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1.施作前素面一
2.施工前素面二
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1.施作後外觀一
2.施作後外觀二
3.施作後外觀三 施作完之後，不但達到防水的效果 而且可以使原本混凝土的色澤更加 美觀，亦可使用在清水模的修補與 防水 |
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淺談鋼筋混凝土橋梁常見問題與解決方法-
鋼筋混凝土橋梁常見問題包括：
一、鋼筋混凝土橋梁端頭局部破損
二、鋼筋混凝土橋梁間縱向接縫反堿，翼板下混凝土疏鬆、掉塊，部份區域混凝土大面積剝落，鋼筋外露銹蝕
三、鋼筋混凝土橋梁橋面排水管周圍反堿，混凝土破碎嚴重
四、橫向拉結肋樑金屬連接件銹蝕
五、沿T型樑腹板下沿縱向劈裂
六、混凝土保護層延鋼筋走向開裂
以上問題有下列原因所造成：
一、橋梁混凝土覆蓋層太薄或混凝土密實度較差，使得雨水、鹽鹼和二氧化碳等有害成分容易進入混凝土結構內部，造成連
接件銹蝕；導致混凝土
結構開裂、混凝土結構破碎，連接件外露。
二、開裂後雨水和化冰鹽更容易進入結構內，反過來加快了連接件的銹蝕過程和受凍融破壞的程度，使得病害更加嚴重。
三、鹼骨料反應使水泥骨料表面發生膨脹，導致混凝土結構開裂破碎，加快了鋼筋銹蝕，而水的滲漏是鹼骨料反應的必要因
素和促進因素；
四、橋梁混凝土碳化反應導致鋼筋銹蝕，造成結構破損。水和二氧化碳是碳化反應的必要條件和促進因素。
五、結構本身的缺陷：
六、鋼筋的混凝土保護層太薄；
七、橋梁混凝土品質太差，水灰比太高，密實度不好，碳化反應發展很快
八、橋梁混凝土含鹼量過高，同時選用的骨料不恰當，導致鹼骨料反應發生
九、橋梁混凝土自身氯離子含量過高，導致鋼筋銹蝕
十、外界環境的影響
十一、工作環境潮濕，經常受雨水侵蝕
十二、工作環境氯離子含量高，如經常使用化冰鹽等
十三、工作環境污染嚴重，經常接觸腐蝕性物質
十四、 凍融迴圈頻繁
十五、 外界的機械破壞
鋼筋混凝土橋梁修補材料與鋼筋混凝土橋梁防水材料的選擇
CDPS是一種可呼吸的水泥基結晶滲透型且可自動修復裂縫的防水材料，可直接應用於混凝土表面，滲入混凝土結構的微孔和空隙中，堵塞過水通道
。
CDPS在牆體表面形成附著力極強的密實、堅硬塗層，進一步起到防水作用。
CDPS不僅可以完全防止水的滲漏，還能保證結構的呼吸，使結構內的潮氣可以正常地散發出來。
CDPS
RC結構防水應用
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圖１ 混結晶 混凝土結晶滲透 結晶滲透材料 滲透結晶材料 1.水以不同的型態侵入混凝土結構
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圖２
2.水入侵的途徑有：水路、裂縫、冷縫、二次施工縫等 |
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圖3
3.無論從正水壓或負水壓，使用CDPS施做，以達到完 整防水效果。
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圖4
4.開始結晶。CDPS活性物質，可與混凝土中的游離鈣 與水形成無機質的結晶，這種結晶可達到奈米等級 ，比水分子還要小。 |
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圖5
5.修補水路及裂縫
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圖6
6.日後再遇到水，又可以再度形成結晶，將新生的裂縫 修補 起來。 |
混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕。空氣中ＣＯ２氣滲透到混凝土內，與其鹼性物質起化學反應後生成碳酸鹽和水，使混凝土鹼度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學反應為：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其鹼性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Ｆｅ2Ｏ3和Ｆｅ3Ｏ4，稱為純化膜。碳化後使混凝土的鹼度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。可見，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對於素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對於鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的鹼降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。
1、在海邊，由於空氣中含有大量氯離子，氯離子的滲透會極大地加劇混凝土結構的腐蝕。其作用過程如下：
