書籍介紹
大部分的鋼筋混凝土橋梁於規劃設計與興建時假設未來的氣候狀況與目前相同，然而IPCC第六次氣候變遷評估報告明確指出，未來的溫度正以前所未有的速度遞增，劇烈降雨或強烈颱風等天然災害產生的頻率也漸趨增加。因此，本研究係透過TCCIP之氣候變遷模擬情境資料，探討溫度效應對鋼筋混凝土橋梁使用年限之影響，並蒐集相關的抗腐蝕防治對策，以供鋼筋混凝土橋梁管理及設計人員參考。依據本研究之評估結果，氣候變遷之溫度效應將會造成鋼筋混凝土橋梁有效使用年限損失5.0%至7.2%(設計使用年限50年)及4.8%至10.7%(設計使用年限100年)，因此建議設計者應將氣候變遷之影響納入設計考量，並應制定適宜的防腐蝕策略，以利降低後續維護管理之風險。另本研究提出各縣市之溫度效應放大因子建議值，供設計人員做為增加設計保護層厚度之參考，以利維持鋼筋混凝土橋梁之耐久性。本研究另綜整各種抗腐蝕防治措施，建議設計人員選用時應綜合考量環境條件、設計使用年限、初期與維護成本、施工可行性等因素，整合應用多項抗腐蝕策略，以增加鋼筋混凝土橋梁的耐久性。
研究成果效益：
1.完成氣候變遷溫度效應對臺灣地區鋼筋混凝土橋梁使用年限之影響評估及擬定相關腐蝕防治對策。
2.提供各縣市建議之溫度效應放大因子，供設計人員做為設計保護層厚度之依據。
提供應用情形：
可提供公路局、高速公路局、縣市政府等橋梁管理機關未來施政之應用。
目次
目 錄
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
目錄Ⅲ
圖目錄VII
表目錄XV
第一章 前言1-1
1.1研究緣起1-1
1.2研究目的1-2
1.3研究範圍及對象1-2
1.4研究內容與工作項目1-2
第二章 文獻回顧2-1
2.1鋼筋混凝土橋梁腐蝕劣化機制2-1
2.1.1鋼筋腐蝕原理2-1
2.1.2鋼筋混凝土腐蝕劣化類型2-3
2.2氯離子入侵引致之鋼筋混凝土腐蝕2-6
2.2.1氯離子擴散機制2-7
2.2.2臨界氯離子濃度2-10
2.2.3鋼筋混凝土使用年限預測模型概述2-18
2.2.4鋼筋混凝土耐久性設計2-23
2.2.5鋼筋混凝土腐蝕速率分析模型2-25
2.3氣候變遷之觀測與預測計畫2-30
2.3.1氣候變遷對基礎建設的影響趨勢2-30
2.3.2耦合模式比對計畫2-31
2.3.3政府間氣候變遷專門委員會2-31
2.3.4臺灣氣候變遷推估與調適資訊平台[105]2-36
2.4降雨量與相對濕度之轉換關係式2-40
2.5考量鹽害環境作用之鄉鎮區範圍2-42
第三章 氣候變遷模擬資料處理及相對濕度推估3-1
3.1 AR6統計降尺度資料格式與處理流程3-1
3.1.1資料變數儲存格式說明3-1
3.1.2網格資料篩選流程3-1
3.1.3網格資料平均處理3-5
3.2各縣市區域之溫度推估結果3-8
3.3相對濕度資料推估3-17
3.4小結3-30
第四章 氣候變遷對鋼筋混凝土橋梁之影響4-1
4.1鋼筋混凝土腐蝕劣化影響參數4-1
4.2分析結果與討論4-2
4.2.1氣候變遷對混凝土設計厚度之影響4-2
4.2.2氣候變遷對使用年限損失之影響4-11
4.2.3鋼筋直徑腐蝕縮減量之評估4-19
4.2.4考量氣候變遷之溫度效應放大因子4-23
4.3小結4-30
第五章 鋼筋混凝土橋梁抗腐蝕策略5-1
5.1增加鋼筋保護層厚度5-1
5.2降低混凝土氯離子擴散係數5-2
5.2.1降低水膠比5-4
5.2.2使用輔助膠結材料(Supplementary Cementitious Materials, SCMs)5-5
5.2.3選擇適當骨材5-8
5.2.4適當的養護時間及養護條件5-10
5.2.5其他方法5-10
5.3添加腐蝕抑制劑5-12
5.4增加混凝土表面防護塗層5-17
5.5電化學處理技術(Electrochemical Treatment)5-20
5.5.1陰極保護法(Cathodic Protection, CP)5-20
5.5.2電化學去鹽法(Electrochemical Chloride Extraction, ECE)
5-22
5.6抗腐蝕鋼筋5-24
5.6.1環氧樹脂塗佈鋼筋(Epoxy-Coated Rebar, ECR)5-24
5.6.2鍍鋅鋼筋(Galvanized Rebar)5-26
5.6.3纖維強化聚合物(Fiber Reinforced Polymer, FRP)鋼筋5-30
5.6.4不銹鋼鋼筋(Stainless Steel Rebar, SSR)5-33
5.6.5 MMFX/ChromX鋼筋5-39
5.7抗腐蝕策略建議方案5-44
5.8小結5-47
第六章 結論與建議6-1
6.1結論6-1
6.2建議6-4
6.3成果效益與應用6-5
6.4提供政府單位應用狀況6-5
參考文獻參-1
附錄一 需考慮鹽害影響區域所對應的網格座標附1-1
附錄二 專家學者座談會會議紀錄附2-1
附錄三 第1次工作會議紀要附3-1
附錄四 第2次工作會議紀要附4-1
附錄五 第3次工作會議紀要附5-1
附錄六 期末報告審查委員意見處理情形表……………………….附6-1
