97 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 透 水 混 凝 土 (3/3) GPN: 定 價 200 元 交 通 部 運 輸 研 究 所
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2 97 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 透 水 混 凝 土 (3/3) GPN: 定 價 200 元 交 通 部 運 輸 研 究 所
3 MOTC-IOT-96-H1DA005 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 透 水 混 凝 土 (3/3) 著 者 : 張 道 光 李 明 君 顏 聰 邱 垂 德 李 昭 明 陳 毓 清 交 通 部 運 輸 研 究 所 中 華 民 國 97 年 4 月
4 國 家 圖 書 館 出 版 品 預 行 編 目 資 料 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 : 透 水 混 凝 土. (3/3) / 張 道 光 等 著. -- 初 版. -- 臺 北 市 : 交 通 部 運 研 所, 民 面 ; 公 分 參 考 書 目 : 面 ISBN ( 平 裝 ) 1. 混 凝 土 2. 舖 面 工 程 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 _ 透 水 混 凝 土 (3/3) 著 者 : 張 道 光 李 明 君 顏 聰 邱 垂 德 李 昭 明 陳 毓 清 出 版 機 關 : 交 通 部 運 輸 研 究 所 地 址 : 臺 北 市 敦 化 北 路 240 號 網 址 : ( 中 文 版 > 中 心 出 版 品 ) 電 話 :(02) 出 版 年 月 : 中 華 民 國 97 年 4 月 印 刷 者 : 德 輝 興 業 有 限 公 司 版 ( 刷 ) 次 冊 數 : 初 版 一 刷 130 冊 本 書 同 時 登 載 於 交 通 部 運 輸 研 究 所 港 灣 技 術 研 究 中 心 網 站 定 價 :250 元 展 售 處 : 交 通 部 運 輸 研 究 所 運 輸 資 訊 組 電 話 :(02) 國 家 書 坊 臺 視 總 店 : 臺 北 市 八 德 路 3 段 10 號 B1 電 話 :(02) 五 南 文 化 廣 場 : 臺 中 市 中 山 路 2 號 B1 電 話 :(04) GPN: ISBN: ( 平 裝 ) 著 作 財 產 權 人 : 中 華 民 國 ( 代 表 機 關 : 交 通 部 運 輸 研 究 所 ) 本 著 作 保 留 所 有 權 利, 欲 利 用 本 著 作 全 部 或 部 份 內 容 者, 須 徵 求 交 通 部 運 輸 研 究 所 書 面 授 權
5 交 通 部 運 輸 研 究 所 自 行 研 究 計 畫 出 版 品 摘 要 表 出 版 品 名 稱 : 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 透 水 混 凝 土 (3/3) 國 際 標 準 書 號 ( 或 叢 刊 號 ) 政 府 出 版 品 統 一 編 號 運 輸 研 究 所 出 版 品 編 號 ISBN ( 平 裝 ) 主 辦 單 位 : 港 灣 技 術 研 究 中 心 主 管 : 邱 永 芳 計 畫 主 持 人 : 張 道 光 研 究 人 員 : 張 道 光 李 明 君 顏 聰 邱 垂 德 李 昭 明 陳 毓 清 聯 絡 電 話 : 傳 真 號 碼 : & 關 鍵 詞 : 透 水 混 凝 土 高 性 能 混 凝 土 生 態 工 法 鋪 面 材 料 交 通 工 程 摘 要 : 計 畫 編 號 96-H1DA005 研 究 期 間 自 96 年 01 月 至 96 年 12 月 臺 灣 多 年 來 因 為 經 濟 發 展 的 需 要, 進 行 各 項 交 通 工 程 建 設, 土 地 開 發 面 積 廣 闊, 使 用 不 透 水 材 料 常 發 生 暴 雨 積 水 災 害, 又 或 因 地 形 狹 長, 無 法 保 存 珍 貴 的 水 資 源, 其 影 響 程 度 非 常 巨 大, 為 解 決 前 述 問 題, 參 照 國 外 經 驗, 實 有 針 對 國 內 交 通 建 設 探 討 採 用 透 水 混 凝 土 之 必 要 性 由 研 究 結 果 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 以 應 用 於 交 通 之 建 設 工 程, 現 地 停 車 場 施 作 以 驗 證 透 水 混 凝 土 發 現 試 體 抗 壓 強 度 已 經 超 過 一 般 混 凝 土 結 構 物 規 範 要 求 (175 kg/cm 2 ) 藉 由 現 地 透 水 試 驗 驗 證 停 車 場 透 水 約 1000ml/15sec, 停 車 場 透 水 效 果 不 但 良 好, 而 且 表 面 無 裂 縫 產 生, 因 此 透 水 混 凝 土 可 運 用 於 人 行 道 停 車 場 與 道 路 工 程, 它 是 綠 環 保 鋪 面 材 料 出 版 日 期 頁 數 定 價 本 出 版 品 取 得 方 式 97 年 4 月 凡 屬 機 密 性 出 版 品 均 不 對 外 公 開 普 通 性 出 版 品, 公 營 公 益 機 關 團 體 及 學 校 可 函 洽 本 所 免 費 贈 閱 ; 私 人 及 私 營 機 關 團 體 可 按 定 價 價 購 機 密 等 級 : 密 機 密 極 機 密 絕 對 機 密 ( 解 密 條 件 : 年 月 日 解 密, 公 布 後 解 密, 附 件 抽 存 後 解 密, 工 作 完 成 或 會 議 終 了 時 解 密, 另 行 檢 討 後 辦 理 解 密 ) 普 通 備 註 : 本 研 究 之 結 論 與 建 議 不 代 表 交 通 部 之 意 見 I
6 PUBLICATION ABSTRACTS OF RESEARCH PROJECTS INSTITUTE OF TRANSPORTATION MINISTRY OF TRANSPORTATION AND COMMUNICATIONS TITLE: Application of High Performance Concrete to Transportation Engineering-Pervious Concrete (3/3) ISBN(OR ISSN) ISBN (pbk) GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBER IOT SERIAL NUMBER DIVISION: HARBOR & MARINE TECHNOLOGY CENTER DIVISION DIRECTOR: Chiu Yung-Fang PRINCIPAL INVESTIGATOR: Chang Tao-Kuang PROJECT STAFF: Lee Ming-Gin, Yan Cong, Ciou Chuei-De, Lee Chao-Min, Chen Yu-Ching PHONE: FAX: & PROJECT NUMBER 96-H1DA005 PROJECT PERIOD FROM January 2007 TO December 2007 KEY WORDS: Pervious concrete, High performance concrete, Eco-technology, Pavement material, Transportation engineering ABSTRACT: Being in need of Taiwan economic development in recent years, many traffic-related projects have been under construction. Vast land exploitation and the use of impermeable material has caused flood disasters ensuing tropical storms, reflection from harbor s walls and influence the ships safety when berthed at harbor, and the geography is so steep that water resource can t be reserved. In order to solve the above problems, we take the published papers as reference to do research on pervious concrete. It is found from this research that the manufacture procedure and test standard in pervious concrete are buildup for the applications of pervious concrete in Taiwan. The compression strength of one pervious concrete core specimen from test certification in the field construction (parking lot) exceeds the ordinary concrete structure specification (175 kg/cm 2 ). The field permeability test for the parking lot is about 1000ml/15sec. The water penetration of the above pervious concrete is very good and has no surface cracks. It can be applied to footpaths, parking lots and vehicle roads. It is an environmentally friendly pavement material. DATE OF PUBLICATION April 2008 NUMBER OF PAGES 206 PRICE 200 CLASSIFICATION RESTRICTED CONFIDENTIAL SECRET TOP SECRET UNCLASSIFIED The views expressed in this publication are not necessarily those of the Ministry of Transportation and Communications. II
7 高 性 能 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 之 研 究 _ 透 水 混 凝 土 (3/3) 目 錄 中 文 摘 要...I 英 文 摘 要...II 目 錄...III 表 目 錄... IX 圖 目 錄... XI 照 片 目 錄... XIII 第 一 章 緒 論 計 畫 源 起 研 究 目 的 研 究 範 圍 與 對 象 研 究 內 容 第 二 章 文 獻 回 顧 高 性 能 混 凝 土 生 態 工 法 透 水 鋪 面 與 排 水 鋪 面 排 水 性 路 面 III
8 2.3.2 透 水 性 路 面 排 水 路 面 與 透 水 性 路 面 比 較 透 水 混 凝 土 透 水 混 凝 土 之 定 義 透 水 混 凝 土 之 組 成 水 泥 骨 材 摻 劑 透 水 混 凝 土 之 設 計 方 法 透 水 混 凝 土 在 國 內 外 的 應 用 國 外 應 用 國 內 應 用 第 三 章 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 透 水 混 凝 土 之 組 成 材 料 膠 結 材 料 骨 材 拌 合 水 摻 劑 IV
9 3.1.2 透 水 混 凝 土 之 配 比 透 水 混 凝 土 之 施 工 輸 送 澆 置 養 護 建 立 透 水 混 凝 土 之 試 驗 標 準 透 水 混 凝 土 施 工 前 檢 試 驗 透 水 混 凝 土 施 工 中 檢 試 驗 透 水 混 凝 土 施 工 完 成 後 檢 試 驗 第 四 章 試 驗 計 畫 研 究 流 程 試 驗 材 料 水 泥 粗 骨 材 試 驗 變 數 材 料 配 比 配 比 編 號 試 驗 方 法 試 體 製 作 單 位 重 測 定 孔 隙 率 測 定 V
10 4.5.4 抗 壓 試 驗 抗 彎 試 驗 室 內 透 水 試 驗 現 場 透 水 量 試 驗 第 五 章 試 驗 結 果 與 分 析 新 拌 混 凝 土 單 位 重 試 驗 透 水 混 凝 土 硬 固 後 單 位 重 試 驗 透 水 混 凝 土 孔 隙 率 測 試 抗 壓 試 驗 抗 彎 試 驗 透 水 試 驗 驗 證 最 適 配 比 配 比 強 塑 劑 (H-55) 抗 壓 強 度 透 水 係 數 比 較 最 適 配 比 第 六 章 現 地 試 鋪 結 果 與 討 論 預 拌 混 凝 土 廠 試 拌 透 水 混 凝 土 VI
11 6.2 現 地 透 水 混 凝 土 鋪 面 實 驗 區 介 紹 朝 陽 科 大 第 二 停 車 場 實 驗 區 透 水 混 凝 土 鋪 面 規 劃 設 計 與 施 作 過 程 實 驗 區 透 水 混 凝 土 鋪 面 結 果 分 析 新 拌 混 凝 土 目 視 檢 測 與 單 位 重 試 驗 實 驗 區 硬 固 透 水 混 凝 土 試 體 試 驗 透 水 混 凝 土 單 位 重 試 驗 透 水 混 凝 土 孔 隙 率 試 驗 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 試 驗 透 水 混 凝 土 透 水 試 驗 現 地 透 水 混 凝 土 鋪 面 試 驗 現 地 透 水 量 試 驗 與 目 視 鋪 面 透 水 驗 證 試 驗 現 地 透 水 混 凝 土 鋪 面 鑽 心 試 驗 第 七 章 評 估 透 水 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 設 施 之 總 類 及 適 用 性 確 認 透 水 混 凝 土 之 類 別 交 通 建 設 適 用 透 水 混 凝 土 之 項 目 第 八 章 結 論 與 建 議 結 論 建 議 參 考 文 獻... 參 -1 VII