A 氯離子的侵入：在水分浸透的同時，由於碳酸氣、氯離子的滲透引起混凝土中性化。
B 鋼筋的腐蝕：由於浸入的水、氣、氯離子等，鋼筋被腐蝕。即使不中性化，鋼筋表層所含磷分，也會使鋼筋發生腐蝕。
C 裂紋的產生：由於鋼筋被腐蝕、體積膨脹（2.5倍），混凝土產生裂紋。
D 強度降低：腐蝕物質從裂紋處進一步浸入，加速鋼筋的腐蝕、體積膨脹，從而降低混凝土強度。
總之，腐蝕會造成混凝土結構的強度降低，從而大大縮短橋梁的使用壽命。採用CDPS對橋 梁混凝土結構是一種行之有效的防蝕蝕措施，可以起到以下作用：
A 在混凝土表面形成一層遮罩阻隔層，以阻止氯離子、二氧化碳等腐蝕介質浸入混凝土造成腐蝕。
B 對於已碳化、疏鬆和開裂的混凝土表面起增強作用。
C 通過塗層可使橋梁獲得與周圍環境景觀相協調的色彩。
2、混凝土防蝕防水塗料的選用
CDPS結晶原理介紹
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CDPS |
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混凝土滲透結晶型系列防水材料 |
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CDPS防水原理 |
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CDPS，它是由波特蘭水泥、矽沙和多種特殊的活性化學物質所組成的灰色粉末狀無機材料。其防水原理是CDPS特有的活性化學物質，利用水泥混凝土本身的化學特性及多孔性，以水做載體，借助滲透作用在混凝土毛細管中傳輸、並催化混凝土內的微粒和未完全水化的成份再次發生水化作用，而形成不溶性的枝蔓狀結晶，並與混凝土結合成為一體，進而使任何方向來的水或液體被堵塞，達到永久性的防水、防潮和保護鋼筋、增強混凝土結構強度的效果。工作示意圖如下： |
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由於混凝土屬於強鹼性建築材料，因而要求混凝土防蝕蝕塗層具有良好的耐鹼性、附著力和抗滲透性，另外，塗層本身如果還應具有良好的耐候性和長效性。對於
海邊橋梁混凝土結構，其表面塗層應具有極佳耐候性，耐日光紫外線降解，耐鹽霧及海洋大氣腐蝕，在有效防護期內不出現嚴重粉化及變色、脫落、開裂等現象。
CDPS被認為是適用的塗料品種，何謂「CDPS」？混凝土深層滲透塗封劑（Concrete Deep Penetration Sealer，以下簡稱CDPS）係一種無機質粉末混凝土表面
處理劑，可提供永久性保護，可防潮、防正負水壓及確定的腐蝕性化學物，也可用於新舊混凝土之間或與頂層水泥板之間。
國內外橋 梁混凝土防水防蝕塗層的經驗來看，選用以下塗料可以獲得良好的塗層效果,其特性如下：
A由於混凝土表面和鋼材相比較為疏鬆多孔，因而CDPS以增強其表面強度，增加塗層與混凝土的附著力，還起到增加塗層封閉性和抗滲透性作用。
B由於混凝土表面凹凸不平,需考慮附著力、耐鹼性、耐腐蝕性和強度。 是一種理想的修弗材料，可以增加混凝土表面強度和塗層耐久性，提高塗層的抗滲
透性。
C具有極佳的附著力、耐鹼性和抗滲透性，塗層後增加塗層厚度，增強整個塗層的抗滲透性。
D該塗料常作為各種惡劣氣候條件下長效塗層的面層，塗層具有極佳的耐鹽霧性、耐海洋大氣腐蝕性，在強烈日光紫外線照射不易降解、粉化和變色，能使
塗層長期保持良好外觀。
3、橋 梁混凝土塗層配套方案
橋梁混凝土塗層方案的確定要考慮以下因素：
A所處腐蝕環境：包括水上或水下，浪濺區、承重梁或路面等；
B混凝土表面狀況:是否有開裂現象，表面平整光滑度，疏鬆度和強度等；
橋梁建成後，如未對混凝土表面進行防蝕處理，在經過若干年後，混凝土表面可能因腐蝕出現裂紋、鬆動、凹陷、孔洞等現象，隨使用時間而程度不同。在噴塗
時需採取不同的防蝕處理措施。
C防蝕層是否有抗裂性設計要求：如果已出現混凝土內鋼筋腐蝕造成混凝土開裂，塗層後是不能保證塗層因混凝土的進一步開裂而出現裂紋，這將造成局部防蝕
塗層失效，在這種情況下，採用粘貼玻璃纖維布層提高塗層抗裂性能是必要的，對於橋墩，視原混凝土開裂程度和防蝕設計要求進行局部粘貼玻璃纖維布或整體
纏繞都是可行的防裂措施。
D表面處理
搭設腳手，安裝吊船，經安全檢查後用電動角磨機打磨混凝土表面，除去表面疏鬆層。鑿去脹裂或鬆動的混凝土。用高壓水槍噴射沖洗墩柱混凝土表面，沖洗
後自然乾燥。
品質要求為：沖洗後混凝土表面應潔淨、牢固密實無鬆動，局部混凝土凸面磨平，方能進入下一工序。
E對橋墩外露的鋼筋和型鋼進行表面除鏽處理。
F對混凝土局部大的凹陷、孔洞及裂縫處可以採用聚丙烯水泥砂漿進行局部修補，再塗刷CDPS。
8. 可在潮濕的混凝土表面上直接施工，也可添加拌入混凝土，於澆置時同步施工。
9. 處理後還可附著其它塗層。
10. 施工成本較低，施工方法簡單。
11. 由於具有循環結晶修補的特性，進而提高混凝土水密性，達到軀體防水的效果。
12. 屬於水泥系之塗料，能與結構體結合為一體。
13. 具透氣性，可防止因溫差所產生的水蒸氣壓力造成的氣泡及剝落現象。
14. CDPS可抗酸鹼，從PH2.0至PH12.0
四、實際案例說明—以台北市新生高架橋改善工程為例
