高性能混凝土

■ 本書特色

HPC智能化產製第一指南！
全面攻克品管難點─時效性、正確性、變動性

數理量化創新思維
◆ 開發混凝土產製配合比設計之創新、邏輯思維
◆ 無深奧之理論之論述，以大量實際混凝土產製的實驗數據為依據
◆ 本書所立論之實驗方法及數據，皆為混凝土產製業者所能執行者
◆ 可作為混凝土配合比設計參考之「工具書」
◆ 各章論述可作為混凝土產製品質管制人員教育訓練教材用

■ 內容簡介

高性能混凝土的10個不可不知
1.基本概念
2.定義和傳統混凝土之差異
3.對化學摻劑之要求
4.單位用水量原理及步驟
5.粒料區分及級配量化
6.爐石及飛灰添加量
7.工作性量化模式
8.膠結材組態之數理模式
9.配合比設計法
10.產製廢水回收處理

■ 本書目的

◆ 對高性能混凝土組成提出新的論述
◆ 作為產製高性能混凝土(HPC)的理論依據
◆ 面對混凝土產製中材料及要求「多樣性變動」之處理
◆ 提供混凝土產製業者作配合比設計之依據及學習混凝土之相關技術之討論

◎ 賴瑞星

現任：
1.台灣省苗栗縣／福宏實業股份有限公司 總經理
2.珠海／將心軟件有限公司 高級資訊專家
3.山東省青島／國基混凝土研究院 名譽院長兼首席導師
4.浙江省麗水／中航混凝土 技術顧問

曾任：
1.台灣省苗栗縣／裕隆汽車製造股份有限公司 零件檢驗科長
2.台灣省苗栗縣／錦鋒混凝土股份有限公司 總經理
3.貴州貴陽／中鼎環科公司 技術總顧問
4.江蘇省徐州鑄本／潤基混凝土有限公司 技術顧問
5.河南省濮陽／騰飛混凝土有限公司 技術顧問

 自序

筆者於2010年2月，以從事混凝土產製多年之經驗著述了「水泥混凝土配比實務」一書，依實驗室及產製品質的大量數據，說明混凝土產製配比管理的方向及目標；鑑於眾多數據的整理、分類以致於應用，都必須有大數據根據的分析，所以，在2016年6月筆者再從統計學中，摘取只應用於混凝土產製所須的統計手法，編纂了另一本「混凝土產製統計品管」。

有了大量數據配比分析技巧，加上現代計算機的靈巧運用，將所有影響混凝土質量的數據予以收集、分類、歸納，並加以統計分析，最後拓展出一套混凝土產製配比的資訊管理系統。本書內容就是說明如何以合乎邏輯的科學方法，去建構一個完整的混凝土產製配比及相關的管理方式，本書可以說就是前述著作「水泥混凝土配比實務」的進化版。

當然，混凝土的質量管理範圍係從製造之源頭到交付客戶止，因為混凝土製造係以其配比為組成架構且為產製最早輸入之參數，故其品質管理最為重要；在傳統配比的管理，是由品管人員在實驗室依配比規範做試拌後，將配比寫入產製的工控系統生產，這種管理模式面對混凝土大量且快速的產製，將面臨三大困境：其一為“時效性”，實驗室試拌結果是有時間性(強度的發展)限制的，而產製是和試驗結果有時差的。其二為“正確性”，混凝土產製所使用的原材料係大量且來自於不同廠家或地點，而實驗室試拌所使用的原材料，為小量的樣本材料，其代表性是有疑問的。其三為“變動性”，混凝土產製必然會面臨原材料、客戶要求及環境的變動，這些變動都會影響混凝土的性質，這些變動的處理也非實驗室試拌出的配比所能應付的。

