既有RC 建築物劣化及其修復之研究

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(1)既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 內政部建築研究所研究報告中華民國 95 年 12 月.

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(3) 095301070000G3322. 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 研究主持人：葉祥海協同主持人：黃. 然、張建智. 研究助理：陳建宏、曾進宏. 內政部建築研究所研究報告中華民國 95 年 12 月.

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(5) ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Study of Degradation and Rehabilitation of Existing RC Buildings. BY SHING-HAI YEH RAN HUANG JIANG-JHY CHANG CHIEN-HUNG CHEN CHIN-HUNG TSENG. December, 2006.

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(7) 目次. 表次圖次摘要第一章. 第二章. 第三章. 第四章. 第五章. 附錄一附錄二. 目次 …………………………………………………………III ………………………………………………………….V ………………………………………………………...IX 緒論 .................................................................................1 第一節研究緣起與背景 ................................................1 第二節研究目的 ............................................................1 第三節研究方法與流程 ................................................1 既有RC建築物劣化及修復文獻回顧 ............................7 第一節混凝土裂縫 ........................................................7 第二節混凝土剝落 ......................................................18 第三節建築物滲漏水 ..................................................22 第四節國內RC建築物劣化修復材料應用 .................28 第五節聚合物改質水泥基修復材料 ..........................29 第六節新建RC建築物劣化修復.................................35 生命週期成本評估........................................................37 第一節生命週期成本評估概念 ..................................37 第二節生命週期成本評估步驟 ..................................38 第三節生命週期成本評估考慮因素 ..........................40 第四節生命週期成本評估案例 ..................................41 第五節生命週期性應用現況 ......................................43 聚合物改質水泥砂漿材料配製及性能驗證................47 第一節試驗材料與配比設計 ......................................47 第二節試驗方法 ..........................................................54 第三節試驗儀器與設備 ..............................................59 第四節結果與討論 ......................................................61 第五節聚合物改質水泥砂漿性能探討 ......................92 第六節評估聚合物改質水泥砂漿可行試驗法 ..........93 結論與建議....................................................................97 第一節結論 ..................................................................97 第二節建議 ..................................................................98 座談會審查會意見彙整表............................................99 混凝土修補材料價目表..............................................101 I.

(8) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 參考書目 ...................................................................................103 附件既有RC建築物修復施工綱要草案 ................................109. II.

(9) 表次. 表 2-1 表 2-2 表 2-3 表 2-4 表 2-5 表 2-6 表 3-1 表 3-2 表 3-3 表 4-1 表 4-2 表 4-3 表 4-4 表 4-5 表 4-6 表 4-7 表 4-8 表 4-9 表 4-10 表 4-11 表 4-12 表 4-13 表 4-14 表 4-15 表 4-16 表 4-17 表 4-18 表 4-19 表 4-20 表 4-21 表 4-22. 表次不同暴露環境下混凝土最大允許裂縫寬度(ACI 224).8 不同規範規定最大允許裂縫寬度 ................................ 9 環氧樹脂系裂縫灌注材料分類 .................................. 17 混凝土剝落劣化修補材料使用準則 .......................... 21 改質水泥砂漿之力學性質及物理性質 ...................... 33 聚合物改質水泥砂漿特性 .......................................... 34 實務上修補材料概估費用(2006)................................ 43 各國應用生命週期成本評估現況 .............................. 44 生命週期成本評估相關研究彙整 .............................. 45 試驗項目及試體製作數量 .......................................... 47 水泥化學成分 .............................................................. 48 水泥物理性質 .............................................................. 49 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂元素分析 ................................. 50 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯元素分析 .............................. 52 細粒料性質 .................................................................. 53 聚合物改質水泥砂漿配比(kgf/m3)............................. 54 吸水率試驗結果 .......................................................... 61 初始吸水速率試驗結果 .............................................. 63 亁縮試驗結果 .............................................................. 66 膨脹率試驗結果 .......................................................... 68 與控制組膨脹率差異值比較(%) ................................ 68 抗壓強度試驗結果(齡期 28 天).................................. 71 抗壓強度試驗結果(齡期 56 天).................................. 71 抗彎強度試驗結果(齡期 28 天).................................. 74 抗彎強度試驗結果(齡期 56 天).................................. 75 抗彎強度試驗結果(齡期 91 天).................................. 75 黏结強度試驗結果 ...................................................... 79 聚合物改質水泥砂漿累積通過電量 .......................... 86 水泥漿體孔隙與影響性質 .......................................... 87 壓汞試驗之各孔隙範圍汞注入量(mL/g) ................... 88 壓汞試驗結果 .............................................................. 88. III.

(10) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. IV.

(11) 圖次. 圖 1-1 圖 1-2 圖 1-3 圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 圖 2-4 圖 2-5 圖 2-6 圖 2-7 圖 2-8 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 4-1 圖 4-2 圖 4-3 圖 4-4 圖 4-5 圖 4-6 圖 4-7 圖 4-8 圖 4-9 圖 4-10 圖 4-11 圖 4-12 圖 4-13 圖 4-14 圖 4-15. 圖次建築物生命週期之耐久性與工程成本示意 .................3 研究步驟與流程 .............................................................4 研究大綱與工作架構 .....................................................5 超音波檢測表面裂縫之示意 .......................................10 敲擊回音法偵測表面裂縫試驗儀器配置 ...................11 改良式敲擊回音法偵測裂縫深度試驗儀器配置 .......11 頻譜檢測表面裂縫示意(Ohtsu and Yuno法)...............12 相位變化法量測裂縫深度示意 ...................................12 透水試驗儀外觀與試體外觀 .......................................25 透水試驗設備(CRD C48).............................................26 聚合物基材分類 ...........................................................31 生命週期現金流量與性能劣化示意圖 .......................38 生命週期成本評估步驟 ...............................................40 混凝土結構物方案生命週期比較 ...............................42 苯乙烯-丁二烯橡膠液體外觀 ......................................50 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂粉末外觀 ..................................51 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂微觀分析 ..................................51 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯粉末外觀 ...............................52 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯微觀分析 ...............................52 黏著強度試體示意 .......................................................56 氯離子快速滲透設備 ...................................................59 掃描式電子顯微鏡設備 ...............................................60 壓汞孔隙量測儀 ...........................................................60 聚合物改質水泥砂漿試體吸水率 ...............................62 聚合物改質水泥砂漿試體吸水率關係........................62 聚合物改質水泥砂漿之初始吸水速率試體比較(EVA 組) ..................................................................................64 聚合物改質水泥砂漿之初始吸水速率試體比較 (VeoVA組) .....................................................................64 聚合物改質水泥砂漿之初始吸水速率試體比較(SBR 組) ..................................................................................65 聚合物改質水泥砂漿乾縮試體比較(EVA組) .............66 V.

(12) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 圖 4-16 圖 4-17 圖 4-18 圖 4-19 圖 4-20 圖 4-21 圖 4-22 圖 4-23 圖 4-24 圖 4-25 圖 4-26 圖 4-27 圖 4-28 圖 4-29 圖 4-30 圖 4-31 圖 4-32 圖 4-33 圖 4-34 圖 4-35 圖 4-36 圖 4-37 圖 4-38 圖 4-39 圖 4-40 圖 4-41 圖 4-42 圖 4-43 VI. 聚合物改質水泥砂漿乾縮試體比較(VeoVA組) .........67 聚合物改質水泥砂漿乾縮試體比較(SBR組) .............67 聚合物改質水泥砂漿膨脹率比較(EVA組) .................69 聚合物改質水泥砂漿膨脹率比較(VeoVA組) .............69 聚合物改質水泥砂漿膨脹率比較 (SBR組) ...............70 聚合物改質水泥砂漿試體之抗壓強度(齡期 28 天)...72 聚合物改質水泥砂漿試體之抗壓強度(齡期 56 天)...72 聚合物改質水泥砂漿試體抗壓試體關係(齡期 28 天) ..................................................................................73 聚合物改質水泥砂漿試體抗壓試體關係(齡期 56 天) ..................................................................................73 聚合物改質水泥砂漿試體之抗彎強度(齡期 28 天)...76 聚合物改質水泥砂漿試體之抗彎強度(齡期 56 天)...76 聚合物改質水泥砂漿試體之抗彎強度(齡期 91 天)...77 聚合物改質水泥砂漿試體抗彎試體關係(齡期 28 天) ..................................................................................77 聚合物改質水泥砂漿試體抗彎試體關係(齡期 56 天) ..................................................................................78 聚合物改質水泥砂漿試體抗彎試體關係(齡期 91 天) ..................................................................................78 聚合物改質水泥砂漿試體之黏结強度 .......................79 聚合物改質水泥砂漿試體黏結試體關係 ...................80 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體( AC ) .....80 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AE5) .....81 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AE10)....81 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AE15)....82 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AV5)......82 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AV10)....83 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AV15)....83 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AS5)......84 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AS10)....84 聚合物改質水泥砂漿之黏結強度破壞試體(AS15)....85 聚合物改質水泥砂漿累積通過電量 ...........................86.

(13) 圖次. 圖 4-44 圖 4-45 圖 4-46 圖 4-47 圖 4-48 圖 4-49 圖 4-50 圖 4-51 圖 4-52. 聚合物改質水泥砂漿試體累積通過電量關係 ...........87 累積注入量與孔隙尺寸分布圖(AC組) .......................89 累積注入量與孔隙尺寸分布圖(AE10 組) ..................89 累積注入量與孔隙尺寸分布圖(AV10 組)...................90 累積注入量與孔隙尺寸分布圖(AS10 組)...................90 聚合物改質水泥砂漿之SEM圖(AC組) .......................91 聚合物改質水泥砂漿之SEM圖(EVA組).....................91 聚合物改質水泥砂漿之SEM圖(SBR組) .....................91 聚合物改質水泥砂漿之SEM圖(VeoVA組) .................92. VII.