附錄七 期末報告簡報資料附7-1
圖 目 錄
圖2.1 鋼筋腐蝕的電化學反應2-3
圖2.2 混凝土基礎因物理性硫酸鹽侵蝕而嚴重劣化2-5
圖2.3 混凝土因鹼骨材反應造成之裂縫及剝落2-5
圖2.4 鋼筋混凝土腐蝕初始階段及擴展階段示意圖2-7
圖2.5 骨材與水泥漿體間之界面過渡區示意圖2-9
圖2.6 日本公益社團法人土木學會評估公式之臨界氯離子濃度2-12
圖2.7 氫氧根離子增加對[Cl⁻]/[OH⁻]比例之影響2-13
圖2.8 臨界氯離子濃度受相對濕度之影響(示意圖)2-15
圖2.9 臨界氯離子濃度受相對濕度之影響(試驗資料)2-16
圖2.10 尺寸效應對臨界氯離子濃度之影響2-18
圖2.11 高斯誤差函數圖2-21
圖2.12 氯離子擴散係數之溫度調整因子隨溫度變化之情形2-22
圖2.13 氯離子擴散係數之濕度調整因子隨孔隙相對濕度變化之情形2-23
圖2.14 溫度修正因子fT與溫度變化的關係圖2-29
圖2.15 相對濕度修正因子fRH與相對濕度變化的關係圖2-29
圖2.16 氯離子濃度修正因子fCl與時間變化的關係圖2-30
圖2.17 共享社會經濟情境的減緩與調適挑戰2-34
圖2.18 氣候變遷推估情境組合2-34
圖2.19 降尺度方式示意圖2-38
圖2.20 AR6統計降尺度資料變數之臺灣分析網格圖2-39
圖2.21 AR6統計降尺度資料變數之網格示意圖2-40
圖2.22 基期與未來時期示意圖2-40
圖2.23 澳洲墨爾本與布里斯本年平均相對濕度與年平均濕潤時間之關係2-41
圖2.24 鹽害環境作用等級分區之海岸線劃分示意圖2-43
圖3.1 溫度資料月資料檔案格式示意圖3-2
圖3.2 網格切分示意圖(1個座標點擴增為25個座標點)3-2
圖3.3 需考量鹽害影響區域使用之AR6統計降尺度網格資料位置圖3-3
圖3.4 氣候模擬情境SSP1-2.6之各分析模式推估結果3-6
圖3.5 氣候模擬情境SSP2-4.5之各分析模式推估結果3-6
圖3.6 氣候模擬情境SSP3-7.0之各分析模式推估結果3-7
圖3.7 氣候模擬情境SSP5-8.5之各分析模式推估結果3-7
圖3.8 經系集平均及20年移動平均處理後之各氣候變遷情境溫度推估圖3-8
圖3.9 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-9
圖3.10 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-10
圖3.11 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-10
圖3.12 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-11
圖3.13 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-11
圖3.14 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-12
圖3.15 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-12
圖3.16 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-13
圖3.17 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-13
圖3.18 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-14
圖3.19 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-14
圖3.20 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-15
圖3.21 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-15
圖3.22 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-16
圖3.23 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-16
圖3.24 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之溫度(經區域平均、系集平均及氣候平均)3-17
圖3.25 鄰近海岸線之自動氣象監測站位置3-18
圖3.26 臺灣北部濕潤時間與相對濕度之迴歸關係圖3-19
圖3.27 臺灣中部濕潤時間與相對濕度之迴歸關係圖3-19
圖3.28 臺灣南部濕潤時間與相對濕度之迴歸關係圖3-20
圖3.29 臺灣東部濕潤時間與相對濕度之迴歸關係圖3-20
圖3.30 臺灣全島濕潤時間與相對濕度之迴歸關係圖3-21
