自充填混凝土
導言
近年來，國家為增進整體經濟發展，提昇全民生活品質及國內砂石資源和勞力市場短缺及環保觀念的盛行。使得資源運用最佳化、施工效率化、品質提昇化和建造成本經濟化等方面產生了迫切的需求。爾後，經921震災之洗禮，造成了許多生命財產無謂之損失，更暴露了工程品質之隱憂，促使工程界實有必要針對傳統的施工方法及材料技術，作實質的改進，以有效提昇工程品質。
經921震災之震撼，工程界鑒於耐震的攷慮，更提高耐震係數之攷量，鋼筋之排列更為緻密，澆置搗實更形困難，加上日益短缺的技術勞工，噪音的改善等，如何適應較複雜的結構需求及耐久性，提昇營建自動化，開發更新的土建材料技術已成為勢在必行。水泥混凝土在營建工程中，使用最普遍且為最大宗的材料，所以如何開發新材料及改善施工方法，對整體工程品質及成本實有非常大的助益，有鑑有此，本處研發小組乃積極研發市場最普遍使用之一般強度（3000psi-6000psi）之自充填混凝土（Self-Compacting Concrete），以符合市場迫切之需求。
何謂自充填混凝土？
自充填混凝土（SCC-Self-Compacting Concrete）係指澆置過程中不需施加振動搗實，完全藉由其自身之重力而填充至鋼筋與鋼筋間及鋼筋與模版間各角落之特殊混凝土。
(圖)
研發背景
傳統混凝土經由訓練有素之工人，借機械振動方式來搗實成形。在人工昂貴的日本，部分工程曾因減少搗實工人數而出現瑕痴，影響工程之品質。在1980年代初期，此問題引起業界高度重視。為解決此問題，東京大學岡村甫教授，於1986年提出靠混凝土自充填免搗實能填滿模具各處之「自充填混凝土」之觀念。之後，小澤及前川宏一教授就能夠代表自充填混凝土工作性之安全性質（流動性、粘著性、抗析離性、通過性及填充性）作了大量基礎的研究。包括其測試方法及試驗設備之研發。
近年來，工程品質飽受不佳評語之壓力與影響，在以RC構造物許多設計及施工和材料之問題，更造成了許多生命財產的損失，921震災之後更是眾矢之的。檢討其原因，不外乎與設計不當及施工不確實按步驟去做；材料忽略品質控制及人謀不贓等造成了品質不佳之後果。更由於近年來，環保意識之抬頭，技術工人勞力之短缺，工人素質之普遍低落，更加深了改善品質實務之困難。有鑑於此，研發一新材料、除符合設計需求外、並能提昇品質及使施工能自動化提昇效率之前提下。一般SCC（自充填混凝土），實是刻不容緩，最符合現階段環境及潮流之最佳材料。
混凝土材料變異性極大，尤其是粗細粒料之形狀、含水量、級配、細度模數及摻料品質用量等因素，都是控制新拌混凝土性質之關鍵，而SCC對材料性質較傳統混凝土更為敏感，產製成功率極低，對以一般普通強度（350kgf/cm2～210kgf/cm2）之SCC而言，於本研究前尚無產製成功之實例，但是一般普通傳統水泥混凝土卻是國內土建工程中使用量最大者。
我國與日本研發之誘因類似，研發之目標相同，但由於使用材料隨著天然環境不同，基本條件不盡相同，故本土化及簡易化是本研究計畫之動機。簡易生產一般普通強度SCC，並測試室內硬固後之乾縮潛變、彈性模數等工程上所需之物理及力學性質，以回饋設計；並使SCC產製品質穩定，以作為工程使用之範本，同時藉由技術轉移，俾使國內各工程單位能將SCC應用於土建工程中，以提昇國內工程品質，對營建自動化有所助益。
長處與優點
自填充混凝土（Self-compacting concrete，SCC）本身所具備的自充填性能（Self-compactability）足以使混凝土本身自行流動，通過鋼筋籠所形成的障礙，充填製模板的各個角落，故實務上，可以面振搗（Consolidation-free）方式施工。因此，對於鋼筋密集、斷面過大等難度較高的施工條件，以傳統混凝土澆置方式，可能不易獲致理想的施工品質，甚至根本就無法遂行施工目的的情形，都可以利用SCC配合免振搗的方式來施工，過去工程上常遭遇這類混凝土施工技術上的挑戰，都可以SCC加以克服。此外，由於澆置過程，不需振動所需大量的人力與機具，故噁大幅提高自動化施工的程度，加速混凝土澆置速率，有效所短工期與節省成本。
故我們可將自填充混凝土的工程效益分為：
1. 應用於混凝土搗時非常困難之結構體。
2. 混凝土充填密實，可有效提升結構之可靠性。
3. 應用於巨積混凝土，以減少勞力、所短工期。
4. 減少工地噪音，合乎環保要求。
5. 達到混凝土施工自動化、合理化。
應用
SCC目前應用對象仍集中於較特定工程項目，包括：
1. 一般結構中較不易施加振動之部位，如鋼筋排列特別密集之結構件單元（剪 力牆、樑柱系統、預力箱型樑結構、多開孔（窗）之牆結構SRC柱等）。
2. 無法施加振動或有特殊施工性需求之情形，如建築物樑柱或隧道內襯之修補。
3. 大面積施工之情形，如巨積混凝土、LNG儲存槽等。
4. 有特別耐久性、水密性需求之情況，如跨海（河）橋樑、海域工程等。
5. 應用於預鑄製品。
