TWI638076B

TWI638076B - Concrete structure capable of inhibiting corrosion of steel bars, preparation method thereof and maintenance method thereof

Info

Publication number: TWI638076B
Application number: TW106119171A
Authority: TW
Inventors: 徐瑞宏; 孫宇恆
Original assignee: 健行學校財團法人健行科技大學
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2018-10-11
Also published as: TW201903260A

Abstract

本發明係有關於一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造、其製備方法及養護方法，該混凝土構造包括一鋼筋，其表面包覆一抗腐蝕層，該抗腐蝕層包括一無機礦物材料；以及一混凝土，其係包覆該鋼筋及該抗腐蝕層，該混凝土係由波特蘭水泥、細骨材、水泥摻料以及鹼性離子水拌合而成。其中，混凝土材料所拌合的鹼性離子水可以有效降低鋼筋的腐蝕電位，進而避免混凝土構造發生因滲漏水而使混凝土產生白華現象及所伴隨發生之鋼筋腐蝕的情況，以維護、強化建築物之結構安全。

Description

可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造、其製備方法及養護方法

本發明係關於一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造、其製備方法及養護方法，尤指一種廣泛應用於各式建築物或工程之混凝土構造，以及該混凝土構造的製備方法和養護方法。

一般水泥成分中氫氧化鈣(Ca(OH)₂)在混凝土中，經水化作用後剩餘部分會與滲入水分發生水解，並析出於結構物表面，或經氣乾(與CO₂結合)後所形成的白色碳酸鈣(CaCO₃)沉積物，即所謂的「白華(Efflorescence)」現象，因此若發現構造物有發生白華現象即顯示有水分存在。易言之，一般混凝土發生白華現象則極可能因有水分存在而伴隨發生鋼筋腐蝕情況，且該現象將隨建物使用年限及混凝土劣化狀態愈趨嚴重，不可輕忽。

然而，現今所採取建築物補強及維修方案大都採用水泥砂漿或強化樹酯(EPOXY)進行表面修復，即使規劃結構構件及樓板等補強方案，也甚少進行鋼筋防蝕處理，因此造成補強成效僅有2~5年效果，且鋼筋鏽蝕情況仍舊持續發生。

再者，當鋼筋鏽蝕時，體積會膨脹，造成混凝土剝落。當鋼筋失去混凝土保護，就會加速鏽蝕反應，而鋼筋鏽蝕狀態越趨嚴重。目前較為常見的修補方法一般會先以鋼刷將銹蝕部份清除乾淨，接著再塗佈環氧樹脂底漆或是鋅粉漆作防銹處理，之後再以環氧樹脂輕質砂漿進行修補復原。

不過，此一修補方式只能事後補救，而無法進行事先預防。而且，此一習知的修復方式只能治標無法治本，即只能針對混凝土已經剝落且肉眼可視及之特定鏽蝕區域，難以進行全面性的修復。

本發明之主要目的係在提供一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造及其製備方法，俾能廣泛應用於各式建築物或工程之混凝土構造，可達到預防混凝土構造產生白華現象，進而避免鋼筋發生腐蝕的情況。

為達成上述目的，本發明之混凝土構造主要包括鋼筋、抗腐蝕層、及混凝土；其中，鋼筋表面包覆有包括一無機礦物材料之抗腐蝕層，混凝土係包覆該鋼筋及該抗腐蝕層，該混凝土包括波特蘭水泥、細骨材、水泥摻料以及鹼性離子水之組成物拌合而成。藉此，於鋼筋表面包覆抗腐蝕層以及鹼性離子水來拌合混凝土將可有效抑制鋼筋腐蝕，以延長混凝土構造之使用壽命。

該較佳的是，本發明之無機礦物材料可包括約40重量%的波特蘭水泥、約13重量%至30重量%的鹼土金屬螯合物以及5重量%以下的矽砂，而本發明之水泥摻料可包括約1重量%的無機螯合金屬材料以及約0.5重量%的強塑劑；且本發明之無機螯合金屬材料可包括20重量%以下的波特蘭水泥、約30重量%至50重量%的鹼土金屬螯合物以及20重量%以下的二氧化矽。

再者，本發明之鹼性離子水之成分可包括碳酸類的鈣離子以及鎂離子中至少一者，其PH值可為7.5至8.0。然而，本發明採用鹼性離子水拌合製作而成的混凝土，可以防止白華析出混凝土構造，且鹼性環境有利於鋼材防蝕效果之發揮，以有效降低鋼筋的腐蝕。是以本案混凝土採用鹼性離子水進行拌合，可避免混凝土構造產生白華現象及鋼筋腐蝕的情形，以維護、強化建築物之結構安全。

