濱海工業(yè)區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)造物之腐蝕防制

1、土木水利 第二十八卷 第一期民國(guó)九十年五月，第4152頁(yè)Civil and Hydraulic EngineeringVol. 28, No. 1, May 2001, pp. 4152混凝土專(zhuān)輯濱海工業(yè)區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)造物之腐蝕防制張 吉 佐 中興工程顧問(wèn)股份有限公司協(xié)理兼大地工程部經(jīng)理 方 仲 欣 中興工程顧問(wèn)股份有限公司大地工程部工程師摘 要由於濱海工業(yè)區(qū)所處環(huán)境之特性，鋼筋混凝土構(gòu)造物可能發(fā)生混凝土劣化及鋼筋銹蝕等腐蝕問(wèn)題；因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)之防腐蝕檢驗(yàn)，並視需要採(cǎi)取適當(dāng)?shù)姆栏g措施，以保障結(jié)構(gòu)物之使用壽命。本文首先解釋鋼筋混凝土之腐蝕機(jī)制，並表列環(huán)境介質(zhì) (即水、土壤、及空氣) 之

2、腐蝕性檢驗(yàn)項(xiàng)目，其次簡(jiǎn)單說(shuō)明一些腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，並提出較易應(yīng)用之防腐蝕對(duì)策，最後舉國(guó)內(nèi)一工程實(shí)例說(shuō)明其防腐蝕測(cè)試與設(shè)計(jì)成果。一、前 言濱海工業(yè)區(qū)係以人工填土 (砂源常來(lái)自外海) 填築而成之海埔新生地，昔為海水所淹沒(méi)，造地後距離海岸通常亦僅在數(shù)公里之內(nèi)。海水之主要成分如表1所示，其中含有濃度相當(dāng)高之氯離子及溶解氧，對(duì)於鋼筋混凝土具有潛在的腐蝕性；濱海地區(qū)之大氣所挾帶之海盬含有大量的NaCl，其氯離子可破壞鋼筋表面之鈍態(tài)膜；此外，大氣中之含盬量可與硫酸及硝酸盬等起共同作用，因而加速鋼筋之腐蝕速率。另一方面，海水之pH值、溶氧量、鹽度、及溫度等特性經(jīng)常隨離岸距離而顯著變化，對(duì)於鋼筋混凝土之腐蝕性有重

3、要影響。至於潮汐區(qū)因受乾濕循環(huán)作用與高氧量接觸作用，亦極易造成腐蝕現(xiàn)象。表1 海水之主要離子成分元素含量(ppm)主要陽(yáng)離子含量(%)主要陰離子含量(%)氫碳 (無(wú)機(jī)的)碳 (有機(jī)溶解)氧 (溶解O2)(如H2O)氯鈉硫酸鹽鎂鈣鉀重碳酸鹽氟110,000280.56886,00019,40010,8002,7001,30041039014013Na+Mg2+Ca2+K+1.060.130.0400.038ClSO42HCO3F1.90.270.0140.0013事實(shí)上，於濱海工業(yè)區(qū)，鋼筋銹蝕、及混凝土劣化、龜裂的問(wèn)題確實(shí)時(shí)有所聞?；渡鲜觯蕦?duì)於濱海工業(yè)區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)造物之腐蝕問(wèn)題應(yīng)有適當(dāng)考量

4、及妥善因應(yīng)，以保障工程結(jié)構(gòu)物於使用期間的安全。二、腐蝕性分類(lèi)與鋼筋混凝土構(gòu)造物接觸之環(huán)境介質(zhì)，包括水、土壤、及空氣。水及土壤對(duì)混凝土的腐蝕，基本類(lèi)型並無(wú)不同，大致可分為四類(lèi)：(1)結(jié)晶類(lèi)腐蝕：腐蝕介質(zhì)滲入混凝土內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶，體積膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成混凝土破壞。(2)分解類(lèi)腐蝕：腐蝕介質(zhì)使混凝土中之鹼性游離石灰質(zhì)之鹼度降低，引起水泥石水解，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低或崩解破壞。(3)結(jié)晶、分解複合類(lèi)腐蝕：某些鹽類(lèi) (一種或兩種以上同時(shí)存在) 之陰離子具結(jié)晶類(lèi)腐蝕性，陽(yáng)離子具分解類(lèi)腐蝕性，則可能造成結(jié)晶、分解之複合類(lèi)腐蝕，導(dǎo)致混凝土破壞。(4)鹼骨材腐蝕：水或土壤中之鹼滲入混凝土中，與骨材作用產(chǎn)生體積膨脹