再說傳統混凝土產製的配比管理，生產時係以一專門人員(或俗稱“調料員”)以其既有之經驗，隨時觀察產製中混凝土有所變動時，作配比相應的參數調整；這種只有改變配比某一參數的“片面式”處理，事實上也破壞了配比的【共軛性】，以致於改善效果是有限的，更何況，這種做法一次只能處理單一支配比，無法同時處理所有的產製配比；還有，配比作此局部處理，事久，很容易造成配比的“失真”，帶來配比管理之困擾。

有鑑於傳統混凝土產製配比有諸多困擾，所以，建構一種快速又正確的產製配比計算系統，始可解決傳統混凝土產製配比管理的困擾；因此，【數理量化】成為系統建構的主要工作，這些量化的程序依序為：(1)配比用水量與外加劑添加率的量化。(2)混凝土骨材級配的量化。(3)配比用水量調整的量化。(4)配比粉煤灰最佳添加率的量化。(5)配比礦粉最佳添加率的量化。(6)混凝土粒料間填充的量化。(7)新拌混凝土和易性基因的量化。(8)混凝土水膠比與抗壓強度的量化。(9)配比使用回收水管制的量化。(10)配比原材料間組成體積比率的量化。以上量化過程都須要由實驗室安排相關試驗，並經統計、分析實驗結果，找出所須要的數理量化模式，依這些數理量化模組及原材料相關參數，經撰寫適當的軟件寫入E.R.P.或工控系統，作為混凝土產製的配比系統。

配比使用者可依產製當時所面對的變動，將配比(1)強度。(2)膠結材組態。(3)坍度值。(4)料性。等四要素輸入系統，由系統依相關條件計算出相應配比，如此，由人為修改變成系統全面且主動提出相應配比，不僅可做到“快速”且“準確”，也不會發生因配比修改而產生的“失真”現象，讓混凝土產製配比的管理進入資訊化及智能化的時代。

本書即為分章闡述這些量化的方法，並以實際試驗數據作演算，願提供給所有混凝土產製從業人員作為混凝土產製配比自動化作參考，作為混凝土質量及經營效能之提升，也為社會及國家的進步，盡點個人綿薄之力。文詞、數據繁多，疏忽誤漏在所難免，希望專家學者及同業先進多賜指教！

最後，特別致謝 台灣省苗栗縣 福宏實業股份有限公司的研發團隊人員，曾經共事的 貴州省貴陽 中鼎環科研發中心， 河南省濮陽 精實研發中心， 浙江省麗水 中航混凝土，山東省青島 國基科技集團 混凝土研發中等所提供的實驗平台及人員之協助，更感謝學員 張坤先生長期對本書內容之謄校，本書始得以編著完成。

編著 賴瑞星 2019年11月 謹職於 台灣省苗栗縣 福宏實業股份有限公司

第一章　何謂高性能混凝土
壹、概論
貳、高性能混凝土的基本理念
　一、混凝土的五大任務
　二、混凝土的工作性與安全性
　三、混凝土配比的緻密性
參、傳統混凝土和高性能混凝土的區別
　一、原材料
　二、配比設計
　三、產製過程
　四、混凝土的施工

第二章　高性能混凝土的基本理論
壹、水泥(Ordinary Portland Cement，O.P.C)
　一、水泥的成份
　二、水泥的水化反應(Hydration Reaction)
　三、水泥性質及其對混凝土的影響
貳、卜作嵐反應(Pozzolanic Reaction)
　一、卜作嵐材料
　二、卜作嵐材料在混凝土中的作用
　三、混凝土中添加卜作嵐材料的優點
參、高性能混凝土原材料配製的一些原則
　一、原材料組合的緻密性
　二、骨材的級配性
　三、水
　四、外加劑
　五、水泥
　六、爐石
　七、飛灰
肆、添加卜作嵐材料的混凝土常見的現象及原因
　一、表面發青
　二、表面起粉
　三、龜裂

