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混凝土及其他材料

台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓台北雙子星大樓

林子訓　前廠長 /亞東預拌公司汐止廠

邱暉仁　計畫工程師 /臺灣營建研究院

一、前言

台北雙子星大樓位於台北市的台北車站特定專用區內，是由一棟地上 76 層（320.7 公

尺）與另一棟地上 56 層（241.5 公尺）、地下皆為 4層，中間以空中平臺相互連通的

摩天大樓所組成。其工程的地上二樓到地下四樓之樓層（CA450B 標）由台北市政府捷運工

程局興建，地下三層樓未來將規劃作為桃園機場捷運台北車站使用，並與位於台北車站的

台鐵、高鐵、台北捷運紅線、台北捷運藍線、台北捷運綠線北門車站相連通，成為名符其

實的台灣國門。

高強度混凝土配比開發之考量

柱內灌漿高強度混凝土配比開發之考量

柱內灌漿

圖 1 CA450B標段工程位址與設計示意圖

24

技師期刊63

二○一三‧十

混凝土及其他材料

此計畫由於為國內近年來之首要工程案，

為考量工程施作之品質與結構體百年使用之耐

久性，因此整體主要結構設計使用自充填混凝

土（SCC）搭配鋼骨或鋼筋而成；此外，為支撐起 56層、76層之樓高並提供各樓層充足之使用空間，更於國內首次挑戰將超高強度 84 N/mm2之高流動性混凝土設計使用於柱內灌

漿中；而如是之工程設計，若無配合適當之施

工規劃、混凝土性質掌握與混凝土供料商品控

等，則未來施工時當可能面臨相當之問題與挑

戰，包括自充填混凝土自充填性與乾縮潛變性

質對結構設計影響、84 N/mm2之高流動性混凝

土量產之可行性與品質穩定性、84 N/mm2之高

流動性混凝土柱內泵送灌漿的可行性、營造公

司未來於施工現場如何管控混凝土品質等。

為此，亞東預拌混凝土公司在國家使命

之驅使下，於工程初期即密切與國內對於自充

填混凝土與高樓施工具經驗之專家，包括國立

台灣大學土木系、財團法人臺灣營建研究院等

單位進行討論，並透過會議與台北市捷運局、

互助營造股份有限公司、台灣世曦公司、永峻

公司等單位，共同界定本工程標自充填混凝土

材料之詳細性能規範與工程相關問題之解決方

案，最終冀望在各方之協助下，順利產製符合

要求之超高強度柱內灌漿自充填混凝土，使本

工程案可以順利完成任務，並打造出一座具高

品質之國家大門，成為台灣另一個躍上國際舞

台之工程。

二、台北雙子星大樓柱內灌漿混凝土

性能要求

為撐起台北市中心象徵國家大門之兩

棟大樓，台北雙子星大樓在槙文彥建築師

（Fumihiko Maki）與潘冀聯合建築師事務所之設計與台灣世曦股份有限公司、永峻工程顧問

股份有限公司之結構規劃下，兩棟大樓皆採用

鋼骨柱內灌漿混凝土（Concrete Filled in Tube, CFT）之結構型式，且為達 76樓（322公尺）

及 56樓（243公尺）之建築高程，並使建築內具有充足之空間供使用，該柱內灌漿混凝土設

計採用國內最高量產等級：90天齡期抗壓強度達 84 N/mm2（12,000 psi）之混凝土，另亦針對柱內灌漿施工及水合熱性等特性，規範出該柱

內灌漿混凝土應具備之性質，包括：

A. 材料方面

採用 CNS 61 R2001 IV型之水泥（低水合熱水泥）

膠結材中卜作嵐材料取代水泥量限制：飛

灰≦ 20%，矽灰≦ 10%

粗骨材最大粒徑≦ 12.5 mm

細骨材細度模數 FM = 2.7±0.2

B. 功能方面

柱內灌漿混凝土之工作性需為：坍度

≧ 250 mm，坍流度 = 700±50 mm

經與台北市捷運局、台灣世曦股份有限

公司討論後，柱內灌漿混凝土亦應滿足

CNS 14840自充填混凝土障礙通過性試驗法（U形或箱形法）之 R2等級、CNS 14841自充填混凝土流下性試驗法之 R1等級及坍流度達直徑 50 cm時間應介於 5 ~ 20秒。

