營建署已修訂『混凝土鑽心取樣試體尺寸』新規定

一、修訂緣起

以往專業技師對「建築物耐震能力詳細評估」、「結構物強度評估」、「高氯離子混凝土建築物」、「未報勘驗先行施工」、「損壞修復」、等結構安全鑑定工作,當鑽取混凝土試體作抗壓試驗時,均會以直徑5cm之鑽心試體作為抗壓強度試驗之試體。此種做法係依據民國73年4月17日修訂之CNS 1238「混凝土鑽心試體及切鋸試體抗壓及抗彎強度試驗法」及內政部於民國91年7月8日台內營字第0910084735號令訂定之結構混凝土施工規範:第18章 混凝土施工品質之評定與認可,第18.5節(鑽心試驗)之規定等規範或標準,作為鑽取5cm之鑽心試體之依據。

惟因"ACI 318-08 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary" 及"ASTM C42-04: Standard Test Method for Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of Concrete"等對混凝土鑽心試體尺寸已作修訂,因此,經濟部標準檢驗局於民國94年5月13日對「CNS 1238 混凝土鑽心試體及鋸切長條試體取樣法」已將混凝土抗壓試驗用之鑽心試體依前述規範作修正;中國土木水利工程學會(土木402-94a) 第17.5節(鑽心試體)亦隨之修訂為「承載構件之抗壓試驗用試體,其直徑至少為94mm」。探討其修訂之理由應係直徑5cm鑽心試體之抗壓強度會比直徑94mm鑽心試體之抗壓強度低,且可能因所鑽取之試體中骨材之粒徑過大、過小、局部弱點或偏一側,均會導致變異性較大。

另外,直徑較小之試體其抗壓強度較易受長度直徑比之影響。但由於工程實務上,鑽心試體常有鑽取不易,鑽到鋼筋,或厚度不足等情事,故採用5cm之鑽心試體有其必要性,況且混凝土鑽心取樣係屬破壞試驗,為免影響結構安全性,除非當事人有不同意見,否則應可由專業技師依個案需求自行判斷考量決定。近有工程顧問公司行文營建署要求對現行「結構混凝土施工規範」第18.5節與94年5月17日修訂之CNS 1238笫6點,對混凝土鑽心試體尺寸規定不同的疑義請求營建署釋疑。但問題的癥結不在於鑽心試體尺寸規定不同,而是在於94mm直徑之讚心試體是否每一個工程實務上均為可行。內政部營建署於民國102年2月26日以營署建管字第1020010057號函,請中國土木水利工程學會配合民國94年修訂之CNS 1238,對我國結構混凝土施工規範第18.5節中最小鑽心試體直徑之規定,提供建議意見。

二、土水學會修訂建議

中國土木水利工程學會於民國102年11月12日以(l02)土水(21)發字第231號回覆營建署,略以:「我國現行「結構混凝土施工規範」即土木402-88a,制定於民國88年,其中第18.5.2節對於鑽心試體,是依當時CNS1238,規定試體直徑不得小於混凝土粗粒料標稱最大粒徑之三倍,且不小於5cm,並於條文中規定試體之鑽取與試驗應按CNS1238。其後,CNS1238於民國94年修訂,對於鑽心試體直徑修改為:「承載構件之抗壓試驗用鑽心試體最小直徑為94mm;非承載構件鑽心試體或鑽心試體的長徑比(L/D)小於1時,試體直徑可小於94mm,致使現行「結構混凝土施工規範」第18.5.2節所規定之試體直徑與該修訂後之CNS標準不一致。中國土木水利工程學會建議營建署配合民國94年修訂之CNS1238,並考量我國一般鋼筋混凝土結構體之尺寸與鋼筋間距,及「混凝土結構設計規範」之相關規定,與參考美國ASTM C42/C42M-13規範,建議將我國現行「結構混凝土施工規範」建議修正為如下:

1、對規範第18.5.2節(鑽心試體之取樣應注意結構體之安全性)之修正建議

規範本文

『一般抗壓試驗用之鑽心試體直徑至少為94mm或2倍粗粒料標稱最大徑徑,取其大者。但若為避免影響結構安全等因素,或因受結構體厚度或鋼筋間距之限制,為使試體長度不小於直徑,而於直徑94mm之試體不易取得時,得經說明原因,取直徑小於94mm之試體。惟此時試體直徑不得小於50mm,且亦不得小於粗粒料標稱最大粒徑之2倍,其長度亦不得小於直徑(最好為直徑之2倍)。』

2、對第18.5.3節之修正建議

規範本文

結構混凝土,除非指定試驗者另有規定外,在試體最後被水濕潤後及進行試驗前,鑽心試體應置放於密封塑膠袋或不吸水容器中至少5天。試體試驗應依照CNS 1232規定處理。除非另有規定,試體鑽取後7天內應完成試驗。

三、營建署召開研商「結構混凝土施工規範」會議

內政部營建署於民國106年3月14日研商「結構混凝土施工規範」修正草案第2次會議討論,並於民國106年4月12日以營署建管字第1061004438號函檢送修正草案第2次會議紀錄至相關單位:

