B3 Model(美國)

考慮變數：試體尺寸、抗壓強度、E 值、用水量(w)、水泥種類、水 泥量(c)、總骨材量(a)、養護環境、相對濕度。

乾縮模式

58

0.08 0.25

0.0850 2 ( / )

59 2.5.4 AASHTO LRFD(2004)【63】

考慮變數：試體尺寸、抗壓強度、相對濕度(H)。

60

2.5.5 CCL Model 2001(台灣)【64】

乾縮模式

61

62

63

第三章 試驗架構與各試驗內容

3.1 研究與試驗流程

本研究之主要目的，乃擬將高流動化之混凝土材，應用於跨海大 橋之預力橋面結構。而此等跨海大橋之材料使用問題，已於第一章中 有所敘述。因此在本研究中，所安排之各項試驗，即是要針對各該問 題，進行相關之探討，進而驗證混凝土材之可用性，並提出一些相關 的定性或定量建議。以下將條列概述本研究之整個流程，圖 3.1則為 研究計劃之流程圖。

1. 參照金門大橋之相關設計圖說，及各文獻、研究案計劃書等，擬 定各試驗項目，及混凝土配比設計之目標。

2. 蒐集中國東南沿海出產之適用骨材(兩種)，以及金門大橋施工時 實際所用之混凝土膠結料。

3. 進行各項骨材基本性質試驗(比重、面乾內飽和含水率、含泥量、

篩分析、洛杉磯磨損率、扁長率)。

4. 混凝土配比設計，並進行試拌，確認各配比之強度及工作性初步 滿足需求。

5. 各項試驗所需正式試體之製作，並同時測定各配比之新拌性質。

6. 部分試體寄交海洋大學，進行氯離子滲入(RCPT、ACMT 等)耐久性

64

試驗。

7. 抗壓強度，楊氏係數測定。

8. 體積穩定性試驗(乾燥收縮，基本潛變，總潛變)

9. 分析試驗所得數據，並針對試驗變數之影響進行結果討論。

10. 提出建議之預力結構設計參數，包含: 抗壓強度、楊氏係數、混 凝土乾縮潛變隨時間發展之模式、乾縮潛變係數，以及相關之施 工建議。

65

圖 3.1 實驗流程圖

3.2 配比拌合及試驗之用料

由於本研究案之標的乃是針對實際之工程案例，故在用料上，亦 須與該工程施作之實際用料相同，以使的本研究之內容及數據，具有 實用之意義。以下詳述本研究之各項用料。

(1) 膠結材(上構):台灣水泥公司所生產之卜特蘭二型水泥，以及中 聯爐石公司所產之高爐石粉(細度為 6000 者)。

66

(2) 膠結材(下構):中聯爐石公司所提供之混合水泥，此混合水泥中 包含 55%之卜特蘭一型水泥，35%之高爐石粉(細度為 4000 者)，

及 10%之台電公司火力發電所產之 F 級飛灰。

(3) 粗細粒料:國產實業南港預拌廠及金門某預拌廠，所分別提供之 兩種粗細粒料。

(4) 減水劑:高譜實業所生產之羧酸。

3.3 配比設計

本研究案之混凝土配比，係針對大跨度之跨海預力橋來進行設計。

而連接烈嶼鄉（小金門）與大金門之金門大橋完工後，將成為我國第 一座長距離現代跨海大橋，因此混凝土配比設計之目標，將以此橋之 需求為例，來進行設計。

3.3.1 配比設計之目標與依據

金門大橋之結構設計，乃由交通部委託台灣世曦工程顧問公司之 第二結構部，來進行整體設計。因此配比設計的依據之一，乃參考該 顧問公司所提出之圖說，目標在使得本研究所提出之混凝土配比，能 滿足該圖說中相關之材料規格(強度，楊氏係數等)，以使得本研究之 內容，具有實用之意義。參照圖說之 ST-001 號圖(表 3.1節錄自該圖 說)，則可先確定配比設計之強度要求。

