台灣混凝土之創新挑戰與機遇-

應用推廣篇

黃兆龍、湛淵源  技師

1999年至2005年期間開始將高性能混凝土的黃氏緻密混凝土配比理念應用在各項產品上，包括臺北國際金融中心高性能混凝土及規範、鋼筋混凝土污水管抗硫防蝕混凝土[1]、高強度混凝土覆工版[2]、耐蝕高性能混凝土[3]、再生骨材混凝土[4,5]、高量鋼纖維混凝土[6]、高性能輕質混凝土[7]等等。基本上由這些經驗獲得一個完整資料庫及相當資訊，緻密混凝土的應用技術已臻成熟且爐火純青，但由實務經驗得到欲達成穩定始終如一的品質是一件非常不容易的工作。所以除了必須從5個M一一檢視外，依照PDCA順序執行學習精進才可以達成。另外是品質驗證工作剛開始就要進行至少30組試驗以驗證配比設計的合宜性、拌和機系統的效能、操作人員的素質、材料品質的適合性、下料順序與程序每一環節都必須是正確的。所以開始思考利用自動化施工來減少人為誤差及勞力密集的問題，HIC(High-integrity container,高健全容器)的製作必須有始終如一的品質，所以考慮自動化生產是保障生產品質的唯一不二法門[8]。

2006年開始將高性能混凝土的黃氏緻密混凝土配比理念，延伸至自充填混凝土(SCC)設計及應用上[9]，基本上仍依照本報1442期圖1標準作業程序，重覆演練過去的經驗，也更具信心此程序是一種通式。適用於SCC新型製程，但也發覺傳統SCC粉料量過多、砂石用量太少，而容易產生砂石沉澱，以致表面浮漿，滋生粉化產生裂化的問題，所以必須在水泥減量及砂石依照緻密配比修正，而非一味重視工作性的達成，強度及耐久性才是重點。針對人因部份，這一時期特別協助勞動部起草及推動品管人員訓練計畫，建構混凝土技術士的職類證照的章程，並且在配比實務上加入訓練計畫。

2008年「黃氏緻密配比理論」的高性能混凝土的理念更成熟，所以就將這些理論，實質應用在相關研究上，並大規模進入廢棄物再利用領域。開始將其他廢棄物進行綜合再利用，如石材工業廢棄物、花崗岩粉末轉化綠建材可行性評估，將科技部稻穀灰研究案應用在免燒磚及其他混凝土上的應用[10-12]。2010年接受下水道協會的委託進行內政部委託「污水下水道管材物理、化學及耐久特性分析之研究」專案[13]，針對現行污水下水道管材產生毀損的問題，進行全面性病理診斷分析，並探討應用高性能混凝土概念設計新管材，經各類材料的物理化學分析，設計出新型管材應有的特性，經過試驗室的驗證及嚴峻的酸鹼測試，確認新設計管材在物理化學上的穩定性，最後將卜作嵐材料及稻穀灰應用在管材上，提交給內政部，且技術移轉給下水道管材廠商，見圖1所示。

圖1 污水管材採用緻密配比設計的卜作嵐及稻殼灰混凝土材料

2011年接受建國工程委託，進行高雄衛武營文化中心新建工程，自充填混凝土及巨積混凝土施工品保監造服務計畫[14]。目的除了改變原有設計規定只能使用純水泥混凝土施工的傳統思維外，更重要的是要求加速施工速率，提前完工。並需要防止自充填混凝土表面浮漿裂縫，及巨積混凝土溫度過高產生裂縫的問題。據此，先確認高雄地區預拌混凝土廠至少三家預拌廠能夠同時生產相同品質性能的混凝土。此項艱鉅任務，先針對業主、建築師、結構顧問、建國工程及四家預拌混凝土廠進行教育訓練，取得共識，並且提出混凝土品保計畫執行內容規畫，然後依據1442期圖1標準作業程序，先執行材料規則化標準要求，統一各項材料及料源的品質要求，包括水泥、飛灰、爐石粉、砂石料源、強塑劑等，然後指導執行黃氏緻密混凝土配比，協助進行試拌作業，然後製作試驗模型(Mock-Up Test)進行試驗，比較純水泥混凝土配比與緻密混凝土配比的水泥溫度升溫的差異，並量測基本混凝土性質，經確認不論在工作性、強度及溫度等物理性質符合規定，最後經過會議討論確定所有的驗證工作，再由PDCA及5M建立完整的施工計畫書，據以全面施工，並獲得優良品質。本階段重要的訊息是透過嚴謹的品質控作業，可以達成預期任務，施工前必須有完整的教育訓練建立全面共識，自充填混凝土及巨積混凝土均可以透過緻密配比技術，調整飛灰、砂與粗粒料相互間比率，自充填混凝土可以提高砂比率，而巨積混凝土可以提高粗粒料比率，且均在最緻密狀態。工作均透過添加強塑劑達成各式所需坍度及坍流度。混凝土溫度可以因大量調降水泥用量及水的用量而減溫，卜作嵐材料不僅填充粒料間孔隙/空隙，達到水泥漿量少量也能夠有流動的行為。另一更大的成就是水泥減量至少50%以上，強度反而因高雄地區處於高溫環境下，強度發展甚快速，比預期高出甚多。本計畫案解除業主的虞慮外，加速施工進度，節能減碳至少50%。

