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鋼筋腐蝕之陰極防蝕工法介紹 黃科銘 技師 一、前言 國內由於早期營建工程對於CNS國家標準「預拌混凝土」中氯離子含量並未規定，直到海砂屋事件於83年3月爆發後，經濟部中央標準局乃於83年7月22日訂定CNS
3090的國家標準，並要求預拌混凝土廠商針對每批新拌混凝土提出「氯離子含量測試報告」及「預拌混凝土品質保證書」。上述規定頒布之前完工鋼筋混凝土結構物有可能潛藏氯離子含量偏高疑慮？ 本人曾參與921地震後被貼「紅單」或「黃單」舊有建築物安全評估工作，有不少建築物主要係氯離子含量偏高所造成，直到現在仍無法解除列管。 本文主要介紹鋼筋混凝土結構物陰極防蝕工法，期能針對氯離子含量偏高舊有建物及鋼筋腐蝕抑制，提供一有效處理方法。 二、陰極防蝕工法概述 陰極防蝕的原理是利用外來電流給鋼筋一個電流，使其電位下降到腐蝕很慢或停止的區域。 鐵放電子的反應，在單獨存在時，其起始電位為Ea
。陰極防蝕外加電流則以鐵放電子的反應中，吸收電子的電流(ic)減去放電子的電流(ia)為基準。使鐵的電位由腐蝕電位降到Ea，則鋼筋腐蝕則可大大降低。
陰極防蝕系統分為兩類：1.犧牲陽極法：便宜、安裝易，但在高電阻環境電流通過不易。2.外加電流法：針對在高電阻環境為最佳之防蝕工法。 鋼筋混凝土陰極防蝕系統基本組件：1.直流電源供應器和電線。2.陽極。3.導電介質。4.鋼筋。5.控制系統(偵測系統)。 三、陰極防蝕工法設計流程 1.目視檢查：a.紙上作業從事繪圖、規格及測試結果之表格。b.針對表面裂縫、混凝土脹裂和表面銹斑之狀態紀錄。c.藉由此一程序研擬陰極防蝕系統之檢測項目。 2.陰極防蝕工程之評估與檢測：a.碳化層厚度量測。b.氯離子及水泥含量量測。c.保護層厚度。d.剝離層評估。e.鋼筋面積減少量測定。f.鋼筋的連續性(導通性)。g.腐蝕電位量測。h.腐蝕電流量測。i.混凝土電阻。 3.陰極防蝕系統設計：a.結構物損壞現況。b.修復範圍及方法。c.環境及氣候。d.水及氯離子來源。e.陽極安裝之環境。f.結構是否可承受額外載重。g.維護是否容易。h.結構預期壽命。 4.陰極防蝕工程施工：a.事前評估。b.系統設計。c.材料及設備。d.施工及安裝。e.竣工及試車。 5.陰極防蝕系統定期維護。 6.維護系統技術轉移:陰極防蝕工程完工需進行下列三種檢查：a.功能檢查：每週或月一次，檢查電源是否開啟以及電源供應器之電壓、電流大小。b.效果檢查：每三個月一次，檢查混凝土外觀、陽極材料、電線、電源供應、電源供應器之電壓和電流及鋼筋電位。c.系統維護：每年一次，包含效果檢查、參考電極檢查、所有操作資料評估及後續維護之建議。 四、陰極防蝕工法之施工注意事項 1.混凝土表面處理：a.混凝土表面之油漬、塗漆、雜質、高電阻質修補材料、金屬或剝落層等，可影響陽極電流分佈之物質，皆須完全清除。b.混凝土表面金屬物與鋼筋連接者，需完全清除，
避免電流集中與系統短路。c.裸露鋼筋需加以除鏽，且混凝土需鑿除至鋼筋背後，以確保修復水泥與鋼筋間握裹力。d.剝落之混凝土需補強，修補水泥電阻值須在20
KW-cm以下。 2.鋼筋之導電性改善及測試：a.鋼筋導電性須加以測試，以確保陰極防蝕電流可均勻傳至鋼筋表面。b.鋼筋導電性之測試面積至少10m2測試一次，其測試方法取既定面積之對角位置，以鋼筋探測器尋出鋼筋位置予以鑿出接線，再測其電阻值。c.若導電性不佳則須做補筋之動作直至符合導電性標準為止。 3.參考電極及工作電極之安裝：a.以鋼筋探測器尋出縱向及橫向鋼筋位置，鑿出適當之面積，將參考電極固定在縱向鋼筋上，探頭朝向橫向鋼筋約1cm
