混凝土高溫爆裂機制

圖 2-5 Eurocode 2（2010）與T.T.Lie（1991）建議的熱容比與溫 度之比較

(資料來源：Eurocode 2（2010）與 T.T.Lie（1991）)

第二節 混凝土高溫爆裂機制

傳遞到混凝土內部，自由水、吸附水以及與鍵結脫離的結晶水，都會因溫度升高 蒸發而形成水蒸汽，產生蒸氣壓力，由於混凝土屬熱惰性材料，致使混凝土表裏 不同深度產生溫度梯度，溫度較高區域的蒸汽壓高於低處的蒸汽壓，於是又另外 產生壓力梯度，此壓力梯度下水蒸氣會通過毛細孔分別向內、向外遷移，向外遷 移的蒸汽會溢散到大氣，而向內遷移的水蒸氣遇冷會再次冷凝，直到某一較冷區 域孔隙內水氣趨於飽和，形成具有較高液壓，水氣無法穿透的區域（飽和含水 帶），由於高強度混凝土的高緻密低滲透性，水分遷移受阻，造成蒸汽壓累積，

當蒸汽壓力大於混凝土弱面的抗拉強度時，就會產生爆裂現象。

A：溫度分布曲線

B：蒸汽壓力曲線 C：水分分布曲線 D：飽和含水帶

圖 2-6 蒸氣壓爆裂機制示意圖

(資料來源：本研究重繪，Harmarthy 1965)

貳、熱應力爆裂機制

熱應力爆裂機制認為混凝土的熱惰性，導致混凝土遭受火災高溫條件下，混 凝土內部熱量傳導不均勻，巨大的溫差產生很大的溫度梯度，混凝土被加熱的外

另外混凝土內部粗骨材受熱膨脹、矽質骨材在 573 ℃時的晶相轉變，也都會產 生內應力，當此內應力超過混凝土抗拉強度時便造成混凝土的爆裂。混凝土材料 熱膨脹受到束制是高溫爆裂產生的要素之一，另外材料的非均質性加劇了材料內 部熱應力分布的非均勻性，也是造成混凝土材料熱破裂的一個重要因素。

圖 2-7 熱應力爆裂機制示意圖

(資料來源：Anderberg Y., 1997)

參、熱開裂爆裂機制

熱開裂爆裂機制認為，混凝土為非均質多相複合材料，即使在外界無荷載或 束制下，單純受到快速升溫加熱作用下，當周圍環境溫度不斷升高時，也會由水 化物分解致使混凝土水泥基質材脫水收縮開裂，骨材卻是產生熱膨脹，骨材和水 泥漿體間熱變形不諧和，導致兩者介面間開裂（開裂路徑沿骨料周邊發展），爆 裂即是這些裂紋擴展，最終貫通的外在表面。此機制主要著眼在骨材和水泥漿體 間局部熱變形不諧和所導致的裂縫開展。

溫度梯度

應力梯度

拉應力

壓應力

骨材受熱膨脹 態時，高強度混凝土的爆裂機率幾乎是百分之百。 Anderberg（1997）研究指出，

當水灰比大於 0.32，混凝土相對濕度小於 75 ~ 80 ％時，可降低高強度混凝土爆 裂的風險會降低。混凝土為非均質多相複合材料，各個影響爆裂的因素間也多彼 此相互關聯，例如為提高混凝土強度，調整配比，採用低水灰比、添加摻料（矽 灰等活性粉末），在提供強度的同時，也提高了混凝土的緻密性，提高爆裂的風 險。試體幾何形狀對爆裂機率也略有影響，一般在幾何形狀上有較不連續的外觀，