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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○五年五月二十一日

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本期主筆:黃崇哲
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

早強混凝土設計錯誤樣態探討

房性中  技師

前言

有時候為了達到特殊目的或為搶時間開放使用,致從業人員必須經常運用早強混凝土澆置於各類工程設施中。

本來,工程結構物使用早強混凝土,是極為正常的現象,但是近年來,屢屢發現早強混凝土設計發生問題,令人憂心難以保障施工品質。

職是之故,筆者擬藉本文,釐清有關早強混凝土錯誤設計樣態,並祈各先進不吝指正。

問題一:早強混凝土設計強度之問題。

錯誤樣態

1.使用於鋪面工程時,部份設計圖說,採用抗壓強度機制設計。

2.部份設計圖說規定,早強混凝土在凝固3小時之抗壓強度值,須≧175kgf/cm2;材齡28天之抗壓強度值,須≧350kgf/cm2

潛藏危機

1.鋪面工程採用抗壓強度機制設計,極易衍生裂縫損壞狀況。

2.旨揭樣態之所以限定早強混凝土材料,在凝固3小時之抗壓強度值,須≧175kgf/cm2,此乃應用於人手孔蓋四周圍之補綻工程,為求施工3小時後,可開放交通使用。誠如前述,在鋪面工程上之混凝土,使用抗壓強度機制,即已埋下失敗之潛因,且抗壓強度≧175kgf/cm2之設計值,亦無法承載一般交通量之負荷,並極易衍生裂縫及角隅破裂等損壞狀況。

正確作為

1.混凝土材料若擬使用於鋪面工程時,建議應採用抗彎強度(Flexural Strength)之機制設計之,方屬正確之作為。            設計準則可參考文獻(1)及文獻(2)

2.任何工程結構體,若擬採用早強混凝土材料施工時,應同時設計規定,1小時、3小時、1日、3日或7日等材齡時,即必須達到設計強度值之條款,且養護時間愈短者,其單價亦相對昂貴。準此原則,旨揭樣態規定,早強混凝土材齡28天時之抗壓強度值,須≧350kgf/cm2,則已明顯錯誤,亦不能以早強混凝土之項目,進行單價分析及估驗。

問題二:早強混凝土使用附加劑之問題。

錯誤樣態

1.部份設計圖說標示,早強混凝土使用早強水泥,混合水泥基粉末和級配粒料後,加清水即可施工,並註明早強水泥,並非一般水泥加快乾劑合成之快乾水泥。

2.使用過多之早強劑。

潛藏危機

1.部份設計圖說雖標示使用早強水泥以達到早強混凝土之需求,但是卻未說明,配合設計準則之資料,致在執行上顯有窒礙難行之處。

2.使用過多的早強劑,雖然可以加快早強混凝土硬固之時間,但是卻易於衍生髮絲狀之紋裂損壞狀況。即使施工後100%依規定養護,在早強劑過多的前提之下,此類紋裂損壞之狀況,亦無法完全避免。

正確作為

1.若擬使用早強水泥,應設定嚴謹的配合設計準則資料,以供混凝土拌和廠依循作業,並可減少產製流程中之變異性。

2.若擬使用早強劑,一般皆限定其使用量之上限,為水泥用量(重量比)2.0%。若大氣溫度偏高,則早強劑之使用量可酌予降低。一般而言,氣溫70~90(21.1~32.2)時,早強劑之最高使用量可降至1.5%;氣溫90(32.2)以上時,早強劑之最高使用量可降至1.0%

3.使用早強劑時,應先製成溶液,作為拌和水的一部份。切勿以粉末狀方式加入混凝土混合料中。

問題三:早強混凝土養護之問題。

錯誤樣態

部份設計圖說未標示養護事宜,或僅規定以灑水方式,作為早強混凝土澆置後養護之措施。

潛藏危機

1.養護作業之良窳,將直接影響一般混凝土之品質,以及日後使用之耐久性。而養護作業之於早強混凝土,將更形重要,亦即早強混凝土的養護措施,若不夠嚴謹,則極易產生紋裂之損壞狀況。

2.早強混凝土澆置完成後,若現場有強風之吹拂,且早強混凝土表面,直接曝露於強風環境下,則亦為衍生紋裂損壞之主要致因。

正確作為

1.設計圖說宜詳細規定,早強混凝土澆置完成後之養護措施及程序,以免損及施工品質。

2.早強混凝土澆置完成後之現場,若有強風吹拂之情形,應再特別規劃,早強混凝土澆置表面防風之策略。

綜合討論暨注意事項

  早期之施工規範,皆規定一般性混凝土澆置完成後,養護時間須達28天材齡之久;現階段,則有部份施工規範僅規定:『混凝土澆置完成後,至少養護7天。』筆者認為極為不妥。

  另一方面,早強混凝土之使用成效及單價,亦與養護時間成密切相關性(養護時間愈短,單價愈昂貴。),故設計工程師應正視養護作業之重要性,切勿掉以輕心而招致失敗。

  總之,早強混凝土成效與成敗之致因,除了養護問題之外,尚有設計強度機制、早強劑之使用以及坍度大小等問題,不一而足。建議設計工程師,應融會貫通,才能設計出無瑕疵之結構體成品,避免衍生設計錯誤之情事。

參考文獻

1.FAA AC-150/5320-6C,”Airport Pavement Design and Evaluation”, 1989.

2.Portland Cement Association(PCA),”Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavement Structures”,1984. 

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