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混凝土抗酸

〈耐酸混凝土的主要用途對象〉
耐酸混凝土廣泛用於化學工業的防酸槽、電鍍槽、
溫泉池、下水道、地下室或特殊酸蝕環境工程;
也可更講究地使用於建築房屋、橋樑、軌道、
道路、機場跑道、堤防、擋土牆、涵洞、水壩、
水箱、水塔、油槽、管道、水溝、碼頭、防波堤、
軍事工程、電塔、發電廠等混凝土構造物。
工業地坪、硬化地坪、人行道等混凝土或 水泥砂漿工程
都是耐酸混凝土的主要用途對象。

混凝土抗酸耐腐蝕的認識〉
水泥砂漿或混凝土中的氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等
都是鹼性物質,若環境水中有酸類物質成分時,
就會發生化學反應。而酸鹼生成的鹽類化合物
易溶於水,成為鬆軟無粘結力的礦粉物質,
或膨脹式結晶,引發內增應力而破壞水泥砂漿或
混凝土結構。混凝土腐蝕屬於普遍發生的建築
病理現象,除了直接影響混凝土結構的可靠性、
耐久性、實用性,主要是影響安全性。因此,
瞭解腐蝕因素與預防措施至關重要。先根據環境中
腐蝕介質的性質、濃度和成分條件,考量工程部位
的暴露程度,慎選有效防腐蝕專業材料,確保建築
土木工程品質,補強性能而達到延長使用壽命的目的。
因此,必須深入瞭解混凝土的腐蝕機理,印證腐蝕
預防措施的效果,以期保證混凝土防腐蝕工程的品質
能真正產生。

〈混凝的基本認識〉
水泥,非正式名俗稱洋灰、紅毛泥、英泥,
〝混凝土〞辭彙則出自日本學者「廣井勇」的翻譯
(音譯加意譯,con—cre—te=混—凝—土。)
俗稱石矢、人工石,是由天然礦物凝膠材料、骨料和水
按需要比例給配,歷經不定時間而逐漸硬化,還原成
人工石材。混凝土的單價成本低廉、可塑性強、
堅固耐用、原料來源容易、量產方法成熟、塑型度高、
耐候性強,很適用於各種室內外各種環境,是土木建築
材料的最大宗。混凝土廣泛使用於房屋、橋樑、公路、
跑道、擋土牆、堤防、涵洞、水壩、水箱、水塔、
電塔、油槽、地下室、水溝、碼頭、防波堤、防波塊、
軍事工程、核能發電廠等構造物


〈腐蝕的基本定義〉
腐蝕泛指物質材料受氣體或液體影響,發生化學反應
而導致解體變質的現象,出現消溶或裂縫。腐蝕過程
受到破壞材料化性強度、時間長度等影響,不定局部
或全面,也不定大小面積分佈。通常腐蝕擴散過程
從表面開始腐蝕,在某些環境條件下,如氧氣濃度較低
或者二氧化碳濃度較高的情況下,可能會受到的影響更大。水分溶液多的地方,腐蝕的狀況會比較明顯。

〈抗酸防護劑避免混凝土劣化〉
抗酸防護劑可以抑制混凝土腐蝕反應,避免被化學物質
酸鹼反應,減緩鋼筋鏽蝕,預防混凝土層劣化,從而保護
整體結構的健全,這是減少鋼筋混凝土建築事故的新方法。基於諸多可能發生混凝土酸蝕的地方,我們額外進行抗酸防護處理,避免混凝土結構慢慢的腐蝕,有效延長
建物使用壽命,所謂亡羊補牢猶未晚也。

〈滲透型抗酸防腐塗層〉
混凝土幾乎都有耐久性需求,所處的環境不可控制因素
多元,因此需要使用抗酸防護劑、抗腐蝕抑制劑來防止
被侵蝕。老舊混凝土多數已被破壞幾許,基本上都需要
補強抗酸抑制劑塗層,以延長使用壽命。這種滲透型的
質地改性方法,適合大吸水率的混凝土,無膜設計除了
保持透氣性,也方便日後再補強容易的條件,不會有
老舊塗膜的干擾。

〈混凝土沒有想像中堅強〉
在海事工程、碼頭、水利、隧道及地下工程中,
水泥砂漿或混凝土長期受到各種水的化學作用,
結構逐步遭受水解,降低整個建物的強度指數。
水泥混凝土建築物理應具有對抗自然環境的性能,
在各種使用條件下能夠經久耐用。但這往往只是理想,
許多破舊案例,呈現千瘡百孔。為了最大限度地延長
混凝土使用年限,提高建設物件的經濟效益,正透過
科學方法尋求有效強化措施。過去有使用抗酸水泥、
低鹼水泥、礦渣水泥、固化劑在混凝土中,也有在水泥
混凝土表面設置防護層,例如:瀝青防水層、不透水的
水泥噴漿層及塑膠防水層等。隨著環境日益險惡,
地震、氣候動盪不穩,更加強化混凝土是重要的課題。

