傳統混凝土與自充填混凝土用於補強工程之比較

涂耀賢、陳建成、郭詩毅、林益彰、周逢霖

德霖技術學院營建系教師

緣起與目的

國內絕大多數的鋼筋混凝土構造物採用現場施作方式，混凝土於預拌廠部分拌合後，經由預拌車載運至工地澆置，由於國內屬都市化型態，預拌廠至工地車程時間長，且夏季時間長、溫度高，致使混凝土澆置時衍生出許多問題，如坍度喪失、工地加水、塞管及搗實動作不確實等，此亦為目前國內工程品質為人詬病原因。

學界與政府單位近年為了改善混凝土施工缺失，積極推廣高流動性之高品質混凝土如自充填混凝土(SCC)及高性能混凝土(HPC)，而工程界目前仍以使用傳統混凝土較多。傳統混凝土之坍度依構造物之設計強度及所處環境耐久性要求而定，水膠(灰)比常控制於0.4～0.7，視耐久性及施工難度而定其工作稠度，惟澆置時不可過量振動以防止析離，澆置後，採一般養護作業即可。自充填混凝土坍度達235mm以上，坍流度達500mm以上，水膠(灰)比在0.3~0.4範圍、稠度良好，澆置時不須特殊搗實作業，SCC所使用之水泥漿量較少，故收縮及潛變量較少，相對減少混凝土龜裂現象。

我國建築物多屬老舊建築，921地震後暴露出老舊建築耐震能力公有建物不足的問題嚴重性，政府正逐年編列預算進行老舊建築物補強工程。補強工程乃於既有建築的基礎上做工程增修工作，其工程施作空間遠比新建工程小，施工難度較新建工程高出許多，工程品質控制亦較新建工程困難許多，尤其是混凝土工程。

本文作者根據建築物補強工程施工紀錄案例進行比較。補強工程中有一棟採用自充填混凝土，另一棟採用傳統混凝土。本文將就施工紀錄之觀察所得，比較傳統混凝土與自充填混凝土運用於補強工程之適用性。

傳統混凝土與自充填混凝土性能比較

傳統混凝土與自充填混凝土就其性質差異、配比設計以及施工品管差異性比較分析分別如以下表1~3敘述，其中表1為性質差異比較，表2為配比設計資料比較，表3為施工品管差異性比較。由表中比較顯示自充填混凝土有較佳之性能表現，但相對地對於預拌廠及現場均必須從材料品質、配比設計、產製及施工仍至品質驗證，藉由5M及PDCA全面整合，協助建立透明化的品質資訊，以確保強度、工作性達到最小的變異量。

表一 傳統混凝土與自充填混凝土性質差異^(2，3，4)

表二 傳統混凝土與自充填混凝土配比設計資料比較 (以350kg/cm²為例) ^(2，3，4)

表三 傳統混凝土與自充填混凝土施工品管差異性比較^(2，3，4)

傳統混凝土與自充填混凝土用於建築物補強案例之比較

本文依據建築物補強工程之施工紀錄觀察所得，比較傳統混凝土與自充填混凝土運用於補強工程之適用性；施工紀錄標的物之一棟A建築物補強工程採用R2級自充填混凝土；另一棟B建築物採用傳統混凝土，本文將就施工完成面、耐久性、經費、使用狀況等四方面比較討論。

一、施工完成面比較

目前國內RC建築物補強工法多採用擴柱、翼牆或剪力牆補強工法，擴柱工法係在既有柱兩側均各增加15~20 cm厚以加大柱斷面，增加柱之強度與韌性；翼牆補強工法是在柱兩側面增建一道厚度25 cm左右、寬約60 cm的窄牆；剪力牆補強工法則是在既有的兩根柱之間增建一道厚度約25 cm的RC牆。不論擴柱、翼牆或剪力牆補強工法，其厚度很小，內部排置大量鋼筋，且上下兩端均受既有結構束制，因此，混凝土澆置及搗實均相當困難，圖一顯示傳統混凝土澆置之構件表面有許多孔隙或蜂窩(圖一(b)及圖二(b))，採自充填混凝土之構件表面呈現較緻密平整(圖一(a)及圖二(a))。

