破解營建材料試驗報告密碼-鋼筋

□楊秉蒼／正修科技大學 土木與工程資訊系助理教授

一、前言

        鋼筋為國內結構物最常使用的重要材料之一，每年國內鋼筋使用量約為5,000,000t，所以鋼筋材料品質能否有效確保攸關結構安全性。由於鋼筋於結構體中主要扮演受拉材料之角色，所以材料偏重於降伏強度、抗拉強度、抗彎及外觀尺寸之試驗。目前國內鋼筋製程多為自動化設備輔助生產，所以品質穩定度相對較高（多為正字標記產品）。
        現階段鋼筋生產廠為使產品更具價格競爭力，目前部份鋼筋以水淬製程為主（水淬製程單價較熱軋製程單價降約500~1,000元/t），然國內現階段鋼筋施工規範及鋼筋標準圖多數仍規定鋼筋產品應為熱軋製程；惟現階段在不要求水淬鋼筋（線上熱處理鋼筋）檢定情形下，仍有承包商採用不符合之水淬鋼筋施工之情事發生，這是值得深思探討的問題。
        對於鋼筋材料檢測時機目前仍以施工前鋼筋物理性質試驗為主。然如何透過試驗報告推測材料品質之合理性，實為現今營建工程師應當學習瞭解的部份。為此，希望藉由本文觀念之建立，提升營建工程師對於報告判識之敏覺性。下列依序說明報告判識之基本態度、鋼筋試驗報告判識之重點及鋼筋材料品質監督之控管機制。
        註：鋼筋以平爐、純氧電爐或電爐製煉之鋼胚，經熱軋加工製造而成，稱為熱軋鋼筋（內外結晶組織一致）。若於軋延製程結束前，依線上熱處理原理進行控制冷卻，並利用鋼筋本身餘熱回火，造成鋼筋表面為淬火後之回火組織的鋼筋，稱為線上熱處理鋼筋，簡稱熱處理鋼筋，俗稱水淬鋼筋[外硬（回火麻田散鐵）內軟（肥粒+波來鐵）]。

二、報告判識之基本態度

        根據行政院公共工程委員會97年11月12日第0970273684號解釋函說明，有關監造單位材料抽驗或施工承包商材料檢驗之試驗報告，是否需由承攬承包商之品管人員先行初判，再由監造人員判讀疑義乙節，除契約另有規定外，屬監造單位材料抽驗之試驗報告者，由監造單位自行判讀，不須承包商品管人員初判；屬承包商依據契約執行之材料檢驗或併同監造單位抽驗辦理之試驗報告者，則由承包商品管人員初判，再由監造單位複判。由上述解釋函說明實驗室不須為試驗報告合格與否進行判識。
        一般要判斷試驗報告是否合格，應以契約（工程圖說）之材料試驗規定著手，目前工程會雖已建立公共工程施工綱要規範提供工程單位參考，惟材料試驗結果判定機制並不完整，導致監造單位於判定允收基準或扣款基準經常出現無所適從之窘境；故如何建立有效材料合格允收基準，實為重要。
        下列建議監造單位或承包商，在瞭解材料品質允收規定時，應檢視下列契約內容，以確保報告判識之有效性。
        步驟一：材料試驗項目確認。現有施工規範有一種現象，就是規定多，試驗少（選擇性）。注意若材料屬非大宗材料時，認可實驗室是否有能力執行相關試驗。
        步驟二：材料試驗規範確認。為避免有試驗規範，無認可實驗室之窘境發生，建議以普及性之國內試驗規範為主，國外試驗規範為輔。
        步驟三：材料合格允收標準確認。是否有明確之材料合格允收規定，例如試驗結果之允收最小值、最大值及合格區間等規定。
        步驟四：不合格品複驗程序確認。若試驗報告不合格時，是否有明確之複驗程序規定，包含複驗取樣範圍及數量等規定。
        步驟五：不合格品處置確認。若試驗報告不合格時，是否有明確扣款、補強、減價收受或拆除等應對機制，例如扣款比例或罰款倍數等規定。

