取樣位置與萃取方式對鋼筋混凝土氯離子含量與檢測方
法影響之研究
研究主持人：何明錦
所長
協同主持人：楊仲家 教授
研 究 員：卓世偉、林志彥
研 究 助 理 ：江慶堂、翁詩涵
內 政 部建 築研 究 所協 同研 究 報告
中華民國 102 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）目次
目次... I 圖目次... III 表目次... V 摘要... IX ABSTRACT ... XIII 第一章 緒論... 1 第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 研究目的 ... 3 第三節 本研究計畫之重要性 ... 3 第四節 國內外有關本案之研究情況 ... 4 第五節 報告內容說明 ... 5 第二章 文獻回顧... 9 第一節 氯離子存在混凝土的形式 ... 9 第二節 氯離子對鋼筋混凝土耐久性的影響 ... 11 第三節 氯離子造成鋼筋腐蝕的門檻與含量標準 ... 13 第三章 混凝土氯離子檢測方法... 21 第四章 試驗變數設計與方法... 27 第一節 取樣方式變數設計 ... 27 第二節 混凝土配比變數設計 ... 32 第三節 混凝土組成材料性質 ... 33 第四節 混凝土配比設計 ... 37 第五節 試驗方法 ... 41 第六節 結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離子含量結果之影響 ... 47 第五章 研究成果... 51 第一節 抗壓強度試驗結果 ... 51第二節 混凝土新拌氯離子含量試驗結果 ... 55 第三節 硬固混凝土酸溶法氯離子含量試驗結果 ... 60 第四節 硬固混凝土水溶法氯離子含量試驗結果 ... 74 第五節 試驗結果精密度分析 ... 81 第六節 AASHTO 試驗法與多實驗室試驗結果探討 ... 95 第七節 業界常見取樣方式對硬固混凝土氯離子含量之影響 ... 100 第八節 結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離子含量之影響 ... 102 第六章 硬固混凝土氯離子檢測方法與標準手冊建立... 109 第一節 取樣方法建議 ... 109 第二節 硬固混凝土氯離子檢測方法與標準手冊草案 ... 117 第七章 研究結論與發現... 125 第一節 結論 ... 125 第二節 建議 ... 127 附錄一 期初審查會議紀錄與意見回應... 129 附錄二 期中審查會議紀錄與意見回應... 145 附錄三 期末審查會議紀錄與意見回應... 163 附錄四 專家會議記錄... 179 參考書目... 183
圖目次
圖 1-1 本計畫流程圖 ... 7 圖 2-1 水泥質材料孔隙結構與水氣傳輸之間的關係16... 12 圖 2-2 耐久性因子與混凝土相對濕度及腐蝕關係圖17... 13 圖 2-3 造成鋼筋腐蝕的混凝土氯離子濃度門檻文獻整理圖 ... 14 圖 2-4 造成鋼筋腐蝕的混凝土 Cl-/OH-門檻文獻整理圖 ... 18 圖 3-1 ACI 222 試驗法架構圖與索氏提取器設備 ... 22 圖 4-1 以磨粉機進行氯離子試樣粉末取樣 ... 29 圖 4-2 試體利用普通震動電鑽取樣後情形(直徑 2.5 cm 鑽石鑽頭) ... 29 圖 4-3 試體利用普通震動電鑽取樣後情形(直徑 1 cm 鑽石鑽頭) ... 30 圖 4-4 試體鑽心使用設備 ... 31 圖 4-5 直徑 2.5 cm 與直徑 5 cm 的鑽心試體 ... 31 圖 4-6 粗粒料級配級配分布圖 ... 35 圖 4-7 粗砂之級配級配分布圖 ... 36 圖 4-8 Metrohm 702 SM 型電位滴定儀... 44 圖 4-9 滴定過程電位變化與硝酸銀加入量關係 ... 44 圖 4-10 典型的離子層析法試驗結果 ... 46 圖 4-11 Metrohm MIC 模組式離子層析儀 ... 46 圖 4-11 過去研究已有長期曝曬混凝土（於基隆沿海 10 公尺區域曝曬） ... 47 圖 4-12 氯離子含量與侵入深度關係示意圖 ... 48 圖 5-1 粒料體積量為 0.35 m3/m3各氯離子添加量與強度關係圖... 54 圖 5-2 不同粒料體積量配比各氯離子添加量與強度關係圖（設計強度 5000 psi） ... 54 圖 5-3 不同粒料體積量配比各氯離子添加量與強度關係圖（設計強度 3000 psi） ... 55 圖 5-4 新拌混凝土氯離子量與添加量關係圖（設計強度 5000 psi）... 58 圖 5-5 新拌混凝土氯離子量與添加量關係圖（設計強度 3000 psi）... 58 圖 5-6 線性關係迴歸方程式斜率與不同粒料體積量關係圖 ... 59 圖 5-7 A 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（大面積磨粉取樣） ... 68 圖 5-8 A 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（D10cm H1cm 試 體粉碎取樣） ... 68 圖 5-8 B 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（D10cm H1cm 試 體粉碎取樣） ... 69 圖 5-10 AM 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（鑽心取樣） . 69 圖 5-11 AM 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（震動電鑽取樣）... 70 圖 5-12 A 組配比混凝土氯離子試驗值除以外加氯離子量比值與不同粒料體積量 關係圖（大面積磨粉取樣、D10 cm H1.2 cm 試體粉碎取樣、與新拌混凝 土試驗結果比較，設計強度 5000 psi） ... 72 圖 5-13 A、B 組配比混凝土氯離子試驗值除以外加氯離子量比值關係圖（D10 cm H1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 73 圖 5-14 AM 組配比混凝土氯離子試驗值除以外加氯離子量比值與不同取樣方式 關係圖（鑽心試體粉碎取樣與新拌混凝土試驗結果比較） ... 73 圖 5-15 AM 組配比混凝土氯離子試驗值除以外加氯離子量比值與不同取樣方式 關係圖（鑽心試體粉碎取樣、普通電鑽磨粉取樣、與新拌混凝土試驗結 果比較） ... 74 圖 5-16 A 組配比硬固混凝土水溶法氯離子量與添加量關係圖（D10cm H1cm 試 體粉碎取樣） ... 79 圖 5-17 B 組配比硬固混凝土水溶法氯離子量與添加量關係圖（D10cm H1.2cm 試 體粉碎取樣） ... 79 圖 5-18 AM 組配比硬固混凝土水溶法氯離子量與添加量關係圖（震動電鑽取樣） ... 80 圖 5-19 本研究 CNS 與 AASHTO 試驗法結果關係圖 ... 97 圖 5-20 AM、AH 組配比硬固混凝土酸溶法氯離子量與添加量關係圖（抗壓試體 粉碎取樣） ... 101 圖 5-21 氯離子含量與深度關係圖（I-350 上部取樣）... 105 圖 5-22 氯離子含量與深度關係圖（I-245 上部取樣）... 105 圖 5-23 氯離子含量與深度關係圖（I-350 中間部取樣）... 106 圖 5-24 氯離子含量與深度關係圖（I-245 中間取樣）... 106 圖 5-25 氯離子含量與深度關係圖（I-350 底部取樣）... 107 圖 5-26 氯離子含量與深度關係圖（I-245 底部取樣）... 107 圖 6-1 AM 組配比硬固混凝土水溶法氯離子濃度與添加量關係圖（所有取樣法） ... 110 圖 6-2 AM 組配比硬固混凝土水溶法氯離子濃度與添加量關係圖（排除鑽心試 體小於 2.5 cm 或取樣深度小於 2 cm 試驗結果） ... 111 圖 6-3 AL 組配比硬固混凝土水溶法氯離子濃度與添加量關係圖（直徑 10cm 厚 度 1.2cm 取樣與抗壓試體粉碎取樣） ... 112 圖 6-4 水溶法試驗結果與外加氯離子量線性迴歸方程式斜率比較圖（直徑 10 cm 高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 113 圖 6-5 水溶法試驗結果與外加氯離子量線性迴歸方程式斜率比較圖（直徑 2.5 2 電鑽鑽心取樣） ... 113 圖 6-6 本研究硬固混凝土水溶法與酸溶法氯離子試驗結果關係圖 ... 114
表目次
表 1-1 執行工作內容與期末報告對照表與完成率 ... 6 表 2-1 我國混凝土氯離子含量標準 ... 15 表 2-2 各國硬固混凝土氯離子含量標準（以水泥用量百分比表示） ... 16 表 2-3 各國硬固混凝土氯離子含量標準（以混凝土單位重換算方式） ... 17 表 3-1 各國酸溶檢測方法取樣量的差異性 ... 23 表 3-2 各國水溶檢測方法取樣量的差異性 ... 23 表 3-3 各國酸溶法萃取的差異性 ... 24 表 3-4 各國水溶法檢測方法取樣量的差異性 ... 25 表 4-1 本計畫取樣方式變數設計 ... 28 表 4-2 本計畫混凝土配比變數設計 ... 33 表 4-3 拌合水試驗結果(ppm) ... 33 表 4-4 水泥之物理與化學性質 ... 34 表 4-5 篩分析試驗結果 ... 35 表 4-6 細粒料之篩分析試驗結果 ... 36 表 4-7 本計畫混凝土配比編號設計 ... 37 表 4-8 本計畫 5000 psi 混凝土配比設計 ... 38 表 4-10 本計畫 3000 psi 混凝土配比設計 ... 39 表 4-11 本計畫取樣方式變數設計與混凝土配比對應關係 ... 40 表 4-11 過去研究已有長期曝曬混凝土配比資料 ... 47 表 5-1 各配比混凝土抗壓強度試驗表（設計強度 5000 psi） ... 52 表 5-2 各配比混凝土抗壓強度試驗表（設計強度 3000 psi） ... 53 表 5-3 各配比混凝土新拌氯離子含量試驗值（設計強度 5000 psi） ... 56 表 5-4 各配比混凝土新拌氯離子含量試驗值（設計強度 3000 psi） ... 57 表 5-5 新拌混凝土氯離子試驗結果與拌合時外加氯離子量線性關係迴歸方程式 ... 59 表 5-6 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（大面積磨粉機磨粉 取樣） ... 61 表 5-7 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 62 表 5-8 B 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 63 表 5-9 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ5 cm 高度 5 cm 鑽心試體粉 碎取樣） ... 64 表 5-10 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ2.5 cm 高度 2.5 cm 鑽心試 體粉碎取樣） ... 64表 5-11 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ1cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 65 表 5-12 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 65 表 5-13 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 2cm 深度） ... 66 表 5-14 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 3cm 深度） ... 66 表 5-15 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（ψ2.5 cm 鑽頭鑽取 4 cm 深度） ... 67 表 5-16 硬固混凝土酸溶法氯離子試驗與拌合時外加氯離子量線性關係迴歸方程 式與相關係數 ... 71 表 5-17 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 75 表 5-18 B 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 76 表 5-19 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 77 表 5-20 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 2cm 深度） ... 77 表 5-21 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 3cm 深度） ... 