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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○○年五月二十八日

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文字記者:許素梅

控制性低強度材料使用成效之探討

性中 技師

 

前言

「控制性低強度材料」(Controlled Low Strength Materials;簡稱CLSM)依文獻(1)規定:『係由水泥、卜作嵐或無機礦物掺料、粒料及水按設定比例拌和而成,必要時得使用化學材料。』另由ACI 229R-99﹝文獻(2)﹞可得知:CLSM的運用項目高達9項之多(詳表1所示),至於台灣地區,則偏重使用於道路管線開挖之回填作業,然而,在實務上,基於從業人員錯誤的理念或未能100%依據施工規範施作,故歷年來,筆者親眼所見許多錯誤樣態,除了造成道路維護品質未見提昇之後遺症,尤其傷害到行車之舒適度、機車、自行車以及行人之安全性,實不容小覷。

本文擬闡釋CLSM機制之外,特別將國內、外之實績分別列述之,俾能達到釐正視聽之功效是盼。

概述

由美國ACI 116R﹝文獻(3)﹞之基本定義,CLSM乃為抗壓強度值≦1,200psi(8.3MPa)的材料,若必須考量日後再行開挖之可能性,則其抗壓強度值均以≦300psi(2.1MPa)為主,至於CLSM使用於土木工程基礎之結構性填方者,若採用1,200psi(8.3MPa)之抗壓強度值時,則可以免除完工後再行挖掘之選項。

基於CLSM具備可流動性、無收縮性、塑性以及自動壓實性等多重特性,其施工程序可免予滾壓,且其長期抗壓強度在40~300psi(0.3~2.1MPa)之間,設計需求值則僅為40~100psi(0.3~0.7MPa)。由於抗壓強度之要求不高,甚至於某些工作項目未強制規定強度值,故CLSM之材質要求相對於水泥混凝土而言,亦較為鬆散。

CLSM運用狀況

一、美國地區

     詳表1所列。

二、臺灣地區

     承如前述,即使CLSM已有眾多的工作項目可供選擇採用,然而,臺灣地區近十年來,仍僅以道路工程之管線挖掘回填作業為主,同時,各項施工規範對於CLSM的性質要求亦未克一致,導致其間差異性頗大,謹分別列述如下:

   1.行政院公共工程委員會施工綱要規範﹝文獻(1)﹞:詳表2所示。

   2.內政部營建署控制性低強度材料製程及使用手冊﹝文獻(4)﹞:詳表3及表4所示。

   3.交通部台灣區國道新建工程局施工技術規範﹝文獻(5)﹞:詳表5所示。

   4.台北市政府工務局施工規範﹝文獻(6)﹞:詳表6所示。

   5.高雄市政府工務局施工規範﹝文獻(7)﹞:詳表7所示。

表1 美國地區運用CLSM狀況一覽表﹝文獻(2)﹞

項次

工作項目

抗壓強度值需求

狀況說明

1.

管線路床

未強制規定

1.1964年起採用。

2.可有效防止細粒土壤被水份

沖刷流失。

3.可採用CLSM100%包覆管線。

2.

一般回填

≦300psi

1.易澆置、不須壓實。

2.總作業時間可於4小時內完成(含養護時間)。

3.1988年起採用。

3.

結構填方

100~1,200psi

1.供作基礎支撐之用。

2.提供均勻且水平的表面。

3.可降低填方厚度。

4.

隔熱及隔離式填方

≦300psi

1.密度較低。

2.孔隙率較大。

5.

鋪面底層

400~1,200psi

1.可直接澆置於路基土壤上。

2.可採全斷面施工。

3.結構係數可設定為0.16~0.28。

4.應特別加強橫向排水之設計。

5.宜鋪設抗摩擦薄層(Wearing Surface)。

6.

控制侵蝕

≦300psi

1.水流速度0.52m/sec之情形下,CLSM之抗侵蝕性優於各類黏土、砂石等材料。

2.CLSM同時可增加強度。

7.

回填廢棄設施

≦300psi

1.便於回填廢棄的隧道、坑道或下水道。

2.澆置距離可達90m之遠,且免搗實。

8.

核能設施

未強制規定

1.能避免核能設施爆炸所衍生之輻射性傷害。

2.能掩埋核能設施之垃圾物。

9.

橋梁改建

未強制規定

1.能填充橋墩基礎孔隙及裂縫。

2.可修補橋墩缺失。

 

表2 行政院公共工程委員會施工綱要規範CLSM之性質要求表﹝文獻(1)﹞

試驗項目       

試驗方法

要求

管流度(cm)

ASTM D6103

[15-20][20-30][  ]

坍流度(cm)

CNS 14842

[40以上][  ]

落沉強度試驗

ASTM D6024

一般型:[12][24][  ]小時

早強型:[3][4][  ]小時

28天抗壓強度(kgf/cm2)

ASTM D4832

[90][  ]以下

氯離子含量

CNS 13465

符合CNS 3090之規定,如無鋼材腐蝕疑慮時,報請工程司同意

後,得免辦理本項試驗。

表3 使用一般混凝土制式粒料產製之CLSM性質要求規定表﹝文獻(4)﹞

項     目

試驗方法

要     求

抗壓強度 (kgf/cm2)