2011年同時接受臺灣電力公司委託進行另一項全面使用台電生產的飛灰與底灰廢棄物，用於製作控制性低強度材料（Control Low Strength Material, CLSM）[15]，這種材料顧名思義就是「可流動低強度混凝土」，一般用於回填或路基等非結構用途的構造。然而在臺灣只被當作「回填材料」用，所以稱之為「控制性低強度回填材料」，其實這種材料用途很多，當做路基材料是可以革命性改變傳統道路施工方法的。台電全煤灰CLSM就是這種創意的計畫，一反傳統CLSM傳統思維，完全不假借外來砂石調製，僅使用台電生產的飛灰與底灰來生產使用CLSM材料製作的中隔堤，見圖2所示，整個工程僅有飛灰與底灰，以承載灰碴車輛運送飛灰與底灰回填灰塘中，中隔堤的施作有一半泡在水裡，見圖3所示，所以也是海事工程的一項示範案例。此計畫須先說服顧問公司，確認只利用飛灰與底灰的CLSM也可製作足夠強度的預製方塊，其實這時候的混凝土就類似自充填混凝土(SCC)，不用傳統的砂石材料，也可生產路基材料所需的強度品質。基本的立論點是CLSM是宣稱高流動性，在高流動條件下，質量重的物質必定會向下沉澱，而產生表面浮漿、粉化與劣化。所以只用全煤灰可以防止比較重的粗粒料沉降問題，換言之，解決了傳統CLSM因砂石材料造成的困擾。全煤灰CLSM計畫配比仍然依據緻密配比方法，先將底灰及飛灰調成最緻密態，利用高水膠比及高水量，因有相當量的細粒飛灰，漿體濃度昇高，可以延緩粗粒材料下沉速率[16]，最後添加強塑劑調製成高流動行為。工程完成後台電的信心大增，本計畫完成也印證可以相同的利用廢棄物製作一般道路的路基，對未來廢棄物綜合利用提供一種新創意。總而言之，全煤灰CLSM具工程所需的高流動特性，維持一定強度，可節省施工時間，這種全煤灰工程回填材料首創水中施工的觀念，減少傳統CLSM以水泥、砂石粒料與水等材料組成的，是節能減碳的典範。圖3也顯現全煤灰CLSM改變傳統路基施工法施作運輸道路，亦適用於海事工程上，提供一種新的思維，未來工程可以借鏡，CLSM不是僅作為回填材料用，可以有多創意，對工程人員而具有很高的參考價值。

圖2  道路路基採用全煤灰CLSM材料取代碎石級配材料2

圖3 使用全煤灰CLSM施作中隔堤提供海事工程選項3

參考文獻

1.      黃兆龍，蔡志達，2002，工業區鋼筋混凝土污水管抗硫防蝕設計，工業技術研究院專案研究案。

2.      黃兆龍、魏景銘、李隆盛、蔡志達、葉叔通，2004，高性能混凝土覆工版配比研究案，榮民工程處專案研究案。

3.      黃兆龍、蔡志達、葉叔通，2005，國立海洋生物博物館世界水域館新建工程耐蝕高性能混凝土配比設計及研究，鳳勝預拌凝土實業

4.      魏立帆，2004，再生骨材應用於高性能混凝土工程性質之研究，台灣工業技術學院碩士論文。

5.      陳俊村，2005，黃氏富勒緻密配比設計法於鋼纖維混凝土枕材料設計應用之研究，台灣工業技術學院碩士論文。

6.      林家全，2005，黃氏富勒配比設計法於鋼纖維混凝土高完整性承裝容器應用之研究，台灣工業技術學院碩士論文。

7.      洪盟峰，2005，水庫淤泥輕質骨材製造與高性能輕質混凝土工程性質之研究，台灣工業技術學院博士論文。

8.      黃兆龍、李隆盛、湛淵源，2008，高完整性承裝容器製程自動化研究案，原子能委員會。

9.      黃兆龍、李隆盛、湛淵源，2008，南港車站地下化土建及機電工程區段標SCC新型製程研析及實務應用服務，台灣世曦工程顧問公司委託專案。

10.  林利國，1989, 稻殼灰性質與在混凝土材料上利用，國立台灣工業技術學院營建系碩士研究論文。

11.  黃兆龍、林義翔，2008，花崗岩粉末轉化綠建材可行性評估，白馬磁磚委託往開發計畫。

12.  黃兆龍、裴黎英俊、黃重富、謝孟頴，2010，越南地區稻穀灰再利用及應用研究，維盛企業公司專案研究案。

13.  黃兆龍、陳建成，2010，污水下水道管材物理、化學及耐久特性分析之研究，內政部委託下水道協會專案研究案。

14.  黃兆龍、陳建成、李隆盛、陳俊村，2011，衛武營藝術文化中心委託巨積暨自充填混凝土施工品保監造服務計畫書，建國工程委託計畫。

15.  黃兆龍、陳建成、李隆盛、陳俊村，2011，全煤灰CLSM材料於淺層海水下澆置方式現地驗證試驗，台灣電力公司委託專案計畫。

16.  黃兆龍，1984，混凝土性質和行為，廣昌。