第三章 混凝土骨材 土木與水資源工程學系 劉玉雯

第三章 混凝土骨材 3-1 骨材的種類 3-2 骨材的性質 3-4 骨材的級配 3-5 篩分析 NCYU Yu-Wen Liu

混凝土骨材 骨材=粒料 應用於 水泥混凝土 瀝青混凝土 石膏 濾牀 鐵道底渣 道路路基 基礎填方 級配層 NCYU Yu-Wen Liu

混凝土骨材 分為 天然骨材：河砂、河石、陸上砂 石、天然輕骨材 人造骨材：碎石、碎砂、爐渣、人 造輕骨材 依大小 粗骨材 細骨材 NCYU Yu-Wen Liu

3-1 骨材的種類 依來源的製造方法 依顆粒大小分類 依密度分類 NCYU Yu-Wen Liu

3-1 骨材的種類 水泥混凝土 瀝青混凝土 主要骨材： 骨材的分布未具普遍性 開採方式： 砂 碎石 卵石 露天開採 挖掘 NCYU Yu-Wen Liu

3-1 骨材的種類 處理過程： 以卡車送至處理廠 主砂碎 及破碎 依顆粒大小篩分 以清水洗濯砂及黏土 最後依規定的粒群分別儲存 主砂碎 及破碎 依顆粒大小篩分 以清水洗濯砂及黏土 最後依規定的粒群分別儲存 NCYU Yu-Wen Liu

3-1-1 依來源的製造方法 天然骨材：從河溪流域或陸上礦石直接採取 人造骨材：經過破碎或採石場取得之骨材 顆粒較細的砂是由各種岩石 而成 所得之砂石料 人造骨材：經過破碎或採石場取得之骨材 顆粒較細的砂是由各種岩石 而成 ，其化學成分主要為石英 人造砂大都是利用岩石，礫石碎化而成，具有尖銳、多角的不規則形狀 風化 分解 天然 人造 NCYU Yu-Wen Liu

3-1-1 依來源的製造方法 天然的卵石或礫石外型多為渾圓形 碎石是指岩石、巨大礫石或大卵時由機械破碎而成的骨材 骨材的抗壓強度平均值約為50~200(Mpa) 0.7~28(ksi) 骨材抗壓強度低於70Mpa(10ksi)者，不適用於造水泥混凝土 天然 人造 NCYU Yu-Wen Liu

3-1-2 依顆粒大小 依大小分 粗骨材≧4.75mm(3/16in) 一般房屋結構的混凝土粗骨材，最大粒徑為3.75cm(3/2in) 3-1-2 依顆粒大小 依大小分 粗骨材≧4.75mm(3/16in) 細骨材150μm~4.75mm (0.006in~3/16in) 一般房屋結構的混凝土粗骨材，最大粒徑為3.75cm(3/2in) 巨積混凝土，如水壩，最大粒徑達15cm(6in) NCYU Yu-Wen Liu

3-1-3 依密度分類 混凝土骨材依 容積單位體積重 分成 常重 一般介於 1520~1680kg/m3 (95~105 pcf) 3-1-3 依密度分類 混凝土骨材依 容積單位體積重 分成 常重 單位重 輕質 重質 天然礦物骨材，其比重約為2.3~2.8 單位重：包含空隙體積的條件下(乾燥狀 態)，量測骨材的密度時，該密度 稱為單位重 一般介於 1520~1680kg/m3 (95~105 pcf) NCYU Yu-Wen Liu

3-1-3 依密度分類 常重骨材(Normal-Weight Aggregate) 3-1-3 依密度分類 常重骨材(Normal-Weight Aggregate) 碎石、礫石與天然砂都屬於常重骨材 比重約 2.6~2.65 常重骨材的單位重約為1520~1680kg/m3 輕質骨材(Leight-Weight Aggregate) 單位重小於1040kg/m3(65pcf)的骨材稱為 輕質骨材 NCYU Yu-Wen Liu

3-1-3 依密度分類 重質骨材(Heavy-Weight Aggregate) ex.頁岩、泥岩、板岩加熱~ 3-1-3 依密度分類 天然輕質骨材：ex.火山岩.如 浮石、蛭石、 火山岩渣 人造輕質骨材：加熱膨脹~氣體孔隙含入 ex.頁岩、泥岩、板岩加熱~ 重質骨材(Heavy-Weight Aggregate) 重質骨材—是一種高密度的骨材 主要用以製造重質Concrete 可防止輻射及爆炸之防護 NCYU Yu-Wen Liu