5、，造成混凝土破壞之情形。至於水、土壤、空氣對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋之腐蝕性分類(lèi)，詳見(jiàn)表2所示。三、環(huán)境介質(zhì)之測(cè)試評(píng)估環(huán)境介質(zhì)對(duì)鋼筋混凝土之腐蝕性的測(cè)試工作，包括水質(zhì)檢驗(yàn)、土壤檢驗(yàn)、及空氣分析等。各種環(huán)境介質(zhì) (水、土壤、空氣) 對(duì)鋼筋混凝土之腐蝕性的測(cè)試內(nèi)容和方法，詳列如表3 1；對(duì)於鋼筋混凝土材料之腐蝕性檢驗(yàn)分析項(xiàng)目，則列如表4 1，並重點(diǎn)討論於后。3.1 水質(zhì)檢驗(yàn)水中最常遭遇之腐蝕因子，包括K+ + Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、SO42 (硫酸鹽類(lèi))、Cl (氯化物)、HCO3、CO32、NO3、及酸性環(huán)境 (即低pH值) 等。(1) K+ + Na+大量K+ + Na+ 離子的氫氧化

6、物成鹼性，浸入混凝土內(nèi)與骨材中的極細(xì)顆粒作用，引起膨脹產(chǎn)生鹼骨材反應(yīng)的腐蝕。表2 鋼筋混凝土中鋼筋之腐蝕分類(lèi) 1環(huán)境介質(zhì)腐蝕類(lèi)別腐蝕因子腐蝕機(jī)制水土壤酸性腐蝕H+酸性水或土對(duì)鋼筋具有化學(xué)溶解腐蝕綜合性腐蝕以電阻率表示飽和水之混凝土具有低電阻率，為腐蝕之必要條件，臨界值為小於100W×mCl 離子腐蝕Cl於一定之溫度條件下Cl、CO2、SO2滲入到鋼筋表面，破壞鋼筋表面之游離石灰質(zhì)所形成之鹼性膜，造成鋼筋銹蝕，混凝土開(kāi)裂空氣碳化腐蝕CO2硫化腐蝕SO2氧化腐蝕O2於一定之溫度條件下氧氣滲入到鋼筋表面，生成氧化物，造成混凝土脹裂鹽腐蝕NaClNaCl飽和之大氣，如海洋大氣、工業(yè)污染的大氣

7、，對(duì)鋼筋產(chǎn)生鹽腐蝕表3 水、土壤、及空氣之腐蝕性測(cè)試項(xiàng)目和方法 1序號(hào)項(xiàng)目方法序號(hào)項(xiàng)目方法水質(zhì)測(cè)試21.NH4+比色法A. 水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)描述22.Ca2+EDTA容量法1.顏色定性描述23.Mg2+EDTA容量法2.臭味定性描述24.Cl摩爾法3.懸浮物定性描述25.SO42EDTA容量法4.沈澱物定性描述26.HCO3酸滴定法5.溫度溫度計(jì)27.CO32酸滴定法B. 水質(zhì)簡(jiǎn)易分析28.NO3水楊酸比色法6.K+Na+差減法29.Fe3+比色法7.NH4+比色法B. 土壤原位測(cè)試8.Ca2+EDTA容量法30.pH錐型電極法9.Mg2+EDTA容量法31.氧化還原電位鉑電極法10.Cl摩爾法32.

8、腐蝕電位硫酸銅電極法11.SO42EDTA容量法33.電位梯度直角法或圓周法12.HCO3酸滴定法空氣測(cè)試13.CO3酸滴定法A. 一般污染氣體14.NO3水楊酸比色法34.二氧化碳鹼吸收法15.pH電位法35.二氧化硫H2O2高氯酸鋇釷試劑法16.侵蝕性CO2蓋耶爾法B. 其他污染氣體17.游離CO2鹼滴定法36.氨硫酸吸收比色18.總硬度計(jì)算法37.氟化氫比色法19.總礦化度計(jì)算法38.硫化氫鋅氨絡(luò)鹽吸收土壤測(cè)試39.氮的氧化物比色法A. 土壤之易溶鹽全量分析40.氯氣甲基橙比色法20.K+Na+差減法41.氯化氫氣硫氰酸汞比色表4 鋼筋混凝土材料之腐蝕性調(diào)查的檢驗(yàn)項(xiàng)目 1環(huán)境介質(zhì)工程性質(zhì)

