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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 3

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
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5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
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11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

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13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
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14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

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20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
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5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 5

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
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26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
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27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

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28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
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30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
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2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
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5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
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11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

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13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
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14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

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17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

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19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

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20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 7

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 8

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
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性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

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5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 9

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
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6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 11

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 12

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 13

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
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性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 15

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
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14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
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性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

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22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 16

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 18

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

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17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

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20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

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5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
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23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 20

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 22

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
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14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 24

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
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6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 26

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 28

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
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14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
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性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

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17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

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22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
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26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 29

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
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11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

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17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
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26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 31

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

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28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

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31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


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第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
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3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
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5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
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6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
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5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
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11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

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13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

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17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
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18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

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20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

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22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
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23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 33

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

NCYU Yu-Wen Liu

20

5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
NCYU Yu-Wen Liu

21

5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

NCYU Yu-Wen Liu

22

5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
NCYU Yu-Wen Liu

23

5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
NCYU Yu-Wen Liu

24

5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
NCYU Yu-Wen Liu

25

5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
NCYU Yu-Wen Liu

26

5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
NCYU Yu-Wen Liu

27

5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

NCYU Yu-Wen Liu

28

5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

NCYU Yu-Wen Liu

29

5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
NCYU Yu-Wen Liu

30

5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

NCYU Yu-Wen Liu

31

5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

NCYU Yu-Wen Liu

32

5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

NCYU Yu-Wen Liu

33

5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
NCYU Yu-Wen Liu

34


Slide 34

第五章 混凝土摻料
5-1 摻料的發展與演變
5-2 摻料的種類

NCYU Yu-Wen Liu

1

5-1摻料的發展與演變
 1930 研發輸氣劑
 1962 ASTM 494 提及化學摻劑
 1970 減水劑問世
 1980 飛灰、爐石、矽灰 成功應用
－ 高強度Concrete (HFC)
－ 高流動化(HFC)
－ 高性能(HPC)

 目前摻劑已是必定加入的材料
－ 稱為混凝土的第四種基本材料
－ 混凝土=水泥+粗骨材+細骨材+摻料
NCYU Yu-Wen Liu

2

5-2摻料的種類


ASTM C125
－ 混凝土中除水泥、砂、石、水 以外，摻加的

材料稱為摻料(admixture)

 用以改善材料新拌或硬固混凝土性質

 摻料
－化學摻料
－礦物摻料
NCYU Yu-Wen Liu

3

5-2摻料的種類
 化學摻劑
－ 凝結調整劑
－ 減水劑
－ 輸氣劑
 礦物摻料
－ 天然卜作嵐材料：火山岩、凝灰岩
－ 人造卜作嵐材料：飛灰、爐石、矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

4

5-2-1化學摻劑
 化學摻劑
－有效的改良混凝土品質
－強塑劑為近代新增的高性能摻劑，用於高
性能混凝土
 速凝劑(ASTM Type C)
－早強 ( 特別適用於冷天)
－CaCl2 為最常見的速凝劑
－用量限制在水泥重2%以下
－高量使用可能造成 鋼筋腐蝕與緩凝
NCYU Yu-Wen Liu

5

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑(ASTM Type C)
－延緩混凝土凝結與硬化
－降低水化速率，混凝土得以維持長時間的
工作性，能夠連續澆置，避免發生冷縫
－高溫32o 以上會增加混凝土的硬化率使澆置
不易施作
－適用於大型構造物，如橋墩、基礎
NCYU Yu-Wen Liu

6

5-2-1化學摻劑
 減水劑(ASTM Type A)
－可減少混凝土拌合水量
－減低水泥用量
－改善工作性質
－提高抗壓強度
－獲得所需要的稠度
－ㄧ般減水劑可減水5-7%，中效能者約
12%
NCYU Yu-Wen Liu

7

5-2-1化學摻劑
 高效能減水劑
－又稱強塑劑
－可減水12%以上，甚至達20~30%
－大幅增加混凝土坍度，(可至20cm以上)
－是高性能混凝土之必要成分
－降低w/c至0.35以下，仍維持高工作性
－強塑劑的排斥與分散效果對混凝土流動性
扮演重要的角色
NCYU Yu-Wen Liu

8

5-2-1化學摻劑
 強塑劑常用三種:
－ 木質磺素鈉鹽
－ 磺酸化三聚氰胺一甲醛系鈉鹽
－ 磺酸化茶甲醛系鈉鹽

NCYU Yu-Wen Liu

9

5-2-1化學摻劑
 緩凝劑
－加緩凝劑可減緩C3S的水化速率
－延長混凝土的凝結時間
－適用於熱天混凝土施工或連續大量澆置
混凝土
－目前緩凝劑常以減水緩凝劑的方式使用