圖3.31 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之相對濕度3-22
圖3.32 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之相對濕度3-22
圖3.33 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之相對濕度3-23
圖3.34 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP1-2.6之相對濕度3-23
圖3.35 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之相對濕度3-24
圖3.36 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之相對濕度3-24
圖3.37 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之相對濕度3-25
圖3.38 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP2-4.5之相對濕度3-25
圖3.39 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之相對濕度3-26
圖3.40 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之相對濕度3-26
圖3.41 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之相對濕度3-27
圖3.42 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP3-7.0之相對濕度3-27
圖3.43 臺灣北部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之相對濕度3-28
圖3.44 臺灣中部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之相對濕度3-28
圖3.45 臺灣南部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之相對濕度3-29
圖3.46 臺灣東部縣市於氣候模擬情境SSP5-8.5之相對濕度3-29
圖4.1 臺中市梧棲區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP1-2.6)4-3
圖4.2 臺中市梧棲區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP2-4.5)4-3
圖4.3 臺中市梧棲區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP3-7.0)4-4
圖4.4 臺中市梧棲區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP5-8.5)4-4
圖4.5 各分區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP1-2.6)4-5
圖4.6 各分區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP2-4.5)4-5
圖4.7 各分區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP3-7.0)4-6
圖4.8 各分區於設計使用年限50年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP5-8.5)4-6
圖4.9 臺中市梧棲區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP1-2.6)4-7
圖4.10 臺中市梧棲區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP2-4.5)4-8
圖4.11 臺中市梧棲區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP3-7.0)4-8
圖4.12 臺中市梧棲區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度變化圖(SSP5-8.5)4-9
圖4.13 各分區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP1-2.6)4-9
圖4.14 各分區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP2-4.5)4-10
