1、以上者，称为高强度混凝土。 特殊混凝土：特殊混凝土之定义- 为符合特殊工程需要与目的，加入特殊用途的掺料，或以特殊的机械施工方式来制造之混凝土。因此，本公司为因应客户需求，所量身定做、生产之 - 轻质混凝土、巨积混凝土、预冷混凝土、无收缩混凝土、早强混凝土、纤维混凝土、高强度混凝土、高性 能混凝土、输气混凝土、喷凝土等等，皆归属于特殊混凝土的范围内。本公司所产制之预冷混凝土，应用于营建工程上之最佳实例 -国家地震工程研究中心新建工程。此案亦为国内首度使用液态氮混凝土成功之案例。使用液态氮与一般使用冰水降温方式比较起来，有下列几项优点： 干燥直接冷冻不产生冰体。 可依实际浇灌温度，任意调整液态氮
2、之使用量。 设备成本较制冰设备低，设备占用空间小。 可降温至冰水设备无法达到之温度。 可避免因融化之冰，使混凝土内产生如冻豆腐般之孔穴。波索兰材料（炉石、飞灰）之性质与应用：近日来，由于集集大地震造成全台上万栋建筑物倒塌，许多人家破人亡。因此，有人便将部分原因归咎于预拌混凝土业添加波索兰材料（炉石、飞灰）过量所造成。其实任何事物都是过犹不及，只要适时适量地使用波索兰材料，混凝土在后期强度与耐久性 上的表现，是优于水泥混凝土。 一般而言，我们所称之波索兰材料有三：分别为飞灰、炉石、硅灰。1. 飞灰：最初之飞灰系火山爆发时所喷出之大量灰尘，目前之飞灰来自火力发电厂烟囱所排放之灰尘，系屑煤经磨碎至7
3、0%通过200号筛之细粉喷入温度达700之锅炉燃烧后，随热空气上升的轻质不燃烧物经过热器、再热器、筛碳器，降温至350后成为具化学活性 的含硅材料。飞灰是一种石英与铝酸盐的混合物，本身不具胶结力，而是与水泥水化时产生之氢氧化钙作用后，所产生具胶结力之酸钙水化物。飞灰中含有丰富之氧化硅（）、氧化铝（）以及氧化铁（），其结构为玻璃质球状物，粒径约在0.4um100um之间，其比重为2.02.2。当波索兰反应发生时，飞灰中的与与水泥浆体中之氢氧化钙（Ca（OH）2）反应，产生晶状的钙铝盐类（C-A-H）以及低密度的钙硅胶体（C-S-H），来填塞混凝土中微小的孔隙，并提高骨材界面键结强度，减少混凝土的
4、透水性 并提高其耐久性。添加飞灰亦会影响新拌混凝土的用水量、稠度与胶结特性 。在相同坍度条件下，当飞灰之烧失量小于5.5%时，可节省拌合用水量。反之，则必须增加更多的用水量以维持相同的坍度。含钙质（CaO）较高之C型飞灰的波索兰反应较快，迅速生成钙硅胶体（C-S-H）来填塞混凝土中微小的孔隙，因此混凝土的早期强度较高。含钙质较低之F型飞灰的波索兰反应较慢，混凝土的早期强度便会降低。因此，在ACI规范中规定飞灰在一般混凝土取代量上C级为1535%，F级为1525%。2. 炉石：炉石为熔炼钢铁时所生的副产物，其中含有氧化硅（）等成份。炉渣由高炉排出冷却所得之固体物，称为高炉石，依其冷却方式的不同，
5、可分为水淬炉石与气冷炉石两种。水淬炉石是高炉熔渣以喷水方式急速冷却，使炉渣碎裂成粒状，由于冷却时间过于短促，晶体不易形成且微结构凌乱开放，活性 大增且具胶结性，只要细加研磨即可取代部分水泥，亦称为高炉熟料。气冷炉石是采用徐冷方式，形成构造较坚固且致密，活性 不佳且无胶结性，可做混凝土骨材或制造水泥之原料。活性高的高炉熟料在水中表面会产生一层酸膜阻隔水份的进入，故需利用氢氧化钙与石膏等触媒的侵蚀酸膜，使高炉熟料、水、氢氧化钙产生水化作用。若高炉熟料取代量太大，则水泥水化所产生的氢氧化钙与石膏等触媒量相对减少，致使高炉水泥之初期强度发展因水化反应并不完全而低于普通水泥。后期因进行一般波索兰反应（有
