機械式鋼筋續接器之檢驗方法介紹

一、前言

經濟部標檢局104年新訂CNS 15560「鋼筋機械式續接試驗法」中,僅規定鋼筋續接器試驗方法,相關檢驗頻率及合格標準,則須由主管機關另訂規範。現行內政部部頒版「混凝土結構設計規範」第5.15.3.3 節,要求機械式續接器之續接強度,應發展其抗拉或抗壓強度,至少達鋼筋以1.25fy
計得之強度外,尚須考慮其滑動量、延展性、伸長率等規定,但規範本文並未規定滑動量及伸長率之合格標準,導致目前國內業者,大多採用民國86年版「混凝土工程設計規範與解說」 (土木401-86)附錄乙、民國88年版內政部營建署及建研所之「鋼筋續接施工規範及解說(草案)」、建研所民國93年完成的「鋼筋續接器續接設計規範與施工規範及解說研修」,或中華民國結構工程學會「鋼筋續接器續接規範與解說」等報告。該等資料迄今皆已逾十年以上未更新,且與CNS 15560試驗法有所牴觸,導致現況鋼筋機械式續接之試驗法與合格標準不一致,造成工程界困擾與爭議,亟待檢討更新。

此外,經濟部標檢局已修訂CNS 560「鋼筋混凝土用鋼筋」,新增SD 490W、SD 550W及SD
690等高強度鋼筋,為因應工程界對高強度鋼筋之續接需求,近年來機械式鋼筋續接工法,已有長足的進步,鋼筋續接器樣式多元化,各界期待能訂定鋼筋機械式續接性能合格標準、及施工品質檢驗準則,納入規範,供工程界參考使用,讓工程界有所依循,確保結構工程鋼筋機械式續接施工品質,維護國人生命財產安全。

内政部建築研究所,按CNS 15560試驗法,測試不同等級及式樣的鋼筋續接器,研擬鋼筋機械式續接之品質檢驗準則,納入新版「混凝土結構設計規範」(草案),提送内政部營建署審議中。茲摘錄供工程界參考。

二、機械式續接使用現況

部頒版現行「混凝土結構設計規範」第15.3.6.4節,僅要求第一類機械式鋼筋續接相當於慣用之B級續接,其接合強度須能使被續接鋼筋,承受多次彈性負載,並發展鋼筋規定降伏強度之1.25倍;第二類機械鋼筋續接,相當於慣用之SA級續接,其接合強度至少應達鋼筋規定拉力強度,且能使被續接鋼筋承受多次反復之非彈性應變。但尚欠缺其他續接性能之規定,諸如:滑動量、伸長率及承受多次反復之非彈性應變之合格標準,以及鋼筋機械式續接品質檢驗準則,包含性能判別、施工檢查、取樣頻率、試驗程序及合格標準。

近年來台灣鋼筋用量,年均約為500至600萬公噸,鋼筋續接器用量,推估約為每年2400至3000萬個,用於土木工程及建築工程,大約各半,鋼筋續接器之品質良窳,攸關公眾生命財產安全,需要嚴格的品質檢驗。從1999年921大地震到2016年美濃地震,倒塌建築案例中所見的劣質續接器(圖一),可歸咎於1980至1990年間代,我國建築工程鋼筋機械式續接,欠缺相關規範及品質檢驗所致。

在公共工程方面,自2004年起,「公共工程施工品質管理作業要點」第十二點規定:(一)鋼筋、混凝土、瀝青混凝土及其他適當檢驗或抽驗項目,應由符合CNS
17025(ISO/IEC
17025)規定之實驗室辦理,並出具檢驗或抽驗報告。(二)前款檢驗或抽驗報告,應印有依標準法授權之實驗室認證機構之認可標誌。惟行政院公共工程委員會,訂定之檢驗項目為產品總稱,檢驗項目不甚明確,相關單位陸續希望能以試驗項目列舉。故工程會民國94年11月10日,工程管字第09400415500 號函,列舉7項(含鋼筋混凝土用鋼筋試驗);民國98年10月29日,工程管字第09800480600號函,增列10項(含鋼筋續接器試驗),總計17項,需依前開規定辦理。

我國唯一依標準法授權之實驗室認證機構,為財團法人全國認證基金會(Taiwan Accreditation Foundation,TAF),因此近十年來,公共工程所使用的鋼筋及續接器,均必須檢具TAF認可標誌之報告,然而TAF辦理前開17項公共工程材料試驗之認證服務,認可之試驗規範,限政府機關或機構發布為準,例如中華民國國家標準CNS、內政部頒規範、國工局或高工局施工規範、公共工程委員會施工綱要規範等。

