混凝土中鋼筋腐蝕檢測手冊之研擬

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(1)本冊目錄言 --------------------------------------- 1. 第一章. 前. 第二章. 鋼筋混凝土腐蝕機理. 2.1. 電化學和腐蝕機理 ------------------------------ 3. 2.2. 影響混凝土腐蝕因素 ---------------------------- 9. 2.3. 腐蝕行為對混凝土之影響 ----------------------- 13. 第三章. 腐蝕檢測原理. 3.1. 混凝土電阻係數 ------------------------------- 14. 3.2. 半電池電位 ----------------------------------- 15. 3.3. 直流極化法 ----------------------------------- 16. 3.4. 交流阻抗法 ----------------------------------- 19. 第四章. 腐蝕檢測技術在鋼筋混凝土之應用. 4.1. 鋼筋偵測器量測技術 --------------------------- 22. 4.2. 混凝土電阻係數 ------------------------------- 42. 4.3. 半電池電位 ----------------------------------- 52. 4.4. 直流極化量測技術 ----------------------------- 78. 4.5. 交流阻抗量測技術 ----------------------------- 82. 第五章. 結. 論 -------------------------------------- 90. 參考文獻 -------------------------------------- 98 附. 錄 -------------------------------------- 99.

(2) 第一章. 前言. 自從人類開採出礦石來冶煉和提煉金屬產品，腐蝕行為就一直存在人類的生活中，人類提煉金屬而自然界的力量將金屬反向還原成自然的狀態。金屬產品的應用從製造業到建築業，尤其鋼鐵在結構物上的應用極為廣泛，應用在結構物上的鋼材被混凝土所包覆與一般金屬材料直接與大氣接觸有所不同，金屬材料與大氣接觸的腐蝕速率比一般具有混凝土包覆的鋼材較為快速，然而混凝土為非緻密的材料，混凝土材料具有多孔性及吸附性質，將大氣中的水氣與氣體(二氧化碳、硫化物、氯化物等)吸附在混凝土內部，使鋼材在混凝土的腐蝕行為變為更複雜，且往往發生腐蝕時不易被察覺，所以本次研究重點著重於鋼筋腐蝕行為的發生及腐蝕速率的檢測。因此在本書第二章描述的內容為電化學的原理，其中電化學的原理代表的意義為電極的工作原理，電極包含鋼筋(工作電極)及檢測用的電極(白金、甘汞、硫酸銅電極等)，瞭解電化學的原理可得知鋼筋為何發生腐蝕及一般檢測用的電極工作原理與校正。第三章描述的內容為腐蝕檢測方法的量測原理，包含混凝土表面電阻係數、半電池電位、直流極化法、交流阻抗法等，各種檢測原理的瞭解方能分析判斷各種量測數據的合理性。第四章描述的內容為腐蝕檢測技術的應用，各種檢測方法的作業 1.

(3) 程序與儀器的操作方法等介紹，其中直流極化法與交流阻抗法所使用的儀器適用於實驗室的操作，故現地檢測腐蝕速率技術作業程序無法作詳細的介紹，最後章節討論各種檢測方法及數據的比較說明。. 2.

(4) 第二章. 鋼筋混凝土腐蝕機理. 2.1 電化學反應和腐蝕機理 2.1.1 電化學反應電化學反應包含陽極、陰極、提供離子的電解液及傳導電子的通路，如此才能產生一個完整的電路。在電化學反應中，電極扮演著電荷轉移的角色，陽極產生氧化反應(陽極反應)，釋放電子透過導線傳到陰極，陽極上的金屬被氧化成離子，與電解液產生化學反應物，而陽極所進行的氧化反應，即是腐蝕的行為。另一方面陰極吸收陽極透過導線傳來的電子，產生還原反應(陰極反應)，而電解液在電化學的反應過程中係提供離子使電流流通。圖 2.1 為一電化學反應示意 -. 圖，e 表示為電子，i 表示為電流。而提供兩極的電位差所產生的反應驅動力主要有三種型式：分別為(1)不同金屬電極產生電池效應(異金屬電池)，(2)濃度相差產生電池效應(濃度差電池)及(3)不同溫度差所產生的電池效應(溫度差電池)等三類。 i. i. e¡Â. e¡Â. ¶§. ³±. ·¥. ·¥. ¹q ¸Ñ²G. 圖 2.1. 電化學反應示意圖 3.

(5) 異金屬電池(dissimilar electrode cells) 一般最常見的不同金屬電極產生電化學反應是銅與鋅如圖 2.2 所示，其陽極化學反應如下： Zn2++2e-. →. Zn [2.1] 其陰極化學反應式為： Cu2- +2e-→Cu. [2.2]. 整個電化學反應式為： Cu2-. →. +Zn. Cu+Zn2+. [2.3] 由[2.1]式中得知 Zn 為氧化反應，即是腐蝕的行為，因為鋅比銅活性大所以鋅產生腐蝕，在日常生活中不同的金屬相互接觸，且所處環境提供良好的電解液，此時發生腐蝕的機率提高，一般稱之為異金屬腐蝕。 ¢w. ¢q. e¡Â. e¡Â. »É. ¾ N. ´Î. ´Î. CuSO4. ZnSO4. 4.

(6) 圖 2.2 銅、鋅異金屬電池濃度差電池(concentration cells) 一般產生濃度差電池有兩種，其一是相同電解液因濃度不同所產的電池效應如圖 2.3 所示，其二為含氧濃度差所產生的電池效應如圖 2.4 所示。由圖 2.3 及圖 2.4 得知在低濃度的電解液(或氧濃度低者) 的金屬是產生氧化反應(陽極)即是腐蝕現象，陰極(還原反應)是濃度高的電解液(或富氧區)所在的金屬。圖 2.4 中常顯示的腐蝕現象稱之為局部腐蝕或孔蝕：鋼筋混凝土中因存在的孔隙不均勻分布，如有孔隙存在於鋼筋表面，易造成富氧區與缺氧區而產生腐蝕現象。. ¢q. ¢w. »É. »É. ´Î. ´Î. ²H CuSO4. ¿@ CuSO4. 圖 2.3 電解液濃度差產生電池效應 ÄÃ +¤ô. O2. O2. ¢q. ¢q ¢w. ¢w. AK. 圖 2.4 鐵在鏽與水(或泥土覆蓋)的覆蓋產氧的濃度差 5.

(7) 溫度差電池(differential temperature cells) 在相同濃度且溫度不同的電解液中，放置同性質的金屬電極，則此時會產生電位差，處在低溫的電極會產生氧化反應(陽極)，即是發生腐蝕。處在高溫的電極會產生還原反應(陰極)，如圖 2.5 所示。 ¢q. ¢w ¹q ¾ ô. »E. »E. ’I. ’I. °a ·A. §C ·A. 圖 2.5 因電解液溫度不同產生溫度差電池. 2.1.2 金屬腐蝕機理由上一節所述得知金屬有良好的外在環境(如圖 2.4 所示)，及可自行在同一局部區域產生氧化(腐蝕)及還原反應，如鐵在鹽酸溶液中產生的化學反應式如下： Fe+2HCl→FeCl2+H2 [2.4] ─. 在 2.4 式中 Cl 並未參與電極上的氧化反應及還原反應，它只有參與電極以外的化學反應，故它有增加離子流通更順暢的功能。所以氧化反應(陽極)可寫成下列的型式： Fe→Fe2++2e6.

(8) [2.5] 還原反應(陰極)可表示為： 2H++2e-→H2. [2.6]. –. 由前式得知 Cl 未參與氧化還原反應，但它在此電化學系統中擔任提供離子使電流流通，如圖 2.6 所示，所以氯離子在鋼筋混凝土中最主要的功能是加速腐蝕的發生。金屬氧化反應通常使金屬帶有正電荷的離子，故金屬陽極反應可表示為下列的通式： M→Mn++ne[2.7] 由 2.6 圖中可得知電子透過鐵棒傳遞到陰極，傳遞到陰極中的電子再與氫離子反應生成氫氣，在此反應中我們得知電位的量測須透過電子的傳遞與離子的傳送方可測得整個電化學的電位，在此圖例中我們可看出兩個半電池電位所組成的一個電池電位，其中由外部的離子所產生的電位變化而形成的半電池，與另一個是由內部電子所產生的電位變化形成另一個半電池。 AQ »A ·» 2G. Fe 2+. AK. Cl. -. ’I. H e- e. -. Cl. -. H. -. H. -. Cl. -. -. H H. H2. 圖 2.6 鐵在鹽酸溶液中的電化學反應示意圖. 2.1.3 鋼筋在混凝土中的腐蝕機理 7.

(9) 當鋼筋表面的鈍態膜(passive film)被破壞立即產生鐵鏽，此種化學反應與氯離子的侵蝕和碳酸的作用是相同的。當鋼筋發生腐蝕與混凝土中的孔隙水產生化學反應，鋼筋釋放電子，所以陽極反應為： →. Fe. Fe2++2e-. [2.8] 被釋出來的兩個電子必須保持電位的中立，所以要向別處移動，所以陰極必須耗盡陽極所產生的電子，所以在陰極地方的水與氧要與帶負電荷的電子產生反應，此種消耗水與氧的反應為： 1. 2e-+H2Ｏ+ /2Ｏ2→2HＯ. ─. [2.9]. 如圖 2.7 所示為鋼筋陽極與陰極的反應，在此圖例中我們得知，整個腐蝕系統包含兩個半電池，一個是外部離子電流所產生的電位差，另一個是內部電子電流所造成的電位差，如上一節所述(圖 2.6) 一樣，為何常常強調半電池電位，原因是往後所需測量腐蝕程度的儀器原理，大部份運用一個半電池電位的原理，或兩個半電池電位形成一個電池電位的原理測量腐蝕的狀況。在陰極上反應產物為氫氧根離子，所以氫氧根離子增加了陰極局部的鹼性，因此加強了鈍態膜之穩定性，所以在陰極局部地方可以抵抗氯離子與碳酸作用，陰極防腐原理即此。要避開腐蝕的發生最重的因素是去除陰極上的氧氣與水份。發生在鋼筋上的陽極反應，不只產生鐵離子而已，其二價鐵離子 8.