〈高性能混凝土的經濟效益〉
高性能混凝土多添加有機化學摻料及卜作嵐反應材料,
其初始成本費用比傳統純無機混凝土高。但從工作性能
改善、早期強度提升、結構耐久性提高,乃正面意義的
措施。甚至可以節省工時,彌補高效混凝土的價差,
此方法具經濟效益以為近代所熟知。但高性能的抗腐蝕
能力依然不足,故加緊開發超高性能的混凝土,才能有
百年基業不老的效果。在舊有混凝土上處理超高性能的
防護,是一個新方法,處理成本相對於延長使用壽命的
經濟價值,絕對超划算。

〈工程常見的混凝土〉
鋼筋混凝土:鋼筋安置後,澆築具可塑性的新鮮混凝土,
      常用於房屋建築物。
鋼骨混凝土:以H型鋼骨替代鋼筋,增強結構彈性、韌性,
      常用於超高建築物。
預力混凝土:使用預力鋼鍵、高抗張力鋼索來改善拉力
      不足,常用於長跨橋樑。
輕質混凝土:改加較輕的人造骨材,常用在隔間牆面
      降重、隔熱、隔音。
重質混凝土:添加重質礦物來阻隔核子輻射,常用於醫院
      及核能電廠放射區的防護。
預鑄混凝土:在工廠精密灌鑄養生,再運至工地固定安裝
      常應用在大型建築物。
預拌混凝土:混凝土在工廠中配給拌合,運送至工地澆築
      常用於建築工程。
滾壓混凝土:用振動滾壓機壓實搗密等方法施工,
      常用於大壩及道路施工。
噴射混凝土:壓縮空氣將水泥砂漿噴射於物表上,
      常用於襯工、保護及維修工程。

〈礦渣水泥抗侵蝕性依然不具足〉
由於礦渣水泥中摻加了大量礦渣,熟料相對減少C3S,
C3A的含量也相對減少;又因水化過程中所析出的Ca(OH)2
與礦渣產生作用,生成較穩定的水化矽酸鈣與水化鋁酸鈣。這樣在硬化後的水泥石中,游離Ca(OH)2及易受硫酸鹽
侵蝕的水化鋁酸三鈣都應聲減少,進而提高了抗溶出性、
抗硫酸鹽侵蝕的能力。故礦渣水泥較適用於受溶出性或
硫酸侵蝕的水利工程、海港工程及地下工程。但在酸性
水中(包括碳酸)及含鎂鹽的水中,礦渣水泥的碳酸鈣數量
不低,其抗侵蝕性依然不具足,表面防線需要額外的補強
抗酸耐蝕,故開發抗酸防護劑來補足傳統工程之不足是急
迫的事。

〈抗酸水泥的缺陷〉
混凝土的腐蝕多數為酸性液體腐蝕,稍有抗酸液腐蝕
能力的混凝土叫耐酸(抗酸、防酸)混凝土。包括有
添加水玻璃、氟矽酸鈉、檸檬酸鈉、矽粉、玻璃粉…等
做為增加水泥抵抗硫酸鹽侵蝕的工法。耐酸混凝土的
初凝時間約為30分鐘,終凝時間約為8小時。所有拌和物
必須在30分鐘內用完,否則將會硬化變質。待耐酸混凝土
完成硬結過程後,尚須用濃度為40%~60%的硫酸、
20%的鹽酸或40%的硝酸,約每隔8小時塗刷表面,
並清除白色分解物,酸化處理一直到表面穩定不再
析出結晶物為止,一般約塗刷4次。這種工法是以毒攻毒,
讓其表面鈣質完全被反應,這已經傷害到混凝土的強度
與外觀,人體健康也飽受傷害,亟需較簡單快速環保的
混凝土保護工法。

〈耐酸抗腐防護原理及性能分析〉
瑞典的阿倫尼烏斯酸鹼電離理論提出來,水溶液電離出
陽離子,若全是氫離子化合物名為「酸」;水溶液電離出
陰離子,全是氫氧根離子化合物叫做「鹼」。酸鹼互相
合成、反應、鹽化等作用,都具有腐蝕某些材料,揮發出
有害物質等副作用。酸雨就是遍及全球的代名詞,二氧化
碳也是相關問題,汽車及工業廢氣更是有害無益於混凝土。

