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)的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.