國立中興大學土木工程學系 碩士學位論文 高飛灰摻量混凝土之工程性質研究 Research on the Engineering Properties of High Volume Fly Ash Concrete 指導教授 : 顏聰 Tsong Yen 教授研究生 : 蘇冠宇 Kuan-Yu Su 撰 中華民國一百年六月
誌謝 本論文得以完成, 得仰賴許多師長 學長學弟與親朋好友的大力幫助 首先, 碩士班修業期間, 承蒙恩師顏聰教授的悉心指導與啟迪, 學習過程難免犯錯, 老師總是以包容鼓勵的態度循循善誘 努力教導, 於文稿初成時, 更是不辭辛勞, 逐一校正其中錯誤, 本文才得以順利完成, 種種關懷及提攜之情, 使學生銘感五內, 謹於卷首, 致上由衷的敬意與謝忱 於口試期間承蒙顏聰 陳豪吉教授 大漢技術學院黃中和助理教授百忙撥冗擔任口試委員, 對論文提供寶貴的建議及指正, 使學生啟發良多 獲益匪淺, 使得本文更臻完善, 謹此致上無限謝意 受業期間感謝系所諸位師長諄諄教誨及指導 ; 助教林樹根 博士班學長王順元 劉得弘 蔡文博 吳崇豪 鄭安順, 碩士班學長書瑋 大慶 輝凱 承軒 紹恆於學業試驗上的教導及生活上的關懷, 尤其是鄭安順學長更是在論文初稿方面細心指導與糾正, 同窗同學世翊 智文 永倫 韋誠 雅婷, 學弟文傑 怡婷 欣倫等在課業上的互相切磋討論及生活上的關懷照顧和包容及試驗工作上不辭勞苦的大力協助, 使試驗得以順利完成, 在此致上萬分感謝之意 最後, 謹將本論文獻給我所敬愛的父親 母親及親愛的弟弟和所有幫助勉勵我的人, 感謝您們在精神上的鼓勵及生活上的照顧, 使得我得以不畏困難, 得以完成學業
摘要 本研究採用兩種燒失量的飛灰, 依不同添加率 (20-80%) 取代水泥拌和混凝土進行混凝土配比設計並製作試體, 透過改變試驗參數的情況下, 進行抗壓試驗 彈性模數與柏松比試驗 抗彎強度試驗與長度變化試驗, 以檢測分析混凝土之基本性質與力學性質 試驗結果顯示, 飛灰混凝土之飛灰取代水泥比率越大時, 強塑劑添加量也越多 在相同之飛灰取代率下, 高燒失量飛灰之強塑劑添加量會大於低燒失量者 在相同設計強度與取代率下, 各系列飛灰混凝土的凝結時間, 以使用飛灰高燒失量者比使用低燒失量者長 早齡期的混凝土強度會依飛灰取代率越大而越低於純水泥混凝土的強度, 但在晚齡期後強度則會因飛灰的卜作嵐反應而逐漸超越 飛灰混凝土的乾縮量隨齡期增加而逐漸增大, 齡期從 7 天以後, 長度縮短率都明顯較純水泥者小 關鍵字 : 飛灰 高摻量飛灰混凝土 工程性質 I
ABSTRACT In this research two kinds of fly ash with different loss on ignition (L.O.I.), selecting five substitute ratios of cement with fly ash (20-80%), were used to proportion concrete mixtures and prepare the specimens for test. Several experiments such as Compression test, measurement of Young s modulus and Poisson ratio, bending test and shrinkage test were carried out to examine the basic and mechanics properties of high volume fly ash concrete (HVFC). Test results show that the larger substitute ratio of fly ash is, the more the dosage of superplasticizer will be used. Under the same substitute ratio of fly ash, the dosage of superplasticizer and the setting time of concrete with high L.O.I. fly ash are larger than those with low L.O.I. fly ash. At early ages, the strength of fly ash concrete is lower than that of plain concrete, depending on the substitute ratio of fly ash. However, the fly ash concrete strength will gradually increase exceed that of plain concrete. At late ages due to the effect the pozzolanic reaction of fly ash. In addition, the shrinkage of fly ash concrete increases with the age but becomes smaller than that of plain concrete after 7 days. Key words: fly ash, high volume fly ash concrete, engineering properties. II
目錄 摘要... I ABSTRACT... II 目錄... III 表目錄... V 圖目錄... VI 照片目錄... VII 第一章緒論... 1 1.1 前言... 1 1.2 研究動機與目的... 1 1.3 研究方法... 2 第二章文獻回顧... 3 2.1 飛灰混凝土... 3 2.1.1 水泥組成成分與性質... 3 2.1.2 飛灰的來源與成分... 3 2.1.3 飛灰基本性質... 5 2.1.4 飛灰在混凝土中之反應... 7 2.2 高飛灰摻量混凝土 (HVFC)... 11 2.2.1 HVFC 配比設計... 11 2.2.2 飛灰混凝土新拌性質... 14 2.2.3 飛灰混凝土硬固性質... 16 2.3 國內外 HVFC 應用實例... 20 第三章試驗規劃... 34 3.1 試驗參數... 34 3.2 試驗材料... 34 3.3 混凝土配比... 35 3.4 試驗儀器... 37 3.5 混凝土拌和... 37 3.6 試驗方法與流程... 38 第四章結果分析與討論... 54 4.1 高摻量飛灰混凝土之新拌性質... 54 4.1.1 坍度... 54 4.1.2 空氣含量... 55 4.1.3 凝結時間... 56 III
4.1.4 綜合討論... 57 4.2 HVFC 硬固性質... 57 4.2.1 抗壓強度... 57 4.2.2 彈性模數與柏松比... 60 4.2.3 抗彎強度... 61 4.2.4 長度變化... 62 4.2.5 綜合討論... 62 第五章結論與建議... 75 5.1 結論... 75 5.2 建議... 76 參考文獻... 77 IV
表目錄 表 2-1 CNS 3036 規定之飛灰品質要求... 24 表 2-2 不同煤礦所產生飛灰之典型化學成分... 25 表 2-3 飛灰之物理性質... 25 表 2-4 飛灰之化學成分... 26 表 2-5 水泥與一般飛灰的物性與化性... 26 表 2-6 高摻量飛灰混凝土的典型配比... 27 表 2-7 飛灰添加量與凝結時間之關係... 27 表 2-8 摻加飛灰後水泥水化熱降低百分比... 28 表 2-9 高摻量飛灰混凝土的力學性質... 28 表 3-1 試驗因子與參數水準... 41 表 3-2 飛灰之化學成分與物理性質... 41 表 3-3 常重骨材基本性質... 42 表 3-4 第一次試拌之混凝土配比... 42 表 3-5 第一次混凝土配比試拌結果... 43 表 3-6 第二次試拌之混凝土配比... 43 表 3-7 第二次混凝土配比試拌結果... 44 表 3-8 第三次試拌之混凝土配比... 44 表 3-9 第三次混凝土配比試拌結果... 45 表 3-10 正式之混凝土拌和配比表... 45 表 3-11 試驗項目與方法規範... 46 表 4-1 高飛灰摻量混凝土之新拌性質試驗結果... 64 表 4-2 飛灰混凝土之抗壓強度發展 (kgf/cm 2 )... 64 表 4-3 飛灰混凝土之彈性模數 (GPa)... 65 表 4-4 飛灰混凝土之柏松比... 66 表 4-5 混凝土抗彎之破裂模數 (kgf/cm 2 )... 67 表 4-6 混凝土長度變化 (µm/m)... 67 V
圖目錄 圖 2-1 飛灰混凝土與波特蘭水泥混凝土澆置於巨積混凝土時內部溫度上升狀況... 29 圖 2-2 飛灰混凝土與波特蘭水泥混凝土澆置於巨積混凝土時之水化熱發熱比較... 29 圖 2-3 濕治 28 天後的混凝土潛變... 30 圖 3-1 细骨之篩分析曲線... 47 圖 4-1 S21 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 5%)... 68 圖 4-2 S28 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 5%)... 68 圖 4-3 S28 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 8%)... 68 圖 4-4 S21 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 5%)... 69 圖 4-5 S28 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 5%)... 69 圖 4-6 S28 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 8%)... 69 圖 4-7 S21 系列之混凝土抗壓強度成長曲線... 70 圖 4-8 S28 燒失量 5% 系列之混凝土抗壓強度成長曲線... 70 圖 4-9 S28 燒失量 8% 系列之混凝土抗壓強度成長曲線... 71 圖 4-10 S28 燒失量 5% 系列之混凝土彈性模數發展... 71 圖 4-11 S28 燒失量 8% 系列之混凝土彈性模數發展... 72 圖 4-12 S28 燒失量 5% 系列之混凝土抗彎強度成長曲線... 72 圖 4-13 S28 燒失量 8% 系列之混凝土抗彎強度成長曲線... 73 圖 4-14 S28 燒失量 5% 系列之混凝土長度變化... 73 圖 4-15 S28 燒失量 8% 系列之混凝土長度變化... 74 VI
照片目錄 照片 2-1 陽光高架跨海大橋... 31 照片 2-2 日本明石跨海大橋... 31 照片 2-3 英國 Garwickk 機場... 32 照片 2-4 英國 Grangetown 高架橋... 32 照片 2-5 英國 Heathrow 機場... 33 照片 2-6 英國 M25 幹線公路... 33 照片 3-1 強制式水平雙軸拌和機... 48 照片 3-2 強制式垂直單軸拌和機... 48 照片 3-3 電子秤 1, 精準度至 0.1g... 49 照片 3-4 電子秤 2, 精準度至 0.01kg... 49 照片 3-5 ASTM B 型氣量計... 50 照片 3-6 初終凝試驗儀... 50 照片 3-7 位移式萬能試驗機... 51 照片 3-8 200 噸液壓式萬能試驗機... 51 照片 3-9 應力應變環... 52 照片 3-10 長度比較測微器... 52 照片 3-11 砂錐... 53 照片 3-12 坍度錐... 53 VII
第一章緒論 1.1 前言 四 五十年前台灣由於尚未充分了解飛灰特性, 而禁止摻加飛灰於混凝土內, 違法使用飛灰甚至於被形容為偷工減料的代名詞, 大部分飛灰被當作廢棄物丟棄, 往往造成環境污染的問題 如今飛灰已被認知為卜作嵐材料的一種, 歸類成混凝土的礦物摻料, 善加利用時, 除可節省可觀的處置費用外, 也能避免資源的浪費, 更有利於增進混凝土耐久性 台灣目前使用於混凝土上的飛灰, 主要來自各地方火力發電廠的副產品 在燃煤發電的過程中約有 80% 的灰燼會隨著熱氣流上升, 當煙氣依照煙道流到靜電集塵器時, 煙氣中全部的灰燼幾乎都被吸附下來, 稱為 飛灰 一般飛灰是從靜電集塵器底部灰斗以壓縮空氣輸送到飛灰倉儲存, 以供應進一步利用 由於飛灰價格遠低於水泥, 以飛灰適當取代水泥量時, 將可有效降低混凝土的製造成本, 並兼具資源再生利用的功效 另外, 減少水泥用量, 即能間接減少生產水泥時的 CO 2 排放量以及能源耗用量, 有利於地球溫度控制及生態保護, 所以可利用飛灰來降低水泥用量而達到 綠建築 的目標 近年來, 國內超高層建築物或重大公共工程所採用之高性能混凝土及免搗實混凝土, 皆有添加飛灰等卜作嵐材料, 以提升混凝土的工作性 安全性及耐久性, 顯示正確使用飛灰具有許多的優點 1.2 研究動機與目的 近年來國內發電廠飛灰的使用率有逐年下滑的趨勢, 平均利用率 1
不及七成, 因此需要更多的灰塘和灰桶來儲置這些過剩的飛灰, 對於資源再利用與生態環境保護的理念還有加強努力之處 摻用飛灰於混凝土內是有效利用與消耗飛灰的最佳途徑, 而將飛灰取代水泥比率提高至 50% 以上, 是突破目前飛灰使用限制與提昇混凝土效能的關鍵課題 本研究的出發點即為資源再利用 增加成本效益 節能減炭與生態保護之概念, 利用實驗方法對台電所產出的飛灰, 以高摻量的方式加入混凝土內, 從配比設計 產製 工程性質及施工等相關課題作深入的研究 研究成果可作為工程界在使用大量飛灰於混凝土時的科學論證與施工實務之參考, 並可有效增加飛灰的使用率及提升混凝土品質與耐久性, 從而達成資源再利用與生態環保永續發展之目標 1.3 研究方法 本研主要在探討添加高摻量飛灰於混凝土內時, 對混凝土的新拌性質與硬固性質之影響 研究方法共分成四個步驟 : 首先收集國內外文獻並加以彙整, 參考前人之高飛灰混凝土配比法, 擬訂出初步的混凝土配比 ; 其次, 對飛灰 水泥 細骨材 粗骨材與強塑劑等材料進行基本性質試驗 ; 之後進行混凝土之拌和製作, 灌製各項性質試驗所需試體, 同時就飛灰取代率與飛灰性質探討對混凝土新拌性質 ( 坍流度 空氣含量 凝結時間 ) 與硬固性質 ( 抗壓強度 抗彎強度 彈性模數 長度變化 ) 之影響 ; 最後基於試驗結果 分析與討論, 提出本研究之結論, 並建議後續可持續研究之方向 2