圖一 補強構件混凝土表面比較

圖二 補強構件混凝土蜂窩比較

既有建築物補強工法於混凝土澆置時，由於上下兩端均受既有結構束制，多採喇叭口澆置方式，傳統混凝土澆置時常於頂部產生一縫隙，此縫隙將以二次施工方式灌入無收縮水泥使之填滿。圖三及圖四呈現新舊混凝土介面比較，在頂部介面的比較，圖三(b)(d)顯示傳統混凝土澆置之新舊混凝土頂部介面出現明顯縫隙，圖三(a)(c)則顯示自充填混凝土澆置頂部新舊混凝土之介面緊密結合不須二次施工。在側面介面的比較，圖四(b) 顯示傳統混凝土澆置之新舊混凝土側面介面出現明顯縫隙，圖四(a) 顯示自充填混凝土之新舊混凝土側面介面緊密結合。因此不論頂部或側面介面之緊密程度，自充填混凝土均有較佳之表現。

傳統混凝土澆置之新舊混凝土介面縫隙，除可能產生日後地震時剪力傳遞之弱層，其頂部混凝土較不密實處(無法搗實及混凝土泌水現象)，若無適切處理則可能產生剪力傳遞之弱層外，對鋼筋握裹力的發展亦有不利之影響，對於水平剪力之強度將產生甚大的減損，二次施工不確實亦會對爾後耐久性(鋼筋銹蝕)造成影響。

圖三 補強構件頂部新舊混凝土介面比較

圖四 補強構件側面新舊混凝土介面比較

二、耐久性比較

表一~表三比較傳統混凝土與自充填混凝土之性質差異、配比設計資料以及施工品管差異性，顯示自填充混凝土以卜作嵐材料取代水泥,可節能節碳，降低水化熱量，利用其高流動特性減少傳統混凝土施工的弊病，並因自充填混凝土高體積穩定性，除增加混凝土強度(尤其長期強度)，在體積收縮及潛變量低的優勢，減少混凝土裂縫產生機率，並藉由卜作嵐材料的反應，減少耐久性基因包括混凝土強度提昇、孔隙減少及有害因子的轉化，而耐久性相對於傳統混凝土有長足的幫助，較能達成建築物補強之目標。

三、經費比較

自充填混凝土需依使用之料源、廠牌、材料特性及施工之結構部位、氣候、輸送方式，進行多次之試拌建立配比資料庫；對品管人員要求應對SCC要有相當程度之認知，並須受SCC教育訓練。以目前國內而言，尚無法達到全部預拌廠均可產製自充填混凝土，且自充填混凝土單價較高。

上述比較顯示自充填混凝土之性質非常適合用於建築物補強工程，但建築物補強工程費用多在幾百萬至一、二千萬之間，在有限的經費下，為了解採用較高單價之自充填混凝土可行性，本文以兩棟建築物之混凝土數量、混凝土佔總工程費比例值作探討如表四所示。

A棟建築物採用自充填混凝土，實際購得單價為2,500元/m³，混凝土數量為42 m³；B棟建築物採用傳統混凝土，實際購得單價為2,080元/m³，混凝土數量為67 m³。A棟建築物之混凝土佔總工程費比例值為1.65 %，若改為傳統混凝土，則混凝土佔總工程費比例值為1.37 %，工程費用減少0.28 %。B棟建築物之混凝土佔總工程費比例值為0.78 %，若改為自充填混凝土，則混凝土佔總工程費比例值為0.94 %，工程費用增加0.16 %。此顯示棟建築物補強工程之混凝土數量很少，且混凝土佔總工程費比例值均小於2 %，由傳統混凝土改為自充填混凝土所增加之經費小於0.3 %，混凝土費用對補強工程之費用影響有限。

 表四  工程費用差異比較