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技師期刊63
二○一三‧十
混凝土及其他材料
混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準混凝土材料規範標準
一、前言
「無矩不成方,無規不成圓;校正方圓,
是謂規矩」,標準與規範所代表的意義便如同規
矩,其乃為某一範圍內的活動及其結果制定導
則或特定定義的技術準則,以作為制約和限制
產品、工程行為的手段方法,其目的是確保材
料、產品、過程和服務能夠符合需要。
在過去開發中的經濟年代,一般技術水
準普遍較為落後,對標準和規範的更新沒有很
迫切的需求,致使當時的標準和規範具有絕對
的權威,該時一旦制定了標準和規範後,往往
保持一二十年不變。長此以往,執行監督和管
理的人員只按規範中的條文要求進行監督和檢
查;技術人員一切唯標準是從,過分的依賴規
範,視規範為法條,使從業人員的行為變成只
對規範負責,即使心存疑惑,或是明明知道現
行規範的規定已不再適用於當前的實際情況,
卻也照辦不誤。
然而,隨著科技文明一日千里的飛速發
展,工程的設計原理、各項材料性質行為都產
生了很大的變化。例如,過去只有水工結構的
大體積混凝土才有混凝土溫控的問題,而現今
房屋建築中厚度只有 30 cm的牆體卻也可能會因未控制混凝土的溫度而產生溫度應力,從而
造成嚴重的龜裂;又如,過去工程建設週期長, 混凝土的早期強度成長較低,養護與拆模時間
亦相應延長;如今施工速度一昧要求加快,故
而不斷要求混凝土的早期強度需求提高,但是
根據文獻所述,混凝土龜裂性能的最佳指標是
混凝土的 24小時抗壓強度值 [1]。這個值與混凝
土的收縮、彈性模數、極限拉伸應變、潛變等
都有密切的關係,混凝土 24小時的抗壓強度越小,則早期收縮越小、潛變則較大,其均有利
於減小早期開裂風險。因此混凝土 24小時的抗壓強度可以視作是評價早期易開裂性的一個綜
合指標。文獻建議混凝土 24小時抗壓強度不大
楊志強 技師
土木工程技術問題是很複雜的,尤其是混凝土材料的性質,不僅影響因素太多,而
且隨時間變化,我們對這種材料的認識仍在不斷發展。工程技術的一日千里,
不可避免的將產生標準規範落後於產業發展。目前部分的混凝土材料規範已與現實脫
節;甚至有些標準本身出現矛盾,這些問題輕則使人困惑,重則可能造成工程事故。
「規範」需要順應時代變化、溫故納新,筆者在此僅就在混凝土工程中遇到的一些矛
盾,就個人的理解略抒己見,與各位先進共同討論,希冀能引導各位先進理智看待並
妥善運用標準規範。
與時(實)俱進
的
與時(實)俱進
的
混凝土材料規範標準的與時(實)俱進
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的於 12 MPa[1];美國和德國的一些學者則建議用
12小時之抗壓強度作為控制值,要求混凝土 12小時抗壓強度不超過 6 MPa。以上論述顯示一個定向的趨勢,即是早期強度越高的混凝土越
容易開裂。
使用傳統的思維方法機械地照章行事,常
常引起工程中產生一些矛盾。再加上長期形成
的土木工程領域各專業隔離的狀況,造成各自
按照自己的理解制定各行業或行業中某些分支
規範,相互之間難免有疏漏不協調之處。傳統
產品或技術已無法滿足正在增加的複雜功能,
以及在嚴酷環境中使用的工程要求;而新技術
的推廣卻常受到人們對標準、規範認識的傳統
思維束縛而阻力重重。
二、標準、規範是妥協的產物和最低
的要求
標準的制定必須有若干人(應當盡可能
地多)參與,廣泛地交換意見以取得共同的認
知,因為不同人有不同的經歷、經驗和條件,
因而就有觀點上的歧異,最後通過協商,暫時
捨棄那些爭議最大且目前尚無法統一的意見,
而採用一些大多數人都能夠接受的意見作為引
據的標準。因此要有原則地妥協,才能使所制
定的標準、規範合於時宜。
現行規範中,許多內容仍未能跟隨混凝土
的產製能力與時俱進,材料規範仍維持 10年前之水準,卻未能適時的修正。公部門在高喊
「節能減碳」的同時,實應深切的檢討規範的
可行性是否符合環保及現行使用之訴求,或許
不需再墨守成規,以過去的觀念思維套用於現
行的施工作法。
三、當前規範與標準的問題
3.1 飛灰的使用
許多人雖然認同摻飛灰的混凝土可以提升
混凝土某部份之性能,但是依循「飛灰混凝土
使用手冊」的使用量限制,目前大部分的混凝
土工程,其飛灰摻量均不會超過 20%,這種現
狀實際上仍然是 20年前對飛灰鄙視思想的延
續。基於對礦物摻料的認識不足和對水泥混凝
土科學技術的分歧,多數建築材料的教科書至
今仍以節省成本、增進混凝土之經濟價值做為
援用標的,並認為過大用量使用時,對混凝土
強度、耐久性有不良之影響。但是透過許多實
驗驗證,以一般之配比設計概念取代水泥使用
時,在摻量不大於 20%時,不僅對強度影響不
大,對其它性能影響反而有所提升。
倘若飛灰摻量不能增加,如何發揮飛灰的
潛在優勢?若是依循現行規範要求,僅能以少
量飛灰取代部分水泥使用,那麼摻飛灰的意義
何在?
