水泥混凝土使用附加劑注意事項探討暨說明

房性中 技師

一、前言

水泥混凝土乃為土木、建築及水利工程之重要施工材料，應無庸置疑。在實務上，往往為了達到某些特定的目的，例如：提早達到設計強度、增加坍度或為延緩凝結時間等，而必須於水泥混凝土中添加必要的附加劑，以竟其功。惟不使用附加劑則已，一旦使用了附加劑，反而有更多注意事項必須遵循，才不會衍生負面影響或是失敗案例。

職是之故，本文擬扼要探討及說明水泥混凝土使用附加劑之諸多注意事項，殷切冀望業界各從業人員務必詳細了解箇中梗概，以保障水泥混凝土澆置完工後之各類結構體均能獲致良好的品質與使用成效。

二、水泥混凝土使用附加劑注意事項

有關水泥混凝土使用附加劑之注意事項，本文擬分別列述如下：

1.開宗明義，由參考文獻(1)及筆者歷年來經驗可得知，水泥混凝土使用附加劑的最高指導原則應為：『以不使用為原則。』君可見，水泥混凝土若採用常態狀況時，只須依照設計準則之規定辦理試驗及品管作業即可，但是，若擬添加附加劑時，則各參考文獻皆提及諸多注意事項，以防止各式各樣的可能損害現象或是後遺症。致各從業人員應確實了解旨揭所述及水泥混凝土以不使用附加劑為最高指導原則之精義所在，以免弄巧成拙。

2.水泥混凝土若擬使用附加劑時，則附加劑必須先行配合拌合用水量，  溶成水溶液狀態，作為拌合水的一部分，再加入水泥混凝土混合料之  中，切忌以粉狀方式加入混合料，以避免附加劑產生混拌不均勻之情形而損及水泥混凝土之均勻性。

3.所有附加劑於各準則所標示的使用量或是使用百分比值(%)，皆應以水泥重量為分母及附加劑重量為分子，進而求得附加劑之添加之百分比值。並非以水泥混凝土混合料總重量為分母計算附加劑之添加百分比值，以避免造成附加劑之使用量過高、易令水泥混凝土結構物產生裂縫之損害型態。

4.當水泥混凝土使用單一種附加劑時，已有許多限制條件及互制性，故在實務上，鮮少同時使用兩種(含)以上之附加劑，以避免衍生令人無法預期之後遺症及負面影響。

5.附加劑中若含有氯化鈣成分，其最高使用量為水泥使用量的2.0%；當氣溫達到70℉~90℉(21.1℃~32.2℃)時，則最高使用量可降至1.5%；當氣溫達到90℉(32.2℃)以上時，則最高使用量可再降至1.0%【參考文獻(2)】。

6.水泥混凝土使用早強劑形成早強水泥混凝土之結構物時，其基本定義乃為：『設計或施工時，要求水泥混凝土在常態養護28天材齡之前，即達到設計強度值者，即可稱之為早強水泥混凝土。』一般經常設定之早強水泥混凝土養護時間種類有1小時、3小時、7小時、1天、3天、7天、14天及21天等型式。惟筆者於多次審查設計專案時，曾屢屢見及設計圖說規定：『早強水泥混凝土1小時材齡須達到175kgf/cm²且28天材齡須達到350kgf/cm²之設計抗壓強度值。』之樣態，這樣子的狀況，真的是錯誤且離譜至極。如果設計工程師不熟稔早強水泥混凝土之定義，也不詳讀準則，由此觀之，真是可怕呀！

7.水泥混凝土使用早強劑時，因形成之早強水泥混凝土具備快速乾縮特性，故澆置完成後，其養護措施較諸一般水泥混凝土及使用其他類型附加劑者，將更加重要、迫切且須講究全程養護之完整性，否則，極易衍生髮絲狀之紋裂損壞狀況。同時，所有使用附加劑之水泥混凝土，其養護作為亦均較諸一般之水泥混凝土更加重要且嚴謹，而此一舉措，同樣係為避免衍生旨揭裂縫之損害情事。

8.依據ASTM C494/C494M-16【參考文獻(3)】及CNS 12283【參考文獻(4)】資料顯示(詳表1所示)，水泥混凝土所允許添加的8種附加劑中，若使用緩凝劑、早強劑及S型特定性能附加劑時，則該等水泥混凝土180天材齡(含)之後的晚期強度值均僅能達到設計值的90%(含)以上；而若採用緩凝劑及S型特定性能附加劑時，則自28天材齡(含)之後的晚期強度值均僅能達到設計值的90%(含)以上矣！故設計工程師若擬設計採用旨揭三類任一種附加劑時，應適度提高水泥混凝土之強度設計值作為因應對策。

9.依據表2所示【參考文獻(5)】，在正常條件下，水泥混凝土強度值會隨著養護期程的延長而提高之，一般仍以28天材齡可達到設計強度值為基本要求，此後，強度值的增長將變得極為緩慢，若養護期程允許持續進行時，則其強度發展仍然可以延續長達10~20年之久。故筆者建議延長養護時間，亦可克服旨揭因使用附加劑而降低強度值之問題。

