Abstr act
This paper presents the test results on autogenous shrinkage of high performance concrete containing various fibers or low shrinkage cement as an attempt to reduce shrinkage induced restrained cracking at early age. Restrained cracking at early age of conventional concrete are mainly due to improper curing or plastic shrinkage and may be avoided by quality workmanship. However, the autogenous shrinkage in high strength concrete or high performance concrete is inevitable even good curing process has been taken after placing. In this investigation, steel fibers and polypropylene fiber were introduced to concrete mix so as to reduce the autogenous shrinkage. Besides, Aluminate-base low shrinkage cement was used to replace part of Portland cement. The main results and findings are summarized based on the tests of autogenous shrinkage measurements. Keywor ds: Volumetric Stability,
Autogenous Shrinkage, Self-compactability, Pozzolanic Materials 一、 緣由與目的 近年來，矽灰混凝土已被證實 比普通混凝土有更高的強度與更佳 抵抗衝擊及耐磨耗之能力。但是矽灰 混凝土使用波索蘭材料、低水灰比及 添加化學摻料等因數，使其比一般普 通混凝土有更大體積穩定性問體，其 中又以自體收縮對高性能混凝土影 響最大。當矽灰混凝土受束制時，由 於不均勻溫度分佈導致之內部應力 與混凝土自體收縮，將使混凝土容易 在澆鑄後不久，即發生開裂，如照片 1-6。為了有效控制裂縫發生則可以 從配比下手，爐石與飛灰的使用，除 可以取代部份水泥而降低材料成本 外，由於爐石與飛灰的膠結能力來自 卜作嵐反應（Pozzolanic Reaction）， 較水泥之水化反應稍晚發，而爐石與 飛灰之波索蘭反應可使混凝土晚期 強度逐漸成長，故可避免早期水化熱 過高而導致張應力之發生，亦可以達 到高強度的目標。另外添加鋼纖維亦 可體高混凝土抗張能力，但是添加爐 石、飛灰與鋼纖維是否會影響混凝土 磨耗能力則必須進一步探討研究。因 此，增加高強度混凝土之耐磨耗能 力，並瞭解其自體收縮之性質，而設 法改善其體積穩定性問體為本研究 之目的。 三、文獻回顧 高性能混凝土與一般普通混凝土 的組成一樣，由膠結料、水與骨材混 和而成，主要差別是高性能混凝土含 有卜作嵐材料與強塑劑，因此混凝土 強度較高、水灰比較低。混凝土的變
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
TAICON 早期束制開裂行為與體積穩定性之研究
The Resistance to Restr ained Cr acking at Ear ly Age and
Volumetr ic Stability of TAICON
計畫編號： NSC 87-2211-E-002-064
計畫期間： 民國 86 年 8 月 1 日至民國 87 年 7 月 31 日 計畫主持人： 詹穎雯 國立台灣大學土木工程研究所
形主要生於水泥漿體中，而水泥漿中 的 水 分 會 因 不 同 因 素 被 消 耗 或 移 除，將使混凝土產生收縮變形。水份 的 移 動 是 影 響 混 凝 土 主 要 收 縮 因 素，而一般混凝土的收縮又可分下列 三種： （1） 塑 性 收 縮 （ Plastic Shrinkage）: 當混凝土在澆 置 完 成 初 期 ， 因 養 護 不 當，使毛細孔的水快速被 移 除 ， 而 產 生 負 孔 隙 壓 力 ， 導 致 混 凝 土 表 面 收 縮，如果收縮過大，可能 會發生塑性裂縫。 （2） 自 體 收 縮 （ Autogenous Shrinkage）: 自體收縮是因 為混凝土與外界環境無水 分交換下，內部進行水化 作用時，消耗孔隙間的水 分，而產生自乾現象所引 其的收縮。高性能混凝土 因水灰比低，自乾現象更 為明顯，因此自體收縮對 高性能混凝土收縮行為是 十分重要。