6、效填充孔隙、消耗氢氧化钠以抵抗硫化物侵蚀与碱骨材反应），因而提高混凝土的强度与耐久性 。当用水量相同时，高炉水泥之坍度会大于普通水泥。3. 硅灰：硅灰系由高纯度的石英与煤在电弧炉中加热至2000所产生硅金属及铁硅合金所浓缩的副产品。其成份为高含量不定型或非常细球型颗粒的二氧化硅，约占8598%，其余为少量的金属化合物。典型的硅灰比重约在22.5，远小于波特兰水泥的3.15，其平均粒径约为0.1um，约为波特兰水泥颗粒的1/100倍，为相当分散的状态，可与氢氧化钠起化学反应，其反应式如下：3CH + 2S 由于硅灰有较高之亲水性，因此添加之硅灰量和需水量之间有密切的关系性 ，在固定坍度下需水量会
7、随硅灰用量增加而增加，所以在不增加用水量的理想工作度要求下，硅灰必须与强塑剂一起使用，方能发挥其最大功效。波索兰材料之性质与应用方向。飞 灰炉 石成份、 、MgO、及碳 、优点减用水量，改善工作度，增加水密性 提高晚期强度减少体积变化，增加耐久性改善工作度提高晚期强度增加耐久性缺点 缺点降低早期强度、延缓凝结时间 降低早期强度、干缩量增加 应用方向预拌混凝土、混凝土污工制品、 巨积混凝土、高性 能混凝土。气候寒冷时、抗硫酸盐侵蚀、 抗融冻与碱骨材反应、巨积混凝土、 高强度混凝土。高性能混凝土（High Performance Concrete）：预拌混凝土是现今营建工程中，使用最普遍也是最多的
8、施工材料，其优点是价格低廉、使用方便，且具有耐压、耐久、耐火等特质。但可惜的是，传统混凝土由于强度不足，以致于构件本身断面积大，增加构造物自重并减少室内可使用空间。传统混凝土的用水量及水泥量较高，容易滋生泌水、析离或蜂窝，或因低水灰比、低坍度造成施工不易及擅自加水等情形，严重损害混凝土的品质。此外，传统混凝土的体积变化量大，也容易发生干缩、潜变、龟裂等缺 点。因此，如何改进传统混凝土的缺点，成为近年来营建业界一直致力研究改进的重点之一。高强度混凝土的配比设计，需要使用大量的拌和水量及水泥。因此，容易造成下列的问题：1.拌合水泥量过多：早期水化热高及温度上升率大。塑性 收缩量大。凝结时间短。经济
9、性不佳。2.拌合水量过大：降低抗压及抗弯强度。提高渗透性 、降低水密性及增大吸水性。降低抗风化能力。降低浇置层内钢筋与混凝土之界面键结力。增加干湿作用下之体积不稳定性 。增加干燥龟裂之发生机率。 高性能混凝土的出现，即是为了解决此一问题。高性 能混凝土首先是1990年5月，由美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土学会（ACI）所首先提出，其特点为：高强度、高弹性 模数、高工作度、高体积稳定性、高耐久性、高耐磨性、高水密性等等。从公元1992年开始，世界各国逐渐采用同时添加卜作岚材料及强塑剂的方法，改善高强度混凝土黏稠性 ，而强度的特性系依据水胶比，即水加上液态掺料之重量与水泥（C）加
10、上卜作岚材料（P）重量之比率来决定。高性 能混凝土配比的二项主要法宝，即卜作岚材料与强塑剂，而使用材料之要求，为高品质的材料，在于发挥材料特质，其余的特性 与一般混凝土无异。水泥采用较细的颗粒，在于增进水化反应，使水泥能充分发挥效应。卜作岚材料添加目的有：减少水化热，降低温度裂缝的产生机率。将水泥中之碱性 物质，如氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾等，转换成稳定性之胶体及晶体。改善骨材与水泥浆之界面，增加链接强度:改善混凝土致密性 。减少水泥量，增进混凝土工作性，增加混凝土耐久性质。强塑剂的使用，旨在减少水量，因拌和水量多，对耐久性 是绝对不利的，减水而保持工作性，也可以减少水泥用量，间接达成耐久性