第二章文獻回顧 2.1 飛灰混凝土 2.1.1 水泥組成成分與性質 組成水泥的化學成分主要為氧化鈣 (CaO) 二氧化矽(SiO 2 ) 及氧化鋁 (Al 2 O 3 ) 等 水泥的熟料礦物則為矽酸三鈣 (3CaO.SiO 2, C 3 S) 約佔 50%-70% 矽酸二鈣(2CaO.SiO 2,C 2 S) 約佔 15-30% 鋁酸三鈣 (3CaO.Al 2 O 3,C 3 A) 約佔 5-10% 及鐵鋁酸四鈣 (4CaOAl 2 O 3. Fe 2 O 3,C 4 AF) 約佔 5-15% 各類型之波特蘭水泥其化學成分與熟料礦物的含量並不相同 當水泥接觸到水時會立即起水化反應, 水泥漿體成為一種具有黏滯性的膠結料, 此反應稱之為水硬性反應 在水化反應過程中, 會釋放出熱量並且生成結晶狀的鈣鋁化合物 (C-A-H) 氫氧化鈣 (CH) 鈣釩石(Aft) 水化物 單硫型鋁酸鈣 (Afm) 水化物等, 並逐漸凝固硬化產生強度 一般水泥中, 由於 C 3 S 與 C 2 S 的含量較多, 大約佔 70-75% 左右, 所以 C 3 S 與 C 2 S 等主要熟料礦物對水泥水化及強度形成的影響最大 不過, 由於 C 2 S 的反應速率較慢, 使其水化放熱峰較不明顯, 而反應快的 C 3 S 則有突出的放熱峰 C 3 A 雖然在水泥中之含量只占約 10% 左右, 但其反應過程中的放熱量甚高約達 1350J/g, 因此在放熱曲線中會出現另一個放熱峰 另一方面, 石膏含量多寡會導致 C 3 A 放熱峰的前後移動, 石膏越少放熱峰會愈往前移, 反之則往後移 為了維持混凝土具有較佳的工作性, 一般控制 C 3 A 之放熱峰發生在 C 3 S 水化放熱峰的後面 再者, 磨得較細的水泥, 水化速率快, 早期強度也高 高溫也可增加其活性, 促進反應速率, 反之則降低反應速率, 影響混凝土強度的成長 2.1.2 飛灰的來源與成分 3
在台灣, 飛灰除非有特別註明之外, 一般係指燃煤火力發電廠所產出的副產品, 是燃燒煤炭粉過後的產物, 原屬於工業的廢棄物, 後來卻被視為可再生利用之材料 由於煤層中含有如黏土 長石 石英和頁岩等黏土礦物, 其成分中含有大量的 SiO 2 Al 2 O 3 及 Fe 2 O 3 等氧化物 這些礦物經過高溫燃燒後會熔化, 其中質量較重的顆粒會掉入爐底形成底灰, 而質量較輕的顆粒會鼓脹成懸浮微粒, 隨著燃燒氣體上升, 並受到冷空氣冷卻而固化成玻璃質球狀顆粒, 最後利用靜電集塵器或袋濾式集塵器捕集而成, 即為飛灰 當粉煤燃燒溫度達 1100-1300 或更高溫時, 由於溫度於短時間內急速上升, 使得黏土質礦物呈現熔融狀態的液態相, 經急速冷卻後形成玻璃質般的微小飛灰顆粒, 具有卜作嵐活性效應, 而且冷卻的速度越快, 其玻璃質含量越高, 卜作嵐活性效應越佳, 對飛灰混凝土的性質更具影響 對於飛灰的品質要求, 世界各國都訂有規範限制其性能標準, 雖然有其程度上的差異, 但是主要目的都在規定混凝土添加飛灰後, 能改善其早期強度 晚期強度及耐久性 目前我國 CNS 3036 及美國 ASTM C618 規範將飛灰分成兩類 :C 級與 F 級飛灰 C 級飛灰是由燃燒褐煤或次煙煤所生成者, 其成分中 SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 至少含 50 % 以上, 而 F 級飛灰是由燃燒煙煤或無煙煤所生, 成分中 SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 則至少 70% 以上 1, 如表 2-1 所示 表 2-2 為各種飛灰的典型化學成分, 其中以 SiO 2 含量最大, 其次為 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 及 CaO, 此三種氧化物含量會因燃煤的不同而有所變動, 如 F 級飛灰的 CaO 含量明顯偏低 台灣地區由於進口的煤礦大都為煙煤, 飛灰的 CaO 含量甚低, 多在 10% 以下, 屬於 F 級, 含有高量的二氧化矽 (SiO 2 ) 及氧化鋁 (Al 2 O 3 ), 主要由鋁矽鹽酸玻璃組成 煤料在爐子裡燃燒時, 由於已被熔融的大粒球體面上玻璃無法快速且均勻地冷卻, 導致部分矽鋁晶體, 如石英 SiO 2 ( 矽鎳石 ) Al 2 O 3 及 2SiO 2 3Al 2 O 3 ( 莫來石 ) 等針狀形物質, 會混雜在飛灰球體內, 影響低鈣質 F 類飛灰之活性 4
2.1.3 飛灰基本性質 一 物理性質飛灰物理性質要求如表 2-3 所示, 茲列述如下 : 1 比重飛灰為中空的圓球顆粒, 比重介於 1.95-3.05 之間, 一般飛灰的比重為 2.2-2.9 間 2 細度飛灰的細度通常是利用比表面積和留篩分析法 (325 號篩,45μm 孔徑 ) 來區分飛灰顆粒的分布情形 比表面積與留篩量的關係為比表面積越大的飛灰, 顆粒越細, 在 325 號篩的留篩量會越少, 表示飛灰的細度越大, 卜作嵐活性指數越高 另外,CNS 3036 規定之飛灰細度溼篩洗法, 以 No.325 篩之停留百分率最大值為 34%; 停留率愈大, 表示飛灰愈粗, 含碳量愈大 3 卜作嵐活性指數卜作嵐活性指數的測驗方法可依據 ASTM C311 或 CNS 3036 規定, 將飛灰與波特蘭水泥混合之砂漿, 經養護 28 天後測定其抗壓強度對控制組 ( 純波特蘭水泥砂漿試體 ) 之比率, 即為卜作嵐活性指數 此活性指數可評估飛灰與水泥水化反應物氫氧化鈣的反應程度及對混凝土長期強度發展的影響 CNS 規定飛灰的卜作嵐活性指數最小值為 75%; 指數愈大表示飛灰與氫氧化鈣之反應能力愈佳, 愈能增進混凝土品質 4 健度健度是參照 CNS 3036 規定, 使用高壓蒸鍋膨脹試驗法來研判飛 5
灰混凝土中是否含有過量的方鎂石, 即為結晶型 MgO 與游離石灰, 並藉以評估飛灰混凝土之耐久性 CNS 3036 規定飛灰混凝土在高壓蒸鍋中之膨脹率最大值為 0.8% 5 均質性均質性要求之目的是為控制飛灰品質的穩定性, 降低飛灰變異對混凝土新拌與硬固性質之影響 規範規定細度和比重的試驗值, 不能與前 10 個試樣之試驗平均值有 5% 以上之誤差 二 化學性質一般飛灰之化學成分取決於燃煤的品質, 即煤礦中所含黏土礦物質 飛灰成分中以矽 鋁為主, 不同煤源之飛灰, 其化學成分之差異可能甚大 台灣的火力發電廠所使用煤炭大都混摻多國煤礦, 化學成分變異性相當大 2 飛灰化學成分之規定, 如表 2-4 所示 表列數值為最小值者, 其成分愈高品質愈佳 ; 反之, 列出最大值者, 表示成份愈低, 品質愈佳 以下分析各項化學成分之特性 : 1 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 此三種氧化物是與水泥水化產物氫氧化物進行卜作嵐反應的主要物質 規範對 F 級飛灰之 SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 總百分率, 要求其最小值為 70% 這三項化學成分具有影響混凝土品質之特性, 如玻璃質 SiO 2 可與 CH ( 氫氧化鈣 ) 發生反應而形成 C-S-H 膠體, 其反應式如下 : Ca(OH) 2 +SiO 2 +H 2 O CaO SiO 2 H 2 O 同樣 Al 2 O 3 亦有類似的反應, 會形成 C-A-H 膠體, 其反應式如下 : Ca(OH) 2 +Al 2 O 3 +H 2 O CaO Al 2 O 3 H 2 O 2 MgO SO 3 與有效鹼 6
MgO 可能會造成混凝土耐久性方面的健度問題, 因此 CNS 3036 限制 MgO 最大值為 5%, 不過目前新版的 ASTM C618 已取消這項規定 就方鎂石而言, 最重要的是區分結晶型之方鎂石及玻璃相中之 MgO 然而若健度試驗之混凝土膨脹值未超過 0.8% 之規定時,MgO 之含量可允許超過 5% 之規範規定 對三氧化硫的最大值限制為 5 %, 目的是避免影響混凝土之早期強度與體積穩定性 飛灰所含之有效鹼含量如 Na 2 O, 若與反應性的矽質粒料反應, 可能會發生鹼 - 粒料反應 (ARR) 因此 CNS 規範限制有效鹼含量限制為 1.5%, 用以控制或避免鹼 - 粒料反應, 造成混凝土膨脹 3 燒失量在粉煤灰燃燒過程中, 部分碳顆粒可能未燃燒完全而跟隨著飛灰一起被靜電集塵器收集 這些碳粒在高溫下仍會燃燒而失去重量, 即為燒失量 (LOI) 由於飛灰中的碳粒會吸附強塑劑 輸氣劑等液態摻料, 所以拌和混凝土時, 高燒失量飛灰比低燒失量飛灰需要使用更多的強塑劑 輸氣劑和拌和水量 因此燒失量愈高表示飛灰中的含碳量亦愈高, 其混凝土需水量也較大, 對化學摻劑的使用效果可能有不利影響, 也連帶影響到混凝土的耐久性 2 飛灰物化性質與水泥的比較如表 2-5 所示, 兩者的差異主要在水泥的 SiO 2 +Al 2 O 3 含量遠低於飛灰者, 而水泥的 CaO 含量則遠大於飛灰者, 另外水泥的比重也明顯較大 2.1.4 飛灰在混凝土中之反應 飛灰在混凝土中的反應可分為物理與化學兩部分 此兩部分皆與促進水泥漿體微觀膠體活性和改善巨觀性能 ( 如強度 抗滲性 耐磨性 ) 有直接影響 一 物理作用 7
飛灰在混凝土內的作用, 主要有顆粒軸承效應 微粒效應及充填效應等, 是飛灰能夠直接被充分利用, 最具實用價值的特性, 也是飛灰早期效用的主要來源 1 顆粒軸承效應顆粒軸承效應指飛灰圓滑球狀玻璃體的滾動與滑動作用 一般飛灰的顆粒甚細, 其玻璃質微粒的簇聚性小, 單粒玻璃微粒眾多, 光滑球形顆粒在水泥漿體中會產生潤滑 滾動等作用, 而可增加混凝土黏塑度 減少拌和水用量, 並改善新拌混凝土的工作性和流動性 另外, 由於飛灰顆粒表面會因吸附作用而出現雙電位層結構, 基於電位同性相斥的特性, 更使顆粒間流動性提高, 從而另增加其潤滑效果, 可增進水泥系複合材料在新拌階段的流動性與工作性, 固此可降低拌和用水量, 發揮減水作用 ( 一般減水率可達 7-10% 左右 ) 2 微粒細化效應飛灰的微粒細化效應可分混凝土早齡期的一次微粒細化效應和晚齡期的二次微粒細化效應 飛灰加入水泥內混合成水泥系材料時, 其早齡期強度會因飛灰取代水泥越多而成比例下降 但當飛灰添加量較少 ( 如小於 20%), 混凝土的早期強度則可維持不下降 主要原因是飛灰為水泥系材料, 可減少拌和水量及孔隙 ; 而當飛灰微粒存在時, 其球形微粒 ( 特別是 3-35um 細粉 ) 將填充在混凝土顆粒與顆粒間的縫隙中, 使得漿體中的較大孔隙被緻密化而變小 飛灰微粒會將水泥及水化產物分散開來, 使得水泥分佈均勻, 其用量可相對減少 這種效應也可降低粗細骨材間的摩擦力, 增加流動性, 從而有效減少為增加流動性而添加之過量拌和水及其所引起的氣孔與微裂縫等缺陷 上述這種早期物理特性稱為 一次微粒細化效應 至於 二次微粒細化效應 則指飛灰參與卜作嵐反應的後期, 其未反應部分在水泥中相當於未水化顆料之微粒作用 另外, 飛灰中莫來石 石英晶體等在常溫下為惰性材料, 也可產生微粒細化效應 混 8
凝土晚期性質明顯受到二次微粒細化效應與卜作嵐反應共同作用的影響 3 填充緻密效應填充緻密效應為微粒細化效應與卜作嵐反應兩者共同作用的巨觀現象, 這種效應不僅能提高抗拉強度, 並可改善抗滲性和耐磨性 飛灰的卜作嵐反應可在 1-3 個月期間, 形成類似托勃莫來石次微晶相態, 此類水化產物將填滿水化層, 同時也充實原有水泥漿體內的孔隙, 使其孔隙率降低, 緻密度提高, 形成緻密的水泥石結構 另外, 飛灰的卜作嵐反應, 會使充填緻密效應隨著齡期延長而增強 二 化學活性飛灰的化學活性指其參與化學反應的特性, 包括飛灰與水泥水化產物進行的卜作嵐反應和飛灰可加速 C 3 A 與 C 3 S 水化反應的催化作用 1 卜作嵐反應當添加飛灰於水泥漿體後, 飛灰中的 SiO 2 Al 2 O 3 會與水泥漿體中的水化產物氫氧化鈣 Ca(OH) 2 起反應, 產生晶狀的鈣鋁化合物 (C-A-H) 及低密度膠體的鈣矽化合物 (C-S-H), 其反應式如下 : CH+A+H C-A-H( 鹽類 ) CH+S+H C-S-H( 膠體 ) 此種反應稱為卜作嵐反應, 在反應過程中會直接消耗 CH 並增加 C-S-H 膠體, 可填補混凝土間之空隙, 提高粒料與漿體界面之鍵結強度, 有助於降低混凝土透水性及提高耐久性 3 生成 C-S-H 膠體的化學反應速率, 端視飛灰中所含 CaO 而定 如含鈣質較高的 C 級飛灰, 卜作嵐反應速率快 早期強度高 ; 反之 F 級飛灰因含鈣質低, 其卜作嵐反應速率較慢, 早期強度便會降低 4 5 至於飛灰與石 9
灰的微觀反應分可以細分為三階段, 即表面接觸反應生成 C-S-H 膠體的初始階段,Ca 2+ 吸收能量擴散滲透, 表層的 C-S-H 等緩慢生長的平緩階段, 以及 Ca 2+ 擴散滲入內層與活性 SiO 2 反應, 生成 C-S-H 的結束階段 此外, 提高養護溫度也可促進卜作嵐反應, 提高混凝土強度的增率 6 由於飛灰產生的 C-S-H 膠體可填補空隙, 因此將有效提高混凝土的水密性及抵抗化學侵蝕性, 並可降低潛變及乾縮變形 7 8 2 催化反應飛灰拌和成混凝土後, 隨著齡期成長, 飛灰將與水泥的水化生成氫氧化鈣 (Ca(OH) 2 ) 進行卜作嵐反應, 漿體中的氫氧化鈣濃度會隨著齡期增加而降低 此時水泥材料中的矽酸鹽礦物, 為了使氫氧化鈣的濃度維持在一個平衡將加快其水化反應 此情況會使 C 3 S C 3 A 加速水化反應, 因此可將飛灰視為水化反應的催化劑 另外, 還有一些因素能夠影響飛灰在混凝土內的反應速率 9 :(1) 飛灰和水泥的化學組成及狀態 ;(2) 飛灰顆粒結構 ;(3) 飛灰和水泥的細度 ;(4) 水化過程中水化熱的發展 若能改變上述反應因素, 即可促進含飛灰水泥漿體之水化作用及卜作嵐反應 飛灰中的 SiO 2 需與水泥水化反應過程所析出的 Ca(OH) 2 發生卜作嵐反應, 飛灰含量越多時, 就需要愈多的 Ca(OH) 2, 因此在摻加大含量飛灰時, 應考慮混凝土內是否有足夠的 Ca(OH) 2 進行卜作嵐反應 根據文獻指出 11 14 15, 前人曾以 X 射線繞射定量分析和差熱分析等方法, 對水泥漿體中的 Ca(OH) 2 含量作估計, 指出在混凝土中由水泥水化所生成的 Ca(OH) 2 量, 可以滿足飛灰進行卜作嵐反應 再者, 前人亦試驗測定不同摻量飛灰水泥漿體中 Ca(OH) 2 含量隨齡期的變化, 結果同樣證實在高摻量飛灰水泥漿體中, 仍然存有足夠的飛灰卜作嵐反應所需的 Ca(OH) 2 量 因此對於混凝土而言, 即使摻加大量飛灰, 也不至於發生因 Ca(OH) 2 量不足而影響到飛灰的卜作嵐 10
反應 2.2 高飛灰摻量混凝土 (HVFC) 2.2.1 HVFC 配比設計 高摻量飛灰應用於普通混凝土中, 依取代或填充部分材料的不同而有下列三種配比策略 : 1. 取代部分水泥此方法是以取代同重量或同體積的水泥, 但一般為方便計算多採用前者方式 以高飛灰含量取代水泥之混凝土, 在 28 天齡期前之強度通常會比普通混凝土者低, 但至齡期 90 天時就可能超過 10 這種取代水泥之配比方式可直接降低混凝土中水泥用量, 而降低總體水化熱, 巨積混凝土工程上即常採用此方法 2. 填充細粒料間隙這種方法目的是在不減少混凝土中的水泥用量下, 以飛灰取代部分砂, 而能以飛灰填塞砂粒間隙, 可改善砂的級配分布 此方法除了可以改善混凝土工作性外, 也可因添加飛灰能改變水泥漿體稠度, 進而減少泌水與析離現象 3. 同時取代水泥與填充細粒料此方法為綜合上面兩方法, 一方面取代水泥, 另一方面也能填充細粒料間隙 基於飛灰材料的價格比水泥便宜, 此方法之配比設計可明顯降低混凝土的生產成本 高飛灰摻量混凝土的配比與一般摻加飛灰混凝土配比設計雖大致相似之處, 但已從與一般混凝土配比相比較的 對比設計法, 轉變成飛灰為單一獨立變量的 直接設計法 而且高摻量飛灰混凝土在拌製時為了增加其工作性常須添加強塑劑, 因此強塑劑性質的也應 11
