摘要
土建工程与人民生活福祉息息相关，钢筋混凝土构造又为工程最常用之型式，不只成本低廉，且施工方法为业界较为熟悉，故材料质量及施工良好与否，对构造物之安全关系甚巨。但由于设计，工法，环保，经济等方面因素，导致混凝土使用材料种类增多，各材料之间相互交叉相互影响，强度等级提高胶凝材料用量加大，使得混凝土粘性增大，稍有不慎就会使混凝土坍落度损失较快，给混凝土运输浇注带来不利影响，甚至发生堵管堵泵或加水的现象，造成混凝土质量上的影响，因此应高度重视新拌混凝土工作性能的控制，已经是一件刻不容缓的事情。
背景
配比理论之经济性:（背景一）
自二十世纪以来出现的各种混凝土技术发展理论，主要都用以改进混凝土性质以满足工作需要。如水灰比学说用以估计混凝土强度：材料体积理论由空气含量的计入提高配比的准确性。而有关混凝土经济性配合比理论之探讨及研究，则相当缺乏或仅是附属于其他研究的建议性结论内，例如：
1.年R．B．Young综合Abrams水灰比理论与Edwards表面积说，应用于配比设计时，在其实验研究提出”最经济混合(Themosteconomicalmixture)：每立方英尺含有能成功被处理之最少表面积骨材
2.年A，N．Talbot于材料体积理论研究中指出：骨材孔隙比最小时可制成最经济混凝土，可由平滑之级配曲线及尽量运用较宽广的骨材粒径范围得到
3.粗骨材最大粒径愈大的骨材堆积其表面积愈少且孔隙也愈少，则单位体积混凝土所需水泥砂浆愈少。
经济配比之影响因素:（背景二）
1.骨材级配：骨材级配不仅影响材料成本，更是控制混凝土工作度及水泥浆体用量的主要因素。尤以水泥浆体用量对混凝土成本的影响最为直接。由此可知:控制骨材级配条件以达到最经济用浆量最是有效的策略。
2.水泥用量：混凝土成份中，以波特兰水泥之价格最为昂贵，故在合乎强度及其它质量条件要求下，使用最少量水泥可得到最经济之混凝土。另外，水泥用量与水灰比有关，而水灰比是影响强度及耐久的最主要因子。
3.外加剂：ASTMC中，将化学掺料依特性分为TypeA-G等七种，其中TypeA、D、E、F、G即为减水剂。在不改变工作性下，添加减水剂可减少拌合水量，提高混凝土强度，且因其强度与水灰比之相关性，可维持如同未添加掺剂时之关系，若强度不变，则添加强塑剂或减水剂都有减水的功能，即水灰比一定的条件下，拌合水量减少，相对的水泥用量也会减少。
4.矿物掺料：添加矿粉掺料可获得二项功能，即增加总胶结材量及填塞空隙。二者都直接减少水泥用量，如果掺料价格低廉，甚至是免费，则采用此种取代方式最具效果。另外如果采用如粉煤灰及矿粉等波索兰材料，还会因波索兰反应而提高混凝土晚期强度，对经济性尤有帮助。但是使用上必须节制。
基于上述理论，在适当的捣实条件下，水灰比愈小则混凝土品质愈佳；亦即同一拌合水量时，增加水泥用量可改善混凝土之质量，但此又有违经济原则。混凝土材料变异性极大，尤其是粗细粒料之形状、含水量、级配、细度模数及掺料质量用量等因素，都是控制新拌混凝土之关键，因此配比设计时，须在诸多复杂的组合方式中，选择一既符合质量条件要求，又符合经济性之水泥用量之平衡点，来得到具有最佳经济性之配比内容。
必要性
近年来，混凝土结构物中许多牵涉设计，施工和材料之间的问题，造成了许多的问题和争执。检讨其原因，不外乎与设计不当，施工不确实；材料忽略质量控制及商业竞争等种种因素，造成了质量不佳之后果，尤其是混凝土的浇筑工作性。再加上由于近年来，环保意识之抬头，技术工人劳力之短缺，工人素质之普遍低落，更加深了改善混凝土质量之实务工作有诸多的困难。有鉴于此，应研发一种除符合设计需求外，还能有效提高混凝土质量，同时具有良好的施工效率（工作性-Workingability），并具备有优良经济性能的「高性能混凝土」。
可行性
混凝土行业在国内经过20年的发展，特别是近十年高速的发展已经在国内形成了一个庞大的行业，但由于各种历史原因造成了在整个行业普遍存在。环保概念缺失，配合比观念落后；基础原材料无法满足等问题。
依据美国混凝土学会（ACI-AmericanConcreteInstitute）对高性能混凝土所下的定义，指称「高性能混凝土」（HPC-HighPerformanceConcrete）应为其性质优于传统混凝土，但其「性质」究竟所指为何？应为强度、弹性模数、工作性、流动性、体积稳定性，耐久性，耐磨性，水密性，经济性，及其他特殊性能（如低水化热）等。因此所谓的高性能乃是针对如果一般传统混凝土的施工浇筑方式或混凝土的质量，仍无法满足工程需求的情况下，所开发出来的混凝土，高性能混凝土可能具有一种或至数种的“高性能”能力以符合工程的需求。其实我们可将「高性能混凝土」视为是一个较广义的较符合当前企业单位所需要的工程材料名词。
高性能混凝土的配制，主要从原材料的选择、配合比参数的合理确定等方面进行了加强。通过掺入矿物掺料和新型化学外加剂的技术途径来配制高性能混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低配比和生产成本，有利于搅拌站效益和质量的提升。