11、 及经济性的目的。为了使高性能混凝土更容易流动， 1995年美国混凝土学会ACI318-95结构混凝土规范，采用水胶比的耐久性 设计观念，其实已接近高性能混凝土的含义。台湾地区高性能混凝土于公元1992年初期发展，初始被定义为高强度及高流动 化混凝土，着重于安全性及工作性。1996年末遂改变成符合耐久性 、安全性、工作性、经济性、生态性的优生高性能混凝土，近期已开始应用于许多工程案例之中。高性能混凝土之配比设计系兼顾安全性、耐久性、工作性 、经济性、耐久性及生态性，其重点准则分述如下：1. 安全性：对结构设计者而言，安全性为配比设计最高的准则，但安全性 绝不是越高越好，而是以设计需求强度为基本
12、要求，所以在配比设计上，只要满足设计时之需求强度即可。传统ACI配比设计法之强度系由浆体之水灰比（W/C）来控制，ACI 318-95新规范则改以水胶比（水和胶结料的比例（W/CM）来控制，其强度系由骨材透过应力传递而达成。在此种状况下，强度只需靠适量的水泥浆体即可达成，可避免水泥浆体干缩龟裂的问题。2. 耐久性：在传统（ACI 318-89）设计规范里，是以水灰比（W/C）来考量混凝土的耐久性 ；而ACI 318-95 新规范结构混凝土中特别以水胶比（W/CM）来规范混凝土强度，以期获得混凝土的耐久性 。ACI 318-95规范容许使用水泥以外的卜作岚材料，像飞灰、炉石、稻谷灰、硅灰、及其它
13、火山灰材料。经过l0年来大量数据显示，添加飞灰、炉石等卜作岚材料具有阻渗及抗蚀的功能。3. 工作性：对一般混凝土施工而言，如果混凝土太干黏，则施工不易，容易产生蜂窝，甚者易使现场工人为施工便利而私自加水，导致设计强度（水灰比）走样。高性 能混凝土具有高流动的特性，可以缩短工期、节省人力及简化施工作业等。高工作性 包括容易施工、没有析离、容易粉光、或后续的处理简易。假设工作性 良好，自然就不会擅自加水，一旦不会加水，混凝土品质就能够获得较大的保障。4. 经济性：高性能混凝土的经济性建立在水泥的强度效益、高生命周期、易施工之低成本上。目前台湾的混凝土每一公斤的水泥约只能发挥0.7 Kg/cm2的强
14、度，而文献上最佳的效率则是每公斤水泥可发挥7 Kg/cm2的强度。目前国内高性 能混凝土规范则规定每公斤水泥应可发挥至少1.4 Kg/cm2的强度。高性 能混凝土虽比传统混凝土多加化学掺料及卜作岚材料，由材料的观点来看，其初始制造费用，的确比传统混凝土高，但从改善工作性 、提高早期强度、提高结构耐久性、降低施工费用，节省工时、提高力学性 能，减少构件尺寸与断面等所得之效益，不仅可弥补混凝土之价差，且更具经济效益。5. 生态性：混凝土的制造不仅应达到结构材料的强度，也要考虑到生态性 的问题。如果使用比较高的强度，则能够缩小结构的尺寸，材料自重减小，那么基础的承载力可以也相对缩小，所有包括石头、砂
