高性能混凝土.

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1、国产实业之预拌混凝土系由水泥、砂、石等主要原料，经过精确配比设计，全自动 计量拌合而成，再经由预拌车运送至工地。预拌混凝土送货量多且施工迅速，可节省人力及时间，亦可改善路边堆放砂石减少道路污染，符合现今环保之要求，为各项公共工程及民间建筑之主要建材之一。预拌混凝土在营建工程中占有十分重要的地位，亦为业界使用最普遍的材料之一。为顺应现今各种营建工程的需求，本公司所产制混凝土也由以往的普通混凝土发展至具有高强度、高流动 性、高耐久性、低潜变与低收缩等优点之高性能混凝土。同时，为因应客户各项特殊工程之需求，量身定制各类符合客户需要与目的的特殊混凝土普通混凝土：适用于一般土木工程、建筑工程之预拌混凝土

2、。公制(/) 140175210245280315350420产品规格英制(psi, pound/) 20002500300035004000450050006000注：依 ACI(美国混凝土协会 America Concrete Institute)规范规定：混凝土 28 天强度在 420/以上者，称为高强度混凝土。 特殊混凝土：特殊混凝土之定义- 为符合特殊工程需要与目的，加入特殊用途的掺料，或以特殊的机械施工方式来制造之混凝土。因此，本公司为因应客户需求，所量身定做、生产之 - 轻质混凝土、巨积混凝土、预冷混凝土、无收缩混凝土、早强混凝土、纤维混凝土、高强度混凝土、高性 能混凝土、输气混

3、凝土、喷凝土等等，皆归属于特殊混凝土的范围内。本公司所产制之预冷混凝土，应用于营建工程上之最佳实例 -国家地震工程研究中心 新建工程。此案亦为国内首度使用液态氮混凝土成功之案例。使用液态氮与一般使用冰水降温方式比较起来，有下列几项优点：干燥直接冷冻不产生冰体。 可依实际浇灌温度，任意调整液态氮之使用量。 设备成本较制冰设备低，设备占用空间小。 可降温至冰水设备无法达到之温度。 可避免因融化之冰，使混凝土内产生如冻豆腐般之孔穴。 波索兰材料（炉石、飞灰）之性质与应用： 近日来，由于集集大地震造成全台上万栋建筑物倒塌，许多人家破人亡。因此，有人便将部分原因归咎于预拌混凝土业添加波索兰材料（炉石、飞

4、灰）过量所造成。其实任何事物都是过犹不及，只要适时适量地使用波索兰材料，混凝土在后期强度与耐久性 上的表现，是优于水泥混凝土。 一般而言，我们所称之波索兰材料有三：分别为飞灰、炉石、硅灰。1.飞灰： 最初之飞灰系火山爆发时所喷出之大量灰尘，目前之飞灰来自火力发电厂烟囱所排放之灰尘，系屑煤经磨碎至 70%通过 200 号筛之细粉喷入温度达 700之锅炉燃烧后，随热空气上升的轻质不燃烧物经过热器、再热器、筛碳器，降温至350后成为具化学活性 的含硅材料。飞灰是一种石英与铝酸盐的混合物，本身不具胶结力，而是与水泥水化时产生之氢氧化钙作用后，所产生具胶结力之酸钙水化物。 飞灰中含有丰富之氧化硅（）、氧

5、化铝（）以及氧化铁（），其结构为玻璃质球状物，粒径约在 0.4um100um 之间，其比重为 2.02.2。当波索兰反应发生时，飞灰中的与与水泥浆体中之氢氧化钙（Ca(OH)2）反应，产生晶状的钙铝盐类（C-A-H）以及低密度的钙硅胶体（C-S-H），来填塞混凝土中微小的孔隙，并提高骨材界面键结强度，减少混凝土的透水性 并提高其耐久性。添加飞灰亦会影响新拌混凝土的用水量、稠度与胶结特性 。在相同坍度条件下，当飞灰之烧失量小于 5.5%时，可节省拌合用水量。反之，则必须增加更多的用水量以维持相同的坍度。含钙质（CaO）较高之 C 型飞灰的波索兰反应较快，迅速生成钙硅胶体（C-S-H）来填塞混凝土