(14) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. VIII.

(15) 摘要. 摘要關鍵字：裂縫、剝落、滲漏水、聚合物改質水泥砂漿、生命週期成本評估. 一、. 研究緣起台灣地區既有建築物使用 RC 材料之比例可謂稱冠。 RC 房屋大量興建始於民. 國六十~七十年代，許多 RC 建築物使用迄今已達二十、三十年之久，由於早期房屋建築設計標準與施工品管制度未臻完善及在供不應求倉促趕工交屋的情形下，多數房屋建築的品質備受工程界質疑，又因受到頻繁地震的影響，許多既有 RC 結構物已呈現劣化現象，甚至達到有安全疑慮的臨界階段，所以建立 RC 建築物劣化評估的方法及選擇適當的修復材料與修復技術，對國內營建產業為一重要且必須重視的研究課題。. 二、. 研究方法及過程本計畫分成三部分執行，第一部分：彙整國、內外有關 RC 建築物劣化現象、. 原因、檢測及修復材料與方法，參考國內外相關文獻瞭解 RC 建築物材料劣化現象，劣化原因及劣化檢測診斷方式或技術，並蒐集台灣地區 RC 建築物目前主要使用之修復材料與方法；第二部分：改良既有修復材料並進行性能驗證，試驗計畫旨在探討聚合物改質水泥砂漿於修復材料之特性及影響；第三部分：利用生命週期成本評估方法，選擇最佳修復材料與施工方法，提高既有 RC 建築物修復工程之效益。. 三、. 重要發現國內既有 RC 建築物劣化行為主要為混凝土裂縫、混凝土剝落與滲漏水，彙整. 相關文獻資料提出「既有 RC 建築物修復施工綱要草案」於研究報告之附錄中，其中包括劣化原因、檢測技術、修復材料與方法以及效能驗證試驗法。利用生命週期成本評估(Life Cycle Cost Assessment, LCCA )概念建立 RC 建築物修復材料效益評估方法，除考慮 RC 建築物初期的建造成本，並將建築物後續的維護管理、檢修、拆除等變異因素列入成本考量之評估方法概論。改良聚合物水泥砂漿修復材料並進行性能驗證試驗，獲致適當修復材料資訊，添加 EVA 的改質水泥砂漿，可降低乾縮(46.8 ~ 58.6%)、膨脹率與基材相近、可減緩吸水速度、降低吸水速率(57.1 ~ 74.0%)、提升抗彎強度(0 ~ 10.5%)以及降低. IX.

(16) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 離子穿透量(45.8 ~ 74.3%)，雖然添加 EVA 會使試體增加發泡效果，但是硬固後會產生薄膜可以阻止孔隙連通性。. 四、. 主要建議事項國內RC建築物修復材料、技術或方法目前尚未明訂規範之際，藉由本研究計. 畫蒐集國內外學術研究成果、修補規範與案例，以及進行部份修復材料性能檢驗試驗，以確認修復材料、方法或技術與相關施工程序。根據本研究針對「既有RC 建築物修復施工綱要草案」提出下列具體建議。以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。. 立即可行之建議主辦機關：內政部協辦機關：交通部本研究報告彙整國內既有 RC 建築物劣化類型主要為混凝土裂縫、混凝土剝落與建築物滲漏水，上述劣化行為之破壞原因或機理，可藉由目測或簡易之儀器設備量測即可判斷，另外針對不同劣化方式所對應之適當修補材料或方法，提出「既有 RC 建築物修復施工綱要草案」條列於附錄中，以供各政府機關或工程施工單位參考。. 長期性建議主辦機關：內政部、經濟部標準檢驗局協辦機關：交通部國內既有 RC 建築物劣化修補工程，目前大多以水泥砂漿草率修補外觀以掩飾實質劣化行為，除修復後安全性不易控管與監測外，亦造成修補區域成為整體建築物耐久性問題之缺口，以及多次翻修造成建築物生命週期成本負擔增加與浪費地球有限資源。因此藉由本研究報告結果，建議國內政府機關應依據國內地區主要之既有 RC 建築物劣化類型，著手訂定「既有 RC 建築物劣化修補材料基本性質」標準，以及「修補材料結合既有混凝土材料」之各種性能標準與適當檢測試驗方法。. X.

(17) 摘要. Abstract Keywords: cracking, delamination, leakage, polymer modified mortar, life-cycle cost assessment. A large number of RC residential and public buildings have been constructed since 1970 in Taiwan Area. Many RC buildings have been used for more than 20~30 years and degradation or deterioration were widely found in RC members due to improper design criteria, poor construction quality and frequent earthquake during their service life.. Some of old RC buildings even reach the critical stage and demolition measure. must be taken for the safety of residents. There is a need to develop a strategic project to evaluate the conditions of existing RC buildings using proper inspection or testing methods and to repair or rehabilitate the degraded RC buildings as soon as possible. However, the inspection technique, repair materials and the cost effectiveness of rehabilitation need to be determined before conducting the previous project. This project is aimed to (1) summarize the causes and mechanisms of degradation of RC buildings, (2) to differentiate the inspection and testing techniques of existing RC buildings, and (3) to propose proper repair materials and methods through life cycle cost analysis.. Testing materials include polymer modified cementitious systems and resin. repair mortar and testing program include material properties, performance of composite materials, and execution methods.. The technique of repairs of cracked. concrete, repairs of spalled concrete, sprayed concrete, large-volume repair, leak sealing, surface coatings, and underwater repair will be discussed and presented in the final report. The gradation of RC buildings in Taiwan includes cracking, delaminating and leakage. In this report, the draft of repair procedure of existing RC buildings was presented as annex, which consists of causes of degradation, inspection technique, repair materials, repair methods and efficiency assessment testing methods. Application of life cycle cost assessment (LCCA ) on the selection of repair methods of existing RC buildings was introduced.. The cost includes construction cost,. maintaining cost, inspection cost, repair cost, demolition cost and rebuild cost which all are taken into account in the assessment procedure. An example was given to illustrate. XI.

(18) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. the LCCA procedure. Polymer modified cementitious materials were tested and some useful information was obtained such as the efficiency of addition of polymers.. Drying shrinkage,. permeability and absorption are significantly reduced and flexural strength is increased by EVA modification.. MIP results and SEM micrographs also demonstrate the. modification of pore size distribution of polymer modified specimens.. XII.

(19) 第一章緒論. 第一章緒論第一節研究緣起與背景探討比較國內與全世界建築物建造使用材料之種類，台灣地區既有建築物使用 RC 材料之比例可謂稱冠，乃因台灣地區建築業蓬勃發展，RC 房屋大量興建始於民國六十~七十年代，許多 RC 建築物使用迄今已達二十、三十年之久，由於早期房屋建築設計標準與施工品管制度未臻完善，及在供不應求倉促趕工交屋的情形下，多數房屋建築的品質備受工程界質疑，又因受到頻繁地震的影響，許多既有 RC 結構物已呈現劣化現象，甚至達到有安全疑慮的臨界階段，所以建立 RC 建築物劣化評估的方法及選擇適當的修復材料與修復技術，對國內營建產業為一重要且必須重視的研究課題。. 第二節研究目的國內 RC 建築物修復材料、技術或方法目前尚未明訂規範之際，藉由本研究計畫蒐集國內外學術研究成果、修補規範與案例，以及進行部份修復材料性能檢驗試驗，加以整理、分析、比對，並利用生命週期成本評估方法評定修復材料及方法所獲致之效能，以確認修復材料、方法或技術與相關施工程序。本計畫研究目的如下所述： (1)彙整分析文獻及相關資料，獲致 RC 建築物劣化原因及診斷技術； (2)改良聚合物水泥砂漿修復材料並進行性能驗證試驗，獲致適當修復材料資訊； (3)利用生命週期成本概念，建立 RC 建築物修復材料效益評估方法； (4)依據既有 RC 建築物劣化情況，建立修復施工綱要草案。. 第三節研究方法與流程本計畫內容分三部分進行，第一部分：彙整國、內外有關 RC 建築物劣化現象、原因、檢測及修復材料與方法；第二部分：改良既有修復材料並進行性能驗證試驗；第三部：分利用生命週期成本方法，評估 RC 建築物修復材料及技術的效能。研究方法概述如下：. 1.