12 附 錄 1 現 場 透 水 量 試 驗 方 法... 附 錄 1-1 附 錄 2 教 育 訓 練 簡 報 與 剪 影... 附 錄 2-1 VIII
13 表 目 錄 表 2.1 水 泥 主 要 成 份 特 性 表 表 2.2 水 泥 水 化 時 之 行 為 與 特 徵 表 2.3 各 個 國 家 推 薦 或 採 用 透 水 性 混 凝 土 路 面 之 骨 材 級 配 表 2.4 骨 材 之 比 表 面 積 表 2.5 日 本 常 用 之 透 水 性 鋪 面 型 式 表 2.6 背 填 透 水 混 凝 土 之 配 合 比 例 表 3.1 典 型 透 水 混 凝 土 鋪 面 配 比 的 材 料 範 圍 表 4.1 水 泥 化 學 成 份 表 4.2 水 泥 物 理 性 質 表 4.3 透 水 混 凝 土 之 配 比 表 5.1 新 拌 混 凝 土 單 位 重 試 驗 結 果 表 5.2 透 水 混 凝 土 硬 固 後 單 位 重 試 驗 結 果 表 5.3 透 水 混 凝 土 連 通 孔 隙 率 試 驗 結 果 表 5.4 抗 壓 強 度 試 驗 結 果 表 5.5 抗 彎 強 度 試 驗 結 果 表 5.6 透 水 係 數 試 驗 結 果 表 5.7 試 拌 配 比 表 5.8 強 塑 劑 基 本 物 理 性 質 表 5.9 抗 壓 強 度 試 驗 結 果 表 5.10 透 水 係 數 試 驗 結 果 表 5.11 比 較 最 適 配 比 綜 合 試 驗 結 果 表 6.1 試 拌 合 格 透 水 混 凝 土 之 配 比 IX
14 表 6.2 新 拌 混 凝 土 之 單 位 重 試 驗 結 果 表 6.3 硬 固 透 水 混 凝 土 之 單 位 重 試 驗 結 果 表 6.4 透 水 混 凝 土 連 通 孔 隙 率 試 驗 結 果 表 6.5 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 試 驗 結 果 (kg/cm2) 表 6.6 透 水 混 凝 土 透 水 係 數 試 驗 結 果 表 6.7 停 車 場 停 車 格 現 場 透 水 量 試 驗 結 果 表 6.8 現 地 混 凝 土 7 天 齡 期 鑽 心 試 驗 結 果 表 天 現 地 鑽 心 各 項 試 驗 結 果 (1) 表 天 現 地 鑽 心 各 項 試 驗 結 果 (2) 表 6-10 透 水 混 凝 土 與 一 般 混 凝 土 材 料 單 價 比 較 表 7.1 舖 面 材 料 定 量 特 性 分 析 表 表 7.2 混 凝 土 之 配 合 條 件 及 設 計 標 準 強 度 之 參 考 表 X
15 圖 目 錄 圖 2.1 排 水 性 鋪 面 排 水 路 徑 圖 2.2 一 般 鋪 面 排 水 性 透 水 性 鋪 面 之 比 較 圖 2.3 透 水 鋪 面 預 期 成 效 圖 2.4 ACI 混 凝 土 配 比 設 計 流 程 圖 圖 2.5 高 陡 護 坡 斷 面 示 意 圖 圖 2.6 臺 南 市 中 華 西 路 之 排 水 性 瀝 青 路 面 圖 2.7 灌 溉 水 路 使 用 透 水 混 凝 土 之 工 法 圖 2.8 透 水 係 數 與 漿 骨 比 關 係 圖 圖 2.9 孔 隙 率 與 透 水 係 數 關 係 圖 圖 3.1 透 水 混 凝 土 不 同 含 水 量 是 否 結 球 行 為 圖 3.2 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係 圖 3.3 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 單 位 重 之 關 係 圖 3.4 透 水 混 凝 土 水 灰 比 與 孔 隙 率 之 關 係 圖 3.5 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係 圖 3.6 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 抗 壓 強 度 之 關 係 圖 3.7 透 水 混 凝 土 透 水 速 率 與 孔 隙 率 之 關 係 圖 3.8 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 流 程 圖 圖 4.1 定 水 頭 透 水 係 數 測 定 儀 示 意 圖 圖 5.1 新 拌 混 凝 土 單 位 重 圖 5.2 透 水 混 凝 土 硬 固 後 單 位 重 圖 5.3 透 水 混 凝 土 孔 隙 率 圖 5.4 透 水 混 凝 土 7 天 與 28 天 抗 壓 強 度 XI
16 圖 5.5 透 水 混 凝 土 7 天 與 28 天 抗 彎 強 度 圖 5.6 透 水 混 凝 土 重 搗 實 之 透 水 係 數 圖 5.7 透 水 混 凝 土 輕 搗 實 之 透 水 係 數 圖 6.1 現 地 停 車 格 之 示 意 圖 圖 6.2 透 水 混 凝 土 硬 固 之 單 位 重 圖 6.3 透 水 混 凝 土 硬 固 之 孔 隙 率 圖 6.4 透 水 混 凝 土 重 搗 實 之 透 水 係 數 圖 6.5 透 水 混 凝 土 輕 搗 實 之 透 水 係 數 圖 6.6 現 地 28 天 鑽 心 平 均 單 位 重 圖 6.7 現 地 28 天 鑽 心 平 均 孔 隙 率 圖 6.8 現 地 28 天 鑽 心 平 均 透 水 係 數 圖 6.9 現 地 28 天 停 車 格 平 均 透 水 量 圖 7.1 各 種 鋪 面 示 意 圖 XII
17 照 片 目 錄 照 片 2.1 美 國 透 水 鋪 面 應 用 於 停 車 場 照 片 2.2 Villanova 大 學 透 水 混 凝 土 試 驗 廣 場 照 片 2.3 日 本 透 水 鋪 面 應 用 於 步 道 照 片 2.4 透 水 混 凝 土 護 坡 施 工 澆 置 情 形 照 片 3.1 藉 由 預 拌 車 尾 端 卸 料 澆 置 透 水 混 凝 土 照 片 3.2 藉 由 輸 送 帶 澆 置 透 水 混 凝 土 照 片 3.3 藉 由 耙 子 攤 平 透 水 混 凝 土 照 片 3.4 藉 由 振 動 刮 板 進 行 搗 實 透 水 混 凝 土 照 片 3.5 藉 由 滾 筒 壓 密 透 水 混 凝 土 照 片 3.6 藉 由 小 滾 筒 壓 密 小 區 域 透 水 混 凝 土 照 片 3.7 二 次 橫 向 滾 筒 壓 密 透 水 混 凝 土 以 改 善 鋪 面 騎 乘 品 質 照 片 3.8 鏝 刀 邊 飾 透 水 混 凝 土 以 改 善 角 落 外 觀 照 片 3.9 切 縫 工 具 附 有 刀 鋒 約 為 1/3 版 厚 度 照 片 3.10 滾 筒 附 有 刀 鋒 可 以 縱 向 切 縫 透 水 混 凝 土 鋪 面 照 片 3.11 壓 密 透 水 混 凝 土 後 應 迅 速 使 用 塑 膠 紙 覆 蓋 養 護 鋪 面 照 片 4.1 鼓 式 拌 合 機 照 片 cm*15cm*15cm 抗 彎 試 體 模 照 片 4.5 定 水 頭 透 水 係 數 測 定 儀 照 片 4.6 現 場 透 水 試 驗 儀 器 照 片 6.1 試 拌 料 碎 石 約 5mm 骨 材 粒 徑 照 片 6.2 預 拌 廠 操 作 台 透 水 混 凝 土 配 比 資 訊 照 片 6.3 預 拌 廠 試 鋪 透 水 混 凝 土 滾 筒 壓 密 之 施 作 XIII
18 照 片 6.4 為 預 拌 廠 試 鋪 透 水 混 凝 土 完 成 面 照 片 6.5 預 拌 廠 試 鋪 透 水 混 凝 土 現 場 透 水 量 試 驗 照 片 6.6 朝 陽 科 技 大 學 操 場 後 面 之 第 二 停 車 場 照 片 6.7 現 地 停 車 格 開 挖 情 形 照 片 6.8 六 個 5.5 公 尺 長 *2.4 公 尺 的 停 車 格 現 地 模 版 組 立 照 片 6.9 停 車 格 底 層 鋪 設 約 5 公 分 礫 石 照 片 6.10 透 水 混 凝 土 使 用 預 拌 車 尾 端 卸 料 澆 置 停 車 格 照 片 6.11 透 水 混 凝 土 使 用 卡 車 尾 端 傾 倒 卸 料 澆 置 停 車 格 照 片 6.12 透 水 混 凝 土 拌 合 料 刮 平 情 形 照 片 6.13 透 水 混 凝 土 使 用 大 滾 筒 滾 壓 情 形 照 片 6.14 透 水 混 凝 土 使 用 小 滾 筒 滾 壓 情 形 照 片 6.15 新 拌 透 水 混 凝 土 滾 壓 完 成 面 照 片 6.16 塑 膠 布 覆 蓋 養 護 新 拌 透 水 混 凝 土 鋪 面 照 片 6.17 現 地 透 水 混 凝 土 試 體 照 片 6.18 滿 水 水 桶 之 水 倒 在 停 車 格 鋪 面 透 水 情 形 XIV
19 第 一 章 緒 論 1.1 計 畫 源 起 臺 灣 多 年 來 因 為 經 濟 發 展 的 需 要, 進 行 各 項 交 通 工 程 建 設, 土 地 開 發 面 積 廣 闊, 使 用 不 透 水 材 料 常 發 生 暴 雨 積 水 災 害, 又 或 因 地 形 狹 長, 無 法 保 存 珍 貴 的 水 資 源, 其 影 響 程 度 非 常 巨 大, 為 解 決 前 述 問 題, 參 照 國 外 經 驗, 實 有 針 對 國 內 交 通 建 設 工 程 類 別 探 討 採 用 透 水 混 凝 土 條 件 類 別 施 工 法 及 效 益 之 必 要 性 國 內 目 前 主 要 道 路 鋪 面 材 料 多 為 普 通 瀝 青 混 凝 土, 停 車 場 鋪 面 多 為 卜 特 蘭 水 泥 混 凝 土, 二 者 皆 屬 不 透 水 材 料, 排 水 不 良 及 鋪 面 積 水 為 普 遍 發 生 的 問 題 又 因 國 內 城 市 人 口 密 集, 夏 季 高 溫 多 雨, 鋪 面 積 水 會 放 熱 提 高 周 圍 空 氣 溫 度 對 於 都 市 生 態 環 境 有 不 利 影 響, 且 若 積 水 面 積 甚 大 將 嚴 重 影 響 城 市 用 水 的 品 質 雨 水 量 公 共 工 程 採 用 生 態 工 法 及 生 態 材 料 為 政 府 近 年 來 大 力 推 行 之 政 策 ; 台 灣 土 地 資 源 有 限, 為 能 使 國 家 永 續 發 展, 建 立 生 態 城 市 是 必 須 努 力 達 到 的 目 標, 新 建 交 通 工 程 廣 泛 使 用 透 水 材 料 是 建 立 生 態 城 市 的 第 一 步 本 研 究 計 畫 可 配 合 行 政 院 工 程 會 國 科 會 等 整 體 策 略 確 定 透 水 混 凝 土 適 用 性 及 應 用 範 圍 1.2 研 究 目 的 近 年 來 國 內 以 打 造 永 續 台 灣 為 未 來 努 力 的 目 標, 為 解 決 水 資 源 流 失 環 境 生 態 破 壞 及 熱 島 效 應 擴 張, 研 發 本 土 透 水 混 凝 土 實 有 其 重 要 性 及 迫 切 性 本 計 畫 之 目 的 乃 針 對 交 通 建 設, 進 行 研 發 透 水 混 凝 土 而 透 水 混 凝 土 除 可 參 照 國 外 經 驗, 依 其 應 用 類 別, 進 行 不 同 配 比 設 計, 製 作 透 水 混 凝 土 面 層 經 由 實 驗 室 試 驗 及 現 場 試 驗 以 確 認 各 配 比 之 可 行 性 及 效 益 性 本 計 畫 並 將 利 用 試 驗 結 果, 國 內 外 相 關 文 獻 資 料 蒐 集 分 析, 配 合 水 資 源 管 理 生 態 工 法 及 水 泥 質 材 料 需 求, 建 立 國 內 透 水 混 凝 土 的 產 製 1-1
20 技 術, 並 將 之 應 用 於 示 範 性 工 程 驗 證 其 排 水 效 能, 以 為 工 程 界 參 考 使 用 1.3 研 究 範 圍 與 對 象 本 計 畫 研 究 範 圍 主 要 為 國 內 交 通 建 設 使 用 透 水 混 凝 土 的 項 目 方 法 與 施 工 技 術 探 討 對 象 以 透 水 波 特 蘭 水 泥 混 凝 土 研 發 為 主, 第 一 年 ( 已 完 成 部 分 ) 分 為 兩 階 段 執 行, 第 一 階 段 著 重 於 水 灰 比 與 骨 材 粒 徑 對 透 水 混 凝 土 之 影 響 ; 第 二 階 段 著 重 於 不 同 膠 結 材 料 對 強 度 與 透 水 性 之 影 響, 其 中 包 括 矽 灰 的 使 用 與 鹼 活 化 爐 石 漿 體 的 應 用 等, 並 與 普 通 波 特 蘭 水 泥 作 一 比 較 利 用 國 內 外 相 關 文 獻 資 料 蒐 集 分 析, 特 別 著 重 於 案 例 分 析, 以 確 認 永 續 水 資 源 管 理 生 態 工 法 的 具 體 內 涵, 同 時 運 用 水 泥 質 材 料 配 比 技 術 或 知 識, 進 行 配 比 設 計 試 拌 及 試 驗, 獲 致 透 水 混 凝 土 的 基 本 設 計 參 數 及 技 術 需 求, 研 究 成 果 可 做 為 訂 定 透 水 混 凝 土 設 計 的 參 考 第 二 年 計 畫 研 究 範 圍 主 要 分 為 兩 階 段 執 行, 第 一 階 段 著 重 於 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 及 驗 證 透 水 混 凝 土 之 最 適 配 比 ; 第 二 階 段 著 重 於 路 面 擋 土 牆 或 邊 坡 等 相 關 交 通 工 程, 擇 一 種 進 行 現 地 施 作, 以 驗 證 透 ( 排 ) 水 效 果 為 何 本 計 畫 將 利 用 國 內 外 相 關 文 獻 資 料 蒐 集 分 析, 特 別 著 重 於 案 例 分 析 與 透 水 混 凝 土 之 最 適 配 比, 進 行 配 比 試 驗 試 拌 及 驗 證 現 地 施 作 等, 以 驗 證 透 ( 排 ) 水 效 果, 研 究 成 果 可 做 為 訂 定 透 水 混 凝 土 設 計 教 育 訓 練 課 程 施 工 規 範 草 案 的 參 考 依 據 1.4 研 究 內 容 臺 灣 土 地 資 源 有 限, 為 能 使 國 家 永 續 發 展, 建 立 生 態 城 市 是 必 須 努 力 達 到 的 目 標, 新 建 交 通 工 程 廣 泛 使 用 透 水 材 料 是 建 立 生 態 城 市 的 第 一 步 本 計 畫 著 重 於 透 水 混 凝 土 組 合 材 料 特 性 配 比 設 計 參 數 驗 證 試 驗 技 術 及 適 用 項 目 的 探 討, 經 由 試 拌 試 體 試 驗 及 案 例 分 析 達 到 研 究 目 的 本 研 究 乃 與 朝 陽 科 技 大 學 採 合 作 研 究 計 畫, 其 工 作 內 容 如 下 : (1) 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 (2) 驗 證 透 水 混 凝 土 之 最 適 配 比 1-2