78 表 5-22 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗值（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 4cm 深度） ... 78 表 5-23 硬固混凝土水溶法氯離子試驗與拌合時外加氯離子量線性關係迴歸方程 式與相關係數 ... 81 表 5-24 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（大面積磨 粉機磨粉取樣） ... 83 表 5-25 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ10 cm、 高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 84 表 5-26 B 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ10 cm、 高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 85 表 5-27 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ5 cm 高度 5 cm 鑽心試體粉碎取樣） ... 86 表 5-28 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ2.5 cm 高度 2.5 cm 鑽心試體粉碎取樣） ... 86 表 5-29 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ1cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 87
表 5-30 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 87 表 5-34 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 2cm 深度） ... 88 表 5-32 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 3cm 深度） ... 88 表 5-33 混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗精密度分析（ψ2.5 cm 鑽頭鑽取 4 cm 深度） ... 89 表 5-34 硬固混凝土酸溶法氯離子試驗與拌合時外加氯離子量線性迴歸方程式與 精密度之間關係 ... 90 表 5-35 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ10 cm、 高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 91 表 5-36 B 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ10 cm、 高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 92 表 5-37 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 1cm 深度） ... 93 表 5-38 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 2cm 深度） ... 93 表 5-39 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ2.5cm 鑽頭鑽取 3cm 深度） ... 94 表 5-40 混凝土硬固氯離子含量 CNS 水溶法試驗精密度分析（ψ2.5 cm 鑽頭鑽取 4 cm 深度） ... 94 表 5-41 AH 組配比混凝土硬固氯離子含量 AASHTO 水溶法試驗值（ψ10 cm、高 度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 95 表 5-42 AM 組配比混凝土硬固氯離子含量 AASHTO 水溶法試驗值（ψ10 cm、高 度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 96 表 5-43 AL 組配比混凝土硬固氯離子含量 AASHTO 水溶法試驗值（ψ10 cm、高 度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 96 表 5-44 A 組配比混凝土硬固氯離子含量 AASHTO 酸溶法試驗精密度分析（ψ10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎取樣） ... 98 表 5-45 AM 組配比多實驗室酸溶法試驗結果（ψ2.5 cm 鑽頭鑽取 4 cm 深度） 99 表 5-46 AM 組與 AL 組配比混凝土硬固氯離子含量 CNS 酸溶法試驗值（抗壓試 體粉碎取樣） ... 100 表 5-47 硬固混凝土酸溶法氯離子試驗與拌合時外加氯離子量線性關係迴歸方程 式與相關係數（抗壓試體粉碎取樣） ... 101 表 5-48 I-350 配比各曝曬期氯離子濃度量測結果（面海側） ... 102 表 5-49 I-350 配比各曝曬期氯離子濃度量測結果（背海側） ... 103 表 5-50 I-245 配比各曝曬期氯離子濃度量測結果（面海側） ... 103
摘要
關鍵詞：硬固氯離子含量、取樣、水溶法、酸溶法、混凝土 一、研究緣起 鋼筋混凝土結構若妥善維護，往往可以使用超過原先的 50 年設計年限。因 此鋼筋混凝土結構服務年限往往取決於混凝土耐久性，並非結構設計。影響混 凝土耐久性的因素包含物理性與化學性。然而在我國以氯離子對鋼筋混凝土耐 久性的危害最為顯著。過去工程對混凝土與其組成材料品管工作不確實，法令 及相關試驗標準訂定不足，對硬固混凝土氯離子含量而言，我國雖於民國 91 年 12 月訂定硬固混凝土氯離子含量試驗方法，然而直至今日仍未有硬固混凝土 氯離子含量之標準。導致目前大眾對混凝土中氯離子含量標準認知(含海砂屋氯 離子含量標準)，仍以 CNS 3090 新拌混凝土的氯離子含量不可超過 0.3 kg/m（鋼3 筋混凝土）為標準。但此標準值為新拌混凝土之標準，並非硬固混凝土之標準。 在硬固混凝土氯離子含量試驗法方面，國內雖有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法，此檢測方法主要將硬固混凝土磨粉，量測其 萃取出之氯離子。但其取樣方式，包含試體尺寸、數量、取樣深度均無嚴謹規 定。而在萃取方式，目前國外以 AASHTO T260、ASTM C1152、與 ASTM C1128 為主，兩者在樣本大小與磨粉尺寸均有明顯不同。所以對硬固混凝土氯離子含 量標準與試驗法的探討與研究，國內外有關本計畫的相關研究較為鮮少。結構 單元取樣位置方面，結構體面海側與背海側，結構體距離地面的高度均有可能 影響試驗結果。有鑑於此本研究將針對結構單元、取樣方式、萃取過程對建築 物氯離子含量與檢測方法的影響，藉以建立適用於我國的硬固混凝土氯離子檢 測方法與標準。 二、研究方法及過程 本計畫研究目的探討硬固混凝土氯離子檢測方法與標準，並整合研究成果， 以現有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法為基礎建立適 用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與標準。相關研究方法主要藉由試驗研究 分析，探討取樣方式、樣本大小、與磨粉尺寸對硬固氯離子含量標準的影響，並藉由統計方法分析標準所需的律定相關取樣流程規定。另一部分利用放置沿海六 年以上的大型梁試體進行各深度硬固氯離子含量試驗，探討結構單元取樣位置對 硬固混凝土氯離子含量結果影響。 三、重要發現 由試驗結果發現本計畫混凝土配比的抗壓強度受到粒料體積量的影響遠大 於混凝土內添加氯離子量的影響。由新拌混凝土氯離子含量試驗可以發現當混凝 土未添加氯化鈉時，各配比無論粒料含量為何均有粒料含量背景值。高轉速旋轉 磨粉機磨粉取樣與直徑 10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎的硬固氯離子試驗結果均可 符合 CNS 精密度要求。在鑽心試體方面直徑 5 cm 高度 5 cm 鑽心試體的硬固氯 離子試驗結果亦符合標準的精密度要求，但直徑 2.5 cm 高度 2.5 cm。硬固氯離 子試驗結果部分配比不符合標準精密度要求。在電鑽鑽粉取樣方面，鑽頭尺寸 2.5 cm，深度大於 3cm 的取樣方式可以符合標準精密度要求。 由 AASHTO 標準試驗發現，其標準差會大於 CNS，顯示試驗粉樣重量可能 影響試驗精密度。且多實驗室試驗結果發現，電鑽鑽粉取樣於多實驗室進行時均 可以符合 CNS 標準精密度要求。以目前常用的由鑽心試體抗壓後粉碎隨機取樣， 由本研究試驗結果發現有數值偏高情形，有可能抗壓後粉碎料已與粗粒料脫離導 致試驗結果受到影響。在結構單元取樣位置方面，本計畫利用放置沿海區域達六 年之梁試體進行試驗，發現底部的硬固氯離子含量試驗結果略高於頂部。其中面 海側底部與頂部最大差異為 1.27 倍，平均為 1.04 倍；背海側底部與頂部最大差 異為 1.07 倍，平均為 1.02 倍，差異並不大。並由相關試驗結果，建立硬固混凝 土氯離子檢測方法與標準手冊草案。 四、主要建議事項 本研究針對實驗結果發現，提出下列建議，說明如下。 立即可行之建議— 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：經濟部標準局 1. 建議可將研究成果運用於 CNS 14702、CNS 14703 的條文增修中。於相關辦 法中訂定鑽心取樣最小尺寸、深度、與數量。 2. 建議所上依手冊開辦相關硬固混凝土氯離子檢測訓練課程，以提升所內研究 能量。 長期性建議— 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署、經濟部標準局 1. 建議可於相關規定中訂定混凝土試驗取樣人員資格認定方式，以減少相關爭 議。 2. 建議未來可擴充硬固混凝土氯離子檢測方法與標準手冊草案。結合各種以氯 離子評估混凝土耐久性試驗方法介紹。除可完整說明混凝土於新拌時便含有 氯離子對建築物的影響；也可說明舊有混凝土在海域環境下耐久性的評估方 式。 3. 建議可整理長期相關氯離子研究與海砂屋試驗結果，以訂定我國硬固混凝土 氯離子含量標準。 4. 建議未來可進行含氯量對鋼筋混凝土構材長期劣化之研究。
ABSTRACT
Keywords: chloride content in hardend concrete, sampling, water souble method, acid souble method, concrete
In terms of testing method for chloride ion content in hardened concrete, CNS 14,702 water soluble method and 14,703 acid soluble method were used for test methods. Those methods are primarily measuring the chloride ion content from the milling powder of hardened concrete. But in the sampling procedure, including specimen size, quantity, and sampling depth is not a strict requirement. And in the extraction process, both the size of the sample size and the mills were significantly different. Research is rarely associated with the test. At the sampling location, the structure is located overlooking the sea and back off the ground height affect the test results. In view of this research will focus on the chloride ion content effect on sampling location of structure, sampling, extraction process, in order to establish the hardened concrete chloride ion detection methods.
