MODREN 233-1

ACI 544 .3R 鋼纖維混凝土配比、拌合、澆築及飾面規範說明
Guide for Specifying,Proportioning, Mixing, Placing,
and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete
優異國際開發有限公司編譯

Chap 1 概論

1.1 前言
　　ACI 544.3R內容包含鋼纖維混凝土(SFRC)之規範、配比設計、拌合、澆築及飾面。

1.2 SFRC概論
　　SFRC是由水泥、粗細骨材、鋼纖維及水所組成的複合材料，也包含一般混凝土所使用的波索蘭材料及添加劑。
　　一般而言，鋼纖維長度從12.7mm~63.5mm (0.5”~2.5”)，直徑從0.45mm~1.0mm。鋼纖維添加量從體積百分比0.25%~2%不等(25kg/m3 ~160kg/m3)。鋼纖維可增加混凝土許多力學性能，特別是韌性及抗衝擊性，也包含撓曲強度、疲勞強度、抗裂及抗碎的能力。
　　SFRC的性能表現82*1取決於鋼纖維的種類、含量及混凝土本身的品質。

1.3 SFRC的用途
　　對於需抵抗撓曲拉應力或軸拉的結構構材而言(如樑、柱及懸臂版)，應使用連續的抗拉鋼筋或聯合鋼筋及鋼纖維一起使用，而不能單獨使用鋼纖維。鋼纖維的作用仍是以非主結構用途的次要加強筋為主，一般用途如下：
‧水工結構
‧工業樓地板
‧耐火混凝土
‧橋面版
‧噴凝土支撐
‧噴凝土護坡 ‧薄殼結構
‧防爆抗炸結構
‧耐震結構

1.4 SFRC的規範

1.4.1 概論
　　SFRC通常由強度及鋼纖維含量規範之。強度包含抗壓強度、撓曲強度及韌度參數。其中韌度參數在ASTM C1018及ACI 544.2R有詳細的規定及討論。一般而言，對於鋪面用途我們規範SFRC的撓曲強度；結構用途則規範它的抗壓強度。常用範圍為：撓曲強度介於700~1000psi (4.8~6.9Mpa)，抗壓強度介於5000~7000psi (34.5~48.3Mpa)。鋼纖維的添加對抗壓強度並無明顯的助益，但的確可增加承受極限載重下的壓力應變。抗壓強度是一般性的規範但它卻無法表現出撓曲強度及韌度等特性。
　　對常重混凝土而言，鋼纖維的添加量一般介於30kg/m3~157kg/m3之間。高添加量會造成混凝土工作度的損失，為達到可接受的工作度損失應考慮的因素包括：澆築情況、鋼纖維的形狀及長徑比、減水劑品質及添加量等。
　　韌性(toughness)代表載重-變形曲線下所圍面積，也就是吸收能量的能力。它可以相對值或絕對值表示之。以韌性來量度SFRC的性能是很重要的，一般而言，韌性可代表SFRC抗震、抗炸、抗衝擊、抗穴蝕、抗溫度效應及其它的動載重作用下的性能。ASTM C1018是撓曲韌度參數及初裂強度標準測試方法。

1.4.2 以ASTM C1116規範SFRC
　　ASTM C1116與ASTM C94類似，包含了所有SFRC的生產方式，如預拌、配料場集中攪拌或連續攪拌。ASTM C1116有三種方式規範SFRC：
　　1.由業主規範所有SFRC的配比設計，包括水泥量、最大容許水灰比、鋼纖維及添加劑的種類及含量。
　　2.由混凝土提供商選擇配比設計，並規範SFRC撓曲韌度及初裂強度，或由業主規範撓曲強度及抗壓強度，但不可只規範抗壓強度。
　　3.與方法2相同，並另規定最小水泥含量。

Chap 2 材料

2.1 前言
　　當以ASTM C1116(纖維混凝土及噴凝土標準規範)規範SFRC，則所有水泥、骨材、纖維及添加劑都需自動符合ASTM的規定。

2.2 纖維
　　ASTM A820規定了所有鋼纖維正確的製造方式。依不同需求，鋼纖維的抗拉強度可從345Mpa~2068Mpa(50000~300000psi)。鋼纖維表面應清潔且無油漬或銹蝕。一般而言，鋼纖維長度範圍12.7~63.5mm(0.5”~2.5”)，長徑比(Aspect ration)範圍30~100。

2.3 添加劑
　　含鈣及氯等有害物質應符合ACI 318使用限制。
　　強塑劑及減水劑可使用於SFRC，而且已普遍使用。
　　建議受凍融情況的SFRC使用輸氣劑。