9、或環(huán)境條件建築材料檢驗(yàn)項(xiàng)目水一般工程混凝土1 19混凝土中之鋼筋10, 11, 15混凝土20 28混凝土中之鋼筋24, 30土壤特種工程混凝土20 28混凝土中之鋼筋24, 30有雜散電流的土層鋼筋混凝土32, 33大氣未受化學(xué)工業(yè)嚴(yán)重污染混凝土、鋼筋混凝土34, 35受化學(xué)工業(yè)嚴(yán)重污染混凝土、鋼筋混凝土34, 41(2) Ca2+、Mg2+、和總硬度水中多價(jià)金屬離子的濃度稱(chēng)為總硬度，通常係指鈣鎂離子的濃度。大量鎂離子的氯化物，可能降低混凝土中的石灰鹼度而分解混凝土，亦可能與混凝土中的水化矽酸鈣生成結(jié)晶體，體積膨脹而腐蝕。水中大量的氯化鈣，亦可與混凝土中的鋁酸三鈣水化物生成體積膨脹的結(jié)晶體而

10、腐蝕。(3) NH4+、NO3大量的NH4+ 離子可降低混凝土中的石灰鹼度而分解混凝土。大量的NO3，可與混凝土中之游離石灰質(zhì)生成體積膨脹的結(jié)晶體而腐蝕。(4) SO42水中的硫酸根離子SO42 為混凝土中鋼筋銹蝕的重要因子，SO42 與水泥中的C3A (3CaO×Al2O3，即三鋁酸鈣) 反應(yīng)生成體積較大之化合物 (Calcium sulphoaluminate，俗稱(chēng)ettringite，即鈣釩石)，因其體積膨脹而造成混凝土之裂縫，進(jìn)一步的反應(yīng)促使腐蝕加速進(jìn)行。通常硫酸根離子係以硫酸鈣、硫酸鎂或硫酸鈉之型式存在，此三種鹽類(lèi)於水中之溶解度及其對(duì)於混凝土的侵蝕性差異頗大；因此，硫酸根離

11、子究竟係以何種型式存在，對(duì)於腐蝕之形成有重大關(guān)聯(lián)。(5) Cl良好品質(zhì)之混凝土本身並不易受土中或水中氯化物之侵襲，但祇要是極低濃度之氯離子，便可以破壞保護(hù)鋼筋表面的鈍化膜，並加速鋼筋之電化學(xué)銹蝕過(guò)程 (陽(yáng)極銹蝕作用)，銹蝕鋼筋之膨脹進(jìn)而造成混凝土之崩解。(6) HCO3、CO32某些情況下，HCO3 對(duì)混凝土中的游離石灰質(zhì)之溶出速度快，可造成混凝土之分解。於乾濕交替帶，水中大量的CO32 及OH 滲入混凝土中，可能造成結(jié)晶、及分解之複合性腐蝕。(7) pH值 (酸性地下水)地下水酸化可能肇因於工業(yè)污染。酸性的地下水可能導(dǎo)致水泥中之石灰 (Lime) 溶出 (leaching)，一般天然水之pH

12、值若低於6.0時(shí)，須考慮對(duì)鋼筋之腐蝕性。(8) 侵蝕性CO2、游離CO2大氣中的CO2溶於水中，生成水中的游離CO2，它與水中的HCO3、CO32、H+ 離子，存在著某種平衡關(guān)係，若游離CO2的濃度低於平衡所需量時(shí)，便破壞平衡，進(jìn)一步的反應(yīng)逐漸將混凝土內(nèi)部的鹼性游離石灰質(zhì)溶出，產(chǎn)生分解性腐蝕。(9) 總礦化度總礦化度為主要陽(yáng)離子與主要陰離子的質(zhì)量總和 (mg/l)，總礦化度超過(guò)50g/l時(shí)，水質(zhì)pH介於3 11時(shí)，對(duì)於鋼筋具嚴(yán)重腐蝕性。3.2 土壤檢驗(yàn)(1) 易溶鹽全量分析土壤中之腐蝕因子，可進(jìn)行易溶鹽全量分析加以測(cè)定，一般取通過(guò)孔徑2mm篩之風(fēng)乾土樣100g，按土：水 = 1：5比例加入純水