Experimental results show that the compressive strength of the concrete affected by the volume of aggregate in the concrete is greater than the amount of added chloride ions. From the results of the chloride ion content in hardened concrete, high-speed rotary mill with a diameter milling sampling 10 cm, take core samples diameter 10 cm height 1.2 cm, take core samples diameter 5 cm height 5 cm can meet the accuracy CNS requirements. Coring specimen height 2.5 cm 2.5 cm in diameter, ratio of test results section does not meet the standard precision requirements. Drill sampling, the bit size of 2.5 cm, depth greater than 3cm sampling method can meet the standard precision requirements. By the AASHTO standard test found that the standard deviation would be greater than CNS. And more laboratory tests found that the drill cuttings samples were carried out in the multi-laboratory when the precision can meet the CNS standard requirements. By the relevant test results, methods and standards established hardened concrete chloride ion detection draft manual.
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
鋼筋混凝土結構若妥善維護，往往可以使用超過原先的 50 年設計年限。因 此鋼筋混凝土結構服務年限往往取決於混凝土耐久性，並非結構設計。影響混 凝土耐久性的因素包含物理性與化學性。然而在我國以氯離子對鋼筋混凝土耐 久性的危害最為顯著。氯離子的危害大多發生於海域環境結構物上，因海域環 境大氣中的氯鹽量極高，根據最近的研究，台灣北部距海 1200 公尺內空氣中仍 具有一定的氯鹽量，某些地區甚至達到 2000 公尺範圍 1。而實際工程上，如澎 湖舊跨海大橋於在民國 59 年完工後，僅通車 20 年及面臨拆除建的命運。近年 來也有氯離子危害常發生於非座落於海域環境的建築物上，即所謂的「海砂屋」。 主要係 70 年代我國經濟起飛，建築業蓬勃發展，導致砂石嚴重匱乏，某些不肖 業者盜採海砂供工程使用所引起。加上過去工程對混凝土與其組成材料品管工 作不確實，法令及相關試驗標準訂定不足，如我國 CNS 3090 於民國 83 年才訂 定新拌混凝土氯離子含量標準 2，民國 84 年才有相關試驗方法 3，導致近年來 海砂屋案件層出不窮，一般非官方的統計，海沙屋的使用壽命僅 6 至 10 年。去 年 2012 年，更有花蓮縣砂石同業公會對中國砂石提出海砂的質疑，同時間經濟 部標檢局亦於「土木工程及建築國家標準技術委員會議」中取得共識，擬將「混 凝土粒料」國家標準對於水溶性氯離子含量的最大許可容量統一為 120 ppm。 但對硬固混凝土氯離子含量而言，我國雖於民國 91 年 12 月訂定硬固混凝土氯 離子含量試驗方法4,5，然而直至今日仍未有硬固混凝土氯離子含量之標準。導 致目前大眾對混凝土中氯離子含量標準認知(含海砂屋氯離子含量標準)，仍以 CNS 3090 新拌混凝土的氯離子含量不可超過 0.3 kg/m3（鋼筋混凝土）為標準。 1詹穎雯、陳振川、吳建國、楊仲家、許鎧麟、卓世偉、陳育聖、張永昌, “台灣苗栗以北地區大 氣中氯鹽與橋樑腐蝕劣化環境之研究” , 交通部公路總局委託研究案報告, 2010. 2 CNS 3090, “預拌混凝土”,中國國家標準, 1994. 3 CNS 13465, “新拌混凝土中水溶性氯離子含量試驗法”, 1995. 4 CNS 14702, “硬固水泥砂漿及混凝土中酸溶性氯離子含量試驗法”, 2002. 5 CNS 14703, “硬固水泥砂漿及混凝土中水溶性氯離子含量試驗法”, 2002.但此標準值為新拌混凝土之標準，並非硬固混凝土之標準。 由上述可得知，自從民國 83 年 CNS 3090「預拌混凝土」標準訂定後，國 內建管單位與公共工程主管機關均會嚴格要求預拌混凝土製造廠商於施工時提 出粒料、拌合水、與新拌混凝土氯離子含量檢測報告，否則無法進行驗收與發 放使用執照。因此近 20 年來，國內外並無相關混凝土氯離子含量標準與試驗法 相關研究，原因在於官方利用材料生產端來進行管控。 在試驗法方面，硬固混凝土氯離子含量試驗法國內雖有 CNS 14702 酸溶法 與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法，此檢測方法主要將硬固混凝土磨粉， 量測其萃取出之氯離子。但其取樣方式，包含試體尺寸、數量、取樣深度均無 嚴謹規定。而在萃取方式，目前國外以 AASHTO T260 6、ASTM C1152 7、與 ASTM C1128 8為主，兩者在樣本大小與磨粉尺寸均有明顯不同，而其對試驗結 果的影響，對實驗法探討方面，則有 Climent 等人探討酸溶法滴定濾液取得過 程與滴定法進行中可能產生的人為誤差 9。Muralidharan 等人 10探討不同濾液 萃取方式對氯離子含量量測結果的影響。所以對硬固混凝土氯離子含量標準與 試驗法的探討與研究，國內外有關本計畫的相關研究較為鮮少。結構單元取樣 位置方面，結構體面海側與背海側，結構體距離地面的高度均有可能影響試驗 結果。有鑑於此本研究將針對結構單元、取樣方式、萃取過程對建築物氯離子 含量與檢測方法的影響，藉以建立適用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與 標準。
6 AASHTO T260, “Sampling and Testing for Chloride Ion in Concrete and Concrete Raw Materials”, American Association of State Highway and Transportation Officials, 2009.
7 ASTM C1218, “Standard Test Method for Water-Soluble Chloride in Mortar and Concrete”, American Society for Testing and Materials, 2008.
8 ASTM C1152, “Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mortar and Concrete”, American Society for Testing and Materials, 2004.
9 Miguel A. Climent, Guillem de Vera, Estanislao Viqueira, M. M. López-Atalaya, “Generalization of the possibility of eliminating the filtration step in the determination of acid-soluble chloride content in cement and concrete by potentiometric titration”, Cement and Concrete Research, Vol 34, 2004, pp. 2291-2295.