(20) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 1.彙整 RC 建築物的劣化現象、檢測診斷方法及原因參考國內外相關文獻瞭解 RC 建築物材料劣化現象。探討內容包括劣化原因(物理原因、化學原因及鋼筋腐蝕原因)及劣化檢測診斷方式或技術(目測、現場或實驗室試驗)；修復材料應用與施工方式依混凝土裂縫修復、混凝土剝落修復與滲漏水修復等三大主題分別探討敘明，另外蒐集台灣地區 RC 建築物目前主要使用之修復材料與方法。. 2.修復材料配製及性能驗證試驗試驗計畫旨在比較不同聚合物改質水泥砂漿(polymer modified cementitious systems)對修復材料性能之影響，製作試體主要添加不同類型及不同比例之聚合物於水泥砂漿中進行拌合，試驗結果可作為選擇聚合物改質水泥砂漿的參考，以及建議可行之驗證聚合物改質水泥砂漿性能之試驗法。. 3.生命週期成本評估方法為提高既有 RC 建築物修復工程之效益，本研究利用生命週期成本評估方法，判定不同建築物劣化行為與因素，選擇適當修復材料與技術，以及修復後之耐久性能等參數進行評估分析。本研究生命週期成本評估分析方法如下公式表示： LCC = Ct-it + Σ Ct-mr + Σ Ct-rn + Σ Ct-et 上式符號代表依序如下所述，LCC：生命週期成本；Ct-it：建築物初期建造成本；Ct-mr：維修成本；Ct-rn：拆除重建成本；Ct-et：拆除重建期間所造成之經濟損失成本。其中維修成本(Ct-mr)主要依據修復材料與技術，探討拆除置換成本、維修材料成本、維修人工成本、施工影響經濟損失成本、後續維護管理成本等；另外亦比較倘若捨去以維修補救機制，改採拆除重建所耗費成本(ΣCt-rn +ΣCt-et)歸納分析，提供業主與施工單位於 RC 建築物修復決策之參考依據。建築物生命週期之耐久性能與工程成本示意如圖 1-1 所示，藉由不同修復時機、修復次數、修復材料與技術，以及修復工程對建築物耐久性能維持之優劣，將影響建築物總工程成本。. 2.

(21) 建築物維持情況維修耐久性允許基準建築物進行修復時機生命週期成本建築物拆除. 差. 耐久性. 建築物工程成本. 佳. 第一章緒論. 建築物生命週期 (年). 圖 1-1 建築物生命週期之耐久性與工程成本示意. 3.

(22) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 本研究進行既有 RC 建築物劣化及修復之研究，研究步驟與流程如圖 1-2 所示。. 國內外研究報告、文獻蒐集與歸納整理. 彙整國內 RC 建築物主要劣化型式. 彙整國內外修復材料與修復技術. 進行修補既有 RC 建築物之材料性能驗證試驗. 期中報告與修正指導. 專家座談會議討論研究課題與目標. 利用生命週期成本分析法評估 RC 建築物修復效益. 第二次專家座談會議討論研究成果. 提送「既有 RC 建築物劣化及修復之研究」成果報告. 圖 1-2 研究步驟與流程. 4.

(23) 第一章緒論. 本計劃研究大綱與工作架構編排如圖 1-3 所示：. 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究彙整常見劣化行為及其修復方法. 修復材料性能驗證試驗計劃. A.診斷技術與檢測工作. 聚合物改質水泥質修補材料特性. B.破壞方式與機理敘明. 評估性能驗證試驗法可行性. C.修補材料特性與施工方法. D.修補材料性能驗證試驗法. 生命週期成本評估方法. 結論與建議、彙整「既有 RC 建築物修復施工綱要草案」. 圖 1-3 研究大綱與工作架構. 5.

(24) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 6.

(25) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧本章節將針對國內既有 RC 建築物常見且嚴重之劣化行為，訂定不同對應之修復工程為探討主題，以落實政府大力推廣之舊有建築物修復再利用政策。歷經實地訪談、現地調查與專家學者建議綜合結論提出國內既有 RC 建築物常見劣化行為主要包括：一、混凝土裂縫；二、混凝土剝落；三、建築物滲漏水等三大廣泛且嚴重之缺失。本章節文獻回顧與彙整將依據上述三大劣化方式所對應之 A.診斷技術與檢測工作；B.破壞方式與原理；C.修補材料特性與施工方法；D.修補材料性能驗證試驗法等相關文獻資料可作為草擬既有 RC 建築物劣化修復施工綱要之參考於附件。另外，本章第四節補充 RC 建築物於新建工程所造成之劣化型態，以及其施工疏失之預防及後續修復方法等說明；第五節說明應用於 RC 建築物混凝土修復材料之聚合物改質水泥砂漿類別，並由文獻研究得知基本改質特性與相關性能試驗數值。. 第一節混凝土裂縫結構物裂縫產生，除對本身會產生安全上及使用上的影響，外在環境之有害成分侵入，促使裂縫部分持續擴大及劣化，造成使用性能的降低，而導致使用壽命的縮短。嚴重者，可能會影響結構物之安全性。結構強度之影響：結構物裂縫發生後，對於本身之剛性、剪力強度、拉力強度、抗彎強度都會降低，並可能使得結構行為發生應力重分配，造成破壞的連續及進展。嚴重尚會使構材掉落而造成危害。耐久性能之影響：裂縫對耐久性之影響，最主要的是加速混凝土中性化現象，使鋼筋腐蝕速度變快，並因滲漏水造成油漆塗層發霉與混凝土析晶，導致保護層剝落與縮短結構物之使用年限。氣密性能之影響：裂縫對於氣密性能之破壞，主要是指特別需要高氣密性能的結構物而言，如醫院、核能發電廠，或一些疫苗培植性能的結構物。裂縫一旦發生將造成氣密性降低，造成輻射線或疫苗菌類外洩，影響到人們的安全。裂縫種類混凝土裂縫的種類概分如下： (1)微細裂縫(micro-crack)與組織裂縫：通常為細而短之裂縫，部分存在於砂漿內，部份介於顆粒與砂漿間，僅能利用顯微鏡方能觀察得知，它主要是由自體應力或內部應力流之轉向力而產生。 (2)開裂裂縫(separate crack)：此項裂縫通過構件全部斷面，由中央拉力或受較. 7.

(26) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 小偏心拉力而產生。 (3)彎曲裂縫(bending crack)：此項裂縫走向略垂直於受彎曲拉力鋼筋，產生於受拉緣至中心軸線。 (4)剪力裂縫(shearing crack)：此項裂縫與構件軸成斜向，由彎曲裂縫發展而成。 (5)收縮裂縫(shrinkage crack)：此項裂縫發生於構件之多量配筋腹帶內或厚構件內，僅一部份裂縫伸入中心軸線。 (6)間隙裂縫(interstitial crack)：有配筋帶貫通裂縫間偶而形成細微之間生裂縫，一般僅止於最外側之配筋，可由原來表面裂縫或細小之內部結合裂縫引起。 (7)縱向裂縫(longitudinal crack)：由於新鑄混凝土之凝結或由於鋼筋在多孔狀混凝土內腐蝕之容積增大將沿著配筋裂開而形成。 (8)表面裂縫(surface crack)：原則上發生於版狀構件之表面裂縫深度通常不大，表面裂縫會沿配筋產生或任意方向。. 裂縫寬度混凝土劣化與混凝土開裂寬度有關，因此在一些規範中都列有裂縫寬度的限制值，一般都設定限制寬度為0.1 ~ 0.4 mm，ACI committee 224 規定如表2-1所示，多數規範基於經驗、試驗或理論方式來訂定限制值。表2-2則為整理各國規範所規定之最大允許裂縫寬度。. 表 2-1 不同暴露環境下混凝土最大允許裂縫寬度(ACI 224). 8. 暴露環境. 最大允許裂縫寬度 (mm). 乾燥空氣或有薄膜層保護. 0.40. 高相對濕度、濕潤空氣、土壤. 0.30. 除冰鹽或化學藥品. 0.18. 海洋環境中及海水潑濺及乾濕循環環境. 0.15. 儲水結構物、考慮壓力的導管. 0.10.

(27) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 表 2-2 不同規範規定最大允許裂縫寬度. 國家. 機關單位運輸省. 日本. 日本工業規格. 最大允許裂縫寬度. 露環境. (mm). 港灣構造物. 0.2. 考慮彎矩作用. 0.25. 未考慮彎矩作用. 0.05. Brcard. 法國瑞典蘇俄. 鋼筋混凝土規範標準. 美國. ACI建築規範標準. 歐洲. 結構物、受力狀態及暴. 歐洲混凝土委員. 0.40 僅靜載重. 0.30. 靜載重 + 1/2活載重. 0.40 0.20. 室內構造物. 0.38. 室外構造物. 0.25. 嚴重腐蝕環境下. 0.10. 無防護措施之構造物. 0.20. 具防護措施之構造物. 0.30. 診斷技術與檢測工作 RC 建築物劣化之檢測方式可分為(1)以非破壞(non-destructive)檢測方式進行現場試驗(testing in the field)，與(2)現場取樣後進行試驗室試驗(laboratory tests)等。其中非破壞檢測法包括裂縫目視量測判斷、混凝土反彈錘強度試驗、腐蝕電位與電流密度試驗等，試驗室試驗包括混凝土中性化試驗、硬固混凝土氯離子含量檢測與鑽心混凝土抗壓強度試驗等。. 1.裂縫寬度量測裂縫寬度量測一般在 RC 構造物表面明顯處進行，基本上選取 2 至 3 處應用裂縫計或輔以目視計量測確認其裂縫寬度，但需注意若受污染的裂縫實際寬度會較量測寬度值大，所以進行裂縫量測應注意在此視覺上錯覺。. 2.超音波量測裂縫深度超音波波速檢測法(Ultrasonic Pulse Velocity Method)即在待測物體上的一點發 9.