空氣含量 < 3%

ASTM C341 自體乾縮量≦ 300 µm/m

三、高強度自充填柱內灌漿混凝土配

比研發與檢驗

自充填混凝土為具有高流動性、自充填

性、抗析離性及免搗實之高性能混凝土，該混

凝土係由日本岡村甫教授、前川宏一、小澤一

雅等人進行基礎性之研究及實際之工程應用所

開發出的新式工程材料，而台灣地區則於民國

85年由學者、研究單位積極投入研究，後續並透過中二高烏日穿越橋工程、南投縣政大樓、

台北雙子星大樓柱內灌漿高強度混凝土配比開發之考量

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二○一三‧十

遠東世紀廣場、長庚林口分院、安碁資訊電腦

資料中心及無數民間工程、捷運工程之使用

後，目前已成為台灣地區最常使用之高性能混

凝土。

國內對於自充填混凝土之生產，在十多

年之使用經驗下已趨成熟，但既往其設計強

度多集中於 42 N/mm2 （6,000 psi）以下，雖然近年來在台北 101之成功使用 10,000 psi高樓泵送下，部分新建大樓亦開始利用較高強度

（> 6,000 psi）之自充填混凝土於工程中，但就台北雙子星大樓之自充填柱內灌漿混凝土之

12,000 psi要求，實屬國內大量生產之首次，因此為求其施工品質之穩定性，亞東預拌混凝土

公司特別集結公司內外之混凝土材料專家，針

對台北雙子星大樓之高強度自充填柱內灌漿混

凝土進行一系列之材料及性能評估，最終在多

方之協助下終於得予量產使用，而其配比研發

之過程所曾考量之重點彙整如下：

A. 水泥選擇

為避免台北雙子星大樓產生較高之水合熱

而影響耐久性，該柱內灌漿混凝土要求使用符

合卜特蘭 IV型之水泥（特別用於需要低度水合熱者），然而台灣地區水泥廠商通常未生產

IV型水泥，且本工程專案之 IV型水泥使用量約 3,000 T，未達如台北 101之特案生產經濟規模；另如採用進口 IV型水泥方式執行，則所需運輸船隻及儲運設備，均未達特案進口之經濟

規模，且 IV型水泥於大陸地區及歐規地區並無此水泥規格名稱，美國地區亦幾無生產。

然為使此標的工程可如期如質完成，亞

東預拌混凝土公司在亞洲水泥公司之專業建議

下，遂採用替代膠結材之方式，以達成 IV型水泥生產之各項混凝土性質，其中有關水合熱

之性能部分，參考 CNS 61卜特蘭水泥規範可知，IV型水泥之要求為 7天水合熱應低於 250 kJ/kg(60 cal/g)、28天水合熱應低於 290 kJ/kg (70 cal/g)，而參照亞洲水泥公司不同水泥類型與不同爐石粉摻合比例之調整（如表 1∼表 2

所示）及線性內插之計算，則可獲知當 II型水泥與爐石取代量界於 57% ~ 65%間時，其混合之膠結材料水合特性將可滿足卜特蘭 IV型水泥之要求，因此，亞東預拌混凝土公司於台北雙

子星大樓之高強度自充填柱內灌漿混凝土配比

研發時，將依此原則作規劃。

表 1 卜特蘭水泥物理性質任選規定

水泥類別 I IA II IIA III IIIA IV V

假凝結（False Set）終入度最小值，%

50 50 50 50 50 50 50 50

水合 熱7天，最大值kJ/kg(cal/g)

28天，最大值kJ/kg(cal/g)

