土建工程混凝土配方經設計完成,交予預拌混凝土廠(或自行提出),從試拌、廠拌、量產程序等是一連貫的作業,所有材料(水泥、粗細粒料、水質、化學摻料、礦物摻料等),都必須符合CNS相關規範,生產拌合混凝土的拌合機、和操作員的專業素養,是拌合均勻和穩定生產的關鍵。表1顯示,CNS 3090[1]附錄,A1混凝土拌合機均勻性要求記載,從同一盤不同的部位,獲得的最高值和最低值的差異。本標準係比較兩件樣品,表示測試盤次的第一個和最後一個部分,若符合表A.1所示6項試驗中之5項要求者,應視為「均勻混凝土」。CNS 3090僅規定測試盤次須符合A.1表中5項即可;然而,土建工程混凝土生產時程,可能橫跨一段時間,甚至數年之久,期間受原物價波動或短缺、氣候急劇變動、操作人員人事變遷和人員長時間操作心情起伏甚鉅等等5M因素,造成最初檢驗混凝土拌合機均勻性是合格,量產時因受到上述因素左右,品質變動非常頻繁而失真,大幅影響結構混凝土耐久性與使用年限,此問題尚待解決。
表1 CNS 3090附錄A表A1混凝土拌合機均勻性要求
試驗項目 |
單位 |
同盤混凝土從二部位取樣其 試驗結果及最大允許差質 |
|||
15%試樣 |
85%試樣 |
差值 |
允許差 |
||
每m³質量(不含氣基準) |
kg/m³ |
2355 |
2364 |
9 |
16 |
含氣量(對混凝土之體積比) |
% |
1.8 |
1.7 |
0.1 |
1.0 |
坍度: 平均坍度為100mm以下 平均坍度大於100mm至150mm |
mm mm |
- 270 |
- 270 |
- 0 |
25 40 |
4.75mm CNS 386-1試驗篩以上粗粒料之含量(質量比) |
% |
32.6 |
32.4 |
0.2 |
6.0 |
不含氣之砂漿單位質量(對所有試樣之平均值為其基準百分率) |
% |
2231 |
2249 |
2240 0.8% |
1.6 |
99.6 |
100.4 |
||||
7天之平均抗壓強度(對所有式樣之平均抗壓強度為其基準百分率)a |
% |
187 |
200 |
194 6.7 |
7.5b |
96.4 |
103.1 |
||||
註:a:每一式樣至少製作3只圓柱試體。 註:b:在取得7天抗壓強度試驗前,拌合機可暫先核准使用。 |
CNS 3090拌合機均勻性試驗,從表1可以理解到只要符合6項中的5項。但是預拌混凝土生產品質的「均勻性」,只要滿足CNS 3090規定,是不是生產品質就很均勻呢?而與品質「穩定性」、「重現性」和「反復性」,是否相等呢?答案是不一定,也有可能是為應付檢驗查核,也許過往品質與當初均勻性測試時之品質偏離甚多;而料源穩定,特別是砂源,更是混凝土品質嚴苛的試煉。CNS 3090有「均勻性」的規定,反而缺少「穩定性」的訴求,一般只有反覆「均勻性」試驗來彌補。高性能混凝土施工特別條款[2]中,針對品質訴求歷程,是從「料源管制,O級品管」、「配比驗證」、「製程管制」、「成品驗證」四大步驟,確保高性能混凝土設計需求達標。其中,在「製程管制」中,即要求高性能混凝土製成中,要經過「均勻性」與「穩定性」測試,過程是預拌廠先通過CNS 3090的「均勻性」試驗,接續是製程「均勻性」與「穩定性」測試,分成兩個不同時間、不同拌合手、不同天候等等情況下,各拌合一盤混凝土,分別在每盤15%及85%處,各製作15顆抗壓試體,總計一盤製作30顆標準試體,於7天齡期時進行抗壓試驗,所得數據經統計分析,求出平均強度值、標準偏差值、變異係數值,見表2,變異係數=標準偏差/平均強度×100%,這是高性能混凝土的「均勻性」,不同時期、人員、氣候等所得者;兩盤「均勻性」試驗的7天齡期平均強度,平均強度A1與平均強度A2,則「穩定性」為式(1)中括符的絶對值,
圖1表示A廠兩次「均勻性」強度分佈次數(fcꞌ=280 kgf/cm2),第一次試驗分布較廣,第二次則較為集中,「穩定性」=3.31%;高性能混凝土特別條款,產製階段的「均勻性」及「穩定性」,要求都在5%以內,混凝土單一參數,最重要者之一就是抗壓強度,試驗所得用於評估混凝土具備「均勻性」與「穩定性」,頗為恰當!表2中A廠與B廠產製過程的「均勻性」與「穩定性」都是合格的。
