SCC澆置面氣孔量與模板種類之關係探討

前言

我國目前正積極進行包含橋樑、校舍及老舊建築物的補強工程，以提升耐震能力。國內多數建築物為鋼筋混凝土造，補強工程之應用係在原有結構的構件或外圍增建，成為新的組合斷面，使抵抗地震力的斷面加大，藉以提高耐震能力。

鋼筋混凝土建築物補強工程，因補強新增斷面空間狹小，混凝土澆置作業不易，造成新增斷面混凝土的澆置品質常出現如蜂窩、冷縫、粒料析離等缺失。自充填混凝土(SCC)因具有良好的流動性、不須搗實等優良施工特性，目前逐漸推廣於重要工程、混凝土施工困難工程及補強工程。

自充填混凝土(SCC)之坍流性很好，但其黏稠性相對亦較高，依以往自充填混凝土澆置施工經驗發現，混凝土澆置完成後之表面常殘存許多大小不等的氣孔，尤其採用鋼模時，殘存之氣孔數量更為明顯。

本文以探討實際施工案例自充填混凝土澆置面氣孔量與模板種類之關係為研究標的，澆置混凝土種類為自充填混凝土，而模板則分別採用普通模板、清水模板及鋼模三種，探討混凝土澆置完成後之表面殘存的氣孔多寡與模板種類之關係，並且分析探討其中原因。

SCC與傳統混凝土之性質比較

傳統混凝土與自充填混凝土就性質差異、配比設計以及施工品管差異性作比較分析，分別如以下表1~3敘述；表1為混凝土性質差異比較，表2為混凝土配比設計資料比較，表3為混凝土施工品管差異性比較。由表1~3所列比較顯示自充填混凝土有著較佳的性能表現，但相對地對於預拌廠及現場均必須從材料品質、配比設計、產製及施工乃至品質驗證，藉由5M及PDCA循環，進行全面整合，並建立透明化的品質資訊，以確保自充填混凝土強度、工作性達到最小的變異量。

表1 傳統混凝土與自充填混凝土性質差異^(1，2，3)

表2 傳統混凝土與自充填混凝土配比設計資料比較 (以350kgf/cm2為例) ^(1，2，3)

表3 傳統混凝土與自充填混凝土施工品管差異性比較^{(1，2，3，4)}

傳統混凝土與自充填混凝土用於建築物補強案例之比較

本文依據建築物補強工程之施工案例紀錄觀察所得，比較傳統混凝土與自充填混凝土運用於補強工程的適用性，內文將就施工完成面、模板種類與氣孔量等兩方面作比較及討論。

一、施工完成面比較

目前國內RC建築物補強工法多採用擴柱、翼牆或剪力牆補強工法，擴柱工法係在既有柱兩側均各增加15~20 cm厚，以加大柱斷面，增加柱之強度與韌性；翼牆補強工法是在柱兩側面增建一道厚度約25 cm、長約60 cm的窄牆；剪力牆補強工法則是在既有的兩根柱之間增建一道厚度約25 cm的RC牆。不論擴柱、翼牆或剪力牆補強工法，其厚度很小，內部皆排置大量鋼筋，且上下兩端均受既有結構束制，因此，混凝土的澆置及搗實相對困難，(圖1(b)及圖2(b))顯示傳統混凝土澆置後的構件表面有許多氣孔或蜂窩殘存，(圖1(a)及圖2(a))則使用自充填混凝土，構件表面較為緻密平整。

    A建築物翼牆補強表面(自充填混凝土)      B建築物翼牆補強表面(傳統混凝土澆置)
                                                           圖1補強構件混凝土表面比較

                              
     A建築物翼牆補強表面(自充填混凝土)      B建築物翼牆補強表面(傳統混凝土澆置)
                                                      圖2 補強構件混凝土蜂窩比較

圖3 採用清水模板之SCC澆置後混凝土表面氣孔狀況

二、模板種類與氣孔量之比較

一般人對於工程品質好壞常依「望聞問切」方式來評定標準，而「望」作為評定之首-以澆置後的混凝土表面平整及緻密程度，若混凝土表面光滑則認為工程品質良好，相反的，若混凝土表面有蜂窩或大氣孔的存在，則不論混凝土強度如何，均會視為工程品質不良。近年引進SCC自充填混凝土材料後，使混凝土澆置後蜂窩現象大幅減少，但大小氣孔依然普遍存在。以下就模板種類與SCC澆置面大氣孔的出現情形，透過工程實際案例的觀察結果，說明及探討兩者間關係。