(28) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 出超音波脈衝(Ultrasonic Pulse)，在量取從這一點傳至另一點所需的距離，試驗主要包含產生及傳導脈衝進入混凝土(脈衝發射器、傳送器)，及精準的量測脈通過混凝土的歷時，兩大部分。由於超音波經過空氣層僅可傳送非常少的能量，因此當超音波通過開裂面或空隙時，透過空氣層傳送的能量可忽略。且當開裂面的投影面垂直於傳播路徑，大於傳送器的區域時，脈衝會在瑕疵的周圍產生繞射。如此，波的歷時將會比完整無瑕疵的混凝土來的大，因此利用此種特性便可迅速的指出混凝土內的瑕疵。超音波檢測表面裂縫之示意如圖 2.1 所示。 X TRANSDUCER (I). X TRANSDUCER (II). D. 圖 2-1 超音波檢測表面裂縫之示意 3.敲擊回音法敲擊回音法(Impact-echo)乃在量測混凝土表面孔隙及表面裂縫深度，利用機械性敲擊方式產生暫態應力波動，並將其導入物體內，該應力波動包含表面波 (R-wave)、縱波(P-wave)及橫波(S-wave)，其中表面波的傳動是沿著物體表面以遠離敲擊點的方式向外擴散，縱波及橫波如遇到物體內部的瑕疵(如裂縫、孔隙)或物體邊界將被反射回去，此反射波回到敲擊面時會產生表面位移，因此利用表面放置訊號接收器(receiver)可監測到此位移反應。此一位移可用來決定縱波再敲擊面與反射面間來回一趟所需時間，而去推算出反射介面的深度。簡言之敲擊回音法量測表面裂縫深度，主要是靠裂縫尖端之繞射波與版頂面之反射波來回傳動，所產生之共振現象。敲擊回音法偵測表面裂縫試驗儀器配置如圖 2-2 所示。. 10.

(29) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. impact receiver D Concrete. 圖 2-2 敲擊回音法偵測表面裂縫試驗儀器配置 4.改良式敲擊回音法改良式敲擊回音法為敲擊回音法的延伸，此法是根據分析敲擊回音試驗所得資料，考量如遇幾何邊界較多且接近之結構，或內含瑕疵之物體，欲自位移波形上辨讀波的到達時間是非常困難費時，故將記錄到的數位化波形利用快速傅利葉轉換技巧(FFT)轉換到頻率領域上做分析，因此可簡單且快速由頻譜上做辨讀與分析。且此法同時也考量當繞射波傳回至敲擊面時會產生擾動，為能精確測得繞射波到達時間，因此於裂縫兩邊各放置一接收器(receiver)監測擾動反應。改良式敲擊回音法偵測裂縫深度試驗儀器配置如圖 2-3 所示。 Impact H. Receiver (I). H. Receiver (II) D. Concrete. 圖 2-3 改良式敲擊回音法偵測裂縫深度試驗儀器配置 5.Ohtsu and Yuno 法此法主要是利用頻譜反應來量測表面裂縫深度之方法，試驗方法為在距離裂縫 5 cm 處，配置一個訊號產生器及一個訊號接收器，由訊號產生器發出頻率為 1kHZ 變化至 20kHZ 之固定振幅正波，導入測試物體，再由訊號接收器感應在某一特定頻率下之輸出訊號，以 X-Y 座標方式，將輸出訊號與頻率關係繪出，即得頻. 11.

(30) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 譜反應。但該法應用尚有困難之處待解決。Ohtsu and Yuno 法以頻譜檢測表面裂縫之示意如圖 2-4 所示。. X-Y recorder. RMS voltage. Sinusoidal. Function generator. Amplifier Wave: 1-20 kHz (sweep mode). output. input. Notch depth Concrete. 圖 2-4 頻譜檢測表面裂縫示意(Ohtsu and Yuno 法) 6.相位變化法此法以繞射波波前之相位變化原理，來量測混凝土表面裂縫之開裂深度，試驗方法為令波源至裂縫開口處距離為 a，接收器至裂縫開口之距離為 b，試驗時， a 固定，b 變化，觀察繞射波波前之相位變化情形，再以二為繞射波理論求出 α 與 θ 之關係曲線，進而求出裂縫深度。相位變化法量測裂縫深度示意如圖 2-5 所示. b. a Impact. Receiver (I). θ. α. d. Concrete. 圖 2-5 相位變化法量測裂縫深度示意破壞原因及機理混凝土內部孔隙或裂縫會使外界水分、氯離子及二氧化碳等有害因子可滲入 12.

(31) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 內部造成混凝土劣化或鋼筋腐蝕，使得結構物承載力下降、使用性受到影響。因此混凝土從材料準備、配比拌合、施工養護受外力作用過程及暴露環境條件皆會影響其耐久性，影響因素與說明如下所述六項： 1.施工作業因素施工作業或施工技術會影響到混凝土劣化的速率，施工作業包括混凝土的水灰比、坍度及保護層厚度控制、搗實、養護的過程。保護層一般在設計時均由規範依據構件型式及位置，暴露環境加以規定，然而常因施工者未按圖施工或未謹慎施工，以致保護層厚度不足。而搗實不足，會有蜂窩孔洞現象發生；搗實過度，則會造成泌水及析離的現象。養護對混凝土的水化完全程度有相當的影響，養護時間愈長，則水化愈完全，混凝土中的孔隙被填塞也愈多，緻密性及強度也愈高。. 2.水灰比因素水灰比為影響混凝土品質最主要因素之一，同時亦決定水及有害因子的滲透性，當混凝土的拌和水量超過水泥水化的需水量時，多餘的用水會在混凝土內形成毛細孔隙而增加混凝土的滲透性。通常水灰比小，混凝土之品質良好，緻密性高、強度也較高，則水與有害因子不易滲入，水灰比愈高則混凝土滲透性愈高，愈易讓水分、氯離子、氧氣及二氧化碳等有害物質侵入而促使鋼筋腐蝕。. 3.化學摻料因素使用於混凝土中的摻料種類甚多，基本上大多為有機物材料，對鋼筋較無腐蝕影響，若使用減水劑、強塑劑和輸氣劑等具有減水功能而降低水灰比時，摻料即具有良好的抑制鋼筋腐蝕的功能。使用波索蘭材料時會與氫氧化鈣結合而降低鹼性強度(pH 值)，理論上 pH 值降低似乎會使中性化程度增加，而使得鋼筋更加容易腐蝕，但是實際上由於波索蘭反應的影響而生成更多細小 C-S-H 膠體填充孔隙，使得混凝土的緻密程度增加，滲透性降低，鋼筋更加不易腐蝕。. 4.粒料級配因素粒料對於腐蝕的影響主要是在於粒料的粒徑大小，粒料的粒徑愈小，在粒料周圍所能產生的縫隙就愈少，混凝土就會較為緻密，滲透性就會較小，相反粒徑愈大滲透性愈大，將來對於腐蝕發生的機率也愈大。另一方面，粒料的級配不良，會造成混凝土產生泌水及析離的現象，將會形成水、氯化物、氧氣和二氧化碳等 13.

(32) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 有害物質侵入的路徑，進而促使腐蝕的進展。若粒料取自於海岸線或挖泥之堆積場，則可能含有硫化物或氯化物，而有害鋼筋及混凝土。. 5.粒料性質因素粒料影響混凝土耐久性質影響可分為物理作用與化學作用兩部分探討。以物理方式影響混凝土品質包括：凍融膨脹、暴露極端溫度乾濕循環、高溫火害、表面磨損(沖蝕、穴蝕)、載重破壞、體積變化。其中表面磨耗、載重破壞等因素導致劣化，皆因為粒料本身強度硬度不足，及粒料與界面漿體鍵結性差。以化學方式影響混凝土品質包括：鹼矽粒料反應、硫酸鹽侵蝕、酸侵蝕、溶解與析晶。詳述敘明如： (1)磨損：主要原因係由於快速流水的孔蝕作用、水中的摩擦物質、狂風強吹的磨損及交通工具的衝擊。通常會造成混凝土表面形成洞穴，這些洞穴會充填著水蒸氣，與混凝土表面反覆接觸後，會形成洞坑，即所謂的孔蝕，造成混凝土結構物的破壞。 (2)凍融：在混凝土結構物中，由於水泥漿體孔隙體積多且孔隙較小，所以較易受到凍融作用之影響。當溫度低於 0℃時，混凝土中的水份大約在-5℃時會形成冰晶體，而導致體積膨脹約 9%，導致混凝土孔隙內部產生膨脹壓力，造成水泥漿體局部破裂。若粒料體積較大，具有比重大、硬度高特性，有利於抗浸蝕、沖蝕；粒料體積較小，具良好鍵結性，有利於抗穴蝕、孔蝕。凍融膨脹、暴露極端溫度乾濕循環、高溫火害等因素，為粒料熱膨脹與冷收縮係數過大或與漿體差別太大，導致粒料界面破裂。 (3)鹼粒料反應：粒料中含有矽質的成分，可能會與水泥漿體或外在之鹼性物質產生反應，而進入混凝土內部孔隙結構，稱之為鹼粒料反應。. 6.水泥因素 (1)硫酸鹽反應：水泥中的鋁酸三鈣(C3A)對氯離子有吸附作用，即鋁酸三鈣會與氯化物形成單一氯鋁酸鈣水化物，而使氯離子的濃度降低，腐蝕程度減少。但若鋁酸三鈣含量過多，則再與硫酸根離子作用時，則可能會造成混凝土內鈣釩石的二度膨脹破壞，而使混凝土產生裂縫，致使鋼筋腐蝕。為減少硫酸鹽類對混凝土的侵蝕，故水泥中鋁酸三鈣含量應愈少愈佳，因此，波特蘭第二型水泥(含鋁酸三鈣量 6%)較波特蘭第一型水泥(含鋁酸三鈣量 11%)具抗硫酸鹽之侵蝕。 14.

