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阿姆坪防淤隧道工程之巨積混凝土材料經驗分享北區水資源局

  發刊期數:第0426期/ 發布日期:110/03/12

阿姆坪防淤隧道工程的混凝土用量約26萬6,000立方公尺,是本工程結構體主要材料,其中,沖淤池基礎底板厚度高達1.5公尺,如此厚度已屬巨積混凝土,在材料選用、配比、澆置、搗實、養護等過程會較一般混凝土品質維持更加不易。

  • 圖1-溫度裂縫示意圖圖1-溫度裂縫示意圖

簡扼介紹拌混凝土的材料性質,預拌混凝土是由水泥、水、細粒料、粗粒料及選用摻料(可能有爐石粉、飛灰、化學摻料)等性質不同材料於工廠內預先拌和而成,期間經過原料生產、運送、儲存及生產拌和,並經由預拌車運送至工地現場。而預拌混凝土經過拌合會產生水合作用,並會伴判隨此作用的同時發生水化熱,故當製作混凝土體積過大時(最小澆置尺寸達120cm以上),其固化中心與表面會產生溫度差異,並造成混凝土表面產生裂縫,這就是所謂的溫度裂縫(如圖1所示)。

  • 圖2-巨積混凝土溫度即時監測系統架構示意圖圖2-巨積混凝土溫度即時監測系統架構示意圖
  • 圖3-監測儀器作業圖圖3-監測儀器作業圖.

在解決此問題的過程中,我們進行混凝土配比設計,並進行巨積混凝土配比試驗(使用物料之檢試驗、配比調整試拌與配比資料庫及試產試驗),透過調整混凝土材料取得最佳配比,且透由實驗得知,混凝土水膠比對水化溫度之影響較小,然在相同水膠比下,以爐石飛灰取代水泥量40%~60%可大幅降低水化溫度。在實際施作的過程中,先預埋溫度感應器並在感應器前端將訊號數位化,經由訊號線彙整在分散式智慧節點上,再將所有資料透過資料擷取與無線傳輸模組傳送到物聯網閘道器,經行動網路將監測資料傳到遠端伺服器,藉此得知混凝土心溫數據(如圖2、圖3所示)。

  • 圖4-分塊R20巨積混凝土溫度監測結果圖4-分塊R20巨積混凝土溫度監測結果
  • 圖5-分塊R20巨積混凝土溫度歷時曲線圖5-分塊R20巨積混凝土溫度歷時曲線

使用巨積混凝土後,以本工程工淤池分塊R20為例(如圖4所示),進行成果分享。最大心表溫差為21.8℃,其發生於混凝土澆置後約45hr,時間約為7月19日5時7分。此時,環境溫度為24.8℃,表溫為45.3℃,混凝土最大溫度(心溫)為67.1℃(如圖5、圖6所示),剛在降溫階段。由前述結果可知,透過對材料的選擇與試驗,對混凝土完成面能產生截然不同的表現,而這僅僅是我們對單一材料所進行的研究與探討,而要成就一件工程,背後的工法、材料,均是廣集工程前輩的經驗及專家學者的研究成果。

  • 圖6-分塊R20巨積混凝土心表溫差歷時曲線圖6-分塊R20巨積混凝土心表溫差歷時曲線
  • 圖7-分塊R20巨積混凝土完成面圖7-分塊R20巨積混凝土完成面

每一件重大工程後面的細節是如此繁多,每一個成功都是不可複製的。土木工程尤其繁雜,工程工法、工程材料等已開枝散葉、繁不可數,每接觸到一件新工程就要重頭開始學習,這是工程人員所要持續努力的地方,但這也是工程人員的專業所在。