10 Muralidharan, S., Vedalakshmi, R., Saraswathi, V., and Palaniswamy, J. N., “Studies on the aspects of chloride ion determination in different types of concrete under macro-cell corrosion conditions”,
第二節 研究目的
本計畫研究目的擬探討硬固混凝土氯離子檢測方法與標準，並整合研究成果， 以現有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法為基礎建立適 用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與標準。相關研究方法主要藉由試驗研究 分析，探討取樣方式、樣本大小、與磨粉尺寸對硬固氯離子含量標準的影響，並 藉由統計方法分析標準所需的律定相關取樣流程規定。另一部分利用放置沿海六 年以上的大型梁試體進行各深度硬固氯離子含量試驗，探討結構單元取樣位置對 硬固混凝土氯離子含量結果影響，除此之外，亦擬設計多實驗室進行量測，以達 到試驗法的合理性與精密度之目標，圖 1-1 為本計畫研究流程圖。 。下述為其研究目標項目： 1. 各國硬固混凝土氯離子含量標準與檢測方法蒐集與整理。 2. 取樣方式對硬固混凝土氯離子含量結果之影響。 3. 取樣之統計意義及結果評估的建立。 4. 樣本大小對硬固混凝土氯離子含量結果之影響。 5. 磨粉尺寸對硬固混凝土氯離子含量結果之影響。 6. 萃取方式對硬固混凝土氯離子含量結果之影響。 7. 硬固混凝土中氯離子含量之量測採酸溶法與水溶法兩種。 8. 結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離子含量結果之影響。 9. 結構表面濃度與氯離子侵入深度關係探討。第三節 本研究計畫之重要性
一般建築物所設的服務年限大多在 50 年左右，若妥善設計、施工、與維護， 鋼筋混凝土建築物國外也有許多高達百年壽命的案例。但一般工程人員在設計建 築物時對於其力學性質，如各種載重或地震力的影響均會審慎考量；但對耐久性如氯離子所造成的影響均往往會忽略，如國內公路橋梁有 75%使用已超過 20 年， 未來沿海橋梁受到飛來鹽侵蝕導致鋼筋腐蝕的現象會越來越多。在海砂屋方面過 去砂石短缺與法規不健全下，有不肖商人使用海砂作為細粒料，進而引起現在海 砂屋糾紛亦層出不窮。例如根據 2012 年的統計，台北市就有列管 52 件 2300 戶 高氯離子混凝土建築物；新北市亦列管 45 件 1398 戶11。為避免未來可能的爭議 性，進行本計畫有其重要性。另一方面，對工程設計人員而言，正確硬固混凝土 氯離子檢測方法與標準訂定可對已面臨氯離子侵入結構的補強設計與服務年限 預估具有極重大之意義。
第四節 國內外有關本案之研究情況
新拌混凝土氯離子之檢測方法，為 CNS 13465 新拌混凝土水溶法氯離子 之檢測方法，主要以抽取新拌混凝土之浮水量測其氯離子濃度，再乘上配比用 水量得到氯離子含量 。目前對於硬固混凝土的氯離子含量試驗法，國外以 AASHTO T260 與 ASTM C1152 為主，國內則以參考 ASTM C1218 與 ASTM C1152 的 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法，此檢測方 法主要將硬固混凝土磨粉，量測其萃取出之氯離子。然而混凝土硬固後，氯離 子除游離在混凝土內部連通孔隙中，亦有部份以固結於水化生成物內，因此對 於硬固混凝土的氯離子含量有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法檢測方式 的不同。另一方面，硬固混凝土常因現場施工因素、品管記錄無數位化儲存、 與混凝土製造廠並無提供等因素，所以無法獲得真正配比資訊。因此在混凝土 含量計算上並未如同新拌混凝土係以拌合水為計算基準，以消除粒料用量不同 或其他配比變數的影響，目前實務上計算方式因無法獲知混凝土配比資訊，大 多將混凝土試樣氯離子比例求出後，直接乘上假設的混凝土單位重 2323 kg/m3 （亦有以鋼筋混凝土假設自重 2400 kg/m3計算）。並在報告上加註 CNS 3090 部 份條文「未受外來氯離子污染之硬固混凝土，因水泥之水和作用及物理吸附， 其水溶性氯離子含量會隨時間增加較新拌時略為降低」。而本研究團隊於 2011 年執行本所「本土性硬固混凝土氯離子含量標準與檢測方法之研究」探討硬固 11混凝土水泥粉體含量與硬固混凝土氯離子含量標準關聯性，並由此建立硬固混 凝土氯離子含量標準 12。研究發現，無論水溶法或酸溶法的硬固混凝土與水泥 砂漿氯離子含量試驗均顯示當混凝土未添加氯離子時，仍可發現氯離子的存在 且以酸溶法與新拌混凝土氯離子試驗結果具有良好線性關係，其兩者關係式可 為 Y=0.68X+0.20。由此若以以 CNS 3090 對新拌混凝土氯離子限制，依酸溶法 試驗結果與新拌混凝土氯離子試驗結果關係式換算後，發現與美國佛羅里達州 規範接近，因此建議我國的硬固混凝土氯離子含量規範可採酸溶法進行，並限 制於較保守的 0.4 kg/m3。
第五節 報告內容說明
本計畫目前順利完成期初報告所設定之工作內容。表 1-1 將已執行工作內容 與期末報告進行對照，此次期末報告之主要內容係於第一章介紹本計畫之研究背 景與目的。第二章針對氯離子對鋼筋混凝土影響進行文獻探討。第三章針對本研 究實驗設計與劣化後性能分析方法進行說明。第三章介紹氯離子試驗標準與檢測 方法。第四章針對試驗變數設計、組成材料性質、配比設計、與實驗方法介紹。 第五章針對所進行的混凝土抗壓強度試驗結果、混凝土新拌與硬固氯離子含量試 驗結果進行討論。第六章為將第五章成果整理後對硬固混凝土氯離子檢測方法與 標準手冊草案進行建立，最後第七章則針對已有成果做結論與建議。 12何明錦、楊仲家、卓世偉，”本土性硬固混凝土氯離子含量標準與檢測方法之研究” , 內政部表 1-1 執行工作內容與期末報告對照表與完成率 工作分項 計畫執行迄今之工作內容 期中報告位置 完成率 研究背景與目的 計畫研究流程與相關背景說明 和目的確認 第一章 100% 文獻蒐集 水泥質材料氯離子來源與對混 凝土的影響、各國氯離子含量標 準與檢測方法整理。 第二章、第三章 100% 試驗研究 變數設計、組成材料性質、配比 設計、與實驗方法介紹 第四章 100% 結果分析 混凝土抗壓強度試驗 第五章 100% 結果分析 混凝土新拌氯離子含量試驗 第五章 100% 結果分析 混凝土硬固氯離子酸溶法含量 試驗 第五章 100% 結果分析 水泥砂漿硬固氯離子水溶法與 酸溶法含量試驗 第五章 100% 手冊建立 硬固混凝土氯離子檢測方法與 標準手冊草案 第六章 100% 結論與建議 結論與建議 第七章 100% （資料來源：本研究自行整理）
圖 1-1 本計畫流程圖 （資料來源：本研究自行整理） 取樣位置與萃取方式對鋼筋混凝土 氯離子含量與檢測方法影響之研究 文獻與各國規範搜集整理 實驗變數與配比設計 混凝土試體製作、91 天試體 養護 試驗分析 氯離子含量 設計強度 粗粒料體積量 混凝土比重 硬固混凝土氯離子 含量分析（酸溶法） 取樣方式 樣本大小 萃取方式 抗壓強度 多實驗室結果精確度統計驗證 各變數與硬固混凝土 氯離子含量關聯性建立 試驗標準與方法架構建立 結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離子含量之影響 結構表面濃度與氯離子侵入深度關係 結論與建議 完成計畫成果報告 硬固混凝土氯離子 含量分析（水溶法）
第二章 文獻回顧
第一節 氯離子存在混凝土的形式
一般均認為混凝土中氯離子的主要來源大致可分為三個途徑： 1. 組成材料本身含有氯離子的成分，如含有氯離子的細粒料及拌合水。 2. 添加含有氯離子之化學藥劑，如早強劑。 3. 由外部滲透進入，如海域環境鹽類侵入混凝土或使用去冰鹽寒帶地區。 上述前 2 種來源為內部組成材料本身含有氯離子所造成，因此在新拌水化反 應過程便存在，如過去一直被媒體報的”海砂屋”，便是這一類型。第 3 種來源為 外部高氯離子環境所造成，是沿海區域混凝土結構生命週期終止的主要原因。 若對混凝土組成材料本身的氯離子含量而言，混凝土是典型的水泥質複合材 料，由水、水泥、粗粒料、細粒料和摻料等拌合而成，這些材料均含有微量氯離 子，因此在一般狀態下各種材料均有相當標準限制氯離子的濃度。如拌合水於 CNS 3090「預拌混凝土」規定用於預力混凝土或橋面板的混凝土用水，氯離子 含量不可超過 500 ppm，在潮濕環境的鋼筋混凝土不可超過 1000 ppm。而我國 自來水的氯離子含量並不會超過 200 ppm，因此除非使用到海水或沿海地區的地 下水，一般而言並不會超過標準限制。對水泥而言，製造水泥的原始材料，僅有 使用少量氯化鈣來控制凝結時間。我國 CNS 6113規定氯離子最大值為 0.10%，新 版 ASTM C11414「卜特蘭水泥化學分析法」亦有相關檢驗方法。礦物摻料一般而 言，其氯離子限制亦與水泥相同。在粒料方面，若無使用沿海疏濬砂石，則依據 CNS 1240 標準規定15，細粒料中水溶法氯離子含量最大容許值(質量百分數)為: 預力混凝土 0.012%以下，其它混凝土為 0.024%以下，倘若砂石中含有大量氯化 物則不能使用在鋼筋混凝土或預力混凝土中，否則會發生腐蝕的情況。 對外在環境的氯離子侵入而言，混凝土的基本組成黏結基材為水泥與水。兩 13 CNS 61，"卜特蘭水泥",中國國家標準, 2005.14 ASTM C114, “Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement”, ASTM International, 2011.