3-1-3 依密度分類 單位重 2400~6400 kg/m3 (150~400 (pfc)) 平均單位重≒3300~4200kg/m3 3-1-3 依密度分類 單位重 2400~6400 kg/m3 (150~400 (pfc)) 重晶石(BaSO4 )：平均單位重≒2400kg/m3 氧化鐵：ex.褐鐵礦、赤鐵礦經處裡 平均單位重≒3300~4200kg/m3 鐵料則可以製造重質混凝土 單位重≒4880kg/m3 NCYU Yu-Wen Liu

3-2 骨材性質 比重及含水量 孔隙率 單位重及孔隙 強度及彈性模數 抗磨性 NCYU Yu-Wen Liu

3-2 骨材性質 骨材可直接當營建材料使用 ex： 1.路基級配 3.水泥混凝土 對水泥混凝土或瀝青混凝土的骨材選用 3-2 骨材性質 骨材可直接當營建材料使用 ex： 1.路基級配 3.水泥混凝土 2.鐵道路渣 4.瀝青混凝土 對水泥混凝土或瀝青混凝土的骨材選用 必須考慮： 1.力學性質 2.化學性質 3.物理性質 NCYU Yu-Wen Liu

3-2 骨材性質 骨材的選用，應考慮以下各項性質 1.比重 2.含水量及吸水率 3.孔隙率 4.收縮 5.抗壓強度 6.彈性模數 7.抗磨性 3-2 骨材性質 骨材的選用，應考慮以下各項性質 1.比重 2.含水量及吸水率 3.孔隙率 4.收縮 5.抗壓強度 6.彈性模數 7.抗磨性 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 比重 材料單位體積質量與同溫度同體積下蒸餾水質量的比值 比重＝ NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 骨材含水狀態 乾燥 氣乾 面乾內飽和 潮濕 Even Dry O.D Air Dry A.D Saturated 3-2-1 比重及含水量 骨材含水狀態 Even Dry O.D Air Dry A.D Saturated Surface dry SSD 乾燥 氣乾 面乾內飽和 潮濕 有效吸水 吸 水 量 表面水 總 含 水 量 單位體積重 wet NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 吸水率→只骨材顆粒內部孔隙所吸收 的水分，稱為 SSD 表面含水量：含骨材顆粒表面的水分 則稱為表面含水量 3-2-1 比重及含水量 吸水率→只骨材顆粒內部孔隙所吸收 的水分，稱為 SSD 表面含水量：含骨材顆粒表面的水分 則稱為表面含水量 吸水率(%)= ×100 S.S.D.重－O.D重 O.D重 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 含水量(%)= ×100 Wet重－O.D.重 O.D. A.D SSD Wet O.D.重 3-2-1 比重及含水量 含水量(%)= ×100 O.D. A.D SSD Wet 含水量>吸水率→Wet 含水量<吸水率→A.D. Wet重－O.D.重 O.D.重 吸水率(量) NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 粗骨材的 吸水率 <細骨材 表面含水量 工地現場上的細骨材表面含水量在3~6% 下雨後表面含水量在10% 3-2-1 比重及含水量 粗骨材的 吸水率 <細骨材 表面含水量 工地現場上的細骨材表面含水量在3~6% 下雨後表面含水量在10% NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 濕脹：砂的表面含水量會造成體積膨 脹，稱為濕脹 粗砂~15% 細砂~oven35% NCYU Yu-Wen Liu 3-2-1 比重及含水量 濕脹：砂的表面含水量會造成體積膨 脹，稱為濕脹 粗砂~15% 細砂~oven35% 含水量 粗砂 細砂 1.0 2.0 3.0 4.0 體積膨脹(%) NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 容積比重與視比重 O.D A.D SSD (bulk specific gravity) 3-2-1 比重及含水量 容積比重與視比重 O.D A.D SSD 容積比重= (bulk specific gravity) 由圖體加孔隙體積計算之骨材密度 水之密度 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-1 比重及含水量 視比重= 由圖體體積所計算之骨材密度 水之密度 骨材在混凝土中佔70~90% 3-2-1 比重及含水量 視比重= (apparent specific gravity) (S.S.D 約 2.5~2.8) 骨材在混凝土中佔70~90% 由圖體體積所計算之骨材密度 水之密度 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-2 孔隙率 孔隙率= = 凍融問題 孔隙率也會影響骨材的 強度 從而影響 新拌混凝土 性質 滲透性 硬固混凝土 吸水率 孔隙體積 3-2-2 孔隙率 孔隙率= = 凍融問題 孔隙率也會影響骨材的 強度 從而影響 新拌混凝土 性質 滲透性 硬固混凝土 吸水率 孔隙體積 顆粒總體積 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-3 單位重及空隙 單位重=乾搗單位=乾鬆單位重 常重骨材：1500~1700 kg/m3 輕質骨材：160~1100 kg/m3 3-2-3 單位重及空隙 單位重=乾搗單位=乾鬆單位重 單位重= 常重骨材：1500~1700 kg/m3 輕質骨材：160~1100 kg/m3 重質骨材：>2400kg/m3 乾搗 體積 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-3 單位重及空隙 Ex. 單位重 if知V→W=r．V 可得知骨材重 空隙含量= 解釋： 水密度 單位重 比重 V孔 3-2-3 單位重及空隙 Ex. 單位重 if知V→W=r．V 可得知骨材重 空隙含量= 解釋： 比重 水密度 單位重 V孔 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-3 單位重及空隙 空隙含量 一般→30~50% 細骨材→35~40% 粗骨材→30~50% 骨材的粒徑越大→空隙含量越小 3-2-3 單位重及空隙 空隙含量 一般→30~50% 細骨材→35~40% 粗骨材→30~50% 骨材的粒徑越大→空隙含量越小 骨材的空隙含量越多→所需水泥將越多 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-3 單位重及空隙 混合骨材可得較小之空隙率 40%砂+60%石→其空隙含量最低 空隙率 含砂量 No.4~1/2” 30 20 10 3-2-3 單位重及空隙 混合骨材可得較小之空隙率 40%砂+60%石→其空隙含量最低 空隙率 30 20 10 含砂量 40 No.4~1/2” NCYU Yu-Wen Liu

