第二章 文獻回顧
第五節 輕質骨材混凝土的相關設計規範
1、輕質骨材之相關規範
內政部建築研究所在 2003 年的整合與積極推動下，由中華民國節能輕
質骨材混凝土推廣協會承辦，完成研訂「燒結型輕質骨材」標準，共計有
「輕質粗粒料的顆粒筒壓強度試驗法」、「輕質粒料比重及吸水率試驗法」、
「結構混凝土用之輕質粒料」、「混凝土圬工用之輕質粒料」、「隔熱混 凝土用之輕質粒料」、「結構輕質混凝土密度試驗法」、「輕質混凝土粒 料中含鐵污染材料試驗法」，並完成研訂「輕質骨材混凝土技術規範」、
「結構及非結構用輕質骨材混凝土預鑄產品技術規範」、「輕質骨材品質 試驗方法」、「水庫淤泥輕質骨材之品質驗證」等，其中，輕質粗粒料的 顆粒筒壓強度試驗法已獲得標準局上網公告，隔熱混凝土用之輕質粒料亦 即將完成審查程序[44]。
2、美國對於輕質混凝土的相關法規
美國混凝土學會（American Concrete Institute, ACI）於 318-02 版的規範 中，提及有關輕質混凝土和常重混凝土在設計規範中的不同，主要針對輕 質混凝土的開裂模數、剪力及扭力強度與鋼筋伸展長度作了特別的規定，
分述如下：
(1) 開裂模數
對常重混凝土而言，開裂模數 fr =2.0 f'c ；對輕質混凝土而言，其開 裂模數可依下列方法之一修正之：
(a) 當 fct已予規定時，fr之公式須以 fct/1.8替代 f 'c，但所用之 fct/1.8值 不得超過 f 'c。
(b) 當 fct未予規定時， fr之公式中之 f 'c，對粗細骨材皆為輕質骨材 之全輕質混凝土須乘以0.75；對常重砂輕質混凝土須乘以 0.85。介 於以上兩者間之含有部分輕質細骨材之混凝土可以內插法定之。
其中， fct＝輕質混凝土之平均開裂抗拉強度(kgf/cm2)。
(2) 剪力及扭力強度
輕質混凝土之剪力與扭力強度與常重混凝土相似，但須應用下列方法 之一修正之：
(a) 當 fct已予規定時，fr之公式須以 fct/1.8替代 f 'c，但所用之 fct/1.8值 不得超過 f 'c。
(b) 當 fct未予規定時， fr之公式中之 f 'c，對粗細骨材皆為輕質骨材 之全輕質混凝土須乘以0.75；對常重砂輕質混凝土須乘以 0.85。介 於以上兩者間之含有部分輕質細骨材之混凝土可以內插法定之。
(3) 鋼筋伸展長度
在 ACI 規範中，輕質混凝土內之受拉竹節鋼筋與麻面鋼線等之基本伸 展長度均要修正，以反應輕質和常重混凝土間之差異，修正因數為：
(a) 當 fct已知時，修正因數＝1.8 ' 1.0
≥ fct
c
f 。
(b) 當 fct未知時，修正因數＝1.3。
(4) 彈性模數
在 ACI 規範中，混凝土之彈性模數Ec定為：
'
5 4270
.
1 fc
w
Ec = c ⋅ ⋅ (kgf/cm2)
其中，wc為混凝土之單位重，適用範圍為1.5 至 2.5 tf/m3。若混凝土單 位重超出此範圍時，則須另外以試驗方式定之。
3、國內對於輕質混凝土的相關法規
國內對於輕質混凝土的相關法規，則由中國土木水利工程學會依據美 國 ACI 318-02 為範本，來進行設計規範之編撰。基本上，有關輕質混凝土 設計規範之內容，均與上述之 ACI 318-02 版的規範相符。
表2-1 輕質骨材之種類與基本物理性質
0.8~1.8 70 5~10 1.0~2.0 46~60 20~35
有機質泡沫球 白色 圓形 0.02
膨脹爐渣 灰色或灰暗色 粗短多角或尖銳型 0.5~0.85 膨脹頁岩 棕色或灰棕色 立方形或長條形 0.45~0.9
0.3~0.9 0.6~1.8 75 8~20 0.06~0.17 0.1~0.35 95 ≒0
0.75~1.4 1.8~2.8 40 10 0.34~0.63 0.35~1.15 85 達 50
表2-3 輕質骨材混凝土彈性模數與單位重、抗壓強度之關係
彈性模數 (GPa)
輕質骨材混凝土 常重混凝土
抗壓強度
(MPa) 單位重
1400 kg/m3
單位重 1900 kg/m3
單位重 2300 kg/m3
30 11 19 28 40 12 21 31 50 13 23 34 60 14 25 36
圖2-1 良好的輕質骨材應具有堅硬的外殼以滯含內部的孔隙
圖2-2 輕質骨材點壓強度會隨著顆粒粒徑便大而降低
10 12 14 16 18 20 22 24
aggregate grain size (mm) 0
100 200 300 400 500
point loading(kgf)
P
P
圖2-3 細骨材含量對輕質骨材混凝土 k 值之影響
圖2-4 水泥用量與輕質骨材混凝土抗壓強度關係
200 250 300 350 400 450 500 550 水泥量(kg/m3)
抗壓強度 (kgf/cm2 ) Slump = 400~800mm
上限
下限
20 30 40 50 60
Percentage of aggregate (%) 0.3
Thermal conductivity K (w/mk)
LWAC NC
(100%) (108%) (116%)
圖2-5 輕質骨材混凝土抗壓強度與水泥砂漿、骨材強度間的關係
圖2-6 輕質骨材混凝土的分界強度
(a) (b)
10 20 30 40 50 60 70 80
mortar strength (MPa) 10
20 30 40 50 60 70 80
NWC
LWAC w/c=0.40
concrete strength (MPa)
輕質骨材強度
材齡 強度
水泥砂漿的強度成長
圖2-7 輕質、普通混凝土之強度成長比較圖
Aggregate fraction 0.4
圖2-9 纖維與混凝土表面的剝落 (W/C=0.33、20 mm 聚丙烯纖維)
(a) 沒有添加纖維 (b) 纖維添加量＝2.5 kg/m3 (c) 纖維添加量＝3.5 kg/m3
圖2-10 混凝土受高溫作用時，其強度之折減情形