〈軟水對水泥氫氧化鈣的溶解〉
軟水是指水的硬度低於8度的水,特別是指含鈣、鎂等
可溶性化合物比例較少的水。水泥漿中的氫氧化鈣及
其他成分,一定程度地可溶解於軟水。雨水屬於自然蒸餾
軟水,溶解侵蝕能力強,鈣鎂水化產物將被溶解或分解,
其中氫氧化鈣的溶解度較大。

〈雨水對氫氧化鈣的反應〉
當水泥砂漿或混凝土處於高水份環境時,特別是在雨水
軟水中,氫氧化鈣會優先被溶解到飽和濃度時才會停止。
但若環境是流動雨水,氫氧化鈣被溶解水沖走,則極限
濃度是永遠達不到的,所以白華經過幾年也不會停息,
乃因氫氧化鈣不斷被溶解析出。緻密性差的老舊建物,
當水份輕易滲入內部時,水泥砂漿或混凝土將如海綿般
吸水,並將氫氧化鈣溶解滲濾出來。當溶解作用越嚴重,
吸水率越高,輪迴溶解越強盛。這連續溶解過程的進行
曲,引起較安定的水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣等也跟著
分崩離析。於是水泥砂漿或混凝土的結構體質受到
無間斷地破壞,強度不斷地降低,最後引起建築物的
逐漸毀壞。

〈碳酸侵蝕混凝土〉
雨水、溫泉水及地下水中常含有一些游離的碳酸,
當空氣中(CO2)含量過多時,氫氧化鈣能與碳酸起化學
反應,生成碳酸鈣(CaCO3),而碳酸鈣又與碳酸起化學
反應,生成易溶於水的碳酸氫鈣,其反應式如下:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O CaCO3+CO2+H2O(HCO3)2
如果混凝土在有滲透的壓力水作用下生成碳酸氫鈣,
並溶于水中被沖走,上述反應將永遠達不到平衡。
氫氧化鈣將連續不斷起化學反應,連續流失,使水泥石
中石灰濃度逐漸降低,使硬化了的混凝土結構發生破壞。
環境水中含游離碳酸越多,其侵蝕性也越強烈,
若水溫較高,則侵蝕速度也加快。

〈增加破壞的環境因子〉
本公司發覺光合作用強盛的夏天,能生成較多二氧化碳,
溫度也較高,所以混凝土侵蝕反應、水泥砂漿產生白華、
返鹼都特別嚴重,冬天低溫無陽光,反應較之下天緩慢
許多。對處於碳酸岩區的混凝土工程,由於當地水中
富含重碳酸鹽,而所用水泥的摻合料又富含石灰岩成分,
則要格外警惕碳硫矽鈣石硫酸鹽侵蝕病害的發生。

〈鹽酸、硫酸溶液的侵蝕〉
某些清潔劑、地下水或工業廢水中常含游離殘酸。
能與水泥砂漿、混凝土中的氫氧化鈣等起作用,
生成相應的鈣鹽。例如鹽酸會在孔隙內結晶反應生成
易溶於水的氯化鈣(CaCl2);石膏(Ca2SO4?2H2O)
則在水泥砂漿、混凝土孔隙內結晶,體積膨脹破壞。
同時又與水泥砂漿、混凝土中的水化鋁酸鈣起作用,
生成水化硫鋁酸鈣晶體破壞性更大。水中酸的氫離子
濃度越大,即pH值越小時則侵蝕性越嚴重。外部氯離子
通過滲透方式侵入混凝土中和混凝土中的Ca(OH)2、
3CaO·2Al2O3·3H2O等發生反應,生成易溶的CaCl2和
帶有大量結晶水且比反應物體積大幾倍的固相化合物。
Ca(OH)2的大量消耗,破壞了C—S—H凝膠和Ca(OH)2
之間的平衡,導致C—S—H凝膠被大量分解,最終導致
混凝土表面的潰散。此外,在混凝土乾濕交替區,
大量的CaCl2還會產生氯化鈣結晶(CaCl2·6H2O)腐蝕。


