1、自充填混凝土組成材料多，變異性大，故在應用前，需對其製造原理和特性有足夠認知。當實務應用時，方能對其可能發生的問題，作有效的預防，工程品質方得確保。以SCC材料施工，優良的配比設計和生產管理是成功與否的兩大關鍵。配比設計之好壞，決定在個人之創意和經驗之累積；而生產管理，則需仰賴健全的管理機制，必須有良好的檢驗與管制程序、教育訓練、適當的分析與檢討能力，使產製作業程序標準化，才有優質之產品。但如何確保其具有優質之能力，藉由第三者公正立場來確認是有必要的。從九二一地震後，發現鋼筋混凝土構造物損壞、倒塌的原因涉及設計、施工、材料不當使用的問題，但混凝土材料品質的因素，亦為普通存在的原因，其弊端諸如不
2、按配比生產，摻用海砂，不當使用飛灰填充料，任意加水等。再加上澆置過程搗實不確實，養護不當，致造成材料品質不佳使結構物發生瑕疵，因而使人民生命財產蒙受重大的損失。吾身為工程界的一員，真是感同身受，對於以上發現的諸多弊端，無不時時刻刻思考要如何去改善他！幸運地，有機會參與中二高國道工程的監造，其中一段烏日穿越橋工程，被指定使用自充填混凝土，個人亦榮幸地參加此團隊，得以投入研發此新材料和工法的工作，且本司為配合工程業界提昇混凝土品質的決心，乃投入甚大的人力、物力、財力，和國立交通大學土木工程系共同研發中低強度的自充填混凝土，成果豐碩，並陸續應用推廣至南投縣政大樓新建工程、高鐵烏日站區部份工程、台中大
3、里、霧峰等民宅市場重建工程，獲得業界熱烈的迴響和讚揚；相對的，業界因而亦蔚成一股風潮，使用之案例亦日漸增多，好評之聲不絶於耳，亦讓工程界之先進專家學者們都信誓旦旦地推估，不久之將來，台灣地區使用自充填混凝土，將有替代傳統混凝土的趨勢，勢必成為廿一世紀工程界的主流產品。由於使用自充填混凝土的案例愈多，施工實務衍生發現的問題也愈來愈多，為了釐清一切原因，產官學界乃更積極投入相關方面的研究和參與，獲得更多之驗證和解答，使工程界的同仁們，都能深刻地認知此材料之特性與應用，而不必重蹈前人錯誤的旅程而走了許多寃枉的路。但相對的，台灣地區仍有部份市儈氣重的商場投機分子，忽視康莊大道於面前而不行走，唯利是圖，
4、擅用投機取巧之手段，致正派的經營業者無法與之抗衡，退出市場不願繼續投資研發。本人有鑑於此，希望透過此季刊園地，將業界部份人士所作之不正當手法公諸於此，作為參考；另外，個人在研討會、工地觀摩遭遇之問題或是先進們不吝指正之問題，都將逐條地在內文中敘述，並提出建議性的解決對策，如有不對或說明不清之處，亦盼各位先進不吝指正。自充填混凝土的研究和發展，在台灣已行之多年，成果也相當豐碩，倒是推廣應用階段前些年來如蝸牛牛步化的前進，尤其在公共工程之推廣應用，與私人工程比較，相形之下顯得窒礙難行，追查其原因，部份人員的保守心態和違反部份業者之既得利益等，都是其中的主因。姑且不論此因果，本司研發團隊和工程先進不
5、計成果地繼續努力，仍積極地投入施工綱要規範、試驗規範、使用手冊之草擬編撰，經先進、專家、學者的指導與訂正，終於完成，提送工程會和國家標準委員會審查獲得通過，並分別於民國92年、93年頒佈，使工程人員有所依據與參考。進而在施工實務中發現水中混凝土施作時，瑕疵甚多，使地下結構物常處於岌岌可危之窘境，譬如連續壁的漏水造成之崩塌、基椿之斷樁、包泥等都可能危及人民的生命與財產。因此，本司乃繼續投入，委託交通大學土研所辦理研發，並於94年初完成研發工作，成果發表陳列於圖資室供同仁參閱。至於如何將研發成果應用於實務上，則為現階段努力之目標。個人亦將透過短短的篇幅內容，將高黏滯度混凝土（日本稱之為水中不析離混