同時考量 混凝土的早期強度低, 所以水膠比的選取對飛灰混凝土的早期強度非常重要 由於高含量飛灰取代水泥後, 混凝土內水泥量相對減少, 早期的水泥水化反應少, 使得混凝土的早期強度發展慢 因此常以降低水膠比來補償混凝土強度 進行混凝土配比設計時, 因而會盡可能降低水膠比或合理利用飛灰之長齡期強度貢獻 ; 這也是飛灰高摻量添加之技術關鍵 混凝土配比設計的流程與普通混凝土配比設計者相同, 建立強度與水灰比的關係是配比設計的重要步驟之一 對於混凝土而言, 強度隨水膠比和灰膠比的增加而呈非線性降低 藉由電腦輔助計算可在試驗或產製數據的基礎上, 建立水膠比和飛灰添加量為變數的強度公式 相同的設計強度下, 飛灰摻量越高, 水膠比必須降低 因此, 設計一定強度的混凝土時, 必須根據其他原則以進一步確定飛灰添加量, 例如 : 混凝土材料成本, 要求強度的齡期, 或者對混凝土其他性能有特別需求等 在混凝土的配比設計中, 除了建立強度模型與確定飛灰摻量外, 尚須確定拌和用水量與砂率 混凝土往往摻用強塑劑, 在高摻量條件下, 飛灰的品質對拌和用水量的影響更為顯著, 因此可參照普通混凝土相關拌和用水量, 調整強塑劑的摻加比例 在普通飛灰混凝土中, 由於飛灰體積增大, 一般也可將飛灰視為細骨材, 而用扣除砂用量來加以平衡, 並以水膠比取代水灰比 以下分析高摻量飛灰混凝土中各種材料的適宜用量範圍, 典型的飛灰混凝土配比則如表 2-6 所示 30 : 1. 拌和水量高摻量飛灰可降低混凝土的單位用水量, 且飛灰添加量越大, 單位用水量越小 主要是因水泥水化過程中, 水泥顆粒被分散而隔開, 具有充分的水化環境, 而產生大量的水化物填充漿體內空隙 飛灰的顆粒形狀為複合中空圓球體, 雖易於堆積密實, 但因具有軸承效應, 12
且飛灰水化速度較為緩慢, 所生成的膠體總量較水泥少, 相對填充顆粒周圍緻密性為低, 所以導致混凝土的總體單位拌和用水量得以減少 2. 飛灰用量混凝土的高飛灰用量 FA/(C+FA), 大致上為 40-70%; 而以 50 % 左右最常應用 此範圍的飛灰用量, 對新拌混凝土與硬固混凝土的性能均為利多弊少 然而當 FA/(C+FA)>70% 時, 混凝土的工作性明顯變差, 硬固漿體微觀結構發展的緻密性改變, 而趨於較為疏鬆, 可能影響抗中性化等耐久性能 3. 水泥用量為使硬固混凝土的力學強度效應較為顯著, 同時維持新拌混凝土的工作性要求, 混凝土的水泥用量, 一般限制在 100-200kg/m 3 之間, 而以 150kg/m 3 左右為最多配比所採用 當水泥用量超過 200kg/m 3 時, 由於高摻量飛灰 (50% 以上 ) 造成新拌混凝土的膠結料過於黏稠, 而使工作性明顯變差, 力學性能方面也不會有明顯助益 4. 水膠比 W/(C+FA) 為發揮混凝土之最佳綜合效應, 通常需配合使用高效強塑劑來降低水膠比 根據坍流度的實際需求, 水膠比一般控制在 0.3-0.45 之間 5. 活性催化劑活性催化劑的添加, 一般從工程應用實務的觀點來加以考量 若所設計的混凝土已能滿足設計與施工對早期性能的要求, 則無須考慮使用活性催化劑 ; 但若早期強度無法滿足工程需求, 首先應考量變更合適的水泥類型, 檢查過量使用高效強塑劑與輸氣劑是否造成過量緩凝的副作用, 再考慮使用活性催化劑的對策 同時, 應檢驗活性催化劑與高效強塑劑和輸氣劑的相容性 13
2.2.2 飛灰混凝土新拌性質 添加大量飛灰取代水泥所拌製的混凝土, 基本上能改善新拌混凝土工作性, 也可以降低混凝土反應時之水化熱, 更因為有良好的黏滯性, 明顯減少泌水, 且有利於混凝土晚期強度發展與耐久性的增加 飛灰混凝土的新拌性質受飛灰品質 添加量 取代水泥量與摻加化學藥劑的種類 劑量等的影響, 分析如下 : 1 坍度飛灰對於工作性的影響有正面也有負面 正面影響為飛灰的軸承效應有助於混凝土中粒料的移動, 也因取代比重較大的水泥使得漿體總體積變大, 粒料之間的潤滑漿厚度會增加, 可有利於工作性 負面影響為飛灰的顆粒細微, 表面會吸附較多的水分, 造成混凝土黏度較大 加上低拌和水量的原因, 為維持混凝土坍度, 經常使用高效能強塑劑加以調整 例如, 為了達到預定的坍度 150mm, 以不同飛灰配製的高摻量飛灰混凝土, 其高效強塑劑的使用劑量約為膠結材料量的 0.4-1.3% 之間 另外飛灰混凝土的坍度也會隨著水膠比 飛灰摻量 砂率的增加而上升 ; 影響的程度依序為水膠比 飛灰摻量, 而砂率對坍度的影響則非常小 2 空氣含量混凝土中加入飛灰後, 由於填補了孔隙而使含氣量減少 飛灰圓滑的顆粒有助於其他顆粒藉由重力作用與拌和時打入之氣泡交換位置, 使得氣泡上浮排出 當使用輸氣劑時, 含碳量 (LOI) 過高 (> 4%) 的飛灰會吸附輸氣劑, 降低其效用 11, 因此在使用輸氣劑控制含氣量時, 需考慮飛灰的燒失量 另外, 飛灰中 CaO 含量與 45μm 留篩量也會影響輸氣劑的劑量, 不過台灣因為處在較溫暖的地區, 混凝土沒有凍融的問題, 因此可不需要考慮含氣量的問題 3 泌水 14
混凝土澆置後至初凝前, 較重的固體顆粒會下沉, 產生泌水現象 在較重的顆粒下沉, 較輕的水分上浮過程中, 有些水會停留在粒料顆粒或者鋼筋的下方, 大部分水分則浮至混凝土表面 由於飛灰有相當大的表面積, 會吸附水分, 而使混凝土形成足夠的黏滯性, 而飛灰的顆粒細微, 又能彌補細料的不足, 可以阻斷泌水管道, 因此能夠有效減少泌水 另外, 高摻量飛灰混凝土常採用低拌和水量, 使得混凝土的泌水現象不明顯, 甚至可以忽略 不過, 含水量低的飛灰混凝土, 其養護工作相當重要, 最好是一拆模就進行養護 低鹼水泥所配製的高摻量飛灰混凝土中, 新拌混凝土的泌水量介於 1.4-8.9 ml/cm 2 之間, 而以高鹼水泥配製的高飛灰混凝土則泌水量很小, 甚至無法量測 但大量使用飛灰時, 則須特別注意泌水問題, 因為飛灰顆粒表面光滑圓潤如同玻璃, 缺乏長效保水性, 且圓滑的細顆粒有助於其他顆粒下沉, 若過量使用反而會使泌水量增加, 混凝土的黏稠性變大, 反而不利於其工作性 12 4 凝結時間以飛灰取代混凝土內部分水泥時, 等同於水泥含量減少, 將使水化熱降低 水化速率減慢, 因而會降低整體的活性, 使凝結速率減慢而延長其凝結時間, 如表 2-7 所示 13 飛灰的添加量越多, 其初終凝時間越為延長, 而終凝延後的時間較初凝更加明顯 CANMET 研究發現 14 : 由 8 種不同飛灰所配製的混凝土, 其初凝及終凝時間分別介於 291-771 分鐘及 388-804 分鐘, 明顯較普通混凝土者長 不過, 一般高摻量飛灰混凝土, 其凝結時間的延緩, 並未達到無法接受的程度 5 溫升以飛灰取代部分水泥, 可有效降低水泥水化速率, 減少水化熱 這種現象使用在巨積混凝土上, 效果更為顯著 12 飛灰混凝土中, 一方面因水泥用量相對減少, 再者由於飛灰的卜作嵐反應緩慢, 產生 15
較少的水化熱, 而使混凝土在水化過程中, 水化熱將減少, 其降低程度則隨著飛灰取代量的大小而定 基本上, 混凝土中的水化反應是放熱過程, 所以飛灰加入混凝土會減少總熱量的產生 混凝土內部水化熱會隨著齡期增加而升高, 在齡期 5 天後, 基本上水化反應已結束, 水化熱大約佔 7 天的 95.4% 以飛灰取代 20% 水泥時, 水化熱的釋放量已可符合 Type Ⅱ 水泥的規範要求 ; 而取代量 30% 時, 早期水化熱將比 Type Ⅳ 低熱水泥還低, 因此可更適合應用於巨積混凝土上 有關飛灰取代量影響水化熱發展情形, 可由圖 2-1 圖 2-2 15 看出其效果 而摻加飛灰後水化熱降低的趨勢也可由表 2-8 看出 16 基於以上所述, 摻加飛灰會降低混凝土的水化熱生成, 因此飛灰混凝土的溫升會明顯低於普通混凝土 ; 後者 48 小時內的最大溫升高達 22-24, 而飛灰混凝土僅有 9-14 2.2.3 飛灰混凝土硬固性質 飛灰添加於混凝土中對其硬固性質的影響, 主要可從力學性質和耐久性兩方面考量之 飛灰顆粒為細微的圓滑球狀, 能夠有效填充混凝土內的孔隙及降低用水量, 使得混凝土內部更為緻密, 可以有效提升混凝土強度, 提高其水密性及化學侵蝕抗性, 並降低潛變與乾縮 表 2-9 為 Malhotra 與 Mehta 研究後, 對飛灰混凝土典型配比的硬固力學性質 17 以下再分析飛灰混凝土的各項硬固性能: 一 抗壓強度以飛灰取代部分水泥時, 早齡期的混凝土抗壓強度會依飛灰取代率越大而越低於純水泥混凝土的抗壓強度, 但在晚齡期後抗壓強度則會因飛灰的卜作嵐反應而逐漸超越 18 飛灰在混凝土中會產生卜作嵐反應, 與氫氧化鈣作用而形成 C-S-H 膠體, 填充內部孔隙, 將大孔隙填滿使成較細微的小孔隙 這種效應可以減少介面發生細微裂縫的機率, 並強化粒料介面的健結強度, 使抗壓強度有效提升 然而添 16
加飛灰於混凝土其優點也會因飛灰品質 取代量 養護條件與燒失量等的不同而影響其效益 19, 再討論如下 : 1 CaO 含量飛灰中 CaO 的含量越多, 其水化反應的效果越佳, 越有利於混凝土早期強度的發展 因此若以相同重量取代水泥,CaO 含量較高的 C 級飛灰可增進混凝土的早期強度 ; 而添加 CaO 含量較低的 F 級飛灰時, 混凝土的早期強度將偏低, 但於晚期後, 強度則可有效提升 20, 原因在於卜作嵐反應為緩慢進行的, 要在長齡期後才能逐漸發展出抗壓強度 另外,CANMET 的研究發現 16, 以高鹼與低鹼水泥分別與高鈣飛灰和低鈣飛灰配製的高飛灰摻量混凝土, 兩者之強度發展有些微差異 2 顆粒尺寸飛灰顆粒大小會影響其卜作嵐活性, 顆粒越細, 比表面積越大, 活性將越佳而加速卜作嵐反應, 有利於混凝土強度的提升 另外, 較粗的飛灰中常含有燃燒未完全的碳粒, 會吸附水而影響水膠比, 並增加用水量, 對強度將造成影響 因此粒徑較粗的飛灰較不利於混凝土強度 3 取代量飛灰取代水泥的比率越高, 早期強度發展越慢 添加飛灰於混凝土中, 主要會影響其早期強度發展, 這是因為飛灰取代水泥時造成水泥量減少, 使得水泥水化反應較少, 所產生的 C-S-H 膠體也對應減少, 因此混凝土早期強度較低 當飛灰取代量越大時, 早期生成的 C-S-H 膠體量越少, 混凝土早期強度也越低 文獻指出 14 17 18, 高摻量飛灰混凝土的中後期強度增加快, 強度較高, 對於提高混凝土的強度與耐久性有顯著的影響 由膠結材料用量固定為 340kg/m 3 的普通混凝土及混凝土之強度發展曲線 17
可發現, 普通混凝土的早期強度明顯大於高摻量飛灰混凝土, 但高摻量飛灰混凝土在齡期 7-28 天間及 28-91 天間的強度增加顯著, 且其增加率超過普通混凝土 ; 當水膠比為 0.30 時,1 年齡期的高摻量飛灰混凝土其強度可高達 80MPa, 而普通混凝土僅為 60MPa 4 養護條件飛灰的卜作嵐反應較為遲緩, 在常溫養護條件下, 飛灰的卜作嵐反應會長時間持續進行而逐漸發展其膠結功能 一般混凝土的養護以浸入於飽和石灰水中最佳 ; 高摻量飛灰混凝土則是以濕治養護最有利於強度發展 濕治養護的條件下, 齡期 91 天至 365 天之間的飛灰混凝土強度增加可高達 20-30%, 而普通混凝土僅能增加 5% 左右 因此濕治方式不僅對混凝土的強度有顯著影響, 對耐久性亦有極重要的意義 另外, 溫度對化學反應有催化效果, 採用高溫養護方式, 也可有效刺激混凝土的初期強度發展 5 燒失量飛灰燒失量是指燃燒不完全的碳顆粒所佔的比率 一般而言, 飛灰的燒失量愈高則細度愈小, 含有較多的殘餘粗碳顆粒 低燒失量的飛灰混凝土, 其抗壓強度會優於高燒失量的飛灰混凝土者 因為低燒失量的飛灰顆粒較小, 比表面積較大, 卜作嵐活性指數也較大, 容易與氫氧化鈣反應成有益於強度的 C-S-H 膠體 另外, 由於低燒失量飛灰較細小, 未參與反應的飛灰可以當作細粒料來填充混凝土間的空隙, 使混凝土更為緻密 因此採用低燒失量的飛灰可獲得較好的混凝土強度 二 彈性模數飛灰對彈性模數的影響與抗壓強度類似, 飛灰混凝土的早期彈性模數較低, 晚期較高 21,28 天齡期的彈性模數值介於 32.1-39.5GPa 之間, 齡期 91 天為 36.6-42.0GPa, 齡期 1 年則達 39.8-45.6GPa 因此, 18
齡期 28 天及 91 天的彈性模數值約比 ACI 318 規範的計算值高出 15-25%, 而齡期 1 年時則約高出 12-18% 這種現象可歸因於飛灰中於有相當多未水化的玻璃圓球細小顆粒, 可能成為填充用的細骨材, 使飛灰混凝土的緻密度增大, 而有抑制混凝土變形的效應, 可提升其彈性模數 而由於相同的原因, 高鹼水泥配製的混凝土, 其齡期 28 天的彈性模數會大於低鹼水泥者 ; 但兩者在齡期 91 天至 1 年的彈性模數值則相近 事實上影響彈性模數的原因甚多 22, 如漿體的成分 混凝土強度 粒料種類及性質等, 最近的研究顯示, 粒料與界面過渡區 (Transition Zone) 的行為也對彈性模數有所影響 三 抗彎強度與劈裂強度飛灰混凝土的抗彎強度與劈裂強度的發展趨勢與抗壓強度大致相同, 兩者與抗壓強度的比值皆與普通混凝土者相近 高飛灰混凝土 14 天,91 天及 2 年齡期的抗彎強度分別介於 3.4-6.1MPa 5.2-6.8MPa 與 5.7-7.4MPa 之間 而高摻量飛灰混凝土的 28 天劈裂強度則介於 2.5-3.9MPa 之間, 相當於同齡期混凝土抗壓強度的 8-10% 一般水泥混凝土的抗彎強度, 在 14-28 天齡期時已大致上發展完全 但高摻量飛灰混凝土則因飛灰之卜作嵐反應較為緩慢, 其抗彎強度即使到一年仍未達最大值 而其強度之發展, 從 28 天至一年間約增加 40% 17 另外, 若採用高鹼水泥配製高摻量飛灰混凝土, 其抗彎強度可高於低鹼水泥者 ; 但齡期 91 天以後, 兩種水泥配製的高飛灰摻量混凝土抗彎強度則無明顯差異 四 乾燥收縮混凝土乾縮的主要原因為水分散失, 是積存於混凝土內毛細管孔隙 C-S-H 膠體間孔隙及養護期間的水分流失, 使混凝土因乾燥而產生體積收縮 由於飛灰具有圓球顆粒與玻璃質的特性, 摻用於混凝土中, 可以有效減低拌和水量, 而對混凝土的長期失水乾縮可明顯的減少 文獻 23 顯示: 飛灰取代水泥 10-30% 之飛灰混凝土, 於齡期 19
10 至 365 天的乾縮量, 會隨齡期增加而逐漸增大, 但齡期在 35 天以後, 其乾縮變形量即趨緩 此印證添加飛灰可以有效降低混凝土的乾縮量, 而且飛灰添加量越大, 乾縮量的抑制效果越佳 另外, 飛灰可同時填充細粒料間的間隙, 能穩定混凝土的體積收縮, 是有效降低混凝土長期乾縮量的另一原因 在原材料固定的條件下, 混凝土配比對乾縮也有很大的影響 當水膠比相同時, 混凝土的乾縮有隨飛灰添加量的增加而降低的趨勢 ; 飛灰添加量相同時, 水膠比越小則乾縮越大, 原因為水膠比愈小, 膠結材料用量愈大, 混凝土的乾縮將隨之變大 五 潛變飛灰混凝土與一般混凝土相比, 飛灰混凝土會因晚期強度增加而有較小的長期潛變 圖 2-3 為高摻量飛灰混凝土與一般混凝土的潛變量比較 23, 圖上顯示, 飛灰取代率 56% 的混凝土, 其長期後的潛變量明顯低於一般混凝土者 飛灰對減少潛變的作用, 在飛灰取代 20% 水泥時, 也有類似的效果 2.3 國內外 HVFC 應用實例 若能正確使用飛灰取代混凝土中部分水泥量或填塞砂中間細微膠結料, 並降低拌和水量及摻加適當強塑劑, 則可有效改善新拌混凝土的流動性及硬固混凝土的力學強度 耐久性與體積穩定性 過去的經驗顯示, 若能對飛灰混凝土作充分的養護時, 高摻量飛灰混凝土基本上可應用於各類型營建工程上 然而在工程上使用高摻量飛灰混凝土時, 仍需考量一些問題 : 1 應選用級配良好的骨材配製混凝土, 減少空隙率以利於水膠比之降低, 確保添加飛灰的正面效應 2 必須採用強制式混凝土拌和機 20