NCYU Yu-Wen Liu

10

5-2-1化學摻劑
 輸氣劑
－產生微小氣泡(0.01~1mm )分散於混凝土中，
中斷連續的毛細孔隙，減少孔隙水結冰膨
脹之內應力，從而具有抗凍融能力的耐久
性
－改善混凝土工作性
－具有聚凝性可減少混凝土泌水和析離現象
－有效輸氣量約混凝土體積之4-8%，輸氣愈
多，抗凍融能力愈佳，但降低強度
NCYU Yu-Wen Liu

11

5-2-1化學摻劑
 輸氣量對抗壓強度及耐久性之影響

NCYU Yu-Wen Liu

12

5-2-1化學摻劑
 抗凍劑
－在0℃以下施工時，新拌混凝土強度發展會
延遲，且因凍融而受損
－使用抗凍融劑可降低混凝土內孔隙的冰點
減少混凝土內冰凍的形成，使水泥在低溫
下仍能夠進行水化作用

NCYU Yu-Wen Liu

13

5-2-2礦物摻料
 礦物摻料

強塑劑
 礦物摻料

為高性能混凝土的基要材料

－ 天然卜作嵐材料:(Class N)
 火山岩、頁岩、浮石、凝灰岩

－ 人造卜作嵐材料(F、C級) ASTM C168
 飛灰、高爐石
NCYU Yu-Wen Liu

14

5-2-2礦物摻料
 礦物材料可取代: 1)水泥+砂
視為膠結材料
2)水泥
 卜作嵐材料含有:氧化矽(SiO2)+少量氧
化鋁(Al2O3)，本身具有微小或完全沒有
膠結性
 其微細粉末與水共同存在時，常溫下會
與水泥的水化產物CaOH起反應，形成
具有膠結性的複合物
NCYU Yu-Wen Liu

15

5-2-2礦物摻料
種類/等級

材料

ASTM規範

N

生或熟天然波索
蘭

C618

F

飛灰、瀝青煤礦

C618

C

飛灰、褐煤灰或
次瀝青煤礦，燃
燒黏土，頁岩和
火山凝灰岩

C618

矽灰
NCYU Yu-Wen Liu

性質與用途
改善耐久性和水密性；
低熱使用；
水工結構；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應
高晚期強度；低熱水泥；
巨積混凝土；
改善硫酸鹽抗力和骨材鹼質反應

高強度混凝土；
改善防水性；噴凝土

16

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料(Natural pozzolanic

material)
－浮石是最常用的天然卜作嵐材料
－天然卜作嵐材料的性質變化相當大
－大部分含有SiO2或石英(45~85%)
－ 氧化鋁(10~20%) 、氧化鐵(2~10%) 、
石灰(3~10%)

NCYU Yu-Wen Liu

17

5-2-2礦物摻料
 卜作嵐反應

水泥水化反應的副產物

卜作嵐材料與石灰或氫氧化鈣(CaOH)
混合時，反應產生 矽酸鈣(C-S-H膠體)
、鋁酸鈣、矽鋁酸鈣
 卜作嵐反應速率遠低於水泥水化反應
－ 早期強度小於純混凝土
－ 晚期強度大於純混凝土
NCYU Yu-Wen Liu

18

5-2-2礦物摻料
 天然卜作嵐材料使用前須烘乾，並研磨

至與水泥相近之細度
 用量約佔所有膠結性材料之15~35%
 卜作嵐材料可製造出耐久、水密性好之
混凝土
 水化熱與縮收性低於一般混凝土

NCYU Yu-Wen Liu

19

5-2-2礦物摻料
 人造卜作嵐材料
－ 飛灰(Fly ash)
1) 主要由燃煤的火力發電廠燒粉煤產生的副產品，
以集塵系統收集得之
2) 全世界每年由發電廠生產的飛灰約有8000萬噸，
佔飛灰總量90%以上
3) 自1940年末期，飛灰已經使用於混凝土工程與
海中結構

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5-2-2礦物摻料－飛灰(Fly ash)
4) 飛灰粒徑： 0.4~100 μm
比表面積：2000~5000cm2/g
顆粒成玻璃球體
成分中85%以上是 矽、鐵、鋁、鎂、鉀
5) 飛灰分兩類：
－F級(低鈣飛灰) ：氧化鈣含量<10%， 由燃燒煙
煤而得
－C級(高鈣飛灰) ：氧化鈣含量約10~30%，由燃
燒次煙煤而得
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5-2-2礦物摻料
 F級飛灰不具膠結性，研磨成細粉狀與水