21 (3) 路 面 擋 土 牆 或 邊 坡 等 相 關 交 通 工 程, 擇 一 種 進 行 現 地 施 作, 以 驗 證 透 ( 排 ) 水 效 果 為 何 (4) 評 估 透 水 混 凝 土 應 用 於 交 通 工 程 設 施 之 總 類 及 適 用 性 (5) 舉 辦 教 育 訓 練 課 程 1-3
22 第 二 章 文 獻 回 顧 2.1 高 性 能 混 凝 土 高 性 能 混 凝 土 名 稱 為 世 界 各 國 所 共 用, 並 為 最 重 要 之 研 究 領 域 與 課 題, 惟 其 名 稱 之 定 義 在 世 界 各 地 均 稍 有 不 同, 惟 一 相 似 者, 即 各 國 之 定 義 均 著 重 耐 久 性 在 歐 美 國 家, 以 強 調 高 強 度 與 高 坍 度, 並 達 到 耐 久 使 用 之 目 標 來 發 展 高 性 能 混 凝 土 在 日 本, 經 過 多 年 之 整 合, 終 於 達 成 將 高 性 能 混 凝 土 區 分 為 三 類, 即 (1) 高 強 度 高 性 能 混 凝 土 (2) 高 流 動 高 性 能 混 凝 土 與 (3) 特 殊 功 能 高 性 能 混 凝 土 其 中 之 第 (2) 項 即 自 填 充 高 性 能 混 凝 土, 不 須 搗 實 即 可 達 到 均 勻 填 充 之 混 凝 土, 第 (3) 項 即 包 括 耐 磨 低 熱 早 強 等 特 殊 功 能 之 混 凝 土 在 國 內 國 科 會 對 高 性 能 混 凝 土 之 工 作 計 劃 要 求 為 具 高 工 作 性 高 流 動 性 ( 坍 度 >250 mm) 之 高 強 度 混 凝 土 ( fc' >8000 psi), 並 且 在 混 凝 土 澆 置 45 分 鐘 後 仍 具 坍 度 235 mm 之 性 質 然 而, 侷 限 於 設 計 規 範 之 強 度 限 制, 國 內 工 程 建 設 仍 偏 重 使 用 一 般 強 度 ( 中 低 強 度 ) 之 混 凝 土, 為 達 從 普 及 化 觀 點 來 全 面 提 升 國 內 混 凝 土 材 料 品 質 與 施 工 技 術, 國 科 會 HPC 研 究 群 於 民 國 85 年 12 月 8 日 開 會 討 論, 提 出 研 發 推 動 本 土 化 中 強 度 高 流 動 高 性 能 混 凝 土 之 決 議 其 規 劃 HPC 之 特 性 為 fc'= 4000~5000 psi, 並 具 有 以 下 之 性 質, 水 泥 應 有 每 公 斤 15 psi 強 度 以 上 之 效 益, 水 泥 用 量 低 於 300 kg /cm 2, 初 期 坍 度 為 220±20 mm, 坍 流 度 為 500±100 mm,45 分 鐘 後 坍 度 應 大 於 200 mm, 坍 流 度 在 400 mm 以 上, 水 灰 比 0.42, 波 索 蘭 材 料 30% 為 原 則 之 免 搗 實 混 凝 土 另 外 中 華 民 國 結 構 工 程 學 會 之 高 性 能 混 凝 土 特 別 條 款, 定 義 高 性 能 混 凝 土 係 混 凝 土 經 過 品 質 保 證 技 術, 確 保 品 質 一 致 性 及 穩 定 性, 滿 足 營 建 工 程 優 良 品 質 之 需 求 其 特 別 條 款 乃 依 據 美 國 混 凝 土 學 會 ACI 結 構 混 凝 土 精 神 及 內 涵 所 補 充, 在 使 混 凝 土 由 規 劃 設 計 及 配 比 時 能 考 量 有 耐 久 性 及 能 確 保 最 終 結 構 體 混 凝 土 品 質 目 的 在 確 保 HPC 澆 鑄 之 結 構 物 品 質, 免 除 蜂 窩, 泌 水 及 析 離 等 問 題, 使 達 到 安 全 性 耐 久 性 經 2-1
23 濟 性 工 作 性 及 生 態 性 之 準 則 又 依 據 美 國 混 凝 土 學 會 (ACI-American Concrete Institute) 對 高 性 能 混 凝 土 之 定 義, 指 稱 高 性 能 混 凝 土 (HPC-High Performance Concrete ) 為 性 質 優 於 傳 統 混 凝 土 為 其 性 質 所 指 為 何 未 詳 述, 應 可 包 含 強 度 彈 性 模 數 工 作 度 流 動 性 體 積 穩 定 性 耐 久 性 耐 磨 性 水 密 性 完 整 性 及 其 他 特 殊 功 能 ( 如 低 水 化 熱 ) 經 濟 性 等 因 此 所 謂 高 性 能 乃 是 針 對 一 般 傳 統 混 凝 土 的 施 工 方 式 仍 無 法 滿 足 工 程 需 求 的 情 況 下, 所 開 發 出 來 的 混 凝 土, 高 性 能 混 凝 土 可 能 具 有 一 種 甚 至 數 種 的 高 性 能 以 符 合 工 程 的 需 求 其 實 可 將 高 性 能 混 凝 土 視 為 是 一 個 較 廣 義 的 工 程 材 料 名 稱, 而 透 水 混 凝 土 所 要 求 的 高 性 能 便 是 透 水, 更 明 確 來 說 透 水 混 凝 土 應 該 是 HPC 的 一 種 2.2 生 態 工 法 為 保 持 生 態 環 境 之 完 整, 以 維 持 多 樣 化 生 物 之 生 存 權, 需 避 免 棲 息 地 及 遷 徒 路 徑 等 之 破 壞, 則 在 尊 重 當 地 天 然 條 件, 及 人 為 設 施 與 環 境 不 相 衝 圖 前 提 下, 妥 適 導 入 人 類 在 環 境 生 活 中 為 提 供 安 全 所 利 用 的 土 木 工 程 構 造, 均 可 謂 生 態 工 法 而 公 共 工 程 委 員 會 生 態 工 法 諮 詢 小 組 針 對 生 態 工 法 (Ecotechnology) 所 研 擬 的 定 義 基 於 對 生 態 系 統 之 深 切 認 知 與 落 實 生 物 多 樣 性 保 育 及 永 續 發 展, 而 採 取 以 生 態 為 基 礎 安 全 為 導 向 的 工 程 方 法, 以 減 輕 對 自 然 環 境 造 成 傷 害 生 態 工 法 包 含 了 生 態 和 工 法 兩 個 部 分 生 態 是 指 生 物 和 牠 們 生 存 的 環 境 之 間 的 互 動 關 係 ; 至 於 工 法 則 是 人 類 為 了 生 活 的 安 全, 在 環 境 中 建 造 土 木 工 程 的 方 法 生 態 工 法 規 劃 設 計 時, 有 5 個 原 則 要 注 意 : 1. 表 面 孔 隙 化 傳 統 的 工 程 常 利 用 看 似 穩 固 的 鋼 筋 水 泥 作 為 原 料, 構 成 表 面 光 滑 建 造 物, 使 得 動 植 物 沒 有 附 著 生 長 的 地 方, 造 成 生 態 嚴 重 的 破 壞 若 改 為 使 用 表 面 孔 隙 化 的 砌 石 護 岸 等 工 程, 就 能 增 加 生 物 的 棲 地, 恢 復 自 然 生 態 2-2
24 2. 構 造 物 最 小 化 當 施 行 工 程 時, 幾 乎 所 有 的 構 造 物 都 要 造 成 環 境 的 破 壞, 因 此 減 少 人 為 干 擾, 也 就 是 減 少 對 環 境 的 衝 擊, 而 同 時 也 能 節 省 經 費 及 能 源 的 消 耗 3. 坡 度 緩 坡 化 在 工 程 中, 太 大 的 坡 度 會 讓 生 物 難 以 遷 移, 也 容 易 受 到 水 土 的 沖 刷, 所 以 降 低 水 壩 的 高 度, 並 以 踏 步 式 的 固 床 工 來 減 緩 坡 度, 不 僅 能 保 持 功 能, 還 能 增 加 親 近 水 的 機 會 4. 材 質 自 然 化 自 然 的 砌 石 植 被 是 進 行 工 法 時 最 好 的 材 料, 例 如 利 用 植 草 來 當 作 穩 定 山 坡 地 的 材 料 等 方 法 自 然 的 材 質 不 僅 取 得 容 易, 也 能 提 供 生 物 棲 息 的 空 間, 讓 景 觀 更 自 然 美 觀 5. 界 面 透 水 化 水 的 循 環 是 自 然 生 態 最 重 要 的 一 環 讓 水 能 夠 滲 入 土 地, 而 不 直 接 流 入 河 川 海 洋, 對 水 土 保 持 也 很 重 要, 因 此 透 水 的 的 路 面 溝 渠 堤 岸 等, 都 是 生 態 工 程 設 計 的 重 點 2.3 透 水 鋪 面 與 排 水 鋪 面 對 於 透 水 鋪 面 與 排 水 鋪 面 往 往 會 混 淆 了 許 多 人, 認 為 此 兩 種 鋪 面 是 屬 於 同 一 種 鋪 面, 然 而 此 兩 種 鋪 面 因 為 結 構 不 同, 所 以 會 造 成 水 在 鋪 面 下 流 動 的 效 果 造 成 很 大 的 差 異, 以 下 將 對 此 兩 種 鋪 面 結 構 利 用 圖 文 的 方 式 作 說 明 排 水 性 路 面 傳 統 的 瀝 青 混 凝 土 面 層, 不 論 採 用 密 級 配 或 粗 級 配, 原 則 上 是 不 允 許 水 分 滲 透 的 ; 惟 於 1987 年 時, 日 本 為 改 進 賽 車 競 賽 場 鋪 面 天 雨 濕 滑 之 缺 失 增 加 安 全 等 緣 由, 乃 於 東 京 都 率 先 使 用 所 謂 的 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 鋪 面, 由 於 功 效 卓 越 至 1999 年 12 月 止, 全 國 已 累 積 了 1000 萬 平 方 2-3
25 公 尺 以 上 的 施 工 實 績, 且 日 本 道 路 學 會 自 1992 年 起, 積 極 收 集 資 料 召 開 審 查 編 定 等 會 議, 已 於 1996 年 11 月 制 定 完 成 排 水 鋪 裝 技 術 指 針 ( 案 ) 乙 書, 作 為 此 類 工 程 頗 具 權 威 之 指 導 原 則 排 水 性 鋪 面 為 發 揮 良 好 之 排 水 功 能, 且 雨 水 不 致 滲 透 而 軟 弱 路 基, 排 水 層 下 應 有 一 不 透 水 層 ( 一 般 採 用 密 級 配 瀝 青 混 合 料 ), 並 應 有 良 好 坡 度 及 平 整 度 以 利 迅 速 排 水, 圖 2.1 為 排 水 性 鋪 面 排 水 路 徑 設 計 例, 惟 空 隙 率 及 排 水 能 力 會 隨 時 間 車 輛 碾 壓 及 灰 塵 或 石 屑 堵 塞 而 降 低, 若 黏 層 設 計 及 施 工 不 當, 也 可 能 造 成 排 水 層 與 不 透 水 層 之 結 合 面 剝 落 及 鬆 散 圖 2.1 排 水 性 鋪 面 排 水 路 徑 透 水 性 路 面 透 水 性 鋪 面 其 在 透 水 級 配 層 上 鋪 設 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土, 使 落 在 鋪 面 上 之 雨 水 能 完 全 滲 入 土 壤, 所 以 在 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 下 設 置 透 水 層, 避 免 採 用 不 透 水 的 黏 層 因 雨 水 通 過 路 面 直 接 滲 入 路 基, 會 使 路 基 含 水 量 大 增 而 變 軟 但 據 日 本 東 京 市 建 設 局 追 蹤 調 查 發 現, 路 基 土 壤 並 沒 有 因 為 含 水 量 大 增 高 而 有 變 軟 的 傾 向, 主 要 係 此 路 面 均 鋪 築 於 人 行 道 停 車 場 及 輕 交 通 量 車 道, 相 當 於 國 內 五 六 級 路 之 鄉 縣 專 用 道 路 及 社 區 道 路, 集 水 區 內 之 道 路 一 般 車 流 量 不 高, 故 採 用 透 水 性 鋪 面, 應 可 承 受 交 通 荷 重 排 水 路 面 與 透 水 性 路 面 比 較 排 水 性 鋪 面 與 透 水 性 鋪 面 均 各 自 適 用 的 特 性 其 共 同 特 點 如 下 : (1) 排 水 性 鋪 面 與 透 水 性 鋪 面, 其 面 層 均 使 用 有 較 大 的 孔 隙 率 的 多 孔 隙 瀝 2-4
26 青 混 凝 土, 所 以 具 有 良 好 的 滲 透 性 能 (2) 使 落 在 鋪 面 上 之 雨 水 能 迅 速 排 除, 可 防 止 車 輛 雨 中 打 滑, 並 降 低 水 珠 飛 濺 及 起 霧 (3) 降 低 熱 島 效 應, 減 少 能 源 消 耗 (4) 減 輕 排 水 設 施 的 負 擔, 進 而 減 少 排 水 設 施 建 造 費 用 相 異 點 : (1) 排 水 性 鋪 面 面 層 之 下 使 用 透 層 或 黏 層 形 成 一 不 透 水 層, 避 免 水 分 滲 入 路 基 土 壤 中, 透 過 路 面 坡 度 將 雨 水 排 至 排 水 溝, 因 此 可 使 路 基 維 持 一 定 的 強 度, 此 路 面 才 可 適 用 於 交 通 量 較 多 的 道 路 上 (2) 透 水 性 鋪 面 不 使 用 透 層 或 黏 層, 使 雨 水 能 滲 入 路 基 土 壤 中, 因 此 達 到 涵 養 水 源 的 目 的, 但 由 於 雨 水 儲 存 於 土 壤 中, 其 強 度 將 不 較 一 般 道 路 或 排 水 性 路 面 高, 故 此 路 面 大 部 分 適 用 於 低 交 通 量 路 面 人 行 道 停 車 場 等 (3) 透 水 性 鋪 面 對 於 滲 透 性 能 特 別 講 求, 因 此 基 底 層 路 基 須 特 別 考 慮 此 條 件 下 圖 2.2 圖 2.3 為 一 般 鋪 面 排 水 性 透 水 性 鋪 面 之 比 較 圖 滲 透 雨 降 雨 降 雨 降 排 水 瀝 青 面 層 瀝 青 底 層 排 水 路 基 底 層 一 般 鋪 面 透 水 性 鋪 面 排 透 水 性 鋪 面 圖 2.2 一 般 鋪 面 排 水 性 透 水 性 鋪 面 之 比 較 2-5
