我國位處於板塊交界以及四面環海,建築物長年暴露在具高度腐蝕性與地震頻繁的環境下。而鋼筋混凝土結構物隨著使用年限增加、自然環境影響下,使得建築結構產生許多裂縫與結構內部鋼筋腐蝕,進而造成管線滲漏的現象,根據2014年台灣自來水公司公告自來水漏水率為18.04%,滲漏損失的水量約5.77億噸,損失全額約42億元。
現今工程實務界對於鋼筋混凝土構件內部管線滲漏之檢測,大多以檢測者之經驗判定(目視、聽音),或破壞性敲除混凝土檢測,上述方法皆存在檢測的不準確性與無法明確判斷漏水的範圍,對於滲漏修復會造成非常大的困擾。因此,以下將介紹常見的非破壞性檢測滲漏水之方法,以及相關滲漏修護工法。
壹、管線滲漏檢測技術
以下為常見的非破壞性檢測方式:
一、透地雷達
目前鋼筋混凝土結構物無法藉由構件表面直接得知管線是否滲漏、內部是否損壞,因此需藉由非破壞檢測技術及相關研判理論來評估混凝土結構內部健康狀態,但大部分之非破壞性檢測儀器及理論只針對個別位置或局部問題進行檢視,無法即時全面檢視建築結構內部狀態,而透地雷達電磁波因具有指向性、穿透性以及高解析能力特性,可藉由電磁波掃描顯示內部狀態,並能將不同材料性質的反射訊號完整擷取與紀錄的優點。
本所104年度委託研究計畫「建築物管線滲漏檢測技術手冊與修護對策之研究」藉由透地電達之反射電磁波訊號,以及配合電磁波傳理論,將其轉換為相對應之材料界面電性參數,來判定試體內部是否滲漏水。最後經由數據視覺化之圖像(2D及3D)顯示管線滲漏分佈及路徑,改善目前人為經驗或圖像比對判定方法,藉此可大幅提昇鋼筋混凝土結構內部管線滲漏判定之準確性,詳細步驟如下:
- 建立材料內含管線滲漏之數位影像編碼運算擷取技術與材料界面層反射訊號特徵與波傳現象。由材料內含不同水層之界面波傳行為,分析電磁波入射在不同水層界面之反射訊號特徵,如圖1所示。
圖1 有/無滲漏試體之電磁波反射訊號於乾/濕界面的反射現象
- 建立非破壞性可量化管線滲漏檢測技術,材料內含管線滲漏之乾/濕界面分析理論及反射訊號特徵擷取方法,如圖2所示。
圖2 界面反射特徵
由上述電磁波理論於不同材料之管線滲漏原理與判別模式,本委託研究案以水泥砂漿內含管線滲漏及標準砂內含管線滲漏狀態,建立材料中各界面反射訊號特徵(水泥砂漿、標準砂、管線、鋼筋、水)之管線滲漏擷取方法。
- 探討水泥砂漿及標準砂材料內含管線在不同保護層厚度中進行滲漏檢測,並建立電磁波波傳理論/數位影像編碼處理方法,以及二維與三維視覺化判讀圖像,藉此可判斷材料內滲漏水之位置與分佈範圍,如圖3所示。
圖3 二維與三維視覺化判讀圖像
二、超音波檢測
超音波檢測係利用聲波傳入結構物以檢測其內部損傷、缺陷、厚度及位置,其原理與探測海中潛水艇所使用的聲納類似,當超音波遇到不同密度之物體則產生不同之訊號,依此原理即可檢測結構物之內部損傷、缺陷、厚度及位置。
一般超音波檢測所使用頻率範圍由1MHz至25MHz,基本設備需有電子訊號產生器,藉著換能器或稱探頭(Transducer of Probe or search Unit)發射出超波,再經由接觸媒質(Couplant)傳入試件中,在試件中超音波會有或多或少的衰減,當傳至介面時,超音波可能反射或透射,藉由偵檢、分析反射或透射訊號,則可檢測出瑕疵,並可定出檢測位置。