(33) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 當來自週遭環境之(地下水或海水)硫酸根離子(SO42-)，滲入混凝土後，將會造成硫酸鹽侵蝕。其化學反應依序分為三個階段： 1st: SO42- (外界有害因子) → SO42- (滲透進入混凝土) 2nd: Ca(OH)2 + SO42- → Ca SO4．2H2O + 2OH3th: C4ASH12 + Ca SO4．2H2O →ettringite 鈣礬石粒料的活性矽酸鹽與水泥中的鹼鹽(NaOH/KOH, NH/KH)反應，以及硫酸鹽侵蝕生成鈣礬石皆會使混凝土體積膨脹，產生結晶內應力破壞混凝土強度。其中鹼粒料與硫酸鹽侵蝕化學反應式依序為： S (活性矽酸鹽) + NH/KH + H → N/K-S-H (膨脹性膠體) SO42- +Ca2+ + 2H2O → CaSO4．2H2O (鈣礬石膨脹物) (2)溶解析晶：溶解析晶為混凝土中失去 CH 鹼性物質，水化作用停止及強度發展惡化。混凝土中 Ca2+被酸性物質侵蝕溶解生成氯化鈣(CaCl2)、硫酸鈣(CaSO4)、醋酸鈣、重碳酸鈣促使透水孔隙率增加，讓有害物質更加容易侵入混凝土，酸性物質侵蝕化學反應式為： C-S-H + H+(酸性物質) → Ca2+ + SiO2 . nH2O. 修復材料與施工方法修復非動態裂縫，因該裂縫位置屬於非反覆載重構件上，表面裂縫寬度約為 1 mm 範圍通常以水泥漿體(cement grout)修復。當裂縫延伸至混凝土構件時，甚至表面可見裂縫寬度已經大於鋼筋尺寸時，無論該範圍產生任何細微裂縫皆應以聚合物塗封(polymer sealing)方式修復。該類型修復工程通常使用聚酯樹脂(polyester resin)以提高鋼筋抗腐蝕能力，另外，使用聚合物加壓注膠(polymer gravity/positive pressure injection)或真空注膠(vacuum assisted injection)可以達到較完全的修復。一般混凝土裂縫之修補材料分類如下所述：. 1.灌注工法專用添加劑特殊添加劑於在混凝土中可使水泥在初凝之前膨脹，適用於預力套管灌漿、疏鬆地層或岩盤洞隙填縫灌漿。. 2.灌注工法專用微水泥. 15.

(34) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 雙成分包括微水泥和防腐蝕抑制劑，可填補裂縫寬度介於 0.2 mm - 3.0mm 以上的裂縫。. 3.低黏度裂縫灌注工法專用環氧樹脂可填充和密封結構元件的空洞和裂縫，如橋樑、工業用廠房、樑柱、基礎、牆、樓版及儲水用結構物等，不僅可形成一個有效的阻絕層，以防止水份經由裂縫入滲而產生侵蝕現象，且可提供良好的接著效果。. 4.含填充料之防水環氧樹脂屬注入型樹脂用來以高壓注入填充和裂縫寬度大於 0.5 mm 之密封裂縫，接著混凝土和鋼鐵的填充水泥。該材料不只為防水或預防侵蝕的有效媒介，同時可黏結混凝土結構元件。環氧樹脂系裂縫灌注材料在工程上的應用極廣，依 ASTM C881-90 之規定，環氧樹脂在混凝土工程上之應用，共分為七類(type I~VII)，三級(grade 1~3)及六型 (class A~F)。其中 type I~VII 主要係依用途不同而分。現分述七類不同用途之環氧樹脂材料如表 2-3 所示。. 16.

(35) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 表 2-3 環氧樹脂系裂縫灌注材料分類. 類別. 用途說明. 備註. Type I. 應用於硬固混凝土與硬固混凝土間之黏或硬固混凝土與其他材料間，如結，膠結面不承受載重者。木料、金屬、石磚、塑膠材料等。. Type II. 應用於新拌混凝土與硬固混凝土間之黏結，膠結面不承受載重者。. Type III. 應用於固混凝土面上加設之抗滑，耐磨如耐磨地砰等面層材料。. Type IV. 或硬固混凝土與其他材料間之應用於硬固混凝土與硬固混凝土之黏粘結，如木料、金屬、石磚、塑結，膠結面須承受載重者。膠材料等。. Type V. 應用於新拌混凝土與硬固混凝土間之黏結，膠結面須承受載重者。. Type VI. 應用於預鑄元件或分段加設之後拉預力元件間之粘結與封膜，膠結面須承受應力者。. Type VII. 應用於預鑄元件或分段架設元件間之粘結與封膜，膠結面不須承受應力者。. (ASTM C881) 修補材料性能驗證試驗法環氧樹脂接著劑基本性能試驗包括：粘滯度、膠凝時間、粘著力、斜面剪力、變形溫度、乾縮係數、壓力屈服強度、壓縮模數、抗拉強度、斷裂時張力延長度等試驗，以及 2 天及 7 天試體抗壓強度、抗拉強度、伸長率、降伏強度試驗。環氧樹脂灌注入混凝土裂縫，主要目的確認裂縫是否填滿環氧樹脂，驗證方法如下所述：. 1.目視法目視注射針筒是否殘留環氧樹脂。. 2.鑽心檢驗法 17.

(36) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 沿裂縫位置鑽心，觀查裂縫是否確實填滿環氧樹脂若針筒無殘留環氧樹脂，表示裂縫尚未填滿環氧樹脂，應抽換注射針筒再加注入環氧樹脂。. 第二節混凝土剝落造成混凝土剝落等劣化因素影響修復材料與修復技術之選擇甚鉅，因此正確驗證與決策判斷為修復混凝土剝落工程前必須詳加確認之重點工作。混凝土剝落主要因素分為力學破壞或鋼筋腐蝕造成，前者修復方式簡便易處理，後者則必須分析探討是否為腐蝕因子存在於混凝土材料中，亦或 RC 建築物於使用期間受外界環境影響導致混凝土環境中性化，以及腐蝕因子穿透、滲透侵入混凝土構件致使鋼筋表層鈍化膜喪失造成腐蝕膨脹。. 診斷技術與檢測工作 1.紅外線法此法原理為利用飾材或混凝土保護層剝落部份會形成空氣層，致使比健全部分之熱傳導率小而在牆面溫度上升或下降時會形成溫差，而以紅外線檢測裝置測其溫差，以調查飾材或混凝土保護層有無鼓浮之法。. 2.敲擊法敲擊法以試錘等敲擊牆面，由其反應之異常音可檢知預剝落位置，該檢測方法簡單，但隨試驗技術人員之熟練度易造成判斷差異或錯誤。. 破壞形式及原理 1.力學破壞因素剝落是混凝土結構物呈片塊狀之脫落現象，主要成因有二，分別為力學方面的混凝土拉力超出容許值及腐蝕方面鋼筋鏽蝕，本節主要探討力學破壞因素，因此依據力學破壞導之致剝落程度概分為兩類解釋，分別為(1)小型剝落：通常是由作用於混凝土之水平或斜向力量所造成，深度未達 25 mm，淨寬通常小於 150 mm； (2)大型剝落：其成因與小型剝落無異，但更嚴重，其可能是因巨大地震力或外力使結構物變形超出容許值，而產生大型片塊狀剝落，深度達 25 mm 以上，淨寬大於 150 mm。. 18.

(37) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 2.鋼筋腐蝕因素 RC 結構之鋼筋於正常狀況下，係在高鹼性環境中不易腐蝕，此因暴露於高鹼性環境中的鋼筋處於鈍化狀態(passive state)，因此鋼筋鈍化膜的破壞為鋼筋腐蝕的先決條件。鋼筋鈍化膜破壞後，假若混凝土在一定的濕度及氧氣環境下，即使無有害物質的侵入，混凝土中的鋼筋也會腐蝕。二氧化碳與氯化物是破壞鋼筋鈍態膜主要因素，當氯離子濃度過高，即使鋼筋處於高 pH 值環境中，鈍態膜亦會被破壞， Glasse 提出陽極 Fe 2 + 與 Cl − 、 OH − 反應後會產生淺綠藍色易溶性的 FeCl 2 ⋅ 4 H 2 O 其化學反應為：. 陽極反應： Fe 2+ + 2Cl − + 4 H 2 O → FeCl 2 ⋅ 4 H 2 O 陰極反應： FeCl 2 ⋅ 4 H 2 O → Fe(OH ) 2 + 2Cl − + 2 H + + 2 H 2 O 綠鐵鏽會往含氧量較高的混凝土孔隙移動，分解為褐鏽 Fe(OH )2 ，同時放出 H + 、 Cl − ，由此反應可知(1) Cl − 並未參與電極上的氧化還原反應，且 Cl − 在腐蝕過程中也不會消失，它只會對腐蝕起催化作用，加速鋼筋腐蝕；(2)鋼筋上若有局部氯化物濃度較高時，局部鈍化膜被破壞，形成大陰極小陽極的腐蝕電偶，此時鋼筋會產生快速的孔蝕效應，對於預力構件影響尤為顯著；(3)氯化物的吸濕性維持混凝土內部孔隙含水量。此三者的不斷循環，使得腐蝕持續進行。發生在鋼材上的陽極反應，不只產生鐵離子而已，其二價鐵離子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： 1st: Fe 2+ + 2OH − → Fe(OH ) 2 2nd: 4 Fe(OH ) 2 + O2 + 2 H 2 O → 4 Fe(OH ) 3 3th: 2 Fe(OH ) 3 → Fe2 O3 ⋅ H 2 O + 2 H 2 O 鐵鏽的體積膨脹隨著鐵的氧化程度而變大，鐵鏽增加鋼筋與混凝土交界區體積膨脹 2~7 倍。膨脹應力超過混凝土強度時，混凝土就會產生裂縫(cracking)和剝裂(spalling)現象。由上述發生腐蝕化學反應式中說明鋼筋腐蝕條件如下：(1)鋼筋金相組織具不均勻性，且混凝土為一多孔隙，不均質、非等向性材料，因此環境介質(如水分、氧氣、二氧化碳)皆有可能透過混凝土保護層達到鋼筋/混凝土的界面，然而環境介質到達界面時濃度難達到一致性，致使一根鋼筋上，會同時具備電位較低(陽極)及電位較高(陰極)兩區域；(2)陰極要有足夠的氧化劑(通常為 H2O、 O2)與陽極的自由電子生成 OH- ，換言之，在混凝土為乾燥的狀態即電阻係數 (resistivity)大於 20000 Ω-cm 時或相對濕度小於 60%的乾燥室內，鋼筋是不會產生 19.

