111 專技高考高等考試 土木工程技師 施工法（包括土木、建築施工法與工程材料） 考古題詳解

核心觀念

本題考查土木施工品質管制中，面對地震天災衝擊「未硬化混凝土」（含塑性階段、初凝至終凝凝結階段，以及剛終凝之早期齡期混凝土）時的應變檢測與處置機制。

1. 法規與規範依據（以命題當年民國 111 年規範為準）：

• 內政部《結構混凝土施工規範》第 3 章（模板與埋設物）、第 5 章（混凝土之拌和與澆置）與第 6 章（養護）。
• 公共工程委員會《公共工程施工綱要規範》第 03310 章「結構用混凝土」、第 03110 章「結構體模板」。

2. 物理化學硬化機制與震害原理：

• 塑性狀態（未初凝前）：混凝土具流動性，地震搖晃易引發模板變形、鋼筋移位、粒料分離（Segregation）及異常泌水（Bleeding）。
• 凝結階段（初凝至終凝之間）：水化產物（C-S-H 膠體與晶體骨架）正在微觀形成，此時承受地震剪應力與晃動，晶體骨架將遭受不可逆的剪裂破壞（微裂縫），導致混凝土永久強度與鋼筋握裹力（Bond Strength）嚴重折損。
• 系統整體性破壞：地震慣性力易導致模板支撐系統挫屈、千斤頂或扣件鬆脫、墊塊位移導致保護層不足，以及意外澆置中斷而形成非預期的「冷縫」（Cold Joint）。

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解題方法

本題屬申論題型，切入點應採「系統性分層剖析」與「時間/狀態導向」並進：

1. 檢測原則之架構化：

• 安全優先原則：先結構與支撐穩定，後進入構件檢測。
• 狀態分級原則：依澆置時間劃分為「未初凝區」、「初凝至終凝區（高風險區）」、「剛終凝之早期齡期區」。
• 關鍵要項全覆蓋：涵蓋「模板及支撐系統」、「鋼筋配置與握裹」、「混凝土本體幾何與材料完整性」。

2. 處理重點之流程化：

• 依「立即處置（安全阻絕與暫停作業） $\rightarrow$ 依狀態分流處置（復振、打除或留置） $\rightarrow$ 介面施工縫銜接 $\rightarrow$ 後續驗證與紀錄（鑽心/非破壞檢測）」之順序條理陳述。

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選項分析

本題為專技高考之申論題，非選擇題型。考生在答題卷上應避免零碎書寫，宜以「一、檢測原則」、「二、處理重點」兩大綱目呈現，各綱目下以條列化、具體工程術語呈現，以符合閱卷委員之給分指標。

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解題技巧

1. 掌握關鍵得分關鍵詞：握裹力喪失、微裂縫、不可逆破壞、初凝/終凝臨界時間、模板挫屈、二次振動（Revibration）、冷縫處理、鑽心試驗（Core Test）。
2. 常見陷阱防範：

• 陷阱一：僅回答混凝土外觀裂縫，忽略「模板與支撐系統」的偏位與鬆脫。若支撐系統失效，上方混凝土將隨之崩塌。
• 陷阱二：主張「所有受震混凝土一律打除」或「全部重新振動打密」。必須區分「未初凝」（具塑性，可視情況二次振動）與「初凝至終凝中」（結構已受微觀剪應力破壞，握裹力喪失，原則上須打除清除）。

3. 記憶口訣：

• 檢測四步：「安（安全）、模（模板）、筋（鋼筋）、體（本體）」。
• 處理三態：「未凝可振、凝中必除、終凝待驗」。

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【答案】

地震後未硬化混凝土工程項目之檢測原則及處理重點詳述如下：

一、檢測原則

1. 安全第一與結構穩定檢測原則

• 震後首要檢測施工架、支撐倒塌風險。在未確認臨時支撐、排架及地盤基礎安全前，嚴禁人員冒然進入模板下方或澆置面作業。
• 檢測地盤承載面（如泥底板、墊木）是否有沈陷、側移或液化現象。