第三章　高性能混凝土的化學摻劑
壹、化學摻料
　一、化學摻劑的類別
　二、化學摻劑的分類
　三、聚羧酸化學摻劑
貳、化學摻劑的減水率試驗
　一、目的
　二、使用設備
　三、使用材料
　四、試驗步驟
　五、試驗結果分析
　六、計算公式
　七、實例
參、化學摻劑的初、終試驗
　一、目的
　二、使用設備
　三、使用材料
　四、試驗步驟
　五、試驗結果分析
肆、化學摻劑的性能試驗
　一、目的
　二、範圍
　三、權責
　四、定義
　五、試驗步驟
　六、結果分析
　七、以上述方法試驗結果實例
伍、化學摻劑性能的解析

第四章　高性能混凝土用水量
壹、混凝土的單位用水量
　一、配比單位用水量的影響
　二、配比單位用水量的決定
貳、骨材影響混凝土單位用水量之主要因素
　一、骨材材質及粒形
　二、骨材中的粉料
　三、骨材含泥粉量對新拌混凝土坍度的影響

第五章　混凝土的組成及粒料的級配
壹、混凝土的組構特性
貳、水泥漿體
參、粗、細骨材
肆、粗、細骨材的適用性
伍、混凝土骨材的理想級配
　一、富勒曲線
　二、混凝土骨材理想級配之討論
　三、混凝土配比的骨材級配與富勒曲線(FLC)
　四、混凝土配比中骨材級配富勒曲線(FLC)的評估步驟
陸、配比變動時骨材級配的變動
　一、配比的總漿量變化時(亦即，抗壓強度級數不同時)
　二、細骨材的細度變化時(亦即，F.M.值不同時)
　三、粗骨材中的三、六分組態變化時(比例不同時)
　四、配比中粗骨材使用量變化時
　五、結論

第六章　混凝土中添加爐石粉的比率
壹、爐石粉
貳、爐石粉的活性試驗
　一、膠結材的活性試驗
　二、由活性試驗結果可知爐石粉在混凝土中展開的特性
參、實際配比的砂漿試驗
肆、實際配比的混凝土試驗
　一、試驗方法
　二、混凝土試體的製作方法
　三、試體養生環境的溫度
　四、抗壓試驗結果如下表
　五、試驗結果分析
　六、結論

第七章　混凝土材料間填充的量化
壹、混凝土粒料間的填充
貳、填充的目的
參、混凝土組構材料間填充關係的量化
　一、混凝土組構材料的分類
　二、混凝土材料間相互充填的關係
　三、混凝土粒料間填充的量化係數
肆、混凝土配比評估係數在配比中的應用
　一、關於粒料間空隙的填充
　二、混凝土配比與評估係數間的關係
伍、如何找出混凝土配比的五種評估係數
　一、粗、細骨材的空隙率試驗
　二、粗、細骨材空隙率試驗結果分析

第八章　骨材與膠結材的填縫
壹、混凝土材料間填縫的特性
　一、混凝土的緻密性
　二、各種原材料的密度
　三、飛灰(或石粉)與骨材間的填充量化
貳、飛灰在混凝土中的填充試驗
　一、飛灰活性試驗的証明
　二、細骨材與飛灰的充填關係試驗
參、飛灰添加率對抗壓強度的影響
　一、試驗內容及結果數值表
　三、因子效果分析(母數型單因子變異數分析)
　四、因子水準間的變異數及平均值的檢定及推定
肆、混凝土砂漿填實度的量化
　一、細骨材被膠結材填充的量化
　二、混凝土產製配比的砂漿填充情形
伍、混凝土粒料間的填充與強度關係
　一、第一種填充(水泥漿體)
　二、第二種填充(砂漿體)
　三、第三種填充(混凝土)

