混凝土界面過渡區

以往科學家僅知水泥漿體和骨材間存在一個薄弱的區域，直到 1972 年，法國 G. Farran 利用顯微鏡觀察骨材周圍的水泥漿體，發現有一個暈狀 的區域，其中水化物的密度低於外面水泥基材中水化物的密度，進而明確 提出界面過渡層 (Interfacial Transition Zone, ITZ) 的概念[39]。

界面過渡區形成的原因，一般認為是以下因素所造成：

(1) 泌水和屏壁效應(wall effect)：

骨材、水泥及水的比重差異而導致泌水，混凝土於澆置完成後，因水 比重較小而往上浮，在上升過程中，一但受到骨材的阻礙，水分將容易聚 集在骨材表面，導致骨材周圍水泥漿體的緻密性下降[40]，而屏壁效應則是 由於平均粒徑 10μm 的水泥顆粒無法將 10μm~20μm 的纖維表面之空間填 充地像基材一樣緻密，此時水易積聚在骨材與骨材之間；且搗實新拌混凝 土之時，因為震動致使骨材和水泥漿之間產生相對位移，有助於骨材表面 形成水膜，骨材愈大，則水膜愈厚；搗實後等待水泥硬固的期間，浮水逐 漸聚積在骨材下方，如圖 2-4 所示。

圖 2-4 混凝土中的泌水現象 (資料來源：參考文獻[35])

(2) 骨材表面為 CH 晶體提供廣大的成核點[39, 41]： 區 (Porous Transitionzone)；這兩道區域合併起來則是通稱的界面過渡區 (Interfacial Transitionzone，簡稱 ITZ)。複式膜區域，主要影響緻密性的因素

(2) 與水泥漿體相同，矽酸鈣(C3S)和鋁酸鈣(C3A)化合物溶解產生鈣、

硫酸根、氫氧根和鋁酸鹽離子，它們相互結合以形成鈣釩石(AFt)和氫氧化 鈣(CH)，由於高水灰比，使貼近骨材的結晶產物含有比較大的結晶，因此 所形成的骨架結構比水泥漿基體或砂漿基體孔隙為多。

(3) 隨著水化進展，結晶差的 C-S-H 以及氫氧化鈣和鈣釩石之二次較 小的晶體填充於由大的鈣釩石及氫氧化鈣晶體所構成的骨架間孔隙內，則 有助於改善密度並提高過渡區強度。

就更微觀角度而言，膠結漿體本身有兩個弱面，在複式膜區域，由於 泌水現象及骨材表面水因素，故導致其複式膜漿體水膠比高於膠結漿體母 材 (Bulk Paste) 之水灰比；反之膠結漿體母材由於水分的減少，真正水灰 比降低，使得其本身強度遠大於複式膜區域。而另一個弱面則是鄰近的孔 隙過渡區[47-49]。

圖 2-5 典型混凝土過渡區示意圖 (資料來源：參考文獻[31])

3. 界面過渡區之性質

過渡區的特性同樣也影響混凝土的耐久性，預力混凝土和鋼筋混凝土

留強度、微觀晶體結構與元素成份分析。結果顯示，水泥系材料隨溫度增

係，能夠明顯提升混凝土之界面強度，唯有水膠比 0.29 由於漿體黏滯之關

也減少。

I. González-Taboada 等[64]研究再生混凝土骨材對其製作再生混凝土抗 壓強度的影響，研究結果表明，再生骨材質量最敏感的特性是密度和吸水 性。此外，亦探討再生骨材用量、預濕程度對再生混凝土強度的影響，當 再生骨材吸水率低 (低於 5%) 時，預濕或添加額外的拌和水雖可避免混凝 土工作性的損失，但會降低混凝土的抗壓強度，而吸水率高時則不會發生 這種情況。

Amir Elsharief 等[65]探討輕質骨材粒徑 (5-10mm，5-16mm 和 5-20mm) 及骨材濕潤狀況 (乾燥，1 小時預濕和飽和) 對混凝土抗滲性和抗凍性的影 響。試驗結果指出，在滿足混凝土基本工作性的前提下，應盡可能降低輕 質骨材的預潤濕程度，因為乾燥的輕質骨材吸水力有助於降低界面過渡區 (ITZ) 的孔隙度並增加其硬度；混凝土抗凍性試驗結果則顯示，輕質骨材的 強度及緻密的 ITZ 有利於混凝土的抗凍性。因此，具有高強度和低含水量的

輕質骨材可用於產製具有高抗凍性的混凝土。

Jianzhuang Xiao 等[66]進行乾燥和預濕輕質骨材對砂漿微觀結構和耐久 性影響的試驗。研究結果顯示，乾燥和預濕的輕質骨材對與水泥砂漿間界 面過渡區 (ITZ) 的微觀結構影響甚小。對於乾燥和預濕的輕質骨材，圍繞 在骨料周圍具有多孔的 ITZ 從骨料表面延伸約 10 和 15μm；而被緻密砂漿 漿體包圍的的 ITZ 約從骨材表面 10μm 延伸至 50μm。用相同水灰比(W/C) 製作普通骨材混凝土，多孔的 ITZ 從骨材表面延伸超過 35μm。乾燥和預濕 的輕質骨材混凝土比普通骨材混凝土具有較緻密的界面過渡區，具有較好 的抗硫酸鹽侵蝕性。

S.H. Dong 等[67]探討不同預濕程度輕質骨材界面過渡區 (ITZ) 的微觀 結構特徵。試驗結果指出，輕質骨材周圍的 ITZ 厚度依預濕程度不同，約分 布在骨材周圍 30μm 至 60μm 間，而 ITZ 在骨材周圍 20μm 以內的微硬度 值減小，20μm 以外則增加，隨著預潤濕程度的增加，孔隙結構得到細 化，ITZ 得到改善，尤其比天然骨材混凝土者好。