者混合時會進行水化反應，產生 C-S-H (C3S2H3)、CH (CaOH，氫氧化鈣)、與 AFM
(ettringite，calcium sulfoaluminate，C5AS3H32，硫鋁酸鈣)等三種主要膠體。由於
三種生成物並無法完全取代未水化前水與水泥的總合體積，且由於流體固化時由 外界引入的空氣，使得水泥質漿體存在著部份孔隙。另一方面由於天然粒料本身 緻密性極佳且表面硬度高，水化反應生成物無法大量侵入粒料內部，所以會在漿 體與粒料表面產生稀疏的界面過渡區域（interface transition zone, ITZ）。所以即 使無人為施工或後天養護方式不良所產生的裂縫，混凝土內部本身便有許多微小 之孔隙，當結構物位於海域環境時，海風會使海水引起海霧，吹至混凝土表面時， 原本溶解於水中之氯離子便會利用毛細現象進入混凝土內部。或混凝土與海水接 觸或混凝土浸泡於海水中，海水會藉著水壓力進入內部孔隙，使得氯離子擴散現 象隨之發生 。 而氯離子存在於混凝土中的型態也有三種方式。分別為：化學鍵結 型 (Chemically bonded) 、 物理 吸附 型 (PHysically absorbed) 、游 離型 氯 離子 (Free chloride ion)。前兩者一般又稱為鍵結型氯離子（Bound chloride）。分述如下 16：
1. 化學鍵結型(Chemically bonded)：化學鍵結型的氯離子，是拌合材料中所含 的氯離子，與水泥中的 C3A 起化學反應，形成難溶穩定的氯化鋁酸三鈣化
合物(3CaO．Al2O3．CaCl2．10H2O 或 3CaO．Al2O3．3CaCl2．32H2O)，即
為較安定法拉第鹽(Friedel’s salt)，此種鹽類於混凝土中是以穩定化合物的 方式存在。
2. 物理吸附型(PHysically absorbed)：物理吸附型的氯離子，是由拌合材料中 所含的氯離子，與水泥成分中的 C3S，產生物理吸附的作用，進而附著於
水化產物的表面，使之不易產生游離現象。
3. 游離型氯離子(Free chloride ion)：游離型氯離子的來源，除了拌合材料中所 含有的氯離子，在經過上述兩種結合作用之後，尚未固結的氯離子之外， 也包含外在環境污染滲入混凝土中的氯離子。這一型氯離子，可以自由游 離於混凝土的孔隙溶液中。因此多學者普遍的認為僅有游離氯離子及物理 吸附型氯離子為產生鋼筋腐蝕的主要因素。
第二節 氯離子對鋼筋混凝土耐久性的影響
當混凝土內存在氯離子，尤其是游離氯離子時，並可藉由濃度差機制進行 擴散運動。當水氣會由吸附與毛隙吸收現象進入混凝土孔隙中，並因蕊絲現象 (wick action)逐漸讓孔隙充滿水分。當連通孔隙呈現水飽和狀態後，外界氯離子 會利用與孔隙水中氯離子濃度上的差異進行傳輸，此即擴散現象。圖 2-1 為文獻 中將水泥質材料孔隙結構與離子傳輸之間的四種可能形式進行說明 17。其中 a 圖表示各大小孔隙間有毛細孔隙串聯成與連通網絡，孔隙水必須藉由擴散或毛細 現象才可使連通網絡飽和，並造成氯離子可藉由水溶液中的濃度差進行擴散移動， 此為典型水泥漿體內部的孔隙架構。b 圖為混凝土內有大型裂縫時，水氣與氯離 子便很容易藉由裂縫大量快速移動。c 圖為當較大的搗實孔隙或輸氣孔隙互相獨 立不連續時，水氣並無傳輸的路徑，所以滲透性低，甚至不會發生滲透的情形。 d 圖為混凝土內部雖無較多的搗實孔隙或輸氣孔隙，但具多條連通的微裂縫，使 得水分子容易流通整條路徑，造成滲透性高。當氯離子擴散至鋼筋鈍態保護膜表 面時，若此時混凝土內部孔隙水的 pH 值並未低於一定狀態（即中性化），則鋼 筋並不會腐蝕。但當孔隙水中氯離子濃度與氫氧根濃度（[Cl -]/[OH-]）大於一定 值時，便會開始破壞鈍態保護膜以及阻止其再形成。 由於氯對鐵及不銹鋼有很大的親和力，因此易在金屬表面上有助於在較低的 相對濕度形成液膜，其在腐蝕過程中會阻止氧化膜(oxide films)的形成，進而有 助於陰極上氧的還原反應，然而當金屬表面已有氧化膜或鈍態膜存在時，氯離子 會破壞鈍態膜，造成孔蝕（pitting corrosion）。氯離子與鐵的作用較特別，由於 FeCl2 不是緊密結合之化合物，所以氯離子很容易從氯化亞鐵中釋放出來，再與 其他金屬作用，進而加速腐蝕反應。下列方程式為其氧化反應方程式。鋼筋腐蝕 導致體積積膨脹，致使混凝土受擠壓應力，造成龜裂，進而保護層剝落，危害結 構物安全。2Fe + 6Cl- → 2FeCl3- + 4e- （ 2-1 ）
FeCl3- + 2OH- → Fe(OH)2 + 3Cl- （ 2-2 ）
4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 → 4Fe(OH)3 （ 2-3 ） 圖 2-1 水泥質材料孔隙結構與水氣傳輸之間的關係16 （資料來源：文獻 16） a b c d
第三節 氯離子造成鋼筋腐蝕的門檻與含量標準
Leeming 18曾將氧氣擴散（oxygen diffusion）、中性化（carbonation）、氯離 子侵入（chloride ingress）、與含水量（water content）對混凝土內部相對濕度和 鋼筋腐蝕之間的關係繪製成關係曲線，如圖 2-2 所示，由圖中可以明顯知道含水 量與氯離子侵入會隨著混凝土相對濕度的增加而上昇。而混凝土內鋼筋腐蝕的機 率便會升高。因此可以發現氯離子濃度可以列入鋼筋腐蝕的主要門檻。 圖 2-2 耐久性因子與混凝土相對濕度及腐蝕關係圖17 （資料來源：Leeming,文獻 17） 而在混凝土內氯離子濃度造成鋼筋腐蝕門檻研究方面，過去有許多學者進行 相關研究與調查。亦有如 Ann 和 Song19、與 Angst20等將文獻進行整理分析。圖 2-3 為 Angst 整理各學者針對造成鋼筋腐蝕的硬固混凝土氯離子濃度門檻值。其 中若以實際戶外曝曬量測的試驗結果，則總氯離子量介於 0.1%至 1.96%之膠結 材料，而在實驗室內研究情形則以 0.04%至 8.34%之膠結材料，雖然其範圍甚大，
18 M. Leeming, Surface treatments for the protection of concrete, Protection of concrete, E. & F. N. Spon, 135-148, 1990.
19 Ann, K. Y., and Song, K. Y., “Chloride threshold level for corrosion of steel in concrete”, Corrosion Science, Vol.49, pp.4113-4133, 2007.
但扣除極端試驗結果，大部分最低門檻值以 0.4%最多。而 Ann 和 Song 整理的 結果為 0.2%至 1.5%，大部分最低門檻為 0.5%。
圖 2-3 造成鋼筋腐蝕的混凝土氯離子濃度門檻文獻整理圖 （資料來源：文獻 20）
在各國氯離子濃度標準方面，對混凝土中氯離子含量的限制目前大多以 2 種方式來表示，分別為氯離子含量為水泥用量百分比與由混凝土單位重換算的表 示方式。在對象方面則以鋼筋混凝土所處環境與用途而有所限制。我國氯離子含 量標準方面， CNS 3090 於民國 83 年訂定新拌混凝土氯離子含量標準，民國 84 年有相關試驗方法。然而直至今日，我國雖於民國 91 年 12 月訂定硬固混凝土氯 離子含量試驗方法。導致目前大眾對混凝土中氯離子含量標準認知(含海砂屋氯 離子含量標準)，仍以 CNS 3090 新拌混凝土的氯離子含量不可超過 0.3 kg/m3（鋼 筋混凝土）為標準。但此標準值為新拌混凝土之標準，並非硬固混凝土之標準， 表 2-1 為我國相關標準。新拌混凝土氯離子之檢測方法，為 CNS 13465 新拌混凝 土水溶法氯離子之檢測方法，主要以抽取新拌混凝土之浮水量測其氯離子濃度， 再乘上配比用水量得到氯離子含量 5。目前對於硬固混凝土的氯離子含量僅有 CNS 14702 酸溶法27與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法28，此檢測方法主 要將硬固混凝土磨粉，量測其萃取出之氯離子。然而混凝土硬固後，氯離子除游 離在混凝土內部連通孔隙中，亦有部份以固結於水化生成物內，因此對於硬固混 凝土的氯離子含量有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法檢測方式的不同。 表 2-1 我國混凝土氯離子含量標準 標準 標準說明 CNS 3090 新拌混凝土中最大水溶法氯離子含量: (1) 預力混凝土<0.15 kg/m3 (2) 鋼筋混凝土<0.30 kg/m3 （資料來源：本研究自行整理） 表 2-2 為以水泥用量百分比表示硬固混凝土氯離子含量方式的各國標準；表 2-3 為以混凝土單位重換算硬固混凝土氯離子含量方式的各國標準。由表中可以 發現歐洲對鋼筋混凝土氯離子用量限制大多為水泥用量的 0.4%，較嚴格的標準 為 ACI 222 的 0.1%規定，與圖 2-4 為 Angst 整理各學者的研究成果相符。若考慮
使用環境與用途，以預力混凝土的限制較嚴格。而使用混凝土單位重來表示的有 部份美國規範、澳洲規範、與日本規範，若以每方混凝土用量 400 kg 來計算， ACI 222 水泥用量的的 0.1%相當於 0.4 kg/m3。由此可以發現與我國同屬海島型 國家的日本 0.3 kg/m3最嚴格。相對而言，歐洲水泥用量 0.4%與大洋洲（澳洲與 紐西蘭）0.8 kg/m3的規定較寬鬆。 表 2-2 各國硬固混凝土氯離子含量標準（以水泥用量百分比表示） 標準 標準說明 歐盟 RILEM TC124-SRC21 德國 DIN EN 20622 挪威 NS 342023 鋼筋混凝土氯離子含量為水泥用量之 0.4%以下 英國 BS EN 206-124 (1) 無筋混凝土或有抑制腐蝕措施的鋼筋混凝土 <1.0%。。 (2) 使用抗硫水泥之鋼筋混凝土<0.2%。 (3) 使用 I 型水泥之鋼筋混凝土<0.4%。 (4) 使用抗硫水泥之預力混凝土<0.1%。 (5) 使用 I 型水泥之預力混凝土<0.2%。 美國 ACI 31825 中國大陸 CCES 01-2004 以水溶法氯離子的含量相對水泥用量做限制: (1) 預力混凝土<0. 06% (2) 鋼筋混凝土暴露於氯化物中<0.15% (3) 鋼筋混凝土處於乾燥或防潮環境<0.1% (4) 其它鋼筋混凝土結構物<0.30% 美國 ACI 22226 中國大陸 CCES 01-2004 以酸溶法氯離子相對水泥用量作限制: (1) 預力混凝土<0.08% (2) 鋼筋混凝土於潮溼環境<0.1% (3) 鋼筋混凝土於乾燥環境<0.2% 以水溶法氯離子含量相對水泥用量作限制: 21
Schießl, P, ” Draft recommandation for repair strategies for concrete structures damaged by reinforcement corrosion”, Materials and Structures Vol.27, pp.415-436, 1994.
