第七章 爐石活性粉混凝土耐久性質
7.3.5 透水滲透係數
混凝土材料之設計通常都以強度及工作性能為基準，但混凝土之耐久性質，
卻沒有納入設計考慮因素之一而混凝土之滲透性，會影響耐久性的指標之一，可 以代表混凝土試體內部之微小孔隙之有害物質通過難易度，因此本研究將爐石活 性粉混凝土參考JIS A6101 混凝土之透水滲透試驗進行透水試驗，探討爐石活性 粉混凝土之透水性及耐久性關係。
混凝土透水試驗，參考JIS A6101 試驗規範。將混凝土進行透水試驗，量測 到達48 小時時，累積之透水量(cm3)代入公式(7-4)求得透水係數 K。將爐石活性 粉混凝土利用20kgf/cm2水壓力進行透水試驗，到達 48 小時時，HC0 材與 HA0 材及添加鋼纖維之試體，都沒有任何水從混凝土滲透過去，因此累積到48 小時 之滲透係數為 0；而將這些試體保持此種水壓力繼續加壓到 14 天，也無任何水 滲透過去，因此到達 14 天時之滲透係數也是為 0。但將此試驗之圓柱試體從圓 之中心線劈開，可以看出有水滲透進去之水痕痕跡如圖7-26 所示。
圖7-26 混凝土透水試驗滲透水之滲入情形
由於爐石活性粉混凝土利用壓力水進行14 天之滲透試驗，也無法將水從混 凝土中滲透過去，因此算出之透水係數K 為 0。因此改變試驗方式，將染料加入 水中，並將 20kg/cm2之壓力水進行壓入混凝土，保持此壓力到達 7 天，並將所 有試體從圓中心線劈裂剖開，來量取水痕之最深之深度，來探討7 天之混凝土透 水試驗，水滲透入混凝土中之深度與滲透情形，示意圖如圖7-27。
圖7-27 透水試驗之量取滲透水深度之示意圖
表7-10 為 HA 及 HC 配比之透水係數 K，K 值都是 0。將試體劈開之剖面量 測出滲水最大深度，量測結果為表 7-11 和圖 7-28，可以看出當基材時添加爐石 (50%)之 HC0，滲水深度會比未添加爐石之 HA0 還要少；而當添加鋼纖維後，滲
HC0 HC1 HC2 HA0 HA1 HA2 加壓2 天
透水係數K 0 0 0 0 0 0
加壓7 天
透水係數K 0 0 0 0 0 0
加壓14 天
透水係數K 0 0 0 0 0 0
表7-11 爐石活性粉混凝土 7 天透水深度
HC0 HC1 HC2 HA0 HA1 HA2 滲透深度
(cm) 2.96 1.23 1.72 4.30 1.31 1.08
圖7-28 HC 與 HA 材透水試驗滲透深度
圖7-29 量測 HA0 透水深度
圖7-30 量測 HA1 透水深度
圖7-31 量測 HA2 透水深度
圖7-32 量測 HC0 透水深度
圖7-33 量測 HC1 透水深度
圖7-34 量測 HC2 透水深度
本研究試驗結果與文獻[25]之普通混凝土透水試驗做比較，此文獻採用水灰 比0.82、0.74、0.68、0.5、0.43 之普通混凝土，配比表為 7-12。進行混凝土透水 試驗加壓水3 天，將水壓入混凝土，當到達 3 天時，各水灰比之普通混凝土都有 水滲透過去，因此可以求出透水係數K，由表 7-13 可以看出水灰比越高，透水
係數K 就會越高，可能是內部孔隙較多造成。比較表 7-10 及表 7-13 可以明顯發
混凝土內部之微結構對混凝土之巨觀性質有直接與間接影響。對於混凝土添加摻 料或者隨溫度、齡期不同時，水化產物也會改變，顯微結構之緻密性、組成形態、
晶體結構，都與混凝土本身之材料強度息息相關。微結構之量測觀察方式，大多 以掃描式電子顯微鏡(SEM)來觀測微結構晶體成長。
8.2 試驗方法
利用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行爐石活性粉混凝土微觀晶體結構量測，
SEM 試體之取樣，必需要用敲擊方式將混凝土試體敲成碎片進行取樣，取樣之 試片不能採用切割方式，以免切割造成材料晶體結構上受干擾，選取完成後，試 片利用導電碳膠緊密的黏貼於硬幣上(圖 8-1)。取樣試片之保存，必須要先烘乾，
將材料試片內部水份乾燥，並且浸泡於甲醇溶液中，避免水泥繼續進行水化反 應。在進行觀測SEM 前，試片必需要經過烘乾、覆膜等程序， SEM 之試體，
鍍金完成如圖8-2，放入 SEM 觀測混凝土晶體微觀結構如圖 8-3。
圖8-1 混凝土試體 SEM 黏貼
圖8-2 鍍金完成之 SEM 試體
圖8-3 爐石活性粉混凝土晶體結構
8.3 結果分析與討論
透過掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測添加爐石 HC 材及未添加爐石 HA 材之活 性粉混凝土，經由高溫210℃養護後微觀結構之晶體結構變化。微觀結構之分析 試片，由抗壓試驗後破裂之碎片取得，進行放大倍率 1000 倍、3000 倍、5000 倍觀測倍率，探討混凝土微結構之材料特性。