3 新拌混凝土黏稠度較高, 在運輸和澆置過程中不易析離, 有利於均勻性 澆置作業後, 必須及時進行適當的養護措施, 以防產生早期裂縫 4 泵送用混凝土, 飛灰的品質必須定期檢驗, 項目至少包含 : 化學成分 燒失量 細度與需水量比以確保混凝土的品質 5 添加飛灰具有一定的緩凝效應, 高摻量飛灰和泵送劑同時使用時, 應測定混凝土的凝結時間 ; 當環境溫度較低時, 應綜合考量並對泵送劑的凝結時間加以調整之 6 泵送混凝土的坍度一般較大, 搗實作業時不得過度振搗 ; 過度振搗時, 將使飛灰水泥漿體上浮而造成表面泌水或浮灰, 降低其早期強度, 若養護不慎更易引發混凝土早期開裂 國內高飛灰混凝土的研究與技術發展未臻成熟, 但也有幾個應用實案 : 台灣南港車站地下化工程曾澆置 250,000 立方公尺之自充填混凝土 24 ; 內政部建築研究所之建築實驗群, 近來利用高摻量飛灰製作巨積混凝土強力地板 25, 採用 I 型水泥, 大量降低水泥用量, 達到減少水化熱目的, 混凝土之飛灰用量 76kg/m 3, 水泥用量 252kg/m 3, 而強度則超過 700kgf/cm 2 至於國外, 早在 1935 年, 美國學者 R.E Davis 首先進行了飛灰混凝土應用的研究, 是飛灰混凝土科技發展的先驅 到 1950 年代, 英國 法國 德國 前蘇聯 日本與印度等國先後大量應用飛灰混凝土 1980 年代以後, 飛灰已發展成為混凝土的基本材料, 其中壩體工程的碾壓混凝土應用, 是開啟高飛灰混凝土使用的先端 以下彚述國外工程上一些重要應用案例 : 1 加拿大 2001 年加拿大溫哥華市內, 一棟鋼筋混凝土結構建築物 Artists Live/Work Studios", 為利用高飛灰混凝土打造, 當時是從藝術與美 21
觀角度來建造的 26 所用的混凝土的總體積 1000 m 3, 設計強度 28 天齡期為 30MPa, 飛灰佔總膠結料 50%, 坍度為 110 mm 齡期 1 2 7 28 56 天時的抗壓強度分別為 5.0 13.5 27.4 41.5 44.7MPa 另外在多倫多的約克大學的計算機科學大樓, 整棟建築物皆使用飛灰混凝土, 總膠結料含量為 340 kg/m 3, 其中 C 級飛灰佔總膠結料 50%, 水膠比為 0.38 至 0.40, 水量為 135 kg/m 3, 比較特殊的是混凝土中未添加強塑劑 ; 設計強度齡期 28 天為 30MPa, 而實際上 7 天與 28 天的強度已達到 30MPa 和 40MPa 2 美國 1980 年代初期, 美國佛羅里達州在建造陽光高架跨海大橋時, 如照片 2-1 27, 對原來使用飛灰的規範進行修訂, 規定巨積混凝土中飛灰的添加量為 18-50% 該高架橋下部結構中所採用的高摻量飛灰混凝土, 其飛灰取代水泥量達 50% 1995 年間, 用低鈣飛灰與高鈣飛灰配製的高摻量飛灰混凝土, 其水泥取代量分別為 40% 和 50 %, 已試用於道路舖面 另外, 在猶他州靜水壩的主表面與芯體, 也採用飛灰添加量體積比高達 50-75% 的高摻量飛灰混凝土 3 印度 2002 年 8 月, 古傑雷特 Ambuja 水泥公司, 利用高飛灰混凝土修建路面應用在印度的兩個地區, 一在印度北部的 Ropar, 另一個在印度西部 Ambujanagar 的第二公路路面 在 Ropar 的剛性路面混凝土水膠比為 0.40, 飛灰取代水泥比率達 50%, 其抗壓強度 1 2 7 28 天齡期分別為 9.5 18.4 24.1 41.6MPa, 抗彎強度 28 天齡期為 7.6MPa, 而氯化物離子滲透性 (ASTM CI202) 為 540 庫侖 2002 年 10 月在印度 Ambujanagar 修建剛性路面, 飛灰取代水泥比率為 50%, 其抗壓強度 1 2 7 28 天齡期分別為 9.2 19.5 25.5 40MPa, 抗彎強度 28 天齡期為 6.8MPa, 而氯化物離子滲透性 (ASTM CI202) 為 563 庫侖 28 22
其他國家也有高飛灰混凝土的工程上應用案 28, 例如日本, 以飛灰 爐石粉復合料, 應用在明石跨海大橋的預力橋墩中, 如照片 2-2 所示, 澆置的高飛灰混凝土總體積達 70 餘萬立方 英國 Milton Brook 大壩, 壩體芯部之碾壓混凝土所採用的飛灰摻量高達 73% 英國 Garwick 機場在 1982 年的停機坪擴建工程中, 也採用飛灰混凝土, 其飛灰添加量達 46%, 如照片 2-3 所示 英國南威爾斯 Grangetoown 的高架橋工程中, 飛灰添加體積比介於 40-80% 之間, 齡期 28 天強度為 25-70MPa, 坍度為 25-150mm, 如照片 2-4 所示 另外, 英國的 Heathrow 機場 M25 與 A126 幹線公路的路面工程中, 所採用的高摻量飛灰混凝土, 能經濟有效地解決抗硫酸鹽與骨材鹼矽反應等問題, 如照片 2-5 照片 2-6 所示 23
表 2-1 CNS 3036 規定之飛灰品質要求 化學成分 物 理性質 任 選規定 項目 限制標準 單位 C 類 F 類 SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 最小值 % 50.0 70.0 三氧化硫 (SO 3 ) 最大值 % 5.0 5.0 燒失量 (L.O.I) 最大值 % 6.0 6.0 含水率 最大值 % 3.0 3.0 細度 ( 停留在 No.325 篩量 ) 最大值 % 34.0 34.0 卜作嵐活性指數 最小值 % 75.0 75.0 高壓蒸鍋膨脹率或收縮率 最大值 % 0.8 0.8 與控制組之需水量比率 最大值 % 105 105 均質性規定 : 每個試樣比重及細度值 與其 10 個試樣 ( 試樣不足 10 個時採 全部試樣 ) 之試驗平均差異值 : 1. 細度 ; 檢驗篩 45μm 篩餘量 (CNS 最大值 % 5 5 386) 2. 比重 最大值 % 5 5 氧化鎂 (MgO) 最大值 % 5.0 5.0 有效鹼量 ( 以 Na 2 O+0.658K 2 O 計算 ) 最大值 % 1.5 1.5 複因數 : 燒失量與 45μm 篩篩餘量之乘積 最大值 % - 255 水泥砂漿柱體乾縮率 ( 齡期 28 天 ) 最大值 % 0.03 0.03 與水泥含鹼成份之反應性 : 水泥砂漿柱體膨脹率 ( 齡期 14 天 ) 最大值 % 0.02 0.02 均質性規定 : 輸氣混凝土含氣量達水 泥砂漿體積之 18% 時, 輸氣劑量與前十次試驗結果 ( 不足十次時採全部試 最大值 % 20 20 樣 ) 平均差異值 24
表 2-2 不同煤礦所產生飛灰之典型化學成分 化學成分 C 類飛灰 F 類飛灰 褐煤灰次煙煤灰煙煤灰 二氧化矽 (SiO 2 ) 44.5 38.6 49.4 三氧化二鋁 (Al 2 O 3 ) 三氧化二鐵 (Fe 2 O 3 ) 18.3 19.2 23.5 5.6 4.8 14.8 氧化鈣 (CaO) 18.1 24.2 1.2 三氧化硫 (SO 3 ) 1.7 1.6 0.9 氧化鎂 (MgO) 4.4 4.1 1.0 燒失量 0.7 0.5 2.9 含水率 (%) 0 0.2 0.1 表 2-3 飛灰之物理性質 礦物性攙和物類別試驗項目 N 類 F 類 C 類 細度 : 試驗篩 0.045mm,CNS386 試驗 篩 篩餘量 ( 濕篩法 ),%( 最大值 ) 34 34 34 強度活性指數與卜特蘭水泥攙和 7 天, 控制百分率, %( 最小值 ) 與卜特蘭水泥攙和 7 天, 控制百分率, %( 最小值 ) 需水量, 控制百分率,%( 最大值 ) 115 105 105 健度 : 高壓蒸壓膨脹或收縮,%( 最大值 ) 0.8 0.8 0.8 均質性規定 : 個別試樣之比重及細度值與其 10 個 試樣 ( 如前試樣總數不足 10 個時, 則 5 5 5 採全部試樣 ) 之試驗平均值之差異 : 5 5 5 比重,%( 最大值 ) 細度, 試驗篩 0.045mm,CNS 386 篩餘量,%( 最大值 ) 75 75 75 75 75 75 25
表 2-4 飛灰之化學成分 礦物性攙和物類別試驗項目 N 類 F 類 C 類 二氧化矽 (SiO 2 )+ 氧化鋁 (Al 2 O 3 )+ 氧化鐵 (Fe 2 O 3 ) 之總量,%( 最小值 ) 70.0 70.0 50.0 三氧化硫 (SO 3 ),%( 最大值 ) 4.0 5.0 5.0 含水量,%( 最大值 ) 3.0 3.0 3.0 燒失量,%( 最大值 ) 10.0 6.0 6.0 表 2-5 水泥與一般飛灰的物性與化性 物化性 水泥 (I) F 級飛灰 C 級飛灰 SiO 2 (%) 20.5 52 35 Al 2 O 3 (%) 5.4 23 18 Fe 2 O 3 (%) 2.6 11 6 CaO(%) 63.9 5 21 SO 3 (%) 3.0 0.8 4.1 Na 2 O(%) 0.61 1.0 5.8 K 2 O(%) - 2.0 0.7 eq.alk 2.1 2.2 6.3 燒失量 (%) 0-3 2.8 0.5 粒徑 (μm) <45 1-45 1-45 平均粒徑 (15) (20) (20) 比表面積 (m 2 /kg) 300-420 300-500 300-500 相對密度 3.1-3.25 1.9-2.8 1.9-2.8 容積密度 (kg/m 3 ) 830 540-860 540-860 26
表 2-6 高摻量飛灰混凝土的典型配比 材料用量 (kg/m 3 ) 28 天抗壓強度低強度 (20Mpa) 中強度 (30Mpa) 高強度 (40Mpa) 水 120 130 115 125 115 120 水泥 ( 第 I II 型水泥 ) 125 130 155 160 180 200 飛灰 125 130 215 220 220 225 粗骨材 ( 最大粒徑 19mm ) 1170±10 1200±10 1110±10 細骨材 800±10 750±10 750±10 輸氣劑量依輸氣量 輸氣劑類型與砂的級配而定 5-7% 輸氣劑 輸氣量的輸氣劑量由低強度混凝土 200mL/m 3 至高強度高 性能混凝土 300 L/m 3 強塑劑量隨坍度要求與強塑劑類型而定 萘基強塑劑 高效強塑劑 (Naphthalene Based Superplasticizer) 於坍度 200mm 時的劑 量約為 3-5L/m 3 表 2-7 飛灰添加量與凝結時間之關係 13 F/C+F ( % ) W/C+F ( % ) 坍度 cm 含氣量 ( % ) 初凝時 ~ 分 終凝時 ~ 分 備 註 0 52 12.5 0.9 5~07 6~49 15 50.3 12 0.8 5~10 6~52 30 49.7 13 0.7 5~12 7~13 40 49.1 12 0.8 5~25 8~00 A 混凝土溫度 :26 B 養護溫度 :27~28 CC+F 用量相同 40 52 16 0.8 5~51 8~01 27
表 2-8 摻加飛灰後水泥水化熱降低百分比 16 齡期 ( 天 ) 1 2 3 4 5 6 7 添加量 水化熱降低百分比 (%) 20% 20.3 14.8 10.6 7.5 5.6 3.2 0.8 40% 35.8 28.3 25.4 22.4 20.1 17.8 15.4 表 2-9 高摻量飛灰混凝土的力學性質 17 試驗項目齡期 ( 天 ) 抗壓強度 (150mm 300mm 圓柱試體 ) 抗彎強度 ( 三點荷載 ) I 型水泥 強度 MPa III 型水泥 1 8±2 14±2 7 20±5 25±5 28 35±5 35±5 91 45±5 45±5 365 55±5-14 5±0.5 5.5±5 91 6±0.5 - 劈裂強度 28 3.5±0.5 3.5±0.5 楊氏彈性模數 (150mm 300mm 圓柱試體 ) 28 35±2GPa - 91 38±2GPa - 乾縮應變 450 500±50 10-6 - 28
圖 2-1 飛灰混凝土與波特蘭水泥混凝土澆置於巨積混凝土時 內部溫度上升狀況 15 澆置後時間 ( 天 ) 圖 2-2 飛灰混凝土與波特蘭水泥混凝土澆置於巨積混凝土時 之水化熱發熱比較 15 29
( 飛灰對水泥取代率 56%) 圖 2-3 濕治 28 天後的混凝土潛變 30
照片 2-1 陽光高架跨海大橋 27 照片 2-2 日本明石跨海大橋 31
照片 2-3 英國 Garwickk 機場 照片 2-4 英國 Grangetown 高架橋 32
照片 2-5 英國 Heathrow 機場 照片 2-6 英國 M25 幹線公路 33
第三章試驗規劃 3.1 試驗參數 本研究主要探討摻加大量飛灰的混凝土特性, 採用兩種燒失量的飛灰, 依不同添加率取代水泥拌和成混凝土並製作試體, 在改變試驗參數的條件下, 進行抗壓強度試驗 彈性模數與柏松比試驗 抗彎強度試驗與長度變化等試驗, 以檢測分析混凝土之基本性質與力學性質 主要的試驗參數如表 3-1 所示並列述如下 : 1 飛灰燒失量分為大於 6% 與小於 6% 兩種 2 飛灰的取代率包括 0% 20% 40% 50% 60% 及 80% 等七種 3 28 天設計強度分 210 kgf/cm 2 及 280 kgf/cm 2 兩種 4 試體齡期 : (1) 抗壓強度試驗取 1 3 7 28 56 91 182 及 365 天等八個齡期 (2) 抗彎強度試驗分為 7 28 56 91 及 365 天等五個齡期 (3) 長度變化試驗為 0 4 7 14 28 天與 8 16 28 週 (4) 彈性模數與伯松比分 28 56 91 及 365 天等四個齡期 其中飛灰取代量 80% 之組別, 其配比設計以 60% 取代水泥量 20% 取代細骨材量之方式研擬 混凝土坍度設計在 15-20cm 之範圍內 3.2 試驗材料 本研究之試驗材料有水泥 飛灰 粗細骨材與強塑劑等材料, 分 述如下 : 1 拌和水 34
