現代巨積混凝土設計探討與工程規範解析

1. 餃例回顧: 夏威夷印度教神廟基礎

美國夏威夷聖馬加艾爾凡寺的基礎，由柏克萊大學土木工程學家梅赫塔教授設計建造，作為耐用永續設計範例。基礎厚度為 1.0 公尺，採用傳統普通波特蘭水泥，並添加 F 級飛灰和機製砂石。

2. 巨積混凝土的定義與熱應力考量

巨積混凝土是指體積較大，需要控制水化熱以避免產生裂縫的混凝土。當混凝土構件澆置尺寸超過 120 公分，膠結料用量超過 390 公斤/立方公尺，或處於散熱困難的環境時，應考慮水化熱問題。熱應力是由混凝土內熱量積累所產生，當温度梯度過大時，強度不足的混凝土容易發生熱龜裂。

3. 工程會「巨積混凝土」施工綱要規範

工程會規範將巨積混凝土定義為體積達到須控制水化熱措施的混凝土。建議使用中度水化熱水泥或混合水泥（例如：高量飛灰、爐石粉或三者混合），以減緩水化熱。規範還強調構件核心温度上升和核心與表面温差的控制，最高温度差應小於 20°C，以避免熱龜裂。

4. 高量飛灰混凝土的特性

梅赫塔及馬爾霍特拉提出的高量飛灰混凝土，在極低用水量下仍具有良好的工作性。這主要是顆粒分佈良好，F 級飛灰的軸承效應，以及高性能減水劑的減水功能共同作用的結果。

5. 混凝土配比中的熱應力控制

控制混凝土配比中的熱應力，關鍵在於降低發熱成分- 水泥的用量，並提高膠結料的總量。使用波特蘭水泥類型 II (中度水化熱)或 IV 型（低熱）水泥，或混合水泥，有助於解決水化熱問題。配比應通過絕熱温度升高試驗或實際試驗，評估其適宜性。

6. 混凝土養護與保護

巨積混凝土需要比一般混凝土更長的養護和保護時間，至少 14 天以上。這主要是為了減緩熱應力和熱裂縫的產生。適當的養護方法和絕緣材料設計，有助於確保最終核心與表面温差接近大氣温度，並小於 20°C 的界限值。

7. 小結

巨積混凝土的設計與施作應考慮水化熱對混凝土結構的影響。工程會規範提供明確的指導原則，以控制熱應力和熱龜裂。透過適當的配比設計、監控和養護措施，可以確保巨積混凝土結構的耐久性和永續性。

巨積混凝土定義：規模與應用

巨積混凝土定義

巨積混凝土是一種大體積混凝土，其尺寸、體積和配筋設計與傳統混凝土結構不同。巨積混凝土定義的特徵包括其大尺寸、低熱水化率、以及特殊配筋技術的使用。

巨積混凝土類型

巨積混凝土應用

巨積混凝土可用於各種工程應用，包括：

• 尺寸：體積大，可高達數十萬立方公尺
• 配筋：使用大尺寸加勁筋，如鋼筋或預應力鋼筋
• 低熱水化率 цемент：減少放熱，防止內部龜裂
• 冷卻系統：安裝冷卻管或風扇，以控制混凝土温度
• 監測：安裝感測器監測温度、應變和龜裂

巨積混凝土優點

• 抗壓強度高
• 耐久性好
• 整體性佳
• 施工期間熱量產生低
• 可節省材料和人工

巨積混凝土缺點

• 成本較高
• 施工時間長
• 設計和施工複雜
• 需要專業經驗

巨積混凝土與傳統混凝土的比較