ASTM D4832

[7~90]

凝結時間 (小時)

(貫入阻力達到 400psi時間)

CNS 14220 (ASTM C403)

一般型:[12~36]

早強型:[3~5]

管流度 (cm)

ASTM D6103

[15~20]

單位重 (kg/cm3)

ASTM D6023

[2000以下]

粗粒料用量 (kg/cm3)

[400以下]

表4 非制式粒料產製CLSM之性質要求規定表﹝文獻(4)﹞

項      目

試驗方法

要     求

抗壓強度 (kgf/cm2)

ASTM D4832

[5~30]

落球強度試驗 (cm)

ASTM D6024

[7.6以下]

坍  度 (cm)

CNS 1176

[19以上]

坍流度 (cm)

CNS 1176

[40以上]

表5 交通部台灣區國道新建工程局施工技術規範CLSM之性質要求表﹝文獻(5)﹞

試驗項目       

試驗方法

要求

管流度(cm)

ASTM D6103

15-20.

坍流度(cm)

CNS 14842

40以上。

落沉強度試驗

ASTM D6024

一般型:12小時。

早強型:3.5小時。

抗壓強度

(kgf/cm2)

ASTM D4832

12小時材齡7kgf/cm2以上;

28天材齡30~90kgf/cm2。

表6 台北市政府工務局施工規範CLSM之性質要求表﹝文獻(6)﹞

名  稱

檢驗項目

依據之標準

規範之要求

控制性低強度回填材料

坍流度

CNS 14842 A3400

40-60cm

初凝時間

ASTM C403

4小時以內

落沉強度試驗

ASTM D6024

一般型:24小時。

早強型:4小時。

24小時抗壓強度

ASTM D4832

7 kgf /cm2以上

28 天以上抗壓強度

ASTM D4832

40~80(kgf/cm2)

表7 高雄市政府工務局施工規範CLSM之性質要求表﹝文獻(7)﹞

項目

試驗方法

要求

管流度(cm)

ASTM D6103

15-20.

坍流度(cm)

CNS 14842

40以上。

落沉強度試驗

ASTM D6024

一般型:24小時。

早強型:4小時。

抗壓強度 (kgf/cm2)

ASTM D4832

40-80.

 

台灣地區採用CLSM之盲點說明

  一、攸關CLSM使用績效成敗之關鍵,在於材料之使用及適當的養護措施,唯ACI 229R-99﹝文獻(2)﹞僅規定:總作業時間可於4小時內完成(含養護時間);臺灣地區之施工規範亦大多規定:養護時間依設計圖說規定,但是,設計圖說卻往往付之闕如。筆者多次親眼所見管線單位回填CLSM時,亦未能養護即立刻回鋪瀝青混凝土材料、並採用重型卡車碾壓,造成CLSM泥漿向上滲出之狀況(詳照片1及照片2所示,筆者照相時為烈日高照之晴天。),即使日後再度回鋪瀝青混凝土面層,一定會在補綻區域內衍生波浪式不平整狀況、剝脫及凹陷等多重損壞之案例。

二、由照片3顯示,此為CLSM使用於人行道底層之狀況,承包商澆置CLSM後,未進行任何養護作業,經過24小時後,即裂縫叢生。

 

綜合討論暨建議事項

一、CLSM雖然名之為低強度材料,但並不表示不需要養護措施。何況只要CLSM中含有水泥的成份,就一定會有水化熱之反應,因此,一則不養護即加鋪瀝青混凝土,水份100%向上滲入面層材料中,不但瀝青混凝土之黏結力喪失,且補綻區域之損壞程度將更形惡化;二則即使CLSM表面曝露於大氣中,亦屬於不養護之狀況,在低強度高坍度之現況下,一定裂縫不斷呀!

二、相關文獻針對CLSM的養護程序,則僅規定:需進行灑水養護,並使用麻袋、塑膠布及其他適當物品覆蓋之,養護時間依設計圖說規定(缺失已如前述)。筆者擬進一步建議:『養護程序應100%確實執行,切不可掉以輕心;至於養護之時間,則以4小時為最低之標準,切不可略而不做或是任意縮短之。』

 參考文獻

  1.行政院公共工程委員會施工綱要規範,第03377章:控制性低強度回填材料,2007年12月完整版第V3.0版。

  2.ACI 229R-99,Controlled Low-Strength Materials,1999&2005.

  3.ACI 116R, Cement and Concrete Terminology ,2000.

  4.內政部營建署,控制性低強度材料製程及使用手冊,2002年10月。

  5.交通部台灣區國道新建工程局施工技術規範,第03377章:控制性低強度回填材料,2009年8月初版。

  6.台北市政府工務局施工規範,第03377章:控制性低強度回填材料,2010年1月修訂版。

  7.高雄市政府工務局施工規範,第03377章:控制性低強度回填材料,2008年3月第V1.0版

照片1 回鋪瀝青混凝土後CLSM泥漿向上回滲之狀況(一)

照片2 回鋪瀝青混凝土後CLSM泥漿向上回滲之狀況(二)

照片3 人行道底層澆置CLSM後未養護而裂縫叢生之狀況

 

 

 

 

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