(10) 會進一步氧化成三價鐵離子，所以鐵離子在陽極的化學反應為： ─. Fe2++2OH. →. Fe(OH)2. [2.10] →. 4Fe(OH)2+O2+2H2O. 4Fe(OH)3. [2.11] 2Fe(OH)3→Fe2O3．H2O+2H2O. [2.12]. Ions current. 2e-+H2¢Ý+1/2 ¢Ý2 Fe. 2H¢Ý. 2+. Fe + 2e -. 3± ·¥ electronic current. ¶§ ·¥. 圖 2.7 鋼筋在混凝土中的腐蝕行為(陰陽極反應) 三氧化二鐵(Fe2O3)未水化前體積非常的緻密且很緊密的與鋼筋表面接觸，當三氧化二鐵產生水化反應(Fe2O3．H2O)時，會增加內部的孔隙，這意味著鐵鏽的體積膨脹(Fe2O3．H2O)，增加鋼筋與混凝土的交界區體積膨脹 2∼10 倍[1]，影響混凝土而產生裂縫(cracking)和脹裂(spalling)，發生腐蝕的混凝土結構物一般會看到紅棕色的弱面，這是在鋼筋表面的鐵鏽污染了我們看到的裂縫。. 2.2. 影響鋼筋混凝土腐蝕因素 9.

(11) 鋼筋混凝土系統在力學行為中，各自擔負抗拉及抗壓的角色，但因鋼筋對於外在環境非常敏感(容易發生腐蝕)，而混凝土可以保護鋼筋免受到外在環境的侵蝕，所以混凝土品質會影響到鋼筋腐蝕的程度。混凝土發生水化反應後最主要的化學成份為 Ca(OH)2、NaOH 及 KOH 等鹼性的產物，促使孔隙水的 pH 值介於 12.5~13.6 之間，鋼筋在高鹼性環境下可維持穩定的鈍態。鋼筋受到一層非常薄的鈍態膜保護，但當外部有害因子侵入到鋼筋表面破壞這一層保護層，鋼筋將迅速產生鏽蝕。本章節分為兩部份來說明影響鋼筋腐蝕的因素，第一部份是混凝土劣化及產生裂縫因素，第二部份是混凝土劣化後或產生裂縫通路致使有害物質快速達到鋼筋表面。. 2.2.1 混凝土劣化及裂縫之影響混凝土中性化(混凝土碳酸化) 硬固混凝土主要成份氫氧化鈣，若與外部滲入之二氧化碳接觸會產生化學反應生成碳酸鈣，反應式為： CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O. [2.13]. 產生碳酸鈣後混凝土中之孔隙水 pH 值降至 9 以下，由於 CO2 入侵作用使混凝土呈中性，故此現象稱之為中性化或碳酸化現象。此時空氣中的氧滲入混凝土內與混凝土孔隙水結合造成濃度差電池，致使鋼筋表面的鈍態膜破壞鋼筋產生腐蝕，圖 2.8 為中性化與鋼筋腐蝕示意圖。. 10.

(12) aA Re + ¤o. 2V ¾R ¤g ai -±. ¤¤ cE ¤A °I °i AA »k. pH=7.9-10. ¿u μ¬. pH>12.5. ¥¼ ¤¤ cE ¤A °I °i. 圖 2.8 中性化與鋼筋腐蝕示意圖混凝土乾縮潛變之影響硬固混凝土水化完成，因拌合孔隙水部份散失產生體積變化，導致混凝土內部形成微裂縫，裂縫寬度大約 50μm 至 200μm，普通混凝土發生微裂縫的材齡約在 3 天至 10 天產生[2]。氣溫與濕度會導致混凝土熱脹冷縮產生裂縫，這些裂縫將加速有害物質與鋼筋表面接觸。力學作用混凝土結構物受到機械作用(如車輛)、海浪衝擊等反覆載重作用，會產生疲勞及微裂縫加速混凝土破壞及鋼筋腐蝕。. 2.2.2 鋼筋混凝土有害物質的侵入影響氯離子的侵害混凝土中性化程度，達到 pH 值 9 以下時，即使無氯離子的侵害也會造成腐蝕行為的發生，所以在沒有氯離子的環境中也會產生腐 11.

(13) 蝕反應，其腐蝕速率是緩慢的進行。當混凝土有氯離子的侵入時，氯離子在腐蝕的行為中，扮演的角色是提供離子加速腐蝕反應，與電化學電池反應中的電解液擔任相同的功能。所以如何杜絕氯離子的侵害是非常重要的課題。所以存有裂縫的混凝土將使氯離子更容易入侵。酸類的侵害混凝土在一般使用的狀態下經常受到鹽酸、硫酸及硝酸等侵蝕。在酸的侵蝕下與混凝土主要成份氫氧化鈣生成化學反應，其主要化學式為： →. Ca(OH)2+H2SO4. CaSO4+2H2O. [2.14] 因為酸先與氫氧化鈣起反應，最後再與水化矽酸鈣起反應，而形成硫酸鈣，當反應物的可溶性越高被侵蝕性溶液帶走的數量越多，混凝土破壞的速度越快。當空氣中含有二氧化硫、三氧化硫及硫化氫等氣體時，易生成低溶性的鹽類，這些鹽類中含有或多或少的結晶水，引起混凝土的體積膨脹，例如，二氧化硫與混凝土中的氫氧化鈣起反應，生成石膏，其體積大於氫氧化鈣 1.2 倍[3]，由於體積膨脹產生內應力，將引起混凝土逐漸破壞。上述所提的酸類是低溶性的鹽類，所以這些鹽類向混凝土內部擴散受到限制，因此混凝土內部的鋼筋將不受這些酸類的侵害。但是 12.

(14) 氯化氫、氯氣、二氧化氯以及溴等這些氣體，所形成的鹽類，即使是濃度非常低的情況下，也能造成加速混凝土內部鋼筋的腐蝕。. 2.3. 腐蝕行為對混凝土之影響混凝土與鋼筋的結合，兩者之間須有良好的握裹力才能發揮作. 用，提供混凝土與鋼筋之間握裹力來源大致上有三種：(1) 鋼筋與混凝土間摩擦力。(2)鋼筋竹節與混凝土所形成的作用力。(3)水泥水化所產生的膠結物。當腐蝕的媒介抵達鋼筋表面時，由於碳酸的作用或氯離子的侵害對鋼筋與混凝土之間的影響有： ─由於鋼筋斷面積的減少，影響了鋼筋的力學性質。 ─由於腐蝕生成物的膨脹，對於混凝土的保護層產生裂縫，影響混凝土的力學性質。上述兩種因素，使混凝土與鋼筋之間兩者的握裹力退化，如此將影響到結構物的安全性與使用年限，如圖 2.9 所示。. 2V ¾R ¤g. ¿u μ¬ Fe2O3¡DH2O. Fe2O3¡DH O 2. 圖 2.9. 鋼筋鐵鏽膨脹與混凝土保護層產生脹裂的示意圖 13.

(15) 第三章. 腐蝕檢測原理. 3.1 混凝土電阻係數(concrete resistivity) 混凝土電阻係數是代表著混凝土內部毛細孔水份多寡與孔隙大小的一個指標，混凝土的品質與電阻係數是相關的，也就是水泥的含量、水灰比、養護條件及是否有添加物的使用等因素所控制。氯離子的侵害是不能馬上影響混凝土電阻係數，須要有充裕的時間使氯離子溶解於孔隙水中，才會降低混凝土電阻係數值，無論如何氯離子是吸濕性，也是就能保持水份的一種化學離子，所以氯離子將使水分留在混凝土孔隙中，這是為何氯離子經常發生減少混凝土電阻係數的主要因素。一般最常用在混凝土量測電阻係數的儀器有四極式電阻係數量測儀，也有兩極式或單極式電極來量測電阻係數，在此不討論兩極式與單極式量測儀器，就現階段最常使用的四極式量測儀來討論，如圖 3.1 所示，四極式量測儀應用兩個外側的探針放出電流及因電位不同而穿過兩個內側的探針，這種方法排除了任何影響由於表面接觸的電阻。在一個半無限遠的均質材料，其電阻係數ρ為： ρ＝2πaV／I 其中： 14. (單位：kΩ-cm). (3.1).

(16) a：電極間隔(electrode spacing). V：是經過兩個內側探針的電位(potential across the inner probes). I：是所應用的電流經過兩個外側探針(applied current across the outer probes). I. V. Current flow lines Equipotential lines. 1q ¬y ½u. μ¥ 1q ¥i ½u. 圖 3.1 四極式電極量測混凝土電阻係數示意圖. 3.2. 半電池電位(half-cell potentials) 半電池電位量測係利用一個簡單的設備，它的電極是銅與銅本身. 的離子溶液(硫酸銅溶液)所組成硫酸銅電極，如此形成了一個半電池，此即 2.1.2 和 2.1.3 節所述的半電池原理相同，這是一個由銅離子電流所產生的半電池電位差，若將硫酸銅電極與混凝土中的鋼筋相連接會形成一導線相連傳遞電子及電解液提供離子的電化學反應；兩極電位差的驅動力是由於銅與鋼筋是不同金屬而產生異金屬電池效 15.

(17) 應，如 2.1.2 節所述的異金屬電池是相同的原理，如圖 3.2 所示，由銅的半電池與鋼筋的半電池兩者相結合形成一個電池電位，使用一個電壓表，正極連接鋼筋負極連接硫酸銅電極，則可測得鋼筋相對於硫酸銅的半電池電位。在使用直流極化法與交流阻抗法量測所得的開路電位與半電池電位是相同的原理，只是因使用的電極不同，所以量測出來的電位不相同。 High impedance digital voltmeter Measure potential difference created between metal in half cell and steel in concrete. Half cell CANIN. Cu. Cu 2+¢q 2e »E ¥b 1q ¥A. 2e-+H¢Ý+1/2 ¢Ý2. 2H¢Ý Fe. 2+. Fe + 2e -. ¿u μ¬. 2e -. ¿u μ¬ ¥b 1q ¥A. 2V ¾R ¤g. 圖 3.2 硫銅電極量測鋼筋腐蝕電位示意圖. 在半電池電位量測法中，當混凝土在飽和的情況，沒有氧氣使鋼筋形成鈍態現象時，則半電池電位負值非常的大，但是沒有氧氣是不可能會腐蝕的，在 2.1.3 節中有討論過，去除陰極上的氧氣與水份將可避開腐蝕，所以這是半電池電位測量法中的弱點。. 3.3 直流極化法(direct current polarization) 16.

