土壤液化基礎修復補強技術及早強混凝土設計錯誤樣態探討案例探討

 

前言

 

有時候為了達到特殊目的或為搶時間開放使用,致從業人員必須經常運用早強混凝土澆置於各類工程設施中。

 

本來,工程結構物使用早強混凝土,是極為正常的現象,但是近年來,屢屢發現早強混凝土設計發生問題,令人憂心難以保障施工品質。

 

職是之故,筆者擬藉本文,釐清有關早強混凝土錯誤設計樣態,並祈各先進不吝指正。

 

問題一:早強混凝土設計強度之問題。

 

錯誤樣態

 

1.使用於鋪面工程時,部份設計圖說,採用抗壓強度機制設計。

 

2.部份設計圖說規定,早強混凝土在凝固3小時之抗壓強度值,須≧175kgf/cm2;材齡28天之抗壓強度值,須≧350kgf/cm2。

 

潛藏危機

 

1.鋪面工程採用抗壓強度機制設計,極易衍生裂縫損壞狀況。

 

2.旨揭樣態之所以限定早強混凝土材料,在凝固3小時之抗壓強度值,須≧175kgf/cm2,此乃應用於人手孔蓋四周圍之補綻工程,為求施工3小時後,可開放交通使用。誠如前述,在鋪面工程上之混凝土,使用抗壓強度機制,即已埋下失敗之潛因,且抗壓強度≧175kgf/cm2之設計值,亦無法承載一般交通量之負荷,並極易衍生裂縫及角隅破裂等損壞狀況。

 

正確作為

 

1.混凝土材料若擬使用於鋪面工程時,建議應採用抗彎強度(Flexural Strength)之機制設計之,方屬正確之作為。 設計準則可參考文獻(1)及文獻(2)。

 

2.任何工程結構體,若擬採用早強混凝土材料施工時,應同時設計規定,1小時、3小時、1日、3日或7日等材齡時,即必須達到設計強度值之條款,且養護時間愈短者,其單價亦相對昂貴。準此原則,旨揭樣態規定,早強混凝土材齡28天時之抗壓強度值,須≧350kgf/cm2,則已明顯錯誤,亦不能以早強混凝土之項目,進行單價分析及估驗。

 

問題二:早強混凝土使用附加劑之問題。

 

錯誤樣態

 

1.部份設計圖說標示,早強混凝土使用早強水泥,混合水泥基粉末和級配粒料後,加清水即可施工,並註明早強水泥,並非一般水泥加快乾劑合成之快乾水泥。

 

2.使用過多之早強劑。

 

潛藏危機

 

1.部份設計圖說雖標示使用早強水泥以達到早強混凝土之需求,但是卻未說明,配合設計準則之資料,致在執行上顯有窒礙難行之處。

 

2.使用過多的早強劑,雖然可以加快早強混凝土硬固之時間,但是卻易於衍生髮絲狀之紋裂損壞狀況。即使施工後100%依規定養護,在早強劑過多的前提之下,此類紋裂損壞之狀況,亦無法完全避免。

 

正確作為

 

1.若擬使用早強水泥,應設定嚴謹的配合設計準則資料,以供混凝土拌和廠依循作業,並可減少產製流程中之變異性。

 

2.若擬使用早強劑,一般皆限定其使用量之上限,為水泥用量(重量比)的2.0%。若大氣溫度偏高,則早強劑之使用量可酌予降低。一般而言,氣溫70~90℉(21.1~32.2℃)時,早強劑之最高使用量可降至1.5%;氣溫90℉(32.2℃)以上時,早強劑之最高使用量可降至1.0%。

 

3.使用早強劑時,應先製成溶液,作為拌和水的一部份。切勿以粉末狀方式加入混凝土混合料中。

 

問題三:早強混凝土養護之問題。

 

錯誤樣態

 

部份設計圖說未標示養護事宜,或僅規定以灑水方式,作為早強混凝土澆置後養護之措施。

 

潛藏危機

 

1.養護作業之良窳,將直接影響一般混凝土之品質,以及日後使用之耐久性。而養護作業之於早強混凝土,將更形重要,亦即早強混凝土的養護措施,若不夠嚴謹,則極易產生紋裂之損壞狀況。

 

2.早強混凝土澆置完成後,若現場有強風之吹拂,且早強混凝土表面,直接曝露於強風環境下,則亦為衍生紋裂損壞之主要致因。

 

正確作為

 

1.設計圖說宜詳細規定,早強混凝土澆置完成後之養護措施及程序,以免損及施工品質。

 

2.早強混凝土澆置完成後之現場,若有強風吹拂之情形,應再特別規劃,早強混凝土澆置表面防風之策略。

 

綜合討論暨注意事項

 

早期之施工規範,皆規定一般性混凝土澆置完成後,養護時間須達28天材齡之久;現階段,則有部份施工規範僅規定:『混凝土澆置完成後,至少養護7天。』筆者認為極為不妥。

 

另一方面,早強混凝土之使用成效及單價,亦與養護時間成密切相關性(養護時間愈短,單價愈昂貴。),故設計工程師應正視養護作業之重要性,切勿掉以輕心而招致失敗。

 

總之,早強混凝土成效與成敗之致因,除了養護問題之外,尚有設計強度機制、早強劑之使用以及坍度大小等問題,不一而足。建議設計工程師,應融會貫通,才能設計出無瑕疵之結構體成品,避免衍生設計錯誤之情事。

 

參考文獻

 

1.FAA AC-150/5320-6C,”Airport Pavement Design and Evaluation”, 1989.

 

2.Portland Cement Association(PCA),”Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavement Structures”,1984.

 

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