在實驗室檢測混凝土性能指標的現行標
準,其所規定的條件都是針對純水泥混凝土,
但是當使用較大摻量(例如大於 20%)的飛灰
時,飛灰在 28天以前基本上不參與反應,即使
為達到相同的 28天齡期抗壓強度而降低水膠
比,水和水泥的比值(水灰比)也比不摻飛灰
時的大;因此摻飛灰的混凝土,早齡期時其內
部孔隙率是有所增大的;但是 56天齡期以後,
摻用飛灰的各種優勢將隨著齡期的增長而突
顯,這對於混凝土的耐久性很重要。但是目前
所有規範若無特別界定時,其都引據 28天齡期
時檢測混凝土的抗壓強度、中性化深度、抗滲
等性能,這對摻飛灰的混凝土是不公平的。一
棟建物作為日後全家遮風避雨的安家之所,難
道只僅居住 28天的時間而已嗎?目前合約規範
多要求混凝土的驗收齡期不能超過 28天,根據
是什麼?對於業主及承攬廠商而言,早日完工
銷售及避免工期逾期的罰款,其重要性顯然是
超過混凝土品質的要求。
施工速度和混凝土耐久性之間是一個矛
盾的衝突點。現在不少預拌廠都將自己的「混
凝土 3天強度達設計抗壓強度的 70%、7天達
90%以上甚至 100%」引以為豪,而且營造單位
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混凝土及其他材料
與建商也都這樣要求,而這恰恰是混凝土結構
早期開裂和耐久性下降的主要原因。 事實上,近來許多預拌廠發現,7天齡期
抗壓強度即達 100%的混凝土,至 28天齡期時,抗壓強度基本上不再增長,甚至還下降倒
縮,這是因為事物都有其本身的成長規律,違
反或擾亂了其規律,會影響品質,甚至會發生
更嚴重的問題。混凝土是人工材料中唯一有成
長期的材料,其成長受環境的影響,隨時間而
進展,揠苗助長只是適得其反的愚蠢做法。
對不黯混凝土材料特性的多數人來說,由
於對礦物摻料的本質、特性和使用技術缺少瞭
解,排斥礦物摻料的思維仍嚴重影響著混凝土
技術的進步。事實上,在當前水泥強度不斷提
高的情況下,如果沒使用礦物摻料,混凝土結
構耐久性的問題將無法解決。在英國,飛灰已
被列為混凝土除水泥、砂石和水以外的第四組
份,將爐石稱為「輔助性膠結材料」,混凝土的
水灰比改為「水膠比」。曾有科學家預言,在將
來,即使飛灰價格高於水泥,也必須使用。現
在這已成為事實,依文獻 [2]所述,在美國夏威夷小島上,欲建造一座印度神廟,廟中所使
用的手工精雕石材均由印度進口,然而,為了
保證該廟需具有 1000年的使用壽命,其灌鑄36×17×1 m的筏型基礎混凝土,採用了 C3S為 14%、C3A為 1%的水泥,飛灰燒失量控制小於 1%,而其摻量占總膠結用量的 57%,拌合用水僅有 100 kg/m3;90天齡期的抗壓結果為25 MPa。因為附近島嶼都沒有產製飛灰,所以必須從美國西岸的火力電廠運來,其費用為每
噸 200美元,是水泥價格的 3倍。該混凝土已於 1999年澆築了 760 m3,到 2000年 7月介紹文章發表時,仍未發現任何混凝土龜裂的現象。
對多數混凝土供應商來說,使用礦物摻料
主要的出發點是在不降低強度的前提下降低成
本;但是上述的工程實績或許說明,為了克服
混凝土中水泥的缺陷及產製符合客戶需求的產
品,縱使礦物摻料的單價為水泥的數倍,仍是
必須使用。
長期以來,人們對於混凝土強度視為其
品質控制主要指標(通常也是唯一指標)的評
價,而其乃是透過所製備的試體(試件尺寸
從 φ10×20 cm、φ12×24 cm、φ15×30 cm皆有之),經規定齡期的標準養護(23±2°C、R.H. ≥ 95%),然後在抗壓試驗機上破壞得到的資料進行分析。但仔細檢討,在特定實驗條件
下,取樣製備試件進行試驗作為控制品質的方
法,而卻不去開發以物理化學為科學依據的控
制方法,似乎是不合乎當今時代的錯誤。
3.2 最大水膠比、最少水泥用量的規定
如表 1所示,公共工程施工綱要規範為工程單位使用混凝土最廣之引據來源,其 03050章 V7.0「混凝土基本材料及施工一般要求」內容所述(2.1.1),3,000 psi最大水膠比為 0.48、4,000 psi最大水膠比為 0.44,雖然內容述明「本款下表之各項數據僅供配比設計時之參
考」,然多數工程人員未必能瞭解混凝土材料特
性,更遑論混凝土配比設計內容,所以在工程
使用上多是直接引用,而在混凝土材料專業從
業人員皆知,以目前的混凝土拌製技術普遍而
論,水膠比為 0.55 ~ 0.65拌製 3,000 psi ~ 4,000 psi抗壓強度之混凝土是輕而易舉之事;水膠比0.44、0.48拌製為 3,000 psi、4,000 psi之混凝土,實在是材料上的浪費。如果依循規範要求
進行,屆時混凝土 28天齡期之抗壓強度遠遠超出設計需求強度時,監造單位又對實際產出數
值懷疑,或許經解釋後業主仍無法釋懷,其後
續可能衍生的糾紛反而造成工進的阻礙!
當初設立這樣規範要求的時空背景,除了當
時的水泥強度成長較為緩慢外,且該時的拌製機
械多為桶式拌合機,拌合效能將直接影響後續的
混凝土物理特性;而今日的水泥除具有「早強」
的特性外,拌合機械多已改成「水平雙軸強制式
拌合機」,在「內」、「外」兼修的狀況下,03050章 V7.0所羅列的水膠比及最低水泥用量的要求,對當前預拌廠的技術從業人員而言,規範未
能與時(實)俱進,確實造成業界極大的困擾。
混凝土材料規範標準的與時(實)俱進
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表 1 公共工程施工綱要規範 — 混凝土相關章節
公共工程施工綱要規範第 03050章 混凝土基本材料及施工一般要求 2.1.1混凝土材料規格(節錄)
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混凝土及其他材料
3.3 細粒料含泥量的認識
由於細粒料在搬運過程中會不斷的碎解,
致使在最終的抽驗檢覈時,其≦ #200含量有可能超出 CNS 1240規範須≦ 5%的要求,但是若其≦ #200之成份乃為與被加工母岩相同的物質,並非為「泥」時,是否仍採用此一判定標
的呢?