6、中微小的孔隙，因此混凝土的早期强度较高。含钙质较低之 F 型飞灰的波索兰反应较慢，混凝土的早期强度便会降低。因此，在 ACI 规范中规定飞灰在一般混凝土取代量上 C 级为 1535%，F 级为 1525%。2.炉石： 炉石为熔炼钢铁时所生的副产物，其中含有氧化硅()、氧化铝（）以及氧化铁（）等成份。炉渣由高炉排出冷却所得之固体物，称为高炉石，依其冷却方式的不同，可分为水淬炉石与气冷炉石两种。水淬炉石是高炉熔渣以喷水方式急速冷却，使炉渣碎裂成粒状，由于冷却时间过于短促，晶体不易形成且微结构凌乱开放，活性 大增且具胶结性，只要细加研磨即可取代部分水泥，亦称为高炉熟料。气冷炉石是采用徐冷方式，形成构

7、造较坚固且致密，活性 不佳且无胶结性，可做混凝土骨材或制造水泥之原料。 活性高的高炉熟料在水中表面会产生一层酸膜阻隔水份的进入，故需利用氢氧化钙与石膏等触媒的侵蚀酸膜，使高炉熟料、水、氢氧化钙产生水化作用。若高炉熟料取代量太大，则水泥水化所产生的氢氧化钙与石膏等触媒量相对减少，致使高炉水泥之初期强度发展因水化反应并不完全而低于普通水泥。后期因进行一般波索兰反应(有效填充孔隙、消耗氢氧化钠以抵抗硫化物侵蚀与碱骨材反应)，因而提高混凝土的强度与耐久性 。当用水量相同时，高炉水泥之坍度会大于普通水泥。3.硅灰： 硅灰系由高纯度的石英与煤在电弧炉中加热至 2000所产生硅金属及铁硅合金所浓缩的副产品。

8、其成份为高含量不定型或非常细球型颗粒的二氧化硅，约占8598%，其余为少量的金属化合物。典型的硅灰比重约在 22.5，远小于波特兰水泥的 3.15，其平均粒径约为 0.1um，约为波特兰水泥颗粒的 1/100 倍，为相当分散的状态，可与氢氧化钠起化学反应，其反应式如下： 3CH + 2S 由于硅灰有较高之亲水性，因此添加之硅灰量和需水量之间有密切的关系性 ，在固定坍度下需水量会随硅灰用量增加而增加，所以在不增加用水量的理想工作度要求下，硅灰必须与强塑剂一起使用，方能发挥其最大功效。波索兰材料之性质与应用方向。 飞 灰炉 石成份、 、MgO、及碳 、 、 优点减用水量，改善工作度，增加水密性 提

9、高晚期强度减少体积变化，增加耐久性改善工作度提高晚期强度增加耐久性缺点 缺点降低早期强度、延缓凝结时间 降低早期强度、干缩量增加 应用方向预拌混凝土、混凝土污工制品、 巨积混凝土、高性 能混凝土。 气候寒冷时、抗硫酸盐侵蚀、抗融冻与碱骨材反应、巨积混凝土、 高强度混凝土。高性能混凝土（High Performance Concrete）： 预拌混凝土是现今营建工程中，使用最普遍也是最多的施工材料，其优点是价格低廉、使用方便，且具有耐压、耐久、耐火等特质。但可惜的是，传统混凝土由于强度不足，以致于构件本身断面积大，增加构造物自重并减少室内可使用空间。传统混凝土的用水量及水泥量较高，容易滋生泌水、

10、析离或蜂窝，或因低水灰比、低坍度造成施工不易及擅自加水等情形，严重损害混凝土的品质。此外，传统混凝土的体积变化量大，也容易发生干缩、潜变、龟裂等缺 点。因此，如何改进传统混凝土的缺点，成为近年来营建业界一直致力研究改进的重点之一。高强度混凝土的配比设计，需要使用大量的拌和水量及水泥。因此，容易造成下列的问题：1.拌合水泥量过多：早期水化热高及温度上升率大。塑性 收缩量大。凝结时间短。经济性不佳。2.拌合水量过大：降低抗压及抗弯强度。提高渗透性 、降低水密性及增大吸水性。降低抗风化能力。降低浇置层内钢筋与混凝土之界面键结力。增加干湿作用下之体积不稳定性 。增加干燥龟裂之发生机率。高性能混凝土的出

11、现，即是为了解决此一问题。高性 能混凝土首先是 1990 年 5 月，由美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土学会（ACI）所首先提出，其特点为：高强度、高弹性 模数、高工作度、高体积稳定性、高耐久性、高耐磨性、高水密性等等。从公元 1992 年开始，世界各国逐渐采用同时添加卜作岚材料及强塑剂的方法，改善高强度混凝土黏稠性 ，而强度的特性系依据水胶比，即水加上液态掺料之重量与水泥(C)加上卜作岚材料(P)重量之比率来决定。高性 能混凝土配比的二项主要法宝，即卜作岚材料与强塑剂，而使用材料之要求，为高品质的材料，在于发挥材料特质，其余的特性 与一般混凝土无异。水泥采用较细的颗粒，在于增