(18) 在電化學反應中，電極(包含鋼筋)和電解液的界面進行著電荷的轉移，電荷轉移代表著電極產生氧化還原反應，而極化就是電荷轉移時的阻力。所以當鋼筋在自由狀態下腐蝕，其電流的流動對整體而言，沒有淨電荷的轉移，所以須外加輸入極小的電流使其擾動，進行電荷轉移產生極化現象。一般在測得開路電位(平衡的電位)後，取開路電位值±10mV 去極化工作電極(鋼筋)，在外加過電位時，其上下電位差要少於 20 mV，或是依據試驗使極化曲線停留在線性階段，線性極化的技術是使用極小電流極化鋼筋且觀察它對半電池電位的影響，它使用一個半電池電位的電極(甘汞電極)與一個輔助電極(白金電極)結合一台低電壓的直流供應器(恆電位電流儀)，首先測得半電池電位(開路電位)，然後使用一極小的電流從輔助電極流向鋼筋(工作電極)，而求得的半電池電位的變化量與電流值，進而求得極化阻抗值 Rp。 Rp＝ΔE／Δi. (3.2). 再利用 Stern-Geary 公式可得腐蝕電流密度。 βaβb Icorr＝[-. ΔE ]×. B ＝. 2.303(βa ┼βb) Δi Rp 其中： Rp：極化阻抗值(ohm-cm2) Icorr：腐蝕電流密度(A/cm2) βa：陽極極化曲線斜率 βb：陰極極化曲線斜率 ΔE：電位差(volts) 17. (3.3).

(19) Δi：電流密度差(A/cm2) 在 3.2 式中 B 值是常數，在混凝土中 B 值介在 26mV 至 52mV，通常取決於鋼筋是在鈍態或是活性情況下來考量。依照 Faraday 定律，得知腐蝕沉積量為： W=ita／nF 其中： W：腐蝕沉積量(mg) i：電流(amps) a：原子量(g／mole) t：通過的時間(sec) n：參與電荷轉移的電子數目 F：法拉利常數(96500 colomb／mole). (3.4). 又腐蝕速率為： mmpy=W／(ρAt)×315360. (3.5). 其中： mmpy：腐蝕速率(每年腐蝕多少 mm) 2 A：面積(cm ) 將 3.4 式代入 3.5 式得 a. icorr μmpy =. × nF. ×315360. (3.6). ρ. 其中： μmpy：腐蝕速率(每年腐蝕多少μm) 2 icorr：腐蝕電流密度(μA/cm ) n：亞鐵離子電荷數(2) a：鐵的原子量(55.8g／mole) 3 ρ：鐵的密度(7.86g/cm ) 運用直流極化法來量測腐蝕速率時，以甘汞電極(SCE)來作為參考電極(RE)，以白金電極為輔助電極(CE)，而以鋼筋為工作電極 (WE)，接於恆電位電流儀上，如圖 3.3 所示，分別外加±10mV 電位壓 18.

(20) 掃瞄鋼筋，求其極化阻抗值。. «i 1q ¥i 1q ¬y »o. ¥O a÷ 1q ·¥ ¤u §@ 1q ·¥. ¥I ‥E 1q ·¥. 1q ﹐N 2G. ac. ¿u μ¬. 圖 3.3 直流極化法量測裝置示意圖. 3.4 交流阻抗法(alternative current impedance) 在使用交流阻抗法，測定鋼筋的阻抗值時，由於電極雙電層的影響、電解液與混凝土電阻的影響等等，均須考慮，所以與直流極化法將溶液與混凝土的電阻都包含在所測的阻抗值內，是不相同的，故直流極化法所求得的腐蝕速率偏低。在交流阻抗法中利用一微小的交流訊號(10mV)輸入電化學系統中，在以不同的頻率(1.0×106Hz∼1.0× -3. 10 Hz)求出阻抗值，再經由 Nyquist plot 籍著電路的解析各別求出混凝土與鋼筋的阻抗值，求得鋼筋阻抗值後分別代入 3.3 式與 3.6 式求得腐蝕電流密度與腐蝕速率。一般使用的等效電路是由三個電阻與二個電容所組成的電路圖，如圖 3.4 所示，運用等效電路來模擬鋼筋電 19.

(21) 阻值的型式。 ¿u μ¬ ao ai -± 1q Re ¿u μ¬ !t 2V ¾R ¤g ¬E -± °I ao 1q Re. 2V ¾R ¤g 1q ay. ¿u μ¬ !t 2V ¾R ¤g ¬E -± °I ao 1q ay ¿u μ¬ ao ·¥ ¤A 1q ay -E. 圖 3.4 模擬鋼筋混凝土腐蝕的等效電路圖. 鋼筋受交流阻抗後，其電位隨時間變化，可表示成下列的型式： E(t)=E0cos(ωt). (3.7). 其中 E0：訊號的振幅(amplitude of the signal) ω：半徑頻率(radial frequency) 且 ω=2πf. (3.8). 在一個線性的系統中，反應訊號 It 在相角的變化(ψ)且會有一個相對應不同的振幅 I0，所以電流對時間的關係為：. (3.9). I(t)=I0cos(ωt—ψ). 20.

(22) 一個相似於歐姆定律的關係式，可以去計算出阻抗值，如下所示： E(t) Z=. E0cos(ωt) =. I(t). cos(ωt) =. Z0. I0cos(ωt—ψ). (3.10) cos(ωt—ψ). 所以阻抗值 Z 可以表示為 Z0 與相角變化的關係式，由圖 3.5 得知在 Nyquist plot 中得會有兩個相對應的阻抗值，一個是真值，另一個是模擬值或是虛假的值。 -lmZ. £s. lZl £s¡× ¡Û. £r. £s¡× 0 RealZ. 1I 3.5. Nyquist Plot cM ay §U ¥V ¶q. 21.

(23) 第四章. 腐蝕檢測技術在鋼筋混凝土之應用. 4.1 鋼筋偵測器量測技術 4.1.1 檢測儀器操作步驟與應用本試驗所使用的鋼筋探測器是由瑞士 Proceq 公司所生產的 PROFOMETER 4 系列產品中的 Model scanlog 機型，主要功能有鋼筋網格的掃瞄、鋼筋直徑的量測與保護層厚度的檢測等功能。鋼筋探測是針對腐蝕測量所做的先前準備，所以我們以此為主軸，先介紹鋼筋網格的掃描、點探針鋼筋定位及鋼筋直徑的量測等，最後額外介紹保護層厚度的檢測功能，此項功能不包含在腐蝕測量的先前準備工作範圍，僅供參考。鋼筋網格的掃瞄步驟 (1) 使用深度探針，連結位移信號線與感應測頭線，如圖 4.1 所示。 Aa ½u. Depth Probe. Tiefensonde. ¥i 2¾ «H ﹐1 ½u ±μ AY. ·P A3 ½u ±μ AY. 圖 4.1 深度探針示意圖 22.

(24) (2) 打開主機，等待數秒鐘按 MENU 鍵，會出現與圖 4.2 相同的畫面。 Bewehrungssucher Rebar Locator. PROFOMETER 4 Bar Disameter. object No.. ON OFF. Limit Value. Language Basic Setup s Date O utp ut Measure w.Statistic Scanning Bars Mea sure with Grid. S TART RESE T. MENU. PRINT. Select by Start by START End by END. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzer land. 圖 4.2 PROFOMETER 4 主機與主目錄示意圖 (3) 利用上下鍵的按鈕，選擇 Bar Diameter(鋼筋直徑)，按下 START 鍵會出現圖 4.3 的畫面，畫面中有 d 等於 16mm，這就是鋼筋直徑，若有設計圖可依照設計圖輸入鋼筋直徑，若沒有設計圖以 16mm 代替鋼筋直徑。按上下鍵可增減直徑的讀數，按 MENU 鍵回到主目錄。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 Bar Disameter. ON OFF. S TART RESE T. d=16 mm (02..50) MENU. Select by Start by START End by END. PRINT STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzer land. 圖 4.3 鋼筋直徑的編定畫面. 23.

(25) (4) 利用上下鍵選擇 Object No.(測區編號)，按下 START 鍵會出現圖 4.4 的畫面，利用下上左右鍵來編定測區的編號，先以 100001 來代替測區編號，按 MENU 鍵回到主目錄。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 object No.. ON OFF. 100001. S TART RESE T. MENU. Select by Start by START End by END. PRINT. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzer land. 圖 4.4 測區編號畫面示意圖 (5) 利用上下鍵選擇 Basic Setups(基本設定)，按下 START 鍵會出現圖 4.5 的畫面，出現 4.5 的畫面後選擇 Unit(單位)按下 START Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 Basic Setups Unit. ON OFF. Disa meter Probe Signal Sound. START RES ET. Scan Area MENU. xy-Grid. Display Select by Start by START End by END. P RINT STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switz erland. 圖 4.5. 基本設定的選單. 鍵，出現圖 4.6 的畫面，選擇的單位為 mm，按 MENU 鍵回到主目錄，此時的主目錄為圖 4.2 的目錄，而不是跳回圖 4.5 的基本設定選單，. 24.

(26) 所以須要再按 START 鍵再回到 4.5 的基本設定選單，如此操作方式非常不便。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4. Unit. ON OFF. mm. inch. START RES ET. MENU. Select by Start by START End by END. P RINT. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switz erland. 圖 4.6 單位選擇的畫面 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 Scan Area. x/y (mm) =. ON OFF. 500 1000 2000. START RES ET. MENU. Select by Start by START End by END. P RINT STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switz erland. 圖 4.7 掃瞄面積的選單回到基本設定的選單圖 4.5 所示時，利用上下鍵選擇 Scan Area(掃瞄面積)按 START 鍵，出現圖 4.7 的畫面選擇 X 軸與 Y 軸的掃瞄面積比 2000，按 MENU 鍵再按一次 START 鍵回到 4.5 的基本設定選單，利用上下鍵選擇 xy-Grid(xy-網格)，按下 START 鍵出現圖 4.8 的畫面，利用上下鍵來輸入 X 軸鋼筋的間距與 Y 軸鋼筋的間距，若無. 25.

