲入、減緩鋼筋腐蝕反應速度、停止鋼筋 腐蝕反應、填補因鋼筋腐蝕所減少之斷面積、恢復構件之承載性能等。 首先，須清楚補修工法之性能要求，其次是調查和診斷氯離子含量，因 氯離子濃度與內部鋼筋腐蝕速率有關，使用含亞硝酸根離子之塗佈材， 利用浸漬工法不但可阻隔劣化因子，亦可增加抑制鋼筋腐蝕之效果。同 樣地，使用斷面補修工法時，於聚合物水泥砂漿修復材料中添加所需之 亞硝酸根離子量，採用內部注入工法對鋼筋進行大面積的包覆，即使在 高氯離子濃度之結構和已具有明顯鋼筋腐蝕之結構，仍可定量且迅速地 將亞硝酸根離子提供給鋼筋。除了選擇定量補修工法外，修復後的維持 管理在時間軸上的掌握也很重要。不會再劣化的補修工法並不總是最好 的選擇，還有一種修復方式，是先進行最小限度之修復，然後再通過反 覆地進行修復來抑制劣化。通過綜合評估之定量地施工方法和未來維護 方案，以實現延長混凝土建築物之使用年限。 2. 鹽害補修工法 當因鹽害而劣化之混凝土建築物，選擇補修工法時，應確認建築物 處於哪個劣化過程，潛伏期、進展期、加速期還是劣化期？表 2- 16 列 出了由於鹽害引起的建築物外觀等級(劣化過程)與劣化狀況之關係。表 2- 17 顯示鹽害劣化等級與適用之補修工法的關係。

33 表2- 16 受鹽害之鋼筋混凝土建築物外觀等級和劣化狀態 建築物外觀等級 劣化過程 劣化狀態 等級I 潛伏期 外觀上無變化，氯離子濃度低於腐蝕發生之 極限。 等級II 進展期 外觀上無變化，氯離子濃度超過腐蝕發生極 限，開始腐蝕。 等級III-1 加速期前期 腐蝕裂縫產生，可以看見銹汁。 等級III-2 加速期後期 腐蝕裂縫長且多，隨著裂縫發展，觀察到混 凝土部分剥離、剝落，且有觀察到鋼筋斷面 積顯著減小。 等級IV 劣化期 觀察到由於腐蝕裂縫而導致大規模地剥離、 剝落，鋼筋斷面積減少，以及大位移、變形。 (資料來源：日本土木學會，2013)