瞭解重質混凝土

1.常重混凝土（Normal-weight concrete ）：. 含天然砂和卵石或碎石的混凝土，單位重約2300～2400 kg/m3結構上最常用的混凝土。

· 2.輕質混凝土（Lightweight concrete ）. 重質混凝土搜尋這個協作平台 重質混凝土前言摘要瞭解重質混凝土重質混凝土對現今的影響重質混凝土的用途結論協作平台地圖 瞭解重質混凝土 由密度較大之粒料，如重晶石、磷磺鐵、赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦及廢鋼所構成之混凝土，其單位重量在3200~~4800kg/m3之間，亦有高於4800kg/m3者，主要用途為核子防護。

例如：核能電廠的圍體。

  2-1-1重質混凝土的由來 一、混凝土依單位重分成三大類：   1.常重混凝土（Normal-weight concrete）：  含天然砂和卵石或碎石的混凝土，單位重約2300～2400kg/m3結構上最常用的混凝土。

[2] 2.輕質混凝土（Lightweight concrete）  含大量氣泡空隙或由輕質骨材與水泥漿混合而成，單位重2000kg/m3以下應用於結構性構造上（單位重≧1600kg/m3)，如樑、版構件，或非結構性構件，隔熱磚（單位重≦1000 kg/m3)。

[2] 3.重質混凝土（Heavyweight concrete）  含高密度的骨材，如重晶石、褐鐵礦等的混凝土，單位重在3200kg/m3以上 應用於放射線防護構造體上。

[2]   二、特殊混凝土：   混凝土具有非常多的優點，所以普遍受到營建工程人員的喜愛，但是不管如何，混凝土因為含有水及水泥，產生水化作用進而硬固，本質上即為多孔隙，易脆的材料；此嚴重限制混凝土材料的強度，降低抵抗惡劣環境侵蝕的能力，所以謀求解決之方式也因此層出不窮，求出之策略均係針對改善其弱點而作，見表1所示，這些因應對策而產生之混凝土即有所謂的「特殊混凝土(SpecialConcrete)」。

[3]重質混凝土就包含在特殊混凝土內。

  2-1-2基本性質：   重質混凝土之主要功能在於遮障X光、加瑪線和中子輻射等高輻射能之材料；一般混凝土之單位重大約為2300kg/m3，但重質混凝土之單位重約在3000kg/m3以上，其主要原因是重質混凝土中多使用金屬材料為骨材，並非一般砂石，因此導致單位重較大；同時，採用配比方法之差異亦會造成其單位重之差別，如表2即為依據混凝土骨材密度在工程應用上之分類。

[4]   重質混凝土之配比分為傳統配比及預壘配比二種方式【7、8】，表3中所表示之傳統配比方法單位重介於3040~4810kg/m3，而以預壘骨材配比方式的重質混凝土單位重介於3040~5540 kg/m3，單位重之差異是因所使用之骨材種類不同所致。

表4為依據ASTMC637中規定重質混凝土所使用之代表性骨材；表5為重質混凝土中所使用之重質骨材物理性質。

[4]   2-1-3重質混凝土之受力行為及破壞模式     重質混凝土在其水化凝結過程中,因受溫度變化、乾縮、潛變及化學作用等因素，會產生不可抗拒的裂縫，此種情形與一般混凝土類似。

混凝土硬固後具有脆性，且因為骨材與水泥漿體硬固後之母體具有不同的強度及力學性質，當混凝土承受載重時，可能因傳遞之應力不均而產生破裂。

重質骨材在混凝土內的受力結構及破壞模式與一般骨材完全不同，如表6所示。

重質骨材之勁度通常大於顆粒周圍之水泥砂漿勁度，當重質骨材混凝土承受荷重時，骨材顆粒上下方為壓力場，兩側為張力場，而輕質骨材之勁度通常小於水泥砂漿勁度，所以骨材上下方為壓力場，兩側為張力場，如圖1所示。

