鋼鐵構造物腐蝕防治技術

鋼鐵構造物腐蝕防治技術 林傳鐙　技師 　由於台灣屬海島型氣候，亞熱帶氣溫高及高濕度再加上高度工業化易生腐蝕等因素，所完成之鋼構物容易生銹與腐蝕，國內鋼鐵構造物之鋼鐵結構加工成品施工安裝前對於防蝕方式選定方法不夠嚴謹，導致如台東三仙台大橋完工後六年即嚴重腐蝕，十八王公橋及重陽大橋完工不到三年即發生腐蝕急待維修等皆可證明鋼構設計階段未考量適當防蝕方法所致。 　正確的腐蝕防蝕方法需由設計者考量鋼構物之使用目的、機能、用途、使用條件外等，並對周遭環境以及施工成本，耐用年限等作全盤性之考量，再確定防蝕方法，選定順序過程如表一所示： 表一　防蝕方法選定之程序 　目前國內常用之防蝕方法可分為四類，如表二 表二　防蝕方法分類 　上述防蝕方法中，除環境處理屬一般之金屬表面處理可通用外，其它耐蝕金屬材料如耐候鋼、不銹鋼均係屬特殊狀況條件下才會使用，而且價錢昂貴較不普遍，僅作為特殊目的與環境中使用如食品、醫療、化工設備。環境處理除金屬基材表面處理外，全係指降低使用環境空氣中腐蝕成份或水份，如除濕、空調、防溼包裝離子交換，酸鹼度調整等，另一種環境處理方法係在水中添加腐蝕抑制劑，如氯化性防銹劑、水溶性防銹劑，其經常使用藥劑費用可觀，不適合用於土木工程之鋼結構物。電氣防蝕亦叫陰極防蝕法之適用對象物如水中、海中或埋在地下之管路、鋼鐵型基橋等，故亦不適用一般裸露在空氣中之陸上鋼構物。目前最常用之公共工程鋼結構件之防蝕方法為表面隔絕腐蝕環境法。 　隔絕腐蝕環境法以鍍鋅及油漆最常用，其中最有效簡單之方法是加鍍鋅法，其為冷鍍鋅塗裝方法，若再配合油漆更增加美觀。 　 　如上所述，為了達到最佳之隔絕腐蝕環境法中，鋼鐵構造之表面處理是防蝕塗裝工程中最重要之一環，表面是否適當，對塗裝或鍍鋅之防銹效果有很大影響(如圖一所示)。 　表面處理可定義為塗裝前的被塗面整理作業。其目的為去除破壞塗膜因素與腐蝕性物質，包括灰塵、動植物油、礦油、鹽類等附著物以及鋼鐵本身產生之鐵銹等。這些物質如不予除去，將成為塗膜之附著障礙，導致塗膜破裂、剝離、生銹等原因。表面處理作業除了去除上項異物外，並給以鋼鐵材面適當的粗度，幫助塗膜的附著性。有時再配合化學處理，如磷酸鹽處理，一次加鍍鋅底漆之應用等來提高塗膜性能，稱為工廠內一次防銹處理。 　表面處理的方法可分為化學與機械二種方法，化學方法係應用溶劑或界面活性劑與鹼液等清潔劑洗去附著表面之油脂與其它灰塵異物。酸洗法與燃燒法可同時除去鐵銹與舊漆膜，也屬於化學處理法。機械方法係指噴砂，超高壓水噴射以及應用手工或電動工具之除銹方法；加鍍鋅之表面處理常用後者。 　加鍍鋅及熱浸鍍鋅防蝕方法應用在鋼筋混凝土結構中能對腐蝕有效克制，而經濟實用將可取代鋼構結構的熱浸鍍鋅或傳統防塗裝方法。採用一般塗裝方式施工，同時具有油漆及鍍鋅效果，不但耐久性佳，且具塗裝時不受結構物外型設置地點影響塗裝或熱浸鍍鋅成品都需事前焊接，安裝一體成形作預先防護，避免因塗裝或鍍鋅造成安裝作業不便，加鍍鋅方法施工不需特別的設備或技術，鍍鋅效果可完全克服氣候，如海岸環境、都市景觀、施工條件及品質管理的問題，並具有塗裝及熱浸鍍鋅兩者所無法達成的塗裝耐久性，生命週期長期長，大大減少日後維護成本。 　鋼筋在品質良好的混凝土中是不會生銹的。原因是在灌置混凝土產生的孔隙溶液中含有飽和的氫氧化鈉和鈉鉀鹽類，其在液態狀中pH值在12至13之間的環境，鋼筋在此條件下會在表面生成與鋼筋可密結的鈍態氧化鐵，形成保護作用。以上現象可使加鍍鋅鋼筋在混凝土中不會腐蝕，但是假設混凝土因裂縫或鹽分對表面滲透性高，使有害物質易於侵入，導致混凝土中性化或氯離子接觸鋼筋附近，裸露在空氣中之鋼筋表面的鈍態氧化鐵保護膜遭破壞而造成鋼筋腐蝕，如前述，鋼筋腐蝕是一種漸進電化學反應的結果，電化學反應會產生氫氧化鐵沉積在陰極與陽極間的鋼筋表面上。由於此沉積物和未經保護之鋼筋間不會形成保護作用，會使鋼筋進一步腐蝕。 　以前有人試過鋼筋送到工地前先熱浸處理。再彎紮後灌製混凝土來防止鋼筋因氯離子侵蝕而生銹。結果效果不佳，原因是熱浸鍍鋅不能耐鹼性溶液環境(因其耐鹼性上限是pH9)，而使鍍鋅層遭破壞而剝落，在美國伊利諾州已有採用如加鍍鋅的耐鹼性鍍鋅(耐鹼性達pH13)，使用在海邊橋梁效果(尤其在握裹力方面)非常好，而且可防制混凝中因裂縫而可能發生的鋼筋腐蝕。若為節省經費，亦可採用加鍍鋅來處理鋼筋，雖然加鍍鋅的耐鹼性僅達pH11，但是它有與不經處理的鐵所具有的氧化衍生物可產生鈍態氧化鋅來保護，鋼筋受到保護，不會進一步腐蝕，同時加鍍鋅在pH12-13環境下產生的鈍態氧化鋅亦會形成保護膜，固結在鋼筋表面並且延展性非常好，將來台灣地區在海邊橋梁數量會增加，若不採用鋼構而設計鋼筋混凝土橋時，可採用加鍍鋅鋼筋。若因砂石粒價格居高不下，亦可改以鋼構或高架鋼構型式，本文建議採用加鍍鋅方法來解決無法採用熱浸鍍鋅施工場合或防蝕效果不佳的其他塗裝防蝕法。