(38) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 腐蝕現象。依據中國土木水利學會(土木 402-88) 「混凝土工程施工規範與解說」3.3.3 規範規定，預力混凝土與鋼筋混凝土等結構物，其允許最大氯離子含量分別為 0.15 kg/m 3 與 0.30 kg/m 3 。. 修復材料與施工方法修復工程首先必須移除鬆散結構、進行必要之鋼筋防蝕處理與界面的前處理，再以水泥質材料(cement-based materials)或樹脂材料(resin-based materials)等進行表面封層。傳統水泥砂漿修補材料黏結強度低、乾縮變形大、抗滲性、抗裂性較差，造成使用後產生缺點如開裂、脫落等，易造成結構體滲水、混凝土碳化和鋼筋腐蝕等問題，其使用範圍受到很多限制，因此近來發展出應用有機聚合物混合水泥或粗/細粒料製成聚合物混凝土，按其組成方式與製作過程概可分為：. 1.聚合物混凝土(polymer Portlant cement concrete, PPC) 聚合物水泥混凝土亦稱為聚合物波特蘭水泥混凝土，以聚合物原料取代部分水泥，再以一般混凝土拌製方法製成，聚合物能均勻地分布於混凝土內。填充水化產物與粒料間的孔隙，進而改善混凝土的抗滲性、耐蝕性及耐磨性，可用於鋪設無縫地面，也常用於修補混凝土路面、機場跑道等。. 2.聚合物膠結混凝土(polymer binding / polymer concrete, PBC or PC) 聚合物膠結混凝土也稱為樹脂混凝土，完全以聚合物做膠結材料拌製而成，該混凝土黏結強度高、抗滲、抗凍、耐腐蝕，唯其成本較高，適用於須耐腐蝕性佳之工程建築、混凝土的構件及裂縫修復。. 3.聚合物改質水泥砂漿(polymer modify mortar, PMM) 聚合物改質水泥砂漿可應用作為修補材料與防水材料，聚合物水泥防水材料簡稱 PMC 或複合防水塗料或彈性水泥，主要係以丙烯酸酯等聚合物乳液或水泥為主要原料，具有良好的抗滲性、耐水性、耐候性和黏結性，與混凝土、石材、磁磚、鋼材、木材、玻璃等材質介面都有良好的黏結性，特別是能夠在潮濕基層上施工固化成膜。 20.

(39) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 修補材料性能驗證試驗法由美國陸軍工兵規範(U.S. Army Engineer Research and Development Center, CRD)參考文獻得知，RC 建築物剝落劣化修補材料使用準則概分為七大項目，進行評估與檢驗修補材料之性能驗證，細項說明示如表 2-4 所示。. 表 2-4 混凝土剝落劣化修補材料使用準則. 項目 1.修補材料說明書. 2.材料組成成分. 詳細說明適用範圍建議、修補效益、使用限制基本組成材料、SO3 含量(%) [ASTM C563]、鹼含量 (kg/m3)、pH 酸鹼值、空氣含量單位重量(kgf/m3)、新拌濕密度[ASTM C138]、水泥砂漿抗壓強度[ASTM C109]、混凝土抗壓強度[ASTM C39]、. 3.物理性質. 水泥砂漿與混凝土抗彎強度[ASTM C78]、水泥砂漿與混凝土直接拉力強度[CRD C164]、水泥砂漿與混凝土彈性模數[ASTM C469] 水泥砂漿與混凝土乾燥收縮[ASTM C157]、水泥砂漿與混凝土熱膨脹係數[CRD C39]、抗凍融[ASTM C666 試驗法. 4.性能試驗. A]、水泥砂漿與混凝土壓力潛變[ASTM C512]、水泥砂漿與混凝土快速氯離子穿透 [ASTM C1202] 、抗硫酸鹽 [ASTM C1012]、環片試驗[Ring test]、抗裂縫[German Angle]. 5.包裝與儲存. 7.修補材料注意事項. 包裝方式說明、容量說明、使用期限、儲放須知混凝土表面前處理、材料拌合方式、使用方式與施工說明、養護方式、廢棄材料清除須知、告知安全注意事項. 21.

(40) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 第三節建築物滲漏水 RC 建築物滲漏水問題經常發生且難以防範，通常以目視即可判斷 RC 建築物是否存在滲漏水缺失，假若有水氣或水滴滲透穿過混凝土疏鬆孔洞或裂縫，則此區域易產生白色碳酸鹽類白樺風化作用(leaching and efflorescence)，亦或附著於混凝土表面之油漆或磁磚產生水氣膨脹剝離。. 破壞原因及機理風化白樺之鹽基化合物，乃由混凝土之析出物與水氣或大氣中之二氧化碳結晶反應形成，鹽基化合物主要為碳酸鈣，另外亦包含硫酸與碳酸化合物(鈉、鉀或鈣)。風化白樺造成混凝土產生大量析出物，導致孔隙率增加而降低混凝土強度，同時脆弱區域更容易遭受外界化學物質的侵襲。析出風化屬於混凝土耐久性之化學侵蝕範疇，風化白樺經常發生於水可連續或間斷滲透穿越並到達混凝土表面，亦或混凝土表面暴露於乾與濕輪替環境中。混凝土水化產物中之氫氧化鈣(Ca(OH)2 , CH)可以容易地由混凝土中析出，而本質不溶解的 C-S-H 膠體，除非長時間暴露於嚴酷的析出環境中才會退化，因此高 CH 含量之漿體較可能發生析出白樺風化作用。析出反應速率與滲透水之可溶性鹽基化合物多寡有關，所以軟水(如:雨水)中之可溶性鹽基化合物較少，使得危害混凝土程度較硬水(含鈣離子) 大。溫度效應亦為一影響因素，因為 CH 於冷水中較易溶解，因此冷水環境下較溫水危害大。析出物普遍產生於水可以滲透過之混凝土面，特別於受壓力環境下。混凝土不會於流水通過之表面產生析出反應，除非表面受到懸浮於水中之固體物質進行物理磨蝕作用。水泥牆壁遭外界水氣入侵至水泥中之孔隙裂縫，發生酸鹼中和產生毛狀白色碳酸鹽結晶體（碳酸鈣為主），當長久淤積於牆面時，將導致牆面塗料壁紙起泡、鼓起、碎裂、剝落。當牆壁於雨季漏水、滲水或建築物通風不良所累積大量的水氣時，再遇上空氣中的二氧化碳或二氧化硫等酸性氣體，即形成酸性水氣，進而在水泥牆上凝結成酸性水露 (pH 值達 4.0 如酸雨一般)。酸性水氣與水露滲透至防水不良或有裂縫之牆壁內，進而與水泥、砂、磚牆中的鹼性分子（如鈉、鈣、鎂、鉀）產生中和作用，再與空氣中的二氧化碳結合成白色針狀或粉末狀結晶體。若混凝土表面存在大量密集白色斑痕，對混凝土強度是一種嚴重的傷害，基本上滲漏水的現象取決於混凝土裂縫的大小定之。漏水的形式可分為點、線、面三種方式，『點』如預留管孔，『線』如施工縫及裂縫、伸縮縫，『面』如蜂窩麻. 22.

(41) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 面。. 修復材料與施工方法針對 RC 建築物滲漏水問題，傳統修復方法以表面塗封居多，依照正水壓或負水壓狀況選擇表面密封材料(surface sealers or coatings)，表面密封材料包括含溶劑 (solvent-based)塗層、無溶劑(solvent-free)塗層、水性(water-borne)塗層與加勁 (reinforced)塗層等。根本解決的方法要從滲漏水源頭徹底處理，將防水工程處理完成，再將破損的水泥刮除並重新批土粉刷。如果能在房舍當初建造時，即早著手做好防水處理工程，可減少室內潮濕造成壁癌的發生，並減少事後補救的麻煩。混凝土表面處理修復技術為快速與經濟之建築物滲漏水修復方式，亦可有效改善舊有建築物的耐久性，具有多項優點包括原料取得容易、成本低廉、施工快速與方便等優點，近年來便發展出多種可用於混凝土表層塗封的保護材料，以阻擋外在水氣和氯離子的滲入。常用於修復 RC 建築物滲漏水之混凝土表層塗封材料，依其機制主要可分為下列兩種：. 1.滲入式塗封劑(penetrating sealer) 主要利用本身所帶的有機化合物群互相鍵結，並沿著毛細孔隙內部表面形成疏水(hydrophobic)的緻密組織。而這類塗封方式又可細分成沒有薄膜產生(non film-forming)與有薄膜產生(film-forming pore-sealing)兩種形式。現今水泥質矽酸質系修復材料由德國化學家 Lauritz Jensen 於 1942 年發明，1960 年代歐美及日本地區引進發展使用。其組成材料包括波特蘭水泥、矽砂和活性矽化學觸媒化合物，主要用於混凝土結構體之防水、強化與保護作用；使用時只須依一定比例與水調合後塗佈於混凝土表面。以加拿大化學公司於 1969 年生產之結晶滲透防水材為例，包括主要成份與輔助/次要成份；其中，主要成份係由波特蘭水泥、矽砂、觸媒化合物(catalytic chemical compound)等無機粉所組成。輔助成份則稱之為養護劑，具有保濕作用延緩水氣蒸發，保存塗層內的濕度，使其在充分濕潤的條件下進行化學反應。矽酸質材料之防水原理並非如薄膜、片狀等防水材料，只作為表面材料防止有害因子滲入混凝土內，而是利用混凝土多孔特性，以水為媒介，促使矽酸質材料的活性物質快速滲入於混凝土溶液內，再與原混凝土中水化物進行水化反應，進而產生不溶於水的針狀結晶體，填充混凝土毛細孔，有效增加混凝 23.