三、鋼筋試驗報告判識

(一)簡介
        鋼筋物理性質試驗報告主要在反應鋼筋尺寸規格（節高、節距、間隙寬度及單位質量）及機械性質（降伏點、抗拉強度、伸長率及彎曲試驗）兩者是否符合CNS560規範之規定。由於鋼筋輻射非CNS560之主要試驗規定項目，所以目前並無強制試驗（一般鋼筋生產廠出場前會自主品管檢驗）。
(二)報告格式
        TAF土木工程測試領域認證特定規範TAF-CNLA-S01（5）規定之鋼筋物理性質試驗報告格式，如表1所示。


(三)合格報告規定
        依中國國標標準CNS 560之規定說明如下，表2 為竹節鋼筋質量之許可差，表3 為竹節鋼筋標稱尺度及節之尺度及表4為竹節鋼筋機械性質規定。


(四)破解報告密碼
        1.近來自動化鋼筋加工程序，逐漸受到鋼筋加工廠使用，惟此加工程序通常會使用到盤元鋼筋。此類鋼筋因原始成品為圓形捆狀，所以加工過程須進行鋼筋整直動作，此時常因滾壓整直動作，導致鋼筋節高不足之現象產生。所以加工鋼筋為盤元鋼筋時，建議鋼筋取樣時機為鋼筋整直後再取樣，目前整直之鋼筋節高多數均無法滿足規範節高之規定，選用時應特別注意，以免影響鋼筋握裹力。
        2.鋼筋依製程可分為水淬鋼筋及熱軋鋼筋，若要判定是否為水淬鋼筋（線上熱處理鋼筋），必須依據CNS 560規定之兩種方法，包含硝酸浸蝕法及維克氏硬度試驗法進行判定。目前除可銲鋼筋（W）及盤元鋼筋為熱軋製程外，其餘部分為水淬製程，所以選用上應特別注意。
        3.試驗報告標示爐號（生產批號）之目的，在於追蹤鋼筋生產來源，萬一遇到材料試驗結果出現瑕疵時，方便追縱料源，尤其是試驗出輻射鋼筋時，此時爐號的意義就非常大。雖是如此，然現階段施工單位之鋼筋採購，除少部分向鋼筋生產廠採購外，大多向鋼筋中盤商訂貨較多，由於中盤商的料源較多且複雜，中盤商告知的生產爐號是否正確有時很難判斷，所以一旦出現有問題的材料，料源無法有效追縱的機率很高。
        4.雖然CNS 560對於鋼筋規格尺寸之稱呼，有稱號（例如D13）及代號（例如3）兩種；惟TAF特定條款規定，係以稱號為主。所以施工單位在判讀試驗報告應瞭解稱號係以直徑表示。至於稱號與代號之轉換，說明如下：
        鋼筋直徑D（mm）=號數（#）× 3（mm）＋□（mm）
        註：□表示不同鋼筋號數之直徑尺寸常數。以#3~#12鋼筋為例，常數值分別為1（#3）、1（#4）、1（#5）、1（#6）、1（#7）、1（#8）、2（#9）、2（#10）、3（#11）及3（#12），例如#5鋼筋直徑為5×3+1=16mm=D16鋼筋。
        5.鋼筋規格種類有光面鋼筋及竹節鋼筋兩種。目前竹節鋼筋之規格，主要以降伏強度（SD）及可銲性（W）作區別；降伏強度分為SD280、SD420、SD490三種；其中，SD280及SD420又可分為可銲及非可銲兩種（相關規定有一定程度差距）。所以竹節鋼筋規格種類計有SD280、SD280W、SD420、SD420W、SD490等5種，若不是在這5種範圍內，表示試驗報告可能誤繕。
        6.鋼筋節高、節距及間隙寬度均為多點量測之平均值，就現階段的亂尺鋼筋而言，此三項試驗結果基本符合CNS 560規定，不過現階段的試驗結果發現，節高有偏下限的現象，節距有偏上限的現象。一般情形若有數值超過規定值之現象，即有可能為實驗室數值誤繕（例如4.27mm，誤繕為42.7mm差距有十倍），若出現此一現象，則應調閱原始數據檢視瞭解。若為盤元鋼筋前述三項數值可能要特別注意，因為盤元鋼筋為整捆圓圈型，在加工前會先進行材料整直的動作，此整直過程對上述三項數據會有一定程度的影響（尤其是節高），雖然鋼筋生產過程有補正的動作，但是否足夠備受考驗（不合格機率高），所以採用盤元鋼筋材料者，在鋼筋節高、節距及間隙寬度的部分應特別注意。