專家學者亦注意到此一現象,故於民國 98年 10月 21日重新修訂頒佈之 CNS 1240「混凝土粒料」,其已於規範內容中註釋:「當細粒
料為加工砂時,若小於試驗篩 75μm CNS386之材料係由碎粉組成,主要成分不含黏土或頁
岩,則此限值允許各放寬至 7.0%(所有其他混凝土類別)」(如表 2所示)。故此,如何證明細粒料中≦ #200含量是為「不含黏土或頁岩」之成分,乃為討論之重點。
根據中華人民共和國國家標準【建築用
砂】GB14684-2001(表 3)之內容說明,檢測
小於試驗篩 75μm CNS386之材料是否為「石
粉」之方式乃是依據「亞甲藍試驗」進行,該
方法乃是參照歐洲標準 EW933-9:1999《骨料
幾何特性試驗中的細粉評估—亞甲藍試驗》及
【ASTM C387-81粘土的亞甲基藍指數】所編
制(圖 1)。其原理乃是利用粘土對亞甲基藍染
料吸附測定,而粘土的基本性質(比表面積)
和亞甲基藍指數存在線性關係,因為比表面積
是顆粒大小的函數,而亞甲基藍指數和比表面
積存在直線關係,因此亞甲基藍指數可以做為
粘土(小於 2微米)顆粒尺寸分佈的指數,以
用於判定砂中粒徑小於 75 μm顆粒含量中主要
是泥土還是與被加工母岩化學成分相同的石粉
的指標。
表 2 細粒料中小於試驗篩 75μm CNS386之物質最大許可含量限制
混凝土材料規範標準的與時(實)俱進
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表 3 中華人民共和國國家標準【建築用砂】GB14684-2001
圖 1 亞甲藍試驗儀具與過程
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混凝土及其他材料
圖 2為大陸來源之機制砂,其經「CNAS 中國合格評定國家認可委員會」授權之實驗
室,經檢驗亞甲藍 MB值 = 1.0%,可證明該細粒料≦ #200含量是為被加工母岩相同的物質而非為「泥」,依據 CNS 1240規範而言,其≦ #200之含量將可放寬至 7%。
台灣北部多為使用「東砂北運」的花蓮粒
料,而其石灰岩質之特性,造成其在生產搬運
的過程中(花蓮來源粒料載運送至北部預拌混
凝土廠應用的過程中,粒料最少須經過 7道的搬運程序),將會產生許多的石灰岩粉末,因此
只要是花蓮來源之粒料,其通過 #200篩之含量多介於 7% ~ 8%之間,由於其粉體為粒料在搬運過程中相互摩擦碰撞所致,倘若再依其它
試驗方式佐證該粉體確屬「被加工母岩相同的
物質」,則依據 CNS 1240規範所訂,其≦ #200之含量將可放寬至 7%。
但是,目前放眼國內的營建單位,其仍以
≦ #200不得超過 5%相繩;讓人嘆息的是,目前國家規範中,仍無作為判定≦ #200之物質是為母岩或是泥的相關試驗方法,規範的與實
(時)俱進,對使用單位而言是有迫切的需求。
3.4 水泥品質對預拌混凝土的影響
水泥和預拌混凝土是兩個完全獨立的不
同產業,而水泥卻又是預拌混凝土的主要原材
料之一,兩者都有嚴格的國家標準予以管制,
但卻因產業別的鴻溝,彼此的溝通幾乎付之闕
如,甚至部分的預拌混凝土業者都還未必瞭解
自身的實際需要,致使雙方對於產品品質的認
知產生相當的隔閡,甚至互相誤導。
目前的水泥生產業者與預拌混凝土製造商
都以產品的強度為第一考量,結果導致高鈣、
高鋁、高比表面積的水泥產品應運而生。然
圖 2 亞甲藍MB值之試驗報告(CNAS)
混凝土材料規範標準的與時(實)俱進