6、凝土）的特性和應用作簡略地介紹。混凝土發展追求的目標，不外乎強度的提昇、延長耐久性、工作性的改善和經濟性的確保，近年來再加上符合環保需求，資源再生利用。這些欲追求之目標都須具備有優質的生產管理和良好的品質控制的條件下方能達到，故生產者如何配合自我品質提昇，在制度、技術、管理、品保、行銷大幅改善，才能再創獲得消費者肯定之契機。並透過健全管理機制，激發混凝土預拌業強化品管，投資研發，加強人、機、料之品質，以生產高品質的產品，至於如何確認預拌廠具有生產品質良好混凝土之能力，唯有透過預拌廠評鑑制度，藉由第三者公正立場來確認，以確保混凝土工程品質。一個新產品的產出，瞭解其基本原理，將有助於材料之選購和產
7、品的應用，所謂自充填混凝土（Self-Compacting Concrete），簡稱SCC，乃利用較黏稠的水中懸浮性粉體材料，托住粗、細粒料。充分拌和後，所有組成材料，皆懸浮於拌和水中，粗粒料摩擦阻力降至最低，新拌和混凝土變形能力大增。因此，材料得予免振動、免搗實，而得到最佳的充填性能。但是，如何能配出一適當的黏稠漿料，能量足夠托住粗、細粒料，使材料具備有高流動性、自充填性呢？除須就組成的材料有充分認知外，材料組成之比例、添加之順序、品質控制等，工程師更須發揮智慧的創意去應用，並透過配合設計的手段，方能獲得滿意的成效。故後面的篇幅，將對於組成材料的特性和配比設計上做概略性之敘述和介紹。一、混凝
8、土材料的選擇混凝土結構物被人所可考量的，不外乎安全性、經濟性、美觀以及耐久性等。近些年來，先進國家的工程師們，認為耐久性應為探討結構物之首要原因，因而常將結構物的耐久性作為研究的主題。此外，更發現耐久性降低的原因大致有以下兩項：首先是混凝土結構物所處環境及荷重作用之外在原因；其次，則為混凝土本身物性變化的內在原因。然而，實際的混凝土很少是個別要因的作用而導致其機能衰退，一般都是由於外在因素和內在因素的相乘作用和若干要因的複合作用而產生劣化。故要謀求提昇混凝土結構物的耐久性必須具備：（1） 設計必須考慮到作用在混凝土面的劣化原因。（2） 選定耐久的材料。（3） 良好的施工。因此，從事營建業的技術
9、人員不僅能著眼於Know how上面，還必須具備組成材料間相互關聯的足夠知識。此外，在選定材料之際，必須充分了解材料的基本物理和化學性質，就其特性而選購，方能使結構物完成使用後達到其預期之壽命和完整性。二、個別之材料（1） 水泥：可使用Type或Type 之水泥產品，由於水泥之物、化性質在其他專業文章中已有非常多的敘述，本章節則不再贅述，請參考其他文章。（二）飛灰：係卜作嵐材料的一種，其品質因粉煤品質及鍋爐運轉狀況而變化；一般顆粒含炭量低，球型顆粒多，玻璃質含量多，即為優良品質之飛灰。飛灰分為C類及F類兩種，國內目前多在混凝土拌和時，直接摻用飛灰以取代水泥和砂。一般而言，飛灰之添加於混凝土，可
10、提升工作性、降低泌水率，不易產生材料析離，及由於飛灰的卜作嵐效應，對混凝土中之毛細孔有細化與堵塞作用，能抑制氯化物對混凝土中之鋼筋的侵蝕和抗硫酸鹽之性能。並且飛灰可與水泥中之鹼性物質發生反應，而減少鹼粒料反應。但進料管制時須注意其燒失量，施工作業時，需考量其凝結時間長，強度成長較慢、拆模時間晚，及澆置過程中容易產生浮漿和浮水現象。（三）爐石粉：大部分使用水淬爐石研磨成細粉，可部分取代水泥，水化作用則分為兩部分：早期是經由水化反應，而晚期是藉由卜作嵐反應而成。早期強度低，晚期強度則因卜作嵐反應不斷進行而提高強度及耐久性。由於爐石粉末顆粒較小，且圓表面光滑、間隙緻密，當用水量固定，可增加坍流度。添
