預拌混凝土施工品質管理

□邱欽璋

一、前言

        『行政院自民國八十二年十月開始頒行「公共工程施工品質管理制度」推動建立三級品質管理系統，包括上級主管機關的「施工品質評鑑系統」，工程主辦單位的「施工品質保證系統」及承包商的「施工品質管制系統」等三個層次藉以推動營建業ISO9000之品質管理，以確保公共工程施工品質。
        品質管理和保証系統基本上是經由政策，落實於作業程序，經由管制，養成習慣的品質作業系統，它是一項持續改善，逐步促使品質走向盡善盡美的作業架構，工程品質提昇基本須做到每個協力廠商的組合及配合達到物超所值，我們要講求的應該不僅止於施工過程的品質管理，而應該是涵蓋全面，從上到下，一氣呵成的全面品管。

二、品質的定義及控制

(一)品質的定義
        基本上品質有主觀及客觀上的標準，主觀上所謂『物有所值或者是物超所值』謂之有品質，客觀上則是利用科學上之檢驗及觀察、記錄及分析物品或服務是否達到所訴求的標準值，以商品而言往往有價位、等級之分，但是價位與等級並一定表示品質之高低，品質之標準混合於商品益本比、商品壽命乃至於購買者心靈的感觀之上，由於品質之定義，在不同的時代有著不同的解釋與義意，而其隨時代的(The International Organization for Standardization)於1987年制訂ISO 9000系列品質管理與品質保證標準時，定義品質為「產品或服務的總合性特徵與特性，此種總合性的特徵與特性使得產品或服務，具有滿足顧客明訂的或潛在的需求之能力」或許正可以做為長久以來，有關品質的諸多不同定義，終於統合並趨於明確之後，成為世界共通且共同的標準。
(二)品質控制
        傳統的製造業包含兩大部門，即生產部門及品管部門，生產部門主要的任務是以既定的方式生產足夠數量以上的產品，而品管門則是負責找出不良品，以避免產品流出造成客戶的抱怨及賠償問題。
        由於鑑定成本過大，品管檢驗之效率不佳，而有統計品質管制(Statistical Quality Control, SQC)，經過適當統計原理、設計需要的規格條件及抽樣方式，做為鑑定的依據。
        而製程品質管制(Statistical Process Control, Spc)係指一套自製程中蒐集資料，加以統計分析，及時發覺異常現象，並立即採取修正行動，使製造活動及產品恢復正常的方法。
        製程品質管制方法，主要是利用統計圖作為品質分析的工具，並利用所謂品管七工具，找出品質不良的原因，以改善製程能力來生產較優良的產品。在預拌混凝土的生產中，利用管制圖作為品管工具的，有典型的Shewhart管制圖見於ACI 214推薦性混凝土強度試驗結果評估實務中，在ACI 214中對混凝土抗壓強度的變異，設訂之總體變異(Overall-Tast Variation)及組內變異(Within-Test Variation)的品質控制標準，才是生產者應重視的。
(三)如何做好品質保證
        預拌混凝土產制時，其品質管制活動是否具有成效，在於企業是否能體認「品質是製造出來的」，因此以生產者的角度，面對品質管理及品質管制，建立有效的品質保證系統，才是確保預拌混凝土具有品質的基本之道。
        1.品質保證
        在全球一片經濟不景氣中，中國大陸、東南亞等地因擁有人力充足、勞資便宜之投資誘因，導致三次加工客戶相繼外移設廠，反觀國內工資及勞力條件，人力成本仍為大陸數倍之多且缺乏不足，兩相比較之下，國內廠商的競爭決勝點就在於品質要好、交期要準，也就是要做到「品質保證」：
        品質要好→須有訓練有素的人員，遵守正確的操作條件，使用正常的設備來生產；此外，生產物流要順暢，人員合理化，設備自動化，並達到零客訴。
        交期要準→應事前做好生產排程，製程維持穩定，運交準時安全。