(27) 設計圖參考時，隨便輸入任一值即可。按下 MENU 鍵回到圖 4.2 的主選單畫面。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 xy-Grid. Column Width X 135mm. ON OFF. Row Spacing y 135mm. START RES ET. MENU. Select by Start by START End by END. P RINT. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switz erland. 圖 4.8 xy-網格間距設定畫面 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 d16. #100001. ON OFF. STA RT RESET. ME NU. => Start by END Current value Memo PRINT STORE. mm. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.9 一般單點測量畫面 (6) 利用上下鍵選擇 Scanning Bars(掃瞄鋼筋)，按下 START 鍵出現圖 4.9 的畫面，畫面中提示開始測量按 END 鍵，當按下 END 鍵後會出現圖 4.10 的畫面，圖 4.10 是一個預備測量的畫面，按下 RESET 鍵出現圖 4.11 的畫面，在圖 4.11 中，有一個→的箭頭方向，此箭頭方向表示為測針移動的方向，所以測針要從待測區的左上方向右移. 26.

(28) 動。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 1.0. 0.5. 0.0. ON OFF. Select Direction. crosswise to the. STA RT RESET. 1st layer with. 0.5. ME NU. Hold Probe. in the air,. press RESET. 1.0. d16. PRINT. END. STORE. mm. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.10 預備測量鋼筋網格的畫面 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 1.0. 0.5. 0.0. ON OFF. STA RT RESET. 0.5 ME NU. PRINT. 1.0. d16. STORE. 99mm. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.11 開始量測鋼筋網格的畫面 (7) 當測針在待測區上顯示出有鋼筋時，用鉛筆或粉筆做記號在待測區上，以利在下一個試驗中點探針鋼筋定位試驗時更方便快速定出鋼筋位置。如圖 4.12 所示，測量的方向由左上至右上，再從右上量測到右下，完成鋼筋網格的量測，如圖 4.13 所示，應用鋼筋網格量測法所定位的鋼筋位置較為粗略，所以需要改用點探針來做進一步的鋼筋定位，以便改正鋼筋網格量測法的缺失。. 27.

(29) 此法所測量出來的圖表無法直接輸入電腦內，此種方式量測鋼筋最主要的功用在於確認鋼筋數量而已，無法做出有效的數據量測結果。 ¿u μ¬ ±’ ’u ¾1 ¤W °» ’u ‥i ao ¿u μ¬ Bewe hrung ssu cher Reb er Locator. PROFOMETER 4 1.0. 0.5. 0 .0. ON OFF. S TART. R ESET. 0.5 MENU. PRINT. 1.0. d16. END. S TORE. 9 9mm. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq S witzer a l nd. D ept h P robe. Ti ef en son de. ’u ¶q ¤e ¥V 2` «× ±’ °w. ac. 1e »U ¿u μ¬ ¥i ﹐m(¥I 1] μ§ °μ °O ﹐1 ). 圖 4.12 利用鋼筋網格量測法粗略定出鋼筋位置 ¿u μ¬ ±’ ’u ¾1 ¤W °» ’u ‥i ao ¿u μ¬ Bewehrungssucher R eber L oca tor. PROFOME TE R 4 0.0. 1.0. 0.5. ON OFF. START RESET. 0.5 MENU. PRINT. 1.0. d16. 99 mm. STORE. END. ISO 9001. PROCE Q Testing Instruments. proceq Sw ti z erl and. ac. De pt h Pr obe. Te i fe nso nde. 2` «× ±’ °w 1e »U ¿u μ¬ ¥i ﹐m(¥I 1] μ§ °μ °O ﹐1 ). 圖 4.13 利用鋼筋網格量測法粗略定出版的鋼筋位置 28.

(30) 點探針鋼筋定位步驟 (1) 將點探針與感應測頭線相接，如圖 4.14 所示。 PROFOMETER Punktson de Sp ot Probe. ·P A3 ’u AY. 圖 4.14 點探針示意圖 (2) 打開主機，等待數秒鐘按 MENU 鍵，會出現與圖 4.2 相同的畫面，利用上下鍵選擇 Basic Setups(基本設定)按下 START 鍵出現與圖 4.5 的畫面，利用上下鍵選擇 Diameter Probe(探針直徑) 按下 START 鍵出現圖 4.15 的畫面，探針直徑的設定值有兩個，一個是 55，另一個是 60。若不是設定這兩個數字，所測出之鋼筋位置將產生很大的偏差量。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 Disameter Probe 55. ON OFF. START RE SET. 60 MENU. Must be identical with Numbers on Probe Select by Start by START End by END. P RINT STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.15 探針尺寸設定畫面. 29.

(31) (3) 按 MENU 鍵出現與圖 4.2 相同的畫面，利用上下鍵選擇 Measure w.Statistic(統計測量或是一般測量方法)按下 START 鍵出現圖 4.16 的畫面，出現圖 4.16 的畫面後，就可開始量測。 (4) 將點探針放置在粗略定出鋼筋位置的測區上，如圖 4.17 所示，在每根用鋼筋網格量測法所定出的鋼筋上，左右慢慢移動，最後定出點探針量測法所定位出的鋼筋位置，用色筆做記號，切記必須與先前用鋼筋網格量測法所做的記號有所區別，定位出所有的鋼筋位置後，就可進行電化學的量測。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 d16. #10 0001. ON OFF. START RESET. MENU. Statistical Memory Current value Memo PRINT. END. ST ORE. mm. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.16 點探針量測畫面 Bewehrungss ucher Reber Loc ator. PROFOMETER 4 d16. #10 0001. ON OFF. STA RT. RE SET. MENU. Statistical Memo ry Cu rre nt value Me mo PRINT ST ORE. mm. E ND. ISO 9 001. PROCEQ Testing Instruments. p roceq S w ti zer a l nd. AI ±’ °w ¶q ’u ak cO cw ¥i ¥X ao ¿u μ¬ ¥i ﹐m. P ROF OMETER P unkt sonde S pot Pr obe. AI ±’ °w ac. ¿u μ¬ oo Ra ¶q ’u ak cO cw ¥i ¥X ao ¿u μ¬ ¥i ﹐m. 圖 4.17 鋼筋網格量測與點探針量測在鋼筋定位上的比較 30.

(32) 鋼筋直徑的測量步驟 (1) 將直徑探針與感應測頭線相接，如圖 4.18 所示。 PROFOMETER. D iameter Probe. Durchmessersonde. ·P A3 ’u AY. 圖 4.18 直徑探針示意圖 (2) 打開主機，等待數秒鐘後，所出現的畫面即為直徑量測的畫面，不須做任何的設定，如圖 4.19 所示。左上角顯示 X：04 為鋼筋的號數，如有設計圖可供參考可以直接設定，若無設計圖可供參考時，則要慢慢的測試，找出一個最合適的值，可利用上下鍵來更改此數。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 X:04 Diameter Probe. ON OFF. STA RT RESET. MENU. Hold Probe in the air and press START PRINT STORE. mm. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq S witzerland. 圖 4.19 直徑探針量測畫面 (3) 在圖 4.19 中顯示 Hold Probe in the air and press START. 31.

(33) 的提示字串，首先將探針放在大氣中按 START 鍵後再將探針放置在先前所做的鋼筋位置記號上，連續重複動作四次，畫面會自動顯示四次的平均值，若先前的鋼筋位置定位不確實，將很難量測出鋼筋直徑。在此先針對這套儀器的使用提出五大缺失： (1)此套儀器系統在鋼筋的定位上是無法很精確的定出位置，會有幾公分的誤差，所以在鋼筋的直徑測量上是非常的困難，所測得的結果與實際的鋼筋直徑，往往有很大的誤差，除非探針所放置的位置是在鋼筋中心軸的正上方，才可正確得到數據。 (2)在先前提及的試驗結果，都是無法儲存，在鋼筋直徑的量測值也是相同，無法直接記錄在儀器內，必須另外記錄在紙上。 (3)儀器在功能設定上也是有很多的缺失，此套儀器在功能目錄設定有三個階層，設定畫面在第三階層時無法跳回第二階層(次要目錄畫面)，會直接跳到第一階層(主要設定目錄畫面)，然後須在按一次 START 鍵才會跳入第二個階層。 (4)待測區的編號設定上，通常儀器會自動設定編號，若是想更改編號時，往往所測得的值無法記錄會自動消失(針對保護層度的記錄)，所以記錄要保存必須依照儀器所設定的自動編號。 (5)在記錄的刪除是無法全部刪除，往往會存在兩三個記錄檔在儀器內，影響數據的讀取。. 32.

(34) 保護層厚度的量測步驟 (1) 使用深度探針，連結位移信號線與感應測頭線，如圖 4.1 所示。 (2) 打開主機，等待數秒鐘按 MENU 鍵，會出現與圖 4.2 相同的畫面。 (3) 利用上下鍵選擇 Object No.(測區編號)，按下 START 鍵會出現圖 4.4 的畫面，利用下上左右鍵來編定測區的編號，先以 100001 來代替測區編號，按 MENU 鍵回到主目錄。 (4) 利用上下鍵選擇 Limit Value(保護層厚度界限值)，按下 START 鍵會出現圖 4.20 的畫面，在此畫面中設定混凝土保護層的標準厚度如 25mm 時，當在量測時若混凝土厚度小於 25mm 時，儀器會發出聲音提示，此點保護層厚度不足。按 MENU 鍵回到主設定目錄。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 Limit Value S(min)=25. ON OFF. mm. Beep, if s<s(min). s Select by Start by START End by END. S TART RESE T. MENU. d. PRINT STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzer land. 圖 4.20 標準保護厚度設定畫面 (5) 利用上下鍵選擇 Basic Setups(基本設定)，按下 START 鍵. 33.

(35) 會出現圖 4.5 的畫面，利用上下鍵選擇 xy-Grid(xy-網格)，按下 START 鍵出現圖 4.8 的畫面，出現圖 4.8 的畫面後，設定鋼筋網格 x 間距與 y 間距，先前已經測出鋼筋位置，所以可得知 x 與 y 的值。按 MENU 鍵回到主設定目錄。 (6) 利用上下鍵選擇 Measure with Grid(網格上的測量)，會出現圖 4.21 畫面，畫面出現後按 END 鍵，會出顯與圖 4.10 相同的畫面，按下 RESET 鍵後，顯示出與圖 4.11 相同的畫面。 (7) 出現圖 4.11 畫面時，在畫面右下角有一個→的箭頭方向，此箭頭方向表示為測針移動的方向，所以測針要從待測區的左上方向右移動且要在定位鋼筋的記號正上方量測，當測量到最右端時，按下鍵，則畫面會自動跳到下一行，再從最右端量測到最左端，當達到最左端時，機器會自動跳下一行，如圖 4.22 所示。 Bewehrungssucher Reber Locator. PROFOMETER 4 s(min)25. d16. #100001. ON OFF. Column Widt x:150mm Row Spacing y : 150mm Pages free:251 =>. STA RT RESET. MENU. Start by END. M emo. Current value. PRI NT STORE. mm. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq S witz erland. 圖 4.21 單點保護層厚量測畫面 «o Aa «a ’a ¼D °» ’u ao ¥i ﹐m PROFOMETER 4 0.0. Bewehrung ssucher Reber L ocator. 34. 2. 1. ON OFF. START RESET. 1 MENU. 2 d16. P RINT 84. 32mm ¡½. STORE. END.

