湛淵源、王庭華
技師
一、混凝土版面分層瑕疵
混凝土地坪，因內部某些因素，造成表面3-20mm深處分層剝離(Delamination)現象[1]，其分層面積直徑在數公分至數公尺寬，也造成版結構的不連續性，影響版面使用功能至鉅，見圖1。依據文獻[1]記載，版面分層剝離原因，可以分成新拌混凝土狀態下、及於硬固混凝土狀態下所產生的機理。前者是指混凝土澆置完成在初凝前，或終凝後表層過度拍擊與修飾表面，造成版內部局部分層現象；後者，是版面混凝土硬固後，因膠結料或粒料，誤用含游離石灰(f-CaO)與氧化鎂(f-MgO)等體積不安定材料，在遭遇暴露環境中，水分與溼氣侵入，與這些成分發生水化反應，生成體積變化100%-300%生成物[2]，此時硬固混凝土被頂起脹破，形成分層剝離或表面爆開的問題；也有可能是除冰鹽、水分濕氣等侵入版內部，侵蝕鋼筋金屬埋設物，發生侵蝕反應，造成鋼筋鏽蝕膨脹3-8倍體積[3]，導致形成分層剝離、或保護層裂開剝離掉落。
本文暫時不討論新拌混凝土分層剝離問題，而是聚焦在硬固混凝土疑似遭受因混凝土膠結料或粒料，誤用含游離石灰(f-CaO)與氧化鎂(f-MgO)等體積不安定材料，諸如水泥健性問題、膠結材料含氧化碴與還原碴等游離石灰(f-CaO)與氧化鎂(f-MgO)，或誤用未經安定化處理之氧化碴與還原碴粒料。換言之，不安定因素，以水泥、爐石粉來源、粒料來源(廢鋼煉製過程產生爐碴)等為探討重點。適當的試驗檢測方法，CNS 1258-卜特蘭水泥熱壓膨脹試驗法，是具有決定性必要手法；因為水泥健性(Soundness)試驗，是分析測試是否含因游離石灰(f-CaO)與氧化鎂(f-MgO)，存在於水泥中而影響體積穩定性，也可以套用於添加爐石粉中，是否有未經安定處理的廢鋼碴，或誤用未經安定處理的廢鋼碴當成粒料，製作混凝土成品，所導致版面膨脹體積不穩定分層剝離問題。
探討個案混凝土版面，歷經數個鑑定單位的檢測分析結果，最終鑑定成果版之分層原因，來自新拌凝土施作工序沒有掌握得當，所引起分層劣化；惟，混凝土材料源頭管制(Original quality control)疏漏[2]，就爐石粉來自大陸，及國內粗粒料來源疑似添加廢鋼碴，未經安定化處理，導致含游離石灰(f-CaO)與氧化鎂(f-MgO)膨脹問題，層出不窮且相當嚴重；個案處理過程如后：
圖1 混凝土版分層剝離大樣圖[1]
二、版分層剝離與膠結料膨脹
混凝土版分層原因，由文獻[4]所建議的版面粉刷視窗，見圖2，可以清楚看得出來，版面分層原因是來自過早或過晚粉飾版面所造成的，尤其是採用機械式粉飾拋光機，振動壓實粉飾表面時特別敏感，稍有不慎，很容易產生分層剝離現象。圖2是由美國專家DipayanJan，在加拿大魁北克市，第29屆水泥顯微技術(Cement Microscopy)研討會發表專述，混凝土版分層巨微觀技術回顧(A-State-Of-The-Art)整理，論及分層整理，並依據ACI 302、ACI 308、ASTM C 403與實務經驗，詳細剖析形成分層機制與鑑定手法。