CDPS材料，適用性強、施工簡單易懂，成本低廉，是符合價值工程低投入、高效益的優質修補/防水材料。就台灣地區之應用而言，由於引進時間較短、施工規範與相關經驗之不足，目前尚未能普遍且大規模的應用於各項公共工程；然其對於一般建物及結構體事後之局部漏水處理，則有逐漸受到重視與推廣之趨勢。茲以台北市新生高架橋改善工程中，橋體混凝土表面之裂縫、滲漏水為例，扼要說明CDPS塗佈工法在結構體裂縫處理與改善漏水之優越性能。
位於台北市的新生高架橋（圖11）改善工程，自2008年8月開工，其中混凝土防護塗佈工項即應用CDPS於橋樑主+橫樑+帽樑+部分橋墩柱+護欄+翼版等構件部位，施工目的為構造物混凝土面層防風化作用修補作業、混凝土細微裂縫修補、局部滲水與白華之防護等，施工數量約十幾萬平方公尺。現場所採用之材料源自加拿大XYPEX賽柏斯化工公司生產之CDPS，其修補/防水原理為利用混拌後的灰漿形式，噴塗至混凝土表面，藉由水滲透與毛細作用，深層滲透混凝土毛細孔內，循環反應再生不溶性的針織狀結晶體，可充填混凝土的微細孔隙。由於CDPS具良好親水性，可以在施工後很長一段時間內，沿混凝土基層（Substrate）中之毛細管道，與滲透水反應，並向內層發展，生成枝蔓狀晶體，封堵既有裂縫並阻斷潛在的滲漏水通道，從而達到延長結構使用年限之終極目標。
圖11 新生高架橋基隆河過河段（新生高架橋建成迄今，已逾三十餘年，且為士林、大直往台北市區之重要幹道。）
4.1混凝土防護塗佈位置
混凝土塗佈位置包含：I型大樑、密排大樑、墩柱、帽樑、橫隔樑以及橋面版等，如圖12〜圖17所示。
圖12 I型大樑(註11)
圖13 密排大樑
圖14 墩柱
圖15 帽樑
圖16 橫隔樑
圖17 橋面版
4.2施作過程
1. 清洗混凝土表面：在要施作的面上，以高壓水清洗髒污，如圖18所示。
2. 潤溼混凝土表面：清除油漆或髒污後，於施作前，充分溼潤工作面。
3. 拌和CDPS：現場採噴塗方式，拌和比例約5:3（料: 水=5:3）體積比。P混凝土滲透結晶 混凝土結晶滲透 結晶滲透材料滲透結晶材料。
4. 塗佈CDPS：噴塗厚度約0.8mm~1mm，施作用量0.8kg~1kg/m2，如圖19所示。
5. CDPS塗層養護：Gamma Cure結晶催化劑可選購，只需噴灑一次；如果用水養護，建議每日霧狀水養護3次以上。
圖18 高壓水柱清洗圖
圖19 噴塗CDPS塗層
4.3施作前後比較
本案施作前後之外觀比較，如圖20〜圖23所示。
圖20 I型樑未施作前
圖21 I型樑施作後
五、結語
CDPS 塗佈修補/防水工法並非僅是表面的防水塗層與包覆，而係具有滲透結晶機制以深入混凝土內部進而結為一體之化學反應過程，且由於其獨特的裂縫自癒能力，更可將混凝土之漏水原因降至最低，杜絕後續可能發生的病變。此外，從施工的角度，因其無搭接問題且施工簡便、快速、品管易掌握。
綜合本案例，顯示原裂縫之漏水問題均已明顯改善，代表既有裂縫亦正完全密合當中，混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、並且耐火性好、不易風化、養護費用低，成為當今世界建築結構中使用最廣泛的建築材料。混凝土最主要的缺點是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均有應力裂縫荷載問題，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見（＜0.05mm），一般對結構的使用並無大害，可允許其存在；有些裂縫在過度荷載（Overloading）或外界物理、化學因素的作用下，不斷產生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、混凝土裂縫、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。故如何有效協助其診斷裂縫並有效解決漏水問題，將是土木、建築工程人員今後無可避免的課題，而結晶滲透防水材與其施工法之提出，或許正可提供工程人員一絕佳之選擇。
參考文獻
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2. 謝宗義，「解決到處漏水的營建品質」，營建管理季刊，第36期，中華民國營建管理協會，第65∼68頁（1999）。
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9. Mr. Kayano, and Mr. Thiyaea, Petrographic Examination of Concrete Core, B23689/XLP/1-2, SETSCO SERVICES PTE LTD, Singapore, pp.1-5 (1998).
10. Yasuo, M., Masoru, F., and Yukinobu, N., “An Enhancement in the Nature of Concrete with a Multiplicative Cement Crystal Type Concrete Material,” 48th Annual Meeting of the Civil Engineering Society of Japan (1992).
11.馳發實業承做台北市新生高架橋修補之施工圖片。
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