為達成上述目的，本發明提供一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造之養護方法，俾能施作于現有已經存在之建築物本體的混凝土結構，以進一步避免鋼筋產生腐蝕的情況。該養護方法係將該混凝土構造浸泡於一鹼性離子水中，其將可達到五成以上的鋼筋防蝕目標。

為達成上述目的，本發明提供一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造的製備方法，其包括以下步驟：先塗佈一抗腐蝕層於一鋼筋之表面，該抗腐蝕層包括一無機礦物材料；接著，灌注一混凝土以包覆該鋼筋及該抗腐蝕層，該混凝土包含波特蘭水泥、細骨材、水泥摻料以及鹼性離子水之組成物拌合而成。

1‧‧‧混凝土構造

2‧‧‧鋼筋

3‧‧‧抗腐蝕層

4‧‧‧混凝土

圖1係本發明混凝土構造一較佳實施例之剖面示意圖。

圖2A係鋼筋腐蝕電位之影響參數權重分析。

圖2B係混凝土構造浸泡鹼性離子水與混凝土拌合水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。

圖2C係混凝土拌合離子水與水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。

圖2D係鋼筋表面塗層與混凝土拌合水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。

在本實施例被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請先參閱圖1，圖1係本發明混凝土構造一較佳實施例之剖面示意圖。如圖中所示，本實施例之混凝土構造1主要包括鋼筋2、抗腐蝕層3、及混凝土4，其中抗腐蝕層3包覆於鋼筋2表面，而混凝土4又包覆鋼筋2以及抗腐蝕層3。再者，本實施例之混凝土構造1的製備方法，包括以下步驟，首先，塗佈抗腐蝕層3於鋼筋2之表面；接著，灌注混凝土以包覆鋼筋及抗腐蝕層。

在本實施例中，抗腐蝕層3包括一無機礦物材料，其主要成分包括約40重量%的波特蘭水泥、約13重量%至30重量%的鹼土金屬螯合物以及5重量%以下的矽砂。此外，本實施例所採用之混凝土3係由波特蘭水泥、河砂、水泥摻料以及鹼性離子水之組成物拌合而成，其中水泥摻料包括強塑劑。在其他的實施例中，水泥摻料亦可包括無機螯合金屬材料，其配比約1重量%的無機螯合金屬材料以及約0.5重量%的強塑劑。然而，無機螯合金屬材料可包括20重量%以下的波特蘭水泥、約30重量%至50重量%的鹼土金屬螯合物以及20重量%以下的二氧化矽。至於，鹼性離子水之成分可包括碳酸類的鈣、鎂離子，其PH值為7.5至8.0。

請先參閱表1，其係混凝土構造之實驗參數對照表。進一步說明，實驗組A都是浸泡在自來水下，實驗組A1~A4係以自來水作為混凝土的拌合水，實驗組A5則以離子水作為混凝土的拌合水。再且，實驗組A2、A4、A5係水泥摻料中包括有無機螯合金屬材料，而實驗組A3、A4係鋼筋塗佈有抗腐蝕層。另一方面，實驗組B都是浸泡在離子水下且以離子水作為混凝土的拌合水，而實驗組B3、B4係水泥摻料中包括有無機螯合金屬材料，而實驗組B2、B3係鋼筋塗佈有抗腐蝕層。

請再參閱表2，其係呈現不同參數設定下對應的實驗結果，並以鋼筋腐蝕電位來呈現。如表2中所示，浸泡自來水之實驗組A的混凝土構造，其所產生之腐蝕電位及相對百分比，皆比實驗組B的混凝土構造高出許多，且實驗組A的混凝土構造均有產生白華現象。然而，採用鹼性離子水拌合製作而成之實驗組B的混凝土構造，雖然仍有發生鋼筋腐蝕電位但並無白華反應，其中又以實驗組B2混凝土構造(採用離子水拌合製作之混凝土及以無機礦物材料塗佈於鋼筋表面，浸泡於離子水中)之腐蝕電位最低，僅為A1混凝土構造的69.0%而已。