21 DIN EN 206, “Specification, performance, production and conformity ”, German Institute for Standardization ,2001.
23 NS 3420, " Specifications for buildings and construction”, Norway Standards, 1986. 24
BS EN 206-1 “Eurocode 2. Design of concrete structures. General rules and rules for buildings “, British-Adopted European Standard, 2004.
25 ACI 318, “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary”, American Concrete Institute, 2008.
(1) 預力混凝土<0.06%
(2) 鋼筋混凝土於潮溼環境<0.08% (3) 鋼筋混凝土於乾燥環境<0.15% 美國 FHWA-RD-76-70 ,
U.S. Federal Highway Administration27 橋梁鋼筋混凝土<0.33% 澳洲 AS 2578.128 鋼筋混凝土暴露於嚴重惡劣環境中<0.2%。 鋼筋混凝土暴露於中度惡劣環境中<0.4%。 預力混凝土<0.1% （資料來源：本研究自行整理） 表 2-3 各國硬固混凝土氯離子含量標準（以混凝土單位重換算方式） 標準 標準說明 日本 JASS 529 鋼筋混凝土(一般)<0.3 kg/m 3。超過 0.3 kg/m3至 0.6 kg/m3，鋼筋須作防蝕處理。 美國 FDOT Standard
Specifications for Road and Bridge Construction30 混凝土中最大酸溶法氯離子含量: (1) 預力混凝土<0.24 kg/m3 (2) 鋼筋混凝土<0.42 kg/m3 (3) 使用 II 型水泥和礦物摻料之鋼筋混凝土< 0.24 kg/m3 澳洲 AS 360031 鋼筋混凝土<0.8 kg/m3 紐西蘭 NZS 310132 1. 鋼筋混凝土暴露於嚴重潮濕環境 < 0.8 kg/m3 2. 鋼筋混凝土處於乾燥或防潮環境 < 1.6kg/m3 3. 預力混凝土< 0.5kg/m3 （資料來源：本研究自行整理） 而相關文獻認為因把混凝土孔隙水的 pH 值考量於氯離子造成鋼筋腐蝕的 因素內。圖 2-2 同樣為 Angst 整理的各學者 Cl-/OH-門檻文獻研究資料，其值介 27
Clear, K.C. Time-to-Corrosion of Reinforcing Steel in Concrete Slabs. FHWA-RD-76-70.Federal Highway Administration, Washington, D.C., 1976.
28 AS 2758.1 Aggregates and rock for engineering purposes. Part 1: Concrete aggregates, Standards Australia, Sydney, 1998.
29 JASS 5 “鋼筋混凝土工程”, 日本建築學會，2009. 30
FDOT Standard, “FDOT Standard Specifications for Road and Bridge Construction”, Florida Department of Transportation, 2010.
31
AS 3972. Concrete Structures,, Standards Australia, Sydney, 2009. 32
於 0.01 至 45，扣除極端試驗結果，則 Cl-/OH-最低門檻為 0.3 至 0.6 之間。若以 孔隙水 pH 值 11~13 的混凝土而言，氯離子要超過水泥重的 0.2 到 0.4%，Cl-/OH-才會大於 0.6。所以混凝土中性化程度也是影響鋼筋是否腐蝕的重要因素。
圖 2-4 造成鋼筋腐蝕的混凝土 Cl -/OH-門檻文獻整理圖 （資料來源：文獻 20）
第四節 高氯離子混凝土建築物相關案例
過去幾年國內公共建築物由於法令管制與監造確實，較少有高氯離子混凝 土建築物的案例，最近 1 年發生的案例均屬於 30 年以上的老舊建築物，如今年 6 月在台中市神岡區社口國小發現西棟、南棟校舍有 30%教室因使用海砂導致水 溶性氯離子含量超過 0.9kg/m3，目前正進行結構鑑定，判斷是否核乎耐震需求與 防蝕補強費用。台北市忠孝醫院也有發現地下室天花板有氯離子含量過高須進行 防蝕補強相關新聞。而在民間建築物方面，最常發生也是在 70 年~80 年代之間 的建築物，主要在於當時建築用砂石短缺，預拌混凝土品管觀念尚未健全，導致 海砂被使用於混凝土中，如 2012 年 12 月有桃園市正光花園新城社區 195 戶房屋 因氯離子含量超過標準導致房屋重建之情形，此棟房屋約在民國 72 年興建。同 年 12 月也有臺南市安平二期國宅發生混凝土龜裂剝落、鋼筋外露鏽蝕、地下室 柱板崩裂朽壞、粉刷層鬆脫、滲水情形。今年 1 月初新北市蘆洲區也有天花板掉 落導致瓦斯管線擠壓破裂情形。而今年 3 月有關台北市內湖區合家歡社區海砂屋 爭議報導，也是 1 處民國 75 年興建的集合住宅社區。最近 9 月份的報導，淡水 一棟於民國 77 年完工的東來大廈亦有相同情形。 一般而言，混凝土內含氯離子對建築物最大危害是引起鋼筋鏽蝕至混凝土受 到鏽蝕氧化體積增加膨脹張力破壞混凝土，但若混凝土的破壞並未危及鋼筋內承 受壓力的核心混凝土時，適當的防蝕補強仍可使建築物持續使用。所以根據以往 的案例，當遇到混凝土含有高量氯離子時，雖會影響建築物房價，但對結構體是 否拆除重建，並不只受到混凝土氯離子單一因素所影響。如國內台東知本天主堂 便是一個很好的案例。知本天主堂興建於民國 50 年代，至今已接近 60 年，是台 東縣政府核定的歷史建築物，過去建造時使用海砂作為混凝土原料，雖然也發生 鋼筋鏽蝕混凝土剝落情形，但因為當時提高混凝土設計強度，所以至今仍屹立不 搖，於今年度進行相關維修補強，迄今仍是當地信仰中心。過去於民國 98 年有 一棟平均超過 1.5 kg/m3氯離子含量的建築物的買賣爭議，經法院判決認為”房屋 是否因瑕疵而達不堪居住之程度，非僅氯離子含量一項即可認定，尚須就鋼筋腐 蝕速率、鋼筋斷面量測、混凝土抗壓強度、混凝土中性化程度、裂縫裂損狀況、 裂縫寬度及長度等項目綜合判斷始能認定，此外，尚應審酌該瑕疵可否經由補強及防蝕處理等方法修復之”33。因此在我國各地縣市政府也有相關高氯離子建築 物處理方式法令，如新北市的辦法，若混凝土水溶性氯離子含量平均值 0.6 kg/m3 以上且補強防蝕處理費用超過重建費用達百分之七十五者，由鑑定機構建議並經 審議會議決議者，得辦理拆除重建。所以在我國相關對高氯離子建築物後續處理 方式與防蝕補強技術已相當成熟。 33蔡志揚、婁光銘，高氯離子建物（「海砂屋」）實務判決解約爭議探討高氯離子建物（「海砂屋」） 實 務 判 決 解 約 爭 議 探 討 ， 土 木 技 師 公 會 技 師 報 ， http://www.twce.org.tw/modules/freecontent/include.php?fname=twce/paper/727/3-1.htm
第三章 混凝土氯離子檢測方法