〈硫酸鹽侵蝕
在海水、地下水及沼澤水中,常含有硫酸鹽類,
能與水泥中的氫氧化鈣起作用,生成體積膨脹的石膏
結晶,對水泥有嚴重破壞作用。硫酸鹽對混凝土的腐蝕
是最常見也最嚴重的成份,敞開毛孔的存在對混凝土的
腐蝕發展
過程有很大作用。當水中含有硫酸鹽時,
會提高混凝土某些組分的溶解度,從而加速腐蝕的發展。
當S認2一的含量大於2100mg/l時,水與混凝土接觸,
形成二水合石膏CaSO4·2H20。石膏可能以溶液形式存在。
例如硫酸鎂(MgSO4)、硫酸鈉(Na2SO4)及硫酸鈣(CaSO4)等。更嚴重的是石膏與水泥中的水化鋁酸鈣起作用,
生成水化硫鋁酸鈣,反應式為:
3CaO•Al2O3•6H2O+3(CaSO4?2H2O)+19H2O=3CaO•Al2O3
•3CaSO4•31H2O生成的水化硫鋁酸鈣,由於含有大量的
結晶水,其體積增大為原有水化鋁酸鈣體積的2.5倍左右,
能對水泥起巨大的破壞作用。水化硫鋁酸鈣呈針狀結晶,
故常稱為“水泥桿菌”。

〈鎂鹽侵蝕水泥砂漿、混凝土〉
鎂鹽能與硬化水泥漿體中的氫氧化鈣發生下列反應:
Ca(OH)2+Mg(OH)2+2H2O—CaSO4.2H2O+Mg(OH)2
生成物中,氫氧化鎂鬆軟無膠結能力,氯化鈣易溶于水,
二水石膏則會引起硫酸鹽破壞作用。硫酸鎂對水泥漿體起
鎂鹽和硫酸鹽的雙重腐蝕作用。晶化劑、海水、地下水及
其它礦物水中,常含有大量的鎂鹽,主要有氟矽酸鎂(MgFSi6)、硫酸鎂(MgSO4)及氯化鎂(MgCl2)等。

這些鎂鹽能與水泥石中的Ca(OH)2發生下列反應:
Ca(OH)2+MgSO4+2H2O=CaSO4?2H2O+Mg(OH)2
Ca(OH)2+MgCl2=CaCl2+Mg(OH)2在生成物中,
氯化鈣(CaCl2)易溶於水,氫氧化鎂(Mg(OH)2)
鬆軟無粘結力,石膏則會產生硫酸鹽侵蝕,
都將破壞水泥結構。鎂鹽侵蝕的強烈程度,除決定於
Mg2+含量外,還與水中SO2-含量成正比,若產生鎂鹽
與硫酸鹽兩種侵蝕,將顯得特別嚴重。

抗硫酸鹽水泥的特徵是控制Al的含量,以降低鈣礬石型
硫酸鹽侵蝕病害發生的幾率,而對水鎂石型和碳硫矽鈣
石型的硫酸鹽侵蝕病害則常常是無效的,要慎重使用。

水泥最怕酸蝕



混凝土結構也怕酸雨腐蝕



混凝土介面分離



水泥基填縫劑也不耐酸蝕



混凝土白華



劣質酸性洗劑傷害石材、破壞填縫劑
腐蝕背面水泥沙漿




酸雨侵蝕被填水泥沙漿



混凝土表面酸蝕分解 





結構混凝土抗酸處理還沒被重視



酸蝕變色繁多



檢查水泥是否有被酸雨中性化



混凝土腐蝕龜裂



對抗酸蝕生袘搨n專業



酸雨侵蝕的傑作



混凝土袘k



磚造建築也要抗酸處理



洗石子、抿石子外牆都很需要抗酸防腐處  

〈抗酸防腐蝕的工程規劃〉
水泥混凝土耐久性課題的硫酸鹽侵蝕病害治理,當今在實踐上還少有根本性突破。
僅就抗硫酸鹽水泥,已有幾十年的使用歷史,也只是緩解而不治根,對混凝土的
侵蝕病害的需求不能滿足。若干名為混凝土抗硫酸鹽類腐蝕的外加劑,也仍未能
達到根治混凝土硫酸鹽侵蝕病害的效果。


〈預製高強混凝土污水管的酸蝕〉
實踐表明,高強混凝土的抗滲性會增長,且高強混凝土並不等於是耐腐蝕混凝土。
例如高溫養護的預製高強混凝土污水管,埋於地下後,人們總認為可以放心長期使用,
其實不然,不時就發生的污水管腐蝕破裂、水土流失、路面塌陷、人車落難的不幸事件。
防治下水道污水腐蝕混凝土的課題,事先塗刷耐酸防蝕塗料是必要的措施,也應納入
當今土木營建的改革課題。

〈抗酸防腐技術指標〉
防腐性能要大大提高,其防腐技術性能要優異,它能既能滿足腐蝕環境中的防腐蝕要求,
又要滿足性能交變的性能疲勞的要求。針對不同防腐腐蝕環境工況配套制定技術指標,
如耐化學介質、耐鹽水、耐鹽霧、耐濕熱、耐油、防黴、耐大氣老化、耐鹼、
耐鉀、鹵水腐蝕等。