15、、水泥等材料都可以有效运用。高性 能混凝土充分利用卜作岚材料，包括电力公司所生产的飞灰，炼钢产生之炉石，或农业生产的稻壳，无形中可使原来这些可能是污染的物质转变成资源，如此可以有效的减少资源的损耗，从长期来讲是有正面的意义。传统ACI配比之混凝土构造物在耐久性方面的问题屡见不鲜；在台湾有关构造物耐久性 最为熟知的例子就是澎湖跨海大桥之钢筋腐蚀，导致使用寿命缩短。这些构造物大都在未达应有的设计使用年限前，即需加以维修或重建。这样不祇造成金钱的浪费，更影响社会经济整体的发展与国民生活的不便。HPC 之设计随着国内几次成功的经验，印证其效果卓著。高性能混凝土特别适合使用在恶劣的环境中，除可确保其服务
16、性 亦可延长其使用寿命。展望未来，营建工程应在既有之安全性为前提下，引用高性 能混凝土的理念，改善目前所使用之混凝土，以确保营建工程具有经济、安全、实用与耐久等优良品质。参考文献：黄兆龙，混凝土性质与行为，詹氏书局。孙吉宁，高性能混凝土未来在捷运工程上应用之展望，台北捷运局捷运技术第十九期。实例说明 客户名称工程名称特殊工法 大陆工程国家地震研究中心飞灰量为水泥之30以上，使用低温水泥并使用液态氮降温至21以下，设计强度为5000psi。达欣工程中华体育馆每米混凝土之干缩比不得超过0.3，设计强度为4000psi。中鹿营造士林电机巨积混凝土厚度6m，以低水灰比、高工作性 之混凝土施工。汉德大楼
17、连续壁使用混凝土坍度23、流度50、强度3500psi。 美术柱使用混凝土强度5000psi、坍度20。东帝士营造汐止摩天镇全省RC结构之最高楼（地下7层，地上37层），梁柱设计为6000psi。长谷建设高雄50层办公大楼现场添加药剂，使坍度由12变为18。宏总建设42层办公大楼结构施工采用逆打工法，1.5m高之筏式基础，添加23飞灰混凝土以防止巨积混凝土之水化热。宏国建设莺歌国宅YH工法施工研发中心简介混凝土研发中心简介：国产实业建设股份有限公司混凝土研发实验室（简称混凝土研发中心）成立于民国九十年七月。混凝土研发中心以促进预拌混凝土之设计开发，提供公司内部混凝土品控领域之咨询服务，提升公司
18、品管领域之本职学能，加强与国内产、官、学界研究机构之交流，并厚植产业之竞争力为宗旨。研发主题以近程、中程、长程规划作为研究发展之目标，并配合厂区之需求，以经济、安全、工作与耐久作为研究开发之基本架构。本中心亦与学界紧密结合，除推动产学合作及技术转移外，亦于内部举办一系列有助于厂区开发之研讨会、座谈会、成果发表会及训练课程，以将研发成果应用于公司之产品需求中。混凝土研发中心组织架构：预拌混凝土事业处：负责对内督导研发中心各项业务及对外与国内学界及研究机构之交流协调。企划室：负责管制计划，支持一般行政业务。混凝土研发中心：协调整合国内学界之研究计划，进行合作研发及建教合作，并负责研究发展评估、研究
19、成果推展与品管人才培训、相关技术及市场趋势之咨询服务。混凝土研发中心业务：一、咨询及规划提供品管技术支持及计划整合服务、研究发展成果咨询、技术转移之辅导服务与其它相关之工程问题咨询服务，并提供厂区内部相关品管研讨会及国家标准相关训练课程之规划。二、研究发展本中心为促进混凝土之多元发展，结合相关研究领域之学者专家，进行混凝土添加掺料及其对混凝土性质与行为之研究发展。研究主轴包括：添加卜作岚掺料应用于混凝土中之最佳用量、公司所使用化学掺料的物化性检测、使用工业副产品于预拌混凝土中以再生利用（环保混凝土、绿建筑）、发展提升耐久及工作性能的高性能混凝土等。为因应多变的社会趋势及客户之不同需求，研发中心