27 圖 2.3 透 水 鋪 面 預 期 成 效 2.4 透 水 混 凝 土 透 水 混 凝 土 之 定 義 透 水 混 凝 土 為 一 種 多 孔 隙 的 複 合 材 料, 亦 可 稱 為 無 細 骨 材 混 凝 土, 可 以 視 為 一 種 骨 材 粒 徑 分 佈 在 狹 窄 級 配 範 圍 內 並 且 含 ( 無 ) 微 量 細 骨 材 加 上 不 足 量 膠 結 漿 體 所 構 成 的 混 凝 土, 透 水 混 凝 土 最 明 顯 的 特 性 即 質 輕 且 多 孔 隙 透 水 混 凝 土 的 構 成 由 裹 覆 在 骨 材 顆 粒 外 層 的 不 足 量 水 泥 漿 體 與 骨 材 顆 粒 之 間 點 接 觸, 相 互 黏 結 形 成 多 孔 隙 結 構 體, 在 這 種 結 構 之 下 擁 有 良 好 的 透 水 性 能 (K>10-3cm/sec), 也 因 為 多 孔 隙 的 特 性 而 使 得 力 學 強 度 會 受 到 限 制, 學 者 鄭 與 潘 曾 在 2001 年 對 無 細 混 凝 土 進 行 抗 壓 試 驗, 所 得 抗 壓 強 度 約 在 1.5MPa 至 14MPa 之 間 增 加 透 水 性 則 犧 牲 力 學 強 度, 兩 者 往 往 顧 此 失 彼, 但 可 以 依 照 使 用 的 需 求, 在 透 水 性 能 與 力 學 強 度 上 作 為 取 捨 以 及 採 取 不 同 的 設 計 除 上 述 透 水 性 能 以 及 力 學 強 度 特 性 之 外, 透 水 混 凝 土 特 性 仍 有 許 多 由 學 者 研 究 結 果 發 現 透 水 混 凝 土 亦 是 有 低 單 位 重 (1600~2000kg/m 3 ) 低 成 本 低 乾 縮 量 ( 水 泥 使 用 量 減 少 ) 低 熱 傳 導 係 數 (0.7kcal/m hr ) 無 析 離 現 象 及 透 水 混 凝 土 中 的 孔 隙 直 徑 平 均 大 於 1mm, 因 此 無 毛 細 水 現 象 之 特 性 2-6
28 2.4.2 透 水 混 凝 土 之 組 成 透 水 混 凝 土 組 成 的 材 料 一 般 包 含 有 水 泥 拌 和 水 骨 材 摻 劑 有 關 其 組 成 的 材 料 說 明 如 下 : 水 泥 波 特 蘭 水 泥 是 一 種 水 硬 性 水 泥, 主 要 由 矽 酸 鈣 鹽 類 所 組 成 加 水 後 產 生 化 學 反 應 而 有 凝 結 與 硬 固 作 用, 與 骨 材 膠 結 一 起 拌 合 形 成 一 種 人 造 石 材, 是 土 木 工 程 界 普 遍 使 用 的 營 建 材 料 水 泥 的 產 製 是 以 石 灰 質 材 料 與 黏 土 材 料 ( 或 頁 岩 ) 為 主, 輔 以 適 當 的 配 比 而 組 成, 生 料 再 經 過 研 磨 煆 燒 急 速 冷 卻 等 步 驟 後 形 成 熟 料, 加 石 膏 研 磨 後 便 成 水 泥 水 泥 主 要 的 成 份 為 矽 酸 三 鈣 (C 3 S) 矽 酸 二 鈣 (C 2 S) 鋁 酸 三 鈣 ( C 3 A) 鋁 鐵 酸 四 鈣 (C 4 AF) 等 四 種 主 要 礦 物 熟 料 (Clinker) 其 與 原 礦 物 含 有 之 雜 質 和 研 磨 時 加 入 之 石 膏 共 同 組 成 波 特 蘭 水 泥 故 水 泥 之 成 份 除 含 有 少 量 之 MgO Na 2 O K 2 O SO 3 及 未 經 水 化 之 CaO( 即 游 離 石 灰 ) 外, 主 要 者 為 CaO SiO 2 Al 2 O 3 及 Fe 2 O 3 等 四 種, 而 此 四 種 主 要 成 份 隨 著 煆 燒 的 時 間 與 溫 度 之 變 化 組 成 C 3 S C 2 S C 3 A 及 C 4 AF 等 四 種 主 要 化 合 物 ( 或 稱 單 礦 物 ); 這 四 種 成 份 息 息 相 關 這 四 種 成 份 與 混 凝 土 性 質 相 關, 此 四 種 化 合 物 在 水 化 過 程 中 之 特 性 如 表 2.1 所 示 波 特 蘭 水 泥 應 符 合 CNS 61 [ 波 特 蘭 水 泥 ] 相 關 規 範, 除 波 特 蘭 水 泥 一 般 的 分 類 外, 礦 物 摻 料 的 應 用 在 國 內 亦 有 漸 趨 普 遍 的 現 象, 使 用 摻 有 高 爐 石 粉 或 飛 灰 的 水 泥, 可 另 行 參 照 CNS 3654 [ 波 特 蘭 高 爐 水 泥 ] 或 CNS [ 波 特 蘭 飛 灰 水 泥 ] 等 規 範 之 規 定, 不 過, 國 內 目 前 高 爐 石 粉 或 飛 灰 的 應 用 仍 以 直 接 摻 用 或 取 代 部 分 水 泥 的 方 式 進 行 2-7
29 表 2.1 水 泥 主 要 成 份 特 性 表 成 份 含 量 % 特 性 ASTM C150 規 定 C 3 S 25~60 C 2 S 15~50 C 3 A 4~12 C 4 AF 5~12 是 混 凝 土 產 生 強 度 主 要 的 因 素, 對 於 早 期 強 度 貢 獻 大, 但 水 化 過 程 中 會 產 生 高 水 化 熱 提 供 混 凝 土 晚 期 強 度, 含 量 較 多 時 會 影 響 混 凝 土 早 期 強 度, 水 化 熱 低, 對 於 混 凝 土 體 積 穩 定 性 有 幫 助 活 性 大 且 水 化 速 度 快, 加 速 水 化 早 期 的 凝 固, 易 因 瞬 凝 而 降 低 工 作 性 ; 水 化 熱 高, 對 於 混 凝 土 體 積 穩 定 性 影 響 大 水 化 反 應 最 慢, 故 水 化 熱 低, 早 期 強 度 亦 低 ; 抗 硫 性 也 差 於 低 熱 水 泥 中 含 量 需 小 於 35% 於 低 熱 水 泥 中 含 量 需 大 於 40% 含 量 不 宜 過 多, 除 早 強 水 泥 外, 其 餘 皆 小 於 8% 以 下 抗 硫 水 泥 應 小 於 20 % 水 泥 水 化 機 制 說 明 : 水 泥 與 水 接 觸 後, 其 主 要 成 份 間 之 水 化 速 率 以 C 3 A 最 快 C 3 S 次 之, 再 者 為 C 4 AF, 而 C 2 S 最 慢 水 泥 在 水 化 時, 大 致 上 可 粗 分 為 五 個 階 段, 其 各 階 段 間 的 反 應 過 程 行 為 與 特 徵 如 下 表 2.2 所 示 2-8
30 表 2.2 水 泥 水 化 時 之 行 為 與 特 徵 階 段 名 稱 初 期 階 段 潛 伏 期 加 速 期 減 速 期 穩 定 狀 態 反 應 行 為 Ca 2+ 與 OH - 等 離 子 不 斷 釋 出 及 液 相 逐 漸 改 變, 並 大 量 放 熱 C 3 S 進 行 初 期 水 化 液 相 組 成 之 改 變 影 響 此 階 段 之 凝 結 狀 態 C 3 A 與 石 膏 形 成 六 角 形 針 刺 狀 鈣 釩 石 (AFt) 及 C 3 A 雜 項 水 化 物 鋁 酸 鹽 類 與 石 膏 於 初 期 迅 速 溶 解 並 反 應 鈣 釩 石 (AFt) 及 AFm 繼 續 形 成, 並 影 響 凝 結 時 間 及 工 作 性 CH 晶 體 及 C-S-H 膠 體 早 期 水 化 物 形 成 放 熱 速 率 降 低 而 黏 滯 性 繼 續 增 加 此 階 段 末 期 由 矽 酸 鈣 水 化 物 水 化 狀 況 決 定 初 凝 時 間 Ca 2+ 離 子 增 加, 矽 酸 鹽 減 少,Ca 2+ 集 中 並 達 到 飽 和 狀 態 放 熱 速 率 升 高 過 飽 和 Ca 2+ 離 子 濃 度 降 低 水 泥 漿 體 從 塑 性 (Plastic) 逐 漸 達 剛 性 (Rigid) 早 期 強 度 開 始 形 成 終 凝 發 生 於 過 程 開 始 後 約 1 至 2 小 時 水 化 產 物 之 快 速 形 成 導 致 水 泥 漿 體 固 化 及 孔 隙 減 少 C3S 快 速 化 學 反 應, 形 成 C-S-H 膠 體 及 CH 晶 體 鈣 釩 石 繼 續 緩 慢 形 成 而 且 依 A/S 比 例 開 始 轉 換 成 AFm 1. 漿 體 孔 隙 繼 續 減 少, 而 水 化 物 之 顆 粒 與 顆 粒 之 間 逐 形 成 鍵 結 而 具 有 早 期 強 度 2. 放 熱 速 率 降 低 3.C 2 S 水 化 作 用 變 為 較 明 顯 4.C-S-H 及 CH 之 形 成 由 化 學 控 制 改 為 擴 散 控 制 5. 鈣 釩 石 完 全 轉 換 成 AFm 1. 漿 體 孔 隙 繼 續 減 少, 強 度 繼 續 增 加 2. 體 積 穩 定 性 及 耐 久 性 逐 漸 增 加 3. 抗 潛 變 (Creep) 能 力 依 齡 期 增 加 而 遞 增 4. 水 化 作 用 為 擴 散 控 制, 強 度 發 展 趨 勢 漸 緩 形 成 穩 定 狀 態 5. 由 漿 體 孔 隙 及 水 化 物 鍵 結 形 態 來 決 定 極 限 強 度 6. 水 化 產 物 緩 慢 形 成 2-9
31 骨 材 骨 材 是 透 水 混 凝 土 主 要 的 骨 架 構, 亦 是 提 供 主 要 強 度 的 相 位 之 一, 骨 材 包 含 普 通 骨 材 ( 礫 石 卵 石 砂 ) 或 特 殊 骨 材 ( 輕 質 骨 材 回 收 營 建 材 料 等 等 ) 為 了 保 證 透 水 混 凝 土 的 透 水 性 能 與 力 學 強 度, 且 骨 材 顆 粒 級 配 是 決 定 整 體 透 水 性 能 與 力 學 強 度 的 主 因, 粗 骨 材 通 常 採 用 顆 粒 較 小 的 單 一 粒 徑 級 配, 於 10~20mm 或 5~10mm 如 表 2.3 所 示 此 外 對 於 碎 石 型 骨 材 中 針 片 狀 顆 粒 應 盡 量 減 少, 骨 材 含 泥 量 應 不 大 於 1% 表 2.3 各 個 國 家 推 薦 或 採 用 透 水 性 混 凝 土 路 面 之 骨 材 級 配 英 國 法 國 南 非 日 本 篩 孔 /mm 過 篩 率 /% 篩 孔 /mm 過 篩 率 /% 篩 孔 /mm 過 篩 率 /% 篩 孔 /mm 過 篩 率 /% 摻 劑 透 水 混 凝 土 除 了 骨 材 水 泥 水 此 些 基 本 材 料 外, 通 常 會 加 入 其 他 輔 助 或 改 善 其 性 質 的 摻 劑 透 過 其 在 水 泥 漿 體 中 所 發 生 的 化 學 反 應, 來 達 到 改 變 混 凝 土 性 質 的 成 效, 大 多 數 化 學 摻 料 是 高 分 子 聚 合 物 目 前 在 工 程 上 應 用 最 多 的 化 學 摻 料, 以 減 水 緩 凝 輸 氣 等 例 如 添 加 一 定 量 的 增 強 劑, 有 助 於 提 高 水 泥 漿 與 骨 材 之 間 介 面 強 度 ; 添 加 一 定 量 的 減 水 劑 可 減 少 拌 和 水 用 量, 降 低 水 灰 比 來 提 升 力 學 強 度 ; 添 加 増 黏 劑 來 增 加 水 泥 漿 體 的 黏 稠 度, 藉 以 提 高 施 工 面 表 層 的 平 整 ; 低 氣 溫 狀 況 下 可 添 加 早 強 劑 藉 以 加 速 2-10
32 透 水 混 凝 土 的 硬 化 ; 或 為 了 使 透 水 混 凝 土 更 加 美 觀, 添 加 著 色 劑 增 加 色 彩 獲 得 視 覺 享 受 透 水 混 凝 土 之 設 計 方 法 本 年 度 研 究 有 關 第 一 工 作 項 目 應 先 考 慮 透 水 混 凝 土 配 比 設 計, 目 前 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 有 三 種 方 法, 分 別 是 重 量 比 例 法 ( 行 政 院 公 共 工 程 委 員 會 ) 體 積 法 ( 美 國 混 凝 土 協 會 ) 與 比 表 面 積 法 ( 雷 揚 中 ) 一 般 混 凝 土 在 配 比 設 計 時, 首 先 考 量 的 是 混 凝 土 強 度 ( 水 灰 比 ), 重 量 比 例 法 也 是 先 考 量 的 是 混 凝 土 強 度 ( 水 灰 比 ), 次 之 再 考 量 孔 隙 率 ( 填 漿 量 ); 但 在 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 時, 首 先 考 量 的 則 是 孔 隙 率 ( 填 漿 量 ), 尤 其 對 於 需 提 供 植 生 功 能 的 護 坡 及 護 岸 等 工 程, 填 漿 量 控 制 更 是 植 生 成 敗 之 關 鍵 希 望 藉 由 召 集 透 水 混 凝 土 專 家 學 者 方 式, 討 論 上 述 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 三 種 方 法 之 優 缺 點, 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 ; 一 般 而 言 骨 材 以 漿 體 包 覆, 以 無 較 多 水 泥 漿 流 出 為 恰 當, 各 文 獻 均 記 載 許 多 計 算 漿 量 的 方 法, 分 述 如 下 : 1. 配 比 設 計 重 量 比 例 法 重 量 比 例 法 係 利 用 經 驗 圖 表, 迅 速 計 算 出 各 材 料 用 量, 可 簡 化 配 比 設 計 計 算, 易 於 現 場 拌 合 施 工 2. 配 比 設 計 體 積 法 體 積 法 係 以 原 有 粗 骨 材 孔 隙 率 為 基 礎, 依 目 標 孔 隙 率 經 過 詳 細 計 算, 以 控 制 填 漿 體 積, 利 於 掌 握 拌 合 完 成 後 之 孔 隙 率 特 性 美 國 混 凝 土 協 [15] 會 以 體 積 法 進 行 透 水 混 凝 土 配 比 設 計, 步 驟 整 理 簡 化 後 如 下 圖 所 示, 水 灰 比 決 定 水 泥 漿 體 黏 結 性 與 混 凝 土 強 度, 美 國 混 凝 土 協 會 2002 規 範 A6.3 建 議 水 灰 比 值 介 於 0.35 至 0.45 由 於 乾 搗 形 態 之 粗 骨 材 在 拌 合 成 混 凝 土 後, 體 積 有 膨 脹 現 象, 粗 骨 材 含 量 相 對 減 少, 不 加 砂 情 形 下, 比 例 為
