第四章 研訂「結構及非結構用輕質骨材混凝土 預鑄產品」技術規範
第三節 輕質粒料混凝土預鑄構件
3.1 材料特性與優勢
一、輕質粒料混凝土的特性
對於輕質粒料混凝土的工程性質較重要者分述如下：
1. 單位重
輕質混凝土其氣乾單位重一般均不超過2000 kg/m3，但此種界定 並非強制性的標準，例如 ASTM 則規定輕質混凝土的氣乾單位重為 1840 kg/m3以下。一般認為性質良好的輕質混凝土，其單位重應較相 同配比之常重混凝土約低25~40%為佳。
2. 抗壓強度
輕質混凝土強度與其單位重有密切關係，故 CNS 3691、DIN 和 ASTM C330 中對強度性質的規定，都以單位重作為分級的標準(如表 4-3.1 及表 4-3.2 所示)。抗壓強度和單位重之比例關係，是衡量輕質粒 料混凝土品質優劣的重要依據。因此，對輕質混凝土而言，顯著影響 抗壓強度的主要因素是單位重與水泥用量而非水灰比。輕質混凝土抗 壓強度與烘乾單位重、單位水泥用量及水灰比關係分別如圖4-3.1、圖 4-3.2 與圖 4-3.3 所示。
影響輕質混凝土抗壓強度之因素包括粒料種類、級配、強度、水 泥漿量及水灰比等。粒料粒徑愈大對混凝土強度愈不利，故一般建議 輕質粒料最大粒徑應在25mm 以下。水灰比對輕質混凝土工作性影響 頗大；全輕質粒料混凝土在低水灰比時，工作性將嚴重受影響，解決 的方法有增加水泥漿量或使用天然砂做為細粒料，天然砂輕質粒料混 凝土較經濟可行。在相同水灰比下，天然砂輕質混凝土之抗壓強度較 高，這點不因輕質粒料種類不同而有差異，但其隔熱性則因密度提高 而有所折損。
輕質混凝土在同等強度下，其水泥砂漿強度將比一般常重混凝土 所用之水泥砂漿強度高，意即其需較多之水泥用量或較小之水灰比來
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圖4-3.1 輕質混凝土抗壓強度與烘乾單位重
圖4-3.2 輕質混凝土抗壓強度與單位水泥用量關係
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圖4-3.3 輕質混凝土抗壓強度及水灰比關係
圖4-3.4 輕質混凝土應力應變曲線
3. 應力應變關係
輕質混凝土與常重混凝土之柏松比相近，其值約介於 0.15~0.25 間，視粒料種類、用漿量、齡期及含水量等因素而定。
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養護比濕養之試體可減少25%至 40%之潛變，而高壓蒸氣養護則可減 少高達60%至 80%之潛變。
5. 熱傳導性
熱傳導性除受材質影響外，最重要的是依其孔隙率或單位重而 定。對同一材料而言，內部孔隙含量愈大者，熱傳導係數愈小。由於 輕質粒料混凝土內部含有大量孔隙，在其他組成材料相同的條件下，
具有比普通混凝土小的熱傳導係數。普通混凝土的熱傳導係數K 介於 1.0~1.5 W / mK，而結構輕質混凝土 K 值，依其單位重降低至 0.50~0.90 W / mK。若為非結構輕質混凝土，則其 K 值將因孔隙率的提高而大幅 降低。由多數文獻可知，不同輕質骨材拌製而成的輕質混凝土，其熱 傳導係數與單位重之間存在有相當穩定的拋物線關係，如圖 4-3.5 所 示。由圖可得知：輕質混凝土的熱傳導係數，隨單位重增加而有增大 的趨勢；當單位重大於1600 kg/m3以上時，K 值呈明顯的增大傾向。
圖4-3.5 熱傳導係數與單位重關係
二、預鑄混凝土構件和優勢
營建工程與施工建造技術持續不斷的高度發展，越來越精密且複 雜。然而，施工現場條件的限制性卻愈嚴苛且技術人力短缺，而人工 成本高漲。因此，在一定精度與品質水準的要求下，發展快速工法期 能有效縮短工期、降低人工成本係工程界多年以來努力的目標。
發展快速工法有效提升施工速度，最直接的是：將工程專案施工 作業，儘可能使用最小工地作業時間與最低機具設備成本下，簡化為”
搬運－固定”作業。如此亦可有效避免工地條件的諸多限制與耗用過多 的技術人力。
基於此快速工法和概念，預鑄工法是最適宜的施工方式。將結構 物或建築物於規劃設計階段，即依工程特性、結構系統與機能需求，
有系統地劃分為構件與組件，在現場施工之前即於工廠先行預鑄
（Prcast）或預製（Prefabricated）後，再依工程進度管制計畫，將預 鑄構件或組件搬運至現場吊裝固定，以避免傳統工法僱用眾多技術人 力和機具，於施工現場進行模板組立、鋼筋綁紮及混凝土澆置養護等 繁複而耗時的施工作業。
另外，由於預鑄產品在工廠生產製造，可不受天候影響，確保產 品品質，減少工地工作量，將工地條件限制降至最低，可有效改善技 術人員工作環境，增進勞工安全，並易於保持工地環境衛生。
綜合以上敘述，面對市場競爭高、技術能力變動快速、技術人力 短缺、工地條件限制高、施工期限要求與工安環保意識高漲等諸多限 制條件下，預鑄工法具有下列優勢：
1. 確保品質
預鑄產品在工廠中製造，可不受氣候的影響，而且使用儀器及機 器操作，其品質受到嚴格的控制與管理。而且每一部門的機器及人員 均只專注於生產同一種產品，由於熟練的技術及專心的生產，所以能 產出高品質的產品。對輕質混凝土而言，在工廠內生產製造對輕質混