11、加爐石粉於混凝土，其滲透性將大為降低，抗硫酸鹽和鹼骨材反應將大為增強，可防阻鋼筋腐蝕，增加彈性模數值，提昇構造物的耐久性。（四）矽灰：係由高純度的石英與煤在電弧爐中加熱至2000所產生矽金屬及鐵矽合金所濃縮的副產品。其成分為高含量非常細球型顆粒的二氧化矽，約佔8598，其餘為少量的金屬化合物。由於矽灰質有較高之親水性，因此添加之矽灰量和需水量之間有密切的關聯性，在固定坍度下需水量是會隨矽量增加而增加，所以在不增加用水量的理想工作度要求下，矽灰必須與強塑劑一起使用，方能發揮其最大功效。適切使用，可提升混凝土強度，以及改善混凝土抗酸性及提昇耐久性，取代用量比例由試拌求得（一般不超過10）。（五）化
12、學摻料：以強塑劑或高性能減水劑之摻料使用為最佳。先決條件為材料品質需符合CNS12283、CNS12833之規定。部分SCC為增加其漿體黏滯度，化學摻料中則添加增黏劑配合使用。三、配比設計概述不難發現，從自充填混凝土的原理機制中，其與一般混凝土明顯差異是透過添加適量之卜作嵐材料和化學摻料，使其在新拌混凝土階段的流動性及模板充填能力得以增加，實務上與其硬固後之物理性質或力學性質並無直接的關聯性。但使用SCC的精神，是在改良混凝土的物理性質（流動性/模板充填能力）為手段，來達到確保鋼筋混凝土構造物品質與可靠度為目的；同時，藉由良好而確實的模板充填，亦可提高鋼筋混凝土構造物整體的耐久性及強度。故如何
13、透過良好的配比設計和生產管制，加上良好的施工作業，則優質的SCC材料就自然形成了。由於SCC之合格與否，反應於其充填性良好與否，為達到其自充填性，在配比上將有如下特徵：（1） 限制粗粒料用量、最大顆粒尺寸、細粒料率。（2） 使用強塑劑以達到高流動性與鋼筋間通過率。（3） 採低水（灰）粉比，高粉體量（飛灰、爐石、水泥等）以達到抗析離性。（4） 亦可使用增黏劑達抗析離之目的。就個人參加工地施作前說明會或至工地試驗室觀摩，常發現配比設計施作中，粗粒料之用量及最大粒徑之選用，皆朝用量少和粒徑小之情況施作，經常超出使用量之建議值下限，其主要原因為通過相關檢驗容易，就如同施作砂漿（非混凝土）一般，勢必容易
14、通過；但是，一昧的減少粗粒料最大尺寸和使用量，將會導致粉體料之使用量增大，混凝土硬固後，彈性模數值降低，乾縮潛變值增大，及混凝土中性化的程度加劇，影響結構物耐久性，因而不可不慎。故如何推出拌和廠評鑑制度，作有條件之規範和約束，實有迫切之需要。固然，良好的配比設計為產製優質之SCC的首要要因，而在施作過程中之作業程序要領和注意事項為何，坊間參考書籍或論文甚多，本篇幅則不詳述，僅提出一配比設計流程圖供參考。（詳圖一）圖一、自充填混凝土配比設計流程圖自充填混凝土的優劣與否，其關鍵在於新拌階段是否有周全的配比設計和搭配優質之生產管理和管制。因SCC材料為一自動化之材料，在施工作業階段，人為之因素所產生
15、的弊端，可降至最低。真正人為影響品質之因素，大部分在於配比設計和生產之過程中，故在配比設計和生產過程中，管制嚴謹與否，將影響最終的產品品質，這是SCC材料異於一般混凝土之所在。其生產管理與產製應注意下列各點： 一、預拌混凝土廠的選擇應考慮生產配備、輸送時間、混凝土運送能量及品質控制情況。二、SCC應在工廠內製造，且其設備、操作及材料都應在適當的控制之下。其產製工作應由有SCC生產經驗的工程師來執行三、粒料之儲存，不同級配應分別加以儲存；並應避免其表面水之變異性過大。四、材料秤重設備應在規定容許範圍內。五、拌和機規格應符合CNS3090之規格，尤以使用強拌式拌和機為佳。六、SCC材料的拌和方法應
