緒論

1.1 研究動機

水泥，一直是現代混凝土工程中使用最多的膠結材料(Cementitious

material)，其主要係藉水泥成份中的四種主要化合物( C3S、C2S、C3A 及 C4AF) 與水接觸後，進行水化作用(Hydration)，並與其內添加之卜作嵐材料(Pozzolanic material)(如飛灰、爐石粉、矽灰、稻殼灰等)發生卜作嵐作用(Pozzolanic reaction) 後，形成具有流動性、強度、耐久性等均良好之工程建造材料，由於水泥水化作 用之特殊機理，使混凝土在新拌過程中，將在混凝土內部產生大量的水化熱，因 而造成混凝土內外溫度不均。這些在混凝土本體所形成非線性分佈之熱量將形成 一溫度梯度(Temperature gradient)，往往使混凝土產生張應力，當此力量超過混 凝土的初期抗張強度時，混凝土將形成裂縫，除了影響混凝土結構之強度外，更 嚴重者，將大大的衰減混凝土之耐久性及體積穩定性[1-3] ; 另一方面，當硬固混 凝土承受極高溫度時(如在火災現場、遭受火葯爆破時等情況)，這些混凝土表面 承受高溫時所造成的溫度梯度，亦容易使混凝土開裂、破壞。因此，這兩種在混 凝土內部或外部承受高溫時對混凝土材料本體所形成的溫度梯度，如何在混凝土 內外擴散、傳導，一直是混凝土領域研究學者所重視之問題[3-5]。

另外，自政府推行營建自動化，以解決縮短工期、減低工程成本、提高混凝 土品質，降低因勞工人數不足所可能產生的困擾。如『梁版預鑄工法』『節塊推 進工法』、『預鑄節塊工法』及『預鑄斜撐版配合廠鑄箱工法』等新式工法逐漸引 進台灣，大大的提昇了國內營造工程相關業者的工程水準外，亦增進了業者日後 在國際市場的競爭能力。

然而，預鑄工法一般需利用蒸汽養護方式加速混凝土的凝結、硬化，使工廠 澆置或現場澆置的預鑄混凝土提早產生強度，以提高工程施工速率。由諸多文獻 中可知[6-22]，蒸汽養護會造成混凝土晚期強度的衰退及增加劣化因子。加溫養 護導致混凝土劣化的原因，主要是在溫度的催化下，水泥水化過快造成水化結構 的粗化及孔隙及微裂縫的增加。故需由混凝土配比的變化來瞭解熱能在新拌及硬 固混凝土的傳導現象，以期能降低蒸汽養護的所造成的弊端。

1.2 研究目的

一般而言，混凝土的熱能主要來自混凝土的溫度變化，形成此溫度大小變化 的來源主要有：（一）水泥水化熱所產生的溫度 ;（二）混凝土周遭環境藉熱傳 導作用傳至混凝土內部的溫度。在影響養生條件與硬固性質的諸多因素中，混凝 土本身的熱性質應是最重要的一項因素之一，而其包括混凝土之熱傳導係數 (Thermal Conductivity)、熱膨脹係數(Thermal Expansion)、比熱(Specific Heat)等，

其中熱傳導係數對於了解新拌及硬固混凝土內部的熱傳導現象可說是重要的因 素之一。

絕熱或半絕熱之熱量法(adiabatic or semi-adiabatic calorimetry)通常用於決定 混凝土於水化時所產生的熱量，但混凝土的熱傳導係數，很明顯地並未被量測。

在傳統研究分析上，對混凝土之熱傳導係數都採一固定值，且假設其在水化之任 一階段皆相同。但這並未反應水泥水化時之真實情況，因此需要一個較好之量測 方法。在量測混凝土的熱傳導係數時有二個主要的問題 : 一為混凝土於拌合後 之二十四小時內，其狀態的改變(由半液態轉為固態)。二為水泥於水化過程中所 產生的熱之影響。

有鑑於此，本研究所期望達到之目的如下 :

1. 選擇一熱傳導係數量測方法，且此方法能適用於新拌至硬固狀態。

2. 量測水泥、骨材、飛灰及爐石等材料之熱傳導係數。

3. 量測不同水灰比的水泥漿及添加不同飛灰及爐石量，從新拌至硬固階段 熱傳導係數的變化。

4. 量測添加骨材於水泥漿中，以了解骨材對水泥漿體熱傳導係數的變化。

5. 以蒸氣加溫養護方式，了解高溫養護下，溫度及摻料對混凝土熱傳導係 數之影響。

希望藉此能瞭解熱能在新拌及硬固混凝土的傳導現象，期能降低蒸汽養護的 所造成的弊端。

1.3 研究方法

本研究主要的目的之一在選擇一熱傳係數之量測方法，且此方法能適用於混 凝土，不論是從新拌階段或至硬固狀態。由於混凝土於拌合後二十四小時內，其

狀態有從半液態轉為固態的特性。所以，一般用來量測金屬或量測已達硬固狀態 混凝土之量測方式皆不適用，因此本文參考國內外相關研究資料及試驗規範，選 擇一可能合於此特性之方法進行測試。

本研究以熱線法(hot wire method)之理論先針對水泥、骨材、飛灰及爐石等 材料之熱傳導係數進行量測，再添加於不同水灰比的水泥漿，並於其中添加不同 量飛灰及爐石，從新拌至硬固階段，量測其熱傳導係數的變化。最後再添加骨材 於水泥漿中，以了解骨材對水泥漿體熱傳導係數的影響；最後以蒸氣加溫養護方 式，了解高溫養護下，溫度及摻料對混凝土熱傳導係數之影響。

1.4 研究範圍與流程

本研究主要是選擇一合於混凝土於新拌階段或至硬固狀態之熱傳係數量測 方法。因此，在方法選定後，先從混凝土單一材料的水泥、骨材、飛灰及爐石等 著手量測熱傳導係數，其次由水泥漿改變其水灰比及添加飛灰、爐石等細粒料來 進行試驗，之後再添加骨材於水泥漿中；最後以蒸氣加溫養護方式，了解高溫養 護下，溫度及摻料對混凝土熱傳導係數之便變化。

研究流程如圖1.1 所示。

圖1.1 研究流程圖