火害後混凝土抗壓強度結果與分析

不同冷卻方式之混凝土在高溫作用後，其殘餘抗壓強度與常溫者之比 值，隨試體所受溫度升高而降低，試驗結果整理於表4.4。參考張雲妃【12】

及Harmathy【39】有關混凝土高溫下物理與化學變化說明殘餘抗壓強度與 溫度關係：

(1)混凝土在加熱200°C 後自然冷卻與強制冷卻之平均殘餘抗壓強度分別 為常溫91%及79.7％，係因混凝土溫度到達105°C 時，C-S-H膠體內之 化學結合水開始進行脫出，但會持續反應至850°C 時才會全部完成，

因此低於200°C 的加熱試驗係主要造成非化學結合水的蒸發，其中自 由水、毛細管水與吸附水在200°C 前多可蒸發完全。由於這些非化學 結合水的蒸發並不會改變水泥漿體與骨材的化學組成，因此抗壓強度 未有明顯折減。

(2)當溫度升至400°C時，除了C-S-H膠體內的化學結合水仍在持續脫出之 外，硫鋁酸鈣水化物也開始進行脫水反應，使得原本結晶完整的結構 破壞，殘餘抗壓強度顯著下降，並開始產生裂縫，自然冷卻與強制冷 卻之平均殘餘抗壓強度分別為常溫57.5%及71.1％。

(3)當溫度超過400°C時，混凝土表面裂縫明顯且相互連接，水泥水化物中 的氫氧化鈣開始脫水生成氧化鈣，並持續反應至600°C，而在溫度500 至650°C間，矽質骨材內的二氧化矽發生晶相轉變(由α相轉變成β相)，

體積膨脹，造成骨材結構破壞，以致混凝土強度急遽下降，溫度600℃

時，自然冷卻與強制冷卻之平均殘餘抗壓強度分別為常溫28.3%及38.3

％。溫度升高至800℃，自然冷卻與強制冷卻之平均殘餘抗壓強度分別 為常溫10.2%及9.5％。

另從圖 4.27 發現冷卻方式對混凝土殘餘抗壓強度之影響，溫度 200℃

自然冷卻試體的殘餘抗壓強度較強制冷卻試體高，當溫度升高至400 至 600℃時，變成自然冷卻試體的殘餘抗壓強度較強制冷卻低，溫度 800℃則 兩者大約相同。此現象參考王天志【13】、許修豪【14】及 Lie 等人【30】

可知，混凝土火害後殘餘抗壓強度除與所受溫度密切相關外，亦與置放時 間有關，殘餘抗壓強度先下降後恢復，200℃以下混凝土殘餘抗壓強度恢 復較快，400℃以上則恢復較慢，這是因為混凝土的物理化學變化及介面 微裂縫發展在火害結束後的初期仍在繼續，以後逐漸減緩，微裂縫逐步癒 合，混凝土殘餘抗壓強度逐漸恢復，當火害溫度超過400℃，由於微裂縫 發展比較充足，可恢復程度減少，且脫水反應與骨材分解反應逐漸趨於穩 定，因而混凝土殘餘抗壓強度恢復減緩。在強制冷卻時，混凝土試體可與 充分和水接觸，使得原來的化合物在脫水後又重新生成新的水化物，對於 高溫形成的微裂縫進行修補，緩和由於高溫造成的破壞，因此，混凝土殘 餘抗壓強度得以逐步回升，而且受火溫度愈低，這種回升的趨勢愈高。當 溫度在200℃時，自然冷卻試體內部損傷較輕微，其殘餘抗壓強度可以很 快恢復，強制冷卻試體的損傷除溫度損傷外，還有表面急速冷卻收縮的損 傷，導致火害後殘餘抗壓強度恢復期較長。溫度400℃以上，自然冷卻試 體受高溫損傷比較嚴重，火害後混凝土損傷仍繼續發展一段時間，強制冷 卻試體由於混凝土與水接觸，可新生成一些水化物能有效阻止混凝土強度 的繼續下降，其殘餘抗壓強度很快止跌回升。

圖 4.28 為火害後殘餘抗壓強度試驗結果與楊旻森【11】、張雲妃【12】、

EN2【20】、Abrams【29】、Lie 等人【30】及 Jau【42】比較，發現本研 究試驗結果與文獻的殘餘抗壓強度折減趨勢大約相同，溫度在800℃的試 驗結果與楊旻森【11】及張雲妃【12】相當吻合，而 200℃、400℃及 600℃

的試驗結果則有不同程度的偏差，此與蒐集文獻之試體尺寸、混凝土骨材

0

0 200 400 600 800 1000 1200 溫度(℃)

殘餘抗壓強度折減比(%)

楊旻森【11】

張雲妃【12】

Jau【42】

Abrams【29】&T.T. Lie【30】

EN2【20】

自然冷卻 強制冷卻

圖4.28 本研究殘餘抗壓強度與相關文獻比較

第六節 火害後混凝土峰值應變結果與分析

及Schneider【43】比較，發現除 Schneider【43】的峰值應變比偏高外，

本研究試驗結果與其他文獻的峰值應變比增加趨勢大約相同，楊旻森【11】

S8A1 NA

0

火害後混凝土彈性模數仍按ASTM C469-02【41】未加熱試體之規定，

定義為：實測應力－應變曲線上40%抗壓強度處之割線斜率，試驗結果整