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而,預拌混凝土的水化熱卻愈趨增大,龜裂的
可能性增加了,抗腐蝕性也愈來愈差,混凝土
的後期強度增長緩慢甚至倒縮,從而嚴重影響
混凝土結構抵抗環境條件的耐久性能。
我們檢測並統計近年來 L牌與 T廠牌水泥廠所生產之水泥細度時(如圖 3、圖 4所示),發現在近期水泥的比表面積都有增大的趨
勢,平均比表面積約在 360 m2/kg(標準偏差約11 m2/kg,Blaine)。
水泥的細度增加,水泥顆粒接觸水的面
積增大,水化速率提高,強度的成長亦增快,
當然水化熱釋放速率亦相對提高,特別是早期
水化熱是引起混凝土開裂的一個主要原因,混
凝土的所有開裂因素的影響力,幾乎都同時與
溫度因素疊加,並因疊加而被放大,所引發的
體積不穩定性將淵生耐久性問題。觀察比較混
凝土龜裂敏感性發展,發現混凝土塑性收縮而
開裂的程度,隨水泥比表面積的增大而愈趨嚴
重,且混凝土從成形到開裂經過的時間愈短,
抗裂性越差,若再因為環境溫度、溼度的反覆
作用,則裂紋將擴展成裂縫甚或導致成為貫穿
式裂縫,混凝土一但開裂,耐久性將成為奢
談,水泥過大的比表面積給混凝土帶來的後果
將是弊大於利。
圖 3 L牌水泥比表面積變化趨勢與其常態分布(統計時期 2003/12/16~2009/2/5)
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混凝土及其他材料
ProvisionAASHTOM 85-04
ASTMC150-04a
AASHTO M 85-09ASTM C150-09
Maximum fineness (Blaine):Single sample average of 5
420 [I, II, IV, V]400 [I, II, IV, V]
No limitNo limit
430 [II(MH)*, IV]None
Type II maximum C3S 58 No limitType II(MH)
4.75C3A + C3S ≤ 100
Processingadditions maximum
1%No prescriptive
limitOrganic ≤ 1%
Inorganic ≤ 5%
Use of limestone Not permitted Up to 5% Up to 5%
Type II minimum SiO2 20% No limit No limit
表 4 美國 AASHTO M85、ASTM C150水泥規範修訂演進時程摘要表(2004 ~ 2009)
圖 4 T牌水泥比表面積變化趨勢與其常態分布(統計時期 2003/5/19 ~ 2009/7/8)
混凝土材料規範標準的與時(實)俱進
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技師期刊63
二○一三‧十
目前 CNS 61對於水泥的比表面積僅有下限的要求(≧ 280 m2/kg),卻無上限指標,再對比美國 AASHTO、ASTM的水泥規範(如表4),其隨著時程的演進,比表面積的下限不斷提高,對於水泥比表面積的一再「妥協」,也讓
人見識到了現實世界中唯有「實力」,才有談判
的籌碼。
3.5 高瀘水淬爐渣的「燒失量」
標準與規範是妥協的產物與最低的要
求,再舉 CNS 12223【水淬高爐爐碴】為例。規範內容說明其燒失量必須≦ 3%,然其根據為何?