20、每年均会针对当前之技术发展趋向，制定预拌混凝土设计与开发计划加以执行，待设计与开发完成并经由上级单位核准后，便将成果发表分享各厂区，并投稿刊登于相关之专业期刊文献中。三、大宗原物料之管控每月定期针对各厂区所使用之卜特兰水泥、矿物掺料（水淬高炉炉石粉、飞灰）、化学掺料、混凝土粒料进行相关试验，以检测管制料源之性能，并将检测之结果通知厂区品管负责人员及购料部门，俾对原料品质进行管控。四、培训为提升厂区品管人员之本职学能，本中心致力于办理各项品管人员之内部教育训练，举办多场研讨会、座谈会、成果发表会，培育实作应用之人才。合作交流及相关产学合作案本中心亦推行各类产学合作及技术转移之工作，已完成之案件包
21、括：（一）与财团法人台湾工业技术研究发展基金会合作进行【高性能混凝土制造厂认证及授证计划】专案。其目的在于进行高性能混凝土制造厂之预拌混凝土生产制程评估及配比技术审查工作，认证预拌混凝土厂资格，以保障高性能混凝土之品质。（二）【硅灰与高岭土高性能混凝土之研究】：与国立台湾师范大学及国立云林科技大学共同合作之研究项目，其目的在于探讨硅灰及高岭土高性能混凝土之配比与工程性质，并比较高岭土与硅灰作为高性能混凝土矿物掺料之经济效益评估。（三）【TAICON之强塑剂、流动性（坍度损失）与磁化水之交互影响研究】：与中华民国结构工程学会委托合作。本次研究计划利用磁化水拌和TAICON（HPC），研究其坍损性
22、质，了解磁化水及TAICON（HPC）之间的坍损机理，并参考台湾大学所进行的TAICON（HPC）坍损研究，以探讨磁化水混凝土作用机理，希望藉由强塑剂及磁化水性质的认识与掌握，进而得到品质稳定的TAICON（HPC）以供工程所需，并研究量产磁化水TAICON（HPC）之可行性。（四）与国立台湾科技大学建教合作进行【预拌混凝土料源质量管理计划】项目：计划目的在于针对国产实业建设股份有限公司所属预拌混凝土厂进行材料质量管理研究，调查分析预拌混凝土厂所使用之混凝土材料品质，由调查分析之结果，协助建立预拌厂混凝土材料品质分析制度和生产变异分析能力，便于该厂能更确实掌握其品质，确保均匀性及生产效率性等。
23、（五）【化学掺料的物化性质检测】：与台湾师范大学化学系建教合作进行研究，以IR、UV、流变性质探讨各种化学掺料的基本性质差异及与水泥或矿物掺料之兼容性，以确认化学掺料之化学成分，进而掌握混凝土之工作性质及抗压强度的稳定。（六）【水库淤泥轻质骨材之产制及轻质骨材混凝土之产业化应用-水库淤泥轻质骨材混凝土之制作】：与台湾科技大学、中兴大学及国科会共同合作之研究主题。研究目的是以水库淤泥烧制轻质骨材，降低其成本至具有竞争力的价位，使轻质骨材混凝土在国内迅速发展，并建立本土轻质骨材混凝土配比、工程性质数据库及产制技术。预拌混凝土设计与开发成果：（一）民国90年度研发成果混凝土之化学掺料、水灰比及养生条
24、件与其强度发展影响之研究（二）民国91年度研发成果添加卜作岚材料对混凝土性质影响之研究飞灰取代部分混凝土细骨材之性质影响研究（三）民国92年度研发成果卜作岚反应对碳酸钙白华之影响机制石灰石替代水泥与以转炉石替代细骨材使用时对混凝土性质影响之研究硅灰与高岭土高性能混凝土之研究1.根据SEM观察结果，硅灰外观略成球状颗粒，且部分聚集在一起，粒径约0.3m；高岭土属于片状结构，粒径约5m；而从XRD图谱显示硅灰主要具有SiO2的晶相结构外，也有些非晶相结构的存在，高岭土则主要具有SiO2与Al2O3的晶相结构，非结晶结构并不明显。2.卜作岚活性试验结果显示硅灰的卜作岚活性指数高于高岭土，即硅灰有较高