一般混凝土和高性能混凝土比较
※H.P.C.：HighPerformanceConcrete
※S.S.C.C：SemiSelf-CompactingConcrete
※S.C.C.：Self-CompactingConcrete
高性能混凝土材料要求
(一).骨材的要求
1.连续级配
2.骨材含泥量：≦4.5%
3.骨材扁平率：≦10%
4.细骨材#50筛过筛率：10%～30%
5.细骨材F.M.值：2.7～3.0
(二).胶结材的要求
依国家规范之水泥或卜作岚材料
(三).外加剂的要求
生产高性能混凝土的材料要求
(一).混凝土材料用量要求:
1.高胶结量：kg/m3
2.高外加剂量：1.0%
3.高细粒料(S/A)：0.48
搅拌过程的要求
(一)搅拌主机须为「水平双卧轴式」，以搅拌臂架刀片将高分子组成的外加剂与胶结材料以快速动能的方式混合。
(二)为让三钟高用量材料充份混合，先充分搅拌均匀砂浆体，完成后，再投入粗骨材搅拌。
(三)三钟高用量材料混合，这大大增加搅拌机之负载，基于要让大量的粉体，细粒料与外加剂充份均匀的混合要求，故搅拌方式以『分载原则(ShareLoadingPrinciple)』处理。
高性能混凝土的搅拌楼设计
基于分载原则，能够让所生产之高性能混凝土达到应有之设计效能，同时也要能提高搅拌楼的生产效率。对搅拌机的原材料投入点(FeedingPosition)及投料时序(FeedingSequence)作了以下的设计：
(一).原材料的投入点
(二).投料时序
上图为(每种原材料实际下料所需时间，以实测为准)搅拌机电动机负载电流曲线图，在分载机制下，连续级配搅拌楼采取上图色之投料时序，而非一般搅拌楼（站）所采取的色的投料时序曲线。
投料位置及时序设计的优点
(一).电机负载分配平均，也降低了搅拌机的最高负载，不但降低了每盘次的电能，达到节能减排的要求，同时延长了电动机的使用寿命。
(二).瞬时搅拌数量降低，使原材料得到充份混合(尤其在高性能混凝土中外加剂与胶结材的混合)，同时也提高了搅拌机效率。
(三).粗骨材在搅拌机内搅拌时间，降低50%以上；搅拌部件及相关衬板之磨耗降低，易损件寿命可增加2倍。
(四).搅拌机运行设计方式合理高效，不会产生『主轴抱轴』及『砂浆结球』之不良现象。
高性能混凝土的配比设计
高性能混凝土的材料组成对骨材、胶结材、水及外加剂等使用比例都很敏感，产生基因与一般混凝土有所不同，配比设计需要有大量的实证数据；在试验阶段被确认的配比于产制中被执行时，面对与试验期不同的原材料变动或客户要求的变动，仍能维持原配比的质量水平，不无疑问；因此，配比管理须有两种重要功能︰?配比设计精义(基因)的掌握。?面对生产过程的变数，必须「实时」又「正确」的依配比基因响应，以保持原应有的质量水平。
中鼎环保有限公司以多年研发独创的「配比自动管理系统」(Auto-ProportionManagementSystem简称A.P.M.S.)作为连续级配搅拌楼的高阶附属管理系统之一，惟有应用此系统的配比管理，才可完全管控一般及高性能混凝土的产制质量。
(一).APMS系统的配比产生方法(如何设计)
1.配比设计的流程
如上图所示：依原材料的基本物性参数，经试验建立各种「计算模块」，让这些功能模块作为配比计算的数理依据，所有混凝土产制配比可依输入的「相关参数」，随着混凝土的『工作性基因』(每种高性能混凝土与一般混凝土有不同的基因)，透过主计算机的大量精密数据计算，来产生相应之配比。
2.APMS系统设计的配比结构
3.传统设计缺点的修正
A.骨材与胶结材以『填充』的隐蔽属性（CFCBFB）连结
B.所有属性皆引用『试验值』
如上图所示：APMS系统设计的配比，系以「优化的工作性」为前提，以「 最致密填充理论」为方法，透过试验让配比原材料间皆有数理依据，保持恒 定的配比质量水平。(传统设计的配比结构，骨材与胶结材并无数理联结， 且引用一些经验值作为计算依据)
(二).APMS系统的配比管理(如何管理)
1.APMS系统配比的产制流程
如上图所示：施工方将需求告知调度中心，调度中心依其需求选择配比四要素(塌度、强度、料性及胶结材组态)输入至APMS系统，计算出相应配合比给生产中控，指挥工控系统产制混凝土，再运输至工地施工。
混凝土产品质量信息来源为工地及试验室(材料及客户)，这些信息透过品管人员输入APMS系统，可立即计算出正确的相应配比。
2.APMS系统产制的Q.C.流程
如上图所示：混凝土产制来自材料、施工及环境的变动信息，让APMS系统以相应条件产生「动态配比」，产品质量就会有相对的稳定性。
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