〈不防水混凝土的鹽類結晶〉
不防水的混凝土結構或水泥砂漿面都會滲水到的微孔縫隙裡,不光引起鹼—骨料的鹼矽膠質
膨脹反應,而且會引起鹽類結晶腐蝕。鹽晶水份在混凝土結構中成長逐漸達到飽和,
當外界環境相對較乾燥時,混凝土中的水分發生逆向流轉,水份通過孔隙向外蒸發成氣體,
留下高濃度鹽鹼。碳酸化後生成了鹽類結晶與未結晶水,又使其向混凝土內部擴散,
在乾濕條件下,高濃度化鹽鹼若產生足夠分量的鹽結晶壓,其混凝土的膨脹破壞,
比一般的鹼骨材病變反應更為嚴重。

〈老舊鋼筋混凝土性能不良的問題〉
混凝土坍度小不易流動,工作性能也就越差,拆模後混凝土體、面都容易產生蜂窩孔洞。
內部毛細孔網路使液體、氣體容易進入內部產生侵蝕,隨著混凝土的老化和污染加劇。
而主成分氫氧化鈣能在一定程度上溶於水,形成位移損傷。若有酸類或鹽類時,
其發生的化學反應,會因結晶膨脹而產生內應力,引起混凝土擠壓破壞。
混凝土病變問題陸續受到使用者的密切關注,譴責過往設計、施工及使用過程中
諸多因素考慮不周,影響抗酸性能,故陸續出現混凝土的酸蝕病害、缺陷、損傷
和劣化症狀,形成各種不同程度的安全隱患、威脅,若提早引發結構失效,
將會付出沉痛巨大的重建代價。包括水壩、堤防、道路、橋樑、建築…等的加速腐蝕,
老舊鋼筋混凝土性能不良的問題日漸露出馬腳,加強腐蝕因素瞭解與防腐蝕措施的處理
工程已迫在眉梢。

〈混凝土被破壞的機理分類〉
混凝土抗壓強度破壞有三類:
1.載重彎曲荷重破壞2.劈裂破壞3.拉伸破壞。
混凝土腐蝕包含物理的、化學的過程。

混凝土腐蝕分為三類:
1.酸溶液溶蝕性腐蝕2.鎂鹽的腐蝕3.結晶膨脹性腐蝕。

腐蝕機理也有從以下三類入手:
1.物理作用2.化學腐蝕3.微生物腐蝕。

〈混凝土被物理作用破壞的機理〉
物理作用是泛指在沒有化學反應發生時,單純混凝土成分在環境因素的影響下,
產生溶解體損或膨脹體增,引起混凝土強度因之降低,導致結構受到非化學性的物理破壞。
物理作用主要包括二類:1.侵蝕作用2.結晶作用。

〈混凝土被物理侵蝕作用破壞的機理〉
當環境中的侵蝕性介質(如工業廢水、清潔廢水、雨水、地下水、海洋、河流、湖泊中的流水)
長期接觸時,混凝土中的成分如Ca(OH)2) 會溶解。在水份充足下,Ca(OH)2可以達到不斷溶解、
流失, 並導致水化矽酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩定性而也被水解、溶出,導致混凝土強度減小,
pH值降低(中性化)、孔隙率增大,腐蝕性介質更容易侵入混凝土內部,如此迴輪迴,
導致混凝土結構破壞。


〈混凝土被物理結晶作用破壞的機理〉
混凝土是典型的多孔隙材料,某些鹽類侵入到混凝土的毛細孔道中,在濕度較大時會溶解,
但在濕度較低或低溫環境下會析水結晶。隨著孔隙中晶體的不斷析出、積累,
毛細孔中的晶體體積將不斷膨脹,對混凝土孔壁造成極大的結晶壓力,
從而引起混凝土的膨脹開裂。寒冷地區的凍融破壞也屬於冰水結晶膨脹反應。
故抗水是重要的防護措施,混凝土工程功虧一簣多源於此疏失。

〈混凝土被化學腐蝕破壞的機理〉
化學腐蝕泛指混凝土中的水化物與腐蝕性材質(如酸、鹼、鹽等)發生化學反應,
並生成新的化學物質,進而導致混凝土結構破壞。化學腐蝕可歸納為兩大類:
1.分解型腐蝕2.分解與結晶複合型腐蝕。