核心觀念

本題測驗營造工程中極為常見且致死率最高之「墜落災害」防制規範，以及工區發生職業災害時的法定應變程序。涉及法規以命題當年（民國 111 年）之法規為準：

1. 墜落災害防止措施：依據《營造安全衛生設施標準》第 17 條，對於高度 $2\text{ m}$ 以上高處作業，防止措施具有嚴格之「本質安全 $\rightarrow$ 工程控制 $\rightarrow$ 個人防護 $\rightarrow$ 管理控制」優先順序。
2. 職業災害應辦事項：依據《職業安全衛生法》第 37 條，雇主負有「即時救護」、「重大職災 8 小時通報」、「現場保全」、「調查分析與紀錄」等法定義務。 （註：現行《營造安全衛生設施標準》及《職業安全衛生法》相關規定精神與條文意旨仍維持一致。）

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解題方法

本題屬標準法規申論題，作答切入點應採「法條結構化」與「時序層級化」：

1. 墜落災害防止措施：不可僅回答安全帶、安全帽等個人防護具，必須依據法規所定之「優先順序」由源頭工程控制逐項鋪陳，展現對高處作業危害防制的層級架構掌握。
2. 職災發生後雇主應辦事項：依照災害發生的時間進程（災當下 $\rightarrow$ 通報 $\rightarrow$ 現場保全 $\rightarrow$ 調查歸納）分項說明，並精準列出法定必須通報之重大職業災害條件與通報時限。

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選項分析

本題為專技高考之申論題，無選項。評分關鍵與各要點配分著眼如下：

1. 墜落防止措施要點：能寫出「設計或工法選擇（減少高處作業）」與「施作永久構造物防墜設施」為優先者屬高分群；能依序寫出「護欄護蓋 $\rightarrow$ 安全網 $\rightarrow$ 安全帶 $\rightarrow$ 警示線與管制區」者方能獲取滿分。
2. 職災應辦事項要點：漏寫「8 小時內通報」或重大職災之定義（死亡、罹災 3 人以上、罹災 1 人且需住院治療）為常見失分點；漏寫「非經許可不得移動現場」會被扣除應變完整性分數。

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解題技巧

1. 防墜措施記憶口訣（層級法）：

• 消除／替代：地面先做（工法選擇）。
• 永久優先：永久設備先做。
• 被動集體防護：護欄、護蓋、安全網。
• 主動個人防護：佩掛安全帶。
• 行政管制：警示線、人員管制區。

2. 重大職災通報口訣：「一死、三傷、一住院，8 小時內通報免受罰」。
3. 現場保全原則：「救人第一，現場不動；拍照記錄，靜候檢查」。

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【答案】

核心觀念

本題旨在測驗考生對「現代優質混凝土（高性能混凝土, HPC / 自充填混凝土, SCC）」在配比設計哲學上的全方位掌握。傳統混凝土配比多僅著眼於「以水灰比定強度、以坍度定工作性」的力學與施工基本需求；而現代混凝土工程則將混凝土視為由「水、水泥、粗粒料、細粒料、礦物摻料、化學摻劑」所構成之複合材料，必須在全生命週期中達到多元性能指標的平衡。

本題評分以命題當年（民國 111 年）之內政部《混凝土結構設計規範》、CNS 3090《預拌混凝土》及 ACI 211 / ACI 318 規範為依據，核心觀念包含：

1. 安全性（Safety / Strength）：以統計品管為基礎，依變異係數決定目標配比強度 $f'_{cr}$，確保滿足設計規定抗壓強度 $f'_c$。
2. 耐久性（Durability）：藉由限制最大水膠比（$W/B$）、提高微觀組織緻密性、抵抗外部化學侵蝕與鋼筋腐蝕。
3. 工作性（Workability）：利用化學摻劑與緻密粒料級配調控流變性質，兼顧流動性、抗析離性與保坍能力。
4. 經濟性（Economy）：最佳化膠結料與粒料用量、減少水泥熟料消耗、降低施工及全生命週期維護修復成本。
5. 生態性（Ecology / Sustainability）：降低碳足跡（低碳混凝土）、大量使用工業副產物代換水泥、符合綠營建循環經濟。