        7.現階段鋼筋單位質量之試驗，大致能符合CNS 560規範質量誤差範圍內，如果出現單位質量不合格時，其原因可能是取樣錯誤導致，或填寫申請單的錯誤。
        8.根據統計資料顯示，現階段鋼筋降伏強度多能達到規範規定之下限值（與採用水淬鋼筋有關），SD280之小號（D10~D16）鋼筋降伏強度大致介於39028 N/mm2之間（樣本數22,670支），SD280之大號（D19~D36）鋼筋降伏強度大致介於39138 N/mm2之間（樣本數2,453支）。SD420之小號鋼筋降伏強度大致介於46830 N/mm2之間（樣本數297支），SD420之大號鋼筋降伏強度大致介於46623 N/mm2之間（樣本數48,921支）。由上述統計結果顯示SD280的部分降伏強度偏高，惟應注意SD420的部分，降伏強度是否會超過上限範圍，例如SD420規定降伏強度420~540N/mm2，不合格之因素，以降伏強度超過540N/mm2以上較多。至於W級可銲鋼筋之降伏強度，目前以高出降伏強度下限約500N/mm2左右居多。
        9.根據統計資料顯示，現階段鋼筋鋼筋抗拉強度大多能達到規範規定之下限值，SD280之小號（D10~D16）鋼筋抗拉強度大致介於55636N/mm2之間（樣本數22,670支），SD280之大號（D19~D36）鋼筋抗拉強度大致介於57844N/mm2之間（樣本數2,453支）。SD420之小號鋼筋抗拉強度大致介於67136N/mm2之間（樣本數297支），SD420之大號鋼筋抗拉強度大致介於67329N/mm2之間（樣本數48,921支）。至於W級可銲鋼筋之抗拉強度，目前以高出抗拉強度下限約1000N/mm2左右居多。
        10.正常條件下，只要知道碳（C）及錳（Mn）元素之含量，鋼筋抗拉強度可透過經驗公式求得。鋼筋抗拉強度經驗公式（N/mm2）＝（30.5+（43×C（%））+（60×C（%）×Mn（%））×9.8。上述公式含碳量應介於0.20~0.50％之間。
        11.鋼筋拉降比為實際抗拉強度除以實際降伏強度之比值，主要在於避免降伏強度與抗拉強度值過於接近，降低鋼筋應有的韌性。此規定僅適用於可銲級（W）鋼筋，例如SD280W或SD420W兩種鋼筋，就明確規定拉降比為1.25倍以上。此外，根據統計資料顯示，目前非可銲級鋼筋之拉降比，大致介於1.40~1.55之間，多少降低水淬鋼筋在抗震能力之疑慮（惟須檢討剪力筋的設計）。
        12.根據CNS 560規定，鋼筋降伏點不明顯時，得以0.2%橫距法間接測定降伏點；惟根據TAF特定條款規定，當降伏點不明顯時，實驗室若無伸長計，不可出具降伏點或降伏強度試驗結果。所以現階段實驗室若無伸長計，在出現降伏點不明確時，試驗報告的完整性將受質疑。目前國內鋼筋多為水淬製程，所以小號數鋼筋（D10~D13）在製程控制不當時，會出現鋼筋降伏點不明顯的現象，極可能造成鋼筋韌性不足的現象。
        13.正常條件下，只要知道碳（C）及錳（Mn）元素的含量，鋼筋的伸長率可透過經驗公式求得。鋼筋伸長率經驗公式（%）=17.6+-0.0022×C（%）×Mn（%）。上述公式含碳量應介於0.20~0.50%之間。
        14.目前CNS 560規定鋼筋伸長率大致介於12~17%之間，惟根據統計資料顯示，現階段鋼筋實測伸長率約高於規定值下限2倍左右，約為20~35%之間。
        15.現階段鋼筋抗彎試驗除SD490彎曲角度為90外，其餘級數鋼筋之彎曲角度為180，由於彎曲試驗僅為目視判斷過程（不得有橫向裂縫發生於彎曲部分之外側或其他有害之缺陷），不合格的比率甚低。
(五)範例解析
        表5及表6為D13及D16鋼筋物理性質試驗報告及試驗紀錄資料，提供判讀參考。