圖1(a)是使用普通模板，配合自充填混凝土(SCC)的澆置，顯示自充填混凝土(SCC)澆置之表面氣孔殘存不明顯。圖3是使用清水模板，配合自充填混凝土(SCC)的澆置，照片顯示自充填混凝土(SCC)澆置後的混凝土表面有許多的氣孔殘存。圖4所示是使用鋼模板，配合自充填混凝土(SCC)的澆置，照片顯示自充填混凝土(SCC)澆置後的混凝土表面亦有許多的氣孔殘存。

清水模板與鋼模板在單位面積範圍內，無接縫或是少接縫，而普通模板在單位面積範圍內，有著多處連接縫隙；亦即清水模板與鋼模板的兩模板間才有縫隙存在，且相距的距離長，普通模板則除兩模板間有縫隙外，單一模板由許多塊木板拼接而成，木板間也有縫隙存在。傳統混凝土拌合澆置及流動的過程中無可避免會有氣泡存在於混凝土內部，因此澆置時需藉震動搗實以排除大氣泡。SCC為流動性混凝土，不須經過搗實即可使蜂窩產生機會減小，但對於小氣孔仍無法免除。因SCC混凝土粘稠度較大，因此混凝土澆置時，附著於模板表面之氣孔排除困難，且澆置速率若未按澆置計畫實施，在澆置速率較快的情況下，亦影響SCC混凝土內空氣的排除。若模板為清水模板與鋼模板等大面積無接縫之模板，氣孔排除路徑較長，排除較困難，氣泡殘存於模板與混凝土表面之量較多，拆模後的混凝土表面會有許多的氣孔殘存。反觀普通模板之木板拼接的縫隙較多，縫隙間距離較短，氣孔排除路徑相對較短，故殘存於表面之氣孔量較少(5)。

圖 4採用鋼模之預力梁SCC澆置後底面及側面混凝土表面氣孔狀況

結論與建議

混凝土澆置後的表面平整及緻密程度，常被作為評定工程品質良莠的標準之一，若混凝土表面光滑則認為工程品質良好，相反的，若混凝土表面有蜂窩或大氣孔的存在，則不論混凝土強度如何，均會視為工程品質不良。SCC為流動性混凝土，不須經過搗實，即可使蜂窩產生機會減小，但採用清水模板與鋼模板時殘存於混凝土表面的氣孔量較多，而普通模板則氣孔殘存於混凝土表面的數量較少。究其原因與氣孔排除路徑長短及澆置速率有關，氣孔排除路徑之長短亦即模板縫隙間距離的長短，當模板縫隙間距離長，則空氣排除較困難，表面氣孔殘存量較多；若模板縫隙間距離短，則氣泡排除較容易，表面氣孔殘存量較少。氣泡排除的另一影響因素在於施工時的澆置速率，若未按澆置計畫實施，當澆置速率較快時，亦影響氣泡於黏稠度較大的SCC混凝土中排除。若想減少混凝土表面孔氣量，建議檢視配比，並可朝縮短模板縫隙間距離著手，配合檢討適當的混凝土澆置速率，依澆置計畫實施。最後再次感謝台灣省土木技師公會提供本案產學合作委託案，以使本研究能順利進行。

參考文獻

1. 林聰邦（2006）。混凝土厚度及飛灰取代水泥量對巨積混凝土水化熱溫升之影響。中國土木水利工程學刊，第18卷，第1期，pp.1-11。
2. 黃兆龍（2008）。南港車站地下化土建及機電工程委託施工監照服務-SCC新型製程研析及實務應用服務（期末報告）。台灣世曦工程顧問股份有限公司，2008。
3. 黃兆龍（2003）。高性能混凝土理論與實務。詹氏書局。
4. 鄭瑞濱（2013）。SCC拌合時間寧可久不要短，混凝土科技。第7卷，第4期，pp.55~56。
5. 賴瑞星、黃光亭（2014），自充填混凝土(S.C.C.)結構物外觀問題的改善，混凝土科技。第8卷，第2期，pp.70~76。

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