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解題方法

本題為標準的條列式申論題。解題關鍵在於避免空泛口號，必須針對題旨要求的五大性能指標，各自從「設計目標指標 $\rightarrow$ 控制核心變數 $\rightarrow$ 具體配比策略與材料選用」三層次展開論述，展現專業工程師對材料物理化學特性的掌握。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。閱卷評分將五大構面均勻配分（各佔約 4～5 分），各構面的得分重點與易遺漏考點如下：

• 安全性構面：若僅寫「提高水泥量以增加強度」為扣分答法，必須強調以統計變異求得目標強度 $f'_{cr}$，以及防止脆性破壞與控制水膠比。
• 耐久性構面：考生常漏掉環境侵蝕分類（凍融、硫酸鹽、海風氯離子、鹼-粒料反應 ASR），需點出如何藉由配比抑制滲透性與化學劣解。
• 工作性構面：不能只寫「多加水調坍度」，此為工程大忌；必須從「強塑劑減水機制」與「粒料堆積理論」切入。
• 經濟性構面：需提及「膠結料最佳化」與「減少過度富配比（rich mix）」，並將全生命週期（減少維修費）納入經濟考量。
• 生態性構面：必須點名「卜特蘭水泥製造是排碳主因」，提出以卜特嵐材料（飛灰、爐石粉）置換熟料、降低固碳能耗之策略。

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解題技巧

1. 口訣化速記：記憶五大面向之核心抓手：「安（統計強度防早裂）、耐（水膠緻密阻孔隙）、工（減水粒配抗析離）、經（精準用料控成本）、生（替代水泥減碳足）」。
2. 答題避坑指南：

• 避免使用「水灰比（$W/C$）」，現代配比一律採用「水膠比（$W/B$）」。
• 工作性不足時，嚴禁以「增加單位用水量」為手段，必須強調「調整粒料級配或使用強塑劑（Superplasticizer）」。
• 強度並非越高越好；過高強度伴隨過高水化熱與收縮裂縫風險，反而危害安全性與耐久性。

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【答案】

現代優質混凝土（高性能混凝土）之配比設計，已由過去單純滿足工作性與強度的二維要求，演進為兼顧結構安全、耐久年限、施工品質、造價成本與環境永續之多元設計體系。各構面之考量策略詳述如下：

一、安全性（Safety）考量策略

安全性之核心在於確保硬固混凝土具備足夠之承載強度與結構勁度，其配比策略為：

1. 依統計品管訂定目標配比強度（$f'_{cr}$）： 根據 ACI 規範與我國規範，依預拌混凝土廠過往統計之標準差 $s$，以公式： $f'_{cr} = f'_c + 1.34s$ $f'_{cr} = f'_c + 2.33s - 35 \text{ （單位：}\mathrm{kgf/cm^2}\text{）}$ 計算所需配比強度，確保施工品質之統計保證率在 99% 以上。
2. 水膠比（$W/B$）之臨界控制：

核心觀念

本題旨在測驗考生對於鋼結構工程中銲接冶金缺陷（冷裂紋機制）以及殘留應力（Residual Stress）成因的掌握程度。本題以命題當年（民國 111 年）適用之內政部《鋼結構施工規範》、AWS D1.1《結構銲接規範（鋼結構）》及材料力學原理為基準，核心觀念包含：