(42) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 土的水密性，達到防滲、防潮的效果。含觸媒化合物催化劑之防水材料塗抹於混凝土表面時，會於混凝土的孔隙溶液中快速的擴散成為 Ca2+及 X2-，由於擴散混凝土中存有矽酸根離子（SiO32-），Ca2+會與 SiO32-反應成結晶物 CaSiO3．(nH2O)，結晶填充於孔隙並與混凝土結為一體。另外 X2-離子會於混凝土孔隙溶液中移動，與水泥水化生成物 Ca(OH)2 接觸時生成 C-S-H 結晶。由於矽酸質材料滲入混凝土內遇水可釋出鈣離子與原混凝土內之矽酸根離子及 Ca(OH)2 發生反應，生成樹枝狀結晶體填充於混凝土孔隙及裂縫，達到防水、保護鋼筋之目的。. 2.表面封層(surface coating) 固體含量多的聚合物聚合物溶液，除可堵住孔隙外，亦可在水泥質材料表面生成一層較薄且連續的護膜(thin continuous film)，表面封層係利用乳劑(emulsion) 或乳膠(latex)在水泥質材料表面製造一層相當厚度且緻密的不透水層(thick dense layer)來防止水汽進入，但這類物質並不進入孔隙內產生堵塞的作用。而以緻密的塗料或特殊的環氧樹脂砂漿(epoxy mortar)披覆在水泥質材料表面也屬於表面封層的保護方式。混凝土中使用掺料，以增加緻密性來改善透水性，亦可於混凝土表面使用塗封材料，來提昇混凝土之耐久性。聚合物水泥防水材料(polymer modified cementitious waterproofing coating, PMC)為表面封層修復材料，亦稱為複合防水塗料或彈性水泥，主要係以丙烯酸酯等聚合物乳液或水泥為主要原料，加入其它外加劑製得的建築防水塗料，其對環境和人體健康無害。具有良好的抗滲性、耐水性、耐候性和黏結性，尤其與混凝土、石材、磁磚、鋼材、木材、玻璃等都有很好的黏結性，特別是能夠在潮濕基層上施工固化成膜。聚合物水泥防水塗料根據其性能分為 I 型和 II 型兩種型號。其中 I 型拉伸強度≧ 1.2 MPa，斷裂伸長率≧ 200%，潮溼基面黏結強度≧ 0.5 MPa，主要用於有較大變形的建築部位，如屋面、牆面等部位；II 型拉伸強度≧ 1.8 MPa，斷裂伸長率≧ 80%，潮溼基面黏接強度≧ 1.0 MPa，主要用於長期浸水環境下的建築防水工程，如地下室、浴廁間、游泳池、蓄水池、地鐵、隧道等工程防水。. 修補材料性能驗證試驗法 1.抗化學侵蝕試驗本試驗參照 ASTM C88 進行水泥砂漿抗化學試驗，分別將試體浸於 3.5% NaCl 24.

(43) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. (pH=5.5)、3% NaOH (pH=12.4)及飽和 Na2SO4 (pH=8.7)溶液中進行循環試驗，將試體浸置於試驗溶液中 24 小時後取出至溫度 100 ± 5℃環境中烘乾 24 小時視為 1 次循環，經 5 次循環後紀錄水泥砂漿試體重量變化情形。. 2.透水試驗(JIS) 透水試驗參照日本 JIS-A 6101 規範進行，本試驗藉由量測試體在定水壓下從試體表面至中心之透水量，以達西定律求得混凝土之透水係數。試驗方法簡述如後：將混凝土製成ψ10 × 20 cm 中空之圓柱試體，中空部分圓柱直徑 1.77 cm，試驗儀器與試體外觀如圖 2-6 所示，拆模後分別於第 1、7、14 天齡期，利用噴塗或刷塗適量之修復材料於混凝土試體表面，待修復材料硬固或穩定後繼續置於飽和石灰水中養護至齡期 28 天，待混凝土試體達 28 天齡期後由飽和石灰水中取出並置於室溫環境 7 天後進行透水試驗，混凝土材齡共 35 天。. 圖 2-6 透水試驗儀外觀與試體外觀試驗壓力以定水頭壓力 10 kgf/cm2 進行透水試驗，每 4 小時記錄流出水量 (cm3)，試驗時間為 48 小時。透水係數 K 可由下式表示：. r0 r × Q K= 2πH P0 − Pi. ρ log. 其中 K：滲水係數(cm/sec) ρ：水的單位重(kg/cm3). 25.

(44) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. r：試體之半徑(cm) r0：試體中央孔之半徑(cm) Q：單位時間流量(cm3/sec) P0：試體外側之壓力(kgf/cm2) Pi：試體內側之壓力(kgf/cm2). 3.透水試驗(CRD) CRD-C 48-92 為美國陸軍工兵署之防水檢測方式，其原理為利用一定之水壓注入混凝土試體內，玻璃圓筒內下降之刻度，即為混凝土所能滲入之水量，再將下降刻度之水量建議代入 Darcy 公式，即可求出其滲透係數。試體準備：(1)試體側面周圍塗封比例為 7：3 的石臘和松香和 6.4 mm 厚的高強度膠泥；(2)試體上層放置膠環並將其放置於金屬容器中；(3)於試體與金屬容器間注入 110 ℃的瀝青，以防止施加水壓時，水從側面塗封材料 (石臘、松香及高強度膠泥 ) 中滲流出來。操作程序：(1)將試驗系統壓力先降至(9.8×10. 4. Pa)，系統內必須裝滿 23±1°C. 的水，直到真空計顯示(6.75×10 4 Pa)；(2)先施加 100 psi (0.69 MPa )的壓力到貯水容器( water reservoir )，此時將閥門先打開，五分鐘後再將系統的壓力提高至 200 psi ( 1.38 MPa )；(3)每 10 分鐘記錄 gage glass 直到滲流量穩定，記錄 14~20 天。透水試驗設備及試驗原理係參照 CRD C48-92 規範進行，其設備包括氮氣鋼瓶、儲水器、油壓錶、進水閥門、放水閥門、放氣閥門、入氣閥門，如圖 2-7 所示。其最大壓力為 50 kg/cm2。. 圖 2-7 透水試驗設備(CRD C48) 26.

(45) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 4.透水試驗(CNS) 係參照 CNS 3763 標準進行，將試體上下面中央處置放一塊中央直徑為 5 cm 透水圓孔，厚度 1 cm 以上之橡皮襯墊並緊塞後，由試體上方施加水壓 1 小時，如為水泥砂漿用應加水壓 9.8 kPa，如係混凝土用則採水壓 294.0 kPa，其結果以下式表示之：透水量(g) = m2 – m1 式中，m1 = 試體乾燥後，於室溫下存放 1 小時後試體質量。 m2 = 施以 9.8 kPa 及 294.0 kPa 之水壓 1 小時後試體重。. 5.吸水率試驗法本試驗係參考 ASTM C642-97 硬固混凝土吸水率試驗進行實驗，首先將養護的試體取出後直接置入烘箱(100°C~110°C)中烘乾，待 24 小時後取出在室溫 (20°C~25°C) 下冷卻並秤重，待此值相差在 0.5%時記錄其重量(A)；然後將試體置於水中，每格 48 小時取出並將表面擦乾後秤重，待實驗值相差在 0.5%時，視為試體以達飽合狀態，記錄其重量(B)並帶入下列公式求出試體之吸水率。 B− A⎞ 試體吸水率 (%) ＝ ⎛⎜ ⎟ ×100% ⎝ A ⎠ 式中 A：爐乾試體重量(g) B：試體飽合狀態重量(g). 6.初始吸水速率試驗初始吸水速率試驗(initial surface absorption test, ISAT)是評估試體中水分藉毛細現象傳送的一項簡便試驗，因此也可利用來評估試體的表面性質。試驗時，將爐乾的試體置入水槽，試體底部應墊高儘量使整個底面浸入水中，水面高度不應超過試體底部 5 mm，同時可在試體側面以防水材料塗封，避免水由側面孔隙進入，接著分別在靜置 1、4、9、16、25、36、49 及 64 分鐘後取出試體，以濕布擦拭底部後秤重。計算公式如下： a =. Δm Af (t ). 式中，a：吸水速率(g/m2tn) Δm：吸收水量(g) 27.