13、，再置於震盪器上震盪3分鐘過(guò)濾，貯存濾出液備用；另取過(guò)篩土樣10g，測(cè)定含水量及乾土質(zhì)量。取濾出液測(cè)定K+ + Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、SO42、Cl、HCO3、CO32、及NO3 等，各項(xiàng)內(nèi)容參考3.1節(jié)。(2) 現(xiàn)地測(cè)定pH值土壤之pH值，通?？伸妒覂?nèi)以易溶鹽全量分析之浸出水測(cè)定，惟因土樣中原有CO2氣體已消失，測(cè)得之pH值可能較高；為測(cè)得天然土壤之pH值，可採(cǎi)用以錐形玻璃電極為指示電極，飽和氯化鉀甘汞電極為參考電極之方法，將二者直接插入土中可測(cè)得現(xiàn)地之pH值。3.3 空氣分析空氣中最常遭遇之腐蝕因子，包括CO2及SO2、在某些化工廢氣污染嚴(yán)重之處，還可能有氨、氟化氫、硫化氫

14、、氮的氧化物 (NO、NO2)、氯及氯化氫等氣體。(1) CO2濃度大於2,000mg/m3之CO2對(duì)濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)地區(qū)的鋼筋混凝土具腐蝕性，因其使混凝土中的鹼性石灰質(zhì)產(chǎn)生碳化作用，降低其pH值，造成鋼筋銹蝕、體積膨脹，終致混凝土之崩解。(2) SO2濕度大於60% 時(shí)，空氣中的SO2在鐵、錳等金屬觸媒劑作用下，氧化為SO3後與水分結(jié)合成為硫酸霧，或成為酸雨，可能對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕作用。(3) 其他污染氣體其他腐蝕性氣體，如氨、氟化氫、硫化氫、氮的氧化物 (NO、NO2)、氯及氯化氫等氣體，一般係偶發(fā)性洩漏所引起，危害範(fàn)圍不大，而且亦僅對(duì)濕度大於60% 之濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)地區(qū)才可能產(chǎn)生腐蝕作用。四、腐

15、蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基本上，腐蝕性評(píng)價(jià)方法有綜合項(xiàng)目評(píng)價(jià)法及單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法。綜合項(xiàng)目評(píng)價(jià)法即就水質(zhì)或土質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)一一評(píng)定其指數(shù)，再計(jì)算該等指數(shù)的綜合值，以評(píng)定其腐蝕性；德國(guó)和美國(guó)即採(cǎi)用此種方法。而單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法則係針對(duì)水質(zhì)或土質(zhì)的各個(gè)單項(xiàng)因子，評(píng)定其腐蝕性的強(qiáng)弱；運(yùn)用單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法時(shí)，以較高腐蝕等級(jí)為結(jié)論，若有兩類(lèi)以上 (含兩類(lèi)) 之相同腐蝕等級(jí)，則防腐蝕措施之等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)。我國(guó)目前尚未建立鋼筋混凝土之腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，張吉佐與方仲欣 (1997) 曾介紹國(guó)際上幾個(gè)主要具代表性的環(huán)境介質(zhì)之腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)，可作為腐蝕性評(píng)價(jià)工作之初步參考。惟需指出，由於工程要求、環(huán)境條件、及所用材料規(guī)格不同，因而各國(guó)之腐蝕

16、性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)亦不盡相同，如圖1顯示各國(guó)評(píng)價(jià)硫酸鹽腐蝕性之標(biāo)準(zhǔn)即略有差異，應(yīng)用於重要工程而言，似宜保守因應(yīng)。圖1 各種評(píng)價(jià)硫酸鹽腐蝕性的不同標(biāo)準(zhǔn)以下扼要介紹國(guó)際上幾個(gè)主要具代表性的環(huán)境介質(zhì)之腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)，可作為腐蝕性評(píng)價(jià)工作之初步參考。 (1)水對(duì)鋼筋混凝土腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表5。 (2)土壤對(duì)鋼筋混凝土腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表6。(3) 空氣對(duì)鋼筋混凝土腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表7。表5 水對(duì)鋼筋混凝土之腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 1腐蝕因子指標(biāo)或含量腐蝕程度pH值氫離子指數(shù)1 3強(qiáng)3 4.5中4.5 6弱侵蝕性CO2 (mg/l)> 40弱SO42 (mg/l)> 4000強(qiáng)1000 4000中25

17、0 1000弱Cl- (mg/l)5000 10000中500 5000弱< 500無(wú)Mg2+ (mg/l)> 4000強(qiáng)3000 4000中1500 3000弱NH4+ (mg/l)> 1000強(qiáng)8000 1000中500 800弱Na+ + K+ (mg/l)50000 100000弱< 50000無(wú)表6 土壤對(duì)鋼筋混凝土之腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 1腐蝕因子含量腐蝕程度硫酸根離子含量SO42 (mg / 風(fēng)乾土kg)> 6000強(qiáng)1500 6000中400 1500弱氯離子含量Cl (mg / 風(fēng)乾土kg)> 7500中750 7500弱400 750無(wú)pH值&