混合時，與水泥反應產生的CaOH起卜作
嵐反應產生膠體
 C級飛灰除具有卜作嵐性質外，也稍具膠
結性

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5-2-2礦物摻料



飛灰比重約為2.0~2.5 (比水泥輕)
細度比水泥細，因此表面積較大
拌合之需水量因而增多
 大部分飛灰屬於鹼性
對混凝土增加鹼性
 飛灰的細度小，球體外形
－ 加入飛灰可以改善新拌混凝土工作性與泵
送性
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5-2-2礦物摻料
 以飛灰取代部分水泥
－有助於降低水化熱，增進長期強度(此對巨積混
凝土相當重要，如水壩、大型基礎、橋墩、橋梁)
－減少析離和浮水現象
－減少用水量，使硬化混凝土內的毛細孔含量相對
減少
－卜作嵐反應會消耗CaOH，形成C-S-H膠體，覆
蓋整個飛灰顆粒表面，互相嵌入形成連續母體，
填充膠體孔隙和毛細管孔，強化骨材介面的鍵結
性質
－改變硬固混凝土的整體孔隙結構，對混凝土的水
密性、強度、耐久性有很大助益
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5-2-2礦物摻料
 飛灰的優點
－ 增加極限強度(或晚期強度）
－ 降低溫度
－ 改善工作性及泵送性
－ 降低摻透性
－ 改善抗硫性
－ 減少骨材鹼質反應
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5-2-2礦物摻料
 飛灰的應用於內主要取代部分水泥，亦

可取代細砂
 目前的適當取代量為20% (大致上
20~25%可滿足28天強度的要求)
 巨積混凝土可達50%用量，但須注意拆
模時間，且不要求早期強度，極限強度
不需太高(25~35MPa)
 台灣地大多屬F級飛灰
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5-2-2礦物摻料
飛灰的燒失量為重
要之品質指標
－燒失量愈高，品質
越差
－依規定C或F級的燒
失量不得>6%；若是
>6%則添加量愈多，
須添加更多用水，
才能維持相同坍度
飛灰燒失量與用水量之關係（坍度相同）
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5-2-2礦物摻料
 矽灰(Silica fume)
－ 矽灰或濃縮矽灰是一種工業副產品，由矽金屬及
矽鐵合金工業的電弧爐中產出
－ 粒徑<0.1μm，比水泥細100倍
≒
－ 主要由非結晶矽酸鹽所組成(85~95%SiO
2) ，另外
有少量: 氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣
－ 重較小約2.2(平均)
－ 單位重約150~400kg/m3

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5-2-2礦物摻料
 矽灰極細，有高玻璃質含量，亦是卜作嵐
材料
－ 加入混凝土可促進早期強度
－ 對晚期強度的影響則不如飛灰

 加入矽灰的目的為製造高強度、緻密，且
耐久的混凝土與噴凝土

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5-2-2礦物摻料
矽灰有三種型態：
－矽灰漿，含矽灰50~55%(美國、挪威產最多)
－乾燥未搗實粉末
－乾搗實粉末
混凝土中添加矽灰
－增加用水量
－減少浮水現象，黏滯性大，微細的矽灰(具高表面
積)使漿體不易透水，而使餘水無法浮到表面
－沒有浮水的混凝土表面，漿會快速乾燥成為弱面，
易於產生塑性收縮裂縫
－矽灰混凝土常須採取額外保護措施，防止水分從表
面快速蒸發
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5-2-2礦物摻料
 稻殼灰
－ 由稻殼經高溫煆燒後加以研磨成灰而得
－ 細度為50-60 m2/g
－ 為多孔纖維組織，成分以二氧化矽（SiO2）
為主，含量達88-94％，氧化鈣含量極少
－ 只具有卜作嵐反應性，但活性優於爐石及
飛灰

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5-2-2礦物摻料
 添加稻殼灰於混凝土內
－ 可改善工作性，增加其黏滯性，降低析離和
泌水現象
－ 高活性的稻殼灰可提升混凝土早期強度，且
具有理想的不透水性
－ 摻加量一般只需水泥漿量的10-30％

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5-2-2礦物摻料
 高爐爐石
－煉鋼的副產品
－主要由矽酸鈣和鋁酸鈣組成(表5-4)
－細度4000-5000 cm2/g，比重2.8-3.0
－具有相當的水化活性，屬性較接近水泥
－美國波特蘭水泥協會（PCA）將它歸納為
膠結性及卜作嵐材料

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5-2-2礦物摻料
 水淬爐石粉
－ 同時具有卜作嵐材料及水化膠結特性
－ 可用以製造爐石水泥，許多國家已在一般水泥中
直接加入5％的爐石
－ 於水泥中添加20-85％爐石，稱為波特蘭爐石水泥
－ 70％爐石與30％石灰混合者，稱為石灰爐石水泥
－ 直接摻加於混凝土內應用，可改善新拌混凝土工
作性降低用水量，減少水化熱，提高混凝土強度
及耐久性
－ 適用於基礎構造物、水壩、海岸及港灣結構物
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