(46) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. A：接觸水面積(m2) Af (t)：時間函數，通常 f (t) = (t)1/2 亦即 n = 1/2。. 第四節國內 RC 建築物劣化修復材料應用混凝土裂縫修補材料 1.環氧樹脂(epoxy resin) 主要針對 RC 建築物之內外壁、柱、樑與天花板等小於 0.5 mm 之微裂縫(hair crack)進行修補。主要特性包括(1)黏度低；(2)滲透性佳，可注入修補微細之裂縫； (3)具有高強度之接著力；(4)耐水性；(5)耐久性；(6) 依環境條件調整溶質比例，搖變性易控制；(7)垂直面施工垂流；(8)充填性佳，最適用於多孔性材質。. 2.無收縮灌漿劑無收縮灌漿劑屬於水泥砂漿添加為膨脹劑進行灌漿修復大於 0.5 mm 之較大裂縫，主要為 RC 建築物之柱與牆。. 3.液體橡膠型聚硫化物橡膠型聚硫化物(polysulfide caulking)主要針對活動載重所造成之伸縮裂縫進行修補，特性包括(1)流動性佳；(2)搖變性佳；(3)硬固後延展性佳與彈性接著力強； (4)適用於平面之填縫；(5)垂直面施工不垂流。. 4.聚氯丁烯系合成橡膠一般聚合物修補材料使用之聚氯丁烯系合成橡膠為聚偏二氯乙烯 (poly vinylidene chloride，PVDC)，應用作為混凝土間之填充與填縫接著用，主要特性包括(1)乾燥速度快；(2)具彈性；(3)耐衝擊；(4)耐水；(5)耐熱性；(6)施工方便。. 混凝土剝落修補材料 1.聚合物改質水泥砂漿一般應用於聚合物樹脂水泥砂漿包括壓克力系乳膠(SA)與 EVA 系乳膠，與普通水泥砂漿相比較，聚合物樹脂水泥砂漿特性包括：(1)流動性增加：因為聚合物樹脂中均含有分散劑使聚合物樹脂微粒均勻分散，同時分散劑對水泥有減水分散效果；(2)具輸氣性：如果分散劑為陰離子型界面活性劑，則會有輸氣效能；(3)增. 28.

(47) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧. 進保水性：在水化過程中，因為聚合物樹脂微粒充填於毛細孔中及形成薄膜，因此失水現象會減緩；(4)保水性增加，泌水降低；(5)抗凍融性佳；(6)水密性好，防水性優良；(7)乾燥收縮的量減少；(8)撓度、抗折強度顯著增加；(9)耐磨及耐衝擊性增加 10-15 倍；(10)對於藥品、化學品、油資之抵抗力增加防腐蝕；(11)對於磁磚、新舊混凝土、石材、鋼板、玻璃等等材料之接著力增強；(12)抗壓強度可能降低、因輸氣效果使空氣含量增加，抗壓強度降低。. 2.塑鋼土混凝土專用塑鋼土為液態環氧樹脂添加填充物-石粉拌合製成，主要為建築物表面修飾與局部孔洞之鋼性接縫填補，其他亦可應用於建築結構體內外牆、屋頂、門窗裂縫、水管、磁磚之修補，以及樑柱、樓版鋼筋外露修補，混凝土破損修補。該材料主要特性包括(1)接著性強；(2)乾面、潮濕面、水中，可直接黏附凝固；(3) 硬化後堅硬強固；(4)耐高溫；(5)耐酸鹼；(6)修補後可直接油漆。. 建築物滲漏水修補材料 1.彈性水泥彈性水泥即為混合苯丙烯酸樹脂(styrene acryl ate, SA)與普通水泥砂漿製成。. 2.水泥防水劑水泥防水劑屬於油酯類化合物，添加於水泥漿拌合後直接塗封。國內 CNS 3763(水泥防水劑) 規範針對該類型產品已制定測試方法與標準包括凝結時間、安定性、強度比、吸水比與透水比。. 第五節聚合物改質水泥基修復材料改質水泥基質材料的方式很多，分別有卜作嵐材料(pozzolans)、纖維(fiber)以及聚合物(polymer)，添加至水泥砂漿中都有不同的效益。卜作嵐材料有飛灰(fly ash)、矽灰(silica fume)以及爐石(blast furnace slag)，在水泥砂漿中添加卜作嵐材料的目的，可提供細粒料保持良好工作性與粉飾性，而耐久性方面者可提供抗硫性、抗撿粒料反應之膨脹作用、降低滲透性以及降低水化熱；在經濟上可以減少水泥用量同時節省成本。普通水泥基質材料具有很高的抗壓強度、較大的剛性與較好的耐久性，但存. 29.

(48) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 在凝結與硬化過程中收縮大、抗拉、抗彎強度低、伸長率小以及抗衝擊性低…等缺點。其抗拉強度又是抗壓強度的 1/7-1/10，受拉伸長率只有 0.005% - 0.05%，斷裂功為 30 J/m2 - 80 J/m2。隨著水泥基材抗壓強度的大幅提高，乾縮與脆性問題也顯得更為突出。水泥質材料中加入纖維其主要作用如(1)使水泥基材的力學強度提高，例如提高抗壓、抗彎、抗拉強度；(2)在水泥基材中起抗裂作用：當水泥基材在塑性階段時，很容易發生微細裂縫，在硬化過程中則因失水乾縮導致微細裂縫的擴大產生新的裂縫，纖維加入水泥基質材料中可阻止材料中原有裂縫的擴展並延緩新裂縫產生，可使複合材料的抗滲及抗凍等性能增加；(3)提高水泥基材的變形能力：纖維增強水泥基複合材料的抗彎強度，即時基材已出現大量的分散裂縫，仍可繼續承受外力具有延性，由此可見複合材料的韌性與抗衝擊性明顯提高。. 聚合物聚合物基材的種類甚多，分為乳液狀聚合物、再分散聚合物粉末、水溶性聚合物以及液態聚合物，上述四類之聚合物又分許多總類，如下圖 2.8 所示。利用聚合物來作水泥基質材料的改質，其原因有下列幾點： (1)減水效果功能，所產砂漿有好的工作性且可降低水灰比減少乾縮。 (2)可增加混凝土新舊交界處的黏結強度。 (3)可減少修補砂漿對水、CO2 及油類的滲透性，並且可增加抗化學性。 (4)可增加砂漿的拉力及抗彎強度。. 30.

(49) 第二章既有 RC 建築物劣化及修復文獻回顧天然橡膠乳液. 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR). 彈性橡膠乳液氯丁乙烯橡膠人造橡膠乳液 Methyl methacrylatebutadiene rubber(MBR) Polyacrylic ester(PAE) 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA) 苯乙烯-壓克力樹脂(SAE) Polyvinyl propionate(PVP) 熱塑性乳液聚合物乳液. Polypropylene(PP) 聚乙烯醋酸乙烯醋(PVA) 熱硬性乳液. 環氧樹脂(EP) 瀝青. 瀝青乳液. 橡膠瀝青石蠟. 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA) Polyvinyl acetate-vinyl versatate(VAVeoVA) 聚合物基材. 再分散聚合物粉末苯乙烯-壓克力樹脂(SAE) Polyacrylic ester(PAE) Cellulose derivative 聚乙烯醋酸乙烯醋(PVA) 水溶性聚合物 Polyacrylamide 壓克力環氧樹脂(EP) 液態聚合物不飽和聚酯(UP)樹脂. 圖 2-8 聚合物基材分類本研究係將聚合物(polymer)應用在水泥基質砂漿中，來作為改善水泥基質砂漿的缺點，由於水泥基質砂漿本身的黏結強度低、抗彎強度低、抗拉強度低、乾縮大、防水性不佳及多孔性…等。研究計畫利用聚合物作為水泥基質砂漿改質研究，從聚合物中選用三種樹脂類一種橡膠類來做深入探討，分別為苯乙烯-丁二烯橡膠(Styrene Butadiene Rubber, SBR)、聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)及聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯(Polyvinyl acetate-vinyl versatate, VeoVA)，本研究使用上述三種樹脂的原因包括(1)增加流動性；(2)增加保水性；(3)降低泌水；(4)抗彎強度增加；(5)黏結強度增加；(6)抗拉強度增加；(7)水密性好；(8)減少乾縮；(9) 31.

(50) 既有 RC 建築物劣化及其修復之研究. 抗氯離子滲透；(10)抗中性化。經由聚合物改質水泥砂漿後，可應用作為修補材料與防水材料，聚合物水泥防水材料簡稱 PMC 或複合防水塗料或彈性水泥。主要係以丙烯酸酯等聚合物乳液或水泥為主要原料，加入其它外加劑製得的建築防水塗料，其對環境和人體健康無害。具有良好的抗滲性、耐水性、耐候性和黏結性，尤其與混凝土、石材、磁磚、鋼材、木材、玻璃等都有很好的黏結性，特別是能夠在潮濕基層上施工固化成膜。聚合物改質水泥砂漿之材料備製形式與其拌合方式，對施工便利性與品管控制之優缺點如下所述： (1)乾粉形：在工廠內比照最佳配比調製而成，直接加水使用方便，經過品管生產，品質均勻。 (2)液體形-現場配式：在工地現場師父依建議配比自己配製，施工步驟繁雜，品管難控制，品質不均勻。 (3)液體形-現場添加式：在工廠內僅調好水泥、粒料及其他化學品，現地掺加樹脂乳液及水，施工步驟雖以簡化，但仍需過秤，品質難控制，品質易流於不均勻。 (4)糊狀形：在工廠內已依最佳配比調製而成，可直接使用，乾燥硬化慢，不可用於室外，未添加水泥。國內外研究文獻顯示，針對聚合物改質水泥砂漿進行力學性質及物理性質試驗之成果如表 2-5 所示。另外，藉由表 2-6 比較各種聚合物改質水泥砂漿於試體硬固前後之特性差異，可以瞭解不同聚合物屬性為何。. 32.