(36) 圖 4.22 偵測保護層厚度方向指示示意圖 (8) 測量完畢後，按 END 鍵，自動記錄跳出畫面。 4.1.2 數據處理與電腦連線在 PROFOMETER 4 的鋼筋探測器附贈一片磁碟片，將磁片程式安裝入電腦內，即可透過 COM2(數據機插孔)的訊號孔傳送資料，傳送的資料可透過印表機列印出來，或是利用複製的功能貼在文字檔或工作表上，程式安裝與操作步驟如下: (1) 將磁片插入Ａ槽內(磁碟機)，打開檔案總管選擇Ａ槽，則會出現與圖 4.23 相同的畫面。 (2) 4.23 畫面中出現許多的程式，我們選擇 Install.bat 如圖 4.24 所示。 35.

(37) 圖 4.23 打開Ａ槽後 Profo4 的程式內容. 圖 4.24 選擇 Install.bat 安裝程式 (3) 輕點滑鼠左鍵兩下開始安裝程式，程式安裝完畢後會尋問連. 36.

(38) 接埠是 COM1 或 COM2，選擇 COM2，最後在Ｃ槽中會出現 Profo4 的目錄，如圖 4.25 所示。. 圖 4.25 在Ｃ槽中的 Profo4 目錄 (4) 出現 Profo4 主目錄後回到Ａ槽中，尋找撥號程式 Terminal.exe，直接使用滑鼠輕點 Terminal.exe，按著滑鼠不放直接抓入Ｃ槽中 Profo4 的目錄內即可，如圖 4.26 所示。 (5) 當把 Terminal.exe 抓入Ｃ槽中 Profo4 的目錄後，Ｃ槽中 Profo4 的目錄內就會有 Terminal.exe 的程式，使用滑鼠輕點 Terminal.exe 兩次，則會出現圖 4.27 的畫面，此畫面即是網路撥號程式，利用此程式我們可輕易的將儀器內的資料輸入電腦內。. 37.

(39) 圖 4.26 Ａ槽中的 Terminal.exe 程式. 圖 4.27 網路撥號程式畫面 (6) 出現撥號程式畫面後選擇工作列中的 Settings(設定)，在. 38.

(40) 設定的指令內有 communications(通訊碼)，如圖 4.28 所示。. 圖 4.28 使用工具列中 Settings 的 communications 設定通訊碼 (7) 輕點 communications 出現 4.29 的畫面，在畫面中有 Baud Rate 的選項，選擇 9600 的通訊碼，其餘的選項不更改設定值，按 OK 鍵即可。 (8) 使用 PROFOMETER 4 儀器中的排線(訊號線)連結儀器與電腦後面的 COM2 通訊埠，打開儀器的電源後等待數秒，按 MENU 鍵，利用上下鍵選擇 Data Output(資料輸出)按 START 鍵，出現圖 4.30 的畫面。 (9) 利用上下鍵選擇 Object Select(選擇存檔資料)按 START 鍵，出現圖 4.31 的畫面，在此畫面中選擇想要輸入電腦的資料，一. 39.

(41) 次只能選擇一筆資料，利用上下左右鍵選擇資料，選擇完畢後按 MENU 鍵回到與圖 4.30 相同的畫面。. 圖 4.29 設定通訊碼 9600 的畫面. Bewehrungssucher Rebar Locator. PROFOMETER 4 Data Output. ON OFF. Object Select. Object Display Object Print O bject to PC Clear Memory Printe r Select. START RESET. MENU. PRINT. Select by Start by START End by END. ST ORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.30 Data Output 的目錄選項. 40.

(42) Bewehrungssucher Rebar Locator. PROFOMETER 4 Object Select. ON OFF. 200000 300000 200001 300001 300002 200002. START RE SET. MENU. PRINT. Adjust by End by END. ST ORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.31 選擇資料檔輸入電腦畫面 (10) 回到與圖 4.30 相同畫面後，利用上下鍵選擇 Object PC(資料輸入電腦)，此時電腦螢幕會出現所有的數據資料，如圖 4.32 所示。. 圖 4.32 輸入電腦內的數據資料 (11) 按住滑鼠左鍵全選所有的資料，選擇工具列 Edit(編輯)中. 41.

(43) 的 Copy，如圖 4.33 所示，將資料貼在 Word 文件上或工作表上儲檔即可。. 圖 4.33 利用 Copy 指令儲存數據畫面. 4.2 混凝土電阻係數量測技術檢測作業流程在 3.1 節中曾經討論過混凝電阻係數量測原理，它所代表的意義是混凝土內部孔隙水及有害離子多寡的指標，它所定義的是混凝土〞內部〞有害物的指標，而大部份四極式混凝土電阻係數儀，只是偵測混凝土表面電阻係數與原理有相違背，所以有兩極式與單支量測電阻係數儀使用在混凝土內部的偵測。. 42.

(44) 在公共工程上的結構物大部份混凝土與大氣直接接觸，所以在量測混凝土表面電阻係數時，待測目標不須做表面處理，可直接量測。但是在一般建築物上，因表面有水泥砂漿的粉刷、油漆粉刷及貼磁磚所以有害物質較不易侵入，但是若須檢測這一類的建築物時，建築物表面的水泥砂漿、油漆及磁磚都要清除，才可量測混凝土表面電阻係數值，所以在下列的作業程序描述中將不包含待測區混凝土表面處理。 (1) 使用鋼筋偵測器定位出待測區的鋼筋位置，且使用鉛筆或粉筆做記號記錄之。 (2) 將四極式探針上的海綿浸於蒸餾水中，等待浸濕後取出安裝在探針上。 (3) 將探針與混凝土表面接觸，等待數據的顯現，若數據快速顯示且儀器上的電流通過率達百分之百記錄數據。假設數據沒有顯示或電流通過率沒有達百分之百，則混凝土表面須潤濕，等待 30 分鐘後重複步驟 2 到步驟 3，平均測量四次取平均值。在此說明為何一開始混凝土表面不預先潤濕，由 3.1 節中得知混凝土電阻係數的量測是在測得混凝土在自然狀態下孔隙水及有害離子的多寡，當我們先把混凝土表面潤濕時，已經破壞混凝土原始孔隙水的含量，又礙於儀器在偵測時，待測物過於乾燥，無法得知數據，. 43.

(45) 所以才加水潤濕，因為如此一般在測得混凝土電阻係數時，必須註明混凝土內部含水量百分比或是在何種狀態下量測(如面乾內飽和)，所以一般單獨呈現混凝土電阻係數是沒有任何意義的。. A3 ¥I ¿u μ¬ °» ’u ¾1 1o ¥X ¿u μ¬ oo Ra. ±’ °w ¤W Ru oo Ru Aa. ±N ±’ °w »P 2V ¾R ¤g ai -± ±μ A2 μ¥ «Y 30. ¤A AA. ¼A ¾U «D ±` oC Aa ¥U cI ‥S ¥3 Aa ¥U. ¼A ¾U §O 3t Aa ¥U. 2V ¾R ¤g ai -± ¤O °R ¼A ¾U μ2 aG ±A ‾C. ai -± ¶· ¼i Aa. 圖 4.34 混凝土電阻係數量測流程圖檢測注意事項. 44.

(46) 先前提及過混凝土電阻係數與混凝土品質有關，就是與水泥含量、水灰比、養護條件及是否有添加物的使用等因素所控制。其中骨 4. 8. [4]. 材的電阻係數約在 10 -10 ohm-cm ，遠遠大於一般水泥漿體的電阻係數，因此混凝土的電阻係數應取決於水泥漿體而非骨材，所以在量測混凝土電阻係數時應避開骨材，否則所量測之值是骨材的電阻係數而非漿體的電阻係數，根據測量電阻係數的定義，其定義是在半無限遠的均質材料中量測，由定義可知須在均質材料中量測，可是因混凝土是非均質材料所以更必須避開骨材，另一方面在現場量測混凝土表面電阻係數時，應注意鋼筋的位置，由上述的定義可知鋼筋將會影響混凝土表面電阻係數，這也是為何在量測電阻係數時第一個步驟必須測得鋼筋的位置，進而達到避開鋼筋的影響或把影響減至最低。測量混凝土表面電阻係數時應注意下列二點： 1. 避開骨材效應的影響，其中電極間距必須大於骨材最大粒徑。 2. 盡量尋找沒有鋼筋的位置量測，若是無法避開鋼筋時，應依照圖 4.35 所示的方式量測，其中圖 4.36 所示的方法是絕對錯誤的，此種方式所測得之值是偏低。. 1q ·¥ ¥i 45 ﹐m. ¿u μ¬.

(47) 圖 4.35 鋼筋對於混凝土表面電阻影響較小的電極位置. 1q ·¥ ¥i ﹐m. ¿u μ¬. 圖 4.36 鋼筋對於混凝土表面電阻影響較大的電極位置評估標準所量測出來的混凝土表面電阻係數值(ρ)，其所代表的意義完全根據經驗來解釋，且依儀器不同有不同的標準，以 Wenner 四極式電極為例(Langford and Broomfield,1987) ： ρ＞20kΩ cm 是低腐蝕速率 10≦ρ≦20kΩ cm 是低到中等的腐蝕速率 5≦ρ＜10kΩ cm 是高腐蝕速率 ρ＜5kΩ. cm 是非常高的腐蝕速率. 在 1993 年 Broomfield 等人進一步提出較為準確的標準規範，其中： ρ＞100kΩ cm 是不能辯別鋼筋是在活性狀態或是被動狀態 50≦ρ≦100kΩ cm 是低的腐蝕速率. 46.