3-2-4強度與彈性模數 骨材的抗壓強度承自母岩的抗壓強度 混凝土強度主要由水泥漿決定 Why？∵骨材強度>水泥漿強度 彈性模數比例限度以下 比例限度以下 ε σ NCYU Yu-Wen Liu

3-2-4強度與彈性模數 水泥混凝土的E會隨著骨材E值增加而增加，其潛變、收縮也受到骨材E的影響，但不顯著 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-5 抗磨性 磨耗性質-指骨材與其他材料or骨材間的磨損特性 也是間接判定骨材堅硬程度的指標 3-2-5 抗磨性 磨耗性質-指骨材與其他材料or骨材間的磨損特性 也是間接判定骨材堅硬程度的指標 磨耗-由摩擦力，衝擊or兼合兩者所形成， 力學磨損or岩石表面刮痕 硬度-用未量度材料抵抗變形、刻紋or刮痕的能力 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-5 抗磨性 需顧慮磨耗特性之工程： 1.道路 2.舖面 3.跑道 4.溢洪道 5.排水溝 NCYU Yu-Wen Liu

3-2-5 抗磨性 骨材的抗磨性一般利用洛杉磯磨損試驗 (ASTM C131) 高強度concrete≦40%磨損 3-2-5 抗磨性 骨材的抗磨性一般利用洛杉磯磨損試驗 (ASTM C131) 高強度concrete≦40%磨損 一般concrete≦50%磨損 NCYU Yu-Wen Liu

3-3 骨材級配 級配(顆粒分析)：在一定粒徑範圍中，各尺寸骨材所佔有的體積或重量比例的分佈情形 級配是混凝土一項重要指標，可影響其性質。如： 1.配比 5.勁度 2.工作度 6.潛變 3.經濟性 7.收縮 4.孔隙率 NCYU Yu-Wen Liu

3-3 骨材級配 適當的規範級配可降低孔隙率，即可降低膠結材料(水泥) 同一粒徑之級配其孔隙率大 級配不僅顯示各別骨材的粗細，也同時表示粗細骨材混合的情形 篩分析：骨材混合的顆粒分佈測定法。各國規範不一致，但大同小異 NCYU Yu-Wen Liu

3-3 骨材級配 連續級配or緻密級配：包含由大而小的所有標準粒徑，可得理想的 緻密度 最少的孔隙 跳躍級配 ：骨材中缺少某一粒徑的顆粒 連續級配 （or多個粒徑） NCYU Yu-Wen Liu

3-3 骨材級配 混凝土配比設計 ASTM規定表(表3-3)(表3-4) 最重要的目標就是以最少水泥漿得到最大密度並能滿足所需的品質及強度 NCYU Yu-Wen Liu