16、通常建立自現場經驗或試驗。且拌和機施作前需通過拌和機效能試驗之驗證。七、廠拌：在正式生產前，應先以試拌之指定配比所使用之材料及廠內拌和機加以生產，以確認可獲得所要的性能。若不符合，指定配比應相對的加以修正。八、在每日生產前，應確認材料之品質，如級配曲線有所變化，應隨時加以修正；游離水之測定，應每日執行，以隨時調整配比用水量。九、生產之工程師在生產工程中，應隨時觀察產品是否有異樣；出廠前，產品應檢驗以確保完全符合品質要求，方能出廠。十、模型模擬試驗：做些模型試驗之施作，可對產品的品質做確認，和藉以改進團隊的默契與合作，檢討和改進，可作為下次執行時之參考和依據。 以SCC材料施工，最大的意義在於混
17、凝土充填程度與鋼筋混凝土間之握裹程度都可獲得確保。只要是檢驗合格的SCC材料，即可自動充填至模板、鋼筋間各角落，無須考慮振動搗實作業無法落實。且施工當時，對不合格或未達標準之材料即時可檢驗出，可輕易把關，予以立即處置，避免事後的困擾；換句話說，材料品管更容易落實。然而這種特性，固然會造成預拌廠在生產與品管上的難度增加，但相對的，亦可證明以SCC材料施工，關鍵在於配比設計與產製過程。只要過程中做好品質管制，則以SCC施工，成功的機會是指日可待了。近年來，台灣地區使用自充填混凝土施工案例日漸增多，相對的，衍生的問題亦發生不少。個人就參加研討會和工地觀摩，先進們所提出和發現的問題，分類彙整；並依個人
18、淺見和請教專家學者，得到之改善方法和對策逐條分述於後。一、何謂SCC？何謂HPC？SCC又與高流動化混凝土有何不同？答：美國混凝土學會（American Concrete Institute, ACI）對高性能混凝土（High Performance Concrete, HPC）所下的定義中，指稱HPC為性質優於普通混凝土或傳統混凝土的混凝土（可能一項或多項）。其性能如高強度、高流動性、高耐久性、高水密性、自充填性等。而SCC為高流動性、自充填性等優於普通混凝土，故SCC實為HPC之一支（種）。而高流動化混凝土指的是其流動性高，優於普通混凝土，亦是HPC的一支；在市場上，其和SCC常為工程界人
19、員所混淆，認為SCC和高流動化混凝土是一樣的。其實，兩者是不同的，主要差異是SCC具備高流動性、自充填性的材料，且施作時，免振動、免搗實。而高流動化混凝土（Slump18cm時即可稱之）具備高流動性，但不一定具有自充填性，施作時仍需仰賴振動棒來搗實，兩者的差異性是蠻大的。二、配比設計階段，預拌廠和業主倆者常產生的問題？（一）某些業主對於自充填混凝土的材料組成認知不夠，乃秉著昔日施作一般混凝土的習性，由預拌廠主導協請化學摻料廠商幫忙做配比試拌。摻料廠商常為了通過自充填性檢驗容易，一昧放小粒料最大尺寸和降低粗粒料使用量，形同砂漿（因粗粒料少）通過檢驗；想當然爾，通過檢驗是必定的，但後遺症也應運而生
20、（前面內容已提過），故委請專業機構做配比設計，在先期階段是有必要性的。（此點內容是個人參訪各工地實驗室做SCC配比設計最常見的手法）（二）在做SCC配比設計時，常忽略坍度損失之考量，造成材料運至工地時，無法泵送，使工程施作中斷或無法進行，蒙受人力、物力之損失；不然，就是添加水，直接澆置入結構物，造成材料析離或蜂窩等現象，誤導業主或消費者對此材料之正面形象。我們知道，SCC材的兩大法寶，就是添加礦物摻料和化學摻料。礦物摻料的來源一般而言較為穩定，唯讀化學摻料的品質良莠不齊，其原因不外乎是業主來價低，一分錢一分貨，廠家們為了生存削價競爭，來源品質當然堪慮。故依個人在台中、屏東大鵬灣工地時作SCC配