2.4 存放
鋼纖維的存放應避免水份濕氣等有害物質的侵入而變質，變質的鋼纖維不應被使用。

Chap 3 配比設計

3.1 前言
　　SFRC與一般混凝土相同，依不同的使用目的而有不同的含量，且需符合強度、工作度等如1.4.2節的規定。

3.2 量測工作度及黏稠度
　　SFRC的工作度及坍度量測會與一般混凝土有些許不同。容許的SFRC工作度以下列的方式量測及規範：

3.2.1 以顛倒的坍度錐量測流出時間—本方法依ASTM C995程序進行，即以標準的坍度錐顛倒置放後填充SFRC，且不加以壓密，配合標準震動棒(ASTM C31或ASTM C192)震動並自然拉起坍度錐，則SFRC完全流出坍度錐時間應介於10~30秒。此流出時間依不同的配比會有差異。高流動性的混凝土並不適合本方法。

3.2.2 坍度試驗---依ASTM C143進行標準坍度試驗來規範SFRC的工作度及黏稠度。一般而言，SFRC的坍度應介於25~100mm。坍度依不同的配比而有不同的標準，在此情況下，則應對SFRC的最大容許水灰比有所規定。

3.3 配比方式
　　良好工作度的SFRC配比可由許多經驗值中得到，典型的配比可參考表3-1。在大多數的情況下，添加鋼纖維於混凝土中並不需要改變原有的配比。需改變配比通常是因為添加量過高，在這些情況下，為維持良好的工作度則需提高細骨材含量。為避免鋼纖維結球現象則應減少粗骨材含量(<55%骨材體積百分比)，並避免過度攪拌。
　　SFRC的粗骨材最大粒徑一般應小於19mm，但較大的粒徑如38mm近來在SFRC中也已成功的運用(Tatro1987,Rettberg1986)。
　　另一提高SFRC工作度的方式便是添加一些波索蘭材料，如飛灰、爐石或矽灰等。這些添加料也可取代一部份的水泥量。

表3-1 常重SFRC建議配比

粗骨材最大粒徑9.5mm

粗骨材最大粒徑19mm

粗骨材最大粒徑38mm

水泥量kg/m³

356~593

297~534

279~415

水灰比w/c

0.35~0.45

0.35~0.5

0.35~0.55

細骨材對粗骨材體積百分比

45~60

45~55

40~55

含氣量%

4~8

4~6

4~5

鋼纖維含量(體積百分比)

變形鋼纖維

0.4~1.0

0.3~0.8

0.2~0.7

平順鋼纖維

0.8~2.0

0.6~1.6

0.4~1.4

Chap 4 模工及加強鋼筋

4.1 模工
　　組模工程依ACI 347R規範。常重SFRC(添加量<2%)與常重混凝土單位重範圍相同，約介於2306~2403kg/m3。SFRC易於組模及拆模過程中於角落處產生外露而導致危險，為免除這種危險，需削緩尖角或於組模過程中貼上壓力貼布讓角落圓緩。
　　於SFRC表面外露的鋼纖維，可經由適當的震動讓鋼纖維下沈至表面3mm以下。

4.2 加強鋼筋
　　鋼筋的組立依ACI 301規範之。當鋼纖維與鋼筋聯合使用時，應注意鋼纖維長度不得大於鋼筋最小淨間距及保護層厚。

Chap 5 配料、拌合及投料

5.1 前言
　　配料、拌合及投料程序應依據ASTM C1116及ACI 304適用部份，並依據下列修正進行。
　　承包商應提供合適的分散機具，避免鋼纖維結球產生，並應經業主方面工程師認可適用於現場及預拌廠。
　　為達到鋼纖維均勻分布於混凝土中的目的，可參考ACI 544.1R中的討論或鋼纖維生產商的經驗建議，一旦鋼纖維產生乾式或濕式結球，則不應再被使用。
　　此外，於施作前經業主要求承包商應進行規模80%的試拌，並作齡期七天的性質測試。

5.2 拌合
　　以拌合機拌合SFRC與傳統混凝土拌合方式有些許不同，其中重要的一點是鋼纖維應於濕拌狀況下添加。大部份的情況，鋼纖維可於最後一個步驟加入。本節提供兩個攪拌程序如下：
　　方法一：鋼纖維最後添加入預拌車
　　1.先量測未添加鋼纖維濕拌混凝土之坍度，一般介於51~76mm，且需大於最終工作坍度要求。混凝土的配比是以水灰比為主，設計所需的工作強度。添加減水劑是有利的選擇，但也並非絕對。
　　2.以正常的拌合程序及轉速依下述步驟添加鋼纖維。
　　3.添加分散正常的鋼纖維進入拌合機。傳統上，先讓鋼纖維通過10mm過濾篩進入漏斗，再以輸送帶送入拌合機。於輸送完畢前需全速快轉，以達均勻分佈的目的，待鋼纖維輸送完畢後，減至正常轉速，並繼續拌合30~40轉。
　　本方法已成功的運用在許多小規模工程的預拌混凝土上，並生產出品質良好的SFRC。
　　方法二：與骨材在輸送帶上混合
　　此方法是讓鋼纖維在預拌廠中與骨材一起混合輸送。在輸送過程中可以人工或分散、震動機具讓鋼纖維均勻分佈於骨材中，並避免結球或堆積。此方法適用於大量鋼纖維使用的工程。