。b.工作電極之安裝方法為攻螺固定法，即將工作電極以自攻螺絲固定在鋼筋上，再用三用電錶量其電阻值，其值須趨近於零，完成後再以樹酯密封接頭。c.待工作電極與參考電極安裝完成，再以修補水泥加以覆蓋，再次量測其電位，防止電位異常。 4.導電性塗料之塗佈：a.導電性塗料施工前，須先用水刀將混凝土表面打成粗面，再將導電性塗料分三次均勻塗佈於混凝土表面，每次塗佈須待上一層完全乾燥方可進行。b.若導電性塗料區域中有未清除之金屬物，其須做5cm以上之隔離。c.在塗佈導電性塗料須位處通風處，且應配備適當防具。 5.鈦網陽極安裝：a.鈦網陽極須完全平貼於乾淨之混凝土表面，並以塑膠釘固定，塑膠釘之間距為30cm。b.鈦條基本陽極與鈦網陽極須做雙層焊接，以增加鈦網與鈦網間之導通性。c.鈦網陽極之安裝盡量以完整之鈦網作為陽極，以免除再次的導通性測試。 6.鈦條基本陽極安裝：a.鈦條基本陽極之安裝必須穿梭於鈦網中，以二進三出為原則，當安裝完成須再以點焊機做焊接工作，其焊接以10cm一點為原則。b.鈦條基本陽極不可中途續接，避免影響電流輸送。c.鈦條基本陽極末端須預留至少10cm做接線用，且接線須於接線箱中完成。d.鈦條基本陽極間距約3m。 7.鈦網覆蓋層覆蓋：a.修覆材料施工依供應商指示比例酌量調配使用。b.修覆材料施工厚度為1.0~1.5cm，並完全蓋覆鈦網陽極，但最大厚度為3cm。c.在塗佈導電性塗料須處通風處，且應配備適當防具。 8.引線槽安裝：a.所有使用之線槽均需符合IP65規範。b.線槽安裝方式為每公尺鑽一適當小孔，並以塑膠塞釘釘入混凝土中，再以螺絲釘鎖住固定線槽，並以矽膠覆蓋鎖合處，線槽間之接合處應力求密合，接合細縫應以矽膠塗蓋。c.線槽若固定於陽極區內，必須以塑膠釘固定。 9.接線盒安裝：a.所有使用之接線盒均需符合IP65規範。b.接線盒若固定於陽極區內，必須以塑膠釘固定。c.接線盒與系統線路之擺設必須力求整體美觀與維修上方便。d.接線盒安裝完成後，其上之任何導孔及隙縫均必須以矽膠密封。 10.正負極及偵測電極引線連接：a.正極引線、負極引線、參考電極引線及工作電極引線，皆置於合乎IP65規範之線槽中。b.供電系統電流輸出之正端連接基本陽極之正極引線。供電系統電流輸出之負端連接鋼筋之負極引線。偵測系統參考電極與工作電極之訊號引線。其四種引線之連接均須於接線盒中進行。c.引線連接點電線裸露部份以熱縮套管保護。d.接線盒中之導線須做適當之標示，以便維修。 11.控制箱安裝：a.所有使用之控制箱均需符合IP65規範。b.各陽極區之各類引線進入各個控制箱時，必須明確標示以便日後識別。c.控制箱與系統線路之擺設必須力求整體美觀與維修上方便。d.控制箱安裝完成後，其上之任何導孔及隙縫均必須以矽膠密封。 12.偵測面板安裝：a.偵測面板式樣依設計圖。b.偵測面板安裝於控制箱內，位置依施工工程圖。c.工作電極及參考電極引線依施工圖接至偵測面板端子。 13.整流器安裝：a.整流器之規格及數量依設計書。b.整流器安裝於控制箱內，位置依施工工程圖。c.正極引線接至整流器正端，負極引線接至整流器負端。 五、結論與建議 1.陰極防蝕工法是一種非常專業且精緻的工法，並非單一領域之工程師可承包，須結合結構、材料、化工、土木及電機等工程師，如要將工程達到設計需求，須專業經營管理。 2.陰極防蝕工程之工程技術可說是環環相扣，故除培育專業之設計師，亦須栽培專業之技術人員與工程人員，一方面提高工程品質，另一方面提昇工程進度。 3.陰極防蝕工法在設備上有相當之研究空間，目前引用國外之監檢測系統，此系統僅針對陰極防蝕工程，往後可針對設計時使用之所有偵測器研發整合性之控制系統，提昇監檢測完全自動化之功能。 4.台灣地屬高鹽害區且建築密度高，新工程之建設已趨緩，維護與補強之工程卻有如雨後春筍般，故陰極防蝕工程可說是未來鹽害環境結構修復補強之明日之星，正因如此，政府應當擬定辦法管制其施工品質，以期達到成效。 5.陰極防蝕監檢測技術，運用電化學技術，從事數據分析與資料判讀之專業人員宜具備基本之執照，才可出具證明。 6.陰極防蝕工法為目前解決腐蝕之有效工法，建議在學校課程及業界應推廣。 六、案例介紹 本施工案例為台北縣某市立圖書館經鑑定結果為建物前後排梁柱之混凝土中性化其含氯量均超出規範值，鋼筋腐蝕檢測結果，研判腐蝕機率90%以上，建議整修方法採用外加電流式陰極防蝕工法加上擴梁擴柱進行修補，本案例將防蝕工法施作方式以圖示照片說明（包含施工前現況損壞照片摘錄）。
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