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混凝土配比設計的目標是根據工程需求與環境條件，選擇適當的水泥、骨料、水與摻合料比例，確保混凝土在強度、耐久性、工作性等方面達到最佳表現。
一、配比設計步驟
1. 設計要求與條件
首先確定混凝土的主要性能需求：
- 抗壓強度(f’c):如 C30、C40 等強度等級。
- 工作性：如坍落度(slump)、和易性、可泵性。
- 耐久性要求：考慮環境暴露條件（抗凍融、抗硫酸鹽、抗碳化等）。
- 經濟性與施工可行性。
2.確定水灰比（w/c）
水灰比(Water-Cement Ratio, w/c)是決定混凝土強度與耐久性的關鍵因素，通常依據 抗壓強度要求 或 耐久性標準 來選擇。
- 降低 w/c（0.3~0.45） → 提高強度與耐久性，但降低流動性。
- 提高 w/c（>0.5） → 增加流動性，但降低強度與抗滲性。
- 依規範限制 w/c（如海工混凝土 w/c ≤ 0.45，耐久性要求 w/c ≤ 0.4）。
3.選擇水泥種類與摻合料
- 普通波特蘭水泥(硅酸鹽水泥):一般結構使用。
- 低熱水泥適用於大體積混凝土，減少水化熱，減輕表裡溫差過大之問題。
- 高抗硫酸鹽水泥，適用於海工與地下工程。
- 摻合料(飛灰、矽灰、爐石粉)，可改善耐久性與抗滲性。
4. 骨料選擇與級配設計
- 粗骨料粒徑：依構件大小與施工方式選擇（如最大粒徑一般不超過 1/5 構件最小尺寸）。
- 細骨料細度模數（FM）：一般在 2.3~3.0 之間，過細影響強度，過粗影響工作性。
- 粗細骨料比例：常見配比約 60% 粗骨料 + 40% 細骨料。
5.確定水泥用量
- 水泥用量通常依水灰比與強度要求確定。
- 普通混凝土：一般在 300~450 kg/m³。
- 高強度混凝土：水泥量需適當提高（>450 kg/m³），但過多易產生收縮與裂縫。
6.計算摻水量與調整流動性
- 標準用水量（約 160~200 kg/m³），根據坍落度需求調整。
- 添加減水劑（如超塑化劑）可降低 w/c 而不影響流動性。
7.試驗與調整
- 試配試驗：製作試體，測試抗壓強度、坍落度、耐久性。
- 現場微調：依實際施工需求，適當調整用水量與摻合料比例。
二、水灰比(w/c)的影響
水灰比(w/c)決定混凝土的強度、耐久性與工作性，其選擇需根據工程需求：
- 水灰比0.25~0.35: 超高強度混凝土（HPC），低孔隙率，耐久性極佳，但工作性較差。
- 水灰比0.35~0.45: 高強度混凝土，抗壓強度 > 40 MPa，適用於橋梁、高層建築等。
- 水灰比0.45~0.55: 普通結構混凝土，適用於一般建築與道路。
- 水灰比0.55~0.65: 低強度混凝土（如填充層、非結構性用途）。
- 水灰比> 0.65: 高孔隙率，抗壓強度低，不適用於結構用途。
三、風化指數與耐久性設計
風化指數（Weathering Index）是衡量混凝土抵抗環境影響（如凍融、鹽害、碳化等）的能力，主要受以下因素影響：
- 抗凍融性能（Frost Resistance）：水灰比 < 0.45，適當使用引氣劑（空隙率 4~6%）。
- 抗硫酸鹽侵蝕：選用低 C₃A 水泥（如 Type V），降低水灰比，使用高密實混凝土。
- 抗碳化能力：適當增加水泥用量與保護層厚度，水灰比 < 0.45。
- 抗氯離子侵蝕：使用減水劑提高密實度，並使用防腐蝕塗層。
四、混凝土工作性與影響因素
工作性(Workability)指混凝土的流動性、和易性與可泵性，主要影響施工品質。以下為對工作性的影響因素:
- 水灰比增加流動性提高，但強度降低。
- 添加減水劑提高流動性，不影響強度超塑化劑可顯著降低水灰比。
- 粗骨料比例增加，流動性降低。細骨料適當提高可改善和易性。
- 飛灰可提高流動性，但過量影響早期強度。矽灰易降低工作性。
*通常用坍度來評估工作性：
- 10~50 mm：低流動性。
- 75~100 mm：中等流動性。
- 150 mm 以上：高流動性。
五、抗壓強度設計與試驗
混凝土的抗壓強度(f’c)是結構設計的關鍵指標，一般採用 28 天齡期試驗值：
- 普通混凝土：C20~C40(20~40 MPa)。
- 高強度混凝土：C50 以上(>50 MPa)。
- 試驗方法：標準試體 150×150×150mm 立方體試壓機測試抗壓強度。
六、 結論
混凝土配比設計需綜合考量 強度、耐久性、工作性 等因素，合理調整水灰比、骨料比例、摻合料與減水劑，確保混凝土性能符合工程要求，並搭配材料試驗與現場微調是確保達到所需品質。