三、混凝土材料的選擇

(一)粒料
        混凝土的粒料須符合CNS 1240之規定，應為潔淨之天然河沙或品質良好山礦石所製造之人造砂，海砂（包括沿海地區地下挖出之砂）含有有害鹽份，不得用做混凝土細粒料（但該粒料經工程認可後亦可使用）
        骨材可區分為粗骨材及細骨材兩種：
        細骨材：係指能全部通過10mm（3/8 in）篩孔之重量百分比須達85%以上之骨材。
        粗骨材：指停留於（3/4 in）篩孔之重量百分比達85%以上者。
        骨材的最大尺寸由模板間距離，及相鄰鋼筋之淨空來決定且不得大於下列規定。
        1.模板間最小間距五分之一。
        2.樓板厚度之三分之一。
        3.鋼筋最小淨距四分之三。
(二)水
        一般而言，可飲用無味道的飲用水可用來拌合混凝土，但有時非飲用水亦可用來製作好品質的混凝土。檢定拌合水是否適用可依照ATSM, C94或CNS 1237之標準加以檢定。水中的有機物有時對混凝土的品質有致命的傷害。
        拌合水中若含有鎂鹽、鋅鹽等將會降低混凝土的強度及改變正常凝結時間。硫化鈉對混凝土有相當程度的傷害，海水不適用於鋼筋混凝土或預力混凝土，由於海水中含有鈉鹽及鉀鹽，避免使用可能有鹼反應的骨材。使用海水亦容易產生白華。
(三)水泥
        波特蘭水泥為水化水泥（矽酸鹽水泥），主要成份為矽酸鈣。水泥與水反應而硬化，此過程為水化反應。水泥與水一接觸即產生水化反應。水化產物形成促使水泥逐步硬化及強度發展。（強度發展可能持續50年），水泥本身不是粘結料，但水化的結果產生膠結性質，當水泥水化產物在有水的環境中能夠維持穩定。
        波特蘭水泥的類型：
        第Ⅰ型─普通波特蘭水泥（一般用途）
        第Ⅱ型─一般抗硫酸鹽水泥
        第Ⅲ型─早強水泥
        第Ⅳ型─低水化熱水泥
        第Ⅴ型─抗硫酸鹽水
(四)礦物摻料
        混凝土、加礦物摻料的目的為何？
        1.減少混凝土水化熱
        2.減少混凝土體積變化及進裂。
        3.增加水密性，減少滲透性。
        4.減少或阻止鹼骨材反應
        5.降低成本（部份代替水泥）
        6.資源再利用
        礦物摻料有：(台灣一般常用爐石、飛灰)
        1.爐石
        2.火山灰
        3.飛灰
        4.矽灰
        其他摻料如：
        1.化學材料如(早強劑、緩凝劑)
        2.輸氣材料
        3.減水劑
        其對混凝土性能改善如下：
        1.提高混凝土工作性
        2.減少用水量
        3.減少水泥用量
        4.增加混凝土之耐久性、安定性、及水密性         5.調整混凝土水化作用時間，以利各種特殊地區施工所需
        6.減少骨材之鹼性反應，增強混凝土晚期強度
(五)添加劑
        減水劑通常被添加到混凝土以減低水灰比，或在不改水灰比之情況下，改進其工作度，對於一般之減水劑，其減水效能約在5%到10%，同時會增加空氣含量0.5度～1%。高性能減水劑（強塑劑）可減水到12%～30%，同時也可增加空氣含量約在1%左右。
        不同的礦物添加料對混凝土的需要及空氣含量，有不同的效應，飛灰的添加一般會降低需水量，也減低空氣含量，矽灰的添加，將會增加需水量，減低空氣含量。若含有氯離子的添加劑會使混凝土內鋼筋之腐蝕。

四、材料配合比例

(一)混凝土中組成材料的絕對體積比如圖1
(二)級配是骨材的粒徑分布如圖2篩分析
(三)混凝土一般料配合比例設計(參考範例)如表2

(四)水灰比
        1.水灰比（W/C）
        為拌合水重量與水泥重量之比值，如果混凝土中含有波索蘭材料時，水灰比之定義應為水重與水泥加波索蘭材料總量之比值，一般以W/(C+P)表示。
        2.ACI配比設計的步驟
         (1)瞭解配比設計所需之材料試驗及混凝土性質
         (2)決定混凝土的目標強度
         (3)選定坍度
         (4)決定粗骨材之最大粒徑
         (5)決定單位體積，混凝土所需之用水量
         (6)決定水灰比
         (7)計算水泥用量
         (8)估計混凝土中之空氣含量
         (9)決定單位體積之粗骨材用量
         (10)決定砂之單位體積用量
         (11)依照骨材之吸水率及表面含水率調整
         (12)列出所有各種材料之用量
        3.舉例說明（水灰比設定）考慮游離水
        細骨材游離水含量測定
        溼砂重：W1
        乾砂重：W2
        游離水含量百分比
        細骨材游離水重＝細骨材重×
        粗骨材游離水重＝粗骨材×
        Ps.粗骨材重＝石１＋石2總重
        粗骨材游離水含量百分比預估1%
        水重：W3
        水灰比＝
        舉例說明：
        （試驗）溼砂重736 g乾砂重680 g
        
        細骨材重（砂1）：1480 kg
        粗骨材重（石1＋石2）：2160 kg
        水重：250 kg
        水泥重：950 kg
        
        
        

