村夫阿土的部落格

道路工程施工品質管理實務(續三)

第三章  結構物工程

配合設計步驟：

步驟1.需求材料資料之取得

在開始進行配合設計前，需先取得以下之諸材料基本資料：粗細骨材之篩分析(Sieve Analysis)、粗細骨材之乾搗單位重(Unit Weigh)、虛比重(Bulk Specific Gravity)及吸水率(Absorption Capacity)等。

步驟2.坍度之選擇

通常，坍度應依各工程之施工機具、施工方法、混凝土搬運及澆置之方法而定。若無特別之規定，則表9-1所提供之值，可作為選用之參考。該表中所列之值，適用於以振動方式搗實之混凝土，一般選用原則是以能完成澆置之最小坍度為準。

步驟3.骨材最大粒徑

通常，以選用規範容許範圍內且能供應之最大粒徑較大之級配為原則，因為選用較大粒徑者，能使水泥之用量減至最小，較符經濟原則。骨材之最大粒徑選用限制如下：

(a)  對鋼筋混凝土或預力混凝土而言，最大粒徑以不超過最   小斷面之模板間距之1/5或鋼筋、鋼腱、鋼筋束、鋼筋與模板間等最小淨距之3/4

(b) 對坡面之版，最大粒徑不得超過版厚之1/3

依工地澆置之經驗顯示，若無造成蜂窩或孔隙之虞，則最大粒徑可酌予放寬。但是，晚近之文獻指出，當水灰比一定時，用較小之最大粒徑者，能得到較高之強度；因此，又使我們有選用較小粒徑之趨勢。在很多地方，最大粒徑選用20或25mm者；無論如何，使用者需切記，同一性質之工程以選用相同之最大粒徑配比為原則，以避免混淆誤用。

步驟4.拌合水量與空氣含量之估計

新拌混凝土之工易性，因其水泥漿含量、空氣含量及骨材之最大粒徑、級配與顆粒形狀而異。由表9-2可以查得各種不同坍度需求之輸氣與非輸氣混凝土之單位拌合水量，該表係多年之實務經驗而得，在使用上僅需針對實際使用材料再略加修正即可，表中尚列有非輸氣混凝土可能之陷入空氣含量及輸氣混凝土在三種不同等級之暴露環境下，各種不同標稱最大粒徑骨材之空氣含量建議值。

鑒於施工時工地常有要求較大坍度之壓力(通常以加水方式來獲得較大坍度而非以水泥漿體，導致水灰比變大而強度降低) ，因此建議能經由多次之試拌來建立強度與最大空氣含量及用水量之關係曲線，亦即採用最大容許之空氣含量及最大容許坍度時之所獲得之試驗強度代替以中值之空氣含量及坍度所獲得者，以避免高估混凝土預期強度，造成工地施工時不符規格之困擾。

步驟5.水灰比

在進行混凝土配合設計之過程中，選擇適當之水灰比，需從強度與耐久性兩方面加以考量，而且要選擇較小者。

(a)  強度方面

在缺乏強度與水灰比關係之資料時，可由表9-3就其需求之28天期齡抗壓強度，求出保守之水灰比。當然，若規範要求為28天期齡以外之抗壓強度(如為因應拆模時間之需求)或設計使用早強水泥(第三類型者)或低水化熱水泥(第四類型者)或當設計採用抗彎強度時，則本表即不適用。此時配合設計者就必須去建立自己之關係曲線，因此建立強度—期齡—水灰比之關係曲線的工作，對一位從事混凝土工程之工作者而言，是非常重要的。在建立此關係曲線之同時，也能對添加附加劑對混凝土之影響有所瞭解。

(b)  耐久性方面

若混凝土係暴露在凍融、海水或硫酸鹽作用之惡劣環境中，則需採用較嚴格之水灰比需求，如表9-4或依其他標準之不同需求，例如：加拿大CSA標準之CAN3-A23.1-M77提供更詳盡之有關處於惡劣環境中，選用最大容許水灰比之指針，這些需求及其相關之空氣含量如表9-5及表9-6。表9-7為CSA對土壤中或地下水中，含有不同濃度之硫酸鹽時，混凝土所能採用之水灰比及水泥類型之建議。

步驟6.水泥量之計算

當用水量及水灰比決定後，混凝土每單位體積之水泥量即可由簡單之計算求得：水泥量=用水量/水灰比。然而，在工程實務上，通常會有許多之施工規範額外地對最小水泥用量加以規定，以確保混凝土之表面抹光性、垂直表面之品質及因工地加水所造成之強度低落問題。當缺乏適當之試驗資料或水灰比—強度關係曲線不足以提供應用時，最小水泥用量可參考表9-8，但該表僅適用於抗壓強度250kg/cm²(3600psi)以下者。

步驟7.粗骨材用量之估計

經驗顯示，骨材之最大粒徑及級配如在表9-9之範圍內，則依表列之粗骨材體積比即可拌合出具可工作性之混凝土。當工易性需求相同時，粗骨材體積依最大粒徑及細骨材之細度模數而定，每立方公尺所需粗骨材之烘乾重為表9-9所列之體積乘以粗骨材之乾搗單位重即得，以kg/m³表之，換算成面乾內飽和重僅需乘以(1+AC/100)即可，式中AC為吸水率。

步驟8.細骨材用量之估計

從以上步驟1~7，我們已估計完配比中各種材料之使用量，除細骨材外。通常估計細骨材之用量，有質量或重量法與絕對體積法等兩種，分述如下：

(a).質量或重量法(Mass or Weight Method)

採用本法，混凝土配比設計者，需具備新拌混凝土單位重之知識。通常我們可以依經驗得之，若無此方面之經驗則可查表9-10得到初估值。

吾人亦可由式9-4或式9-5求得較精確之新拌混凝土之單位體積重

Um=10Ga(100-A)+Cm(1-Ga/Gc)-Wm(Ga-1)  式9-4

U=16.85Ga(100-A)+C(1-Ga/Gc)-W(Ga-1)  式9-5

式中Um(U)為新拌混凝土之單位體積重，kg/m³ (lb/yd³)

   Ga為粗細骨材依適當比例混合後之平均面乾內飽和虛比重

   Gc為水泥比重，通常為3.15

   A為空氣含量，%

   Cm為水泥用量，kg/m³

      C為水泥用量，lb/yd³

   Wm為拌合水量，kg/m³

       W為拌合水量，lb/yd³

若估計所得之新拌混凝土單位體積重不十分理想，則需再另設Ga值，反覆代入，以求得較合理之值，細骨材用量即可用此值減去其他材料重而求得。(待續)