(48) 10≦ρ＜50kΩ cm 是中等至高的腐蝕速率 ρ＜10kΩ cm 電阻係數值是不能控制的參數在上面的標準規範是較為廣泛的被使用。而在本試驗所使用的混凝土表面電阻儀是由瑞士 Proceq 公司所生產的 RESI 儀器，其標準是依據該公司所制訂的規範做為參考，至今還無學者做進一步的確認，其標準為： ρ＞12kΩ cm 腐蝕是不會發生的 8≦ρ≦12kΩ cm 腐蝕是可能會發生 ρ＜8kΩ cm 腐蝕是必然發生的檢測儀器操作步驟與應用本試驗所使用的混凝土表面電阻儀是由瑞士 Proceq 公司所生產的 RESI 儀器，我們以 RESI 為例來說明整個量測的過程。 (1) 使用鋼筋偵測器定位出鋼筋實際位置，詳細步驟請參閱 4.1 節。 (2) 將 RESI 四極式探針上的海棉浸於蒸餾水中浸濕，取出裝在探針上，利用感應線將探針與主機相連接，如圖 4.37 所示。. RESI. Widerstandsmesser Resistivity Meter ON OF F. STAR T RESE T. MEN U. PRIN T S TORE. END. I SO 9001. PROCEQ Testing 47 Instruments. proceq Switzerland.

(49) 圖 4.37 混凝土表面電阻儀裝置示意圖 (3) 打開主機上的 ON 鍵，等待數秒鐘後按 MENU 鍵出現圖 4.38 所示的畫面，利用上下鍵選擇 Object No.(測區編號)按 START 鍵，出現圖 4.39 的畫面，利用上下左右鍵設定編號為＃000001 按 END 鍵，畫面會自動跳到量測的畫面，如圖 4.40 所示。 Widerstandsmesser. RESI. Resistivity Meter. Date Output. object No.. ON OFF. Device Constants. START. RESE T. Language MENU. P RINT. Select by St art by START En d by END. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.38 RESI 主機與主目錄示意圖 Widerstandsmesser. RESI. Resistivity Meter. Object No.. ON OFF. ¡- 000001. START. RESE T. MENU. P RINT. Select by. STORE. End by MENU or END. END. 48 ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland.

(50) 圖 4.39 測區編號設定畫面 Widerstandsmesser. RESI 4%. Resistivity Meter #. 1. ON OFF. £l= --k £[ cm. / n = -Mix/Max = --/ -k£[ cm. START. RESE T. value not exact. Memory. Position. A1 Actual 99. MENU Current. k£[ cm. o%. P RINT. New Pos. with. STORE. Store with STORE. END. Menu by MENU. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.40 RESI 量測混凝土表面電阻係數畫面 (4) 出現圖 4.40 畫面後，將四極式探針放置在待測區的混凝土表面，探針上的海棉與混凝土接觸後，當儀器上的電流值(Current) 達百分之百時，按 STORE 鍵記錄之，通常一個測區要量測四個值以上求其平均值，所以步驟 4 重複 4 次後，儀器會自動平均同一測區上的混凝土表面電阻係數值。 (5) 測區改變時，重複步驟 1 至步驟 4 即可，若想觀看測量結果時，可按 MENU 鍵出現圖 4.38 相同的畫面，此時利用上下鍵選擇 Data Output(資料輸出)按 START 鍵，出現圖 4.41 的畫面，選擇 Object Select(選擇存檔資料)按 START 鍵出現圖 4.42 畫面，利用上下鍵選擇欲想觀看的資料，按 END 鍵回到圖 4.41 的畫面，利用上下鍵選擇. 49.

(51) Object Display(資料的顯示)按 START 鍵，出現圖 4.43 的畫面，在畫面中有ρ(混凝土平均電阻係數值)、n(量測次數)、Min(最小值) 及 Max(最大值)。 Widerstandsmesser. RESI. Resistivity Meter. Date Output. ON OFF. Object Select Object Display Object to PC Clear Memory. START. RESET. MENU. PRINT. Select by Sta rt by START End by END. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzer land. 圖 4.41 Data Output(資料輸出)的選擇目錄畫面 Widerstandsmesser. RESI. Resistivity Meter. Object Select. ON OFF. 100000 100001 100002 100003. START. RES ET. MENU. PRINT New Pos. with En d by END. STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.42 Object Select(選擇存檔資料)畫面 Widerstandsmesser. RESI. Resistivity Meter. Object Display. ON OFF. # 100001 £l = 9 k£[ cm n= 4 Mix= 7 k£[ cm Max= 10 k£[ cm. START. RESET. MENU. PRI NT STORE. End b y END. END. 50 ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland.

(52) 圖 4.43 Object Display(資料的顯示) 畫面數據處理與電腦連線 RESI 混凝土電阻係數儀與 PROFOMETER 4 鋼筋偵測器同屬瑞士 Proceq 公司所生產的儀器，兩者電腦連線的操作過程相同，所以有關 RESI 電腦連線的操作過程請參閱 4.1 節。為了配合本次試驗，拌合了 9 塊 95×95×8.5cm 的版，依照 ACI 配比設計分別拌合水灰比為 0.62、0.46 及 0.36 三種配比，等待 28 天後浸泡鹽水 72 小時，抽乾鹽水放置在大氣中 60 天後進行量測，其中 A2 的版使用加速電壓加速腐蝕以達破壞。表 4.1 分別為 9 塊版的表面電阻係數值。表 4.1 水灰比 0.46 的三塊版中，B1 與 B3 同是一樣的值分別為 9、 9、8、8 四個值，所求得之平均值卻不相同，原因是 RESI 儀器每次量測之值都含有小數點一位的值，只是在記錄時四拾五入取整數，其平均值卻有考量每次量測值的小數點值，所以取平均後再四拾五入時，其值會不相同。其中 B2 的四個值分別為 9、8、9、9，其平均卻低於 B1，這也是四拾五入取平均值所得的結果。混凝土電阻係數值必須搭配混凝土含水量，其所量測之值才能相. 51.

(53) 互比較，因含水量的不同導電性質也不同，所測得電阻係數值也不同，故量測電阻係數時必須先使用混凝土水份計量測混凝土含水量，下表中沒有註明混凝土含水狀況，所以無法進一步分析所測得之值。故在出示混凝土表面電阻係數表告時，應包含混凝土含水狀況及電阻係數值才有意義。水灰比. 試體編號混凝土表面電阻係數 (kΩ-cm). 平均值. W/C=0.62 * A1 A2 A3. W/C=0.46 B1 B2 B3. W/C=0.36 C1 C2 C3. 10 9 7 10 9. 9 8 8 9 9. 12 9 7 12 10. 4 4 4 4 4. 6 5 6 6 5. 9 8 9 9 8. 9 9 8 8 8. 11 11 9 9 10. 11 11 9 9 10. 表 4.1 版的混凝土電阻係數值 (＊代表加速腐蝕). 4.3 半電池電位量測技術檢測作業流程此量測方式只能應用沒有塗覆(uncoated)保護的鋼筋才能測量，且混凝土表面太過於乾燥或是有磁磚及油漆塗覆將影響電路的流通，必須克服上述的問題才能進行測量，以下是進行半電池電位量測時的作業流程。 (1) 量測間距的規劃，因測量間距太接近所量測得之值相似或是一樣，間距太大有些地方的腐蝕活動無法察覺，一般在測量橋面版時 52.

(54) 的間距規劃為每隔 1.2 公尺量測一個值，間距規劃最好的型式為網格型，每一正方格量測四個值，有無數方格構成一個面，如此的量測方式在最後數據整理及繪製等電位圖較為方便。 (2) 待測區鋼筋的連接，使用鋼筋偵測器找出鋼筋位置，切除混凝土使鋼筋外露，將鋼筋表面用鋼刷清理乾淨連接電線，將電線接在電壓計的正極。 (3) 將電極(硫酸銅電極)與電線相接，將電線末端與電壓計的負極相接。 (4) 混凝土表面的預濕，將電極與混凝土表面接觸時，其電位馬上顯示且電位變化量在五分鐘內不超過±20mV，則混凝土表面不須要預濕。當電極與混凝土表面接觸時，其電位從零往上慢慢跳或是電位值一直改變，則此時混凝土表面必須事先預濕，其預濕溶液依照 ASTM C876-91 規定 19 公升的水加 95 毫升的家庭清潔劑，利用噴水法或是將混凝土表面全部浸濕，等待混凝土表面完全無水份後進行量測，在量測電位時應同時記錄溫度，在最後數據整理時進行溫度效應的修正。 (5) 將所測得之值利用等電位圖或累積頻率圖表示出來。 ¶q ’u ¶! ¶Z ao 3W 1o. A3 ¥I ¿u μ¬ °» ’u ¾1 §a ¥X53¿u μ¬ ¥i ﹐m.

(55) 圖 4.44 半電池電位量測流程圖電極電位的要求與儀器精度的控制半電池電位所使用的硫酸銅電極(飽和硫酸銅)相對於標準氫電極其電位差為-0.316V 在 72℉(22.2℃)，每增加 1℉時其電位增加 -0.0005V，又電極電位與電極內的電解液濃度有關，所以在浸泡硫酸銅溶液時必須確認在飽和狀態下，依照 Nernst equation 硫酸銅電極對於濃度變化為： 2+. eCu2+/Cu＝-0.342+0.0295log(Cu ). 54. (4.1).

(56) 其中 eCu2+/Cu：電極電位當硫酸銅的電極不達飽和狀態時，其電位在 72 ℉ 時並非 -0.316V，所以浸泡硫酸銅溶液時應確認有硫酸銅結晶時方可倒入電極的透明塑管內，如此才能確保標準電位維持在-0.316V，對於儀器精度的要求，依照 ASTM C876-91 規定將電極放置在電池上前後量測兩次，兩次的電位差不能超過 10mV，或是將電極放置在兩顆不同的電池上，兩顆電池的電位差不超過 20mV，儀器的精度必須合符上述的要求。預濕的方式依照 ASTM C876-91 規定混凝土表面是否須要預濕，其決定標準為電極與混凝土表面接觸時，其電位馬上顯示且電位變化量在五分鐘內不超過±20mV，則混凝土表面不須要預濕。若其電位從零往上慢慢跳或是電位值一直改變，則此時混凝土表面必須事先預濕，其預濕溶液為 19 公升的水加 95 毫升的家庭清潔劑，利用噴水法或是將混凝土表面全部浸濕，等待混凝土表面完全無水份後進行量測，另一個方式是使用海綿浸濕於上述的溶液中，放置在混凝土表面上，將電極放置在海綿上進行量測。溶液的調製與電極的保養. 55.