水淬高爐爐碴的燒失量是在 950°C的高溫爐中燒灼後的損失重量,而水淬高爐爐碴卻是
在 1600° C的高爐煉鐵排放的熔渣經水淬而成的粒化礦渣,一切能在 950°C下燒失的有機物和未燃碳早已不復存在(剩下的可能性只有碳
酸鈣了,但是在煉鐵時加入的助熔劑 CaO在高溫下已熔融而以化合態存在於水淬礦渣中,由
遊離的 CaO碳化形成碳酸鈣的可能性不大)。如果還有燒失量,那就只可能是外摻了石灰
石、脫硫石膏或混入有機物等。
四、結論與建議
Mehta[3] 指出:「建築規範⋯壓制材料
的再生利用。許多過時的規範,限制工程必
須使用一些特定範圍的材料和配比,而不是
規定一些性能標準。例如許多聯邦、州和都
市的規範,常常限定混凝土拌和物裏飛灰的
最大摻量或水泥最小用量,⋯⋯用大摻量飛
灰混凝土製配的高性能混凝土,其性能明顯
優於現行規範的要求,⋯指令性的規範是陳
舊的,應該以性能為基準的標準來更替。⋯
規範裏像最大允許飛灰摻量以及最小水泥用
量,這樣苛刻的限制是陳舊的、是過去的遺
物,應該廢棄,而應用性能導向的、足夠靈
活的標準來代替。」
眾所周知,生產或工程的品質是至關重要
的,但是品質的好壞是相對的,也就是說必須
有標準。「不以規矩無以成方圓」,標準就是這
種品質好壞的「規」和「矩」;要生產出合格的
產品,生產過程的程式必須符合一定的規範,
因此標準和規範只是品質的最低要求,而不是
絕對真理。標準和規範的制訂是科學技術和實
際經驗結合而又反覆驗證的產物。由於事物的
複雜性和人們對事物認識的不同經歷,以及科
學技術發展的不平衡等因素,在制訂標準和規
範的過程中必然會有不同的意見;因此標準和
規範可以說又是一種妥協的產物,不代表先進
技術;儘管標準和規範要不斷地修訂,但仍然
永遠是落後於科學技術發展的。如果機械地搬
用當前的標準和規範,就可能阻礙新技術的推
廣應用,而且有時還會使自己陷於無法解決的
矛盾之中。
混凝土的品質是終端,至於如何達到
這個終端,則要靠設計、生產和施工技術人
員的技術水準。規範所規定的應該只是品質
的要求和指標,這樣才會促進混凝土技術的
發展。但是必須清楚什麼是混凝土的品質標
的,如果仍將抗壓強度作為品質的首要指標
(甚至是唯一指標),則後果將會適得其反。
標準、規範的修訂或制定者必須有有整體性
的思維,否則將會為混凝土技術發展套上沉
重的枷鎖。
參考文獻
[1] 王善拔、劉運江 (2006),「從混凝土早期開裂討論水泥品質指標的調整」,水泥工程,
第三期,第 15-20頁。[2] P. K Mehta and Wilbert S. Langley, “Monolith
Foundation: Built to Last a 1000 Years,” Concrete International, July, 2000.
[3] P. K Mehta, “Greening of the Concrete Indus-try for Sustainable Development,” Concrete
International, July, 2002.