中華民國九十八年三月二十一日

NO.
641

預拌混凝土砂石料短缺對混凝土品質之影響探討（下）

周逢霖¹ ，陳建成²，涂耀賢²，郭詩毅² ，黃科銘³

¹ 德霖技術學院營建科技系講師

  ²  德霖技術學院營建科技系副教授

³  台灣省土木技師公會常務理事 

三、混凝土塑性收縮行為之研究方法

3、試驗方法

（1）混凝土抗壓強度試驗

製作圓柱試體（10φ*20cm），於養護池中養護，俟7天、21天、28天，取出蓋平後，置於萬能試驗機試驗量測各齡期抗壓強度。

（2）混凝土塑性敏感性分析

利用混凝土塑性裂縫敏感性試驗（如圖10）所示^(6，7)，環境控制於氣溫23℃，RH=50％之條件，量測其於靜置45分鐘，裂縫長度為L₁及24 hours後，裂縫長度L₂，並量測各裂縫寬度。計算其裂縫指標=(ΣL₁+Σ L₂)/2。

（3）熱重損失試驗

於混凝土抗壓試驗破壞後之試體，取漿體浸泡甲醇溶液中，中止水化備用；秤取約10g漿體試樣，浸泡水中24小時，擦乾表面含水分後稱SSD重，以量測槳體中之含水量及測定其CH含水量，其由各階段溫度重量損失計算混凝土中之CH含量公式如下。

其中4.11及1.68分別為H₂O及CO₂轉換為CH摩耳數之比值。

（4）混凝土切面影像分析

將混凝土試體切面，以濃鹽酸（HCℓ）浸泡約5分鐘，酸洗漿體後，露出粗細骨材之剖面，數位相機拍取影像，利用方格法統計各尺寸骨材粒徑包括4.75 mm以上、4.75 mm~3 mm及3 mm以下等各試體之統計數據計算粗細骨材及漿體之比例。 

四、混凝土塑性收縮行為結果討論

   1、混凝土抗壓強度

本研究針對fc’=280kgf/cm²，固定配比為控制組，添加爐灰（30％、20％取代砂）及石粉30％取代砂，比較其抗壓強度變化，於各齡期之抗壓強度變化如表4及圖11所示，爐灰30％及爐灰20％之均較控制組為佳，於較晚期階段（21天）後，效果才顯現；爐灰20％則對強度貢獻較佳，主要可能因卜作嵐反應及W/B的影響，而石粉30％則因工作性而多加水因素，W/B增加導致強度發展不理想，由此顯示，雖然以石粉惰性礦粉掺料取代砂的作法，因為了達到原來之工作坍度，需額外添加水量或減水劑均含，造成抗壓強度之下降，此亦在施工時應加以注意。

表4 混凝土圓柱試體抗壓強度及坍度結果分析(fc^′=280 kgf/cm²)

2、混凝土裂縫敏感性分析

台灣地區混凝土塑性收縮是常見的現象，主要原因係施工時習慣加水及配比未依工程特性、環境條件加以調整，致混凝土含水量增加，嚴重時甚至導致裂縫之產生，研究中以控制組為準，添加高細粉材料在同一工作坍度要求下；需額外添加地用水量，結果如表5所示，混凝土塑性敏感之裂縫指數以石粉30％為最高(107)，為控制組1.65倍，爐灰20％次之；而裂縫平均寬度為0.076mm、0.1mm、0.159mm及0.177mm，以控制組之裂縫寬最小，爐灰20％為最大，顯見用水量之增加是造成塑性收縮裂縫之重要因素。

表5 混凝土塑性收縮行為分析

3、漿體熱重損失分析

針對各齡期抗壓試驗後，漿體取樣進行熱重損失試驗，其結果如表6及圖12~13所示，圖12為石粉30%組之熱重損失變化，各齡期之重量變化不大，顯示含水量不因齡期變化而改變，此現象於其他變數也有相同趨勢，此方法可據以檢驗混凝土中用水量之檢驗，藉以比對原始配比資料是否相符。控制組之含水量為漿體之1.6倍，比較各變數之平均重量損失變化如圖13所示，顯示與原加水量有相同之趨勢，其中石粉之含水量（重量損失）最大，爐灰30％、20％次之，而控制組為最小。

表6 混凝土圓柱試體切面影像分析及熱重損失試驗結果

4、混凝土切面組成比例分析

為瞭解混凝土材料組成是否因砂石料缺乏所致，如使用細粉摻料替代細砂，造成因細度增加而使用水量增加，而使混凝土含水量大量增加，而導致塑性收縮及乾燥收縮機率增加。故針對混凝土進行混凝土組成材料比例的分析，瞭解粗骨材的比例及混凝土之用水量是否與配比資料相符合。

 本試驗係以試體裁切剖面為試驗依據，分別試體各二個經濃鹽酸侵蝕，溶蝕漿體後，露出粗細骨材之剖面，以數位相機拍取影像，利用方格法計算各尺寸骨材之面積，以推算混凝土各組成材料的比例，其結果如圖14~15所示，統計各尺寸骨材面積包括#4篩以上、#4~#8及#8~#50等各試體之統計數據如表6所示，假設被溶解部分為漿體，則佔組成比例約33%，隨細粉材料代替之添加其組成比例亦隨之增加，結果顯示混凝土配比之比例差異甚小(±5%)，若能做大量系統之分析已確定其精度，則可應用於混凝土施工時品質爭議之責任釐清。

五、結論與建議

1.       砂石原料缺乏之情況下，若大量以石粉取代細砂會造成強度之影響，爐灰則可增加晚期強度；若以具有高總鹼量之灰渣、鋼渣等材料取代或添加應注意造成其他之後遺症。

2.       粉體材料取代細砂，為了維持工作坍度須以加水或減水劑之方式時，由於拌合用水量之增加而徒增塑性收縮裂縫之產生機率，其中以石粉30%之塑性敏感度為最大。

3.       由熱重損失分析可測得漿體之含水量及CH含量，配合組成材料比例分析可了解混凝土配比；若能做大量系統之分析以確定其精度，可應用於混凝土施工時品質爭議之責任釐清。 

參考文獻

1、經濟部礦務局，「中國大陸暫緩禁止天然砂出口，國內砂石供應並無短缺」，(2007/5/4)。

2、黃兆龍，「混凝土性質與行為」，詹氏書局，pp.553~556。

3、Mehta, P. K., and J. M., Montliro, “Concrete Structure, Properties and Materials”,  Prentice Hall Inc. (1993)。

4、行政院主計處物價統計月報 97年 2月 第446期。

5、林平全，李銘智，鄭瑞濱，邱暉仁，「轉爐石粉作為膠結料之配比試驗與演繹歸納」，工程，Vol. 80, No. 3，pp. 62~74（2007）。

6、黃兆龍，「高性能混凝土理論與實務」，詹氏書局。

7、施靜傑（王和源、林仁益指導），「緻密高性能輕質骨材混凝土體積穩定性之研究」高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所碩士論文（2007）。

8、台灣省土木技師公會鑑定報告，鑑定案號：96-1263及96-1694。

修正註釋：修正 1. 轉爐石粉為具有高總鹼量（N+0.66K）之灰渣、鋼渣

                               2.不明確灰渣、鋼渣

                               3.試驗之材料來源之刪除。2009/05/08