(57) 硫酸銅溶液調配比率為 1 份的硫酸銅結晶鹽與 2.5 份的蒸餾水，所調製的濃度須達飽和狀態有結晶體的沉澱。每次量測前才進行調配或是每次調配的溶液放置時間不得超過一個禮拜。在進行半電池電位量測前，須將電極上的銅棒用稀鹽酸清洗或是用 steel wool(鋼刷球)輕刷銅棒表面，使用在電極上的木塞在平常未使用時必須保持潮濕，避免硫酸銅結晶將孔隙堵塞變成絕緣體。評估標準依照 ASTM C876-91 的建議指出使用硫酸銅電極時，其電位(p) 評估標準為： p＞-200mV -200mV ≧p≧-350mV p＜-350mV. 腐蝕機率小於 10％腐蝕機率介於 10％∼90％腐蝕機率高於 90％. 檢測儀器操作步驟與應用本次試驗所使用的半電池電位量測儀是由瑞士 Proceq 公司所生產 CANIN 儀器，此套儀器設備的電極型式有二種，管狀硫酸銅電極及滾輪狀硫酸銅電極，可搭配多支(或多輪)的電極來量測半電池電位，其中以單支硫酸銅電極與四輪式電極的量測方式做詳細的介紹，其中單輪式的量測方式與四輪式的電極量測方式一樣，所以在此不詳加介紹。. 56.

(58) 1.單支硫酸銅電極量測方式 (1) 量測間距的規劃(請參照檢測作業程序步驟 1.) (2) 待測區鋼筋的連接(請參照檢測作業程序步驟 2.) (3) 調製硫酸銅溶液，以 1 份的硫酸銅調配 2.5 份的蒸餾水，將電極上的木塞與海綿浸泡於蒸餾水中 1 小時以上，確保木塞內部充滿水份形成通路，解開電極上的銅棒蓋子，使用細砂紙或稀鹽酸將銅棒清除乾淨，將木塞蓋蓋上透明管內，倒入 1/2 茶匙的硫酸銅結晶體後再倒入調配好的硫酸銅溶液蓋上銅棒蓋，完成電極的安裝，如圖 4.45 所示。 ’! Ry. »E ’I. 2﹐ »A »E ·» 2G. 2﹐ »A »E ’1 Ae ¤i ¶e. Ru oo. 圖 4.45 單支硫酸銅電極構造示意圖 (4) 將電極連接在主機上的負極，鋼筋連接在正極，如圖 4.46 所示。 CANIN ON OFF. S TAR T R ESE T. MENU. PRI NT S TORE. ¥D ¾÷. END. ISO 900 1. PROCEQ Testing Instruments. proce q Switzerland. 57. 1q ½u ½L 2﹐ »A »E 1q ·¥.

(59) 圖 4.46 CANIN 儀器電線連接示意圖 (5) 打開主機上的 ON 鍵等待數秒鐘後按 MENU 鍵，出現圖 4.47 的畫面，利用上下鍵選擇 Object No.(測區編號) ，按 SATART 鍵出現圖 4.48 的畫面，在此設定畫面下可自行設定測量區的編號，利用上下鍵來增減數字，按 MENU 鍵回到主設定畫面。 (6) 回到圖 4.47 畫面後利用上下鍵選擇 Electrode(設定電極型式)，按下 SATART 鍵出現圖 4.49 的畫面，在此畫面中有二個項目的選項，利用上下鍵選擇 Way Encoder(方向測量的選擇)，利用左右鍵選擇 No，此時會出現 Autom. Measuring(自動測量)如圖 4.50 所示，所以方向測量選擇不執行時，就會有自動測量的功能，若是把游標移到自動測量的選項時選擇 No 的選項時將無法執行，這表示方向測量與自動測量不能同時測量。利用上下鍵選擇 Number of Electr.(選擇電極數目)，利用左右鍵選擇 1，單支電極量測。選擇完畢後按 MENU. 58.

(60) 鍵回到主設定畫面。. CANIN Date Output. Disolay. ON OFF. Objec t No.. Language. STA RT. RESET. Electrode s. XY-Grid Coarse Grid. MENU. Select by Start by START End by END. PRINT. END. STORE. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerlan d. 圖 4.47 CANIN 儀器主目錄設定畫面. CANIN Object No.. Number =. ON OFF. START. RESET. 000013 MENU. PRINT. Adjust by. END. STORE. End by MENU or END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.48 CANIN 儀器測區編號設定畫面. CANIN Electrodes.. ON OFF. Way Encoder: Yes No Number of Electr.:. MENU. 1 2 3 4 PRINT. Adjust by End by MENU or END. START. RESET. 59. STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq.

(61) 圖 4.49 CANIN 儀器電極設定畫面. CANIN Electrodes.. ON OFF. Way Encoder:. Yes No Number of Electr.:. STA RT. RESET. MENU. 1 2 3 4 Autom. Measuring YES. No. PRINT. Adjust by. END. STORE. End by MENU or END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.50 出現 Autom. Measuring(自動測量)的畫面 (7) 在主設定畫面中利用上下鍵選擇 XY-Grid(XY 間距設定)，按 START 鍵出現圖 4.51 的畫面，在畫面中有 X 與 Y 的間隔設定，此項設定通常運用在滾輪電極的使用，在設定此值主要的功用是在存檔時順便記錄所測得之值，若所測得之距離間距超過 1 公尺時，則必須自行記錄間距的間隔。. CANIN XY-Grid. Column Width X. Row Spacing Y. 135mm. 135mm. Adjust by End by MENU or END. ON OFF. START. RESET. MENU. 60 PRINT STORE. END.

(62) 圖 4.51 XY 間距設定畫面 (8) 設定完成了 XY 間距後，按 NED 鍵出現圖 4.52，圖 4.52 為一般單點測量專用，所以要做面積的測量必須按 START 鍵，出現圖 4.53 的畫面，此畫中右下角有一→箭頭方向，此方向代表測量的方向由左至右，若測量方向想改為由上至下時必須按下鍵，此時箭頭方向改為↓的箭頭。. CANIN Measuring ON OFF. Object = 13 492P Column Width X:135mm Row Spacing Y:135mm. START. RESET. MENU. 0 mV PRINT. Adjust by. END. STORE. End by MENU or END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.52 單點測量半電池電位畫面. CANIN 0. 0. 2. 1. ON OFF. 1 2 00 #13. START. RESET. MENU. PRINT. r. 0mV. 61. STORE. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland.

(63) 圖 4.53 網格面積測量半電池畫面 (9) 將電極放置在混凝土表面，數據快速顯示且沒有跳動時，混凝土不必預濕，反之數據從小一直往上跳動沒有快速顯示電位值時，表示混凝土表面必須預濕。 (10) 混凝土有足夠導電性後開始量測，量則時注意儀器螢幕右下角的箭頭方向，若是→箭頭表示測量方向由左至右，若是↓箭頭表示測量方向由上至下，一般測量直垂方向的建築物時，應由上往下量測。當量測第一點數據後，按 START 鍵記錄此值，第二點以後儀器會自動記錄數據，要換行量測時按下鍵，則儀器螢幕會自動跳到下行，按下 START 鍵記錄換行後的第一個值，此時測量方向與原來的測量方向相反測量回去，如圖 4.54 所示。量測至頂端後儀器會自動換行，換言之每一行要測量時必須先按 START 鍵才開始測量，換行必須按下鍵或右鍵。量測完畢後按 END 鍵數據自動存檔，跳出畫面。 ’a ¼D 2¾ °E ¥i ﹐m CANIN 0. 0. 2. 1. ON OFF. 1 2 00 #13. ST A RT RE S ET. MENU. PRINT. r. 0mV. STORE. E ND. I SO 9001. PR OCEQ Testi ng Instru men ts. proceq Swi tz erla nd. «o ¤U Aa ’« ¥a. 62. 2A ¤@ ¥a 2¾ °E ¤e ¥V.

(64) 圖 4.54 測量方向與電極位置示意圖 2.四輪式的電極量測方式 (1) 量測間距的規劃(請參照檢測作業程序步驟 1.) (2) 待測區鋼筋的連接(請參照檢測作業程序步驟 2.) (3) 調製硫酸銅溶液，以 1 份的硫酸銅結晶鹽調配 2.5 份的蒸餾水，打開電桿輪的閥門螺栓，其中一個電桿輪有二個輪子組成，如圖 4.55 所示，一個輪子為裝水的加溼輪另一個為裝硫酸銅溶液的電極輪，在加溼輪內裝入蒸餾水，另一個電極輪加入 2 茶匙的硫酸銅結晶鹽後再加入硫酸銅溶液，蓋上閥門螺栓後將電桿輪放入蒸餾水中浸漬一小時，使電極輪上的木塞充滿水份容易導電。 »O au A3 Re. 63. »] AH ¤o.

(65) 圖 4.55 電桿輪構造示意圖 (4) 將四個電桿輪與電線連接，其中將位移信號線與位移感應器相接，如圖 4.56 所示。其中電線與電桿輪的接法必須依序為白色電線、棕色、綠色及黃色，若是接線位置相反會產生讀數及記錄的相反。 (5) 將電線及位移信號線與主機相連，打開主機上的 ON 鍵等待數秒鐘後按 MENU 鍵，出現圖 4.47 的畫面，利用上下鍵選擇 Object No.(測區編號) ，按 SATART 鍵出現圖 4.48 的畫面，在此設定畫面下可自行設定測量區的編號，利用上下鍵來增減數字，按 MENU 鍵回到主設定畫面。 1q ±i ½u. ¥i 2¾ ·P A3 ¾1. ¥O ½u. on ½u. ’A ½u. 64. ¶A ½u. ½u ¤l.

(66) 圖 4.56 電線與電桿輪配置示意圖 (6) 回到圖 4.47 畫面後利用上下鍵選擇 Electrode(設定電極型式)，按下 SATART 鍵出現圖 4.49 的畫面，在此畫面中有二個項目的選項，利用上下鍵選擇 Way Encoder(方向測量的選擇)，利用左右鍵選擇 Yes。利用上下鍵選擇 Number of Electr.(選擇電極數目)，利用左右鍵選擇 4，代表四支電極的量測。選擇完畢後按 MENU 鍵回到主設定畫面。 (7) 在主設定畫面中利用上下鍵選擇 XY-Grid(XY 間距設定)，按 START 鍵出現圖 4.51 的畫面，在畫面中有 X 與 Y 的間隔設定，可以設定滾輪的間距也就是 X 軸間距(一般 150mm)，另一個值是滾輪移動的距離也就是 Y 軸間距。 (8) 設定完成了 XY 間距後，按 NED 鍵出現圖 4.57，在圖中有 P1 至 P4 四個點的值分別代表四個電桿輪的電位值，若要量測大面積時必須按 START 鍵，出現圖 4.53 的畫面，此畫中右下角有一→箭頭方. 65.