五、材料品質監督控管機制

        下列針對鋼筋材料品質監督之作法，依材料生命週期（取樣、送驗及會驗）提出相關作業基準以為參考，說明如下。
(一)取樣階段
        1.廠牌確認：一般工程大多採購亂尺料進行鋼筋加工，惟多數承包商未於採購前進行鋼筋裁切規劃，僅以經驗法則選擇較長鋼筋進行鋼筋採購；在損耗的部分，僅預測性編列0.5~2.0%，就學理及實務角度觀視，並不符合常態規律；一旦加工所需之供給尺寸與需求尺寸配對結果若產生過高之損耗時，鋼筋加工廠肯定僅有換料一途（品牌差異），最後加工完成的鋼筋肯定為多廠牌的綜合體，此現象目前普遍存在於加工廠之加工鋼筋。若鋼筋加工係於工地現場時，換料情形將不易發生。所以鋼筋加工完成，監造人員對於加工鋼筋進行全面性之品牌查驗有其必要性（鋼筋材料會標示廠牌縮寫）。
        2.取樣時機：若鋼筋加工係於工地現場加工，此時應於鋼筋未加工前，於工地現場依鋼筋號數及檢驗頻率進行隨機取樣。若鋼筋加工係於加工廠進行，此時鋼筋取樣應於鋼筋材料加工完畢，未出廠前；依鋼筋號數及檢驗頻率進行隨機取樣。對於取樣而減少之鋼筋數量，應加工補足後再出廠。
        3.樣品辨識標誌：鋼筋本身為剛性之線型材料，所以監造人員取樣後，並不容易於樣品作任何標記；作法上，可先將不透明紙張置於上層，中間層為複寫紙，底層為半透明之描圖紙。在簽完姓名後，將描圖紙複寫的紙張保存，並將不透明之簽名條，以正面向外貼於膠帶內，並將膠帶貼於鋼筋上，以不影響實驗過程鋼筋修剪為止，並會同承包商送至實驗室。
(二)送驗階段
        鋼筋送驗前，監造人員應告知實驗室作好試驗前置作業，待樣品送達實驗室即可立即試驗，以避免延後試驗導致樣品被置換（調包）或實驗室出具不實報告之情事發生。由於鋼筋試驗之檢驗程序較為繁複，所以監造人員應於事前排開工務贅事，已確實做到全程會驗之動作。
(三)會驗階段
        1.樣品送至實驗室後，應在三方（監造、承包商及實驗室）會同後，再次以描圖紙核對筆跡，開始進行鋼筋末端修剪，此時標籤先不要取下。
        2.待鋼筋進行檢測時，在視線範圍內取下標籤立即作實驗，由於每家實驗室鋼筋試驗程序自動化程序不同，所以試驗過程要耐心等候，不可因其他理由，只監督一半，這可能使前半段所做的監督努力前功盡棄。
        3.試驗結果應於試驗紀錄表上簽名，並影印留底，以作為日後比對用。目前TAF已針對電腦控制之相關試驗設備，嚴格規定認可材料實驗室應備檔存查，所以試驗數據填報不實現象已改善許多。
        4.在相關試驗完成後，應將試驗紀錄交由三方簽名後，由實驗室將數據影印予監造及承包商，方可離去。
        5.實驗室在完成報告後，應以親送或郵寄方式寄予監造單位，應避免直接交由承包商造成報告可信度之危機（例如承包商偽造試驗報告等情事發生）。

參考文獻

1.楊秉蒼，為營建品質把關-不願面對的真相，詹氏書局，2010。
2.全國認證基金會（TAF），土木工程測試領域認證特定規範TAF-CNLA-S01（5）。
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