18、lt; 3強(qiáng)3 4.5中4.5 6弱表7 空氣對(duì)鋼筋混凝土之腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 1腐蝕因子含量(mg/m3)環(huán)境相對(duì)濕度 (%)腐蝕程度腐蝕因子含量(mg/m3)環(huán)境相對(duì)濕度 (%)腐蝕程度氯1 5> 75強(qiáng)氟化氫5 50> 75中60 75中60 75弱< 60弱< 60弱0.1 1> 75中二氧化硫10 200> 75強(qiáng)60 75弱60 75中< 60無(wú)< 60弱氯化氫1 15> 75強(qiáng)0.5 10> 75中60 75強(qiáng)60 75弱< 60中< 60無(wú)0.05 1> 75中硫酸酸霧大量作用> 75強(qiáng)60 75中

19、少量作用> 75中< 60弱< 75弱氮氧化物 (折合二氧化氮)5 25> 75強(qiáng)二氧化碳> 2000> 75中60 75中60 75弱< 60弱< 60無(wú)0.1 5> 75中氨> 20> 75弱60 75弱60 75弱< 60無(wú)< 60無(wú)硫化氫5 100> 75強(qiáng)醋酸酸霧大量作用> 75強(qiáng)60 75中少量作用> 75中< 60弱< 75弱0.01 5> 75中60 75弱< 60無(wú)五、防腐蝕對(duì)策5.1 調(diào)查原則進(jìn)行腐蝕調(diào)查時(shí)，內(nèi)容應(yīng)包括環(huán)境特性、各項(xiàng)腐蝕因子之測(cè)試及評(píng)價(jià)等。

20、就一般工程而言，較少針對(duì)空氣進(jìn)行腐蝕測(cè)試；通常對(duì)於地下水位以上係取土樣測(cè)定土質(zhì)的腐蝕性，對(duì)於地下水位以下則取水樣測(cè)定水質(zhì)的腐蝕性。地下水位以上的土層又分為濕潤(rùn)帶 (地下水毛細(xì)上升範(fàn)圍內(nèi)) 及乾燥帶，濕潤(rùn)帶範(fàn)圍受氣候影響。地下水位高程亦經(jīng)常隨季節(jié)變動(dòng)，故造成乾濕交替帶，具有較強(qiáng)之腐蝕性，設(shè)計(jì)者應(yīng)特別留意。5.2 防腐蝕原則腐蝕因子對(duì)於鋼筋混凝土之腐蝕程度一般可劃分為 無(wú)、弱、中、強(qiáng)；或 微弱 (或正常)、中等、顯著、及強(qiáng)烈四級(jí) (如前所述，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同)，不同程度之防腐蝕基本對(duì)策如表8所示。由表8可知，降低水灰比，減少混凝土之孔隙及滲透性為抗腐蝕之基本原則；另一方面，亦可以陰極防蝕、或鋼筋表

21、面被覆等方法保護(hù)鋼筋免於腐蝕。表8 一般腐蝕性分級(jí)及基本防治對(duì)策腐蝕性等級(jí)防治對(duì)策微 弱正常之工程措施中 等可使用抗硫 (或其他特殊) 水泥厚度水灰比，增加保護(hù)層增加水泥含量，降低顯 著必須使用抗硫 (或其他特殊) 水泥強(qiáng) 烈必須使用抗硫 (或其他特殊) 水泥，並加適當(dāng)之永久塗料或塗層 (如熱浸鍍鋅鋼筋或環(huán)氧樹(shù)脂塗裝鋼筋) 等，亦可考慮換土等其他防治措施進(jìn)一步而言，鋼筋混凝土之防腐蝕原則包括： (1)選擇適當(dāng)?shù)幕炷敛牧希喊ㄋ?(如降低水泥中之C3A含量)、粗細(xì)骨材、礦物質(zhì)附加劑、化學(xué)附加劑、及拌合水等，以達(dá)到較佳的耐久性。 (2)儘量降低水灰比：以獲得低滲透性之混凝土。若為工作度之考量，

