第一章 緒論
第二節 混凝土高溫作用後行為
9.較高的外加載重會降低柱之耐火時效，經實驗證實，HSC 在有外加 情形下，比NSC 柱較易產生爆裂。
第二節 混凝土高溫作用後行為
Abrams【29】針對矽酸鹽、碳酸鹽與輕質骨材之 3x6in 混凝土圓柱試 體，先預加不同的軸壓力再分別加熱至不同的溫度後，進行高溫中及待其 冷卻至常溫七天後之抗壓試驗；其實驗結果如圖2.10 所示
圖2.10 不同骨材之混凝土抗壓強度折減與溫度的關係 (資料來源：參考書目【29】)
Abrams 並沒有作火害中有預壓力的加熱試體，待其冷卻至常溫時 的殘餘抗壓強度試驗。
Lie 等人【30】指出混凝土在火害後之殘餘強度將隨時間有所改變，
如圖 2.11 所示，殘餘強度最低之時期約在火害後 45 天左右，此乃混凝 土吸收空氣中水份後再重新水化作用。並利用Abrams 的試驗資料，提 供計算一般混凝土受高溫後殘餘抗壓強度與彈性模數折減的公式如下：
(a) 碳酸鹽骨材之混凝土 (b) 矽酸鹽骨材之混凝土
(c) 輕質骨材之混凝土
抗壓強度 f ′ 折減 c ( ) ( )
c c
fθ′ θ =α θ × f ′ ( ) 1 0.001 α θ = − θ
( ) 1.375 0.00175
for 0 500oC oC α θ = − θ
θ
≤ ≤
00oC 700oC for 5 ≤θ ≤
for 700θ ≥ oC
1990 年，國內陳舜田等人【10】在國科會支助下，研究軸壓 力作用下混凝土火害後之力學行為，此研究在加熱過程中分別施加
該研究【10】亦提出火害後混凝土的彈性模數計算公式，如下所
式中，
n0=[fc’(MPa)/12]+0.77 M0=E0/Ep
E0=5000(fc’)0.5(MPa) fcr’：高溫後之抗壓強度
T ：火害時曾遭受的最高溫度( )℃
fc’：混凝土圓柱試體在常溫下之抗壓強度 εor：高溫後抗壓強度處之峰值應變
εo：常溫下抗壓強度處之峰值應變
Epr：高溫後最大強度處之割線彈性模數(=fcr’/εor) Eor：高溫後初始切線彈性模數
試體溫度低於500°C，Eo與Ecr相近，即Eor/Eo 可用Ecr/Ec計算如下 所示
Ecr、Ec分別為常溫下與高溫後之彈性模數
當試體溫度為600°C 與700°C，Eor小於Ecr，Eor/Eo若採用上式時須 另再乘以折減係數k，當試體溫度為500°C、700°C 與800°C 時，k 值建議為1.0、0.6 與1.0，各溫度區間內之k 值，可用直線內插求 得。
王天志【13】曾探討高性能混凝土添加聚丙烯纖維加熱時受不同 溫度200℃、400℃、600℃、800℃，冷卻時受不同冷卻方式(自然冷卻、
強制冷卻)，冷卻後受不同再養護方式(空氣中養護、水中養護)與不同 再養護齡期 (1、7、28、91 天)對試體殘留強度之影響，其實驗結果發
現：以再養護齡期7 天為基準時，受 400℃火害試體有最大強度衰減。
空氣中養護在受火害400℃以上者，自然冷卻與強制冷卻差異不大，水 中養護在受火害400℃以上者，自然冷卻比強制冷卻之殘留強度大。添 加聚丙烯纖維對高性能混凝土之耐火性能有明顯助益。
許修豪【14】曾就普通混凝土與高性能混凝土兩種材料，在加溫 時承受不同溫度(200℃、400℃、600℃、800 )℃ ，冷卻時以不同冷卻方 式(自然冷卻、強制冷卻)，冷卻後再施予不同的再養護方式(空氣中養 護、間歇性泡水養護、持續泡水養護)與不同再養護齡期(1、7、28、91 天)下，對試體殘留強度之影響。探討不同冷卻再養護方式對混凝土承 受高溫後殘餘強度及恢復狀況之影響，結果發現以間歇性泡水養護可 得到最佳效果，普通混凝土殘餘強度隨再養護齡期增加，呈現先降後 升，強度回升大多皆在28 天內完成，高性能混凝土殘餘強度恢復程度 沒有普通混凝土明顯。
