省道台2線石門金山段腐蝕鋼筋混凝土結構踏勘經驗分享

前言

省道台2線石門至金山段（圖1），多數路程依山傍水，為風景優美之濱海公路。但由於該路段距海近，且因東北季風之關係，因此常受強烈海風之吹拂，海風所夾帶的鹽分，使得沿線許多鋼筋混凝土（RC）結構面臨鋼筋腐蝕之威脅。筆者過去曾數次踏勘此路段之腐蝕RC結構，本文分享三個腐蝕RC結構之踏勘經驗，分別為海灣新城、王公橋與四十號橋，其地理位置、結構年齡與離海距離如圖1所示。

圖1  海灣新城、王公橋與四十號橋地理位置

海灣新城

海灣新城為一RC造集合住宅，約興建於民國65年，位於新北市石門區著名度假海灘白沙灣附近。海灣新城緊鄰台2線，面向海邊且前方坐擁大片沙灘（圖2），早期為富有人士渡假住宅。但隨著屋齡的漸增，房屋開始出現鋼筋腐蝕問題，造成混凝土剝落，鋼筋裸露。其中靠近西邊數棟樓房腐蝕特別嚴重，已造成樓版之坍塌，有明顯結構安全之問題。整棟建築許多住家已人去樓空，但仍有居民居住其中，其安全問題值得政府加以注意。

此棟建築提供了我們了解腐蝕RC結構力學行為一個絕佳機會。在徵得居民同意後，筆者與學生赴現場採集了腐蝕鋼筋與周遭混凝土。採集程序首先對腐蝕構材進行混凝土表面裂縫量測，接著移除保護層混凝土，並取樣回實驗室進行氯離子試驗，最後切取腐蝕鋼筋回實驗室進行鋼筋拉力試驗。圖3舉某三樓柱為例，圖3(a)為裂縫之量測，圖中可見裂縫皆沿柱之縱向，此等裂縫為鋼筋腐蝕所造成，最大裂縫寬度為3.5 mm。圖3(b)為保護層移除後柱內腐蝕之主筋與箍筋。此處取回之混凝土樣本顯示，氯離子含量達3.2 kg/m³，高出台灣一般規定上限0.3 kg/m³甚多。此處取回之兩根#5主筋平均重量損失率為36%，圖3(c)與3(d)顯示該兩根腐蝕鋼筋拉力試驗前照片，試驗結果顯示，平均降伏與極限載重分別下降39%與35%，平均極限應變下降50%。

筆者共取回了18根腐蝕鋼筋，建立了全台僅有、世界少見之自然腐蝕鋼筋之拉力試驗資料，該試驗資料已用於建立腐蝕鋼筋之強度與變形能力衰減之模型，可供腐蝕RC結構性能分析使用。另外，與加速腐蝕試驗所得鋼筋之拉力性質比對顯示，一般常用之通電加速腐蝕法，所得之腐蝕鋼筋（埋於混凝土內）之降伏與極限載重衰減與本研究自然腐蝕鋼筋類似，但通電腐蝕所得腐蝕鋼筋之極限應變衰減一般大於自然腐蝕，其原因為通電腐蝕造成較顯著之鋼筋孔蝕現象。綜前所述，通電加速腐蝕可保守用於預測自然腐蝕鋼筋之力學行為。

圖2  海灣新城

(a) (b) (c) (d)

圖3  某3樓腐蝕柱：(a) 腐蝕裂縫量測；(b) 保護層移除後；(c) 腐蝕主筋試體1；(d) 腐蝕主筋試體2

40號橋

四十號橋為一座RC橋梁，約興建於民國61年，位於新北市金山區台2舊線處。距海1.5 km。此橋連接台2線至金山市區，重要性不言可喻，早期為運送核二廠之重型機具，在橋梁下方以鋼梁與鋼柱加以補強。當筆者與學生踏過雜草、跨過菜田至橋下時，發現眼前之景象著實令人怵目驚心，此橋RC大梁底部（圖4a）與下部結構（圖4b）有多處混凝土大面積剝落，露出腐蝕鋼筋，根據筆者於海灣新城之踏勘經驗，此種程度的腐蝕所對應之鋼筋重量損失率一般大於30%，對結構性能有顯著影響。後來補強之鋼梁與鋼柱亦鏽蝕嚴重。下部結構某些混凝土剝落區域剛用砂漿填補（圖4b），惟工藝欠佳，表面凹凸不平整，且不知何原因，仍有多處鋼筋外露區域尚未填補，此橋位居要道，實應儘速進行修補。

當筆者與學生站於橋下，享受海面方向迎來之涼爽海風吹拂時，不經意發現此橋的腐蝕區域多數位於迎風面，背風面幾無腐蝕，如圖4(a)與4(b)所示。此點說明海風之鹽分可深抵內陸1.5 km，另外於結構迎海風面強化防蝕措施，為橋梁耐久性設計與維護可考慮之選項。

(a) (b)

圖4  四十號橋腐蝕情形：(a) RC大梁腐蝕；(b) RC柱腐蝕

王公橋

王公橋為台2線橋梁，興建於民國83年，位於新北市石門區十八王公廟附近。王公橋主橋以一優美之弧度跨過台電第一核電廠之排水道，是一座美麗且重要的橋梁。筆者帶領學生踏勘主橋旁RC引橋（圖5a），發現此橋雖橋齡才20年，卻有許多鋼筋腐蝕之現象。在橋柱部分，雖設計有厚達10 cm之混凝土保護層，表面仍可見許多沿柱縱向、疑似腐蝕造成之裂縫；主管機關於柱下段可能與海水接觸區，再額外披覆10 cm厚之保麗龍（圖5b），此措施是為強化保護柱內鋼筋免於氯離子之侵蝕，不過有效性仍待時間考驗。在上部結構部分，設計保護層混凝土為4 cm，多處可見鋼筋腐蝕、保護層混凝土剝落（圖5c）、以及修補痕跡（圖5d），亦有一些區域修補後因鋼筋仍繼續腐蝕，導致修補材剝落之現象。由此橋腐蝕情況，可見濱海橋梁所面臨之嚴峻耐久性挑戰，已非RC規範基本耐久性設計要求所能應對；又由此橋梁補修之情況，可見主管機關已有相當作為，但許多腐蝕跡象顯示，腐蝕仍持續發展，需持續加以關注。

(a) (b) (c) (d)

圖5  王公橋腐蝕情形：(a) 王公橋引橋；(b) 橋柱下方保麗龍披覆；(c) 與(d) 受損及修補情況

結語

美麗的台2線蜿蜒於壯闊的山水間，土木人在惝徉其間之餘，還看到了大自然對土木結構嚴苛的考驗。透過此次踏勘，我們蒐集了許多寶貴的「自然」試驗資料，這些資料配合實驗室加速腐蝕構材性能試驗，我們希望能建構腐蝕RC結構分析模型，以為結構性能評估所用。