33 ACI 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 程 序 粗 骨 材 基 本 物 性 試 驗 1. 乾 搗 單 位 重 Wt, 2. 面 乾 內 飽 和 S, 3. 吸 水 率 r 求 出 單 位 體 積 中, 面 乾 內 飽 和 之 粗 骨 材 體 積 Va 及 孔 隙 體 積 V, t Va=Wt*b*(1+r)/SR 依 據 目 標 孔 隙 率 v, 計 算 水 泥 將 體 積 Vp Vp=Vt-v%*1 依 據 水 灰 比 W/c, 求 水 泥 體 積 Vc 與 水 體 積 Vw, 水 泥 比 重 Sc W/c=Vw*R/(ScVc) Vp=Vc+Vw 驗 算 Va+Vc+Vw+v%*1=1 圖 2.4 ACI 混 凝 土 配 比 設 計 流 程 圖 符 號 說 明 :(1) S: 面 乾 內 飽 和 粗 骨 材 容 積 比 重,(2) Wt:1 立 方 公 尺 骨 材 粒 料 單 位 重 ( 乾 搗 單 位 重 ),(3) r: 吸 水 率,(4) Va: 面 乾 內 飽 和 之 粗 骨 材 體 積,(5) Vc: 水 泥 體 積,(6) Vp: 水 泥 漿 體 積,(7) v: 孔 隙 百 分 率,(8) Vw: 水 體 積,(9) R: 水 泥 漿 與 骨 材 重 量 比 例, 簡 稱 漿 骨 比,(10) W/c: 水 灰 比,(11) Vt: 試 體 體 積 3. 配 比 設 計 比 表 面 積 法 比 表 面 積 法 主 要 係 以 骨 材 之 表 面 積 乘 以 漿 體 厚 度, 得 出 填 漿 量, 雷 揚 中 2004 提 出 理 論 概 述 如 下 : 假 設 理 想 的 骨 材 顆 粒 接 近 球 形, 若 骨 材 之 直 徑 為 d,ss 為 比 表 面 積, 以 球 體 表 面 積 與 球 體 體 積 之 比 例 2-12
34 可 求 得 比 表 面 積 值, 公 式 如 下 : Ss = 4π ( d / 2) 4 π ( d / 2) = 6 d 由 上 式 可 以 推 導 出 各 粒 徑 的 標 稱 直 徑 及 單 位 體 積 比 表 面 積 如 表 2.4 所 示 表 2.4 骨 材 之 比 表 面 積 骨 材 粒 徑 群 (mm) 平 均 粒 徑 (mm) S(m 2 /m 3 ) 25.0~ ~ ~ ~ ~ 雷 揚 中 2004, 在 水 泥 漿 包 裹 厚 度 部 分, 初 開 始 設 定 為 1mm, 由 於 漿 體 垂 流 量 太 大, 而 後 逐 漸 調 降 至 0.5mm, 並 以 0.5mm 0.4mm 以 及 0.3mm 進 行 各 項 試 驗, 以 求 得 最 佳 水 泥 用 量, 其 中 在 膜 厚 0.4mm 時, 骨 材 粒 徑 為 篩 號 #4 及 #8 雙 粒 徑 搭 配, 水 灰 比 0.3 情 形 下, 試 體 抗 壓 強 度 已 可 達 200kg/cm 2, 透 水 係 數 則 為 0.056cm/sec 其 抗 壓 強 度 已 超 過 一 般 結 構 混 凝 土 設 計 要 求 175 kg/cm 2 國 內 外 目 前 所 使 用 的 配 比 設 計 方 法, 在 填 漿 量 的 計 算 上, 計 有 重 量 比 例 法 體 積 法 及 比 表 面 積 法 等 重 量 比 例 法 為 公 共 工 程 委 員 會 施 工 綱 要 規 範 使 用 之 方 法, 其 配 比 計 算 極 為 簡 易, 於 粗 骨 材 稱 重 後, 即 可 迅 速 計 算 出 水 泥 用 量, 利 於 現 場 拌 合 施 工, 若 能 掌 握 配 比 之 物 理 及 工 程 特 性, 材 料 控 管 極 為 方 便 體 積 法 為 美 國 混 凝 土 協 會 採 用 的 方 法, 計 算 上 較 為 複 雜, 但 易 於 理 解 填 漿 量 與 孔 隙 的 關 係, 於 植 生 工 程 重 視 孔 隙 率 甚 於 強 度 的 情 形 下, 使 用 此 法 較 易 預 測 孔 隙 率 的 數 值 比 表 面 積 法 源 自 傳 統 混 凝 土 水 泥 漿 包 覆 骨 材 的 理 論, 一 般 工 程 師 容 易 接 受, 但 需 先 了 解 各 骨 材 之 比 表 面 積 由 於 各 配 比 試 拌 法 對 漿 體 垂 流 量 的 問 題 尚 無 良 好 的 解 決 方 案, 在 垂 流 量 控 制 2-13
35 方 面, 大 多 僅 能 以 試 誤 法 進 行 各 種 配 比 設 計 法 各 有 其 優 缺 點, 若 能 針 對 漿 體 垂 流 量 的 問 題 找 尋 良 好 的 解 決 方 案, 而 瀝 青 垂 流 試 驗 是 採 用 美 國 AASHTO T 的 網 籠 法 進 行 垂 流 試 驗, 是 用 於 透 水 瀝 青 混 凝 土 在 高 溫 狀 態 下 保 持 靜 態 的 最 大 瀝 青 量 測 定, 適 用 於 垂 流 量 控 制 方 面 透 水 混 凝 土 中 提 供 力 學 強 度 者 除 了 骨 材 外, 膠 結 材 料 亦 是 另 一 重 要 相 位, 若 是 膠 結 漿 體 的 力 學 強 度 有 所 提 升, 對 於 整 體 強 度 是 有 正 面 助 益 一 般 而 言, 透 水 混 凝 土 膠 結 骨 材 的 膠 結 材 料 通 常 為 水 泥 漿 體, 若 以 卜 作 嵐 材 料 取 代 部 分 水 泥, 不 僅 可 以 增 加 漿 體 之 黏 稠 性 達 到 良 好 包 裹 骨 材 之 效 果, 防 止 垂 流 增 加 透 水 能 力, 更 可 藉 由 卜 作 嵐 反 應 提 升 膠 結 材 料 之 強 度, 進 而 提 供 透 水 混 凝 土 更 高 之 力 學 特 性, 因 此 膠 結 材 料 之 組 合 亦 為 透 水 混 凝 土 提 升 透 水 能 力 與 力 學 特 性 要 素 之 ㄧ 透 水 性 混 凝 土 在 目 前 為 止 並 無 成 熟 的 設 計 方 式, 但 依 照 透 水 混 凝 土 所 使 用 的 目 的, 可 以 由 透 水 混 凝 土 內 的 孔 隙 結 構 著 手 首 先, 透 水 混 凝 土 是 骨 材 堆 積 在 一 單 位 體 積 之 中, 由 骨 材 的 點 對 點 所 堆 積 的 特 殊 結 構, 並 存 在 許 多 孔 隙, 設 計 的 原 則 即 為 將 骨 材 顆 粒 表 面 由 黏 結 的 漿 體 包 裹, 並 且 將 骨 材 顆 粒 相 互 黏 結, 形 成 一 個 保 有 孔 隙 且 具 有 力 學 強 度 的 混 凝 土 膠 結 漿 體 的 設 計 量 並 不 須 完 全 充 滿 此 單 位 骨 材 中 的 所 有 孔 隙, 而 漿 體 的 使 用 量 是 可 以 依 據 所 需 的 透 水 性 能 和 力 學 強 度 做 權 衡 設 計 的 由 學 者 楊 靜 所 建 議, 一 立 方 公 尺 透 水 混 凝 土 的 重 量 應 為 骨 材 緊 密 堆 積 之 重 量 與 單 方 水 泥 用 量 加 上 拌 和 水 量 之 和, 約 在 1,600-2,100kg 範 圍 內, 根 據 此 原 則 可 以 初 步 確 定 透 水 混 凝 土 的 配 比 1. 骨 材 用 量 一 立 方 公 尺 透 水 混 凝 土 中 粗 骨 材 總 量 可 以 取 最 緊 密 堆 積 的 骨 材 重 量, 大 致 在 1,200-1,400kg 之 間, 主 要 使 用 粗 骨 材, 若 需 使 用 細 骨 材, 則 細 骨 材 使 用 量 控 制 在 粗 骨 材 之 20% 之 內 2. 骨 材 粒 徑 骨 材 粒 徑 是 決 定 透 水 混 凝 土 中 孔 隙 體 積 重 要 因 素 之 ㄧ 骨 材 粒 徑 亦 2-14
36 影 響 透 水 混 凝 土 的 力 學 強 度 甚 鉅 由 理 論 推 斷, 若 骨 材 形 狀 接 近 圓 形 的 理 想 狀 況 之 下, 單 位 體 積 內 骨 材 堆 疊 所 產 生 的 孔 隙 體 積 是 相 同 的, 不 同 之 處 在 於 孔 隙 的 大 小 大 粒 徑 的 骨 材 堆 積 之 下 的 孔 隙 必 定 大 於 小 粒 徑 骨 材 堆 積 所 產 生 的 孔 隙 主 導 透 水 性 能 的 連 通 孔 隙 直 徑 越 大 則 透 水 性 能 會 較 佳, 反 之 則 較 差 以 力 學 強 度 觀 點, 骨 材 粒 徑 較 小, 單 位 體 積 中 的 骨 材 顆 粒 數 量 必 定 大 於 骨 材 粒 徑 大 者, 因 此 單 位 體 積 中 透 水 混 凝 土 內 骨 材 接 觸 點 數 量 增 加 的 情 形 下, 力 學 強 度 是 會 向 上 提 升 的 因 此, 骨 材 粒 徑 的 選 用 關 係 到 透 水 混 凝 土 的 透 水 性 能 以 及 力 學 強 度, 故 可 以 依 照 透 水 混 凝 土 使 用 的 目 的 來 設 計 選 用 骨 材 粒 徑 3. 膠 結 材 料 用 量 透 水 混 凝 土 之 膠 結 材 料 通 常 使 用 波 特 蘭 水 泥, 但 為 了 整 體 強 度 的 考 量, 會 有 添 加 礦 物 摻 料 亦 或 者 使 用 其 他 漿 體 來 取 代 水 泥 漿 體 以 水 泥 漿 體 而 言, 若 保 證 在 最 佳 用 水 量 的 狀 況 之 下, 增 加 水 泥 用 量 是 可 以 提 升 水 泥 漿 體 的 稠 度 和 增 加 裹 覆 在 骨 材 顆 粒 周 圍 的 漿 體 厚 度, 此 舉 可 以 有 效 地 提 升 透 水 混 凝 土 的 力 學 強 度 但 若 水 泥 使 用 量 過 大, 會 使 得 漿 體 體 積 增 加, 進 而 減 少 骨 材 之 間 的 孔 隙 率, 因 而 損 失 透 水 性 能 同 時 水 泥 用 量 亦 受 到 骨 材 粒 徑 影 響, 若 骨 材 粒 徑 較 小, 則 骨 材 表 面 積 較 大, 此 時 可 適 當 增 加 水 泥 用 量 通 常 透 水 混 凝 土 水 泥 用 量 在 kg/m 3 範 圍 內 4. 水 灰 比 水 灰 比 在 水 泥 漿 體 性 質 中 扮 演 相 當 重 要 的 角 色, 水 灰 比 關 乎 水 泥 漿 體 硬 固 後 的 力 學 強 度, 也 關 係 著 水 泥 漿 體 的 工 作 性 良 好 的 水 灰 比 設 計, 使 得 工 作 性 良 好, 可 以 使 得 水 泥 漿 體 充 分 裹 覆 在 骨 材 顆 粒 周 圍, 在 透 水 混 凝 土 硬 固 後 展 現 優 良 的 力 學 強 度 倘 若 水 灰 比 過 高, 透 水 混 凝 土 較 不 容 易 有 高 力 學 強 度, 此 外 漿 體 流 動 性 過 高 的 狀 況 下, 不 易 裹 覆 在 骨 材 周 圍 而 因 重 力 影 響 向 下 流 動, 產 生 垂 流 現 象 漿 2-15
37 體 垂 流 至 透 水 混 凝 土 底 部 硬 固 後, 會 造 成 透 水 性 能 喪 失, 骨 材 顆 粒 因 漿 體 垂 流 而 無 法 被 漿 體 均 勻 裹 覆, 力 學 強 度 也 會 受 到 折 減 此 外, 為 了 提 升 力 學 性 能 而 使 用 過 低 水 灰 比 的 漿 體, 會 造 成 漿 體 過 於 黏 稠, 工 作 性 差 且 不 易 於 拌 合 過 於 黏 稠 的 漿 體 會 使 得 骨 材 產 生 團 簇 的 現 象, 使 漿 體 在 透 水 混 凝 土 之 中 分 佈 不 均, 極 有 可 能 阻 斷 透 水 路 徑, 分 佈 不 均 的 漿 體 也 會 讓 透 水 混 凝 土 內 部 形 成 許 多 缺 漿 的 弱 面, 而 使 力 學 強 度 大 為 折 減 良 好 的 水 灰 比 可 以 透 過 實 際 拌 和 求 得, 通 常 界 於 之 間, 最 佳 水 灰 比 通 常 有 兩 種 確 定 方 法 : (1) 在 骨 料 與 水 泥 用 量 一 定 的 狀 況 下, 從 小 至 大 選 定 數 組 不 同 水 灰 比 分 別 拌 製 混 凝 土, 再 以 試 驗 測 定 其 抗 壓 強 度, 繪 製 W/C-f 曲 線, 求 出 最 大 抗 壓 強 度 所 對 應 的 水 灰 比 即 為 最 佳 水 灰 比 (2) 實 際 工 作 中 常 依 據 經 驗 判 定 水 灰 比 是 否 合 適, 取 一 些 拌 和 良 好 的 新 拌 透 水 混 凝 土 進 行 觀 察, 若 水 泥 漿 在 骨 材 顆 粒 表 面 均 勻 裹 覆, 沒 有 水 泥 漿 體 下 滴 的 情 形, 而 且 顆 粒 有 類 似 金 屬 光 澤, 則 說 明 此 水 灰 比 較 為 合 適 5. 工 作 性 檢 驗 透 水 混 凝 土 拌 合 物 因 為 水 灰 比 限 制, 通 常 顯 得 乾 硬, 一 般 建 議 使 用 VB 稠 度 指 標 來 衡 量, 建 議 VB 值 在 較 為 合 適 在 初 步 配 比 計 算 之 後, 試 拌 並 且 測 定 拌 合 物 的 工 作 度, 即 可 驗 證 配 比 設 計 是 否 合 理 透 水 混 凝 土 在 國 內 外 的 應 用 混 凝 土 材 料 在 臺 灣 以 及 國 際 間 被 應 用 在 土 木 工 程 上 已 經 有 很 長 的 時 間, 學 者 和 工 程 師 們 對 於 土 木 工 程 實 務 上 各 項 構 造 物 其 用 途 的 不 同 也 開 發 或 改 良 許 多 新 型 混 凝 土, 隨 著 環 保 意 識 抬 頭, 混 凝 土 材 料 除 了 考 慮 耐 久 性 經 濟 性 施 工 性 之 外, 對 於 環 境 生 態 衝 擊 的 因 素 也 漸 漸 納 入 研 發 新 材 料 的 考 慮 重 點 2-16