5.3 鋼纖維結球原因
　　鋼纖維的結球通常是在拌合之前就已發生，一旦拌合之前沒有結球現象，則拌合後的鋼纖維混凝土亦不會產生結球。結球通常在輸送程序中添加過快所導致。一般而言，拌合機應具備足夠的轉速配合鋼纖維添加的速度，並在輸送帶運送過程中避免堆積發生。另外產生結球的原因可能是因為添加過多的鋼纖維(高於2%或1%高長徑比)。添加過多的鋼纖維會導致拌合流動性不足，不利鋼纖維分散而導致結球。鋼纖維若於拌合第一步驟添加入拌合機，則由於毫無分散能力亦會產生結球。濕拌SFRC產生結球通常是由於拌合過度或粗骨材含量過高(>55%總骨材絕對體積百分比)。

Chap 6 澆築及飾面

6.1 前言
　　傳統的混凝土澆築及飾面機具已廣泛的運用在SFRC，配合震動機並可避免孔隙產生。直接以手工澆築適當鋼纖維含量的SFRC，並不配合震動，已成功的運用在許多工程上。
　　SFRC澆築及飾面可以ACI304混凝土澆築規範為準則，並配合以下方法：

6.2 澆築
　　SFRC與相同水灰比的一般混凝土比較，通常會喪失些許的工作度，這種情況可配合震動機或減水劑的使用而獲得改善，千萬不可採用在預拌廠或預拌車內加水的方式處理。鋼纖維含量較少的SFRC則可直接澆築，並不需上述方法配合。一般而言，澆築SFRC仍建議配合震動機使用，以減少孔隙並增加SFRC凝聚力。
　　SFRC的水灰比需小心的控制，添加過多的水份會喪失許多SFRC的效益。一般水灰比介於0.35~0.5之間，一些特殊用途如鋪面及特殊結構等，容許較低工作度及較高鋼纖維含量者則可介於0.35~0.43之間。以最高水灰比試驗發現，添加更多的水份雖可增加坍度，但並未改變配合震動機使用的工作度，反而容易造成過多泌水及析離發生。
　　SFRC運用在狹窄斷面或配筋密集的地方，應注意鋼纖維的長度及骨材粒徑。在此情況下，骨材最大粒徑應小於9mm。

6.3 運送及操作機具
　　一般而言，SFRC的運送及操作以傳統的機具即可進行。

6.3.1 預拌車---稠度太高或拌合桶情況不良的SFRC通常會產生些許預拌車洩料的困難，良好配比的SFRC則不會有此現象。當洩料發生困難，則可考慮將預拌車開至斜坡上以幫助洩料。

6.3.2 拌合桶---拌合桶應具一定的斜度，內面應乾淨且平整，開口應大於300mm，否則在洩料時將會有困難產生。在洩料及清潔拌合桶時，可考慮以震動機配合使用以提高工作效率。

6.3.3 幫浦壓送---以幫浦機壓送SFRC已成功運用在許多工程上。含適量級配砂及添加劑的SFRC不會對壓送產生任何困難，許多報告指出配比適當的SFRC會比一般混凝土更有利於壓送。以幫浦機壓送SFRC需注意以下幾點：
　　(1)使用操作方便的幫浦壓送機。
　　(2)使用較大口徑的輸送管(大於150mm)。
　　(3)應避免使用軟質的輸送管。
　　(4)在輸送管前使用過濾網(一般50*75mm)以避免結球。
　　(5)不可壓送過濕的SFRC。由於幫浦的壓力會導致過濕的SFRC粗骨材及鋼纖維與漿體分離的現象。

6.4 飾面
　　SFRC飾面以傳統的機具即可進行，需注意的是較細緻的人工。一般平面並不需要特別的處理，鋼纖維會自然下沉不會有外露的現象。在切角處則需適當的切緩或圓緩以避免鋼纖維突出。以人工或機具進行鏝光時應小心進行，並避免過度鏝光。過度鏝光會產生過多的浮水，這會造成初凝後裂縫的發生。
　　鏝光完成後應等待至初凝後方可進行下一步的飾面工作。飾面的過程應小心進行，避免破壞混凝土面造成鋼纖維的外露。

6.5 伸縮縫
　　混凝土地板均需切鋸伸縮縫以防止混凝土的收縮開裂，一般需達地板厚度的1/3以上。切鋸伸縮縫可於混凝土終凝後即刻進行，SFRC的伸縮縫間距最多可達純混凝土兩倍以上，但仍需依據鋼纖維含量、種類、混凝土配比、地板厚度等因素而定。

Chap 7 養護
　　SFRC的養護與一般混凝土相同，需避免凍融或過熱的情況。SFRC常使用於薄斷面的構造，如鋪面等含有較高的水泥量，需特別注意它的塑性開裂。因此在澆築SFRC時需避免過度日晒及風吹的情況。

北美最大鋼纖維生產公司強度規範符合ASTM C1018 材料規範符合ASTM A820 　　　　　　CNS 1289,2A2247 《適用範圍》
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