圖4.15 各分區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP3-7.0)4-10
圖4.16 各分區於設計使用年限100年之鋼筋保護層厚度差異圖(SSP5-8.5)4-11
圖4.17 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP1-2.6，設計年限50年)4-12
圖4.18 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP2-4.5，設計年限50年)4-13
圖4.19 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP3-7.0，設計年限50年)4-13
圖4.20 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP5-8.5，設計年限50年)4-14
圖4.21 需考量鹽害環境作用縣市之使用年限損失(設計年限50年)4-14
圖4.22 需考量鹽害環境作用縣市之使用年限損失率(設計年限50年)4-15
圖4.23 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP1-2.6，設計年限100年)4-16
圖4.24 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP2-4.5，設計年限100年)4-16
圖4.25 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP3-7.0，設計年限100年)4-17
圖4.26 需考量鹽害環境縣市之使用年限(SSP5-8.5，設計年限100年)4-17
圖4.27 需考量鹽害環境作用縣市之使用年限損失(設計年限100年)4-18
圖4.28 需考量鹽害環境作用縣市之使用年限損失率(設計年限100年)4-18
圖4.29 各分區於設計使用年限50年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP1-2.6)4-20
圖4.30各分區於設計使用年限50年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP2-4.5)4-20
圖4.31 各分區於設計使用年限50年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP3-7.0)4-21
圖4.32 各分區於設計使用年限50年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP5-8.5)4-21
圖4.33 各分區於設計使用年限100年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP1-2.6)4-22
圖4.34 各分區於設計使用年限100年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP2-4.5)4-22
圖4.35 各分區於設計使用年限100年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP3-7.0)4-23
圖4.36 各分區於設計使用年限100年之鋼筋直徑腐蝕量(SSP5-8.5)4-23
圖4.37 溫度效應放大因子變化量對鋼筋保護層厚度增加率之影響4-25
圖4.38 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限50年，SSP1-2.6)4-25
圖4.39 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限50年，SSP2-4.5)4-26
圖4.40 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限50年，SSP3-7.0)4-26
圖4.41 考量氯溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限50年，SSP5-8.5)4-27
圖4.42 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限100年，SSP1-2.6)4-27
圖4.43 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限100年，SSP2-4.5)4-28
圖4.44 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限100年，SSP3-7.0)4-28
圖4.45 考量溫度效應放大因子之各縣市鋼筋混凝土橋梁使用年限評估結果(設計使用年限100年，SSP5-8.5)4-29
圖5.1 鋼筋混凝土構造物抗腐蝕策略5-2
圖5.2 維持設計使用年限50年之氯離子擴散係數縮減率5-3