6. 建築結構物耐震係數提高，鋼筋排列緻密，澆置時不易搗實，最適宜採用SCC。
7. 由於水密性佳：作為地下結構將可節省防水材料或作為場鑄基樁材料。
SCC與HPC的區分
在日本發展自充填混凝土之初，曾以「高性能混凝土」（HPC）來指稱這種混凝土，但所謂“高性能”一詞，在語意上較不明確，在近10年當中，美、加、歐洲等地區，亦積極發展HPC，所不同的是，在這些區域所發展的HPC主要著重在其耐久性，在工作性上，僅是利用化學摻料對混凝土坍度作一定程度的提升以方便施工，但並沒有達到“自充填”的程度，在HPC的施工過程中，振動、搗實等仍是必要的、差別祇是程度的不同而已。由此可知，日本的HPC與歐美的HPC顯然指的不是同一種材料，而同樣的情形亦可見於國內。目前日本產官學界針對免振動高性能混凝土或高流動混凝土採用了SCC（Self-compacting Concrete）之正式名詞，用以和HPC做一區隔，使得SCC在意涵上，更加明確、不易生混淆。數年前，國內學術界HPC研究群所提出的TAICON概念，其精神亦是在於使所欲強調的混凝土性質更加明確，基本上，TAICON概念已經是極為接近SCC的定義。
其實，對照前述有關高性能混凝土的定義，所謂HPC與SCC之間之歧異就顯得很清楚了，那就是－SCC其實也具備某種「高性能」，而其所設定的「高性能」，而其所設定的「高性能」便是其“自動填充、免振動的施工便利性”。因此更明確來說，SCC應該是HPC的一種。
結語
顯然地，以高性能混凝土在國內的工程應用前景而言，最可能對整個產業帶來重要影響的，應該是SCC。
以國內的工程環境與施工習性而言，營造廠的素質良莠不齊，政府相關單位無法合理落實相關的制度與管理機制，使整個衝成環境就在惡性競爭下，漸趨劣質化，工程品質不良已是一常態現象，一般的工程經過施工環節後，常使其原設計的安全係數消耗殆盡。約一年前的921大地震，使得施工不良的建築與公共工程完全暴露，無所遁形。欲改變國內工程普遍欠缺妥善施工品質的現狀，除了徹底落實制度上的監造機制、證照制度，加強營造廠管理及工人的職前與在職訓練等，其實另一可行之道，便是採用自充填混凝土，以省去混凝土澆置過程中，用在混凝土輸送、振動、搗實等環節上的大量人力，使「人」的因素減到最低的程度。除可確保工程的施工品質，並可因為適當的施工流程管理與人工的免除，大幅降低施工成本。
感想
1. 霖：自充填混凝土SCC算是高性能混凝土HPC的一種，除了擁有HPC的耐久性之外，SCC它還免除ㄌ施工中振動及搗實的必要，達到真正"自充填"的目的，使其完全藉由本身重力而填充至鋼筋與鋼筋間，以及鋼筋與模板間各角落。經過921大地震大家都知道：我們的施工品質真的很糟糕，工人們的自身施工道德，也許也是重要的原因之一，除了在工程技師制度上的要求之外，我們能做的，就是精英中求精英，減少大量人力，避免人的因素造成施工品質不良，而使用自填充混凝土，正能大幅縮減勞工成本及施工成本，並且在施工品質上，能夠更有效益；在環境保育方面，也能減低工地噪音，以後的每棟大樓建築，都能夠住100年以上，甚至1000年，以達到永續經營及發展的目的；使用自填充混凝土，保證子孫「住免驚」。
2. 哲：從結語知，台灣的施工品質真是每況愈下，除了人為因素外，混凝土的不良亦是一重要原因．而自充填混凝土的發明，時對建築業界是一大福音，也大大降低了危險性。
3. 憲：自從上了工程材料這門課之後，就覺得混凝土是一種很神奇的東西，可以拿來這樣用，然後還有其他可用的材料，才發現這些各式各樣的建材，都是一種令人覺得新奇的東西，沒有接觸到這些東西可能完全都無法理解吧．然後是再做報告時，因為收集了很多資料，看了很多各式各樣的東西，都覺得蠻不錯的，發覺這些東西居然能這樣用，可惜的是在看過了一些資料後，發覺雖然有著不錯的材料，還有一些專業知識，但是在台灣的一些大型工程中，有著各式各樣的人為因素，以及一些偷工減料，讓人覺得嘆息，因此，自充填混凝土剛好可以克服這樣的難題，使得這些缺點可以稍微被克服，使得建築界又燃起了新的希望。
4. 廷：隨著時代的不斷進步，種種以前的缺點也因為科技的進步而獲得改善這不僅顯現在工程材料上，在其他方面也是如此．但是在我們獲得享受的同時是不是也要相對的對我們週遭的環境做永續的經營，規劃長遠的願景，讓地球上的所有生物都能永遠的生存下去．而不是只有人類這一種生物．
910108工程材料報告
資料來源
l <<自充填混凝土工程性質及其應用>> 主編：柴西文、詹穎雯
發行者：台灣營建研究院 出版日期：中華名國八十九年九月（一版）
l 謝明宏（詹穎雯指導）「自充填混凝土之本土化研究」國立台灣大學土木
工程研究所碩士論文，1999。
l 詹穎雯「自充填混凝土簡介與相關規範」自充填混凝土產製與施工研討會
論文集，台灣營建研究院，2000。
l 柴希文、謝明宏「自充填混凝土配比設計與施工」自充填混凝土產製與施
工研討會論文集，台灣營建研究院，2000。
留言列表