(1)分解型腐蝕:混凝土中的成分與腐蝕性介質發生複分解反應,生成了新的物質。
(2)分解與結晶複合型腐蝕:混凝土中的Ca(OH)2與腐蝕性介質發生反應,
生成某些新的鈣鹽,這些鈣鹽在混凝土的毛細孔中可結合大量的水,
進而形成體積較大的晶體,造成脹裂性破壞。

〈混凝土的密實性〉
矽酸鹽水泥完全水化結晶的水量至少占水泥的22.7%,所以水泥水化過程中會出現毛細孔隙,
因此結構不可能絕對密實。施作過程中,為了保持必要的流動性,最少需水量為43.8%。
因此用水量過多,從而使水灰比增大,蒸發水增加,混凝土的密實性減小。
混凝土施工需要減少用水,硬化後更不能接觸水,以免徒生禍害。

〈混凝土的防腐措施〉
(1)高性能提升混凝土本體:通過摻入粉煤灰、高爐石粉、矽灰中的一種或多種摻料,
  來提高混凝土高彈性模量、低滲透性以及抵抗某些類型破壞的性能。
(2)嚴格控制混凝土水灰比及膠凝材料總量,適度的添加劑是有必要的。
(3)提高混凝土表面的保護層:氯鹽滲透力強,混凝土表面的氯離子含量能深度浸入。
  因此在海洋環境中的工程,混凝土保護層應比一般的混凝土要求略高一些。
(4)混凝土表面塗層,依照環境條件,在已施工好的混凝土表面塗上防腐蝕材料,
  讓表面包覆特殊防護功能的材料。

〈混凝土的強度失效〉
水泥基組合物廣泛應用於建築、土木工程,其主要成份碳酸鈣易受酸的侵蝕或溶解反應。
例如果汁、碳酸飲料、酸雨、工業廢氣等。即便使用含氟矽烷增強表面抗水抗油能力,
依然無法有效阻止材質的強度和耐久性被破壞,進而加快鋼筋的袘k,引起預應力鋼筋的脆斷;
污染混凝土表面影響表面裝飾。地下水、溫泉或土壤中的硫酸鹽,與矽酸鹽水泥會反應生成具有
膨脹性的礬石(ettringite)或碳硫矽鈣(thaumasitein),導致混凝土的強度失效。

〈腐蝕小孔會逐漸成為腐蝕中心核〉
水泥基組合物廣泛應用於各式建築、道路、橋梁、牆面、地板和水池灰泥,水泥與水、
二氧化碳的碳酸反應。腐蝕可能在全部或某個局部陸續發生孔洞、裂縫,
儘管某些表面有被保護膜覆蓋,但腐蝕的作用很厲害,小孔洞會逐漸成為腐蝕的中心核,
繼續擴張腐蝕空間,由於孔洞內部缺氧,局部的pH值較低,腐蝕速度被催化加快。
腐蝕孔洞、擴大毛細孔是最常見、也是最普遍危害的一種腐蝕形式。人們需要控制材料
所處的環境或多加保護以避免發生這種情況。

〈水泥防護劑的認識〉
水泥的主要物理性能是早期強度高、凝結硬化快、抗凍性好等,但其水化熱較高,
抗酸、鹼和抗硫酸鹽類的侵蝕能力差。對固化混凝土表面進行滲透處理,
產生防護“抗水”性能的材料有幾種。包括矽氧烷或氟矽烷體系。
這種系統的缺點是塗層的耐久性不高,容易被風化、水化、紫外光侵蝕。
抗酸防腐塗層使用腐蝕抑制劑來防止腐蝕,它會在裸露的混凝土表面形成絕緣層,
防止碳酸鈣等材料與外界環境因子發生化學反應,從而抑制了腐蝕的化學反應。

〈水泥自體鹼-骨材(集料)反應〉
對於水泥耐久性有害的環境介質除了雨水、酸性水、碳酸鹽溶液、硫酸鹽溶液外,
本身的鹼溶液也是一大致命傷。水泥砂漿與混凝土都會產生鹼-骨材(集料)反應,
水泥水化析出的鹼液氫氧化鈉及氫氧化鉀(KOH、NaOH)會與骨材砂中的活性二氧化矽
相互作用,形成鹼矽凝膠,引起混凝土產生膨脹、開裂、變色、破壞,這種自體化學反應
稱為鹼-骨材(集料)反應。