67

表 3.1 混凝土強度規格表

在上表之各項目中，A 為橋梁之上部預力結構(簡稱上構)，D 為 下部墩柱結構(簡稱下構)，此二項目為橋梁中較重要之部分。而上部 預力結構部分，因在混凝土齡期為七天時需施加預力，因此有七天及 二十八天齡期之強度要求。下部墩柱結構則有二十八天齡期之強度要 求。因此本研究之重點著眼於此二項，將分別針對其提出配比，滿足 強度之要求。另外，混凝土材料除強度之需求外，工作性，經濟性，

耐久性，體積穩定性也都是重要的考量因素。

首先在經濟性考量的前提下，配比中之卜作蘭取代料應用至最高 之 45%取代，以降低混凝土之成本，而高卜作蘭取代料之使用，可提 升混凝土水化反應後期之 pozzolanic reaction，如此亦可有效提高 混凝土之緻密性，因而得到更佳之耐久性。

工作性部分，由於不論在橋梁之上下部結構中，可能都會有許多 部份存在有密集的鋼筋或預力鋼腱，因此高流動性混凝土(HFC)，或 自充填混凝土(Self-compacting Concrete, SCC)為配比設計之條件

68

之一，以使得混凝土在搗實條件不佳的情況下，仍能有良好的澆製品 質。

最後，在滿足強度及工作性的前提下，盡可能提高粗粒料用量，

以抵抗乾縮潛變之發展，減少橋梁之預力損失，確保結構之安全性。

3.3.2 配比設計之流程

本研究中混凝土配比設計之方法，乃是參考國內 CNS12891

【65】

混凝土配比設計準則，以及 ACI 211.2 重量設計法，根據上述二項規 範之建議來進行配比設計。配比設計與試拌之流程如下所述。

(1) 在配比初步試拌的階段，由於每次拌合量僅為 30(kg)，故主要 檢討之條件為坍度或坍流度(針對工作性)，及抗壓強度(七天及 二十八天)。

(2) 由於本研究所使用之粗細粒料，為自各預拌廠蒐集所得，故不 再決定粗粒料標稱最大粒徑，而是直接使用已混合好之粗粒料 進行試拌。

(3) 由用水量，水膠比(取代率為 45%)，估計膠結料及骨材用量。

(4) 由砂率，以決定粗細粒料各自之用量。

(5) 進行有系統之初步試拌，小量製作試體，並針對(1)進行檢核。

69

圖 3.2 配比設計之流程【65】

3.3.3 上部預力結構配比

橋梁上部預力結構承受著由預力所導入的高軸力，並且又須負擔 工作載重，尚且不能因乾縮潛變造成太大之預力損失，所以其強度，

體積穩定性，工作性需三者兼顧。上部預力結構配比，由於必須使用 較多且粒徑較大之粗粒料來抵抗乾縮潛變，故無法達自充填混凝土之 等級，但可達高流動性混凝土(HFC)之等級。而我們由用水量、水膠

70

水膠比=0.38、取代率=50%、砂率=0.55，所用骨材與正式配比者同 綜合上述之各文獻數據及小量配比試拌數據之結果，在盡量減 少用水量，並仍保有高工作性之前提下，將用水量定為每方混 凝土用 175 公斤水，正式拌合各配比時，因每方混凝土單位重

71

實測修正之故(原假設為每方混凝土 2350kg)，用水量會在 170~180 公斤之間。

72

降低工作性，增加析離機率，且易形成較多 transition zone，

降低強度。但若砂率過高，形成過高的骨材比表面積，亦可能

用水量=170 kg、水膠比=0.4、取代率=50%，所用骨材與正式配比者同 綜合上述之各文獻及小量配比試拌數據之結果，則知應盡可能

73

出之性能各異，故參考過往文獻之減水劑用量未必可靠。減水 劑之用量，乃是根據上述五次小量配比試拌之結果所定，用量 約為膠結材重量的千分之五。其實減水劑用量在混凝土配比中，