此外，由上述數據可知，當混凝土構造1於鋼筋2表面塗佈抗腐蝕層3與拌合鹼性離子水之混凝土4共同施作時，可以達到減少鋼筋腐蝕電位效果之50%以上，並可避免混凝土構造與從外部滲入的水分發生水解，以防止白華析出混凝土構造，而有效降低鋼筋發腐蝕的情況，這對降低鋼筋腐蝕電位具有最佳的效果。而對於無法採用鹼性離子水養護之工程環境下，將混凝土構造浸泡於鹼性離子水中，其將可達到減少鋼筋腐蝕電位效果之五成以上的鋼筋防蝕目標。

以下針對各實驗參數與鋼筋腐蝕電位之影響進行權重分析，請先參閱圖2A，其係鋼筋腐蝕電位之影響參數權重分析。其中，影響鋼筋腐蝕電位最主要的因素為浸泡用自來，其次為拌合用自來水，再其次為鋼筋表面塗層與水泥摻料。

請再參閱圖2B，其係混凝土構造浸泡鹼性離子水與混凝土拌合水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。然而，如圖中所示，水泥摻料影響權重較輕微且二參數間關聯性輕微。

請再參閱圖2C，其係混凝土拌合離子水與水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。然而，如圖中所示，水泥摻料影響權重達到離子水拌合參數之權重約50%，顯示二者之間存在著某種程度之負相關關聯性之影響。

請再參閱圖2D，其係鋼筋表面塗層與混凝土拌合水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響權重分析。然而，如圖中所示，當僅考量鋼筋表面塗層與水泥摻料對鋼筋腐蝕電位之影響時，二參數之權重均相當微小，且二參數之間無關聯性。

經由表2及圖2B~2D之數據可知，浸泡自來水而造成最嚴重腐蝕電位情況下，無論是添加水泥摻料(無機螯合金屬材料)或鋼筋塗佈保護料(無機礦物材料)均無法完全達到降低鋼筋腐蝕電位的效果。且鋼筋腐蝕電位受到採用離子水浸泡、鹼性離子水拌合及鋼筋表面塗層(無機礦物材料)影響為負相關，亦即將混凝土構造浸泡於鹼性離子水中、混凝土採用鹼性離子水拌合及鋼筋表面塗層(無機礦物材料)可以有效減少鋼筋腐蝕現象。而水泥摻料在離子水拌合環境下可能會產生反效果。

綜上所述，本案發明之混凝土構造1當採用塗佈於鋼筋2之包含無機礦物材料之抗腐蝕層3、及拌合鹼性離子水之混凝土3時，將可防止混凝土構造產生白華現象並抑制鋼筋腐蝕，以維護、強化建築物之結構安全，並可解決現有建築物養護時所無法達成之目的。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

Claims

一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造，包括：一鋼筋；一抗腐蝕層，其係包覆於該鋼筋表面，該抗腐蝕層包括一無機礦物材料；以及一混凝土，其係包覆該鋼筋及該抗腐蝕層，該混凝土係包含波特蘭水泥、細骨材、水泥摻料以及鹼性離子水之組成物拌合而成；其中，該無機礦物材料包括約40重量%的波特蘭水泥、約13重量%至30重量%的鹼土金屬螯合物以及5重量%以下的矽砂。
如請求項1之可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造，其中，該鹼性離子水之成分係包括碳酸類的鈣離子及鎂離子中至少一者，其PH值為7.5至8.0。
如請求項1之可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造，其中，該水泥摻料包括約1重量%的無機螯合金屬材料以及約0.5重量%的強塑劑。
如請求項3之可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造，其中，該無機螯合金屬材料包括20重量%以下的波特蘭水泥、約30重量%至50重量%的鹼土金屬螯合物以及20重量%以下的二氧化矽。
一種如請求項1至4中任一項所述之可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造的養護方法，其係將該混凝土構造浸泡於一鹼性離子水中。
如請求項5之養護方法，其中，該鹼性離子水之成分係包括碳酸類的鈣離子及鎂離子中至少一者，其PH值為7.5至8.0。
一種可抑制鋼筋腐蝕之混凝土構造的製備方法，包括以下步驟：a).塗佈一抗腐蝕層於一鋼筋之表面，該抗腐蝕層包括一無機礦物材料，該無機礦物材料包括約40重量%的波特蘭水泥、約13重量%至30重量%的鹼土金屬螯合物以及5重量%以下的矽砂；以及b).灌注一混凝土以包覆該鋼筋及該抗腐蝕層，該混凝土包含波特蘭水泥、河砂、水泥摻料以及鹼性離子水之組成物拌合而成。
如請求項7之製備方法，其中，該水泥摻料包括約1重量%的無機螯合金屬材料以及約0.5重量%的強塑劑。