〈鹼-骨材反應的基本條件〉
鹼骨材反應或鹼矽酸反應、鹼碳酸反應(Alkali Aggregate Reaction,簡稱AAR,
包括 Alkali Silica Reaction (ASR)以及 Alkali-carbonate reaction (ACR)),
是指當水泥的鹼性高檔強勁時,骨料中的非結晶矽(SiO2)成分溶解並游離在pH(12.5 - 13.5)
的強鹼容液中,與水泥中的氫氧根離子發生反應生成矽酸膠,例如:矽酸鈣,此將引起混凝土
的不均勻膨脹,導致開裂破壞。這種反應被稱為混凝土之癌,不論是否加強了鋼筋,
混凝土中都會有此反應。它的發生條件為(1)骨料中要有非結晶的活性二氧化矽成分;
(2)環境中要有足夠的氫氧根離子;(3)混凝土中要有足夠的濕度,相對濕度大於75%。

〈孔洞腐蝕擴張機理〉
在最壞的情況下,儘管幾乎所有的表面仍然被保護膜覆蓋,但是這層保護膜仍然會存在
一些有問題的點。在這些點,腐蝕的作用會被嚴重的放大,從而依據所處環境的不同
而形成數種類型的腐蝕孔洞。由於腐蝕孔洞在特別極端的條件會成為腐蝕的中心核,
即使環境轉為正常情況了,腐蝕空洞仍然會發生擴張,這是由於孔洞的內部處於無氧環境,
局部的pH值也非常低,因此腐蝕的速度因自催化過程而加快了。在極端條件下,
特別長而狹窄的腐蝕空洞的尖端會引起應力集中的效果,從而使堅固的材料變得易碎。
腐蝕孔洞是最常見、也是最有危害的一種腐蝕形式。人們需要控制材料所處的環境
以避免發生這種情況。


〈縫隙腐蝕擴張機理〉
環境中的腐蝕性液體通常可以進入材料的狹縫中,而又無法自由流動,這樣會造成狹縫內外
存在著氧氣濃度差,而材料在狹縫處的腐蝕速度將會大大加快,這種現象就稱為縫隙腐蝕。
例如材料之間連接的空隙處、墊圈和密封圈的下部、裂縫的內部以及填滿污泥和沉澱的空間,
都是容易發生縫隙腐蝕的地方。因此,開發或使用有效裂縫修復材料是重要的課題,
若能事先預置自動修補裂縫菌於新建工程,將是更理想的做法。

〈混凝土的裂縫影響橋梁〉
有品質缺陷的裂縫,通常會繼續伸展部位,水分進入後的浸潤灌染將引發更多酸鹼病變,
於是裂縫形成橋樑重大病害。裂縫是鋼筋混凝土橋樑普遍的缺陷和病害,若橋樑結構的
承載力不足,在超荷載作用下的瞬間即產生裂縫,包括縱向裂縫和橫向裂縫,這種主體結構
物理破壞帶來化學腐蝕趨向容易。因此,不管是哪一種裂縫,都會導致結構惡化,影響橋樑
的承載能力和實際壽命。故應該高度的重視耐酸抗水處理,並及時進行裂縫修補。



〈潮濕混凝土對橋梁耐久性的問題〉
空氣中的水分和雨水液體成分複雜,常含有可溶解的氣體、礦物質和有機質等。
常見的有酸性物質、硫化氫、氧離子、氮、碳酸氣、氯離子及其他酸性離子,
以及鹼金屬和鹼土金屬離子,這些酸、鹼物質會忖時度勢蠹蝕、咬損橋樑的
混凝土和金屬材料。故應該高度的重視抗水處理,並及時進行防護補強。
巨觀水泥混凝土材料基本上屬於耐水材料,在潮濕環境依然能保持強度和穩定性,
甚至水泥混凝土材料水化反應發展過程不可能缺少水。但若長期處於乾濕更迭條件下,
微觀交替輪迴狀態下的反應,混凝土耐久力是會打折的。很多橋樑墩台,
在水位浮動部位周遭,病變破壞最為明顯,提升養護工程的觀念,刻不容緩。

〈腐蝕因素的分析〉
水泥的結構體是多孔的,在硬化初期因水分蒸發造成塑性暗裂,加強施工品管和養護
也難以完全消除。在長久的使用過程中,早期產生的裂縫會隨著車輛反復荷載的衝擊下
逐漸擴展。如果沒有完善的防水系統,帶有腐蝕性物質的水就會從孔隙滲入到混凝土中
和從裂縫中流入到混凝土中去。產生鹼—骨料反應以及酸性物質對混凝土進行腐蝕的反應。