本來就非為定值，因為每一批的膠結料及砂都存在著變異，而 這些變異都會對混凝土工作性造成影響，而導致欲達相同工作 性，藥劑用量可能不一樣。任何藥劑對上任何的膠結材，其對 工作性的改善程度，都應先經過試拌才可得知，並且其用量也 應是一個合理的添加範圍。藥劑添加量之正確性，主要仍需靠 有經驗之技術人員，在拌合時加以判定。

3.3.4 橋梁下部墩柱結構配比

橋梁下部之墩柱結構，由於耐震設計之考量，往往設計的非常粗 壯，以抵抗側力之作用，因此相對上其承受之軸力並不大，且其略為 的乾縮潛變，並不會對整體橋樑結構造成太大危害，但墩柱結構往往 存在大量密集的箍筋，因此在滿足強度之需求下，下構配比將設計為 自充填混凝土之等級，此時其粗粒料用量將較少，體積穩定性可能略 為下降，但可提升實際施工時之澆置品質。

由於上構配比之強度已能滿足下構配比之需求，因此下構配比將 大致上沿用上構配比之各參數，僅將砂率調整為 0.55，以增加混凝

74

土之流動性。另外粗粒料之使用上，若無法通過箱型試驗之標準，則 可能必須以篩分之方式，移除 19.1mm 篩網之留篩料，因為自充填混 凝土之粗粒料最大粒徑本就需較小。而混合水泥之取代率，見 3.2。

3.4 骨材基本性質試驗

在本研究中，混凝土所使用之粗細粒料種類列為試驗變數，共使 用了兩種骨材，因此各骨材之基本性質，為後續各配比之數據比較所 必須者，以下介紹各骨材性質試驗之內容。

3.4.1 比重及吸水率(SSD)試驗

參考規範:CNS487【67】、CNS488【68】。

試驗目的:測定粗細粒料之比重，此為配比設計之絕對體積法所必須 者，另外可由比重確定骨材中有無輕質粒料之存在。面乾內飽和吸水 率(SSD)，與配比拌合用水有密切關係，拌合前由骨材含水率及 SSD 值，可計算出所需之補水或扣水量。

所需儀器:比重瓶(圖 3.3)、圓錐模及搗棒(圖 3.4)、水中重磅秤(圖

3.5)。

試驗說明:詳見參考規範。

75

圖 3.3 比重瓶

圖 3.4 圓錐模及搗棒

76

圖 3.5 水中重磅秤

3.4.2 含泥量與篩分析試驗

參考規範:CNS486【69】、CNS491【70】。

試驗目的:粗細粒料之篩分析試驗，可確定粒料是否具有優良之粒徑 級配；含泥量測定可檢定粒料中是否含有過多之有害物質。上述試驗 之結果須滿足規範之規定，如此以確保此等粒料，可拌製出優質之混 凝土。

所需儀器:號篩組(圖 3.6)、小型搖篩機(圖 3.7)、大型搖篩機(圖

3.8)。

試驗說明:詳見參考規範。

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圖 3.6 號篩組

圖 3.7 小型搖篩機

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圖 3.8 大型搖篩機

3.4.3 洛杉磯磨損試驗

參考規範:CNS490【71】。

試驗目的:混凝土所用之粗粒料，從礦場開採出來，到實際成為結構 體，其間會經歷一些過程，這些過程包含:開採，運送，級配分料，

混合，清洗，堆置，挖取，預拌廠拌合，及最後之泵送澆置。在級配 分料及混合後，理論上粗粒料之級配即已經確定，但上述任何一個動 作都會磨損粗粒料，導致粒料降級，而過大的粒料降級為工程上所不 允許。洛杉磯磨損試驗，及其相關之規範標準，用意即在提供一個可 合理評估，粗粒料在其施工的生命週期中，是否可有效抵抗外力磨耗 之方法。

所需儀器:洛杉磯磨損試驗機(圖 3.9)、磨球(圖 3.10)。

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圖 3.9 洛杉磯磨損試驗機

圖 3.10 磨球 試驗說明:詳見參考規範。

80

3.4.4 粗粒料中扁平、細長或扁長顆粒含量試驗

參考規範:CNS15171【72】。

參考規範:CNS15171【72】。