3000~5000 psi,對於抗壓強度 6000 psi 以上者,則普遍就稱為高強度混凝土。
事實上,國內混凝土預拌廠對於生產 6000~8000 psi 的混凝土,已有相當的經驗 鋼筋混凝土結構系統研發計畫」(Taiwan New RC Project/Group),有關高強度 材料的開發,混凝土抗壓強度目標值在 10000~15000 psi(70~100 MPa),在鋼 筋方面設定主筋降伏強度fy為大於等於 685 MPa(約等於 7000 kgf/cm2),而箍筋 降伏強度fy為大於等於 785 MPa(約等於 8000 kgf/cm2),New RC的材料強度應用 範圍如圖 1-1 所示。而目前的發展在鋼筋方面,已達設定目標值,在混凝土方面,
如同前面所述,已可穩定產製抗壓強度達 12000 psi;在抗壓強度 15000 psi方 面,若能使用高品質粒料,則應可進行穩定產製。
有鑒於前述 New RC 的混凝土材料研發抗壓強度高達 10000~15000 psi,但 由本所多年來的火害研究經驗及很多的文獻顯示,此類超高強度混凝土存在脆性 高和耐火性能較差的缺點,當其遭受火災高溫時會發生嚴重的爆裂現象,除了直 接造成構件承載面積的減少,嚴重的爆裂還會使鋼筋完全失去防火的保護層,而 直接暴露在高溫下,導致工程結構的承載力急遽降低,嚴重者有可能造成結構的 崩塌。此種新型高強度混凝土在高溫環境下的爆裂問題,令設計者及使用者感到 擔憂,從而限制了其推廣應用。
國內對於 50 MPa 抗壓強度左右的混凝土高溫性能,包括材料和構件已進行 過一系列研究,但對於使用更高強度的混凝土則仍相當缺乏,以往的研究成果,
如添加聚丙烯纖維的用量等,是否可適用?值得進行實驗來驗證及探討。
圖 1-1 New RC的材料強度應用範圍
(資料來源:New RC 結構設計與施工技術研討會簡報資料)
第二節 研究目的
對於混凝土的普通印象,都是認為其為優良的耐火材,不用保護就具有耐火 時效,在我國建築技術規則也明列鋼筋混凝土構造當具有足夠的保護層時,即具 有相對應的耐火時效。但依據相關文獻研究表明,對於高緻密、高強度混凝土,
遭受火災高溫侵襲時,其實存在有很高的混凝土爆裂的風險,而建築技術規則對 此現象並未有任何預防改善規定,也無任何使用上的警語。目前在研究文獻資料 已有相 當多的報告提出疑 慮及相應可能的 改善方法,但在標 準方面,僅 於 Eurocode 2(2010)” Design of concrete structure – Part 1-2: general rules – structural fire design”,針對有高爆裂風險的混凝土之防制規範。
因此本研究擬對於此類新型高強度混凝土進行爆裂行為研究,探討添加不同含量 聚丙烯纖維及含水量對其高溫爆裂之影響。本研究擬蒐集彙整相關超高強度混凝 土爆裂之研究資料,規劃設計混凝土圓柱試體及板試體,進行實驗研究了解不同 聚丙烯纖維含量及含水量之影響,以及板試體受高溫影響時內部溫度及蒸氣壓力 之分布情形,以了解影響爆裂的因素,最後將實驗結果作為國內未來相關規範防 制爆裂規定之參考資料。
第三節 研究方法
首先,本研究進行蒐集和彙整國內外相關混凝土爆裂防制規範與文獻,瞭解 影響爆裂的原理與機制,參考文獻以往的防制方式及國內的用法,進行圓柱試體 及版試體的設計與製作,圓柱試體主要作為探討不同聚丙烯纖維含量及含水量之 影響,施以 CNS 標準升溫速率的加熱,觀察圓柱試體的內部溫度分布及爆裂情 形。另外製作板試體,內部佈設蒸氣壓力量測元件、相對濕度量測元件及測溫線,
施以單面加熱,以觀測試體內部蒸氣壓力、相對濕度、溫度及受熱表面爆裂情形,
提供評估後續大型構件耐火試驗時可行之改善機制,以推動新型高強度混凝土的 應用。