第九章　高性能混凝土工作性量化模式的建立
壹、新拌混凝土不良現象分析
　一、析離(Segregation)
　二、粗澀(Coarse)
　三、過稠(Consistent)
貳、新拌混凝土的坍形與工作性
參、混凝土工作性試驗
　一、試驗計劃
　二、富漿試驗(總膠結量為410Kg/M3)
　三、中漿試驗1(總膠結量為350Kg/M3)
　四、中漿試驗2(總膠結量為290Kg/M3)
　五、貧漿試驗(總膠結量為230Kg/M3)
肆、如何建構新拌混凝土的工作性
　一、影響配比粗骨材用量的因素
　二、混凝土工作性的配比管制
　三、A.P.M.S.配比設計系統對新拌混凝土工作性處理機制

第十章　配比水膠比與強度的量化
壹、混凝土配比設計的依據
貳、水膠比與混凝土抗壓強度
參、混凝土產製配比的水膠比參數
　一、影響水膠比參數之分類
　二、水膠比與強度的關係
　三、水膠比參數試驗之時機與類別
肆、混凝土產製水膠比與抗壓強度試驗
　一、目的
　二、範圍
　三、定義
　四、混凝土水膠比與抗壓強度試驗作業內容
　五、試驗結果分析
伍、水膠比與抗壓強度試驗實例
　一、純水泥
　二、水泥＋爐石(30%)
　三、水泥＋飛灰(6%)
　四、水泥＋爐石(30%)＋飛灰(6%)
　五、配比水膠比的推算
陸、抗壓強度與水膠比迴歸方程式之修正
　一、原始數據的分析
　二、實驗數據極值的檢定
　三、實驗數據的校正

第十一章　高性能混凝土配比設計
壹、高性能混凝土配比設計之要求
　一、工作性
　二、強度
　三、耐久性
　四、環保性
　五、經濟性
貳、混凝土配比設計前的背景資料
　一、混凝土配比參數屬性的分類
　二、配比設計的背景資料
參、混凝土配比設計的規程
　一、ACI 211.1- 81混凝土配比設計準則
　二、JGJ55 2011混凝土配比設計準則
肆、傳統混凝土配比設計的檢討
　一、兩種配比設計的差異
　二、兩種配比設計的共同點
　三、統配比材料結構間的關係
伍、對高性能混凝土產製所開發的APMS系統
　一、傳統混凝土配比管理在產製的流程
　二、能型配比管理系統的構想
　三、APMS系統的配比計
陸、配比設計的應用
　一、傳統產製混凝土配比資料庫
　二、APMS產製混凝土配比資料庫

第十二章　標準配比
壹、混凝土產製配比的特性
　一、混凝土產製時配比面對的變動
　二、減少影響混凝土產製品質變動的策略
貳、標準配比建立的理由
　一、作為產製配比數理計算的基準
　二、作為混凝土的分類原則
參、標準配比建立的方法
　一、標準組建立的說明
　二、標準組試驗作業程序
　三、結果分析
　四、標準組建立的實例
　五、結果分析
肆、標準配比與藥劑減水率試驗的關係
　一、 砂漿試驗用細骨材篩分析結果
　二、 外加劑最佳使用量試驗
　三、 外加劑減水率及標準配比試驗

第十三章　混凝土配比用水量變動的數據化
壹、混凝土單位用水量的重要性及設定
　一、配比單位用水量的影響
　二、配比單位用水量的決定
貳、配比用水量的調整參數
　一、影響混凝土配比用水量的因素
　二、配比用水量影響因子的實驗
　三、何謂水參數
參、水參數的量化試驗
　一、試驗的方法
　二、試驗實例及結果

第十四章　混凝土配比中的回收水
壹、混凝土的拌合用水
　一、混凝土拌合用水的種類
　二、CNS 3090對拌合水之規定
　三、混凝土預拌廠回收水回收設備
　四、預拌混凝土回收水處理流程及建議平面圖
貳、混凝土產製使用回收水的依據
　一、配比中使用回收水的管制項目
　二、回收水使用量的影響
參、配比中使用回收水的試驗方法
　一、目的
　二、範圍
　三、定義
　四、作業內容
　五、結果分析
肆、配比中最高含泥量試驗實例
　一、試驗配比內容
　二、試驗結果
　三、結果分析
伍、配比使用回收水的用量管制點
陸、配比的清水及回收水量的調整
柒、配比使用回收水中固形份的處理