25、的卜作岚活性。3.硅灰取代水泥5%时，因取代量较少，粒径比水泥颗粒小，在水泥颗粒间产生轴承效应，因此增加浆体的流度；取代水泥使用量5%时，因静电使硅灰吸附在一起，无法均匀分布于水泥颗粒间产生轴承作用，反而聚集而出现稠层效应，致使浆体流动性略为下降。4.高岭土取代水泥5%时，因量少且粒径比水泥颗粒小，对水泥砂浆流度影响程度较小。由于高岭土片状结构的影响，没有润滑作用，随着取代水泥量的增加，浆体流度值随之下降或者浆体不足的含水量随之增加。5.对于相同流度值100115%的浆体，不论硅灰或高岭土取代水泥，随着水胶比愈高，水分增加润滑作用，所需添加的强塑剂剂量减少。硅灰因强塑剂的作用而分散均匀，发挥轴
26、承作用，固添加强塑剂随硅灰取代水泥量的增加而些微减少或不便；高岭土因结构异于硅灰，随取代水泥量的增加而增加。6.对于相同标准流度100115%之硬固水泥砂浆抗压强度，硅灰取代水泥组别在W/B=0.42、0.485、0.55时之抗压强度以取代水泥使用量的15%时，其较控制组高出之幅度为最大。7.对于相同标准流度100115%之硬固水泥砂浆抗压强度，高岭土取代水泥组别在W/B=0.42以取代水泥10%、15%、20%时之抗压强度较控制组为高，其中以取代水泥使用量5%时之效果最好。W/B=0.55之组别，因水量过多，强度成长受到阻碍，后期之抗压强度没有一组较控制组为佳。TAICON之强塑剂、流动性（
27、坍度损失）与磁化水之交互影响研究一、TAICON流动性与坍度损失之研究混凝土在预拌车中持续低速搅拌并量测其坍度损失试验时，曾在坍流度损失至30cm时添加强塑剂，加快转速使药效发挥，但坍流度增加的幅度相当有限；而同样的要辆加入预拌车桶内，此时桶内混凝土之坍流度经多次倒出的经验判断约3540cm，却有明显的改善。可之二次加药，存在一临界时机，若是超过此临界点，则效果不彰。可能是因为二次加药所增加之电子相斥力，需打断其胶体间键结力，才能恢复坍流度，若是超过了临界时机，电子相斥力不足以打断胶体间之化学键，则无法恢复流动性。温度愈高，二次加药的效果对降服应力指标的改善愈差，但对降服应力指标的改善没有太大
28、差异。三次加药的效果，几次试验的结果都是造成了析离，可能是因水泥经一段时间的水化作用，产生胶体连结部分水泥颗粒，使得浆体中水泥颗粒粒径变大，但总表面积便少，无法完全吸附释出的水分而析离。这个部分还需要更多的数据来印证，不过由于三次加要在实际的工程使用上几乎不可能需要，因此研究中并无继续深入探讨。预拌混凝土车中的搅拌能有效减缓水泥颗粒间彼此的连结，破坏其絮凝结构，对减缓坍损有正面的帮助。二、强塑剂性质分析与对TAICON工作性之影响强塑剂之基本性质测试项目外观固含量（%）黏度（cp）pH值比重屈服应力（Pa）种类判定HP-100棕褐色液体25.04.423.611.0383.1210-3羧酸系强
29、塑剂HP-11R红棕色液体27.55.027.461.0674.72SC-10027.24.653.511.0351.24MTP淡黄色液体59.94.302.401.0374.80SPR43.51.777.001.0997.20磺酸系SNF37.01.896.921.0864.0HPC100041.11.876.571.093由pH与黏度值随时间的变化，得知磺酸系的SPR及SNF之稳定性最佳，两者经过3个月后，其外观、pH值、黏度仍呈稳定状态，其次为羧酸系的SC-100，其再pH=4时经过2个月后始见发霉，而HP-1000、MTP较不稳定，经过1个月就见发霉现象，其可能原因为强塑剂分子本身产生水解作用。三、磁化水对中强渡流动化混凝土之影响1.以高