採用一般自來水並符合 CNS 拌和水的要求 2 水泥使用台灣水泥公司所生產的台泥一型 (TypeⅠ) 普通水泥, 其性質符合 CNS 61 的要求 3 飛灰使用台電火力發電廠所生產兩種不同燒失量的 F 級飛灰, 低燒失量為 4.62%, 而高燒失量則為 7.78%, 其基本性質如表 3-2 所示 4 粗細骨材粗細骨材為一般天然砂石, 粗骨材分六分石與三分石兩種 ; 表 3-3 為粗細骨材之基本性質試驗結果 細骨材之顆粒分佈曲線介於 ASTM 建議之上下限之間, 如圖 3-1 所示 5 強塑劑本研究為使工作性達到一定的程度, 使用強塑劑 HI CON MTP-A40, 其外觀為黃褐色, 比重 1.090-1.130, 氯含量<500ppm, ph=6.0-8.0, 性質符合美國 ASTM C494 TYPE-G 規範 3.3 混凝土配比 本研究之混凝土配比參考 ACI211.1-91 規範建議, 以絕對體積法決定各項材料的單位體積用量 配比設計理念為將飛灰 水泥與砂綜合成膠結料, 並與粗骨材結合成混凝土 ; 為使混凝土具有一定的工作性, 另外添加適當的強塑劑 混凝土配比是以兩種設計強度,28 天齡期 210kgf/cm 2 及 280kgf/cm 2, 且採用 f c+35 kgf/cm 2 為目標 ( 或即需求 ) 強度, 進行配比設計 初步研擬的各組配比如表 3-4 所示, 並進行試拌 其中, 試 35
體編號之定義為 :S28 代表高摻量飛灰混凝土齡期 28 天之設計強度 280 kgf/cm 2,F 指飛灰,-5 是指燒失量低於 6% 者,-8 是指燒失量高於 8% 者, 其後的數字為飛灰取代水泥的比例 以 S21F40-8 為例, 係指 28 天齡期設計強度 210 kgf/cm 2, 燒失量高於 6%, 飛灰取代水泥量為 40 % 第一次試拌 S28 系列採用之總膠結量 ( 水泥 + 飛灰 )300kg/m 3, 而 S21 系列為 240kg/m 3, 混凝土新拌試驗結果與力學性質如表 3-5 所示 由表中可看出,S28 各組混凝土 ( 除 S28F60-8 外 ) 經添加適量強塑劑後, 皆可得到理想之工作度 而 S21 系列中,S21F0 與 S21F20-5 兩組之坍度只有 0-2cm, 這是因為過低的漿量無法充分包裹骨材, 以帶動骨材流動, 使其坍度非常低 強度性質方面, 純水泥混凝土與取代 20% 飛灰者, 其 7 天齡期強度已高於 28 天之目標強度 8-30% 因此, 於配比上考慮降低總膠結量或提高水膠比, 進行第二次試拌配比設計 第二次試拌配比如表 3-6, 是將 S28 系列之總膠結量減少至 280kg/m 3, 而 S21 系列亦減為 200 kg/m 3 第二次配比之混凝土試拌結果與強度性質如表 3-7 所示 表中顯示, 各組試驗混凝土大部分皆有適宜之工作度 組別 S21F0 經調降總膠結量後, 期漿量不足的現象更為明顯, 在加入 0.5% 強塑劑後其坍度能只有 8cm 強度性質方面,S28 系列之 28 天強度大都可達到要求 ; 其中又以飛灰取代 20% 40% 者有較高的抗壓強度 然而飛灰取代 80% 的兩組 (S28F80-5 S28F80-8), 雖然單位水泥量尚有 120kg/m 3, 但過多的飛灰影響其效能, 導致混凝土強度偏低 S21 系列中, 當飛灰取代率 60% 時, 其 28 天強度易有偏低的現象 基於以上仍有部分混凝土之工作性不佳或偏離目標強度, 是以再考慮調整水量 水灰比或骨材組成比例等, 並參照先前兩次試拌所得結果, 進行第三次試拌之配比設計, 其配比如表 3-8 所示 以此配比 36
進行試驗後, 得新拌混凝土坍度及強度性質如表 3-9 所示 由表 3-9 結 果可知, 各組混凝土之坍度都在 15cm 以上, 且 7 天強度也分別符合 210 kgf/cm 2 及 280 kgf/cm 2 的要求, 因此來研究即參考表 3-8 決定採用 表 3-10 之配比, 作為各項高摻量飛灰混凝土性質試驗的配比 3.4 試驗儀器 1 強制式水平雙軸拌和機 : 拌和混凝土用, 如照片 3-1 所示 2 強制式垂直單軸拌和機 : 試拌混凝土用, 如照片 3-2 所示 3 電子秤 : 一台精準度為 0.01kg, 另一台為 0.1g, 如照片 3-3 3-4 所示 4 ASTM B 型氣量計 : 測量空氣含量用, 如照片 3-5 所示 5 初終凝試驗儀 : 檢測初凝與終凝時間用, 如照片 3-6 所示 6 位移式萬能試驗機 : 抗壓試驗用, 如照片 3-7 所示 7 200 噸液壓式萬能試驗機 : 抗彎試驗 彈性模數與柏松比試驗用, 如照片 3-8 所示 8 應力 - 應變環 : 彈性模數與柏松比試驗用, 如照片 3-9 所示 9 長度比較測微器 : 長度變化試驗用, 如照片 3-10 所示 3.5 混凝土拌和 在拌和混凝土前先將粗骨材放置於麻布袋中用水清洗並放置一天, 接著將粗骨材處理成面乾內飽和 (S.S.D) 狀態後放置於儲存桶內 細骨材也作事先處理, 將細骨材曝曬後調整濕度並用砂錐 ( 照片 3-11) 測試並調整至 S.S.D 狀態, 同樣放置於儲存桶內 而混凝土的拌和流程如下 : 1 將 S.S.D 的細骨材倒入拌和槽中, 其次加入水泥與飛灰乾拌 30 秒, 使細骨材 水泥與飛灰充分混合均勻, 然後將拌和水倒入槽中並拌和 1 分 30 秒使其成為飛灰水泥砂漿, 此為混凝土之膠結 37
料 如需添加強塑劑等化學摻料, 則將藥劑加入三分之一的拌和水內攪拌均勻, 剩餘三分之二的拌和水先倒入拌和槽內攪拌, 最後再加入與含藥劑的拌和水於槽內拌和 2 在飛灰水泥砂漿拌至均勻後, 將粗骨材倒入拌和槽並開始拌和 3 分鐘, 直到水泥砂漿充分包裹粗骨材表面後即為拌和完成 3 對新拌混凝土依 CNS 14842 高流動性混凝土坍流度試驗法進行坍度量測 4 灌置試體, 依抗壓試驗與抗彎試驗, 分別對每個齡期製作 3 個 10Φ 20cm 圓柱試體與 3 個 10 10 36cm 抗彎試體, 而長度變化試驗則只製作 3 個 10cm 10cm 28.5cm 試體 所有試體之製作皆分兩層澆置並以震動棒夯實 5 澆置後隔天拆模, 並放入養護室內蓋上濕布進行養護 3.6 試驗方法與流程 依據計劃目標與研究方法, 規劃材料分析 混凝土新拌與硬固性質之試驗項目 各試驗項目與方法規範彙整如表 3-11 所示 一 新拌混凝土 1 坍度試驗坍度參照 CNS 1176(A3040) 或 ASTM C143 之混凝土坍度試驗法進行各組飛灰混凝土之坍度試驗 2 空氣含量試驗含氣量的量測依 CNS 9661 新拌混凝土空氣含量試驗法 ( 壓力法 ) 或 ASTM C231 及 ASTM C138 之規定進行試驗 其中氣量計分為 A 型與 B 型兩種, 本試驗則採用 B 型氣量計 38
3 凝結時間試驗凝結時間分初凝及終凝兩種, 本研究對各組飛灰混凝土的凝結時間量測, 依 CNS 14220 混凝土凝結時間試驗法規定進行 二 硬固混凝土 1 抗壓強度試驗試體於試驗前 2 小時從養護水槽取出靜置, 讓試體表面自然風乾, 用適當的石膏將試體兩面蓋平, 然後依 CNS 1232 A3045 進行抗壓試驗 每組混凝土取 3 個試體進行試驗, 取平均值為該齡期之抗壓強度 2 彈性模數與柏松比試驗彈性模數及柏松比依 ASTM C469 規定進行試驗, 由測得之載重和應變資料推算之 彈性模數是先繪出應力 - 應變曲線, 利用正割模數法, 如下式, 計算彈性模數 : E c =(S 1 -S 0 )/(ε 1-0.00005) 式中 :S 1 為 0.4f c S 0 : 應變為 0.00005 之對應應力值 ε 1 為應力 S 1 之應變 3 抗彎試驗抗彎試驗參照 CNS 1233 進行, 以三分點方式加載 對於抗彎強度的計算方法分下列兩種情況 : (1) 破裂點位於張力面之中間跨度內, 其破裂模數 (Modulus of Rupture) 利用下式 : R=PL/bd 2 39
R= 破裂模數 kgf/cm 2 (MPa) P= 最大載重 kgf(n) L= 跨度 cm b= 試體之平均寬度 cm d= 試體之平均厚度 cm (2) 破裂點位於張力面中間跨度以外, 但未超出全長之 5% 時, 其破裂模數應按下式計算 : R=3Pa/bd 2 a= 破裂面至最近支點之平均距離 cm 4 長度變化試驗本項試驗依 CNS 14603 方法進行, 其中拆模後直接量測視為第 0 天齡期 對試體測取 0 4 7 14 28 及 8 16 32 週之長度, 依下式計算各齡期之長度變化 : Lx=(Lx-Li) 100/G 其中 Lx: 試體於齡期 X 時之長度變化 (%) Lx: 試體於齡期 X 時之長度變化測微器之讀值減去同齡其參考桿之比較測微器讀值 (mm) Li: 試體之初始長度變化比較測微器讀值減去同一時間參考桿之比較測微器讀數 (mm) G: 標稱之有效標距 250mm 40
表 3-1 試驗因子與參數水準 參數水準 試驗因子 1 2 3 4 5 6 7 8 飛灰燒失量 (%) <6% >6% 飛灰取代量 (%) 0 20 40 50 60 80 28 天設計強度 (kgf/cm 2 ) 210 280 抗壓強度 1 3 7 28 56 91 182 365 齡 期 ( 天 ) 抗彎強度 7 28 56 91 365 長度變化 0 天 4 天 7 天 14 天 28 天 8 週 16 週 32 週 彈性模數 28 56 91 365 柏松比 28 56 91 365 表 3-2 飛灰之化學成分與物理性質 1. SiO 2 試驗項目 CNS 3036 規範 (%) 41 低燒失量飛灰試驗結果 (%) 50.00 28.41 2. Al 2 O 3 Min. 70.0 28.41 85.39 22.99 3. Fe 2 O 3 6.98 7.88 高燒失量飛灰試驗結果 (%) 49.96 22.99 4. SO 3 Max. 5.0 0.47 0.68 5. 含水量 Max. 3.0 0.13 0.45 6. 燒失量 Max. 6.0 4.62 7.78 7. 有效鹼 (as Na 2 O) Max. 1.5 0.18 0.35 8. Na 2 O --- 0.09 0.17 9. K 2 O --- 0.13 0.28 10. CaO ( 容量法 ) --- 5.99 5.99 11. MgO ( 容量法 ) --- 1.39 2.03 1. 密度 g/cm 3 --- 2.31 2.30 2. 細度 (No.325 濕篩法 ) Max. 34 13.24 26.60 3. 卜特嵐活性指數 (7 天 ) Min. 75 86.78 84.88 卜特嵐活性指數 (28 天 ) Min. 75 97.84 86.03 4. 需水量控制 % Max. 105 96.69 99.17 5. 健度 ( 熱壓膨脹試驗 ) % Max. 0.80 0.056 0.053 80.83
表 3-3 常重骨材基本性質 基本性質 骨材種類 六分石三分石砂 比重 (SSD) 2.61 2.6 2.69 吸水率 (24hr) 1.35% 1.74% 0.90% F.M 7.05 6.53 2.62 乾搗單位重 1463kg/m 3 1388kg/m 3 --- 乾搗單位重 ( 六分 三分各半 ) 1470kg/m 3 --- 表 3-4 第一次試拌之混凝土配比 編號 W/B 水泥飛灰砂 3 分石 6 分石水 SP. SP. 比率 S21F0 0.65 240 0 822 579 579 156 0.5 0.21% S21F20-5 0.60 192 48 816 575 575 145 1.3 0.52% S21F40-5 0.50 144 96 834 588 588 120 3.0 1.25% S21F50-5 0.45 120 120 840 592 592 108 3.3 1.37% S21F60-5 0.42 96 144 845 595 595 100 4.3 1.79% S21F80-5 0.33 80 320 619 564 564 131 2.2 0.56% S28F0 0.54 300 0 767 541 541 162 0.6 0.20% S28F20-5 0.45 240 60 787 554 554 136 1.2 0.40% S28F40-5 0.38 180 120 801 565 565 115 2.7 0.90% S28F50-5 0.36 150 150 806 568 568 107 3.6 1.20% S28F60-5 0.33 120 180 810 571 571 100 4.5 1.50% S28F80-5 0.29 100 400 532 534 534 147 2.0 0.40% S28F20-8 0.45 240 60 787 554 554 136 2.1 0.68% S28F40-8 0.38 180 120 801 565 565 115 3.5 1.17% S28F50-8 0.36 150 150 806 568 568 107 4.7 1.55% S28F60-8 0.33 120 180 810 571 571 100 6.6 2.20% S28F80-8 0.29 100 400 532 534 534 147 3.5 0.70% 42
表 3-5 第一次混凝土配比試拌結果 編號坍度 (cm) 3 天強度 (kgf/cm 2 ) 7 天強度 (kgf/cm 2 ) S21F0 0 212 291 S21F20-5 2 174 251 S21F40-5 19 136 200 S21F50-5 17 110 161 S21F60-5 17 50 78 S21F80-5 18 79 105 S28F0 18 323 411 S28F20-5 10 265 340 S28F40-5 22 131 172 S28F50-5 22 95 147 S28F60-5 18 94 162 S28F80-5 19 82 134 S28F20-8 20 202 239 S28F40-8 18 144 196 S28F50-8 11 119 182 S28F60-8 7 62 144 S28F80-8 17 98 157 表 3-6 第二次試拌之混凝土配比 編號 W/B 水泥飛灰砂 3 分石 6 分石水 SP. SP. 比率 S21F0 0.78 200 0 807 569 569 157 1.0 0.50% S21F20-5 0.60 160 40 841 593 593 119 2.5 1.25% S21F40-5 0.55 120 80 846 596 596 110 3.3 1.63% S21F50-5 0.55 100 100 843 594 594 110 3.5 1.75% S21F60-5 0.44 100 150 766 604 604 110 3.5 1.40% S21F80-5 0.35 100 400 380 575 575 174 1.7 0.33% S28F0 0.64 280 0 757 533 533 179 0.5 0.18% S28F20-5 0.51 224 56 787 555 555 142 1.2 0.41% S28F40-5 0.42 168 112 805 567 567 118 2.7 0.96% S28F50-5 0.39 140 140 810 571 571 110 3.0 1.07% S28F60-5 0.37 120 180 765 578 578 110 3.3 1.10% S28F80-5 0.32 120 480 311 537 537 189 1.1 0.18% S28F20-8 0.51 224 56 787 555 555 142 1.5 0.54% S28F40-8 0.42 168 112 805 567 567 118 3.3 1.16% S28F50-8 0.39 140 140 810 571 571 110 4.0 1.43% S28F60-8 0.37 120 180 765 578 578 110 4.8 1.60% S28F80-8 0.32 120 480 311 537 537 189 3.6 0.60% 43