■ 圖表目錄

圖目錄
圖 1：高性能混凝土功能性圖
圖 2：混凝土膠結材成份圖
圖 3：化學摻料種類附屬關係圖
圖 4：減水劑在混凝土中和水泥作用肌理圖
圖 5：雙梳刑聚羧酸分子結構圖
圖 6：聚羧酸緩釋作用圖
圖 7：藥劑減水率實驗圖
圖 8：砂漿初、終凝實驗試體模
圖 9：加與未加藥劑時砂漿初、終凝圖
圖 10：初、終凝實驗環境乾、濕球溫度
圖 11：混凝土坍型變動圖
圖 12：混凝土坍流度量測示意圖
圖 13：木質素藥劑性能展開圖
圖 14：萘系藥劑性能展開圖
圖 15：羧酸藥劑性能展開圖
圖 16：羧酸藥劑性能展開圖(膠結量為自變數)
圖 17：兩廠用水量與坍流度實驗圖
圖 18：砂含泥量與砂漿坍流度關係圖
圖 19：骨材中純石粉率與MB值關係圖
圖 20：不同石粉率下，不同含泥率的MB值
圖 21：砂含泥、粉量簡易測試法
圖 22：混凝土原材料體積率條型圖
圖 23：混凝土原材料體積率圓形圖
圖 24：1in骨材理想級配圖(實座標)
圖 25：1in骨材理想級配圖(對數座標)
圖 26：規範中值、實測值及理想級配圖(實際座標)
圖 27：規範中值、實測值及理想級配圖(對數座標)
圖 28：不同總膠量下的骨材級配圖(實際座標)
圖 29：不同總膠量下的骨材級配圖(對數座標)
圖 30：不同砂FM值之下的骨材級配圖(實座標)
圖 31：不同砂FM值之下的骨材級配圖(對數座標)
圖 32：不同六分石%之下的級配圖(實座標)
圖 33：不同六分石%之下的骨材級配圖(對數座標)
圖 34：不同石用量之下的骨材級配圖(實座標)
圖 35：不同石用量之下的骨材級配圖(對數座標)
圖 36：爐石各種添加率的28天抗壓強度(低膠量)
圖 37：爐石各種添加率的28天抗壓強度(中膠量)
圖 38：爐石各種添加率的28天抗壓強度(高膠量)
圖 39：3系列混凝土強度展開圖
圖 40：4系列混凝土強度展開圖
圖 41：5系列混凝土強度展開圖
圖 42：6系列混凝土強度展開圖
圖 43：混凝土粒料填充示意圖
圖 44：石組合實績率圖
圖 45：砂綜合FM值與實積率圖
圖 46：混合砂各種FM下篩析圖
圖 47：砂與飛灰混合單位重圖(F%為自變數)
圖 48：砂與飛灰混合實積率圖(F%為自變數)
圖 49：砂與飛灰混合單位重圖(砂FM值為自變數)
圖 50：砂與飛灰混合實積率圖(砂FM值為自變數)
圖 51：砂漿強度試驗結果展開圖
圖 52：第二種過填充下飛灰添加率與砂漿強度圖
圖 53：混凝土原材料相互填充關係圖
圖 54：純C水膠比與抗壓強度圖
圖 55：C+S(30%)水膠比與抗壓強度圖
圖 56：C+F(6%)水膠比與抗壓強度圖
圖 57：C+S30%+F6%水膠比與抗壓強度試驗圖
圖 58：C+S(30%)水膠比與抗壓強度修正圖
圖 59：A、B兩藥劑用水量與坍流圖
圖 60：藥劑使用率與砂漿坍流度圖
圖 61：藥劑鹼水綠及標準配比試驗結果圖
圖 62：坍流度影響因子寄與率圖
圖 63：A、C因子交互作用圖
圖 64：A、B因子交互作用圖
圖 65：砂量水參數試驗結果散佈圖(用水量─坍流度)
圖 66：砂量水參數試驗結果散佈圖(用砂量─坍流度)
圖 67：膠結量水參數試驗結果散佈圖(用水量─坍流度)
圖 68：膠結量水參數試驗結果散佈圖(膠結量─坍流度)
圖 69：砂綜合FM值水參數試驗結果散佈圖(用水量─坍流度)
圖 70：砂綜合FM值水參數試驗結果散佈圖(砂綜合FM值─坍流度)
圖 71：配比含泥量強度試驗圖