由圖8-4 及 8-5 電子顯微鏡(SEM)觀察看出，當添加爐石 50%之 HC 材及未 添加爐石HA 材受高溫 210℃養護後，兩組配比之材料非常緻密的，內部結構不
圖8-4 HC 混凝土漿體緻密姓
圖8-5 HA 混凝土漿體緻密姓
石英砂為爐石活性粉混凝土之骨材，由圖 8-6 放大 1000 倍可以看出活性粉 混凝土HA 材之水泥漿體與石英砂之界面膠結情況，並將 A 處放大為 3000 倍如 圖8-7，可以看出漿體與石英砂膠結情況，兩者之膠結情況相當緊密，水泥漿體 是完全包覆著石英砂，兩者膠結相當良好，可以有效提升混凝土之強度及耐久性。
圖8-6 HA 水泥漿體與石英砂之膠結情況(1000 倍)
圖8-7 HA 水泥漿體與石英砂之界面膠結情況(3000 倍)
由於HC 材與 HA 材之材料成份不太相同，主要是 HC 材之活性粉混凝土添
呈現刺球形狀，因孔隙中充滿CSH 膠體，且 CSH 膠體也較多又密實，也是增加 強度之主要來源。
圖8-8 HA 材單硫型鋁酸鈣水化物 AFm 及 CH 晶體之外觀(5000 倍)
圖8-9 HA 材孔隙中之 C-S-H 膠體(800 倍)
圖8-10 HA 材之 C-S-H 膠體外觀(3000 倍)
圖8-11 HA 材之 C-S-H 膠體外觀(5000 倍)
圖8-12 HA 材中 C-S-H 水化刺球外觀(400 倍)
圖8-13 HA 材中 C-S-H 水化刺球外觀(1000 倍)
而添加爐石後之活性粉混凝土HC 材，透過高溫 210℃養護後，微觀結構變 得相當緻密，和普通混凝土添加爐石後之微觀結構不一樣。由圖 8-14 中可以看 出，當石英砂為活性粉混凝土中之骨材時，基材與石英砂之界面膠結的相當密 合，可以提升混凝土之強度。而在孔隙中，可以看到有些許針管狀之鈣帆石 (AFt)，把範圍內放大倍率放大到 3000 倍如圖 8-15，可以更清楚看見鈣帆石(AFt) 呈現針管形狀之形狀。透過放大5000 倍圖 8-16 可以看出添加爐石之活性粉混凝 土縫隙中，有CSH 膠體產生，需要透過放大倍率 15000 倍才可以如圖 8-17。圖 8-17 可以看到 HC 材中之 CSH 膠體及少量的 CH 晶體，由圖 8-19 及 8-20 可以看 到有許多層狀堆積在一起的六角形之CH 晶體，在這些晶體孔隙中可看到有 CSH 膠體填充孔隙。
圖8-14 HC 材之針管狀鈣帆石(AFt)(1000 倍)
圖8-15 HC 材之針管狀鈣帆石(AFt)(3000 倍)
圖8-16 HC 材孔隙中之 CSH 膠體(5000 倍)
圖8-18 HC 材中之 C-S-H 膠體及 CH 晶體(5000 倍)
圖8-19 HC 材之 CSH 膠體與六角層狀之 CH 晶體(3000 倍)
圖8-20 HC 材之 CSH 膠體與六角層狀之 CH 晶體(5000 倍)
圖8-21 及 8-22 可以看出，HA 材與 HC 材兩種配比之活性粉混凝土添加鋼 纖維後界面膠結情況，可以看出HC 材交界處會有較多之水化產物附著在上面，
為界面過渡區上之水化產物；而HA 材與鋼纖維膠結較密合。
由上述HC 及 HA 爐石活性粉混凝土中材中之水化產物，可以看出微觀結構 都是相當緻密的，導致強度較高。而產生這些水化產物的晶體結構會影響材料之 強度與耐久性，且影響混凝土品質。由HA 材只有添加矽灰之卜作嵐材料，可以 看出孔隙中填滿較多之CSH 膠體與少量之 AFm，而 CH 晶體出現的數量較少；
而HC 材為添加爐石之活性粉混凝土，可以看出有較多之鈣帆石(AFt)及 CSH 膠 體，但有片狀層堆起來的CH 晶體，而在這些 CH 晶體孔隙會有少量 CSH 膠體。
這些都是會影響混凝土之強度，而HA 材有較多控制強度的 CSH 膠體，所以強 度會較HC 材高一些。
圖8-21 HC 基材與鋼纖維交界處之水化產物膠結情況(500 倍)
圖8-22 HA 基材與鋼纖維交界處之水化產物膠結情況(300 倍)
第九章 結論
加鋼纖維(基材)的活性粉混凝土有更佳抵抗水滲透能力。
13. 透過 SEM 微觀觀察，HA 材與 HC 材的微觀結構都很密實，HA 材之孔隙中 有較多CSH 膠體填充，且有單硫型鋁酸鈣水化物(AFm)存在，而添加爐石之 HC 材的孔隙則有較多鈣帆石(AFt)及 CSH 膠體。
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