矽酸賍塗封劑使用於表面處理對混凝土性賍影響之研究

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1、兩岸營建環境及永續經營研討會Dec,19,2003矽酸質塗封劑使用於表面處理對混凝土性質影響之研究1234劉瑞春、陳建宏、洪明瑞、黃然1台灣電力股份有限公司2國立台灣海洋大學材料所博士生3明志技術學院總務長4國立台灣海洋大學河海工程學系教授摘要孔隙與裂縫為混凝土結構物中致使耐久性降低的主要原因，若能於結構物興建中或完成時立即塗刷效能良好之滲透型塗封劑於混凝土表面，即可適時填充內部孔隙並降低透水性，提昇混凝土結構物之耐久性，減少維護管理費用及降低生命週期成本。本研究係採用矽酸質系結晶滲透塗封劑塗刷於新拌混凝土表面，利用抗壓強度、劈裂強度與抗硫酸鹽侵蝕試驗，以及透過掃描式電子顯微鏡(SEM)進行微

2、觀結構分析與能量分散光譜儀(EDS)評估結晶滲透深度等，探討塗封劑對混凝土力學性質、耐久性及孔隙結構填充效能之影響。試驗結果顯示，高水灰比混凝土試體經表面塗封處理後之抗壓強度與劈裂強度效能明顯提昇，此外由能量分散光譜儀測得之鈣含量、矽含量及鈣矽比結果，評估其結晶滲透深度可達25mm以上，綜合研究結果顯示結晶滲透塗封材料對於混凝土之力學性質、耐久性質與填充孔隙皆有正面的影響。關鍵詞：矽酸質塗封劑，抗壓強度，結晶深度，微觀結構分析壹、前言現今社會營建工程中，無論何種型式建築，大部分都採用鋼筋混凝土結構，此因混凝土具有價廉、取得容易、施工方便、造型容易、承載力大、耐久安全等特性。一般而言，在建造混凝

3、土結構物時，如設計正確，材料使用適當，施工技術妥慎，則必能達到工程上所要求之目標強度及耐久性；然而混凝土材質多孔易脆，受物理或化學作用體積會收縮，且抗拉強度小，延展性低易生裂縫，加以台灣本島四面環海，溫溼多雨且空氣中鹽分含量甚高，又位於歐亞大陸版塊與菲律賓海版塊交接帶上，地層構造不穩，地震頻繁，使建物結構體經常發生結構性龜裂及損傷，導致結構物防水性喪失，混凝土發生劣化或使鋼筋腐蝕[1]。根據調查統計發現，長期以來台灣地區公共建設建築物工程品質瑕疵發生頻率，滲漏水排名第一位[2]。混凝土本身多孔易裂且若處於惡劣環境下將會造成混凝土耐久性及強度降低；而改善的方式除了於混凝土中使用不同掺料，增加混凝

4、土之緻密性降低透水性外，亦可於混凝土表面使用塗封材料為防止混凝土耐久性降低。貳、文獻回顧2.1混凝土孔隙結構混凝土是一種非均質多孔性材料，決定其耐久性的內外在因素主要是混凝土的物理化學性質產生之體積變化及施工、地基沉陷、超載與地震等外力所形成之1兩岸營建環境及永續經營研討會Dec,19,2003孔隙與裂縫。而大氣中的有害因子二氧化碳、水分、氯化物會循孔隙與裂縫進入混凝土結構物，造成混凝土一系列的劣化，如不即時對混凝土進行有效的維護，則使用中的結構物，會出現保護層剝落、鋼筋生銹，影響建築物美觀，更且降低強度及耐久性，影響結構安全。混凝土由粒料、水與水泥所組成，由於水泥的水化作用而具有強度，水泥之

5、水化物可概分為以C2S及C3S水化形成之C-S-H膠體與氫氧化鈣(Ca(OH)2，CH)以及由C3A及C4AF水化而成之硫鋁酸鈣(俗稱鈣釩石)等。C-S-H膠體於混凝土未完全凝固前會隨著未水化水泥顆粒逐漸由表面向顆粒中心水化而繼續產生，使未水化水泥受水化作用顆粒縮小並形成C-S-H膠體而增加膠體體積。但終凝後的混凝土，其水泥與水的水化作用並未完全停止，經常可維持數年之久，混凝土內部孔隙仍然隨著水化程度而逐漸被水化產物所填充，水化時間愈長則孔隙會愈來愈少[3]。硬固水泥漿體内孔隙的存在是必然且重要的，孔隙的多寡及互通性將造成整體性質之影響，如強度、乾縮、耐久性及透水性等性質。混凝土孔隙為水化作用

6、、施工及為達成混凝土某種品質目的如工作性、抗凍性添加掺料所形成，以微觀的尺度可分為膠體孔隙(gelpore<10nm)及毛細孔隙(capillarypore，0.01µm~1µm)，其餘為大孔徑之輸氣孔隙(entrainedair，70µm~400µm)及搗實孔隙(compactionpore)[4]。膠體孔隙(gelpore)為伴隨水化產物C-S-H膠體的孔隙，孔徑大約介於0.5nm~10nm之間；約佔總體孔隙40%-50%，佔水泥糊體(paste)體積的28%左右。膠體孔隙微細，水分子及外界有害因子不能通過，對混凝土強度亦無明顯影響；膠體孔隙中的水為混凝土中之吸附水，又因孔隙太小以至於無法

7、被水泥水化產物所填滿，但因膠體孔隙佔總體孔隙比例最大，對水泥漿體潛變與乾縮會有影響[4]。毛細孔隙係由水灰比控制，為水泥與水拌合後產生水化作用，隨著時間之增長，水泥顆粒逐漸水化，當水化行為停止後未被水化產物所填充之充水空間，毛細孔隙會隨者水灰比不同及水化程度不同而有所改變，水泥水化愈完全，水化產物愈多，孔隙被添滿愈多，毛細孔隙相對減少，密度也愈大，故孔隙會有約佔水泥砂漿體積的0-40%間之變化，一