表格目錄
表格 1：普通混凝土和高性能混凝土配比設計之差異
表格 2：卜特蘭水泥成份表
表格 3：不同種類水泥成份表
表格 4：水泥成份特性
表格 5：水泥成份化學代號
表格 6：卜作嵐材料規範標準
表格 7：化學摻料分類表
表格 8：流動化劑分類表
表格 9：藥劑減水率實驗數值表
表格 10：砂漿初、終凝實驗數值表
表格 11：木、萘系藥劑性能展開試驗數值表
表格 12：兩種砂漿坍流度實驗數值表
表格 13：不同來源砂篩析表
表格 14：相關分析表
表格 15：骨材粒徑規範及理想值
表格 16：砂、石合併及理想級配篩分析表
表格 17：不同廠牌爐石活性試驗值
表格 18：爐石不同比率添加試驗結果(低膠量)
表格 19：爐石不同比率添加試驗結果(中膠量)
表格 20：爐石不同比率添加試驗結果(高膠量)
表格 21：各種爐石添加量下的混凝土配比表
表格 22：各種爐石添加量下的混凝土各期齡抗壓強度表
表格 23：大、小石混合單位重試驗結果表
表格 24：粗、細砂混合單位重試驗結果表
表格 25：混合砂各種FM值下的篩析值
表格 26：砂與灰混合單位重試驗結果表
表格 27：F%砂強度試驗數值表
表格 28：因子間檢定表
表格 29：A地區膠結材「單位重及空隙率試驗」結果表
表格 30：B地區膠結材「單位重及空隙率試驗」結果表
表格 31：第二種過填充下飛灰添加率與砂漿強度試驗表
表格 32：貧漿配比不同第三種填充試驗結果表
表格 33：中漿配比不同第三種填充試驗結果表
表格 34：富漿配比不同第三種填充試驗結果表
表格 35：純C水膠比與抗壓強度試驗表
表格 36：C+S(30%)水膠比與抗壓強度試驗表
表格 37：C+F(6%)水膠比與抗壓強度試驗表
表格 38：C+S30%+F6%水膠比與抗壓強度試驗表
表格 39：C+S30%水膠比試驗數值表
表格 40：C+S30%抗壓強度統計修正數值表
表格 41：試驗配比與坍流試驗數據表
表格 42：藥劑使用率試驗配比及結果
表格 43：未加藥劑的plain組試驗配比及結果
表格 44：加藥劑且膠結組態為C+S50%+F7.5%試驗配比及結果
表格 45：加藥劑且膠結組態為C+S50%試驗配比及結果
表格 46：加藥劑且膠結組態為C+F7.5%試驗配比及結果
表格 47：加藥劑且膠結組態為純水泥C試驗配比及結果
表格 48：實驗因子及其水準
表格 49：各要因變異計算表
表格 50：誤差合併後要因變異分析表
表格 51：砂量水參數試驗數值表
表格 52：膠結量水參數試驗數值表
表格 53：砂綜合FM值水參數試驗數值表