五、混凝土施工控制

(一)拌合：
        所有混凝土組成材料必須在拌合鼓中充份攪拌均勻。每一盤之混凝土拌合量應依原機械設計容量，(15-23轉/分)不可因加速出料之需求而使拌合鼓在超負荷下攪拌或未達一定拌合時間即出料（一般為60至120秒），拌合機之葉片有嚴重磨損時應儘速加以更換，葉片上附著大量硬化混凝土時也會降低拌合效果，一般最好在每天出料完後即加以清理，經常保持葉片之清潔狀態。
        為確保混凝土在拌合鼓中得到充份的攪拌，使每部份的混凝土之單位體積重，空氣含量、坍度、粗骨材含量均勻，可依ASTM C94進行混凝土均勻性試驗。
(二)澆置：澆置前準備，應查驗模板、鋼筋及埋設物，並經業主確認。
        1.鋼筋檢驗：
         (1)設計圖應詳加對照查看。
         (2)鋼筋之直徑與根數應確實遵照。
         (3)錨定與搭接長度要符合規定。          (4)配筋時排列位置應適當。
         (5)保護層之適當預留。
         (6)搭接時應儘量錯開。
         (7)鋼筋表面之污泥、油漬應予清除以加強握裹力。
         (8)鋼筋應予支墊並紮牢。
2.模板檢驗：
         (1)模板及有關材料之規格
         (2)模板配置位置及高程和尺寸
         (3)模板支撐穩固狀態
         (4)澆置混凝土高度之水平標記
         (5)模板緊密度或防止漏漿之措施
         (6)模板面處理情況
        3.混凝土澆置前
        (1)混凝土自拌和，輸送至澆置應連貫作業不宜中途停頓，須在一定時間內完成。
        (2)模板、鋼筋需以水冷卻溫度或濕潤。
        (3)澆置時間自拌合完成後90分鐘內完成澆置。
        (4)如有不適澆置，可適當調整。
        (5)澆置應視情況分層，分段、分區澆置。
        (6)柱牆版同時澆置需俟柱牆達無塑性(約2～3小時)方可澆置面版。
(三)混凝土澆置中之搗實
        混凝土之搗實應採用符合CNS 5646(混凝土內之棒形振動器)規定之振動棒(或稱內部振動器)，但經工程師之許可者，得採用符合CNS 5648(混凝土模板振動器)規定之外部振動器(即外模振動器)或其他有效搗實器具。
        振動棒應盡量垂直緩慢插入混凝土中，不得以接觸鋼筋或模板作振動，一點振畢拔出時，應緩慢並保持振動棒垂直。振動棒每一插入點之振動時間應在5～15秒之間，以能充分搗實混凝土排除其中之氣泡為原則。充分搗實係指混凝土不再排出大氣泡、顏色均勻且表面上粗粒料若隱若現。禁止過度振動或以振動棒移動混凝土。
        振動棒應插入前次澆注混凝土內，其進入前層混凝土深度應約為10cm。
        外模振動器必須固定附著於模外，其分布應均勻以獲得最佳效果。
(四)混凝土澆置後之養護
        在以濕氣養護混凝土時，若濕氣中斷而使混凝土之內部相對濕度降至80%以下時，其強度之發展即告停止，當濕氣養護再繼續時，強度發展又再進行，混凝土之養護應自澆置後即開始，直至其具有足夠之強度及不透水性。混凝土內的水份損失將造成混凝土之收縮，進而產生張應力，如果此時混凝土尚未具有足夠強度時，即會造成表面開裂現象。
        當混凝土的溫度下降時，其強度之發展將隨著減緩，若溫度降至10℃以下時，其早期強度之發展將受到不利之影響。近年來，混凝土成熟度的觀念常被用來評估其早期強度發展受溫度變化之影響，成熟度之定義為混凝土在一定基礎溫度以上之養護溫度與材齡之乘積。
        養護方法：
        一般混凝土可以下列三種方法來維持其濕度：
        1.利用混凝土表面淹水，表面濆霧灑水及以濕布覆蓋方式，此法在熱天時有效。
        2.利用不透水布，或濆灑養護劑在混凝土表面，使其內部水份與大氣阻絕，達到防止水份散失的目的。
        3.提供熱氣及混氣以加速其強度之發展。

六、結論與建議

        預拌混凝土及水泥製品為土木建築工程主要材料之一，而預拌混凝土廠，亦大部份為公共工程之協力供應廠商，公共工程品質，有賴於協力供應商供應高品質的產品，使工程進行順暢，施工安全，符合規範要求，以達到適用性、耐久性、安全性之使用條件。
        優良的混凝土結構物在適當的配比下，是一種具耐久性質之材料，但在級配及配比設計時須考慮其經濟性、強度、及水密性一般混凝土，水灰比良好為0.42～0.51之間，則滲透係數近似為零，強度為4000 psi以上為佳，骨材最大粒徑為1 inch，採密級配，設計坍度18 cm以下為佳，氯離子含量依水泥重量計不得超過0.30 kg/cm2，任何連續三組強度之平均值均高於規定之fc’。無任何一組強度低於規定fc’之值或超過35(kg/cm2)
        建議：
        1.定期舉辦學術研討(訓練)會
        2.建立混凝土品質管理制度
        3.健全預拌混凝土管理法規
        4.改善發包制度
        5.實施年度預拌混凝土工會評鑑制度(ISO組織外)
        6.落實三級品管

參考文獻

1.經濟部中央標準局，『品質管理與品質保證標準』。
2.Chatfield, J「科技統計」曾慧鶯譯，科技226頁。
3.交通部公路總局，「公路工程品質保證」
4.中國土木水利工程學會(土木402－80)民國84年1月。
5.科學技術叢書，(土木材料)三民書局。
6. 材料工程研究系列叢書，林志棟、陳繼禹著，86年5月。