表2 預拌混凝土A廠與B廠的「均勻性」與「穩定性」試驗
次數/項目 |
7天抗壓強度 |
|||
A-104.5.7 |
A-104.6.3 |
B-104.5.12 |
B-104.6.20 |
|
1 |
305 |
299 |
388 |
391 |
2 |
307 |
295 |
398 |
397 |
3 |
300 |
288 |
403 |
395 |
4 |
310 |
287 |
385 |
376 |
5 |
309 |
301 |
386 |
370 |
6 |
315 |
300 |
385 |
403 |
7 |
311 |
286 |
393 |
387 |
8 |
306 |
289 |
384 |
392 |
9 |
308 |
290 |
378 |
380 |
10 |
309 |
291 |
395 |
369 |
11 |
303 |
292 |
401 |
387 |
12 |
304 |
294 |
389 |
376 |
13 |
307 |
304 |
384 |
392 |
14 |
306 |
303 |
388 |
386 |
15 |
306 |
285 |
403 |
399 |
16 |
312 |
287 |
407 |
385 |
17 |
300 |
300 |
386 |
386 |
18 |
299 |
296 |
389 |
374 |
19 |
298 |
301 |
391 |
392 |
20 |
300 |
297 |
397 |
401 |
21 |
295 |
297 |
400 |
383 |
22 |
295 |
302 |
387 |
394 |
23 |
296 |
304 |
395 |
400 |
24 |
300 |
300 |
399 |
394 |
25 |
302 |
287 |
402 |
406 |
26 |
301 |
290 |
386 |
375 |
27 |
309 |
291 |
401 |
399 |
28 |
310 |
294 |
396 |
376 |
29 |
305 |
297 |
396 |
392 |
30 |
304 |
288 |
392 |
399 |
(1)平均強度(kgf/cm²) |
304.41 |
294.52 |
392.8 |
388.5 |
(2)標準偏差(kgf/cm²) |
5.2 |
6.0 |
7.3 |
10.3 |
變異係數(%) (3)=(2)/(1) |
1.71 |
2.04 |
1.86 |
2.65 |
均勻性(%) (4)=(3) |
1.71 |
2.04 |
1.86 |
2.65 |
穩定性(%) (5)=(1)(大值-小值)/平均值×100 |
3.31 |
1.10 |
圖1 案例預拌混凝土A廠兩次抗壓強度出現次數與生產品質穩定性
結論
本文所介紹CNS 3090與高性能混凝土特別條款,內容所載的「均勻性」與「穩定性」規定,可以互相參考佐證混凝土產製變異性。土建工程設計用混凝土或高性能混凝土時,可以依照所提出之方法,來監控查核品質,建議仍是以CNS 3090為藍本,加上高性能混凝土特別條款,「均勻性」與「穩定性」廠試,讓結構混凝土品質,是在可控制條件下生產。
參考文獻
1. CNS 3090,預拌混凝土,中華民國國家標準,104年1月13日。
https://www.cnsonline.com.tw/?node=result&typeof=common&locale=zh_TW。
2. 黃兆龍(2003)。高性能混能土理論與實務,詹氏書局,台北。
【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】
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