一般混凝土圓柱試體破壞型態可分為（a）剪力破壞（b）剪力及劈裂破壞（c）劈裂破壞三種，如圖2所示。

混凝土在抗壓試驗時，試體內會產生拉應力而致破壞，且因混凝土為複合材料，在破壞時裂縫發展路徑有兩種：一為沿著骨材表面開裂；另一種則為從骨材本身斷裂，如圖3所示。

而重質骨材混凝土因其骨材勁度較大，因此其破壞型態接近於沿著骨材表面開裂之破壞模式。

[4]    重質混凝土為輻射屏敝結構物之常用材料，其水化凝結過程中，受溫度變化、乾縮、潛變及化學作用等因素影響，亦類似一般混凝土會產生不可抗拒的裂縫。

混凝土硬固後具有脆性，且因骨材和水泥砂漿硬固後之母體各具有不同的強度及力學性質，使得混凝土本身受荷載時，可能因傳遞之應力不均而易產生破裂。

[5] 2-1-4配比特性  重質混凝土材料之理想條件為高彈性模數、低熱膨脹係數以及低彈性和潛變變形，重質混凝土配比分為傳統配比及預壘配比二種，傳統方法單位重介於3040~4810kg/m3，而預壘骨材配比的單位重介於3440~5540kg/m3。

其中，單位重之差異乃是因骨材種類不同所致。

一般常用的重質骨材，為ASTMC637規定的重質混凝土的代表性骨材。

在配比中必需有足夠的密度、適當的工作性和所需的強度，乃至化學成分的要求，水化後亦需一定的水含量以提供足夠的氫原子作為輻射遮蔽之用。

[5]   2-1-5 配比設計與試拌  藉由不同配比設計及試拌工作，瞭解重質混凝土添加鋼纖維之配置技術並評估其影響。

 在配比設計上，規劃以礦砂、鋼珠SEA 550、鋼珠SEA 660之總合佔混凝土體積的40%，並藉由試拌工作與文獻【5】得知，鋼纖維體積量之增加與工作度是成反比關係，因此選擇添加0%、0.5%、1.0%、1.5%不同含量體積比之鋼纖維於混凝土中，分別設計為配比FHC-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組；同時施作最大骨材粒徑與金屬骨材相同之一般混凝土試體 FNC-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組；另外，施作不含骨材之水泥砂漿試體FMT-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組，共12組配比試體進行比較。

所有試體皆採用固定水泥用量及水灰比W/C=0.48 ，且在重質與一般混凝土使用之骨材皆佔混凝土體積的40%，採用依此進行各項試體製作，試驗配比如表7、8、9所示。

[4]   2-1-6 混凝土試體拌製與養護   因為纖維加勁重質混凝土屬於特殊混凝土，故其施工特性與拌合過程與普通混凝土有很大的差異；而重質混凝土與一般普通混凝土之差異最主要的來源來自於使用金屬材料取代骨材，因為金屬的不吸水性以及比重較大之原因，在拌合時，為避免因材料本身比重不同致使粒料分離，以至於不宜過量搗實；而在添加鋼纖維後，為避免鋼纖維發生結球現象或是分布不均，亦應注意不可過度搗實。

而含水量是在重質混凝土配比中最須考量的因素，主要是由於氫原子能對中子輻射有較佳之吸收作用，因此，本實驗所有試體製作完成後，均置於養護池中養護，待試驗齡期到時，自養護池中取出，置於空氣中氣乾一天後進行測試各種不同的試驗，取各項試驗值的平均作為試驗值。

[4] 2-1-7重質混凝土的物理特性   混凝土是良好的防護材料，主要乃因其對中子及γ輻射具遮蔽及衰減之作用，水泥漿料中所含氫原子和高質子數之原子核，及至混凝土本身的高密度性質都能有效吸收γ射線，降低快中子速度，吸收慢中子；水泥水化後以化學鍵合型態存在之氫和氧也能有效的緩和中子流，所以適當的養護亦很重要。

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