圖5.3 維持設計使用年限100年之氯離子擴散係數縮減率5-3
圖5.4 波特蘭水泥之水膠比對氯離子擴散係數之影響5-4
圖5.5 添加SCMs對氯離子擴散係數的影響5-8
圖5.6 腐蝕抑制劑分類方式5-14
圖5.7 混凝土表面防護塗層機制的種類(a)成膜型塗層；(b)封孔作用型塗層；(c)孔隙內襯型塗層5-18
圖5.8 犧牲陽極式陰極保護系統示意圖及現場施作照片5-21
圖5.9 外加電流式陰極保護系統示意圖及現場施作照片5-22
圖5.10 電化學去鹽法示意圖5-23
圖5.11 環氧樹脂塗佈鋼筋外觀比較照片(a)碳鋼鋼筋；(b)傳統ECR；(c)TECR5-26
圖5.12 熱浸鍍鋅的典型鍍層結構5-27
圖5.13 連續鍍鋅鋼筋(CGR)的製造流程5-29
圖5.14 FRP鋼筋的結構組成及外觀5-30
圖5.15 墨西哥的Progresso碼頭5-39
圖5.16 MMFX鋼筋的微結構示意圖5-40
圖5.17 不同類型鋼筋的臨界氯離子濃度5-41
表 目 錄
表2-1 鋼筋腐蝕速率分析模型2-27
表2-2 歷次IPCC評估報告主要內容與意義2-32
表2-3 統計降尺度與動力降尺度的主要差異2-37
表2-4 TCCIP提供之降尺度資料2-38
表2-5 AR6統計降尺度資料變數於不同模擬情境下之分析模式數量2-39
表2-6 鹽害環境作用等級及其混凝土材料規定2-42
表2-7 不同鹽害環境作用等級之混凝土表面氯離子濃度2-43
表2-8 鹽害環境作用等級之分區範圍2-43
表2-9 需考慮鹽害環境作用之鄉鎮區2-44
表3-1需考量鹽害影響區域(部分)採用之AR6統計降尺度網格座標3-4
表3-2 臺灣縣市於各氣候變遷模擬情境之溫度變化彙整3-17
表3-3 臺灣各分區濕潤時間、相對濕度及降雨量之關係式3-21
表4-1 各縣市符合設計使用年限之溫度效應放大因子βt4-29
表4-2 各縣市考量氣候變遷效應之鋼筋保護層厚度增加率(單位：%)4-30
表5-1 常見混凝土用纖維之基本性質5-12
表5-2 FRC之纖維類型、材料與特性5-12
表5-3 混凝土表面防護塗層分類及相關特性5-19
表5-4 熱浸鍍鋅鋼筋鍍鋅層之規定5-28
表5-5 聚合物基體的基本物理與化學性質5-31
表5-6 常見不鏽鋼鋼筋之類型及合金成分5-34
表5-7 使用不鏽鋼鋼筋的優缺點比較5-37
表5-8 BS 6774(2001年版)中不同服務條件下的不鏽鋼鋼筋選用指引5-38
表5-9 BA 84/02中不鏽鋼鋼筋的選用建議5-38
表5-10 Markeset等人(2006)建議之不鏽鋼鋼筋選用分類5-39
表5-11 抗腐蝕策略之作用機制及優缺點說明5-45
表5-12 建議抗腐蝕策略之施作順序5-47
編／著／譯者簡介
本所主辦單位：運輸技術研究中心
主管：蔡立宏
計畫主持人：黃烟宏
研究人員：謝幼屏
聯絡電話：(04)2658-7200
傳真號碼：(04)2657-1329
序言／導讀
大部分的鋼筋混凝土橋梁於規劃設計與興建時假設未來的氣候狀況與目前相同，然而IPCC第六次氣候變遷評估報告明確指出，未來的溫度正以前所未有的速度遞增，劇烈降雨或強烈颱風等天然災害產生的頻率也漸趨增加。因此，本研究係透過TCCIP之氣候變遷模擬情境資料，探討溫度效應對鋼筋混凝土橋梁使用年限之影響，並蒐集相關的抗腐蝕防治對策，以供鋼筋混凝土橋梁管理及設計人員參考。依據本研究之評估結果，氣候變遷之溫度效應將會造成鋼筋混凝土橋梁有效使用年限損失5.0%至7.2%(設計使用年限50年)及4.8%至10.7%(設計使用年限100年)，因此建議設計者應將氣候變遷之影響納入設計考量，並應制定適宜的防腐蝕策略，以利降低後續維護管理之風險。另本研究提出各縣市之溫度效應放大因子建議值，供設計人員做為增加設計保護層厚度之參考，以利維持鋼筋混凝土橋梁之耐久性。本研究另綜整各種抗腐蝕防治措施，建議設計人員選用時應綜合考量環境條件、設計使用年限、初期與維護成本、施工可行性等因素，整合應用多項抗腐蝕策略，以增加鋼筋混凝土橋梁的耐久性。
研究成果效益：
1. 完成氣候變遷溫度效應對臺灣地區鋼筋混凝土橋梁使用年限之影響評估及擬定相關腐蝕防治對策。
2. 提供各縣市建議之溫度效應放大因子，供設計人員做為設計保護層厚度之依據。
提供應用情形：
可提供公路局、高速公路局、縣市政府等橋梁管理機關未來施政之應用。
分類
其他詳細資訊
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：氣候變遷，橋梁，使用年限，腐蝕，抗腐蝕策略
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授權資訊
- 著作財產權管理機關或擁有者：交通部運輸研究所
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姓名：王胤容
電話：04-26587142
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