–

–

–

–

290{70}330{80}

290{70}330{80}

-

-

-

-

250{60}290{70}

-

-

硫酸鹽膨脹，14天最大值，% – - - - - - - 0.040

表 2 不同水泥類型與不同爐石取代量之水合熱特性

項次 水泥摻合類型7天水合熱（cal/g）

28天水合熱（cal/g）

1 亞泥 I型水泥 80 912 亞泥 I型水泥 +25%爐石粉 79 903 亞泥 I型水泥 +45%爐石粉 61 864 亞泥 I型水泥 +65%爐石粉 53 665 亞泥 II型水泥 77 886 亞泥 II型水泥 +25%爐石粉 67 807 亞泥 II型水泥 +45%爐石粉 64 798 亞泥 II型水泥 +65%爐石粉 55 659 亞泥 II型水泥 +80%爐石粉 44 50

B. 粗骨材之選擇

對一般強度（< 6,000 psi）之混凝土而言，由於骨材之強度通常大於漿體之強度，因此混

凝土於抗壓試驗中之破裂面多數位於漿體或漿

體與骨材之接觸面上，故該類混凝土對於粗骨

材之品質要求則較寬鬆，主要以粒徑分佈、含

泥量、氯離子含量等檢驗為主。然而就抗壓強

度需達 12,000 psi之混凝土而言，其骨材之強度則與混凝土之抗壓強度具有密不可分之關

係，由於其漿體在低水膠比與粉體顆粒之適當

堆疊設計下，漿體之強度已達骨材或超越骨材

26

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二○一三‧十

混凝土及其他材料

之強度，因此若骨材之強度較弱，則混凝土於

受壓之條件下，開裂面將呈直接劈裂骨材，且

亦將無法發揮漿體之強度，而如是之現象從國

外之文獻亦可查知，由表 3和表 4及圖 2和圖3可知，在高強度混凝土之抗壓強度試驗中，混凝土之抗壓強度將與骨材強度呈正相關性，

而骨材強度亦將與洛杉磯磨耗之試驗結果呈逆

相關，其中依國外之試驗結果可知，骨材之強

度以輝長岩（Gabbro）>石英岩（Quartsite）>玄武岩（Basalt）>石灰岩（Limestone）>砂岩（Sandstone），因此就台北雙子星大樓之設計，為使混凝土之強度可達設計需求且具穩定性，