超音波檢測法可用以偵測混凝內部鋼筋之位置及結構內部的缺陷,如夾層(lamination),空洞、蜂窩,銲道不連續等。由音波在混凝土中傳播的速度,亦可探知混凝土的動力彈性模數(dynamic modulus of elasticity)、柏松比(Poisson's ratio)、混凝土板厚,甚至進一步預估混凝土強度,超音波檢測優缺點如表1所示。
表1 超音波檢測優缺點
優點 |
缺點 |
- 高靈敏度
- 強穿透力
- 檢測速度快
- 設備簡單輕便
- 操作容易
|
- 需要耦合劑
- 對薄件或形狀複雜工件檢測困難
- 內部缺陷之方向會影響檢測之準確度
- 操作者的狀況會影響檢測結果
- 準確度受表面粗糙度限制
|
三、紅外線熱影像儀
紅外線熱影像儀是利用物體熱輻射之特定紅外線波段訊號來分辨待測物之情況,紅外線熱影像儀可作為非接觸及全面式偵測,並且不影響或破壞建築物現有功能,以及可快速取得建築物大面積之熱影像進行判斷。
建築物設備若是屬於常溫操作,即使管路包覆層有積水,也不會造成溫度差異,但紅外線熱像儀就無法檢測出積水位置,紅外線熱影像儀優缺點整理如表2所示。
表2 紅外線熱影像儀優缺點
優點 |
缺點 |
- 檢測面積大
- 攜帶方便、可即時檢測
- 可測不規則的物體
- 可遠距離操作
- 可觀察動態的現象
|
- 設備投資成本高
- 僅能量測到表面輻射溫度
- 解析度的限制
|
貳、修護技術
以下為常見的建築物管線滲漏修護相關工法:
一、填充工法
滲漏水現象較為明顯時,可直接使用填縫材料填補;而滲漏水現象較不明顯時,可將結構體打鑿至欲修補之深度,在清理乾淨後,依滲漏水現象之特性,選用適當的防水止漏材料填補,等待硬化養護,再依原裝修復原。
二、灌注工法
灌注工法之施作方式因使用工具不同,主要分為以機器幫浦注入的高壓灌注,以及使用注射筒配合橡皮壓力灌入的低壓灌注兩大類。機器幫浦灌注壓力大,因此止漏藥劑注入時間快,整體施工時間短,而注射筒因灌注壓力小,再加上注射器設置拆除等時間,故整體施工時間長。灌注工法的大略施作流程為:
- 先檢視劣化之狀態以決定防水材料之種類,以及判斷採用高壓灌注或低壓灌注。
- 沿裂縫清除裝修層,埋設灌注針頭或灌注器,裂縫表面需用密封材密封,避免藥劑流出。
- 灌注後等待硬化養護,清除注射針頭或注入器,再復原裝修層。
三、塗膜工法
利用塗刷、塗抹或噴塗之方式,將防水材料施作於滲漏水處之表面,阻擋水源進入,且依照材料種類之不同,可施作於結構體上或是外牆裝修材料表面等,該工法施作完成後與原建築外觀不會有太大之差異。施作流程為:
- 清理滲漏水處,視滲漏水情況可先行以樹脂砂漿整平
- 塗佈底油以增加接合強度,依欲達到之防水效果施作防水層次數(防水層之厚度),若有活動性裂化,可貼附抗拉纖維網以增加抗拉效果。
四、明管工法
明管工法處理管線漏水之方式為將結構體牆面敲除至管線漏水部分,以接設新管線至外牆形成管線裸露於牆面上。
五、接管(暗管)工法
接管工法是將結構體牆面敲除至管線漏水處,再將漏水處的管子或接頭置換成新的管子或接頭,最後挖除結構體的部位以補土方式將表面恢復其原狀。