生產技術及防蝕技術專題：熱浸鍍鋅鋼材於橋梁應用案例簡介1/4

中華民國熱浸鍍鋅協會發表於2017/03/05

廖肇昌

交通部國道新建工程局副總工程司

摘要

臺灣四面環海呈狹長形，面積約 36,000 平方公里，70% 的地形是丘陵及高山，因此，橋梁成為交通建設的主要構造型式。全台省道共 94 條，行經濱海地區的幹道主要包含台 2 線、台 9 線、台 11 線、台 15 線、台17 線、台 26 線及台 61 線等，省道上之橋梁約 2,700 餘座，全長超過 312 公里，苗栗以北地區省道橋梁約 465 座，距海岸線 1,000m 內約 105 座，距海岸線 300m 內約 54 座 [1]。臺灣氣候溫暖潮濕，與近海域附近有氯鹽的存在，結合形成高度腐蝕環境。研究調查發現近海岸線橋梁之混凝土內鋼筋或外露的鋼梁，有存在著不同程度的銹蝕情形。故在具腐蝕環境下，對鋼筋提供額外保護有其必要性。

熱浸鍍鋅鋼材應用於橋梁可回溯至 1993 年，馬槽橋 ( 鋼骨鋼筋混凝土拱形橋 )，其拱結構為熱浸鍍鋅處理後之鋼箱梁再以混凝土包覆之。 1996 年，中和交流道 ( 雙層式鋼橋 )，其上構使用鍍鋅的 I 型梁。1997 年，崙尾灣橋 ( 近海域的鋼筋混凝土橋梁 )，在其基礎及墩柱構造中使用熱浸鍍鋅鋼筋。1999 年，為保護橋梁 ( 蘭勢大橋 ) 的橋墩及基樁帽梁 ( 基礎版 )，免於洪水沖刷及腐蝕威脅，使用熱浸鍍鋅鋼板包覆在墩柱表面與基樁帽梁頂面及側面。2013 年開工的金門大橋 ( 興建中 )，連接大小金門全長 5.4 公里，跨越金烈水道，該橋梁的基礎及墩柱共計使用近 1 萬噸的熱浸鍍鋅鋼筋，以達防蝕目的。本文將列舉數座具代表性之熱浸鍍鋅鋼材於橋梁之案例，供各界參考。

1.前言

臺灣四面環海呈狹長形，面積約 36,000 平方公里，約 70% 的地形為丘陵及高山，30% 為平地並集中在西部地區，約 70% 的人口居住在西部地區。因此，大部分的交通建設都是沿著臺灣西部走廊興建。由於地形關係，橋梁成為交通建設中的主要構造型式，併有多條省道 ( 台 2、台 9、台 11、台 15、台 17、台 26 及台 61 等 ) 的部分路段，須沿著臨海區域經過，以提供當地交通需求。據推估，省道橋梁離海岸線在 1 公里以內約百餘座，其中有有約一半在海岸線 300m 以內，大部分橋梁構材是以鋼筋 ( 預力 ) 混凝土為主。

臺灣氣候溫暖、潮濕，近海岸區域存有氯鹽，對鋼材是一種高度腐蝕環境。ISO 9223 [Corrosion of metals and alloys – Corrosivity of atmospheres -Classiﬁcation, determination and estimation] 標準，臺灣沿海區域腐蝕環境屬 C4 ( 高潛勢 ) ~ C5 ( 超高潛勢 ) 的腐蝕環境。一項沿海岸線調查氯離子含量的結果，發現靠近海岸區域之空氣中氯離子含量最高值達 7.0mg/100cm2/ 天 [1]，此顯示氯離子將有機會經由混凝土孔隙或裂縫滲入，穿過混凝土保護層至鋼筋表面，激發鋼筋產生銹蝕。另一調查係有關位於海岸線附近的 6 座鋼筋混凝土橋梁，經暴露在海域環境 4 年後，氯離子含量從混凝土構造之表面至其內部的分布情形可發現有數座橋，附著在混凝土表面的氯離子含量超過 0.3% ( 以混凝土重量計，目前在新拌混凝土氯離子含量規定值為 0.15%)[1]。因此，常見到鋼筋銹蝕造成混凝土龜裂 ( 多延長軸方向鋼筋發生 ) 及剝離的情形。

混凝土內之鋼筋 ( 鋼材 ) 因有混凝土保護層而可避免大氣中腐蝕因子的侵害。然混凝土提供的防護還是需來自於混凝土品質 ( 水密性 ) 及該保護層厚度。混凝土品質的確保尚須經適當配比設計、生產、運輸、澆置及養護等，才能達預期目的。實務上，當混凝土在施工期間，要確保其品質有需全程掌握各作業要求，以防混凝土裂縫發生。又結構物完成後，在其使用期間仍可能因劣化因子 ( 水、氯離子、…) 藉乾溼環境作用下的毛細管原理，持續及緩慢地滲入混凝土內 ; 或藉由混凝土表面裂縫 ( 因材料缺陷、外界環境變化或外力作用所產生 )，快速滲入混凝土內並抵達鋼筋表面，激發鋼筋產生腐蝕。

由於混凝土亦為一種空隙性材料，從結構物長期服務性及生命週期成本而論，對近海域環境或具高潛勢腐蝕環境的混凝土內之鋼筋 ( 鋼材 ) 施以額外保護實有需要。考量防蝕方法選擇，將鋼材以熱浸鍍鋅處理已是普遍被選擇的方法之一。

2.應用案例

(1) 熱浸鍍鋅鋼箱梁

臺灣地區採熱浸鍍鋅鋼材之較早案例為 1993 年 11 月完工通車的2 線道公路橋梁「馬槽橋」，該橋為一座鋼構鋼筋混凝土拱橋，全長232m，拱跨徑 134m。此橋位於陽明山陽金公路上，馬槽橋兩側溪谷即為馬槽溫泉，為火山性溫泉，泉水呈酸性反應 (pH 值 2~4)，最高溫度達 99° C，源頭水質呈灰色半透明，帶有硫磺味，為硫酸物氯化物泉之一，不能飲用。故設計上在混凝土拱內以熱浸鍍鋅的鋼箱梁為支撐構件，以延長其使用年限 ( 照片 1~ 照片 2)。

(左)照片1 熱浸鍍鋅鋼箱梁拱架結構施工

(右) 照片2 馬槽橋外觀

(2) 熱浸鍍鋅 I 型鋼梁

1996 年，台 64 線八里新店線快速道路中和交流道設計採用雙層高架 I 型鋼梁構造，該 I 型鋼梁經以熱浸鍍鋅處理，主要考量係該處交通量大，可延長鋼材維護期 ( 照片 3~ 照片 4)。另一案例在台 28 線中壇橋，因配合堤防高程加高及引道兩側居民出入便利性，原為 80m 長 (8@10m=80m) 8 跨的鋼筋混凝土橋，為減少其阻水斷面，乃重建為 2 跨，每跨 55m 長的鋼橋。上構是連續雙孔變斷面熱浸鍍鋅 I 型梁橋 ( 照片 5)，包覆墩柱之防沖鋼板亦採熱浸鍍鋅設計，於 2010 年 9 月完工通車。