22、亦可採(cǎi)用強(qiáng)塑劑 (plasticizer)，利用其減水功能而達(dá)到降低水灰比之目的。 (3)增加混凝土的保護(hù)層厚度。 (4)對(duì)混凝土採(cǎi)用特殊處理、如添加腐蝕抑制劑、塗裝 (如塗裝有機(jī)薄膜層，以形成阻水屏障) 等以降低鋼筋腐蝕之機(jī)率。 (5)對(duì)鋼筋採(cǎi)用防蝕塗裝：塗裝係將鋼筋與外界腐蝕因子隔離，可分為有機(jī)被覆和無(wú)機(jī)被覆。有機(jī)被覆係將油漆、玻璃纖維、或高分子材料等被覆於鋼筋表面；無(wú)機(jī)被覆則係以電鍍、熱浸等方式在鋼筋表面塗覆一層薄膜 (如環(huán)氧樹(shù)脂塗層或鍍鋅鋼筋等)。 (6)採(cǎi)用陰極防蝕措施。 (7)採(cǎi)用抗腐蝕合金，如不銹鋼等。 (8)若腐蝕為地下水酸化所致，則應(yīng)設(shè)法確認(rèn)污染源，並將此種污染源隔離或消除。

23、 (9)採(cǎi)取腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以追蹤腐蝕之發(fā)展過(guò)程，並瞭解其對(duì)結(jié)構(gòu)整體性之影響。5.3 防腐蝕對(duì)策限於篇幅，本文無(wú)法逐一詳細(xì)討論前節(jié)所述之各種防腐蝕方法，此處僅就其中之混凝土材料及添加劑等進(jìn)一步說(shuō)明如下。(1) 混凝土材料事實(shí)上，影響混凝土耐久性的各種因素，都與混凝土本身的滲透性有關(guān)。無(wú)疑地，提高混凝土的抗?jié)B性，是改善耐久性的關(guān)鍵，而水灰比又是影響抗?jié)B性的主要因素。迉培云等人 3 指出，當(dāng)水灰比大於0.6時(shí)，混凝土的滲透?jìng)S數(shù)劇增，抗?jié)B性顯著降低，如圖2所示。經(jīng)驗(yàn)顯示，最佳水灰比介於0.4 0.5之間，或甚至更低，可有效提高混凝土的耐久性。此外，水泥品種、水化程度、骨材最大粒徑及級(jí)配、附加劑品種、施

24、工及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量等，皆對(duì)混凝土之抗?jié)B性有一定的影響。骨材表面、或甚至骨材內(nèi)部含有氯離子者，都可能造成腐蝕問(wèn)題；骨材的粒徑、形狀、與級(jí)配等，亦顯著影響混凝土之耐久性。水灰比滲透?jìng)S數(shù) (1014m/s)水灰比圖2混凝土的滲透?jìng)S數(shù)與水灰比的關(guān)係來(lái)源：迉培云等人 3此外，亦需指出，混凝土在硬化過(guò)程中，易因溫度變化而產(chǎn)生體積收縮、或甚至開(kāi)裂，而形成混凝土之滲水路徑 (通常指大於0.1mm以上)；因此，除了提高混凝土的抗?jié)B性，同時(shí)須控制此種收縮裂縫?；渡鲜?，可知即使已採(cǎi)用適當(dāng)?shù)姆栏g設(shè)計(jì)，仍有需要對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行長(zhǎng)期定期檢視及維護(hù)。工程經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，降低水泥中之C3A (即鋁酸三鈣，3CaO×Al2O3)

25、 含量、低水灰比、適當(dāng)?shù)乃嘤昧考皟?yōu)良的施工品質(zhì)所形成之密實(shí)的混凝土，確具較佳之耐久性。國(guó)內(nèi)通用之普通水泥C3A含量大致介於10 15% 之間，CNS規(guī)定II型水泥之C3A含量為8% 以下，型水泥之含量則為5% 以下。一般而言，海洋建築物之常用規(guī)格為：骨材最大粒徑為3/4 3/2in、水灰比低於0.5、常使用輸氣劑 (空氣體積約為3 5%)，也常採(cǎi)用II型抗硫水泥。國(guó)內(nèi)濱海工業(yè)區(qū)之建築規(guī)範(fàn)，通常亦規(guī)定採(cǎi)用II型抗硫水泥，以獲得較佳之耐久性歐洲國(guó)際混凝土規(guī)範(fàn) (1989) 對(duì)混凝土耐久性的要求，見(jiàn)表9。Bartholomew 6 建議對(duì)混凝土基樁之防腐蝕設(shè)計(jì)之一般原則，如表10所列?；鶚兜男褪较?/p>

