第一節 研究緣起與背景
以輕質骨材取代常重骨材所拌製而成的混凝土，一般稱為輕質骨材混 凝土（Lightweight Aggregate Concrete，簡稱 LWAC）。事實上，早於二十世 紀之初，歐美及日本等先進國家即開始生產輕質骨材，並將其應用於非結 構性用途與結構混凝土工程上。在非結構性用途方面，輕質混凝土因具備 低熱傳導性，常被用來製作輕質圬工磚、輕質樓版或屋頂，藉以改善建物 的隔熱性，故從節約能源的角度考量時，它的性能極具意義[1-5]。至於在 結構混凝土工程的應用上，若構件斷面積一樣，輕質骨材混凝土結構之柱 間跨度可增加，使用淨空可增大，經濟價值亦相對提升[6-7]；在防火與耐 火性能上，文獻資料顯示[8]，因輕質骨材擁有與生俱來的熱穩定性（如人 造輕質骨材已事先加熱至 1000℃以上的高溫）、較低的熱傳導性與熱膨脹係 數，故輕質骨材混凝土構件（如版、牆、樑、柱）的防火性能與時效均優 於等同厚度之普通混凝土構件。另一方面，輕質混凝土構件的自重較輕，
致使其結構體因地震所產生的慣性力亦相對較小，故可降低設計載重，因 而節省建造成本[6-11]。
由於輕質骨材混凝土擁有上述良好的工程性質且具經濟性，先進國家 早已將其廣泛應用於建築結構工程上。反觀國內，雖然早期就有不少學者 從事研究輕質混凝土，但僅止於零星的個別研究[12-19]。所幸，在學者們 鍥而不捨的努力下，已有計畫地探討台灣地區所燒製輕質骨材之物理、化 學及力學特性。由各項試驗的結果與分析中可知，台灣本島輕質骨材料源 區皆適合產製人造輕質骨材，且顆粒密度及吸水率都適合結構性輕質混凝 土之使用。這些基本資料庫已逐漸建立，對於未來實際工程使用上應有極 大的幫助。尤其甚者，近年來在產、學、研各界的合作研究下，也已驗證 水庫淤泥可燒製出性質優良的輕質骨材，並可據以量產性質良好的輕質骨 材混凝土[20-23]。此項研究為世界首創，不僅能達到資源回收再利用之環 保訴求，尚兼具改善水庫儲水功能及延長其使用壽命之功效。
綜上所述，為把握此千載難逢的機會，以開啟國內使用輕質混凝土之 契機，學術界自當貢獻其所能與所長，積極從事輕質骨材混凝土應用性研 究之計畫，協助政府推動訂定輕質骨材與輕質骨材混凝土之國家標準或修 訂相關設計規範，以促成輕質骨材混凝土之推廣應用及產業化。
第二節 研究目的
輕質骨材一般具有多孔隙、低密度及高吸水率等特性，這些與常重骨 材相異的性質，將導致輕質骨材混凝土在配比設計、拌和、輸送、泵送、
澆置及夯實等作業偏離常重混凝土的觀念。對於輕質骨材使用於混凝土中 造成其性質變化之影響，國內外已有相當多的研究[22-35]。有關輕質混凝 土本身的配合設計法、工學與力學性質等，目前國內外亦有許多學者提出 研究報告[27-42]，其應用在鋼筋混凝土或預力混凝土上的結構分析與設計 考慮，也已由各研究報告中獲得不少建議。然而，目前國內有關於輕質骨 材混凝土之設計規範或準則並不完備，顯然為輕質混凝土推廣工作上的一 大障礙。此外，如所周知，人造輕質骨材的性質具有地域性，不同地區所 產製之輕質骨材其性質變異性頗大；再者，各國有關輕質混凝土之工程原 理雖無差異，但為適應國情之不同，故各國有其必要自訂符合需求的規範 與標準。
本研究計畫擬就現行設計規範於輕質混凝土之適用性及相關計算之可 行性加以探討，並提出建議；此外，輕質骨材混凝土的防火及隔熱性能方 面，則利用實驗驗證與程式模擬兩種方式來進行相關探討。簡言之，本研 究計畫之目的旨在對針對相關規範提出建議，以作為輕質骨材混凝土使用 於土木建築工程之設計及施工的參考準繩，從而促成輕質骨材混凝土之推 廣應用及產業化。
第三節 研究方法與進行步驟
綜上所述，本研究計畫擬提供的服務項目及工作範圍如下所列，規劃 的研究流程如圖 1-1 所示。
1. 收集國內外資料，並以實驗方法，研討現行規範對輕質骨材混凝土握 裹長度與剪力強度，及計算彎矩強度之等值矩形應力塊之適用性；探 討輕質骨材結構混凝土有關計算式之適用性。
2. 試驗求得不同單位重輕質骨材混凝土之熱傳導係數。
3. 以結構桿件或牆體作為防火及隔熱實驗驗證之研究。
4. 以標準升溫曲線對結構桿件及牆體加熱，探討結構及非結構構件之火 害行為，作為防火安全性能之試驗驗證。
5. 以輕質及常重混凝土牆體之密閉空間，以數值程式模擬日曬後其內外 溫差關係，並以實驗結果比較驗證之。
圖1-1 研究流程圖
國內外文獻收集
握裹 試驗
剪力
試驗
撓曲 試驗
參數 試驗 矩形
應力塊
熱傳 導試 驗
防火 隔熱 試驗
日曬 試驗 密閉 空間
數值
模擬 分析
研提LWAC構件 設計規範條文
LWAC構件防火及 隔熱性能評估
結論及報告撰寫