目前最常用的檢測方法歸類可以分成二大類，分別為檢測總氯離子的酸溶法 與游離性氯離子的水溶法。歐洲系統包含德國、英國、北歐、大洋洲的檢測試驗 方法，其試驗法大多僅有總氯離子檢測方法，因此在第二節中歐洲與大洋洲標準 僅有總氯離子含量標準。我國採用美國系統檢測方法，因此包含檢測總氯離子的 酸溶法與游離性氯離子的水溶法。在試驗過程上，均包含取樣、氯離子萃取、與 滴定試驗過程。其中在取樣與氯離子萃取的差異最大。 表 3-1 為各國酸溶法取樣量的差異性，以澳洲檢測方法取樣量大於 15 g 最高， RILEM 取樣量 1 g 最低。取樣量高表示混凝土試樣氯離子濃度較高，較容易檢 測，但缺點在於取樣需耗費大量試體粉碎研磨。而取樣量低，若氯離子含量規範 較為嚴格，以一般 0.1 M 硝酸銀滴定出來的值過低，可能會落於滴定機器誤差內， 而有誤判數值之情形。因此 RILEM 的方法採用了氰硫化氨（NH4SCN）作為反 應溶液。而且並不是使用滴定法，而是採用分光光度計在 460 nm 波長吸光度下 進行濃度判別。表 3-2 為各國水溶法取樣量的差異性。表中除了 RILEM 規範外， 其餘試驗粉末尺寸與取樣數均與酸溶法相同。由於水溶法數據約為酸溶法的 70%~80%，因此 RILEM 適當提高取樣量。若探討取樣過程熱效應的影響，目前 相關文獻並未有討論，但近年來國外有倡導利用索氏提取器（Soxhlet extractor） 來替代 ASTM C1218 水溶法的萃取過程。索氏提取器如圖 3-1 所示，原應用於從 固體中提取難以過濾的脂類化合物，相關試驗法由美國 ACI 222 委員會於 1997 年被認可為試驗方法34。此方法被提出主要是因為經過研究部分使用海砂或具氯 離子的粒料會影響結構內鋼筋的腐蝕性，但是 ASTM C1218 取樣過程中的磨粉 溫度會導致粒料所含的游離性氯離子與水泥質材料產生化學反應固化，致水溶性 氯離子實驗結果發生誤差，因此建議利用索氏提取器蒸餾萃取試驗溶液。 34ACI Committee 222, “Provisional Standard Test Method for Water-Soluble Chloride Available for Corrosion of Embedded Steel in Mortar and Concrete Using the Soxhlet Extractor”, American
圖 3-1 ACI 222 試驗法架構圖與索氏提取器設備35 (資料來源：架構圖來源至文獻 34，索式提取器設備來源至文獻 35) 在差異最大的氯離子萃取方式，表 3-3 為各國酸溶法萃取方式的差異性。其 最大差異是在酸溶的過程，及粉樣加入不同濃度與容積的 HNO3溶液。表 3-4 為 各國酸溶法萃取方式的差異性。而在後續的滴定，除了 RILEM 方法採用 NH4SCN 發色反應溶液外，其餘均使用硝酸銀滴定反應溶液。 35
表 3-1 各國酸溶檢測方法取樣量的差異性 檢測方法 試驗粉末尺寸 取樣數 歐洲 RILEM TC 178-TMC < 0.160 mm 1 g 挪威 NT Build 208 < 0.100 mm 5 g 英國 BS 1881:Part 124: Clause 10.2 < 0.100 mm 5 g 日本 JIS A 1154 < 0.150 mm 10 g 美國 FM 5-516 < 0.300 mm 3 g 美國 AASHTO T260 < 0.300 mm 3 g 美國 ASTM C1218 < 0.850 mm 10 g 澳洲 AS 1012.20 < 0.150 mm >15 g 中華民國 CNS 14702 < 0.850 mm 10 g （資料來源：本研究自行整理） 表 3-2 各國水溶檢測方法取樣量的差異性 檢測方法 試驗粉末尺寸 取樣數 歐洲 RILEM TC 178-TMC < 0.315 mm 5 g 美國 AASHTO T260 < 0.300 mm 3 g 美國 ASTM C1152 < 0.850 mm 10 g 中華民國 CNS 14703 < 0.850 mm 10 g （資料來源：本研究自行整理）
表 3-3 各國酸溶法萃取的差異性 檢測方法 酸溶方式 歐洲 RILEM TC 178-TMC 粉樣加入 50 mL HNO3溶液中（1:2）後 攪拌並沸騰 1 分鐘，於冷卻後加入 5 mL 的 0.05 M 硝酸銀溶液後以稀 HNO3溶液 中（1+100）沖洗過濾 挪威 NT Build 208 粉樣加入 50mL 去離子水使之分散，並 加入 10 mL 濃度約 70%的 HNO3溶液。 再加入 50mL 熱水混合後沸騰 4 到 5 分 鐘，於冷卻後過濾
英國 BS 1881:Part 124: Clause 10.2 同挪威 NT Build 208 日本 JIS A 1154 粉樣加入 70 mL HNO 3溶液中（1+6）於 靜置 30 分鐘後，加熱沸騰 5 分鐘，於冷 卻後過濾 美國 FM 5-516 粉樣加入 10mL 去離子水使之分散，並 加入 3 mL 濃度約 70%的 HNO3溶液。充 分攪拌後加入 50mL 熱水混合，加熱沸 騰，於冷卻後過濾（若混凝土添加爐石 需添加 3 mL 過氧化氫溶液） 美國 AASHTO T260 同美國 FM 5-516 美國 ASTM C1218 粉樣加入 75 mL 去離子水使之分散，並 加入 25 mL 的 HNO3溶液（1:1）攪拌並 沸騰，，於冷卻後過濾 澳洲 AS 1012.20 粉樣加入少許水混合後加入 20%濃度的
檢測方法 酸溶方式 HNO3溶液 50 mL 後攪拌並沸騰 2 分鐘， 於冷卻後過濾 中華民國 CNS 14702 同美國 ASTM C1218 （資料來源：本研究自行整理） 表 3-4 各國水溶法檢測方法取樣量的差異性 檢測方法 酸溶方式 歐洲 RILEM TC 178-TMC 粉樣加入 50 mL 去離子水中攪拌均勻後 過濾 美國 AASHTO T260 粉樣加入 60~70 mL 去離子水中攪拌均 勻後，加熱沸騰 5 分鐘，並於冷卻 24 小 時後過濾 美國 ASTM C1152 粉樣加入 50 mL 去離子水中攪拌均勻後 過濾，加熱沸騰 5 分鐘，並於冷卻 24 小 時後過濾 中華民國 CNS 14703 同美國 ASTM C1152 （資料來源：本研究自行整理）
第四章 試驗變數設計與方法
本計畫研究目的擬探討硬固混凝土氯離子檢測方法與標準，並整合研究成果， 以現有 CNS 14702 酸溶法與 CNS 14703 水溶法之氯離子檢測方法為基礎建立適 用於我國的硬固混凝土氯離子檢測方法與標準。在研究方法上首先進行各國標準 方法蒐集與比較，以作為後續標準規範訂定之參考。在實驗上擬設計含有各種變 數氯離子濃度的混凝土材料，藉由硬固混凝土氯離子含量量測，探討取樣方式、 萃取過程對混凝土氯離子含量與檢測方法的影響。其後以沿海六年以上的大型梁 試體進行各深度硬固氯離子含量試驗，探討結構單元取樣位置對硬固混凝土氯離 子含量結果影響。並由試驗結果分析探討對混凝土氯離子含量的影響，並建立本 土性適用的檢測方法。相關方法說明如下。第一節 取樣方式變數設計
目前，為探討取樣方式對混凝土氯離子含量與檢測方法的影響，本研究的變 數分成 2 個主要部分，分別為取樣方式變數與組成材料配比變數設計。在取樣方 式方面，我國標準可採用鑽心試體或旋轉式鑽孔機（即震動電鑽）進行取樣。在 規定上須包含面層及深層之部分，若為水泥砂漿則樣品數不得小於 10 g。在混凝 土部分，若使用鑽心試體 CNS 14702 與 14703 規定需於平行試體軸線方向切割 12 mm 之縱剖片；或垂直於試體軸線方向沿其側面切割出厚 12 mm 之試片進行 試驗4,5，若試體尺寸大於 25 mm 需先使用顎碎機或鎚擊方式破碎縮小尺度後使 用研磨設備磨成試驗粉末。使用旋轉式鑽孔機取樣方式，由於可能會鑽取到粗粒 料部分，所以 CNS 14702 與 14703 規定當粗粒料標稱最大粒徑大於 25 mm 時須 將數個此類樣品混合成綜合試樣再測定，每個鑽取樣品須至少取得 20 g 具代表 性試樣。由標準的精神而言，試體無論粒料或水泥漿體均無須剃除而被視為試樣 的一部分。但對標準的規定而言，並未說明鑽心試體的尺寸與數量，當試體尺寸 與深度小於粒料最大粒徑時，有可能所取的樣本發生爭議現象的狀況，為探討這 方面的影響，本計畫此階段變數分成鑽孔磨粉取樣方式與鑽心取樣試體尺寸兩種 變數設計，表 4-1 為取樣方式變數設計表。表 4-1 本計畫取樣方式變數設計 變數類別 變數範圍 鑽孔磨粉取樣方式 高轉速旋轉磨粉機大面積磨粉 普通震動電鑽磨粉 （直徑 1 cm 深度 1cm、直徑 2.5cm 深度 1cm、直徑 2.5 cm 深度 2cm、直徑 2.5 cm 深度 3cm、直徑 2.5 cm 深度 4cm） 鑽心取樣試體尺寸 直徑 5 cm 高度 5 cm、直徑 2.5 cm 高度 2.5 cm、直徑 10 cm、高度 1.2 cm 試體粉碎、試體抗壓粉碎後取樣 (資料來源：本研究自行整理) 在鑽孔磨粉取樣方式變數設計上，使用鑽孔磨粉機直接於試體磨粉進行取樣。 