3-3 骨材級配 骨材級配會影響新拌混凝土的工作性 如：混凝土之搗實性、修飾性 與泵送性 影響硬固混凝土性質： 如 1.強度 2.密度 如 1.強度 2.密度 3.耐久性 NCYU Yu-Wen Liu

3-4 篩分析 篩分析： NCYU Yu-Wen Liu

3-4 篩分析 全篩：篩孔大小為上一號or下一號之一 半or2倍的篩孔淨距 半篩：至於非1/2或2倍者。Ex：1in¢1/2in 3-4 篩分析 全篩：篩孔大小為上一號or下一號之一 半or2倍的篩孔淨距 半篩：至於非1/2或2倍者。Ex：1in¢1/2in 25mm¢37.5mm 篩分析曲線 a.優良級配：凹形 b.不良級配：陡直形 c.跳躍級配：階梯形 50 100 c b a 含量多之孔徑(3/8”) 連續級配 短缺孔 3/8” 通過百分數（％） 篩孔淨距(log) NCYU Yu-Wen Liu

3-4 篩分析 細級配：分佈曲線較近原點 表示細骨材所佔比例 較高稱為細級配 粗級配：曲線較遠離原點則 所含粗骨材的比例 較高稱為粗級配 3-4 篩分析 細級配：分佈曲線較近原點 表示細骨材所佔比例 較高稱為細級配 粗級配：曲線較遠離原點則 所含粗骨材的比例 較高稱為粗級配 NCYU Yu-Wen Liu

3-4 篩分析實驗 篩號 篩孔 (mm) 篩網重 (g) 篩網加試料重 試料重 停留 百分比 累積停留百分比 (％) 累積通過百分比 3/4 3-4 篩分析實驗 篩號 篩孔 (mm) 篩網重 (g) 篩網加試料重 試料重 停留 百分比 累積停留百分比 (％) 累積通過百分比 3/4 19 780 1080 300 7 7.0 93.0 1/2 12.5 770 1790 1020 24 31 69 3/8 9.5 760 2100 1340 62 38 4 4.75 750 1960 1210 28 90 10 8 2.36 730 350 98 2 底盤 435 85 100 累積： 4305g 257.0 NCYU Yu-Wen Liu

混凝土工程之骨材級配要求[ASTM C33] 標稱粒徑 通過篩孔之重量百分比（％） 1 in.~No.4 3/4in.~No.4 95~100 － 25~60 0~10 0~5 3/4in.~No.4 100 90~100 20~55 1/2in.~No.4 40~70 0~15 3/8in.~No.8 85~100 10~30 細骨材 80~100 50~85 2~10 NCYU Yu-Wen Liu

各類砂之級配要求[ASTM C144] 砂的種類 通過篩孔之重量百分比（％） 3/8in. No.4 No.8 No.16 No.20 20~30砂 － 100 85~100 0~5 級配砂 96~100 65~75 20~30 0~4 混凝土用砂 95~100 80~100 50~85 25~60 10~30 2~10 圬工砂漿 之天然砂 70~100 40~75 10~35 2~15 之人造砂 20~40 10~25 0~10 NCYU Yu-Wen Liu

混凝土及圬工砂漿之細骨材適當級配 通過百分數（％） 篩孔（log） 圬工砂漿 混凝土 NCYU Yu-Wen Liu

3-5 粗骨材的最大粒徑(Dmax) Dmax的定義：骨材的遺留量>15%的篩號 若小於15%則為次一篩號 ACI規定： NCYU Yu-Wen Liu

3-5 粗骨材的最大粒徑(Dmax) Dmax大則整體顆粒愈粗，骨材總表面積 愈小，所需水泥漿愈少 NCYU Yu-Wen Liu

3-6細度模數(Fineness Modulus) 細度模數： NCYU Yu-Wen Liu

3-6細度模數(Fineness Modulus) F.M小→較高比例的細顆粒(細砂) F.M大→較高比例的粗顆粒(粗砂) 可直接判斷骨材的級配狀況 極細骨材(F.M.=1.0~1.8)可改善： 1.工作度 2.塑性 3.泵性 4.修飾性 NCYU Yu-Wen Liu

3-6細度模數(Fineness Modulus) 一般混凝土工程 F.M.=2.3(細砂)~3.1(粗砂) 標準砂(ASTM C778) 20-30砂 級配砂 主產於U.S. 渥太華 材質 接近(石英) 伊利諾 明尼蘇達 NCYU Yu-Wen Liu