1、有關「結構混凝土施工規範」第18.5.2節會中修訂結論如下:

(1) 規範本文

『一般抗壓試驗用之鑽心試體直徑至少94mm或2倍粗粒料標稱最大粒徑,取其大者。

前項鑽心試體直徑若為避免影響結構安全等因素,或因受結構體厚度或鋼筋間距之限制,為使試體長度不小於直徑,而於直徑94mm之試體不宜取得時,得經說明原因,取直徑小於94mm之試體。但此時試體直徑不得小於50mm,且亦不得小於粗粒料標稱最大粒徑之2倍,其長度亦不得小於直徑。』。

(2) 規範解說

『顧及我國一般混凝土結構之尺寸與鋼筋間距,及參考ASTM C42/C42M-13規範,一般抗壓試驗用之鑽心試體直徑採至少94mm,但若因受結構體之相關限制,為使試體長徑比(L/D)不小於1,以及為避免影響結構體安全等因素,試體直徑得小於94mm,並參照我國過去施工規範之規定,鑽心試體之直徑仍限制不得小於50mm及混凝土粗粒料標稱最大粒徑之2倍。其中,有關試體直徑與對結構體之影響,可參考「混凝土結構設計規範」第13.13節中有關結構體管道開孔之規定。

依據相關研究顯示,試體直徑較小時,其抗壓強度會較低且變異性較大。叧直徑較小之試體其抗壓強度愈容易受長徑比(L/D)之影響,因此鑽心試體宜採用較大直徑。若因受限制,經同意後,亦可鑽取符合規定直徑小於94mm之鑽心試體。

鑽心試體之長度最好為直徑之2倍,但也有實際之困難,故亦規定試體長度不得小於直徑。由於抗壓試驗之結果受試體尺寸之影響,當長度與直徑之比小於2時其強度會提高,故應乘以下表之修正因數。下表未列入之值,可藉內差法求得之。

R18.5.1 強度修正因子

長度/直徑

1.75

1.5

1.25

1.1

1.0

強度修正因數

0.98

0.96

0.93

0.90

0.87

2、有關「結構混凝土施工規範」第18.5.3節會中修訂結論如下:

(1) 規範本文

「結構體混凝土之試體濕度調節應按CNS 1238 第7.3節規定辦理。」。

其中,CNS 1238 第7.3節(試體濕度調節)之規定如下:

『鑽心試體依照本標準所規定或依照指定試驗者的指示進行試體濕度控制。本標準訂定試體濕度調節程序,旨在保存鑽心試體的含水量並提供可重複再現的含水狀態,以降低因鑽心過程或試體準備時,因用水造成試體中濕度梯度的變化。

(a) 試體鑽出後,擦拭表面鑽心用水並允許表面水氣蒸發,當表面氣乾時(應不超過鑽心後1小時),將試體個別置於塑膠袋或不吸水容器中,封口以防止水氣損失。試體置於常溫下避免太陽直射,並儘速將鑽心試體運送至試驗室,試驗前,除因試體蓋平允許暴露於大氣中最長不超過2小時外,應持續置於密封塑膠袋或不吸水容器中。

(b) 如鋸切或磨平鑽心試體端面需用水進行時,應在可行條件內儘速完成作業。除非指定試驗者另有規外,前述作業應在鑽心後2日內完成。當完成端面處理作業,拭除表面水並讓表面氣亁後將試體置於塑膠袋或不吸水容器中。在端面處理過程中,應使試體水與水接觸的時間降至最低。

(c) 除非指定試驗者另有規外,在試體最後被水濕潤後及進行試驗前,鑽心試體應置放於密封塑膠袋或不吸水容器中至少5天(1)。

註(1):置放時間至少5天之目的為降低試體在鑽心、鋸切或研磨期間,因受到潮濕造成水分梯度之影響性。

(d) 當鑽心試體含水量未依照7.3(a)~7.3(c)之規定調節時,應在報告中敍明替代程序。

四、結語

綜上,營建署修訂新規定「混凝土鑽心取樣試體尺寸」已能兼顧規範及實務。

另外,常見有技師於鑽心試體取樣時,要求取樣位置在小梁跨度之四分之一點彎矩最小處。但筆者認為鑽孔對梁彎矩之影響較小,但對剪力則會產生二次彎矩,會因而增加補強筋之需求,為避免需補強的困擾,建議一般梁以取在剪力最小的位置,亦即接近跨度中央,或有困難時取在跨度中間四分之一段內為宜(十字梁則以取在長跨梁之半跨中間處:見照片1)。懸臂梁則因外端常有邊梁而致全跨之剪力均大,因此選擇取樣位置時,建議避免選取在懸臂梁內。特別提醒讀者,不可取在接近梁端2倍梁深之塑鉸區處(見照片2)。

1074-2-1

照片1 十字梁則宜取在長跨梁之半跨之跨度中間處

1074-2-2

照片2 不宜取在梁端處

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