26、當(dāng)重要，預(yù)鑄樁之混凝土相當(dāng)密實(shí)，而反循環(huán)樁之密度通常較差，所以分別為最不易和最易受腐蝕者。Bartholomew 6 並進(jìn)一步提出不同腐蝕條件下的常用水泥含量和水灰比之建議，如表11所示。(2) 混凝土附加劑礦物質(zhì)附加劑，如優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)爐渣、及其他卜作嵐 (Pozzolans) 材料等，皆可進(jìn)一步降低混凝土之滲透性，從而提高耐久性。添加於混凝土之常用附加劑，並不一定有利於混凝土之耐久性，使用時(shí)應(yīng)特別注意。附加劑主要分為四大類(lèi)： 1.輸氣劑：物理性之輸入氣泡，每輸入1% 之空氣，可減少拌合水約2 4%，於降低滲透性之同時(shí)，可提高工作性及耐久性。 2.減水劑：在獲得某工作性之條件下，可以減少拌

27、合水量，因而降低水灰比。 3.緩凝劑：用來(lái)阻滯水化作用，有些摻合劑同時(shí)具緩凝及減水作用。 4.早強(qiáng)劑：可加速水化作用，而獲致早期高強(qiáng)度，最常用者為氯化鈣 ¾ 必須注意，溶解之氯離子可能對(duì)鋼筋造成腐蝕，故應(yīng)避免使用。(3) 工程設(shè)計(jì)考量對(duì)於重要結(jié)構(gòu)，進(jìn)行腐蝕測(cè)試、採(cǎi)取適當(dāng)防腐蝕對(duì)策、及定期檢查維修等，都是腐蝕控制之必要工作。此外，一般設(shè)計(jì)經(jīng)常假設(shè)某一工址之平均腐蝕速率為某一特定值，事實(shí)上，這種假設(shè)並不一定正確；因?yàn)楦g是一種高度區(qū)域性的現(xiàn)象，有些位置的表9 歐洲混凝土規(guī)範(fàn)對(duì)混凝土防腐蝕設(shè)計(jì)的規(guī)定混凝土的暴露級(jí)別暴露級(jí)別環(huán)境條件1. 乾燥環(huán)境一般房屋內(nèi)部2. 潮溼環(huán)境a. 不凍濕度高的房

28、屋內(nèi)部；室外構(gòu)件；在無(wú)腐蝕性土質(zhì)或水質(zhì)中的構(gòu)件b. 受凍受凍的室外構(gòu)件；在無(wú)腐蝕性土質(zhì)或水質(zhì)中的受凍構(gòu)件；濕度高並受凍的構(gòu)件3. 潮濕環(huán)境受凍並受冰鹽作用的室內(nèi)及室外構(gòu)件4. 海水環(huán)境a. 不凍全浸或半浸於海水中或在浪濺飛沬區(qū)的構(gòu)件；在飽含鹽分的空氣中的構(gòu)件 (海岸地帶)b. 受凍全浸或半浸於海水中或在浪濺區(qū)並且受凍的構(gòu)件；在飽含鹽分的空氣中並且受凍的構(gòu)件下列各種級(jí)別可單獨(dú)發(fā)生，也可能與上述級(jí)別同時(shí)發(fā)生5.腐蝕性的化學(xué)環(huán)境 (氣體、液體或固體)a.微弱腐蝕性的化學(xué)環(huán)境：工業(yè)區(qū)腐蝕性的大氣環(huán)境b.中等腐蝕性的化學(xué)環(huán)境c.顯著或強(qiáng)烈腐蝕性的化學(xué)環(huán)境環(huán)境暴露級(jí)別與耐久性防護(hù)措施設(shè)計(jì)要求混凝土暴露級(jí)別

29、12a2b34a4b5a5b5c最大水灰比無(wú)筋混凝土0.70鋼筋混凝土0.650.600.550.500.550.500.550.500.45預(yù)力混凝土0.600.60最小水泥用量 (kg/m3)無(wú)筋混凝土150200200200鋼筋混凝土260280280300300300280300300預(yù)力混凝土300300300300300最小混凝土保護(hù)層厚度 (mm)鋼筋混凝土152025404040253040預(yù)力混凝土253035505050354050表10 混凝土基樁防腐蝕設(shè)計(jì)之一般原則 6要求或措施輕微腐蝕情形中等腐蝕情形顯著腐蝕情形強(qiáng)烈腐蝕情形 1.密實(shí)不透水之混凝土是是是是 2.普通波