自乾現象是因 為混凝土內部化學作用產 生收縮，包括（a）水解收 縮（Dehydration Shrinkage） (b) 碳化收縮（Carbonation Shrinkage）與（c）轉化收 縮 （ Conversion Shrinkage）。以上三種屬化 學收縮。 （3） 乾 燥 收 縮 （ Drying Shrinkage）: 乾燥收縮是為 混凝土在未受載重下，因 環境乾燥使混凝土水分逐 漸向外移動而喪失，而產 生收縮變形謂之。混凝土 在 初 期 因 乾 燥 所 排 出 的 水，主要是膠體間的自由 水，所產生收縮變形十分 的小。如果環境乾燥持續 作用時，使膠體間的吸附 水與層間水排出，膠體間 相互移動而使混凝土產生 變形收縮，由此可知乾燥 的環境是影響混凝土乾縮 的主要因素。 高性能混能土為了達到高強度高 工作度要求，必須降低水灰比，及添 加卜作嵐材料與化學摻料。因此使高 性能混凝土的自體收縮與普通混凝 土有明顯差別，因為普通混凝土水灰 比高，有足夠水分提供水化作用，其 自體收縮約 50μm/m 至 100μm/m， 佔總體收縮不多，所以可忽略不記。 但高性能混凝土的自體收縮佔總體 收縮有很大部分，因此必須考慮自體 收縮對混凝土的影響。 四、 結與討論 由於爐石與飛灰的膠結能力係來 自其卜作嵐反應，較水泥之水化反應 稍晚發生，故可避免混凝土早期水化 熱過高而導致張應力之發生，但是混 凝土添加爐石與飛灰後，是否會影響 耐磨能力，則為本實驗研究重點。另 外研究顯示當添加鋼纖維時，對混凝 土的早期收縮的控制，確實有明顯幫 助，但是混凝土添加鋼纖維後，是否 會影響磨耗能力，則為本研究另外的 重點。 而自體收縮試驗方面，由於以前 皆在實驗室研究，其研究顯示添加飛 灰或添加鋼纖維等等材料，皆對混凝 土的自體收縮有明顯的抑制效果。但 是為了瞭解大面積混凝土現場澆置 後早期收縮行為，本實驗設計了不含 鋼纖維的兩種配比，有矽灰混凝土與 爐 石 添 加 飛 灰 混 凝 土 來 做 現 場 澆 置，來探討現場巨積混凝土的收縮行 為，如此更能明瞭實際混凝土的早期 收縮行為。
水壩現地澆置的配比，有爐石混 凝土與矽灰混凝土兩種配比，施工澆 置是採用棋盤式施工，混凝土塊有配 置溫度鋼筋距離底部 10cm，埋設的 應變計與 thermal couple 的位置。當 混凝土澆置後 1-2 小時，混凝土內部 溫度有下降約 5℃左右，混凝土內部 溫度下降的原因如下：混凝土澆置的 時間是在下午 4 點左右，而在 4 點半 時天氣忽然下 起大雨，環境的溫度 也由 27℃下降到 20℃左右，所以混 凝土在泵送與澆置過程，混凝土溫度 受到環境的影響而下降，所以量測到 的 混 凝 土 溫 度 都 和 外 界 溫 度 很 相 近。 澆置後 2 小時後混凝土內部溫度 才漸漸上昇，直到混凝土澆置後 12 小時左右，混凝土溫度達到最高，其 中埋設於混凝土最底層熱藕計，其量 測到的溫度都是最高，最上層的熱藕 計，量測到的溫度則最低。 在混凝土澆置 12 小時以後，混凝 土內部溫度則呈現下降趨勢，但是下 降趨勢很還緩和。由外界溫度曲線可 看出環境溫度有兩次上昇階段，而混 凝土最上層的溫度在這兩個階段也 有上昇的趨勢，但是內部中層、下層 的溫度則沒有上昇趨勢，由此可知混 凝土的外層受環竟影響較大。 五、 結論與建議 本實驗的研究目的最後在探討高 強度混凝土的磨耗性質與早期收縮 之間對材料的關連與差異，並做分析 與探討，最後歸納以下幾點結論： 1. 外界環境。其中材料方面有：水 泥、骨材含量、水灰比、卜作嵐材 料、鋼纖維的含量、骨材的硬度、 孔隙率等等，都影響混凝土的耐磨 耗性。 2. 由現地量測結果知，混凝土的早期 收縮在澆置後 12 小時，混凝土的 水化熱達到最高，自體收縮量也達 到最大。所以可以推測自體收縮引 期裂縫發生時間為澆置後 12 小 時。 3. 矽灰混凝土的水化熱比爐石混凝 土高。矽灰混凝土收縮量亦比爐石 混凝土大。 4. 混凝土越內部水化溫度越高，表層 溫度受外界環境的影響最大。因此 混凝土在澆置後 24 小時必須做適 當的養護工作，避免塑性收縮而引 起裂縫。 5. 現地澆置的混凝土的應變量，由量 測的結果發現混凝土的收縮與位 置有關係，也就是距離溫度鋼筋越 遠應變量越大。尤其是混凝土的表 面應變量最 6. 大，所以表面發生裂縫機會最大。 7. 鋁酸鈣質混凝土的自體收縮跟一 般高性能混凝土收縮量差不多，因 為其膠結量佔總體積 20%，和一般 高性能混凝的膠結料差不多。 六、參考文獻 1. 陳振川,「高性能混凝土推動與營 建自動化施工技術探討」,營建管 理季刊,第 8-21 頁,民國 84 年 6 月 2. 陳振川,「國科會高性能混凝土群 體研發現況」,高性能混凝土研發 及推廣研討會,第 1-21 頁,民國 86 年 6 月 3. 陳振川,「飛灰與爐石混凝土性質 與其工程應用」,結構工程,第二卷, 第四期,第 87-94 頁,民國 76 年 10 月
4. ACI Committee 226,〝Silica Fume in Concrete 〞 ,ACI Materials Journal, Vol.84, No.6, pp158-166, 1987
5. 賴正義,「高飛灰量混凝土性質」, 台電工 程月刊,第 551 期,民國 83 年 7 月