38 國 外 應 用 1970 年 代 早 期 於 美 國 開 始 發 展, 為 的 是 要 改 善 鋪 面 面 層 的 透 水 性 降 低 噪 音 和 增 加 雨 天 的 抗 滑, 而 當 時 早 就 有 許 多 歐 洲 國 家 採 用, 現 今 至 少 也 有 7 個 國 家 採 用, 他 們 都 有 所 共 識, 鋪 設 厚 度 45~50mm 孔 隙 率 在 17~20 % 左 右, 粒 徑 標 稱 11mm 或 16mm, 較 大 或 較 小 的 篩 號 則 不 常 使 用, 瀝 青 膜 厚 度 約 在 20~40μm 在 1970 年 代 中 期, 很 多 州 立 的 公 路 行 政 機 構 就 已 經 開 始 採 用 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 路 面, 目 前 美 國 已 有 15 州 廣 泛 的 使 用, 且 還 有 數 個 州 也 正 在 考 慮 跟 進 在 美 國, 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 是 從 廠 拌 封 層 試 驗 中 發 展 出 來 的, 封 層 處 理 是 先 鋪 上 一 層 瀝 青, 隨 後 再 散 佈 蓋 面 粒 料, 並 將 粒 料 夯 實 置 進 瀝 青 膠 泥 中, 如 此 可 增 強 磨 擦 層, 但 相 對 地 在 高 速 極 高 程 載 的 情 形 下 會 減 低 壽 命 為 了 維 持 摩 擦 層 的 功 能 及 減 少 粒 料 的 流 失, 美 國 公 路 局 在 1970 年 代 開 始 研 究 在 熱 拌 合 時, 於 瀝 青 膠 泥 中 拌 入 大 量 的 碎 石 粒 料, 其 直 徑 為 9.5~12mm, 並 使 用 傳 統 鋪 築 機 鋪 設 19mm 厚, 這 種 鋪 面 的 優 點 是 表 面 有 孔 隙 及 增 加 摩 擦 力, 但 因 為 鋪 設 的 厚 度 較 薄, 孔 隙 較 少, 所 以 透 水 及 降 低 輪 胎 噪 音 的 效 果 較 小 有 關 於 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 較 常 見 問 題 不 外 乎, 粒 料 過 早 剝 落 黏 結 劑 的 流 失 及 下 層 的 瀝 青 混 凝 土 惡 化 等 問 題 大 部 分 公 路 單 位 所 使 用 的 標 稱 最 大 粒 徑 為 9.5mm 此 級 配 最 大 不 同 點 在 於 通 過 2.36mm 和 200 篩 的 百 分 率, 當 其 他 地 方 著 重 在 孔 隙 率 已 改 善 內 部 排 水 問 題 時, 有 一 些 州 確 較 偏 愛 使 用 細 粒 料 以 增 加 混 合 料 的 穩 定 性 然 而, 在 美 國 所 規 範 的 孔 隙 和 歐 洲 大 部 分 的 國 家 不 同 於 1979 年 的 美 國 佛 州 Sarasota 區 已 經 使 用 無 細 骨 材 的 多 孔 隙 混 凝 土 建 造 具 有 透 水 性 路 面 的 停 車 場, 並 且 取 得 透 水 混 凝 土 專 利 此 後, 透 水 混 凝 土 在 美 國 開 始 被 推 廣 應 用, 例 如 在 Sarasota 大 學 附 近 構 築 了 一 條 4 線 車 道 長 1.6 公 里 的 透 水 路 面 道 路, 之 後 在 新 墨 西 哥 以 及 佛 州 西 部 地 區 共 修 建 53 座 透 水 混 凝 土 停 車 場 從 80 年 代 開 始, 美 國 開 始 有 透 水 混 凝 土 預 拌 廠 2-17
39 , 佛 州 於 1991 年 成 立 了 透 水 性 波 特 蘭 水 泥 混 凝 土 協 會, 對 於 透 水 混 凝 土 的 應 用 提 供 技 術 指 導 照 片 2.1 為 美 國 透 水 鋪 面 應 用 於 停 車 場 照 片 2.1 美 國 透 水 鋪 面 應 用 於 停 車 場 美 國 CAHILL ASSOCIATES 環 境 工 程 顧 問 在 Villanova 大 學 所 做 的 透 水 混 凝 土 雨 水 滯 留 量 試 驗 中, 以 5,359 平 方 公 尺 面 積 土 地 舖 設 0.45 至 0.75 公 尺 厚 度 之 透 水 混 凝 土, 經 過 實 際 24 小 時 降 雨 強 度 達 149mm, 最 大 每 小 時 降 雨 強 度 達 35.1mm 暴 雨 的 測 試, 其 出 流 量 僅 為 76 立 方 公 尺, 平 均 深 度 14.2mm, 即 減 少 逕 流 量 約 達 90%, 其 餘 雨 水 均 流 入 地 下, 其 試 驗 基 地 如 照 片 2.2 所 示 照 片 2.2 Villanova 大 學 透 水 混 凝 土 試 驗 廣 場 2-18
40 日 本 於 1987 年 開 始 有 學 者 申 請 透 水 混 凝 土 舖 築 材 料 的 專 利, 專 利 內 容 是 使 用 單 一 粒 徑 粗 骨 材 加 上 微 量 細 骨 材 配 合 有 機 高 分 子 樹 脂 作 為 膠 結 材 料, 主 要 應 用 在 公 園 人 行 步 道 和 停 車 場 日 本 自 1973 年 起 採 用 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 鋪 面, 東 京 都 建 設 局 當 時 為 改 善 行 道 樹 之 生 長 環 境, 因 而 開 始 對 人 行 道 透 水 性 鋪 面 之 規 劃 設 計 施 工 及 後 續 追 蹤 調 查 進 行 研 究 ; 於 20 多 年 間, 共 鋪 設 了 透 水 鋪 面 220 萬 平 方 公 尺, 並 以 階 段 性 的 方 式 配 合 政 策 的 推 行, 於 1986~1995 年 間, 以 每 年 增 加 10~20 萬 平 方 公 尺 之 速 度 成 長, 東 京 都 透 水 性 鋪 面 之 推 動 成 果, 在 日 本 具 有 指 標 性 意 義, 促 使 日 本 全 國 進 行 透 水 性 鋪 面 之 鋪 設, 至 1999 年, 全 國 已 累 積 了 1000 萬 平 方 公 尺 以 上 的 施 工 實 績 照 片 2.3 為 日 本 透 水 鋪 面 應 用 於 步 道 照 片 2.3 日 本 透 水 鋪 面 應 用 於 步 道 自 1973 年, 日 本 採 用 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 鋪 面 至 今 已 近 30 年 當 時 東 京 都 建 設 局 為 改 善 行 道 樹 之 生 長 環 境, 於 1973 至 1995 年 共 築 200 萬 平 方 公 尺, 並 以 政 策 性 及 階 段 性 的 推 行, 於 1986~1995 年 10~20 萬 平 方 公 尺 / 年 速 度 成 長, 東 京 都 透 水 性 鋪 面 之 推 動 成 果, 在 日 本 具 有 指 標 性 意 義, 促 使 日 本 全 國 進 行 透 水 性 鋪 面 之 鋪 設, 至 1999 年, 全 國 已 累 積 1,000 萬 平 方 公 尺 以 上 工 作 實 績 其 壓 碎 石 灰 岩 所 的 之 石 粉, 其 含 水 量 在 10% 以 下, 且 為 了 抵 抗 粒 料 飛 散 性 耐 候 性 耐 水 性 耐 流 動 性 等 功 能, 但 實 際 上 則 是 為 了 考 慮 耐 久 2-19
41 性 排 水 機 能 之 持 續 性, 則 多 採 用 高 黏 度 改 質 瀝 青 其 混 合 料 的 配 比 設 計 中, 在 由 試 誤 法 決 定 粒 料 配 比 的 混 合 料 垂 流 試 驗 中 取 得 最 佳 瀝 青 含 量, 接 著 由 密 度 試 驗 馬 歇 爾 穩 定 值 試 驗 透 水 試 驗 及 Cantabro 磨 耗 試 驗 決 定 設 計 瀝 青 量, 製 作 馬 歇 爾 試 體 的 夯 實 次 數 為 每 面 各 50 下 日 本 在 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 之 材 料 發 展 規 範 研 擬 配 比 設 計 現 場 施 工 機 要 評 估 方 面, 累 積 多 年 實 務 經 驗, 臺 灣 與 日 本 地 理 位 置 接 近, 工 程 技 術 交 流 頻 繁 且 施 工 機 具 類 似, 日 本 推 行 經 驗 頗 值 台 灣 借 鏡 以 下 為 日 本 透 水 性 鋪 面 之 發 展 歷 程 : 1973 年 東 京 建 設 局 建 立 三 個 人 型 到 透 水 鋪 面 試 驗 區 1975 年 日 本 道 路 建 設 協 會 成 立 透 水 性 路 面 研 究 委 員 會 1978 年 將 透 水 性 路 面 列 入 瀝 青 路 面 綱 要 1982 年 技 術 成 熟, 應 用 於 全 國 人 行 道 1983 年 在 都 市 防 洪 政 策 中 納 入 雨 水 儲 留 滲 透 設 施 設 置, 其 中 透 水 性 道 路 鋪 面 逐 步 被 採 用, 於 1999 年 全 國 已 累 積 1000 萬 平 方 公 尺 以 上 工 作 實 績 日 本 在 發 展 透 水 性 試 驗 路 面 時, 特 別 重 視 下 列 課 題 : (1) 瀝 青 混 合 料 最 大 粒 徑 之 研 究 (2) 路 盤 級 配 ( 碎 石 或 礫 石 ) 及 其 厚 度 之 研 究 (3) 試 驗 路 面 所 處 地 點 土 質 地 勢 等 環 境 條 件 (4) 用 消 石 灰 加 入 瀝 青 混 合 料 所 產 生 之 效 果 日 本 透 水 性 鋪 面 發 展 至 今, 依 其 用 途 可 區 分 為 3 類 (1) 步 行 道 路 面 鋪 面 ;(2) 車 行 道 路 鋪 面 ;(3) 戶 外 體 育 景 觀 設 施 鋪 面 ; 日 本 常 用 之 透 水 性 鋪 面 型 式 如 表 2.5 所 示 推 廣 過 程 是 以 步 行 道 路 面 鋪 面 車 行 道 路 鋪 面 及 其 他 ( 戶 外 體 育 景 觀 設 施 鋪 面 ) 之 應 用 次 續 發 展, 從 其 發 展 歷 程, 透 水 鋪 面 並 無 一 蹴 可 幾 2-20
42 , 而 是 由 試 驗 區 開 始, 後 得 成 功 之 案 例, 再 局 部 地 區 推 動 至 全 國 日 本 混 凝 土 協 會 2004 年 為 因 應 高 陡 護 坡 常 因 暴 雨 時 排 水 不 及 側 壓 力 過 大 造 成 崩 毀 災 害, 提 出 以 透 水 混 凝 土 施 築 護 牆 之 施 工 方 式, 其 中 背 填 透 水 混 凝 土 為 增 加 工 作 性, 以 加 砂 及 加 強 塑 劑 方 式 拌 合 透 水 混 凝 土 配 比 如 表 2.6 所 示, 該 配 比 抗 壓 強 度 約 250kg/cm 2, 高 陡 護 坡 斷 面 圖 如 圖 2.5 所 示 表 2.5 日 本 常 用 之 透 水 性 鋪 面 型 式 設 計 區 別 使 用 場 所 適 用 條 件 鋪 設 剖 面 圖 面 層 材 料 標 準 剖 面 人 行 道 路 鋪 面 步 道 I 步 道 II 步 道 廣 場 徒 步 區 慢 跑 步 道 腳 踏 車 道 步 道 入 口 處 廣 場 停 車 場 提 供 行 人 腳 踏 車 通 行 的 步 道, 腳 踏 車 的 專 用 道 輕 型 車 輛 管 理 用 車 輛 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 連 鎖 磚 天 然 砂 礫 橡 膠 屑 車 道 I 大 型 車 輛 通 行 量 小 於 10 輛 車 行 道 路 鋪 面 車 道 II 車 道 III 車 道 步 車 共 存 道 路 停 車 場 商 店 街 廣 場 徒 步 區 大 型 車 輛 通 行 量 小 於 10~55 輛 重 交 通 程 度 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 連 鎖 磚 2-21
43 孔 隙 率 (%) 水 灰 比 表 2.6 背 填 透 水 混 凝 土 之 配 合 比 例 單 位 體 積 材 料 用 量 (kg/m 3 ) 水 泥 水 細 骨 材 粗 骨 材 強 塑 劑 * % 註 : 強 塑 劑 為 水 泥 量 之 0.75% 日 本 GOMACO 公 司 以 滑 動 模 板 進 行 透 水 混 凝 土 護 坡 施 工, 施 工 河 道 長 64 公 尺, 透 水 混 凝 土 澆 置 總 面 積 271 平 方 公 尺, 澆 置 厚 度 20 公 分, 全 部 完 成 所 花 時 間 僅 為 2 日, 較 傳 統 預 鑄 透 水 框 格 塊 舖 設 工 法 速 度 快 2-3 倍, 成 本 節 省 20% 以 上, 詳 如 照 片 2.4 所 示 圖 2.5 高 陡 護 坡 斷 面 示 意 圖 ( 資 料 來 源 : 日 本 混 凝 土 協 會 2004) 2-22
44 照 片 2.4 透 水 混 凝 土 護 坡 施 工 澆 置 情 形 (GOMACO 公 司 歐 洲 之 透 水 性 鋪 面 發 展 情 形 簡 述 如 下 : 1. 瑞 典 瑞 典 國 家 公 路 管 理 局 SNRA(Swedish National Road Administration ) 表 明 多 孔 隙 地 瀝 青 混 凝 土 的 耐 久 性 比 一 般 密 級 配 瀝 青 混 凝 土 來 的 好 的 確, 在 許 多 情 況 中 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 對 大 頭 釘 胎 環 的 損 害, 比 對 一 般 密 級 配 瀝 青 的 更 具 有 較 低 的 抵 抗 力, 因 此 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 的 使 用 多 半 是 基 於 對 噪 音 的 減 少 和 水 的 排 除 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 混 合 的 5.0% 的 瀝 青, 並 用 0.8% 的 礦 物 纖 維, 用 來 增 加 連 結 劑 的 耐 久 性 及 風 化 強 度 施 工 期 之 瀝 青 混 凝 土 之 孔 隙 率 大 於 15% 哥 德 堡 (Goteborg) 和 郝 爾 辛 堡 (Helsingborg) 之 間 之 E-6 高 速 公 路 上, 幾 個 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 的 表 面 也 被 調 查 過 城 市 道 路 當 局 選 擇 新 的 多 孔 瀝 青 混 凝 土 表 面 道 路 主 要 用 於 減 少 交 通 噪 音 ; 在 城 市, 排 水 是 次 重 要 的 在 中 等 的 降 雨 量 以 後, 可 見 到 只 有 較 少 的 水 留 在 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 表 面 上 2-23
