談CNS 3090預拌混凝土「均勻性」與「穩定性」

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

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

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100mm150mm

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

:a:每一式樣至少製作3只圓柱試體。

: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,

1240-6-1

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

 

1240-6-2

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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