21、比設計時，發現一共同的問題-很多化學摻料的廠商，常拿使用在高流動化混凝土的摻料提送在SCC試拌時使用，最後會發現一共通結果，就是初始自充填混凝土相關檢性檢驗皆符合，但10分鐘後，則發現材料析離，無法通過相關檢驗。解決之道：應在預拌廠、業主、摻料廠商之間，建立一合理的利潤機制，共存共榮，方能解決此一問題，以免徒增無謂之浪費。（三）優質粒料之選定，常影響配比設計之成敗。例如：粒料之粒形不佳（扁平過多），含泥量（通過200號篩之材料）過多，級配曲線不佳，都容易造成架橋現象（箱型槽通過鋼筋間隙試驗，粒料集中於鋼筋後，無法通過之現象），造成自充填性檢驗無法符合，尤其以料源材質為頁片岩輾碎產出之粒料為最明
22、顯。並據個人之經驗，長寬比；寬厚比5：1之比例佔總粒料質量15以上時，架橋現象尤其明顯。改善之策：料源需考慮更換。另外，進口對岸大陸之細粒料（砂），若是殘缺級配（30以下殘缺）， 材料粗糙，容易造成架橋現象，改善之道只要添加本土細粒料混合使用即可。（四）配比設計之驗證資料，業者廠商常存有一錯誤的觀念，就是某一強度等級之配比報告（使用A地就近取材之料源），可適用至各工地；簡單說，就是一套配比走天下。其實，這是個非常錯誤的觀念，就一般混凝土而言，粒料之取得，溪河之上、中、下游所取得的級配都不盡相同，再加上水泥、摻料之摻配拌和，特性與結果當然都不可能會相同。且SCC組成材料更為複雜，相對的，就是變異
23、性大，怎有可能一套配比走天下呢？！解決之道很簡單，唯有依結構物特性選定之材料，作一套符合性之配比設計。（此類現象，在業界存在甚久，相對的，易引發混凝土品質之憂慮性）並及早推行預拌廠之評鑑制度，激勵預拌廠強化品管，提昇人、機、料之品質，混凝土品質方得確保。（五）自充填混凝土配比設計，設計強度（f c）越低者越難做，高設計強度者（420kgf/c），則相對容易。由於低設計強度水膠比大，相對的，水泥使用量少，粗細粒料使用量大，為滿足自充填性，其漿體量是和稠度明顯不足以托住粗細粒料，容易造成析離，導致無法滿足自充填性。而高設計強度者正好相反，故較易做配比設計，解決之道，為低設計強度之配比設計中，粉體料
24、不足，漿體稠度低，可適量添加石灰石粉或其他惰性材料。因惰性材料不產生卜作嵐反應，沒有強度的產生，但可彌補漿體之不足，可使材料滿足自充填性。但此材料（粉末狀）產量少、單價高，整體單價增加不少，顯然不夠經濟。三、生產業者-預拌廠在生產過程中最常發現之缺失為何？沒有設置足夠數量之粒料儲存槽-由於SCC材料對於水之敏感度非常高，對於粒料（尤其是細粒料）進場時，如無足夠之儲存槽使粒料之表面游離水排除，則容易造成水灰比的擴大，工作性亦將難以控制，形成析離或工作性太低，無法使用之窘境。尤其近年來，由於地價高，拌和廠幅地都不寬，平面無法設置儲料槽；唯有在拌和機上方設置儲料槽，在生產過程中，砂石粒料之補充亦不間