45 1980 年 代 早 期, 在 哥 德 堡 (Goteborg) 測 量 到 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 的 噪 音 量 在 2 年 之 中, 由 初 始 的 6.0 分 貝 降 到 4.8 分 貝 同 樣 地, 道 路 的 排 水 容 量 在 了 50% 這 些 減 少 的 空 間 主 要 源 自 於 道 路 上 的 灰 塵 的 堆 積 和 大 頭 釘 胎 環 (studded tire) 的 損 害 但 哥 德 堡 道 路 當 局 還 是 認 為 這 些 現 象 足 以 證 明 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 的 使 用 是 正 確 的 2. 德 國 在 德 國 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 ( 德 國 術 語 為 Larmmindemde 瀝 青 ) 還 沒 有 標 準 規 格, 由 於 民 眾 的 壓 力 漸 增, 為 的 是 使 用 它 來 減 少 交 通 的 噪 音 如 同 在 瑞 典, 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 是 用 來 減 少 交 通 噪 音 和 排 水 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 設 計 有 8 和 11mm 兩 種 粒 料 尺 寸, 有 15 到 25% 孔 隙 含 量, 其 瀝 青 含 量 大 約 5% 混 合 物 重 應 用 40mm 厚 的 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 面 層, 使 用 最 大 尺 寸 為 11mm 的 粗 粒 料,85% 的 粗 粒 料 保 留 在 2mm 的 篩 子 上, 含 有 0.5%( 混 合 物 的 重 量 ) 的 纖 維 素 纖 維 (cellulose fibers) 德 國 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 的 鋪 面 比 傳 統 路 面 大 約 多 100% 費 用 支 付 這 個 費 用 主 要 是 用 來 減 少 因 高 速 行 駛 在 住 宅 區 或 附 近 其 中 的 公 路 上 時 所 產 生 的 噪 音 3. 法 國 法 國 使 用 之 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 面 層, 粒 料 最 大 尺 寸 為 10mm 或 14mm 的 粒 料, 其 中 粗 粒 料 (2mm 以 上 ) 佔 總 粒 料 的 85%, 其 孔 隙 率 約 為 22%, 其 黏 合 劑 組 成 範 圍 很 廣, 包 括 瀝 青 改 質 瀝 青 橡 膠 瀝 青 和 添 加 纖 維 的 瀝 青 主 要 用 在 恢 復 人 行 道 鋪 面 及 公 路 路 面, 以 降 低 噪 音 和 增 加 滲 漏, 並 減 少 路 面 逕 流 法 國 認 為 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 光 使 用 瀝 青, 無 法 抵 抗 重 交 通 所 需 的 凝 聚 力 及 柔 性, 所 以 自 1982 年 開 始 採 用 橡 膠 瀝 青, 透 水 性 底 部 基 礎, 則 使 用 粒 料 最 大 尺 寸 有 14 mm 和 粘 結 劑 如 瀝 青 跳 躍 (gap-graded) 級 配 的 粒 料, 大 多 在 10mm 到 14 mm, 但 是 只 有 很 少 的 礦 物 填 充, 一 年 後, 這 個 高 交 通 流 量 的 城 市 道 路 面 外 表 上 還 2-24
46 是 沒 有 顯 示 出 任 何 的 損 壞 目 前 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 在 德 國, 還 沒 有 標 準 的 規 格, 如 同 瑞 典 一 樣, 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土, 主 要 用 來 減 少 交 通 噪 音 和 排 水 4. 比 利 時 比 利 時 在 1970 年 代 開 始 使 用, 其 填 充 料 小 於 0.08mm, 其 黏 結 劑 採 改 質 瀝 青 和 橡 膠 瀝 青,90±5% 通 過 No.60 篩,70±10% 通 過 No.200 篩, 孔 隙 率 為 19%~25%, 建 議 不 適 合 用 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 路 面 之 處 : (1) 落 塵 量 大 的 道 路, 因 粒 料 間 之 空 隙 很 快 就 被 堵 塞 (2) 低 交 通 亮 或 慢 車 速 車 道, 因 為 車 速 不 夠 快 被 堵 塞 (3) 承 受 高 減 麗 赫 重 路 面 ( 彎 道, 上 下 坡 道 ), 因 目 前 尚 不 明 瞭 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 混 合 料 對 此 荷 重 能 否 有 足 夠 抵 抗 力 國 內 應 用 目 前 國 內 透 水 性 鋪 面 之 發 展 尚 處 於 研 究 發 展 階 段, 尤 其 都 市 化 結 果 不 透 水 面 積 逐 年 增 加, 使 得 地 表 保 水 之 效 能 降 低 根 據 國 中 小 學 校 園 環 境 調 查 報 告 顯 示, 國 內 三 十 五 所 國 中 小 學 校 園 的 地 面 平 均 不 透 水 面 積, 在 國 中 校 園 高 達 69%, 國 小 達 68%, 保 水 現 況 十 分 不 良, 此 一 趨 勢 已 令 相 關 管 理 單 位 正 視 鋪 面 透 水 議 題 臺 南 市 中 華 路 有 試 鋪 與 透 水 性 鋪 面 面 層 相 同 之 排 水 性 瀝 青 路 面, 照 片 如 圖 2.6, 其 添 加 木 質 纖 維 材 料, 使 其 有 較 高 黏 度, 強 化 路 面 結 構 強 度, 屬 於 中 低 承 載 之 路 面 另 外 總 面 積 達 一 百 廿 九 公 頃, 位 於 彰 濱 工 業 區, 主 要 設 施 包 括 了 綜 合 性 能 測 試 道 煞 車 性 能 測 試 道 噪 音 測 試 道 綜 合 耐 久 測 試 道 標 準 不 良 路 斜 坡 測 試 道 滑 行 暨 振 動 噪 音 測 試 道 實 驗 室 等 的 彰 濱 試 車 場 暨 實 驗 室, 建 中 工 程 公 司 為 發 展 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土, 在 該 廠 鋪 設 多 孔 隙 瀝 青 混 凝 土 鋪 面, 設 計 之 孔 隙 率 目 標 值 為 20%, 並 測 試 各 項 功 能, 經 測 試 透 水 效 能 達 100ml/sec, 透 水 係 數 cm/sec 2-25
47 圖 2.6 臺 南 市 中 華 西 路 之 排 水 性 瀝 青 路 面 國 際 應 用 透 水 混 凝 土 作 為 路 面 材 料, 可 預 見 的 這 種 材 料 也 將 被 應 用 的 更 廣 泛, 但 在 國 內 仍 未 有 相 關 規 範, 因 此 大 量 的 研 究 工 作 以 及 分 析 數 據 的 產 出 對 於 國 內 透 水 混 凝 土 技 術 的 提 升 是 首 要 的 課 題 當 邊 坡 坡 度 大 時, 應 施 築 擋 土 結 構, 傳 統 之 混 凝 土 擋 土 牆 工 法 提 供 了 邊 坡 穩 定 與 保 護 功 能, 當 今 則 利 用 透 水 性 材 料 作 為 保 護 之 素 材, 結 合 工 程 生 物 與 生 態 之 觀 念 進 行 整 治 工 程, 成 為 適 合 整 體 環 境 之 保 護 工 法 由 於 透 水 混 凝 土 具 有 良 好 的 水 份 進 出 特 性, 迎 水 面 水 位 升 降 或 背 填 土 孔 隙 水 增 加, 結 構 本 身 幾 乎 均 不 承 受 水 壓 變 化 的 影 響, 尤 其 當 河 川 水 位 驟 降 時, 一 般 擋 土 牆 因 牆 後 水 位 無 法 迅 速 下 降, 較 易 傾 倒 一 般 農 田 灌 溉 水 路 旁 有 較 寬 廣 腹 地, 為 使 水 域 與 陸 域 區 之 生 態 交 會 區 範 圍 增 加, 營 造 綠 色 環 境, 何 廷 祥 2005 提 出 灌 溉 渠 道 以 透 水 混 凝 土 與 傳 統 混 凝 土 結 合 為 複 合 斷 面 的 施 工 方 式, 示 意 圖 如 圖 2.7 所 示, 圖 中 灌 溉 水 路 為 避 免 灌 溉 水 流 失, 常 流 水 面 仍 使 用 傳 統 混 凝 土, 但 在 上 部 則 改 以 透 水 混 凝 土, 以 供 植 物 生 長 以 及 地 表 水 滲 入 其 中 透 水 混 凝 土 曼 寧 係 數 N 值 增 大, 必 須 於 水 裡 分 析 時 考 量, 以 10~20mm 骨 材 之 透 水 混 凝 土 而 言, 其 曼 寧 係 數 N 值 約 為 0.02, 較 傳 統 混 凝 土 為 高 2-26
48 圖 2.7 灌 溉 水 路 使 用 透 水 混 凝 土 之 工 法 依 據 韓 乃 斌 論 文 ( 連 惠 邦 教 授 指 導 ), 由 圖 2.8 可 知, 當 骨 材 粒 徑 愈 大, 其 透 水 係 數 愈 高, 骨 材 粒 徑 愈 小, 其 透 水 係 數 則 愈 低, 主 要 原 因 在 於 骨 材 粒 徑 愈 大 時, 所 形 成 之 孔 隙 孔 徑 較 大, 水 通 過 流 速 較 快, 水 份 通 過 較 容 易, 反 之 骨 材 粒 徑 愈 小, 因 孔 隙 孔 徑 較 小, 阻 力 較 大, 水 份 較 不 易 通 過 致 於 透 水 係 數 與 水 灰 比 之 關 係, 水 灰 比 0.35 之 透 水 係 數 小 於 水 灰 比 0.3 者, 主 要 原 因 應 與 結 構 緻 密 度 較 大 有 關 由 於 透 水 混 凝 土 透 水 能 力 是 否 良 好, 尚 牽 涉 與 其 接 觸 之 土 壤 之 透 水 能 力, 一 般 而 言, 透 水 係 數 若 大 於 所 接 觸 之 土 壤 或 地 工 織 物, 則 無 阻 礙 水 流 之 虞, 公 共 工 程 委 員 會 對 地 工 織 物 之 規 範 要 求 其 透 水 係 數 為 大 於 10-2cm/sec, 依 該 標 準 不 論 0.35 或 0.3 水 灰 比 之 配 比 均 可 輕 易 達 成 孔 隙 率 在 透 水 混 凝 土 中 與 透 水 係 數 成 正 比, 孔 隙 率 愈 高, 透 水 係 數 愈 高 ; 孔 隙 率 愈 低, 透 水 係 數 愈 低 在 孔 隙 率 為 30% 情 形 下, 透 水 係 數 約 為 1.69cm/sec, 詳 圖 2.9 所 示 將 本 研 究 試 驗 值 與 文 獻 回 顧 美 國 混 凝 土 協 會 透 水 係 數 比 較, 該 協 會 以 骨 材 級 配 9.5~2.36mm 以 及 19.0~4.75mm 之 骨 材 配 比 進 行 透 水 係 數 試 驗, 當 孔 隙 率 為 35% 時, 其 透 水 係 數 為 3.75cm/sec, 而 本 試 驗 以 19~12.5 mm 之 骨 材 配 比, 孔 隙 率 為 36% 時, 透 水 係 數 為 5.39 cm/sec, 因 本 試 驗 之 骨 材 粒 徑 平 均 值 較 大, 形 成 之 孔 隙 較 大, 結 構 內 水 流 阻 力 較 少, 比 較 結 果 透 水 係 數 值 雖 較 大 尚 屬 合 理 2-27
49 圖 2.8 透 水 係 數 與 漿 骨 比 關 係 圖 ( 註 : 圖 例 前 方 數 字 為 骨 材 粒 徑, 後 方 數 字 為 水 灰 比, 透 水 係 數 單 位 :cm/sec) 圖 2.9 孔 隙 率 與 透 水 係 數 關 係 圖 透 水 混 凝 土 或 可 稱 為 多 孔 隙 混 凝 土 (porous concrete, PC) 具 有 良 好 排 水 吸 音 與 抗 滑 能 力, 適 合 鋪 設 於 台 灣 多 雨 之 環 境, 由 於 多 孔 隙 混 凝 土 孔 隙 率 較 高, 其 強 度 低 於 一 般 混 凝 土, 因 此 要 應 用 於 高 速 公 路 面 層 將 受 到 侷 限 活 性 粉 混 凝 土 (reactive powder concrete, RPC) 則 是 法 國 近 年 開 發 出 之 高 度 緻 密 化 及 均 質 化 混 凝 土, 具 有 超 高 抗 壓 強 度 與 抗 彎 強 度 劉 明 仁 新 近 研 究 結 合 多 孔 隙 混 凝 土 (PC) 與 活 性 粉 混 凝 土 (RPC) 之 特 性, 研 發 符 合 強 度 與 孔 隙 特 性 之 新 型 路 面 材 料, 命 名 為 活 性 粉 多 孔 隙 混 凝 土 ( reactive powder porous concrete, RPPC), 以 符 合 高 速 公 路 剛 性 路 面 面 層 混 2-28
50 凝 土 設 計 抗 彎 強 度 45 kg/cm 2 之 要 求 此 研 究 之 活 性 粉 多 孔 隙 混 凝 土 RPPC 試 體 具 有 15% 之 孔 隙 率,28 天 齡 期 抗 彎 強 度 皆 超 過 52kg/cm 2, 符 合 國 內 高 速 公 路 剛 性 路 面 面 層 水 泥 混 凝 土 設 計 抗 彎 強 度 45 kg/cm 2 ( 目 標 抗 彎 強 度 52 kg/cm 2 ) 之 要 求 活 性 粉 多 孔 隙 混 凝 土 抗 壓 強 度 水 準 已 達 到 臺 灣 區 公 路 規 範 參 考 水 泥 用 量 400 kg/cm 2 時, 一 般 水 泥 混 凝 土 28 天 齡 期 設 計 抗 壓 強 度 280 kg/cm 2 之 水 準, 顯 示 活 性 粉 砂 漿 可 有 效 改 良 多 孔 隙 水 泥 混 凝 土 之 強 度 此 研 究 透 水 試 驗 結 果 顯 示 活 性 粉 多 孔 隙 混 凝 土 RPPC 具 有 良 好 之 透 水 能 力, 整 體 而 言, 試 驗 組 配 比 之 滲 透 係 數 都 高 於 0.10cm/sec, 顯 示 目 標 孔 隙 率 在 15% 以 上 情 況 下 透 水 績 效 良 好 2-29