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凝土成分能有較佳之品質控制，同時因工廠內機械化振動技術較易於 控制調節搗實且稠度易於控制，故可以使用較低坍度(8cm~12cm 間) 之混凝土。又因混凝土含水量較低，故其成品之乾縮及潛變因而降低，
且大部分之乾縮硬固在現場安裝前均已達成，體積穩定高可以確保預 鑄產品品質。
(1) 主要建材與其他附屬設備管件、外裝舖面材，均統一規格 製造，故施工精度良好。
(2) 應用更適宜的養護方法，並維持高標準的品質管制。
(3) 稠度更容易控制，若有必要加速養護，亦可在成形與濕氣 控制下進行。
(4) 可以提高材料使用的熟練程度。在預鑄廠內工作可以依需 求旋轉或翻轉，可以改變施作面的高度或角度，使得安裝 作業更容易進行。
(5) 對結構體施工中的作業更嚴密的管制。
(6) 可設計產製結合隔音與隔熱雙重效果的構件。
(7) 增進細長經濟斷面之預力技術的應用。
(8) 可分段澆置允許隔絕特殊區域或結合其他構件。
2. 縮短工期
工地現場進行開挖時，即可在工廠同時進行預鑄構件的生產製 造，且大部分工作均已在工廠完成，不受天候影響，無高架及搭設鷹 架之作業，作業環境受外在環境條件影響較小，而且技術人員在反覆 施作後，亦因熟練而提昇施工效率。一般而言，工期可較傳統工法節 省30~50%。
(1) 與工地施工平行作業及異地作業，增加工地可用時間或減 少工期。
(2) 更準確的施工過程規劃。
(3) 減少因惡劣天候與季節條件所造成的延遲。
(4) 連續性生產方式，導入設計者理念，提昇合理化與標準化。
(5) 允許符合結構需求之節塊製作。降低構件尺寸與自動，有 利於吊裝及分段施工。
3. 節省人力
預鑄工法為一具有週期性且使現場作業單純化之系統化工法，技 術人員易因熟練而提高施工效率，減少現場需工量。且由於配筋、組 模、泥作粉刷、外飾磁磚等在傳統工法上需要大量人力的工作大都已 於工廠中以工業化製程完成，因此，整體而言預鑄工法較傳統工法可 節省近50%的人力。除此之外，尚有：
(1) 加速現場施工速度，降低工地技術人力之需求量。減少現 場灌漿作業可減少現場作業空間需求。
(2) 減少現場監督管理成本與時間。
(3) 透過訓練作業標準化與模組化，降低對技術人力的需求。
(4) 經由作業集中化、強化，可提昇技術人力的工作效率。
(5) 減少鷹架臨時支撐系統的需求。
4. 減少成本
預 鑄 工 法 之 生 產 與 施 工 均 為 系 統 化 管 理 ， 可 提 升 其 效 益 (Effectiveness)與效率(Efficiency)，達成對應於品質與工期之合理成 本，故合乎成本效益(Cost-effectiveness)。
(1) 符合資源平衡原則，使用者可分享預鑄廠商對產品、人力、
土地與設備投資的好處
(2) 易於產製三明治複合牆及及薄殼構件，降低後續處理成本。
(3) 可採用最經濟的澆置與搗實方法，節省搗實人工費用。
(4) 採用經濟斷面設計，可降低結構物的總荷，節省材料的使
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(5) 可高度重覆使用模板與設備，減少設備總體投資成本。
(6) 減少起吊設備使用時間，降低起吊設備費用。
5. 提供安全舒適的作業環境
預鑄工法透過機械化吊車將預鑄產品安裝組立，可減少現場工作 人員風吹與淋日曬的時間及高處作業的危險。
(1) 由提供良好工作環境所吸引具特定技術能力的技術人員來 施作。
(2) 構件可在足夠空間作業場所製作後再運送到工地安裝。
6. 合乎環保要求
工地配筋、組模、混凝土澆置工作大量減少，因此大量減少灰塵、
噪音、振動、廢棄物等污染。且隨著工期縮短亦可減少對工地週遭的 交通衝擊。
3-2 分類與用途
依據ACI 213R-87 建議：輕質粒料混凝土依照添加粒料類型及拌 製硬固後28 天齡期之氣乾單位重與抗壓強度概分為三：(如圖 4-3.5、
表4-3.3)
1. 低密度輕質粒料混凝土 2. 中強度輕質粒料混凝土 3. 結構用輕質粒料混凝土
上述有關結構用輕質混凝土的分類，其工程特性並非僅止於此界 限值，如大部分輕質粒料混凝土的抗壓強度高達34.5 MPa，甚至可超 過41.4 MPa。各國規範對結構用輕質粒料混凝土抗壓強度之規定值如 表 4-3.4 所示。另外，因結構用輕質粒料混凝土單位重高出低密度混 凝土甚多，故隔熱效能較低。然而，結構用輕質粒料混凝土熱導係數 仍顯著較一般常重粒料混凝土低。
表4-3.3 輕質粒料混凝土分類與工程特性
工程性質 低密度 中強度 結構用
氣乾單位重(kg/m3) < 800 800~1440 1440~1900 28 天抗壓強度(MPa) 0.69~6.90 6.90~17.25 >17.25
熱傳導係數(W./mK) < 0.30 < 0.75 N/A
氣乾單位重
圖4-3.6 輕質混凝土分類