從圖2中可以了解版分層與混凝土配方的拌合水量、凝結時間，和版面施工時機等，有環環相扣，密不可分關係；也就是說，版面施工配方，工作性要低，添加拌合水量盡量少，配比在工地的凝結時間要能符合現場施工鏝飾需求；現在問題點是施工以版面粉飾廠商需求為主，這也是營造商要求一定要滿足版面粉飾工項，而預拌混凝土供應商一定要使命達成這個目標才可；因此，版面實體模型試驗(Mock-up test)，就是要驗證版面材料和版面粉飾工序是否能契合，有問題一定要提出當面解決，尤其是凝結時間，是版面粉飾管制重點中的最焦點工項。
接下來討論版面混凝土含水泥(含游離石灰f-CaO與氧化鎂f-MgO)、膠結材料和粒料因誤用與使未經定化處理的鋼碴廢棄物問題，也是含游離石灰f-CaO與氧化鎂f-MgO成分，暴露環境中遇水或濕氣時會發生膨脹問題，會脹破表面或是產生分層瑕疵；而廢鐵煉製鋼鐵廢鋼筋時，因加入石灰石淨化鋼液而懸浮頂部的融熔廢爐碴，倒出丟棄時因量體龐大利用價值低，任由廢棄物清運公司處置，若是與不肖礦物摻料業者與粒料供應商掛勾，這些廢棄爐碴(大部分未經案定化處理)，被轉售至爐石粉或砂石供應廠商，在未及(或初糙)加工後被賣到預拌混凝土廠，製成混凝土送至公共與民間建築中，在後續硬化使用歷程中碰到水分濕氣，與其混合反應，如式(1)與式(2)所示，其體積膨脹1-3倍之多。這將造成建築構造物使用上極端困擾的事(諸如松菸文創特區混凝土表面爆開剝落「青春痘」事件)。
f-CaO＋H2O→Ca(OH)2 100-300% expansion of volume; (1)
f-MgO＋H2O→Mg(OH)2 148% expansion of volume.(2)
圖2 混凝土版粉刷視窗[4]
三、案例探討
由建築物混凝土版接觸案例而言，北部某賣場的地版發生分層剝離原因，經業主與營造廠發現地坪大面積分層剝離現象，隨即委託美國檢測單位[5](表1與圖3)、與學術鑑定單位，至現場與預拌廠採樣分析，初步做成疑似混凝土內部含游離石灰f-CaO與氧化鎂f-MgO成分，懷疑混凝土配方內有10%爐石粉。爐石粉來自大陸進口且容許使用，經安定化處理的廢鋼碴磨成細粉，進口時可能品管有缺失；且是採用國內砂石粒料，而懷疑內部含廢鋼碴混入粒料內部所致。如同前述，混凝土版面產生分層剝離，肇因是源自於新拌混凝土，抑或硬固混凝土階段所產生者，而原鑑定單位是依硬固混凝土樣本，並抽測預拌廠料源送檢驗分析，結論是來自大陸爐石粉MgO含量約6.8%，對比中鋼爐石粉則為2.3%，較CNS 12223-水淬高爐爐碴規範內之表1規定，MgO化學成分應≦10%。此規定是採用在水淬爐石粉規範中，但以廢鋼碴MgO規定，因政府已明定，爐石粉內僅能以煉鋼高爐所產出經水淬後研磨而成，若以CNS 12223規定，僅是一種權宜措施，只是MgO含量是國內省產者達3倍之多，此結果頗令原鑑定單位合理的質疑，且經由粒料pH質檢測呈高鹼性，更加深內含MgO過量疑慮。不過，從表1及圖3光學顯微鏡，以ASTM C457顯微鏡分析技術，檢測分層部位空氣含量12-15%(個案案場A)，較無分層3-4%(個案案場#1)約大3-5倍以內，此結果頗耐人尋味個中差異原因!