51 第 三 章 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 與 試 驗 標 準 3.1 建 立 透 水 混 凝 土 之 製 程 透 水 混 凝 土 之 組 成 材 料 透 水 混 凝 土 組 成 材 料 主 要 包 含 有 膠 結 材 料 拌 和 水 骨 材 摻 劑 膠 結 材 料 波 特 蘭 水 泥 是 一 種 水 硬 性 水 泥, 主 要 由 矽 酸 鈣 鹽 類 所 組 成 加 水 後 產 生 化 學 反 應 而 有 凝 結 與 硬 固 作 用, 與 骨 材 膠 結 一 起 拌 合 形 成 混 凝 土, 是 土 木 工 程 界 普 遍 使 用 的 營 建 材 料 水 泥 的 產 製 是 以 石 灰 質 材 料 與 黏 土 材 料 ( 或 頁 岩 ) 為 主, 輔 以 適 當 的 配 比 而 組 成, 生 料 再 經 過 研 磨 煆 燒 急 速 冷 卻 等 步 驟 後 形 成 熟 料, 加 石 膏 研 磨 後 便 成 水 泥 一 般 傳 統 波 特 蘭 水 泥 ( 符 合 ASTM C150 或 CNS 61 規 定 ) 或 混 合 水 泥 ( 符 合 ASTM C595 或 CNS 3654 規 定 ) 是 主 要 膠 結 料 可 以 使 用 於 透 水 混 凝 土 ; 除 此 之 外, 經 常 使 用 卜 作 嵐 材 料 如 飛 灰 爐 石 粉 與 矽 灰 亦 應 符 合 ASTM C618 C989 與 C1240 ( 或 CNS 3036) 相 關 規 定 骨 材 骨 材 是 透 水 混 凝 土 主 要 的 骨 架 構, 亦 是 提 供 主 要 強 度 的 因 子 之 一, 骨 材 包 含 普 通 骨 材 ( 礫 石 卵 石 ) 或 特 殊 骨 材 ( 輕 質 骨 材 等 ) 為 了 保 證 透 水 混 凝 土 的 透 水 性 能 與 力 學 強 度, 且 骨 材 顆 粒 級 配 是 決 定 整 體 透 水 性 能 與 力 學 強 度 的 主 因, 粗 骨 材 通 常 採 用 單 一 粒 徑 骨 材 或 級 配 顆 粒 介 於 3/4 至 3/8 英 吋 (19 mm 至 9.5 mm) 之 間, 骨 材 應 符 合 CNS 468 與 1163 相 關 規 定 一 般 而 言, 細 骨 材 ( 砂 ) 儘 可 能 不 要 被 使 用 於 透 水 混 凝 土, 它 趨 向 填 塞 透 水 混 凝 土 連 接 孔 隙 系 統, 另 外, 骨 材 含 泥 量 應 受 到 限 制 拌 合 水 透 水 混 凝 土 所 使 用 的 拌 合 水 品 質 要 求 與 傳 統 混 凝 土 無 異, 不 得 含 有 油 3-1
52 脂 酸 類 氯 化 物 有 機 不 純 物 及 懸 濁 等 對 混 凝 土 產 生 不 良 飲 響 物 質, 並 且 符 合 CNS 混 凝 土 拌 合 水 之 規 定 透 水 混 凝 土 配 比 材 料 對 用 水 量 非 常 敏 感, 經 常 需 要 修 正 配 比 用 水 量 太 多 用 水 會 造 成 泌 水 或 垂 流 現 象, 並 填 塞 透 水 混 凝 土 連 接 孔 隙 ; 太 少 用 水 則 會 造 成 材 料 在 拌 合 機 內 團 簇, 並 使 得 卸 料 速 度 減 緩 太 少 的 水 量 也 會 妨 礙 混 凝 土 獲 得 適 當 養 護, 且 可 能 產 生 表 面 裂 縫 適 當 的 配 比 混 凝 土 具 有 高 黏 性 可 結 球 形, 表 面 較 平 滑, 如 圖 3.1 所 示, 因 此, 工 地 加 水 行 為 應 嚴 格 管 制 與 監 督 圖 3.1 透 水 混 凝 土 不 同 含 水 量 是 否 結 球 行 為 : (a) 太 少 水,(b) 適 量 水,(c) 太 多 水 摻 劑 透 水 混 凝 土 除 了 上 述 骨 材 水 泥 水 等 基 本 材 料 外, 通 常 會 加 入 其 他 輔 助 或 改 善 其 性 質 的 摻 劑, 摻 劑 應 符 合 ASTM C 494 ( 或 CNS A2219) 相 關 規 定 例 如 添 加 一 定 量 的 減 水 劑 或 高 性 能 減 水 劑 可 減 少 拌 和 水 用 量 或 增 加 工 作 度, 藉 由 降 低 水 灰 比 來 提 升 力 學 強 度 ; 或 添 加 増 黏 劑 來 增 加 水 泥 漿 體 的 黏 稠 度, 藉 以 提 高 施 工 面 表 層 的 平 整 ; 低 氣 溫 狀 況 下 可 添 加 早 強 劑, 藉 以 加 速 透 水 混 凝 土 的 硬 化 ; 或 為 了 使 透 水 混 凝 土 更 能 抵 抗 結 冰 凍 融 之 能 力, 可 添 加 輸 氣 劑 以 增 加 長 期 凍 融 耐 久 之 壽 命 3-2
53 3.1.2 透 水 混 凝 土 之 配 比 典 型 透 水 混 凝 土 主 要 是 由 水 泥 粗 骨 材 一 點 或 無 細 骨 材 摻 劑 與 拌 合 水 等 所 組 成 零 坍 度 與 開 放 級 配 拌 合 料, 硬 固 的 透 水 混 凝 土 內 有 連 接 孔 隙 系 統, 孔 隙 大 小 介 於 0.08 吋 至 0.32 吋 (2 至 8 mm) 之 間, 如 此 將 使 水 份 容 易 穿 越 其 中, 美 國 混 凝 土 協 會 ACI 522 委 員 會 提 供 透 水 混 凝 土 之 技 術 資 訊, 包 括 透 水 混 凝 土 應 用 設 計 方 法 材 料 性 質 配 比 製 程 方 法 試 驗 與 檢 驗 等, 其 中, 經 由 配 比 設 計 實 驗 來 達 成 透 水 混 凝 土 重 要 的 物 理 性 質 與 力 學 行 為, 透 水 混 凝 土 空 隙 率 範 圍 介 於 18% 至 35% 之 間, 典 型 抗 壓 強 度 範 圍 介 於 400 至 4000 psi (2.8 至 28 MPa) 之 間, 透 水 混 凝 土 鋪 面 排 水 率 因 骨 材 尺 寸 與 其 壓 密 度 有 關, 但 一 般 排 水 率 範 圍 介 於 2 至 18 gal./min/ft 2 (81 至 730 L/min/m 2 ) 之 間, 即 典 型 透 水 混 凝 土 透 水 係 數 範 圍 介 於 0.16 至 1.22 cm/sec 透 水 混 凝 土 之 配 比, 除 力 學 強 度 之 外, 一 般 透 水 係 數 為 性 能 的 重 要 指 標, 故 進 行 配 比 設 計 實 驗, 應 先 求 出 預 使 用 粗 骨 材 之 乾 搗 單 位 重, 從 而 求 出 粗 骨 材 中 之 孔 隙 率, 之 後, 依 據 需 求 強 度, 填 充 少 於 總 孔 隙 體 積 但 不 同 體 積 含 量 的 水 泥 漿 體 ; 使 用 水 泥 漿 體 填 充 孔 隙 體 積 的 量, 從 總 孔 隙 體 積 的 30% 至 70% 皆 可, 依 據 需 求 強 度 而 定, 當 然, 隨 填 充 孔 隙 漿 體 之 增 加, 其 透 水 能 力 亦 隨 之 大 幅 下 降 另 外, 一 般 水 灰 比 的 選 取 以 能 充 份 包 裹 骨 材 而 不 產 生 垂 流 現 象 為 原 則, 良 好 的 水 灰 比 區 間 可 以 透 過 實 際 拌 合 求 得, 通 常 介 於 0.25 至 0.45 之 間, 再 依 據 需 求 透 水 係 數 而 定 出 漿 骨 比, 經 由 試 誤 法 試 拌 即 可 完 成 配 比 的 設 計 有 關 美 國 波 特 蘭 水 泥 協 會 (PCA) 與 預 拌 混 凝 土 協 會 (NRMCA) 出 版 水 混 凝 土 鋪 面 一 書, 提 供 一 典 型 透 水 混 凝 土 配 比 材 料 範 圍 如 表 3.1 所 示 表 3.1 典 型 透 水 混 凝 土 鋪 面 配 比 的 材 料 範 圍 材 料 用 量 (lb/yd 3 ) 材 料 用 量 (kg/m 3 ) 膠 結 料 (C) 骨 材 (A) 水 灰 比 (W/C, 重 量 ) 骨 材 水 泥 比 (A/C, 重 量 ) 細 粗 骨 材 比 (F/A, 重 量 ) 450 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
54 典 型 新 拌 透 水 混 凝 土 是 零 坍 度, 拌 合 水 應 嚴 加 管 控, 適 當 的 配 比 混 凝 土 具 有 黏 性 可 結 球 形, 不 會 產 生 垂 流 現 象, 表 面 較 平 滑, 如 圖 3.1 所 示, 因 此, 工 地 加 水 行 為 應 嚴 格 管 制 與 監 督 透 水 混 凝 土 在 目 前 為 止 並 無 成 熟 的 設 計 方 式, 美 國 混 凝 土 協 會 ACI 522R-06 透 水 混 凝 土 並 沒 有 提 供 一 套 配 比 設 計 方 法, 僅 說 明 簡 易 配 比 基 準 原 則, 如 透 水 混 凝 土 有 工 作 性 其 水 灰 比 應 落 在 0.25 ~ 0.45 之 間, 再 使 用 試 誤 與 檢 驗 法 求 得 配 比 ; 然 而 美 國 波 特 蘭 水 泥 協 會 (PCA) 與 預 拌 混 凝 土 協 會 (NRMCA) 出 版 透 水 混 凝 土 鋪 面 一 書, 提 供 一 典 型 透 水 混 凝 土 配 比 的 材 料 範 圍 如 表 3.1 所 示, 並 說 明 美 國 混 凝 土 協 會 ACI 211.3R 零 坍 度 混 凝 土 配 比 設 計 方 法 可 以 作 為 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 程 序 依 據 本 研 究 第 一 年 計 畫 研 究 成 果 所 提 供 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 流 程, 再 依 照 美 國 混 凝 土 協 會 ACI 522R-06 透 水 混 凝 土 所 提 供 資 訊 適 度 修 正 如 下 : Step.1 選 擇 水 灰 比, 依 強 度 及 透 水 需 求 尋 找 對 應 之 連 通 孔 隙 率 與 單 位 重, 並 依 水 灰 比 及 連 通 孔 隙 率 尋 找 對 應 之 填 充 孔 隙 體 積 與 骨 材 主 要 粒 徑 Step.2 求 出 骨 材 之 乾 搗 單 位 重, 決 定 骨 材 之 單 方 用 量 Step.3 藉 由 骨 材 乾 搗 單 位 重 求 出 在 單 位 體 積 中 的 孔 隙 率 及 孔 隙 體 積 Step.4 由 填 充 孔 隙 體 積 決 定 水 泥 漿 體 使 用 量, 透 過 水 灰 比 求 出 水 泥 之 單 方 用 量 拌 合 水 之 單 方 用 量 及 新 拌 混 凝 土 配 比 單 位 重 Step.5 檢 核 新 拌 混 凝 土 單 位 重 ; 製 作 試 體, 檢 核 強 度 及 透 水 需 求 Step.6 完 成 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 3-4
55 上 述 Step 1( 步 驟 1) 所 需 之 經 驗 關 係, 需 更 大 量 之 數 據 資 料, 以 適 合 之 流 動 性, 建 立 漿 體 水 灰 比 及 填 充 孔 隙 體 積 在 不 同 骨 材 粒 徑 級 配 下, 對 應 之 孔 隙 率 與 強 度 關 係, 進 而 達 到 強 度 及 透 水 係 數 之 需 求 ; 其 中, 美 國 混 凝 土 協 會 ACI 522R-06 透 水 混 凝 土 所 提 供 資 訊 包 括 圖 3.2 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係, 圖 3.3 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 單 位 重 之 關 係, 圖 3.4 透 水 混 凝 土 水 灰 比 與 孔 隙 率 之 關 係, 圖 3.5 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係, 圖 3.6 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 抗 壓 強 度 之 關 係, 圖 3.7 透 水 混 凝 土 透 水 速 率 與 孔 隙 率 之 關 係 利 用 上 述 ACI 522R-06 透 水 混 凝 所 提 供 資 訊 關 係 圖 可 以 經 過 試 拌 求 得 最 佳 配 比 設 計, 圖 3.8 為 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 流 程 圖 由 於 ACI 522R-06 規 定 透 水 混 凝 土 其 孔 隙 率 範 圍 為 18% 至 35% 之 間, 本 研 究 依 據 ACI 522R-06 透 水 混 凝 土 與 PCA 透 水 混 凝 土 鋪 面 規 定 建 議 : 可 依 據 工 程 種 類 與 其 透 水 之 需 求 不 同 而 分 為 兩 組, 一 組 孔 隙 率 為 20±4%, 屬 於 一 般 強 度 低 透 水 混 凝 土 ; 另 一 組 孔 隙 率 為 30±5%, 屬 於 低 強 度 高 透 水 混 凝 土 ; 典 型 透 水 混 凝 土 其 單 位 重 介 於 100 lb/ft 3 與 125 lb/ft 3 (1,600 kg/m 3 與 2,000 kg/m 3 ) 之 間, 水 灰 比 介 於 0.25 與 0.45 之 間, 抗 壓 強 度 介 於 400 psi (2.8MPa) 與 4,000 psi (28MPa) 之 間, 其 水 泥 ( 膠 結 料 ) 與 骨 材 比 率 以 不 產 生 垂 流 為 原 則 圖 3.2 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係 3-5
56 圖 3.3 透 水 混 凝 土 抗 壓 強 度 與 單 位 重 之 關 係 圖 3.4 透 水 混 凝 土 水 灰 比 與 孔 隙 率 之 關 係 圖 3.5 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 孔 隙 率 之 關 係 3-6
57 圖 3.6 透 水 混 凝 土 抗 彎 強 度 與 抗 壓 強 度 之 關 係 圖 3.7 透 水 混 凝 土 透 水 速 率 與 孔 隙 率 之 關 係 3-7
58 選 擇 水 灰 比 no 依 高 低 孔 隙 率 與 透 水 需 求 是 否 可 達 到 所 需 強 度 yes 由 骨 材 粒 徑 及 骨 材 之 乾 搗 單 位 重, 決 定 骨 材 之 單 方 用 量 決 定 透 水 混 凝 土 單 位 重 由 填 充 孔 隙 體 積 決 定 水 泥 漿 體 使 用 量 或 漿 骨 比 透 過 水 灰 比 求 出 水 泥 拌 合 水 用 量 及 混 凝 土 單 位 重 試 拌 檢 核 新 拌 混 凝 土 單 位 重 製 作 試 體 檢 核 強 度 及 透 水 需 求 no yes 完 成 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 圖 3.8 透 水 混 凝 土 配 比 設 計 流 程 圖 3-8
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