其骨材之選擇將為一重要之因子。

亞東預拌混凝土公司在多年之預拌生產經

驗深知，台灣砂石品質受河流短、急影響差異

極大，尤其近期越往上游開採之砂石，頁岩、

變質片岩成份很高，且骨材形狀不佳，如此之

砂石對於較高強度混凝土而言，頁岩與變質片

岩將可能形成混凝土強度之弱點，且此因子對

於超高強度自充填混凝土的影響將更為顯著，

因此未來之量產當須慎選骨材。

而經骨材與混凝土強度關係之評估後，

在考量砂石是影響自充填混凝土產製性能穩定

之最重要因素，遂派員至中國大陸進行最佳

化骨材之探尋，最終在下列五點之原則要求

下，決策以源自中國大陸之粗細骨材作為台北

雙子星大樓自充填柱內灌漿混凝土之骨材，

其品質並符合 CNS 1240、粗骨材最大粒徑12.5 mm、細骨材細度模數 F.M. = 2.7±0.2等要求。另外根據本工程之供應量，採一次購足

12,000噸大陸砂石堆置於汐止廠堆場內，以有效掌控砂石及供料品質，亦可避免砂石短缺造

成供料不足之虞。

表 3 文獻中骨材類型與骨材強度等性質之比較

表 4 文獻中骨材類型與混凝土抗壓強度之比較

圖 2 混凝土抗壓強度與洛杉磯磨耗（左）及粗骨材強度（右）之關聯性

台北雙子星大樓柱內灌漿高強度混凝土配比開發之考量

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二○一三‧十

(1) 強度：一般設計超高強度混凝土的漿體強度已超過骨材強度，所以骨材強度越高，混凝

土強度越高。粗骨材以花崗岩、安山岩等火

成岩較佳，細骨材以石英質河砂較佳。

(2) 節理面：某些骨材雖然具有高強度，但卻存在許多特定方向的節理面，這些節理面將是

受到外力時首先潰解的地方。

(3) 有害物質：過渡區成為超高強度混凝土中另一個重要的脆弱面，含有害物質，例如：黏

土、碎磚、樹枝、風化石等都是造成強度無

法提升的要素。

(4) 粗骨材表面：圓潤光滑的粗骨材表面雖然能減少用水量，但是對於水泥漿體的膠結效果

卻不如粗糙面的碎石粗骨材好，但 SCC應選用較圓潤但表面略為粗糙之粗骨材。

(5) 粗骨材形狀：扁平狀、長條狀、片角狀等骨材在超高強度混凝土中也屬於產生弱面的要

素，配製超高強度混凝土應對粗骨材粒形有

更嚴格的要求。

C. 配比之考量

在配比之考量上，由於台北雙子星大樓

之自充填柱內灌漿混凝土需具有超高強度，

因此 了盡量減少混凝土中孔徑 50 nm的孔隙數量，水膠比將控制在 0.30以下；另外，亦再透過超細礦物摻料的使用（比表面積可從

6,000 cm2/g 到 15,000 cm2/g 以上），包括矽灰、120級以上超細爐石粉、超細粉煤灰、超細沸石粉、超細稻殼灰、超細石灰石粉等

之使用；此類礦物摻料因為具有卜作嵐活性

反應，顆粒粒徑小，具有極大的比表面積，

故能填充混凝土中細微的空隙，並快速增加

C-S-H膠體數量，降低混凝土中孔隙率，增加緻密度（表 5）。

然而配比除滿足超高強度外，為使混凝

土之工作性在如此低水膠比之條件下，仍可

達自充填之相關要求，因此採用具有良好的

流動性、高減水率（減水率大於 30%）的超高效減水劑，該減水劑係以羧酸系與氨基磺

酸鹽系兩大類減水劑為主所調配而成，除具

良好工作性外，其坍損保持之效果亦佳（圖 4和圖 5）。

D. 自體收縮之考量

在混凝土與外界無濕度交換的情況下，隨

著水化作用的進行，會消耗混凝土孔隙結構內

部的水份，使混凝土產生「自乾現象」而導致

收縮，稱為自體收縮。根據其發生的原因，自

體收縮可分為水解收縮（Dehydration Shrink-

圖 3 高強度混凝土試體破壞模式

表 5 台北雙子星大樓之自充填柱內灌漿混凝土強度表現

圖 4 台北雙子星大樓之自充填柱內灌漿混凝土工作性能表現 [1]

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混凝土及其他材料

age）、碳化收縮（Carbonation Shrinkage）、轉化收縮（Conversion Shrinkage），以上三種收縮均屬於化學收縮。一般而言，普通混凝土因為

水灰比較高（W/C > 0.42），所以因為水化作用使得毛細孔隙所產生的負孔隙壓力，可由存

在於孔隙結構內多餘的水份來平衡，因此普通

混凝土的自體收縮量並不明顯，大約介於 50 ~ 100 μm/m，所以在計算收縮變形時，通常不以考慮。但就高性能混凝土而言，由於卜作嵐材

料的添加及通常採用低水灰比高漿量（W/C < 0.42），使得高性能混凝土可能具有不可忽視的自體收縮量，這對於應用高性能混凝土於隔絕

環境或大體積之結構上時，顯然必須加以評估

與考量混凝土潛在的自體收縮量可能導致的工

程問題。以高度 508公尺之台北 101大樓的鋼柱內灌漿混凝土而言，其即要求混凝土於 90天齡期之自體收縮量應小於 300 μm/m，以避免混凝土柱因過大之收縮而產生非預期之裂縫；而