因此,目前國內業界較常使用、且土木實驗室通過TAF認證之鋼筋續接器規範版本,有下列規範版本:

1.中國土木水利工程學會混凝土工程設計規範與解說 (土木401-86)之附錄乙[5],1998;

2.內政部營建署暨內政部建築研究所,鋼筋續接施工規範及解說(草案)[6],1999;

3.內政部建築研究所,鋼筋續接器續接設計規範與施工規範及解說研修報告[7],2004。

4.中華民國結構工程學會,鋼筋續接器續接規範與解說[8],2007。

這四版鋼筋續接器續接規範之研擬作業,皆源自內政部建研所之研究計畫,迄今皆已逾十年未更新,且前述舊有規範之試驗法、性能分級、及合格標準,本來就存有差異,由於標準不一致,業界使用上常會一些爭議及困擾,加上舊有規範試驗法與經濟部2015年新訂之CNS
15560「鋼筋機械式續接試驗法」,多有牴觸,各界期盼建研所能盡快整合檢討,更新鋼筋續接器續接規範。

在民間建築工程方面,一般由建築師向業主承攬設計及監造業務,實務上建築師通常只做重點監造,至於鋼筋及續接器施工品質,往往不能嚴格把關,許多業主自辦營造的工地,並不查驗鋼筋機械式續接之施工品質,即使有查驗,所依據之合格標準,亦不若公共工程來得嚴謹。一般建築工程之鋼筋續接器,可能自訂檢驗頻率及合格標準,若設計者有特別要求耐震結構用之SA級鋼筋續接器,設計圖說可能引用前述舊有規範,如無特別要求SA級,可能僅依內政部頒版混凝土結構設計規範或ACI 318規範,只執行鋼筋續接組件之基本拉伸試驗,要求續接處抗拉強度至少達鋼筋規定降伏強度下限值之1.25倍(1.25⯑⯑)。雖然我國混凝土結構設計規範第5.15.3節解說,提到機械式續接器續接除其強度規定外,應考慮滑動量、延展性、伸長率、實測強度、續接位置、續接器間距、保護層厚度等對構材之強度、裂縫寬度、延展性、耐久性等之影響。但也因為鋼筋之機械式續接器無國家標準,故未規定性能合格要求,僅指出結構工程學會訂定之「鋼筋續接器續接規範與解說」可供參考。

綜合上述背景,現況建築工程鋼筋機械續接之合格要求,從嚴檢驗者會要求SA級性能,須執行單向拉伸、滑動量以及高塑性拉壓反復負載試驗,即前述舊版規範要求;從寬檢驗者只執行基本拉伸試驗,要求續接組件抗拉強度至少1.25⯑⯑,忽視機械續接處滑動量,對於構件裂紋控制及耐震性能之影響。台灣絕大多數人口居住於鋼筋混凝土造建築物內,氣候潮濕,若混凝土構件裂紋過大,容易使水汽接觸鋼筋,導致鋼筋銹蝕影響耐久性,加上全島位於強震區,所有建築物均需要抵抗地震,鋼筋機械續接有必要嚴格檢驗,確保其使用性及耐震性能。

1151-2-1

圖1 台南維冠金龍大樓倒塌現場鋼筋續接器失敗案例[建研所] [1]

三、機械式續接器鎖固原理及工地取樣試驗原則

1151-2-5

具有螺紋接頭之續接組件密合度,須以扭力扳手抽驗,其扭矩值不得小於續接性能合格報告紀錄之標稱值,扭矩大小與螺紋接頭材質、外徑、牙形、牙高及牙距有關,一般螺紋預應力設計值,約為材料規定降伏強度之20%(見圖2)。施工中扭矩值抽驗數量,不得低於該批產品數量之15%,不合格部分須鎖緊至扭矩值之外,另再加倍抽驗直到合格為止。

機械式續接,使用砂漿或是其他水泥或樹脂系材料,固結續接器與鋼筋時,依製造廠之使用規定,準備試樣及養護。

續接性能試驗之試體,須與工地現場採用同一規格之材料及施工方法製作,具備材料證明並符合CNS 15560相關規定。例如具有公母螺紋接頭之機械式續接所需之鎖固扭矩值、壓合式續接套管之油壓機具規格、砂漿填充式續接器或續接套管所需之充填砂漿強度及工作度等。