洪敏勝【15】進行混凝土未施加預力情形下火害後之殘餘強度研 究，製作96個φ15cm×30cm 混凝土圓柱體，常溫混凝土抗壓強度為29.7 至50.9MPa 之間，火害溫度為常溫、200°C、300°C、400°C、500°C、
600°C 、700°C 、800°C等八種，試驗的項目有殘餘抗壓強度及其所對 應的峯值應變等，根據試驗資料迴歸分析出經驗公式，同時訂定火害 後混凝土圓柱體之應力應變曲線計算公式，如下所示。
Chan 等人【31】曾對普通混凝土(NSC)及高強度混凝土(HSC)於火 害中、後的破壞之研究，以三組不同材料及配比的100 mm 混凝土立方 體試體 NSC、HSC-1 及 HSC-2，水灰比依序為 0.60、0.35、0.28。放 置90 天後，各組試體加溫時依最高溫度的不同分為 400、600、800、
1000 及 1200℃等五組分別加熱，並分別於最高溫度中維持一小時，再 自然冷卻至室溫；殘餘抗壓與張力強度的計算是根據規範
BS1881:Part120:1983 與 BS1881:Part117:1983，並利用汞壓孔隙分析儀 計算孔隙的分佈與尺寸，其結果發現：
1. 加熱至 1200℃時，HSC 的材料強度折減的方式與 NSC 非常相似。
2. 混凝土於高溫中抗壓強度的折減程度可分三階段，溫度於 20 至 400℃時，HSC 的強度幾乎沒有損失，而 NSC 有少部分的強度損失；
溫度於400 至 800℃時，由於混凝土微結構中 C-S-H 膠體的脫水，
HSC 及 NSC 皆有大量的強度損失，折減的幅度皆超過 50 %；溫度 超過800℃後，各種試體的強度折減情形漸趨平緩。
3. 在高溫下，NSC 與 HSC 的孔隙體積都有明顯的變化，亦即其微結 構之孔隙產生粗化現象，高溫中HSC 的強度受孔隙體積增加而折減 的程度較NSC 略小，其滲透性在高溫中受孔隙體積增加而折減的程 度較NSC 為嚴重。
4. 高溫中，混凝土結構的爆裂未來仍需要更多及深入的研究。
Husem【32】探討普通與高性能混凝土在 200℃、400℃、600℃、
800℃與 1000℃高溫作用下，分別使用常溫與噴水兩種冷卻方式比較其 抗壓強度與撓曲強度之變化，且將實驗所得之強度損失曲線與各規範 所給定的強度損失曲線做比較。研究結果如下：
1. 高性能混凝土與普通混凝土受高溫後，抗壓強度與撓曲強度會隨溫
度增加而遞減，且噴水冷卻比常溫冷卻所得到的強度更低。
2. 高性能混凝土在 0 ~200℃ ℃之間抗壓強度會降低，但在 200 ~400℃ ℃ 之間強度會些許增加，普通混凝土在0 ~400℃ ℃抗壓強度持續降低。
3. 高性能混凝土在 200℃~400℃之間，常溫冷卻之試體抗壓強度增加 約13%，噴水冷卻之試體抗壓強度增加約 5%。
4. 噴水冷卻普通混凝土在 600℃以上時，因試體已解體，無法測出抗 壓強度，噴水冷卻高性能混凝土在800℃以上時，同樣也無法測出 抗壓強度。
5. 高性能混凝土在 400 ~500℃ ℃會因使用矽灰的膨脹造成混凝土發生 爆裂。
6. 使用碳酸質骨材之混凝土暴露於高溫後，利用噴水冷卻會造成混凝 土強度有明顯的折損。
7.添加矽灰的高性能混凝土抗壓強度之受火害影響的程度比添加強塑 劑之情形來的顯著。