10.依據ACI 301M-05【參考文獻(6)】之規定，水泥混凝土之原始坍度值應為5~10cm，至於澆置點之坍度值則須≦10cm，若擬放大坍度值至20cm時，須另行依據ASTM C1017/C1017M【參考文獻(7)】使用增塑劑(Plasticizing Admixture)之規定；或依據ASTM C494/C494M-16使用高性能減水劑之規定。亦即當水泥混凝土擬增加坍度值時，可採用添加附加劑之方式來達到此目標，並且禁止採用拌和後加水之方式或是放大水灰比及水膠比之方式來增加其坍度值。

11.依據參考文獻(8)所述：『冰凍地區剛性鋪面的水泥混凝土一定要使用輸氣附加劑，以保障其持久性或耐久性。』

12.使用輸氣劑，若擬同時添加緩凝劑或是減水劑時，則會增加水泥混凝土的輸氣量。惟仍須加強管控水泥混凝土的整體空氣含量在2%~4%之間，以保障結構體之持久性或耐久性【參考文獻(9)】。

13.使用輸氣劑時，若不減少拌合用水量，則將會降低抗彎強度值或抗壓強度值。故設計工程師應有完整的配套設計策略，以免衍生失敗案例。

14.輸氣劑使用量固定時，若增加礦粉摻料之使用時，其輸氣量將因而降低。若再行使用速凝劑時，則其輸氣量將因而增加。另由參考文獻 (9)可得知：『含氣量及空隙間隔因子控制不當，將會降低水泥混凝土的耐久性。』職是之故，控制水泥混凝土適當的含氣量，乃為重要工作之一。

15.使用輸氣劑時，應特別洗淨碎石砂及粒料，並確實清除有機雜質。另亦須準確控制水泥混凝土的拌和時間，不宜過長或不足。

16.施工當下，氣溫較高時，會降低輸氣劑之使用成效。

17.水泥混凝土若擬使用ASTM C494/C494M-16【參考文獻(3)】及CNS12283【參考文獻(4)】所規定以外的附加劑種類，例如：鋼纖維及防鏽劑等，則從業人員應蒐集完整的使用準則與相關規定等文獻，詳細研讀並正確使用，方為正途。

18.在1990年代之前，水泥混凝土坍度值係以≦10cm為標準規定方式，惟特殊狀況可放寬至13cm。近三、四十年來，坍度值漸次由10cm放大至15cm、18cm乃至於20cm或21cm不等，唯一的理由只為了提升工作性，但為顧及結構體品質，於是又允許添加高性能減水劑，如此折騰下來，若養護作業不完善，則結構體反易於衍生紋裂性損壞狀況。因此，參考文獻(10)之2021年版乃將2002年舊版坍度值≦18cm之規定予以刪除之，並且修訂為：『在適合施工條件下，拌和水量越少越好。』此一敘述已隱含為：『水灰比或水膠比應越小越好，亦即表示坍度值亦隨之越小越好。』既然拌合用水量已經大幅減少，等同於免用高性能減水劑，也就不容易產生紋裂性的損壞狀況矣！職是之故，有時候，一個參考文獻雖然只是做了一點小小的修訂作業，各從業人員應該由箇中蘊涵徹底了解其精義，方能竟其全功。

三、結語

1.在土木工程廣泛領域中，許多行事規定係散佈於各式各樣的參考文獻之中，故各從業人員應廣為蒐集及閱讀之，方能避免犯下錯誤或製作以偏概全之設計成果。

2.台灣地區早年之準則可能歷經數十年皆未予以修訂，惟近年來，部份機關針對業已過時之條款，經常性地每2~3年即再度進行改版作業，筆者甚為欣慰。而類似美國之ASTM及AASHTO等規範，早就採行每1~2年即予以改版之作為。故各從業人員務必更加用心閱讀，方能跟上潮流及符合時代趨勢呀！

四、參考文獻

1.房性中，“材料暨鋪面工程實務問答集”，文笙書局，1998年10月初版。

2.房性中，“土方工程課題探討”，授課講義，2013年04月18日。

3.ASTM C494/C494M-16,”Standard Specifications for Chemical Admixtures for Concrete”,2016.

4.CNS 12283，“混凝土用化學摻料”，2017年12月21日。

5.阮承祥主編，“混凝土外加劑及其工程應用”，江西科學技術出版社，2008年12月初版。

6.ACI 301M-05,”ACI Specifications for Structural Concrete”,2005.

7.ASTM C1017/C1017M,”Standard Specifications for Chemical Admixtures for Use in Producing Flowing Concrete”,2013.

8.吳學禮，”鋪面、材料工程實務”，詹氏書局，1996年5月初版。

9.廖肇昌，”混凝土問題原因及診治”，民全書局有限公司，1987年版。

10.內政部國土署，”結構混凝土施工規範”，2002年及2021年修訂版。

表1  化學摻料物性要求表【參考文獻(3)及(4)】

表2  不同養護齡期之水泥混凝土強度增長倍數狀況一覽表〔參考文獻(5)〕