表 3-7 第二次混凝土配比試拌結果 編號坍度 (cm) 3 天強度 (kgf/cm 2 ) 7 天強度 (kgf/cm 2 ) 7 天強度 /28 天強度 S21F0 8 168 207 81.20% S21F20-5 2 248 346 71.60% S21F40-5 6 181 253 71.60% S21F50-5 16 144 213 67.40% S21F60-5 19 96 164 58.40% S21F80-5 18 81 132 60.90% S28F0 18 223 275 80.90% S28F20-5 15 253 342 74.00% S28F40-5 21 305 400 76.20% S28F50-5 21 281 382 73.50% S28F60-5 25 245 329 74.60% S28F80-5 23 98 161 61.10% S28F20-8 21 337 447 75.50% S28F40-8 18 293 388 75.50% S28F50-8 19 189 297 63.50% S28F60-8 25 145 223 65.30% S28F80-8 27 122 178 68.40% 表 3-8 第三次試拌之混凝土配比 編號 W/B 水泥飛灰砂 3 分石 6 分石水 SP. SP. 比率 S21F0 0.76 200 0 841 389 727 153 1.3 0.63% S21F20-5 0.68 160 40 850 399 739 135 1.8 0.88% S21F40-5 0.57 120 80 873 404 756 113 3.3 1.63% S21F50-5 0.55 100 100 875 402 757 110 3.5 1.75% S21F60-5 0.44 100 150 797 444 735 110 3.5 1.40% S21F80-5 0.27 100 400 447 687 491 133 3.2 0.64% S28F0 0.61 280 0 793 365 686 170 1.2 0.41% S28F20-5 0.52 224 56 805 384 700 145 1.3 0.45% S28F40-5 0.45 168 112 843 388 710 125 2.3 0.80% S28F50-5 0.39 140 140 839 386 726 110 3.0 1.07% S28F60-5 0.31 140 210 740 459 671 110 3.8 1.07% S28F80-5 0.25 140 560 240 752 320 173 3.5 0.50% S28F20-8 0.45 224 56 834 384 722 125 4.0 1.43% S28F40-8 0.39 168 112 843 388 730 110 4.6 1.64% S28F50-8 0.39 140 140 839 386 726 110 4.6 1.64% S28F60-8 0.31 140 210 739 459 671 110 5.1 1.46% S28F80-8 0.25 140 560 240 752 320 173 7.7 1.10% 44
表 3-9 第三次混凝土配比試拌結果 編號坍度 (cm) 7 天強度 (kgf/cm 2 ) S21F0 14 168 S21F20-5 16 170 S21F40-5 17 156 S21F50-5 15 152 S21F60-5 21 149 S21F80-5 22 146 S28F0 19 257 S28F20-5 15 253 S28F40-5 23 305 S28F50-5 18 281 S28F60-5 22 245 S28F80-5 23 188 S28F20-8 21 205 S28F40-8 22 203 S28F50-8 19 180 S28F60-8 17 221 S28F80-8 17 166 表 3-10 正式之混凝土拌和配比表 編號 W/B 水泥飛灰砂 3 分石 6 分石水 SP. SP. 比率 S21F0 0.72 280 0 777 474 514 202 0.3 0.1% S21F20-5 0.66 224 56 788 481 522 185 0.5 0.2% S21F40-5 0.56 168 112 802 515 526 157 2.1 0.8% S21F50-5 0.45 140 140 822 539 551 126 3.0 1.1% S21F60-5 0.44 112 168 801 547 559 124 3.9 1.4% S21F80-5 0.27 112 448 418 561 540 150 3.7 0.7% S28F0 0.60 340 0 737 483 494 203 0.4 0.1% S28F20-5 0.55 272 68 743 487 498 188 0.8 0.2% S28F40-5 0.48 204 136 752 503 514 163 1.7 0.5% S28F50-5 0.40 170 170 767 524 535 136 2.8 0.8% S28F60-5 0.36 136 204 756 555 534 124 3.3 1.0% S28F80-5 0.24 136 544 295 557 505 163 4.9 0.7% S28F20-8 0.55 272 68 743 487 498 188 1.5 0.4% S28F40-8 0.48 204 136 752 503 514 163 2.7 0.8% S28F50-8 0.40 170 170 767 524 535 136 4.2 1.2% S28F60-8 0.36 136 204 756 555 534 124 5.0 1.5% S28F80-8 0.26 136 544 279 544 494 180 10. 1.5% 45
表 3-11 試驗項目與方法規範 類型材料分析新拌性質硬固性質 試驗項目飛灰水泥骨材化學摻劑坍流度試驗空氣含量試驗凝結時間試驗試體製作與養護抗壓試驗彈性模數與柏松比抗彎試驗長度變化 CNS CNS 1078(2001) 水硬性水泥化學分析 CNS 2924(1984) 卜特蘭水泥細度檢驗法 ( 氣透儀法 ) CNS 11272(1985) 水硬性水泥密度試驗法 CNS 1078(2001) 水硬性水泥化學分析 CNS 2924(1984) 卜特蘭水泥細度檢驗法 ( 氣透儀法 ) CNS 11272(1985) 水硬性水泥密度試驗法 CNS 3590(1988) 水硬性水泥之正常稠度檢驗法 CNS 786(1983) 水硬性水泥凝結時間檢驗法 ( 費開氏針法 ) CNS 487(1993) 細粒料比重及吸水率試驗法 CNS 488(2008) 粗粒料密度 相對密度 ( 比重 ) 及吸水率試驗法 CNS 12283(2001) 混凝土用化學摻料 CNS 14842(2004) 高流動性混凝土坍流度試驗法 CNS 9661(1987) 新拌混凝土空氣含量試驗法 ( 壓力法 ) CNS 14220(1998) 混凝土凝結時間試驗法 CNS 1230(2005) 試驗室混凝土試體製作及養護法 CNS 1232(2002) 混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法 CNS 1233(1984) 混凝土抗彎強度試驗法 ( 三分點載重法 ) CNS 14603(2001) 硬固水泥砂漿及混凝土長度變化試驗法 方法規範 ASTM ASTM C 618-08a. Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. ASTM C 150-07. Standard Specification for Portland Cement. ASTM C33/C33M-08. Standard Specification for Concrete Aggregates. ASTM C494/C494M- 08a. Standard Specifications for Chemical Admixtures for Concrete. ASTM C143/C143M- 08. Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete. ASTM C231-08. Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method. ASTM C138/C138M- 08. Standard Test Method for Density (Unit Weight), Yield, and Air Content (Gravimetric) of Concrete. ASTM C403/C403M- 08. Standard Test Method for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance. ASTM C192/C192M- 07. Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory. ASTM C39/C39M-05. Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. ASTM D4123-95 Standard Test Method for Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures 46
細骨材級配曲線 100% 80% 100 ASTM 上限 ASTM 下限級配曲線 10 1 0 60% 40% 20% 0% 通過百分率 篩孔尺寸 (mm) 圖 3-1 细骨之篩分析曲線 47
照片 3-1 強制式水平雙軸拌和機 照片 3-2 強制式垂直單軸拌和機 48
照片 3-3 電子秤 1, 精準度至 0.1g 照片 3-4 電子秤 2, 精準度至 0.01kg 49
照片 3-5 ASTM B 型氣量計 照片 3-6 初終凝試驗儀 50
照片 3-7 位移式萬能試驗機 照片 3-8 200 噸液壓式萬能試驗機 51
照片 3-9 應力應變環 照片 3-10 長度比較測微器 52
照片 3-11 砂錐 照片 3-12 坍度錐 53
4.1 高摻量飛灰混凝土之新拌性質 第四章結果分析與討論 由於飛灰顆粒密度小且非常細小, 添加至混凝土內不論是取代水泥或是取代砂, 都會增加膠結料的體積造成混凝土的粘稠性較大, 因此常須搭配適當的強塑劑, 以使混凝土具有良好的工作性, 這也是目前混凝土的新主流方向 混凝土的工作性除了影響現場施工難易度外, 對於力學性質與耐久性的影響也很大 ; 工作性太低會使灌製試體之難度增加, 可能會造成混凝土內孔隙過多 ; 工作性太大則使混凝土產生泌水 析離等現象 此兩種狀況都將會降低混凝土的強度與耐久性, 使混凝土失去整體性與均勻性 高摻量飛灰混凝土一般具有良好的黏滯性, 使其泌水減少 而高飛灰混凝土的工作性會受到飛灰品質 添加量 化學摻劑之類型及劑量等影響 因此只要高摻量飛灰混凝土的配比適當, 拌和時間充足, 其新拌性質將能滿足工程之需求 本試驗混凝土之新拌性質試驗結果如表 4-1, 各項性質分析如下 : 4.1.1 坍度 所有配比的新拌混凝土坍度試驗結果如表 4-1 所示 由表列結果可看出, 各系列混凝土經調整水量與強塑劑的使用量後皆可達到良好的工作性, 其坍度介於 16-25cm 之間, 符合配比設計的要求 試驗過程中發現, 各組混凝土都沒有析離的現象, 但其中,S28F80-8 此組於灌製試體時有嚴重的泌水現象, 此現象可能是混凝土拌和時間過久, 且於灌製試體時震動棒震動時間過長而引起 此外, 強塑劑之減水率隨劑量增加而上升, 但當劑量增加至一定值時, 水泥與強塑劑會達到 吸附平衡, 也就是水泥和強塑劑間不再有吸附行為, 此時強塑劑的減水效能已達到極限 本研究所使用的強塑劑 (HI CON MTP-A40) 54
用量均控制在 1.5% 以內 各組高摻量飛灰混凝土中, 以飛灰取代水泥 60% 者所添加的強塑劑最多 比較各系列的高飛灰混凝土發現, 在同樣設計強度與取代率的條件下, 添加高燒失量飛灰者, 其強塑劑用量均較低燒失量飛灰者多約 0.2-0.8% 此現象是由於飛灰中燃燒未完全的碳顆粒猶如海綿體般, 對有機類的液態摻劑 ( 如強塑劑 輸氣劑 ) 會有強大的吸附力 因此添加高燒失量飛灰的混凝土, 為維持原設計之工作性, 必須添加較多的拌和水或強塑劑 4.1.2 空氣含量 通常混凝土中加入飛灰後, 可填補部分孔隙使其含氣量減少 又飛灰的圓滑顆粒, 有助於其他顆粒藉由重力作用與拌和時打入之氣泡交換位置, 使得氣泡上浮排出 雖然台灣為溫暖地區, 混凝土不會受到凍融的影響, 但混凝土內部含氣量的多寡, 還是會影響其強度及工作性 本研究之含氣量量測參照 CNS 9661 新拌混凝土空氣含量試驗法 ( 壓力法 ), 此規範亦對其上限有所限制, 故須於實驗中加以量測紀錄 其中氣量計分為 A 型與 B 型兩種, 本文試驗則採用 B 型氣量計 各組混凝土之含氣量試驗結果如表 4-1, 並繪成圖 4-1 至圖 4-3 由表上可看出, 各系列混凝土中,S21 系列之空氣含量介於 2.2-3.1% 之間,S28 系列中低燒失量者 ( 燒失量 5%) 其空氣含量介於 2.1-3.5 %,S28 系列中高燒失量者 ( 燒失量 8%) 其空氣含量介於 2.6-6.6% 此系列的含氣量大部分在可接受範圍內, 只有 S28F80-8 這組的空氣含量高達 6.6%, 推測為試驗誤差 從圖 4-2 與圖 4-3 可看出, 相同設計強度和取代量下, 飛灰高燒失量者, 混凝土的空氣含量大於低燒失量者 此現象可能是因混凝土中強塑劑添加量越多時空氣含量越大, 而飛灰高燒失量者為滿足相同設計之工作性而添加較多強塑劑, 55
