輕質混凝土於國道6號石灼巷跨越橋之應用(下)
四、輕質混凝土施工
1.主體結構澆置前之試作
本工程輕質混凝土為國道首次將輕質粒料應用於橋梁構造。為確保工程品質，輕質混凝土正式澆置於橋梁前，承包商須依規定於工程司指示之排水構造物辦理試作，以證明自選料至養護修飾之施工、品管以及完成之混凝土品質能符合規範要求。
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| ▲ | 圖5 泵送車於彎管處堵塞情形 |
本工程輕質混凝土之試作，選擇於排水明溝辦理，由於過程未如預期順利，因此前後共進行3次。試作觀察之重點包含拌和廠運作及工地現場澆置。拌和廠之作業，由於配比進行廠拌時已先獲取相關經驗，並無太多待解決問題；至於現場之澆置作業，則遭遇以現有泵送車無法將輕質混凝土拌和料推送出管之問題(如圖5)，針對此難題，參與試作各單位所提出之檢討方向，大致有以下幾點:
(1)工作性不佳，導致無法泵送。
(2)泵送車之推送能量是否不足，以致無法推送拌和料。
(3)輕質粒料使用比例過大，漿體過少，以致泵送困難。
因此，針對上述問題提出改善策略，其中在工作性及泵送車之推送能量部份，於後續兩次試作時，嘗試以較大坍度範圍(約10~20公分)及以不同推送能量之泵送車來施做，但皆未能順利將拌和料推送出管。至於配比中輕質粒料用量之檢討，則涉及細粒料率(S/A)及氣乾單位重相互影響問題。天然細粒料相對於輕質粒料有較大之比重，粒料總體積不變時，較高之細粒料率，意味著將獲得較高之氣乾單位重，相對地，泵送性則應較佳。依參考文獻之建議，細粒料率(以鬆體積計)約在40~60%之間。在本工程配比設計及試拌階段，曾嘗試50%及45%之細粒料率，試拌所得氣乾單位重皆未能滿足規範之要求，最終配比細粒料率乃降至約40%，而其相對之氣乾單位重，亦已接近規範上限1900kg/m3之邊緣。因此，當試作發現泵送問題時，雖有降低輕質粒用量之提議，卻因氣乾單位重之限制，無法提高細粒料率而作罷。
2. 輕質混凝土跨越橋施工
前一節提到，輕質混凝土試作時遭遇泵送困難之問題，因此主要結構－跨越橋中空版梁之澆置，考慮以吊桶方式完成。事實上，在第三次試作時，即規劃一組吊桶備用，俟確認無法泵送時，以吊桶完成試作工作。
跨越橋之澆置，雖然規劃以吊桶完成主體工作(如圖6)，然而，承商與監造單位仍未放棄嘗試以泵送方式完成跨越橋之澆置作業。因此，澆置當日係於橋台兩端分別設置一組吊桶及一部泵送車。與試作階段不同的是，泵送裝置壓送管係以水平佈置(如圖7)並將彎管減至最少，以減少拌和料向上泵送及通過彎管所產生之阻力。改以此方式澆置，拌和料已能推送出管；惟於管末觀察時，仍見部分拌和料有結塊成團之現象，顯示推送之壓力對於輕質混凝土仍有顯著之影響。
至於以吊桶澆置部分，由於並無泵送問題，卸料堪稱順利。惟因吊桶容量約僅1m3，且每一循環均須耗費裝料、迴轉、卸料之時間，因此澆置速率不及泵送方式之1/2。因此，輕質混凝土如要推廣，實應將其澆置問題，列為重要之研究課題。
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五、監測計畫
由於本橋為國內首座採用輕質混凝土材料之橋梁，為更進一步了解其實際結構行為與材料設計所用參數，辦理本監測計畫。本計畫之監測項目包含應力、應變、結構變形、位移、預力鋼腱之預力損失及橋梁載重試驗等。
本監測案依照橋梁預訂施工進度，於設計階段詳實規劃各種監測儀器之安裝位置，以期記錄橋梁構件之結構行為變化歷程，並提供不同因素影響下(如潛變乾縮、溫度、行車載重以及地震、颱風等)之結構變化情況。
監測項目與說明如下所示：
1.以光纖變形計(配合熱耦計) 監測橋梁結構整體之曲率變形及橋梁乾縮潛變之長期效應，並可以間接檢核變形對內置預力鋼腱之影響。
2.以傾斜儀監測橋面板水平雙向之傾角，並與光纖變形計量測值比對。
3.以混凝土應變計監測預力鋼腱錨碇處承壓混凝土之應變，此應變值可與荷重計之讀數合併監測預力鋼腱施工中之預力損失。
4.以溫度計及相對濕度計監測橋梁之環境溫度及溼度。
5.以位移計監測橋梁主跨及端跨之水平位移變化。
6.以精密水準儀進行主跨1/4點、中央點及3/4點之垂直變位觀測。
7.車輛載重試驗量測靜態載重下橋梁1/4點、中央點及3/4點之垂直變位及因動態載重所激發之振動模態與相應之週期(或頻率)，主要為基本振動週期。
監測計畫歷時2年，根據現場監測結果(短期結果)，目前橋梁之運作情況良好，再經由與設計預估值之比對，發現現場監測結果與設計預估值甚為符合，現場量到之自然頻率與橋梁勁度值和結構分析之自然頻率與勁度值也近似，顯示結構設計分析模式對輕質骨材混凝土橋梁之參數設定基本上妥當，因此，輕質骨材混凝土橋梁可以經由電腦分析模式予以模擬與預估。
六、結論
1.本橋上構採輕質混凝土，可降低自重效應及地震力，使橋梁梁深僅為1m，其預力鋼腱用量可較常重混凝土所需用量減少約16%，同時墩柱斷面於相同之配筋量下其尺度亦可降低。
2.造成無法泵送之原因，有可能因為在泵送過程中，輕質粒料承受壓力後，如文中所提到的試驗，水份穿過外層薄殼，進入輕質粒料，導致整體混凝土砂漿因水份不足而喪失工作性，最後造成泵送車之塞管。因此，日後對於輕質混凝土之泵送澆置工作，或許可先針對此議題，探討出確實可行解決之道。
3.輕質粒料有關磨損率之規定，在國內外大部分文獻中，似未見相關要求，因此應無與一般常重混凝土相同規定之必要。
4.就本工程所觀察結果，矽灰之使用，在增加混凝土稠度減少輕質粒料上浮，以及提高強度方面，其效果應是肯定的。因此，在日後規範之設計上，應可考慮將其列為膠結材之一部分。
5.在氣乾單位重之設計計算上，使用ASTM C567之公式時，最好能參考他人實際施作經驗，導入較可行參數，以免配比試拌結果與預期相差過大。
6.若結構設計分析模式對輕質骨材混凝土橋梁之參數設定妥當，輕質骨材混凝土橋梁可以經由電腦分析模式予以模擬與預估。