12、进水化反应，使水泥能充分发挥效应。卜作岚材料添加目的有：减少水化热，降低温度裂缝的产生机率。将水泥中之碱性 物质，如氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾等，转换成稳定性之胶体及晶体。改善骨材与水泥浆之界面，增加链接强度:改善混凝土致密性 。减少水泥量，增进混凝土工作性，增加混凝土耐久性质。强塑剂的使用，旨在减少水量，因拌和水量多，对耐久性 是绝对不利的，减水而保持工作性，也可以减少水泥用量，间接达成耐久性 及经济性的目的。 为了使高性能混凝土更容易流动， 1995 年美国混凝土学会 ACI318-95结构混凝土规范，采用水胶比的耐久性 设计观念，其实已接近高性能混凝土的含义。台湾地区高性能混凝土于公元

13、 1992 年初期发展，初始被定义为高强度及高流动 化混凝土，着重于安全性及工作性。1996 年末遂改变成符合耐久性 、安全性、工作性、经济性、生态性的优生高性能混凝土，近期已开始应用于许多工程案例之中。 高性能混凝土之配比设计系兼顾安全性、耐久性、工作性 、经济性、耐久性及生态性，其重点准则分述如下：1.安全性：对结构设计者而言，安全性为配比设计最高的准则，但安全性 绝不是 越高越好，而是以设计需求强度为基本要求，所以在配比设计上，只要满足设计时之需求强度即可。传统 ACI 配比设计法之强度系由浆体之水灰比（W/C）来控制，ACI 318-95 新规范则改以水胶比（水和胶结料的比例(W/CM

14、)）来控制，其强度系由骨材透过应力传递而达成。在此种状况下，强度只需靠适量的水泥浆体即可达成，可避免水泥浆体干缩龟裂的问题。 2.耐久性：在传统(ACI 318-89)设计规范里，是以水灰比(W/C)来考量混凝土的耐 久性 ；而 ACI 318-95 新规范结构混凝土中特别以水胶比(W/CM)来规范混凝土强度，以期获得混凝土的耐久性 。ACI 318-95 规范容许使用水泥以外的卜作岚材料，像飞灰、炉石、稻谷灰、硅灰、及其它火山灰材料。经过 l0 年来大量数据显示，添加飞灰、炉石等卜作岚材料具有阻渗及抗蚀的功能。 3.工作性：对一般混凝土施工而言，如果混凝土太干黏，则施工不易，容易产生蜂 窝，

15、甚者易使现场工人为施工便利而私自加水，导致设计强度（水灰比）走样。高性 能混凝土具有高流动的特性，可以缩短工期、节省人力及简化施工作业等。高工作性 包括容易施工、没有析离、容易粉光、或后续的处理简易。假设工作性 良好，自然就不会擅自加水，一旦不会加水，混凝土品质就能够获得较大的保障。 4.经济性：高性能混凝土的经济性建立在水泥的强度效益、高生命周期、易施工之 低成本上。目前台湾的混凝土每一公斤的水泥约只能发挥 0.7 Kg/cm2 的强度，而文献上最佳的效率则是每公斤水泥可发挥 7 Kg/cm2 的强度。目前国内高性 能混凝土规范则规定每公斤水泥应可发挥至少 1.4 Kg/cm2 的强度。高性

16、 能混凝土虽比传统混凝土多加化学掺料及卜作岚材料，由材料的观点来看，其初始制造费用，的确比传统混凝土高，但从改善工作性 、提高早期强度、提高结构耐久性、降低施工费用，节省工时、提高力学性 能，减少构件尺寸与断面等所得之效益，不仅可弥补混凝土之价差，且更具经济效益。 5.生态性：混凝土的制造不仅应达到结构材料的强度，也要考虑到生态性 的问题。 如果使用比较高的强度，则能够缩小结构的尺寸，材料自重减小，那么基础的承载力可以也相对缩小，所有包括石头、砂、水泥等材料都可以有效运用。高性 能混凝土充分利用卜作岚材料，包括电力公司所生产的飞灰，炼钢产生之炉石，或农业生产的稻壳，无形中可使原来这些可能是污染的物质转变成资源，如此可以有效的减少资源的损耗，从长期来讲是有正面的意义。 传统 ACI 配比之混凝土构造物在耐久性方面的问题屡见不鲜；在台湾有关构造物耐久性 最为熟知的例子就是澎湖跨海大桥之钢筋腐蚀，导致使用寿命缩短。这些构造物大都在未达应有的设计使用年限前，即需加以维修或重建。这样不