爭議個案雙方(營造廠與預拌混凝土廠)，進入司法階段，裁決由本公會釐清爭議事項：即為混凝土版面是否含過量f-MgO成分，展開現場採樣檢驗釐清該項爭議事件始末。由以往鑑定單位至預拌廠調查試驗結果，爐石粉含MgO成分是6.8%，較國內中聯爐石公司生產爐石粉2.3%高約3倍，但還是低於CNS 12223規定(MgO ≦ 10%)。為能去惑解疑取信兩造，公會鑑定技師提出：(膠結料與粒料含f-CaO及f-MgO)加速激發處理試驗，以CNS 1258-卜特蘭水泥熱壓膨脹試驗法，將鑽心體置於高溫高壓蒸鍋(20.8±0.7 kgf/cm2，相當於壓力 215.7±1.7 oC)蒸煮三小以上，比較試驗前後，鑽心試體表面有無異樣(龜裂、剝落、分解、翹屈、變形等)，同時未來可經由X-ray及SEM/EDS分析化合物成分含量有無異常。
本法是水泥製造廠自主檢測水泥，是否含有f-CaO與f-MgO，以100 oC熱水快速蒸煮水泥漿製品樣本3小時，激發這些具膨脹性物質過量問題? CNS 1258僅適用於水泥，引用在混凝土中，尚在CNS主管單位起草中，將來國內就會有更詳盡，諸如CNS 1258，檢測硬固混凝土具膨脹性劣化問題[3]。圖4顯示個案參考CNS 1258試驗結果分析，在高壓高溫鍋用水蒸煮3小時以上，而且溫度大於200 oC以上環境，較CNS 1258建議水泥廠自主快速水煮溫度高，就個案現場混凝土試體，用水高溫高壓蒸煮3小時以上，靜置至常溫狀態下，取出觀察試驗前後無顯著變化，印證加速環境劣化，混凝土內材料含f-CaO與f-MgO成分可能性低，個案現場版面分層剝離問題，極可能來自其他因素，特別表1載明分層部位含氣量12-15%，而另外現場頂部含氣量在3-4%，這是值得注意的地方，既然分層不是源自於f-CaO與f-MgO異常膨脹，鑑定導向，應從混凝土配方與施作工序，抽絲剝繭，釐清案情真相，此可參考文獻[6]建議作法，並至現場採樣，以ASTM C856-硬固混凝土岩相分析、ASTM C457-硬固混凝土顯微鏡技術，量測斷面含氣量參數分析法、X-ray繞設分析、電子顯微鏡SEM/EDS分析法，和施工過程中品質相關合約、施工規範、施工紀錄與文件，蒐集、分析綜合研判，以更科學與技術手法，鑑定診斷可能原因與維修及修復方法和所需成本[6]。
表1 個案A與#1分析資料(依據ASTM C856-硬固混凝土岩相分析)[5]
圖3 以個案取樣鑽心試體送至美國混凝土檢測公司依ASTM C856與C457分析結
圖4 參考CNS 1258對鑽心試體進行高壓高溫試驗，表面是否有異常膨脹毀損
四、結論
本文探討案例(混凝土版面分層與f-CaO與f-MgO)的鑑定方法，係審慎參酌施工品質瑕疵判斷利器，以本公會鑑定手冊[7]，同時參考CNS1258-卜特蘭水泥熱壓膨脹試驗法、ASTM C856-硬固混凝土岩相分析、ASTM C457-硬固混凝土顯微鏡技術量測斷面含氣量參數分析法、X-ray繞射分析法和SEM/EDS電子顯微鏡分析技術合成之方法，輔助蒐集施工規劃、工序設計、現場實作歷史履歷資訊等的綜合分析，確定案例混凝土版面分層剝離主肇因：f-MgO異常膨脹可能性低，結果是頗為公正客觀的，只不過這需有混凝土科技知識技術經驗人員擔任，本公會技師群，人力資料庫，人才濟濟，每位技師均學有專精，足以承當公私委託案與法院案件鑑定診斷的重任!
參考文獻
1.https://www.bing.com/images/search?q=slab%20delamination%20picture&qs=n&form=QBIR&sp=-1&pq=slab%20delamination%20picture&sc=0-25&sk=&cvid=D0716F09948A4357B7F3477602D41255 (108年11月01日由網站下載)。
2.經濟部工業局，電弧爐還原碴安定化技術手冊(初版)，台北市 (106年1月)。
3.黃兆龍，混凝土性質與行為(附光碟)，詹氏書局，台北市(106年4月)。
4.Dipayan Jana, DELAMINATION – A STATE-OF-THE-ART REVIEW, PROCEEDINGS OF THE TWENTY-NINTH CONFERENCE ON CEMENT MICROSCOPY, QUEBIC CITY, PQ, CANADA, MAY 20 -24, 2007.
5.COSTCO sampling Bei-Tou and Chung-Li stores concrete core specimens to Dominion Consulting Inc. USA report: (1). Concrete Floor Delamination Investigation, (2). Concrete Floor Comparison Investigation Bei-tou COSTCO, and the Chung-Li South COSTCO, (2015.12.22).
6.鄧勝軒，工程瑕疵鑑定之參考，台灣省土木技師公會，技師報，1073期，新北市板橋區(106年7月1日)。
7.台灣省土木技師公會，鑑定手冊(修訂)，新北市板橋區(99年3月)。
【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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