台北雙子星大樓雖不若台北 101之高度，但在結構安全之考量下，仍要求混凝土之自體收縮

量應小於 300 μm/m，以確保其鋼柱可在混凝土之完全充填下達結構之設計性能。

但就混凝土之配比設計而言，台北雙子

星自充填柱內灌漿混凝土之強度要求已較台北

101之 10,000 psi為高，因此配比中水膠比勢

必應再予降低，但較

低之水膠比將造成較

大之自體收縮量，故

兩者產生在配比設計

之矛盾現象。為此，

亞東預拌混凝土公司

利用膠結材比例之調

整配合高減水率化學

藥劑之使用，控制水

化過程可能造成之自

體收縮，另外利用骨

材量之增加（粗骨材

體積提昇至 0.32），以使粗骨材堆疊產生之

圖 6 自體收縮試體封裝狀態及量測情況

圖 5 台北雙子星大樓之自充填柱內灌漿混凝土工作性能表現 [2]

構架，抑制混凝土之收縮量；而如是之配比調

整後，應用於台北雙子星自充填柱內灌漿混凝

土之 90天齡期自體收縮量為 172 μm/m，已符合規範之要求（圖 6和圖 7）。

四、結論

由亞東預拌研發、可量產、可商業化之

「12,000 psi自充填混凝土」為當前台灣公共工

台北雙子星大樓柱內灌漿高強度混凝土配比開發之考量

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程所見最高設計強度之自充填混凝土，由於設

計規範的限制，能夠符合所有條件的配比的變

動性很小，因此在設計時必須要控制的條件應

考慮的更為周全，相關問題及亞東所做的努力

如下表所示。

問題 設計控制 設計方向 亞東需做的努力

黏滯性

高

V75漏斗留下時間 90分鐘維持能在 25 sec內

降低總膠結

量、降低細骨

材含泥量

挑選最適合的骨

材、化學摻劑以

減少黏滯性

水化熱

高

降低水化熱 降低總膠結

量、 降 低 水

泥量、使用 II型水泥

降低材料溫度、

降低骨材含水量

增加冰水添加量

自體

乾縮大

90天期齡自體乾縮≦ 300*10-6 m/m

增加骨材體

積、尤其是粗

骨材的體積並

降低用水量、

降低膠結材

挑選最適合的骨

材、化學摻劑以

減少用水量及膠

結材

強度

穩定性

90 天 強 度 ＞84N/mm2

控制水膠比0.25 ~ 0.28

挑選優質的骨

材、化學摻劑及

水泥

本產品目前已應用於「桃園國際機場聯

外捷運系統建設計畫台北車站特定區工程」施

工。其中單位水泥強度效益徹底發揚了節能減

碳的精神，利用最少的水泥量即可獲取最高的

強度效益，每公斤水泥強度效益大於 3.8 kgf/cm2，已達世界頂尖之列，能大量節省建築原料

並大幅增加使用空間，為未來國內綠建材及節

能減碳的最佳典範。

本產品研發的成功，不僅對亞東預拌意義

深遠，對台灣建築業的影響更是舉足輕重；亞

圖 7 自體收縮試體收縮量與齡期量測結果

東預拌研發團隊勝不驕、敗不餒，將持續秉持

集團『誠、勤、樸、慎、創新』的企業精神，

為提升亞東預拌的專業能力與品牌形象而努力

不懈。

五、誌謝

感謝國立台灣大學土木系、財團法人臺

灣營建研究院、台北市捷運局、互助營造股

份有限公司、台灣世曦公司、永峻公司等單

位自充填混凝土與高樓施工專家予以協助。

更感謝有麒實業股份有限公司羅一傑、曾益

賢經理、沈榮貴工程師在研發及生產過程中

與亞東預拌公司研發及生產團隊共同合作達

成此項艱鉅的挑戰任務。以及所有參與本案

的所有亞泥及亞東預拌同仁不眠不休的努力

及付出。

參考文獻

[1] 李尚叡、高嘉濃、林建華、蘇重威、鹿島大睦，2007，臺北車站特定專用區歷史發展新契機－ C1/D1聯合開發大樓與機場捷運臺北站之興建，捷運技術半年刊，第 36期，頁 117~130，2月。

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