30、特蘭水泥是是否否 3.抗硫水泥否是是是 4.其他特殊水泥或火山灰水泥否是是是 5.規(guī)定最少水泥用量及最大水灰比是是是是 6.特殊骨材是例如：於酸性環(huán)境中可使用石灰?guī)r骨材 7.增加厚度作為犧牲層否祇採(cǎi)取此一措施並不可靠否 8.規(guī)定最小保護(hù)層厚度是是是是 9.使用永久外襯 鋼鐵否否否是 剛性PVC否否否是 柔性PVC否否否是10.於樁身或鋼筋使用塗裝 (如環(huán)氧樹(shù)脂、松脂、瀝青) 技術(shù)否否否是註：抗硫水泥指C3A含量低於5% 之水泥。表11 混凝土基樁防腐蝕設(shè)計(jì)之常用水泥含量及水灰比 6基樁型式正?；蜉p微腐蝕情形中等腐蝕情形顯著及強(qiáng)烈腐蝕情形預(yù)鑄樁450 475kg/m30.4 0.5450 475

31、kg/m30.4450 475kg/m30.4打擊式場(chǎng)鑄樁280 370kg/m30.25 0.6330 450kg/m30.3 0.55370 500kg/m30.3 0.45鑽掘樁300 450kg/m30.5 0.55350 450kg/m30.475 0.5380 500kg/m30.45 0.5以穩(wěn)定液護(hù)孔，於水中澆鑄混凝土之場(chǎng)鑄樁 (如反循環(huán)樁)350 450kg/m30.5 0.6350 450kg/m30.475 0.5400 500kg/m30.43 0.45腐蝕速率可能是平均值的好幾倍。基於濱海環(huán)境變化的偶然性，或可設(shè)計(jì)多餘構(gòu)件 (redundant member)，即使一

32、套受力構(gòu)件受損，亦不致釀成大災(zāi)。六、工程實(shí)例茲舉國(guó)內(nèi)一抽砂造地而成之濱海工業(yè)區(qū)的建築工址為例，說(shuō)明該鋼筋混凝土構(gòu)造物之防腐蝕設(shè)計(jì)成果。本工址距離海岸約3公里，地下水位於地表下1.2 3.8m間變化，每月平均相對(duì)溼度約介於85% 97% 間。本建築之地下室深度為4m，即基礎(chǔ)幾全位於乾濕交替範(fàn)圍內(nèi)，就環(huán)境介質(zhì)中之水及土壤而言，研判地下水為主要之腐蝕介質(zhì)，故僅針對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，而未進(jìn)行土壤檢驗(yàn)；此外，由於鄰近區(qū)域並無(wú)空氣污染情形，故亦未進(jìn)行空氣分析。6.1 水質(zhì)檢驗(yàn)為瞭解地下水對(duì)於本工程鋼筋混凝土之腐蝕性，曾進(jìn)行多次水樣採(cǎi)取暨檢驗(yàn)工作，包括20餘種檢驗(yàn)項(xiàng)目，礙於篇幅所限，無(wú)法一一列舉，僅將部分檢驗(yàn)數(shù)

33、據(jù)列於表12，並摘要討論如下 1.pH值介於7.7 8.59之間，平均值為8.3 ¾ 此pH值對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。 2.氯鹽 (Cl) 含量介於2,527 6,769mg/l之間，平均為4,384mg/l ¾ 屬於弱至中等腐蝕性。 3.硫酸鹽濃度 (SO42) 濃度介於45 971mg/l，平均約514mg/l ¾ 對(duì)於鋼筋混凝土屬於弱腐蝕性。 4.游離氨離子(NH4+) 濃度皆低於1.14mg/l 對(duì)於混凝土不具腐蝕性。 5.鎂離子 (Mg2+) 濃度介於156 570mg/l，平均約347mg/l ¾ 對(duì)於混凝土不具腐蝕性。表12 中部一濱海工址之水質(zhì)

34、檢驗(yàn)部份結(jié)果井號(hào)採(cǎi)樣日期pH氯鹽mg/l硫酸鹽mg/l游離氨氮mg/l鎂離子mg/lF83/08/308.492527328ND15683/11/158.5926722560.2215784/02/088.540026000.2831784/05/107.95934451.14570S83/08/308.513996643ND30483/11/158.4242854470.4230584/02/088.348338190.5042184/05/107.767699710.60549註：ND表示偵測(cè)數(shù)值小於偵測(cè)極限綜合以上之分析，研判本工址之地下水水質(zhì)對(duì)於鋼筋混凝土基礎(chǔ)具中等腐蝕性。6.2 防腐蝕設(shè)