致空氣含量大於飛灰低燒失量者 此外, 從圖 4-2 與圖 4-3 上亦可看出,S28 系列中飛灰取代越多者, 其空氣含量有越大之趨勢, 但於 S21 系列則無此趨勢 ( 見圖 4-1) 經比對其強塑劑用量後發現, 也無明顯之規律 另外, 前人研究報告則指出, 飛灰取代越多空氣含量越少, 此與本研究為相互矛盾 因此推估此現象乃為強塑劑添加量增加而導致空氣含量越大 以高掺量飛灰取代水泥時應注意其空氣含量, 當空氣含量過多時會使得坍度降低, 也會造成混凝土強度的下降 4.1.3 凝結時間 本文之凝結時間試驗是參照 CNS 14220 混凝土凝結時間試驗法, 以貫入強度 500psi 為初凝, 而貫入強度 4000psi 為終凝 各系列混凝土的初終凝時間試驗結果如表 4-1 及圖 4-4 至圖 4-6 由圖表可討論如下 : 1 不論 S21 或 S28 系列, 當混凝土中飛灰取代水泥越多時, 其初凝或終凝時間皆越長, 此現象主要是由於水泥量減少, 使水化熱降低 水化速率減慢, 因而降低整體的活性, 使凝結速率減慢而延長其凝結時間 以取代率 60% 為例, 其初凝時間為純混凝土者之 2.6-3.7 倍 2 觀察圖 4-5 與圖 4-6 發現, 在相同設計強度與取代率下, 飛灰取代率為 20-80% 者, 使用飛灰高燒失量 (8%) 者, 凝結時間均較低燒失量 (5%) 長, 須 7 小時後才達到初凝, 而 9 小時後才可達到終凝 部分組別如 S28F80-8 之終凝時間更長, 甚至需要兩天後才可達到終凝 3 比較 S21 與 S28 系列可看出, 水泥的多寡會直接影響凝結時間的長短 此外強塑劑的添加也使混凝土產生緩凝現象, 劑量越多初終凝的時間將越長 在高劑量 (1.5%) 時甚至有嚴重的緩凝現象 56
因此, 在拌製高摻量飛灰混凝土, 尤其是飛灰為高燒失量時, 應 特別注意其凝結時間, 以免影響混凝土的品質與現地施工作業的不便 性 4.1.4 綜合討論 摻用大量飛灰於混凝土時, 不論是以取代水泥或細骨材的方式添加, 由於飛灰顆粒小 細度高, 將使得混凝土的膠結料體積明顯增加 為使混凝土達到一定之工作性, 必須加入適當的強塑劑來改善之 而因強塑劑具有輸氣 緩凝等功能, 對於混凝土的泌水 析離, 以及現地之施工與拆模問題都有直接或間接的影響 因此在拌製高飛灰混凝土時, 必須考慮強塑劑的種類 型號與添加量 另外, 當飛灰取代水泥量高達 60-80% 時, 新拌混凝土會變得非常黏稠, 將增加現場施工的困難度, 此現象於現地應用時為極須克服的問題 4.2 HVFC 硬固性質 飛灰混凝土中, 由於飛灰本身之顆粒圓滑且細微, 能填補混凝土內的粒間孔隙, 降低用水量, 而使混凝土更為緻密, 並改善其強度 不過, 高摻量飛灰混凝土的飛灰用量較多, 早期之硬固性質應加重視, 當飛灰取代水泥量大於 20% 時, 其早期強度仍能否維持一定的水準 本研究將從高飛灰混凝土的抗壓強度 彈性模數與柏松比 抗彎強度與長度變化等, 探討高飛灰混凝土之早期與晚期硬固性質 4.2.1 抗壓強度 本研究參照 CNS 1232 混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法, 對各組混凝土配比灌製圓柱試體進行抗壓試驗, 結果如表 4-2 與圖 4-7 至圖 4-9 所示 由圖可看出,1-7 天齡期時, 不論是 S21 與 S28 系列的抗壓強度都以純水泥組為最高, 而且飛灰取代越多強度越低 這是因為 57
混凝土的早期強度主要是由水泥提供, 此時飛灰尚未開始卜作嵐反應, 在此階段飛灰只能使混凝土更加緻密 由於飛灰添加越多, 所能參與反應的水泥就越少, 使得早期強度隨之遞減 觀察飛灰取代 60 % 與 80% 兩組別時發現,S21 系列與 S28 系列顯現不一樣的情形 在 S21 系列部分, 取代 80%(S21F80-5) 的強度較高, 這是因為此組配比是以飛灰 60% 取代水泥而 20% 取代砂, 由於飛灰的顆粒小 細度大, 因此混凝土內部結構變得較為緻密 ; 雖然為了維持一定工作性而將配比的水量, 由 124 kg/m 3 稍微向上調整至 150 kg/m 3, 其強度損失的影響還是沒有混凝土填充緻密所產生之強度效應來的明顯 至於 S28 系列部分, 取代 80%(S28F80-5) 的強度則低於取代 60% 者, 此因水量的增加已使得水灰比變大, 而水灰比上升所造成的強度損失已大於緻密化所產生的強度效應 另外, 考量 S28 之高燒失量 (8%) 與低燒失量 (5%) 兩系列時發現, 高燒失量者在取代率 20% 時, 有較高的抗壓強度 ; 而取代率為 40-80% 時, 則以低燒失量者有較高的強度 此現象可以從飛灰的吸水性 細度模數與活性指數等方面解釋之 : 由於高燒失量飛灰中含有較多未燃燒完全的碳, 致其吸水性較強, 使得在拌和混凝土時水灰比會因飛灰吸水而些微降低 又由表 3-2 得知, 低燒失量飛灰的細度 (No.325 溼篩法 ) 為 13.24% 卜作嵐活性指數(7 天 ) 為 86.78%, 而高燒失量飛灰則為 26.60% 與 84.88% 表示低燒失量飛灰的顆粒較小 卜作嵐活性指數較高 綜合以上各點可得知, 低燒失量飛灰在高取代率 ( 40%) 時, 可使填充效應及活性反應發揮得更為理想 ; 而高燒失量飛灰則於低取代率時, 其吸水效應會較為顯著 從圖 4-7- 圖 4-9 觀察 7-28 天齡期之強度發展時可發現, 各系列飛灰混凝土的強度成長率皆比純水泥混凝土高, 表示此階段混凝土中的飛灰開始與混凝土水化產物進行卜作嵐反應 S21 系列中取代 20% (S21F20-5) 與取代 40%(S21F40-5) 的組別, 在齡期 28 天時的抗壓強度已經與純水泥者相當 ; 而 S28 低燒失量系列中, 大部分飛灰取 58
代水泥 20% 與 40% 的組別 ( 除了 S28F80-5 以外 ), 於 28 天齡期時其抗壓強度皆高於純水泥者 ; 又 S28 高燒失量系列, 則以取代 20% (S28F20-5) 與 40%(S28F40-5) 的強度較純水泥者高 ; 此三系列皆以取代 40% 者的抗壓強度提升最為顯著 其次從圖 4-7- 圖 4-9 觀察 56-91 天齡期時發現, 除了純水泥者與取代 20% 者以外, 其他摻有飛灰組別 (40-80%) 的強度成長率皆尚未穩定, 表示飛灰在混凝土內仍然持續進行卜作嵐反應 S21 系列中除了 S21F60-5 外, 其他組別之抗壓強度皆高於純混凝土者, 且以 S21F80-5 的強度最高 S28 系列中全部組別 ( 除了 S28F80-8 外 ) 的抗壓強度皆大於純水泥者, 低燒失量飛灰者以取代 50%(S28F50-8) 為最高, 而高燒失量飛灰者則以取代 60%(S28F60-8) 為最高 另外 S21F80-5 與 S28F80-5 這兩組之早齡期強度雖然甚低, 但隨著齡期的增加其強度持續穩定成長, 達此齡期時的強度皆已大於純水泥者, 只有 S28F80-8 組的強度一直無法達到原先設定的期望強度 此結果可能是因新拌混凝土時有嚴重泌水甚至析離的情況發生, 使得強度一直無法提升 再觀察 182-365 天齡期之強度發展可知, 各組強度成長率 ( 除了純水泥與取代率 20% 者 ) 皆持續上升,S21 系列之抗壓強度以取代率 80% 者為最高, 而取代率 20% 者為最低 S28 系列者不論燒失量之高低, 皆以取代率 60% 者為最高, 而取代率 20% 者仍有偏低傾向 整合上述結果與分析, 添加大量飛灰於混凝土中雖然早期強度不高, 但是對於晚期強度發展則有重要的貢獻, 即使其取代率高達 40-80 %, 經過配比的適當調整與足夠的拌和時間下, 各組高掺量飛灰混凝土仍具有合宜的力學性質, 其晚期強度甚至於可超越純水泥混凝土者 另外, 由於飛灰與水泥產物中之氫氧化鈣進行卜作嵐反應後, 氫氧化鈣的濃度將隨著齡期增加而降低 此外, 在拌製高摻量飛灰混凝土, 尤其是取代率達 80% 時, 須特別注意強塑劑的用量, 以免造成混凝土的嚴重泌水 析離而使強度無法達到要求 59
4.2.2 彈性模數與柏松比 彈性模數試驗結果列於表 4-3, 並將隨齡期之發展繪成圖 4-10 及圖 4-11 由表可知齡期 28 天時, 各組飛灰混凝土彈性模數大致上介於 18-28GPa 由圖則發現, 各系列曲線走勢與抗壓強度者呈正相關, 表示混凝土強度越高其彈性模數也越高 比較表列之彈性模數值時可看出, 低燒失量系列者以取代 40-50%(S28F40-5 S28F50-5) 這兩組較高, 而高燒失量系列者以取代 20-40%(S28F20-8 S28F40-8) 此兩組為較高 在此兩系列中亦發現, 取代 80% 的組別其彈性模數都偏低, 這種現象可能是因此兩組混凝土中, 大部分飛灰尚未產生卜作嵐反應, 二有少量未被取代的水泥進行水化反應, 致使整體的強度和彈性模數提升緩慢 當齡期達到 91 天時, 大部分飛灰混凝土 ( 除了 S28F80-5 與 S28F80-8) 的彈性模數皆高於純水泥者 其中, 低燒失量系列依然以取代 40-50% 這兩組其彈性模數為較高, 而高燒失量系列則以取代 60% 此組為最高 這種趨勢一直延續到齡期 365 天, 只是兩系列之取代 80% 者依然為最低, 其彈性模數雖有所提升, 但仍然低於純水泥者 對於混凝土彈性模數的預測, 一般可以利用規範的建議式來加以預測 常見的預測式有 ACI Building Code 及 CEB-FIP Model Code 等如下列 : ACI 預測式 : Ec=3.32x(f c) 1/2 +6.9; 適用於混凝土強度介於 21-83MPa CEB-FIP 預測式 : Ec=21.5x(f c/10) 1/3 Ec= 混凝土的彈性模數 (GPa) f c= 混凝土的抗壓強度 (MPa) 觀察表 4-3 可知, 齡期 28-56 天時, 兩個預測式都有不錯的預測結果, 誤差值大部分在 ±10% 以內 齡期達 91 天時,CEB-FIP 預測式的誤差較大 ; 而 ACI 預測式較理想, 誤差值在 ±7% 內 由此可知, 60
兩預測式對本文之高摻量飛灰混凝土具適用性 齡期達 365 天時, 兩種預測式的誤差皆非常大,ACI 預測式有低估的現象, 而 CEB-FIP 預測式則反而高估, 顯示此兩種預測式對高飛灰混凝土於晚期強度發展與評估皆有不足情形, 有待進一步的考量與修正 另外, 取代 80 %(S28F80-5 S28F80-8) 組者, 無論齡期為何, 兩種預測式皆有相當大的誤差, 並不適用於預測上 一般強度之混凝土柏松比介於 0.15-0.2 之間, 極限值約為 0.33 文獻中指出柏松比受混凝土內孔隙影響, 與齡期與粒料級配較無太大關係, 但與強度則具相關性 ACI 建議之預測式為 :υ=0.1175x(f c) 0.1 f c= 混凝土的抗壓強度 (MPa) 由表 4-4 可以發現, 大部分混凝土的柏松比實測值皆低於 ACI 之預測值, 兩者差異相當大達 30% 以上, 表示 ACI 對柏松比之預測式並不適用於高摻量飛灰混凝土上, 需另行研發新預測式 4.2.3 抗彎強度 抗彎強度試驗結果於表 4-5, 圖 4-12 及圖 4-13 為各系列飛灰混凝土之抗彎強度發展曲線 由表 4-7 可看出,7 天齡期時不論為高或低燒失量系列者, 皆以純水泥者有較高的破裂模數 ; 大致上飛灰取代率越大者破裂模數越低, 其原因與抗壓強度者相同, 因為早齡期的強度主要是由水泥提供, 此時飛灰的角色只有填充效果而尚未開始進行卜作嵐反應 齡期到 28 天時, 各組飛灰混凝土的破裂模數已接近純水泥的強度, 表示此齡期時, 飛灰逐漸進行卜作嵐效應, 使混凝土強度成長開始加速 ; 低燒失量系列者 (5%) 抗彎強度介於 38-68 kgf/cm 2 而高燒失量系列者則介於 27-61 kgf/cm 2 齡期至 56-91 天時, 飛灰在混凝土內進行二次微粒細化效應, 而 61
使未反應的飛灰在水泥中形成相當於未水化顆料之微粒作用 而同時, 卜作嵐反應使飛灰在 1-3 個月期間形成類似托勃莫來石次微晶相態, 此類型水化產物填滿水化層, 可填充原有水泥漿體的孔隙, 致其孔隙率降低, 緻密度提高, 形成緻密的水泥石結構, 強度也跟著提升 此時大部分飛灰混凝土的抗彎強度高於純水泥者, 其中, 低燒失量系列以取代 20-60% 為較高, 而高燒失量系列則以取代 20-40% 為較高 齡期達 365 天時由圖表中可以看出低燒失量系列以取代 60% 這組的破裂模數為最高, 而高燒失量系列以取代 20% 組為最高,60% 者次之 另外觀察表 4-5 比較兩系列強度時發現, 添加低燒失量飛灰者大部分具有較高的破裂模數, 此現象應與飛灰細度 卜作嵐活性指數等相關 4.2.4 長度變化 各系列混凝土的長度變化試驗結果顯示於表 4-6, 其長度變化發展則如圖 4-14-4-15 所示 圖上曲線顯示, 各系列混凝土的乾縮量, 均隨齡期增加而逐漸增大 ; 但齡期從 7 天到 240 天, 不論是高燒失量或低燒失量系列, 長度縮短率都明顯低於純水泥者, 表示飛灰加入後, 其顆粒細小的特質, 填補了混凝土孔隙, 使得混凝土更為緻密, 能夠抑制混凝土的收縮 其中也發現, 兩系列中以飛灰取代 60% 者之長度縮短率降低的最快 以此可知, 將飛灰加入混凝土時, 可以有效降低混凝土的收縮量, 而且飛灰添加量越大 ( 取代率 60% 以下 ), 乾縮量的抑制效果越佳 4.2.5 綜合討論 基於本文之試驗探討與分析可初步綜合出, 飛灰混凝土配比中, 飛灰取代率提高至 40-80% 仍能獲得適當的工程性質與力學性能, 相 62
較於純水泥者與取代 20% 者, 高摻量飛灰混凝土擁有較佳的長齡期硬固力學性質 此結果相對於傳統上飛灰添加量應低於 25% 為宜之認知, 已有改進的績效 不過, 早齡期時, 各系列飛灰混凝土皆以純水泥混凝土之強度為最高, 飛灰取代水泥越多強度折減越多 在齡期達 91 天以後, 各組 ( 除了 S28F80-8) 飛灰混凝土的抗壓強度都可超越純水泥混凝土者 其強度依然持續成長, 直到 365 天齡期後才有減緩的趨勢 ;S21 系列以取代 80%(S21F80-5) 此組抗壓強度為最高, 取代 40-50% 次之 S28 中兩種不同飛灰燒失量系列, 則以取代 60% 者之混凝土強度最高 ; 飛灰的燒失量對其混凝土力學性能會有所影響, 添加低燒失量飛灰者由於顆粒小且擁有較佳的活性指數, 其強度皆較優於添加高燒失量飛灰者 ; 但添加高燒失量飛灰之混凝土, 其強度仍能達到一定的程度, 於晚齡期時其抗壓強度也大於純水泥混凝土甚多 此顯示出, 高燒失量飛灰仍有其實際應用之可行性 63