25、斷地靠輸送帶拖曳入倉，相對的，其粒料游離水更難控制，故品質之穩定性相對顯得較差。解決之方法：（1） 想辦法擴大幅地，建置儲存槽為上策。（2） 拌合機上方之儲料槽應於前日置滿，使表面游離水排除。（3） 配比設計時，可參考增黏系列配比設計方法，適量添加增黏劑，減低粉體使用量，可降低對水之敏感度。四、SCC材料之單價如何？與同等級之一般混凝土的單價差異如何？SCC在中、低強度（3000psi6000psi）與一般混凝土的單價落差約為10 15，SCC在高強度（6000psi）與一般混凝土之單價是沒有落差，趨近一致的。其顯示之意義，SCC材料直接成本略高於一般混凝土，但做全方位、工期、勞力、環保、維修
26、之整體考量，總體成本SCC不會比傳統混凝土貴。至於水中SCC之單價尚在評估中，暫時無法給予明確答覆。五、SCC之凝結時間是否較傳統混凝土長？有何良策？自充填混凝土因工作性與減水率考量，常使用羧酸作為高流動化劑，且大量添加爐石粉與飛灰，因此，凝結時間大幅延長，約為8-12小時，對粉光及拆模時間都影響甚大，改善之道，可透過材料之選用、配比之調整與添加劑之選擇作為改善。六、使用SCC，模板側壓力是否增大？模板設計考量為何？南投縣政新建大樓中以SCC施工，為探討材料澆置時及硬固後之力學行為，和為了與一般混凝土施作之南投手工藝館做比較，結構物皆預埋裝置多種監測儀器，模板側壓力計之埋設亦為其中一種。經蒐集
27、一年多之監測結果分析發現，SCC流動性較優於一般混凝土，其性質接近於流體，所以其模板靜壓力與流體側壓力類似，側壓力隨著高度明顯增加。而牆模板若依照ACI347-94進行設計，不管是SCC或是一般混凝土，都是安全可靠的。至於模板設置方式，不應以傳統鐵線固定，應採適當之模板繫條，並加強模板支撐穩固性及密閉性，以避免沉版、變形、扭轉或嚴重漏漿。澆置時，若發現上述情況，應立即停止澆置，經檢查和加固後，方得繼續澆置混凝土。七、SCC之體積穩固性（乾縮及潛變）如何？依據監測結果和室內試驗結果探討，得到具體的結論如下：（1） 如以純混凝土材料進行測試，乾縮與潛變量皆大，就此推論結構物的乾縮潛變量就會大的說法
28、，是不夠客觀的。（2） 雖然SCC使用在圓柱體試驗時，乾縮潛變皆略大於一般混凝土，但SCC使用在實際結構上，由於混凝土握裹能力表現更為顯著，潛變及乾縮反而較一般混凝土較少。八、SCC之彈性模數值是否較低？（一）按複合材料理論，強度越低之混凝土，其彈性模數受粗粒料用量之影響應越大。但試驗結果顯示，此粗粒料用量對SCC彈性模數之影響並不明顯，原因可能在於粗粒料用量降低，彼此間接觸較少，所有應力皆通過漿體而傳遞，故彈性模數值受漿體影響較大。（二）試驗所得彈性模數低於ACI估計值，原因應在於SCC之粗粒料用量較ACI建議值低，SCC之Ec值約為ACI建議公式之7085。此外，細粒料用量亦高於傳統混凝土
29、，較多之複合材料介面將導致壓應變增加，彈性模數下降。九、SCC之流送距離、高樓磊送、養護等的認知。自充填混凝土雖有良好流動性，但仍應注意不得任其自行流動過遠距離，以維持混凝土均勻性。如此可避免產生析離及充填不完整，造成蜂窩等現象；通常，泵送距離以不超過8M較適當。以SCC施工，若應用於高樓泵送，應於品管計劃內考慮高樓泵送之特性。一、概述一般水中混凝土的澆置，由於水的影響產生分離、膠結料流失、強度下降及材料品質等問題嚴重，因此，在水中環境施工常採用隔水法，或從施工機具進行改善，以使混凝土減少或隔離雨水直接接觸，避免受水影響。為了解決水中混凝土澆置問題，以施工機具方法去做改善，仍難以保證水中混凝土的品質。基樁或連續壁，雖有穩定液，但仍常有斷樁、包泥等現象發生，對結構物承載力造成極大之衰減。有鑑於此，本司乃委請交通大學土研所進行相關新材料之研發，試圖以材料改善克服水中澆置問題為著眼點，近年來，也獲得滿意之結果。二、高黏