(67) 向，此方向代表測量的方向由左至右，若測量方向想改為由上至下時必須按下鍵，此時箭頭方向改為↓的箭頭。. CANIN Measuring ON OFF. Object =53 491P Column Width X:135mm R ow Spacing Y:150mm. P1= P2= P3= P4=. 1 mV 3 mV 2 mV 3 mV. STA RT. RESET. MENU. PRINT. Start by START. STORE. Select by MENU. END. ISO 9001. PROCEQ Testing Instruments. proceq Switzerland. 圖 4.57 一般四點電極量測畫面 (9) 將電極放置在混凝土表面，數據快速顯示且沒有跳動時，混凝土不必預濕，反之數據從小一直往上跳動沒有快速顯示電位值時，表示混凝土表面必須預濕。 (10) 混凝土有足夠導電性後開始量測，量測時注意儀器螢幕右下角的箭頭方向，若是→箭頭表示測量方向由左至右，若是↓箭頭表示測量方向由上至下，一般使用電桿輪電極量測時由上往下量測，所以必須按下鍵使螢幕右下角的箭頭變為↓箭頭，量測第一個位置時按 START 鍵後開始自動量測，每當換行量測時按 START 鍵表示開始測量，如圖 4.58 所示。進行四輪電桿輪量測時最大移動速率每秒不得超過 0.3 公尺，量測完畢後按 END 鍵自動存檔跳出畫面。. 66.

(68) ’« ¥a «a ’a ¼D ¥i ﹐m «o ¥a Aa ’« ¥ a¶q ’u. CANIN 0. 0. 2. 1. ON OF F. 1 2 00 #53. S TAR T R ES E T. MEN U. PRIN T. r. 0mV. ST ORE. EN D. ISO 900 1. PROCEQ Testing In struments. proceq Swit zerl an d. 2A ¤@ ¥a 2¾ °E ¤e ¥V. ¥O ½u. ’A ½u. on ½u. ¶A ½u. ’« ¥a «a 2¾ °E ¤e ¥V. 圖 4.58 電桿輪測量方向與位置示意圖數據處理與電腦連線 CANIN 電腦連線操作過程與 PROFOMETER 4 相同，詳細操作過程請參閱 4.1 節，依照 ASTM C876-91 規定有關半電池電位報告內容，須包含下列六項： 1. 使用電極的種類(若不是硫酸銅電極必須註明) 2. 量測溫度 3. 混凝土預濕的方法. 67.

(69) 4. 等效電位圖(或累積頻率圖) 5. 半電池電位小於-350mV 的百分比 6. 半電池電位大於-200mV 的百分比使用硫酸銅電極時不須要特別註明，但必須確定為飽和狀態，在量測直流極化與交流阻抗的開路電位時(半電池電位)，所使用的電極為甘汞電極，甘汞電極與硫酸銅電極有一電位差，此電位差值取決兩者的濃度，可將甘汞電極與電壓計正極相接，負極與硫酸銅電極相接，測得兩者的電差位。另一方面溫度對於電極電位也是有影響，每 1℉增加-0.5mV，在測量半電池電位時必須量測當時的溫度。整理出來數據對於半電池電位的表示非常重要，等電路圖表現出來的意義是何處區域腐蝕較嚴重，累積頻率圖表現出來的意義是結構物腐蝕程度屬於何種等級所佔的比率較多，與第 5 及第 6 項表示的義意相同，所以一般表示都以等電路圖來表示半電池電位，. 表 4.3.1. 至 4.3.9 所表示的數據與 4.2 節所描述的試驗條件一致。 Hall Cell Potentials (mV) 0.00 13.5 27.0 40.5 Ｙ 54.0 軸 67.5. 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Ｘ軸 -180 -160 -185 -200 -200 -185. -175 -185 -205 -210 -205 -210. -185 -200 -205 -205 -205 -200. -180 -205 -200 -205 -205 -200. 68. -195 -205 -205 -210 -200 -210. -190 -205 -205 -200 -205 -200. -200 -200 -205 -205 -205 -200. -180 -195 -195 -200 -200 -195.

(70) -185 -200 -200 -205 -200 -200 -205 -195 -195 -185 -200 -195 -190 -205 -205 -205 量測溫度 75.56℉(24.2℃)溫度補償-1.8mV 小於-350mV 百分比 0% 大於-200mV 百分比 29.47% 預溼方式噴水法(使用標準溶液) 電極型式飽和硫酸銅電極等電位圖：. Y axis(cm). 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.1 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.62，A1) Hall Cell Potentials (mV) 0.00 13.5 27.0 40.5 Ｙ 54.0. 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Ｘ軸 -585 -610 -580 -590 -570. -655 -620 -615 -575 -570. -580 -650 -645 -585 -560. -580 -665 -580 -590 -585. 69. -615 -645 -575 -575 -580. -595 -615 -605 -575 -580. -635 -635 -620 -620 -620. -590 -595 -605 -580 -630.

(71) -560 -585 -575 -590 -590 -590 -620 -605 -580 -620 -565 -570 -590 -605 -635 -605 -570 -600 -565 -605 -625 -615 -645 -605 量測溫度 75.56℉(24.2℃)溫度補償-1.8mV 小於-350mV 百分比 100% 大於-200mV 百分比 0% 預溼方式沒有預溼電極型式飽和硫酸銅電極等電位圖：軸. Y axis. 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.2 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.62，A2) Hall Cell Potentials (mV) 0.00 13.5 27.0 40.5 Ｙ. 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Ｘ軸 -330 -380 -305 -255. -405 -400 -235 -255. -280 -340 -255 -210. -340 -395 -255 -270. 70. -380 -405 -208 -240. -285 -375 -365 -320. -320 -325 -360 -345. -300 -295 -280 -305.

(72) -235 -280 軸 -235 -270 -235 -285 -300 -235 量測溫度小於-350mV 百分比大於-200mV 百分比預溼方式電極型式等電位圖：. -210 -170 -205 -295 -300 -235 -265 -205 -245 -230 -240 -210 -280 -275 -280 -245 -300 -190 -265 -300 -265 -240 -285 -190 75.56℉(24.2℃)溫度補償-1.8mV 6.90% 3.02% 沒有預溼飽和硫酸銅電極. Y axis(cm). 54.0 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.3 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.62，A3) Hall Cell Potentials (mV) 0.00 13.5 27.0. 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Ｘ軸 -110 -120 -140 -170 -145 -160. -65 -85 -90. -85 -120 -95 -110 -80 -55 -80 -120 -95 -65 -105 -85 -75 -85 -115. 71.

(73) Ｙ. -100 -85 -135 -85 軸 -150 -90 -130 -85 -125 -100 量測溫度小於-350mV 百分比大於-200mV 百分比預溼方式電極型式等電位圖：. -115 -85 -85 -60 -55 -65 -100 -60 -50 -55 -65 -70 -100 -110 -65 -65 -60 -65 -145 -95 -95 -85 -115 -105 -160 -125 -80 -85 -130 -105 74.66℉(23.7℃)溫度補償-1.3mV 0% 100% 沒有預溼飽和硫酸銅電極. Y axis(cm). 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.4 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.46，B1) Hall Cell Potentials (mV) 0.00 13.5 27.0. 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Ｘ軸 -305 -295 -265 -250 -250 -285 -270 -250 -285 -295 -265 -265 -290 -265 -280 -290 -225 -245 -280 -255 -245 -260 -285 -265 72.

(74) Ｙ. -275 -305 -285 -305 軸 -280 -280 -240 -280 -285 -315 量測溫度小於-350mV 百分比大於-200mV 百分比預溼方式電極型式等電位圖：. -290 -255 -270 -280 -285 -260 -295 -275 -285 -265 -280 -265 -275 -260 -265 -275 -290 -250 -265 -285 -305 -280 -300 -270 -260 -245 -265 -280 -305 -260 74.66℉(23.7℃)溫度補償-1.3mV 0% 0% 沒有預溼飽和硫酸銅電極. Y axis. 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.5 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.46，B2) Hall Cell 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Potentials Ｘ軸 (mV) 0.00 -240 -265 -235 -200 -235 -230 -280 -275 13.5 -260 -250 -255 -235 -220 -220 -250 -275. 73.

(75) -250 -215 Ｙ -215 -200 -200 -220 軸 -195 -230 -200 -220 -220 -255 量測溫度小於-350mV 百分比大於-200mV 百分比預溼方式電極型式等電位圖：. -205 -225 -245 -200 -205 -275 -145 -175 -195 -205 -215 -255 -180 -170 -230 -200 -230 -260 -255 -225 -260 -260 -200 -230 -250 -260 -225 -225 -275 -275 -235 -255 -215 -300 -270 -275 74.66℉(23.7℃)溫度補償-1.3mV 0% 7.16% 沒有預溼飽和硫酸銅電極. Y axis(cm). 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.6 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.46，B3) Hall Cell 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Potentials Ｘ軸 (mV) 0.00 -230 -290 -275 -255 -210 -230 -255 -215. 74.

(76) -255 -260 -250 -235 Ｙ -260 -255 -275 -190 軸 -245 -255 -250 -245 -250 -260 量測溫度小於-350mV 百分比大於-200mV 百分比預溼方式電極型式等電位圖：. -240 -265 -235 -240 -260 -220 -185 -195 -230 -230 -225 -240 -195 -195 -215 -190 -230 -270 -205 -215 -215 -220 -245 -265 -240 -240 -240 -215 -225 -240 -235 -245 -245 -215 -240 -265 -270 -245 -235 -245 -255 -250 74.12℉(23.4℃)溫度補償-1.1mV 0% 7.56% 沒有預溼飽和硫酸銅電極. Y axis(cm). 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0. X axis(cm). 表 4.3.7 95×95×8.5cm 版的半電池電位記錄表(W/C=0.36，C1) Hall Cell 0.00 13.5 27.0 40.5 54.0 67.5 81.0 95.0 Potentials Ｘ軸 (mV) 0.00 -160 -110 -130 -95 -155 -175 -165 -140 75.