表 4-1 高飛灰摻量混凝土之新拌性質試驗結果 配比編號強塑劑 (%) 坍度 (cm) 空氣含量 (%) 初凝 (mins) 終凝 (mins) 單位重 (kg/m 3 ) S21F0 0.1% 16 2.5 320 450 2347 S21F20-5 0.2% 17 2.6 350 490 2359 S21F40-5 0.8% 18 2.2 495 690 2311 S21F50-5 1.1% 19 2.9 750 1090 2286 S21F60-5 1.4% 21 2.5 825 1495 2280 S21F80-5 0.7% 23 3.1 590 830 2268 S28F0 0.1% 22 2.1 200 425 2328 S28F20-5 0.2% 21 2.7 330 470 2348 S28F40-5 0.5% 16 2.6 418 585 2354 S28F50-5 0.8% 24 3.3 585 770 2307 S28F60-5 1.0% 23 3.2 590 790 2319 S28F80-5 0.7% 26 3.4 650 910 2170 S28F20-8 0.4% 22 2.6 415 545 2341 S28F40-8 0.8% 22 2.9 425 580 2307 S28F50-8 1.2% 23 3.7 675 925 2240 S28F60-8 1.5% 22 3.5 735 1045 2265 S28F80-8 1.5% 25 6.6 1725 3615 2016 表 4-2 飛灰混凝土之抗壓強度發展 (kgf/cm 2 ) 配比編號 W/B W/C 1 天 3 天 7 天 28 天 56 天 91 天 182 天 365 天 S21F00 0.72 0.72 54 149 203 269 305 306 344 347 S21F20-5 0.66 0.82 51 132 193 259 338 354 377 396 S21F40-5 0.56 0.93 30 106 151 264 307 371 454 536 S21F50-5 0.45 0.90 34 109 152 254 304 383 453 505 S21F60-5 0.44 1.11 0 56 98 174 241 295 397 432 S21F80-5 0.27 1.34 26 87 149 224 349 444 554 633 S28F00 0.60 0.60 78 183 253 322 360 372 389 418 S28F20-5 0.55 0.69 77 180 234 352 421 452 468 485 S28F40-5 0.48 0.80 59 177 242 411 454 534 593 663 S28F50-5 0.40 0.80 47 165 241 397 481 582 652 684 S28F60-5 0.36 0.91 34 116 193 364 425 540 669 690 S28F80-5 0.24 1.20 35 100 168 266 410 461 572 639 S28F20-8 0.55 0.69 77 191 239 348 429 441 452 467 S28F40-8 0.48 0.80 61 160 209 356 437 502 573 602 S28F50-8 0.40 0.80 36 108 147 267 363 400 496 559 S28F60-8 0.36 0.91 27 123 162 307 410 538 616 626 S28F80-8 0.26 1.32 0 13 60 137 205 245 295 361 64
配比編號 實測值 表 4-3 飛灰混凝土之彈性模數 (GPa) 28 天 56 天 91 天 365 天 ACI 式誤差 CEB 式誤差 實測值 ACI 式誤差 CEB 式誤差 實測值 ACI 式誤差 CEB 式誤差 實測值 ACI 式誤差 CEB 式誤差 S28F00 24.3 5.1% -6.8% 28.5-6.5% -9.4% 28.3-4.8% -5.9% 33.97-17.1% -11.8% S28F20-5 26.4 0.1% -6.2% 28.8-1.9% 4.7% 29.2-0.6% 10.9% 34.80-14.4% -0.2% S28F40-5 27.1 3.4% 6.8% 32.4-10.3% 0.4% 32.6-5.2% 17.2% 40.75-17.3% 16.6% S28F50-5 27.7-0.4% 0.6% 31.0-4.3% 11.1% 31.9 0.1% 30.4% 40.73-16.3% 20.3% S28F60-5 24.9 7.4% 2.8% 31.0-8.6% -1.8% 31.6-1.7% 22.5% 41.37-17.3% 19.5% S28F80-5 18.6 28.0% 0.3% 23.5 19.0% 25.1% 23.9 22.3% 38.2% 29.79 11.4% 53.7% S28F20-8 27.0-2.7% -6.6% 31.0-8.2% -0.8% 31.2-5.5% 8.2% 36.01-18.5% -7.2% S28F40-8 26.8-1.0% -6.6% 28.6 0.0% 9.4% 30.7-1.6% 17.2% 36.06-10.1% 19.5% S28F50-8 23.7 0.7% -21.0% 26.1 2.4% -0.4% 29.9-7.2% -4.1% 34.94-9.9% 14.6% S28F60-8 23.3 7.9% -7.2% 29.3-4.6% 0.2% 31.9-2.8% 20.8% 37.32-11.8% 20.2% S28F80-8 12.9 48.0% -25.4% 18.1 20.5% -18.7% 18.1 28.2% -2.9% 23.40 13.9% 10.5% 65
配比編號實測值 表 4-4 飛灰混凝土之柏松比 28 天 56 天 91 天 365 天 ACI 建議值 ACI 誤差 實測值 ACI 建議值 ACI 誤差 實測值 ACI 建議值 ACI 誤差 實測值 ACI 建議值 S28F00 0.153 0.184 20.4% 0.183 0.187 2.2% 0.157 0.188 19.1% 0.223 0.190-14.6% S28F20-5 0.160 0.186 16.1% 0.169 0.191 13.0% 0.144 0.192 33.3% 0.154 0.194 25.9% S28F40-5 0.164 0.190 16.2% 0.173 0.193 11.0% 0.147 0.197 33.3% 0.186 0.202 8.9% S28F50-5 0.197 0.189-3.9% 0.181 0.194 7.2% 0.141 0.199 40.6% 0.197 0.203 3.3% S28F60-5 0.169 0.187 10.9% 0.163 0.191 17.0% 0.157 0.197 25.4% 0.235 0.203-13.4% S28F80-5 0.177 0.180 1.7% 0.181 0.190 4.9% 0.207 0.193-7.0% 0.254 0.201-20.8% S28F20-8 0.160 0.186 15.9% 0.147 0.190 29.4% 0.176 0.192 8.8% 0.172 0.193 12.0% S28F40-8 0.150 0.186 24.1% 0.159 0.192 20.3% 0.192 0.195 1.5% 0.260 0.200-23.3% S28F50-8 0.139 0.180 29.1% 0.208 0.187-9.9% 0.188 0.189 0.6% 0.253 0.198-21.8% S28F60-8 0.149 0.183 22.8% 0.140 0.190 35.7% 0.168 0.197 16.8% 0.218 0.201-7.9% S28F80-8 0.122 0.165 34.4% 0.147 0.174 18.1% 0.114 0.178 55.8% 0.185 0.187 1.2% ACI 誤差 66
表 4-5 混凝土抗彎之破裂模數 (kgf/cm 2 ) 配比編號 W/B W/C 7 天 28 天 56 天 91 天 365 天 S28F00 0.60 0.60 58 62 65 69 86 S28F20-5 0.55 0.69 54 64 73 75 94 S28F40-5 0.48 0.80 50 53 71 76 94 S28F50-5 0.40 0.80 43 57 71 74 84 S28F60-5 0.36 0.91 40 53 73 74 96 S28F80-5 0.24 1.20 34 38 43 60 70 S28F20-8 0.55 0.69 51 53 55 68 83 S28F40-8 0.48 0.80 42 61 63 67 81 S28F50-8 0.40 0.80 30 49 55 60 71 S28F60-8 0.36 0.91 31 47 56 59 81 S28F80-8 0.26 1.32 19 27 41 54 73 表 4-6 混凝土長度變化 (µm/m) 配比編號 4 天 7 天 14 天 28 天 56 天 91 天 240 天 S28F00-226 -265-381 -523-619 -671-718 S28F20-5 -136-189 -280-404 -542-573 -613 S28F40-5 -163-222 -330-449 -556-594 -612 S28F50-5 -170-211 -342-436 -533-538 -562 S28F60-5 -159-212 -317-395 -483-493 -515 S28F80-5 -97-144 -227-335 -441-450 -504 S28F20-8 -158-220 -303-421 -543-580 -616 S28F40-8 -171-220 -335-446 -548-608 -632 S28F50-8 -153-211 -353-456 -552-587 -608 S28F60-8 -175-245 -382-475 -549-575 -600 S28F80-8 -137-197 -324-428 -521-551 -590 67
圖 4-1 S21 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 5%) 圖 4-2 S28 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 5%) 圖 4-3 S28 系列之混凝土空氣含量 ( 飛灰燒失量 8%) 68
圖 4-4 S21 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 5%) 圖 4-5 S28 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 5%) 圖 4-6 S28 系列之混凝土初終凝時間 ( 飛灰燒失量 8%) 69
圖 4-7 S21 系列之混凝土抗壓強度成長曲線 圖 4-8 S28 燒失量 5% 系列之混凝土抗壓強度成長曲線 70
抗壓強度 (kgf/cm 2 ) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 S28F00 S28F20-8 S28F40-8 S28F50-8 S28F60-8 S28F80-8 齡期 ( 天 ) 圖 4-9 S28 燒失量 8% 系列之混凝土抗壓強度成長曲線 50 彈性模數 (GPa) 40 30 20 10 0 20 80 140 200 260 320 380 齡期 ( 天 ) S28F00 S28F20-5 S28F40-5 S28F50-5 S28F60-5 S28F80-5 圖 4-10 S28 燒失量 5% 系列之混凝土彈性模數發展 71
50 彈性模數 (GPa) 40 30 20 10 S28F00 S28F20-8 S28F40-8 S28F50-8 S28F60-8 S28F80-8 0 20 80 140 200 260 320 380 齡期 ( 天 ) 圖 4-11 S28 燒失量 8% 系列之混凝土彈性模數發展 抗彎強度 (kgf/cm 2 ) 120 100 80 60 40 20 0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 齡期 ( 天 ) S28F00 S28F20-5 S28F40-5 S28F50-5 S28F60-5 S28F80-5 圖 4-12 S28 燒失量 5% 系列之混凝土抗彎強度成長曲線 72
120 抗彎強度 (kgf/cm 2 ) 100 80 60 40 20 0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 S28F00 S28F20-8 S28F40-8 S28F50-8 S28F60-8 S28F80-8 齡期 ( 天 ) 圖 4-13 S28 燒失量 8% 系列之混凝土抗彎強度成長曲線 圖 4-14 S28 燒失量 5% 系列之混凝土長度變化 73
圖 4-15 S28 燒失量 8% 系列之混凝土長度變化 74
第五章結論與建議 本研究採用兩種不同燒失量之飛灰, 設計強度取 210 kgf/cm 3 與 280 kgf/cm 3, 以飛灰取代水泥 20-80% 用量, 進行各組混凝土配比, 並拌製混凝土, 以探討高飛灰混凝土之新拌性質與力學性質, 得到以下結論 : 5.1 結論 1. 高飛灰混凝土拌和中須適當添加強塑劑以達到一定的工作性, 當飛灰對水泥之取代越大時, 強塑劑添加量也越多 相同取代率下, 高燒失量組因吸附效應較明顯, 會吸收較多的強塑劑, 因此為達到工作性, 強塑劑的添加量大於低燒失量組別 另外, 飛灰高取代率之混凝土, 採用較長的拌和時間來使強塑劑的效益顯現出來 2. 拌和混凝土時所添加之強塑劑, 會使混凝土凝結時間延長 飛灰高取代量者, 添加較多的強塑劑, 混凝土凝結時間甚長, 甚至於會超過一天仍未達初凝 而在相同設計強度與取代率下, 各系列飛灰混凝土的凝結時間, 都以使用飛灰高燒失量 (8%) 者比使用低燒失量 (5%) 者長 3. 飛灰取代水泥比率達 60-80% 時, 新拌混凝土變得非常粘稠, 會增加現場施工的困難度 4. S28F80-8 這組配比在拌置過程中產生泌水與析離的現象, 在硬固性質方面也一直無法提升其強度, 因此此組配比不適用於學界參考與業界之應用 5. 混凝土齡期 1-7 天時,S21 與 S28 系列的抗壓強度都以純水泥的組別為最高, 飛灰取代越多強度越低 齡期達 91 天後,S21 系列 75
之抗壓強度以取代率 80% 者為最高, 而取代率 20% 者為最低 ; S28 系列者不論燒失量高低, 皆以取代率 60% 者為最高, 而取代率 20% 者較為偏低 飛灰的取代率可高達 40-80%, 但相較於純水泥者與取代 20% 者, 該高摻量飛灰混凝土擁有較佳的硬固力學性質 ; 此結果已有別於傳統上認為之飛灰添加量應於 25% 內為宜 6. 本文利用 CEB-FIP 與 ACI 預測式預測高摻量飛灰混凝土之彈性模數, 於晚齡期時, 兩種預測式的誤差皆非常大, 顯示此兩組預測式對高飛灰混凝土於晚期強度發展與評估尚有不足之處, 有待進一步的研究與修正 7. 絕大部分飛灰混凝土的柏松比皆低於 ACI 預測值, 兩者差異相當大 表示 ACI 對柏松比之預測式不適用於高摻量飛灰混凝土 8. 大致上飛灰混凝土的乾縮量會隨齡期增加而逐漸增大 齡期從 7 天到 28 天時, 不論是高燒失量或低燒失量系列, 長度縮短率都明顯較純水泥者小, 表示此時飛灰顆粒細小的性質能填補混凝土孔隙, 使得混凝土更為緻密, 可抑制混凝土的收縮 ; 而飛灰取代 60% 者, 其長度縮短率降低得最快 5.2 建議 1. 在拌製高摻量飛灰混凝土時, 由於粉體膠結料很多, 為使強塑劑能均勻且充分的發揮其效應, 因此建議將拌和時間適當延長 2. 就材料成本而言, 飛灰的價位較水泥便宜, 而且高飛灰混凝土的晚期強度比純水泥混凝土者高, 因此可進一步分析成本, 以使飛灰達到最佳使用量 76
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