混凝土简介-经济部.docVIP

混凝土簡介 高健章 國立台灣大學土木系名譽教授 08-011-17 一 沿革： 水泥是什麼做成的?　答案是石灰與泥土做的。石灰石(CaCO3)高溫煆燒則成石灰（CaO），當建材遇水會溶解不具耐久性。惟當石灰石質地不純摻有泥巴時，煆燒後就含有水泥成分，具有水硬性，不怕風吹雨打，浸在水中強度反而堅硬，此即為何中國與歐洲的古蹟中，有歷經千年滄桑，仍然屹立至今的原因。不過古代人是在不知不覺中做出水泥的，而且當時被認為不純石灰石做成的劣質品。可惜古人缺乏科學知識，不知加以開發利用，直至18世紀末英人工程師史密頓(Smeaton)氏奉英皇之命，在英倫外海島嶼興建燈塔時，才發現石灰摻加黏泥燒出的泥灰具有水硬性，能耐風浪打擊，記載於其施工日記中，為有文字記載發現水泥的第一人。1824年英人阿斯匹靈(Aspdin)氏以石灰石內加20％黏土之原料燒成水泥，申請到英國專利，且因硬化後顏色類似英國波特蘭島(Portland)所產建築石材，而命名為波特蘭水泥。後傳入歐洲大陸，1869年德人米契爾(Michaelis)氏加以研究，進步尤著，廣被採用為建築材料，1878年德國初訂水泥規格。1875年傳入美國，成為大規模工業。我國於1886年於唐山地區興建啟新洋灰廠。 　　十九世紀歐洲的主要建築為塊狀原石，在古教堂、古堡或城牆皆可看堆砌的大塊石。當時開山取石，尚需花費人工鑿石使成方塊，也產生甚多廢棄碎石。因此水泥問世之初多用來製造人造塊石，即利用水泥將此等廢棄碎石黏結成塊，以不及原石塊之低價出售圖利。惟風水輪流轉，現代人不但不用原塊時建屋，還將大好石塊用碎石機輾壓成碎石，運到預拌廠加水泥攪拌成混凝土，將轉售工地使用，原因何在？　因為混凝土具有優異的施工性，拌合一個半小時內形同流体狀，注入模板內稍加振動即可填實各角落，要圓或方均可，只要模板釘成所要的形狀，經七天養護拆模即可得到所要的固化形狀。 水泥從發明到現在已過184年，其產量年年增加，據統計，1963年整整一年中，全世界混凝土消耗總量為30億噸，平均每人年消耗一噸。約為鋼鐵消耗量的五倍，由此觀之，除水之外，人類消耗的日用材料，沒有一項能趕得上像混凝土這樣龐大的數量。21世紀的世界已進入太空時代，材料科學突飛猛進，人們發明很多新材料，唯獨混凝土尚無新材料能取而代之，原因是混凝土的基木原料水、水泥、砂、石等均是地球最豐盛便宜的物質，甚至水泥的原料也是量多價廉的石灰石及泥土。總而言之，混凝土因價廉物美堅固耐用而稱霸於建材界歷時不衰，且可預見的將來尚難有可取代之物。 　　 二、正常結構 混凝土之主要組成材料為石(粗骨材)、砂(細骨材)、水泥與水。石子用量約 為砂的兩倍，砂又為水泥的二倍，而水泥約為水量的二倍，如1 : 2 : 4比例之混凝土。如此一號比另一號大的級數配合，目的在求得緻密的混凝土。理想的混凝土構造如 (圖一)所示。圖中大號石頭均勻的分佈於混凝土中，相互間留下的空隙由中號石頭填補，中號石頭填補不到的孔隙由小號石子來填補，小號石子間的空隙由大粒砂子來填補，如此往下遞補，最終的空隙由水泥糊體(Cement paste )(即水泥加水之糊漿)來填補。如此一層一層的往下填補，方能得到最緻密的混凝土。混凝土內較貴的部份是水泥糊體，因此石頭與砂各大小顆粒的量若能按照一種最佳的重量級配，將混凝土內的大部份空間填滿，留下最少的空隙由較昂貴的水泥糊體來填補，則成最經濟的混凝土。跟據學術研究與實際疊積經驗，目前國家規範已訂出粒料標準級配上下限值供一般工程遵行。 圖一 理想的混凝土構造如 三、五項基本要求 混凝土品質之基本要求有五點 : 強度(Strengh)、工作度(Workability)、耐久性(Durability)、體積穩定性(Dimensional stability)與經濟(Economic)。混凝土強度中最重要的是抗壓強度，因為鋼筋混凝土構造物裡，混凝土是承受 壓力之主要角色，而拉力則由鋼筋承受。混凝土強度低於設計要求將生危險，過強則形成浪費，所以最佳情形是實際需要強度恰好等於設計強度，如此即可達到不危險又不浪費之境界。 混凝土灌模施工時有兩點要求: 一為良好之流動性，可流到模內任一角落； 另一為黏滯性，於振動時不生浮水或石頭沈到模底之『材料析離現象』(Segregation )，具備此兩點者稱為良好工作度之混凝土。工作度的要求視施工器具之特性而定，有好的振動機並配合耐振動的模板，刞流動性稍差的混凝土也可澆出緻密的混凝土，例如混凝土預鑄廠(Precast plant)使用無塌度(No-slump)混凝土為明顯的一例。相反的，用高壓泵送之混凝土(Pump Concrete)，則需塌度較大之混凝土，方能經由鋼管送達高樓頂之板模內。因此混凝土工作度之要求