〈水泥混凝土需要防水系統〉
水泥混凝土的結構是多孔的,在塑性期或硬化初期會因為水分蒸發造成塑性開裂。
加強橋面混凝土施工中的品質管制和早期養護可以減少開裂,但難以完全消除。
在以後的使用過程中,早期產生的裂縫會隨著車輛反復荷載的衝擊下逐漸擴展。
如果沒有完善的防水系統,帶有腐蝕性物質的水就會從孔隙滲入到混凝土中和
從裂縫中流入到混凝土中去。產生鹼—骨料反應以及酸性物質對混凝土進行腐蝕的反應。

〈混凝土的“癌症”。鹼—骨材—吐膠〉
混凝土鹼—骨材吐膠反應是來自水泥、添加劑和環境中的鹼金屬離子的鹼液集團與細砂、
粗石等骨料中的活性組分酸礦集團,發生化學反應產生膨脹性膠質。外觀上,水泥砂與
石子的外層介面處,有反應的會生成透明凝膠物質,慢慢轉向白色,或是沾塵汙染成黑色。
膠質吸收濕氣後膨脹,從而造成混凝土內部脹開爆裂,表面出現龜裂或地圖狀裂紋,直至
斷面整體性開裂,甚至與各介面的粘著破壞,這種建築病害稱為混凝土“癌症”。

〈混凝土“癌症”的診治〉
鹼—骨材反應的發生並不必然,基本上需要三個條件:
1.混凝土中的鹼性含量高2.碎砂石中富含活性矽酸成分3.水。當前所用的水泥及外加劑
多為高鹼性,各地區砂石資源多含有不同程度的活性矽成分,橋樑或其他建設多沒有防水處理,
幾乎完全具備了鹼—骨料反應的必要條件,所以很多橋樑都發生混凝土癌症現象,
抑制吐膠膨脹龜裂的發展是新技術,卻是未來土木建築物等的救星。

〈舊橋改造必須注意混凝土防護計畫〉
鹼—骨材反應具體現象為混凝土油潤變色、龜裂、突出、酥鬆,然後分裂剝離。
快則數年,慢則十幾年就足以讓混凝土結構的基本安全性喪失。這種不間斷式的破壞
並非不可修復性,隨著科技進步,亡羊補牢是絕對必要的新措施。無論堿—骨料反應、
鹽腐蝕,還是凍融作用,只要是沒有水,就可以減緩或避免,所以必須設置完善的防水系統,
將混凝土與水隔離開來,使其不具備發生反應的條件,就將達到延長橋樑使用壽命的要求。
這一點在舊橋改造中必須注意的。

〈混凝土的碳酸化〉
所謂混凝土的碳酸化,就是指水泥的水化產物與二氧化碳作用,生成碳酸鹽等其它物質的現象。
混凝土的碳酸化隨著二氧化碳氣體向混凝土內部擴散,溶解於混凝土內部孔隙中的水,
形成碳酸再與各水化產物發生碳酸化反應,這是一個緩慢的物理化學過程。相關條件因素
取決於混凝土的密實性、水泥品種、水化物中氫氧化鈣的含量等內部材質,以及二氧化碳的濃度、壓力、混凝土的濕度等外部因素。同一強度指標的混凝土,其實際耐久性可能相差很大,
普通矽酸鹽水泥比早強矽酸鹽水泥碳化速度稍快。因為碳化速度是因混凝土結構中水泥的氧化鈣
含量有關,氧化鈣含量越大,生成的氫氧化鈣就越多,吸收二氧化碳的能力越強,碳化的速度就
越快。設計和施工若對混凝土的碳酸化不夠重視,造成結構過度暴露導致耐久性老化加速,
被迫提前加強補固,這一老問題必須引起新重視。

〈環境濕度對混凝土的碳酸化速度的影響〉
環境條件惡劣加速碳化速度。環境濕度對混凝土的碳化速度影響很大,在相對濕度低於25%的
空氣環境下,混凝土很難碳化,在空氣濕度50%-75%的大氣中,混凝土最容易碳化,但在相對
濕度大於95%或在水中反而難於碳化,這是因為與混凝土中的透氣性有關,透氣性越大,
越容易碳化。另外相同的濕度條件下,溫度越高、風速越大,混凝土的碳化速度就越快。

〈橋梁抗碳酸防護的需求〉
一座混凝土橋樑落成時,碳酸化的內在條件已經初步確定,為了降低碳酸化的速度,
必須從盡量少受酸襲上著墨。針對橋樑碳酸化病害的原因是水分,每一座橋樑都雷同。
過去在實際工作中針對橋樑的具體保護很少,缺陷和病害所進行分析也當成難免如此,
即使確定橋樑存在碳酸化缺陷和病害產生的原因,也缺少具體的改良技術或防護方案,
抗酸防護和強化碳酸質地不失為今後加固改造重新奠定良好基礎的方法。




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