鋼筋預組立或預鑄工法,可能無法切下或取出續接試體,宜提前取得同批材料,依相同程序,於工地現場同時組立製作樣品,例如螺紋式鋼筋續接器,須使用與現場相同之程序鎖固,砂漿填充式續接器或續接套管,宜使用與現場同時拌和之砂漿,並以相同之方式充填,且以相同條件養護續接器試體,直到測試齡期,以確保續接器施工品質符合要求。

續接試體在試驗前不得預拉,否則視為無效試體,進行續接試驗時,得先施加拉力至標稱零載重,將伸長計讀數歸零後,再開始加載,標稱零載重,不得超過40 kgf/cm2 [4 MPa] 乘以鋼筋之標稱斷面積。

1151-2-2

圖2 扭力扳手抽驗[3]

四、機械式續接之檢驗

中國土木水利工程學會「混凝工程設計規(土木40l‐107)」、及新版「混凝土結構設計規範」第26章,訂定了鋼筋機械式續接之檢驗方法,提供工程界一個統一的試驗標準,供參考引用。其内容摘錄如下,供工程界參考。

4.1檢驗頻率

(1)鋼筋機械式續接檢驗,包含施工前性能試驗及施工中品質檢驗。

(2)鋼筋機械式續接施工前,應出具最近試驗室辦理相同製造廠同型號續接組件之性能試驗合格報告,並經監造單位核准。

(3)鋼筋機械式續接施工期間,施工廠商應全數作外觀檢查,並依表1辦理工地取樣執行4.2(允收準則)之試驗。

表1 鋼筋機械續接施工期間最低取樣頻率

試驗項目

第二類(SA級)機械式續接

取樣頻率

第一類(B級)機械式續接

取樣頻率

單向拉伸及滑動試驗

1/100

1/100

重複負載及滑動試驗

不適用

1/1000

高塑性反復負載試驗

1/1000

不適用

 

 

(4)工地取樣須具有代表性,應由工地內已完成加工之鋼筋及續接組件中抽樣,並在工地比照實際施工程序完成組裝,送試驗室試驗合格後再澆鑄混凝土。

(5)工地取樣試驗結果不符4.2節規定時,應依CNS
2608之規定,進行重驗,如重驗結果符合規定時,該批續接組件視為合格。若重驗結果仍不合格時,該批續接組件應予以拒收。重驗以一次為限。

(6)外觀檢查應包括位置、型式、密合度、同軸度等項目。

4.2允收準則

(1)鋼筋機械式續接試驗,應依CNS 15560之規定辦理,惟指定負載、加載反復週次,及循環週次等,應依本節規定辦理。

(2)續接試體準備及裝置(見圖三),依CNS 15560規定辦理,續接試體在進行試驗前不得預拉。

(3)鋼筋機械式續接試驗合格標準如表2所列。

表2 鋼筋機械式續接試驗性能合格標準

1151-2-3

*續接處外兩側鋼筋伸長率之較大值。

(4)除非另有規定,試體破壞模式,如斷裂位置或鋼筋拔出等,不作為等級判別或拒收之理由。

(5) 高塑性反復負載試驗過程,如發生試體挫曲之現象,該試驗視為無效而非試體不合格。

五、結語

鋼筋本身之材質穩定,對強度需求之可靠性甚佳,但由於鋼筋産製能力及施工環境之限制,鋼筋必須續接,若採搭接方式續接,為達完全續接的效果,須配合施作規範所規定的圍束及搭接位置之限制,只有採用鋼筋機械式續接工法所受到的限制最少,也較經濟,可行性最高。因此採用鋼筋機械式續接工法會越來越多。

1151-2-4

圖3 鋼筋機械式續接性能試驗裝置[1]

參考文獻

1.李宏仁 (2017) 。「建築工程鋼筋機械式續接性能基準及驗證研究」。

2.中國土木水利學會(2017)。「混凝土工程設計規範」土木401-107。

3.中國華民國結構工程學會(2013)。「房屋結構鋼筋施工綱要與品管」。

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 



【版權重要說明】:本網站內容係由該著作權人或團體同意下轉載、或由該作者或會員自行創作上載發表之沒有違反著作權之圖稿內容,一切內容僅代表該個人意見,並非本網站之立場,本站不負任何法律責任;若讀者認為文章或評論有侵權不妥之處,請與聯絡我們,將儘速協同處理;同時未經本網站同意請勿任意轉載內容,我們也將保留一切法律追訴權利。