鑽孔磨粉機直接於試體磨粉進行取樣在我國標準中僅說明須使用適當直徑之電 鑽，因此本計畫以 2 種鑽孔磨粉方式進行，分別為普通震動電鑽與大面積旋轉磨 粉機方式進行。大面積旋轉磨粉機，如圖 4-1 所示，將混凝土試體固定於試驗座 上，利用大於 18000 轉的高轉速旋轉磨粉機與 25 mm 中空鑽石鑽頭對混凝土磨 粉。圖 4-1 亦表示磨粉完畢後混凝土試體的狀況。因此若直徑 10 cm 的混凝土圓 柱試體已接近全斷面磨粉取樣情形。 普通震動電鑽的取樣設計方式係考量設備取得便利性。因此在變數考量上， 分別以直徑 1 cm 與直徑 2.5 cm 鑽石鑽頭作為電鑽取樣鑽頭。直徑 1 cm 的設計 考量是本研究粒料最大粒徑為 1 cm。而直徑 2.5 cm 是一般市售普通震動電鑽鑽 頭的尺寸極限，且已大於傳統混凝土三分石或六分石粒料最大粒徑。圖 4-2 為本 研究所採用的普通震動電鑽與直徑 2.5 cm 鑽石鑽頭取樣後情形。圖 4-3 為混凝土 試體利用直徑 1 cm 鑽頭取樣後情形。由圖中可以發現取樣後，試體並無崩裂情 形。
圖 4-1 以磨粉機進行氯離子試樣粉末取樣 (資料來源：本研究自行整理) 圖 4-2 試體利用普通震動電鑽取樣後情形(直徑 2.5 cm 鑽石鑽頭) (資料來源：本研究自行整理)
圖 4-3 試體利用普通震動電鑽取樣後情形(直徑 1 cm 鑽石鑽頭) (資料來源：本研究自行整理) 鑽心取樣試體尺寸變數方面，我國標準須於試體切割 12 mm 厚度之縱剖片 進行試驗，因此直接於直徑 10 cm 試體切割 12 mm 厚度之縱剖片為試體，另一 方面坊間也有鑽取直徑 5 cm 或直徑 2.5 cm 為試驗試體，因此本研究也列入相關 變數。圖 4-4 為本研究使用之鑽心設備。圖 4-5 為鑽取後直徑 5 cm 與直徑 2.5 cm 的試體。除此之外也將鑽心試體於抗壓後，隨機於粉碎試體取樣。
圖 4-4 試體鑽心使用設備 (資料來源：本研究自行整理)
圖 4-5 直徑 2.5 cm 與直徑 5 cm 的鑽心試體 (資料來源：本研究自行整理)
第二節 混凝土配比變數設計
為使本研究具有氯離子在內的混凝土可供取樣方式研究探討。因此以混凝土 材料內的氯離子含量與組成材料進行配比變數設計，下述為其變數說明，表 4-2 為配比變數設計表。 1.氯離子含量變數 目前 CNS 3090 新拌混凝土的氯離子含量不可超過 0.3 kg/m（鋼筋混凝土）3 ， 若以國外相關文獻與規範對硬固混凝土的氯離子含量約為水泥含量的 0.1%。因 此在氯離子含量變數將以 0 kg/m3、0.2 kg/m3、0.3 kg/m3、0.4 kg/m3、0.5 kg/m3、 與 1.0 kg/m3共 6 種用量加入混凝土材料配比設計中，其中為 0 kg/m3空白對照組。 拌合時將氯離子加入拌合用水中進入混凝土進行試體製作。藉由低至高的氯離子 加入量，探討萃取過程對硬固混凝土氯離子含量的關聯性。相關試驗分析分別進 行硬固混凝土水溶、酸溶法氯離子量測。 2. 混凝土材料變數設計 在配比變數設計上，分別為設計強度、粗粒料用量。在設計強度方面，參考 目前鋼筋混凝土常用的 5000 psi 與 3000psi 設計強度進行混凝土設計。粗粒料用 量變數方面，分別為 30%、35%、與 40%。由於粗粒料相對於水泥漿體屬於極緻 密材料，因此氯離子僅能附著於粒料表面，很難進入粒料內部。因為氯離子只能 存在於水泥漿體內部的孔隙，或在水化過程中被吸附入水化生成物內。所以本研 究除擬藉由粗粒料體積調整水泥漿體於配比中的組成。探討粗粒料體積對氯離子 含量的影響。表 4-2 本計畫混凝土配比變數設計 變數類別 變數範圍 氯離子含量 0 kg/m 3 、0.1 kg/m3、0.2 kg/m3、0.3 kg/m3、 0.4 kg/m3、0.5 kg/m3、1.0 kg/m3 混凝土設計強度 5000psi 、3000 psi 粗粒料體積（m3 /m3） 0.3、0.35、0.4 (資料來源：本研究自行整理)
第三節 混凝土組成材料性質
1.水 混凝土試體拌合所用的水為符合 CNS 13961 與 ASTM C94 規範所規定的混凝 土拌合用水，一般常使用自來水，其相關性質如表 4-3 所示。 表 4-3 拌合水試驗結果(ppm) 試驗項目 含量 氯離子 0.35 硫酸根離子 0.20 鹼性物質 (Na2O＋0.66K2O) 0.31 總固體含量 0.01 （資料來源：台灣自來水公司） 2.水泥 本計畫試驗採用台灣水泥公司所生產的卜作嵐第一型水泥，比重為 3.15，表 4-4 為其物理性質與化學成分。表 4-4 水泥之物理與化學性質 試 驗 項 目 CNS 61-R2001 試 驗 值 細度：Fineness (cm2 /g) Min: 2800 3520 健度：Soundness (％) Max: 0.80 0.05 7 天抗壓強度(kgf/cm2) Min: 197 312 28 天抗壓強度(kgf/cm2) Min: 281 412 初凝：Initial set (分鐘) Min: 45（維卡針法） 3:10
終凝：Final set (分鐘) Max: 375（維卡針法） 5:30
二氧化矽(SiO2) --- 20.89 氧化鋁(Al2O3) --- 5.61 氧化鐵(Fe2O3) --- 3.13 氧化鈣(CaO) --- 63.87 氧化鎂(MgO) Max: 6.00 2.93 燒失量(L.O.I) Max: 3.00 0.73 不溶殘渣(Ins. Res) Max: 0.75 ---
矽酸三鈣(C3S) --- 50.40 矽酸二鈣(C2S) --- 22.20 鋁酸三鈣(C3A) --- 9.57 鋁鐵酸四鈣(C4AF) --- 9.51 （資料來源：台灣水泥股份有限公司） 3.粗粒料 本計畫混凝土所使用之粗粒料為三分碎石，其產地均為我國宜蘭河域。其中 面乾內飽和狀態比重(SSD)為 2.74，篩分析試驗結果如表 4-5 所示，其粒徑級配 分布圖如圖 4-6 所示。
表 4-5 篩分析試驗結果 篩 號 遺留重量% 累積重量% 通過重量% 1" (25.4 mm) 0.00 0.00 100.00 3/4"（19.05 mm） 0.00 0.00 100.00 1/2"（12.7 mm） 32.33 32.33 67.67 3/8” (9.5 mm) 34.34 66.67 33.33 NO.4 (4.75 mm) 31.83 98.49 1.51 底 盤 1.51 100.00 0.00 圖 4-6 粗粒料級配級配分布圖 (資料來源：本研究自行整理) 4.細粒料 本計畫所使用之細粒料為我國宜蘭河域所產之混凝土用粗砂級配。其面乾內 飽和比重(SSD)為 2.69，篩分析試驗結果如表 4-6 所示，其粒徑級配分布圖如圖 4-7 所示。
表 4-6 細粒料之篩分析試驗結果 篩 號 遺留重量% 累積重量% 通過重量% 3/8” (9.5mm) 0.00 0.00 100.00 NO.4 (4.75mm) 1.24 1.24 98.76 NO.8 (2.36mm) 18.00 19.24 80.76 NO.16 (1.18mm) 22.04 41.28 58.72 NO.30 (600μm) 14.20 55.48 44.52 NO.50 (300μm) 15.00 70.48 29.52 NO.100(150μm) 20.00 90.48 9.52 底盤 9.30 99.78 0.22 (資料來源：本研究自行整理) 圖 4-7 粗砂之級配級配分布圖 (資料來源：本研究自行整理) 5.氯化鈉
試藥級氯化鈉（Sodium Chloride, NaCl），純度 99.9%以上，20℃比重為 2.17，
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 Cum ula tiv e a m o un t pa ss ing ( %) Sieve size (mm) 試驗結果 ASTM C33上限 ASTM C33下限
