民國115年 高考三級 土木工程 營建管理與工程材料
第3題
為達到土木營建工程的低碳永續與減碳政策指標，某混凝土材料採用卜 特蘭石灰石水泥（CNS 15286 IL 型）。 請說明石灰石粉在水泥水化過程中所扮演的機理。（…
題目
為達到土木營建工程的低碳永續與減碳政策指標，某混凝土材料採用卜 特蘭石灰石水泥（CNS 15286 IL 型）。 請說明石灰石粉在水泥水化過程中所扮演的機理。（10 分） 與卜特蘭水泥（CNS 61 I 型）相比較，對混凝土之工作性、早期強度 （1～3 天）、水化熱與抗碳化能力等工程性質可能產生何種影響？請 分別詳加說明其影響趨勢。（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、材料定位：CNS 15286 卜特蘭石灰石水泥之 IL 型，係以卜特蘭水泥熟料、石膏及少量石灰石粉共同研磨而成，石灰石添加量約 6% 至 20%。其目的在降低熟料用量，每公噸水泥約可減少 5% 至 10% 之二氧化碳排放，兼具廢料資源化與低碳永續之政策意義，並須符合該標準之物理與化學要求。
- 二、機理（一）物理填充與成核效應：石灰石粉經研磨後粒徑細小，可填塞水泥漿體中之毛細孔隙，改善顆粒堆積與級配；同時提供 C-S-H 膠體成核位址（nucleation site），降低成核能障，加速 C3S 之早期水化反應，使漿體較早凝結並發展早期強度，此即所謂填充效應（filler effect）。
- 三、機理（二）化學反應：石灰石中之碳酸鈣可與鋁酸三鈣（C3A）反應生成單碳鋁酸鈣（monocarboaluminate，C4AC̄H11），取代部分單硫鋁酸鈣（AFm），因生成物固相體積較大，可細化孔隙並提升早期緻密性；另與氫氧化鈣之反應極為微弱，主要仍以物理與成核作用為主，並可緩和石膏含量不當引起之膨脹。
- 四、影響（一）工作性與早期強度：石灰石粉粒形圓滑且具填充作用，混凝土之黏聚性與流動性通常略優、泌水減少，坍度經時損失較小；但因稀釋效應（dilution effect）使熟料比例下降，1 至 3 天抗壓強度較 CNS 61 I 型卜特蘭水泥混凝土略低，約低 5% 至 15%，細度提高或降低水膠比可部分補償。
- 五、影響（二）水化熱：因熟料量減少，單位水泥之水化熱與絕熱溫升較 I 型水泥為低，約可降低 5% 至 10%，可減緩大體積混凝土之溫度梯度與溫度裂縫風險，惟仍須以飛灰或爐石進一步替代方能顯著降低。
- 六、影響（三）抗碳化能力：石灰石粉不具膠結性，漿體中可供碳化反應之氫氧化鈣儲量相對較少，且稀釋效應可能使毛細孔隙率與滲透性略增，故抗碳化能力較 I 型水泥混凝土為差，碳化深度較大，鋼筋腐蝕風險提高；工程上宜降低水膠比、延長養護、增加保護層厚度或掺配卜作嵐材料因應。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。