1. 銲接冷裂現象（Cold Cracking / 延遲裂紋 / 氫致裂紋 HIC）：冷裂通常發生於銲後冷卻至室溫至 $200^\circ\text{C}$ 以下之時段，且具延遲性（數小時甚至數天後才開裂）。冷裂之發生必須同時具備「冷裂三要素」：擴散氫含量高、熱影響區（HAZ）淬硬脆性組織、高拘束拉伸應力。超高大樓多採用極厚鋼板（如厚度 $t \ge 40\text{ mm}$ 之箱型柱、連續板）與高強度耐震鋼材（如 SN490、SM570），促使冷卻速率劇增且三維拘束度極大，極易誘發冷裂。
2. 碳當量公式與冷裂敏感性： $C_{eq} = \text{C} + \frac{\text{Mn}}{6} + \frac{\text{Cr} + \text{Mo} + \text{V}}{5} + \frac{\text{Ni} + \text{Cu}}{15}$ 或銲接裂紋敏感指數： $P_{cm} = \text{C} + \frac{\text{Si}}{30} + \frac{\text{Mn} + \text{Cu} + \text{Cr}}{20} + \frac{\text{Ni}}{60} + \frac{\text{Mo}}{15} + \frac{\text{V}}{10} + 5\text{B}$ 鋼板越厚、碳當量越高，淬硬傾向越明顯。
3. 殘留應力（Residual Stress）：指構件在無承受任何外力作用下，內部自主平衡的固有內應力。成因涵蓋熱效應之不均勻收縮（軋延冷卻、火焰切割、銲接熱循環）、冷作成型之非均勻塑性變形，以及工廠製作與工地組合時之尺寸公差強迫對位。

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解題方法

本題為申論與工程實務分析題，作答時切入點應分為三大層次：

1. 分析冷裂機制：結合超高大樓施工背景（厚板、高強度鋼、大截面箱型柱），依「擴散氫、淬硬組織、拘束應力」三要素結構化剖析開裂成因。
2. 提出防制對策：針對上述三要素「各個擊破」，分別從「降低擴散氫源」、「溫控減緩冷卻以消除硬化組織」、「施工程序降低拘束拉應力」提出符合施工規範的具體防制工法。
3. 剖析殘留應力成因：按構件生命週期分為「工廠製作階段（熱軋、切割、冷作）」與「構件組合銲接階段（局部高溫冷卻、強迫組裝、多軸拘束）」兩大範疇條列詳述。

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選項分析

本題為非選擇題（申論計算題型之申論題），無選項需逐一辨析。答題重點在於分點清晰、邏輯對稱，使閱卷委員能精確對應評分標準。

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解題技巧

1. 記憶口訣「氫、硬、拉」：

• 只要題目問到「冷裂／延遲裂紋」，第一時間聯想：擴散氫、硬化脆性組織、拘束拉應力。
• 預防對策即反向操作：降氫（乾燥低氫銲材）、軟化（預熱、道間溫度、後熱消氫）、釋應力（對稱施銲、適當開槽、減少拘束）。

2. 緊扣「超高大樓」特徵：

• 超高大樓柱構件承受極大軸力與側力，大量使用厚鋼板（Heavy Plates）與箱型柱（Box Column）、內橫隔板（Diaphragm）。厚板散熱快（冷卻速率高容易淬硬成麻田散鐵）且厚度方向剛度大（高拘束拉應力），此為申論得分之關鍵亮點。

3. 殘留應力分類記憶「熱、冷、組」：

• 熱：熱不均勻膨脹與收縮（熱軋不均冷卻、熱切割、銲接）。
• 冷：冷作加工塑性變形（彎曲成型、剪切、冷矯正）。
• 組：工地強迫對位組配產生的拘束變形應力。

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【答案】

一、超高大樓鋼結構銲接施工產生冷裂之原因

冷裂（Cold Cracking，又稱延遲裂紋或氫致裂紋 HIC）好發於銲道冷卻至 $200^\circ\text{C}$ 以下或常溫環境，常在銲後數小時至數天內發生。超高大樓多使用高強度鋼（如 SN490、SM570 等）與大斷面厚板（$t \ge 40\text{ mm}$），具備引發冷裂的三大必要條件（冷裂三要素），三者相互加成導致裂紋萌生：

1. 擴散氫（Diffusible Hydrogen）的聚積：

• 銲接過程中，母材開槽邊緣之水分、油污、鐵鏽、底漆，或銲材（銲條、銲藥）受潮，在高溫電弧下分解出氫原子進入熔池。
• 當銲道冷卻凝固時，氫在固態鋼材中的溶解度大幅下降，擴散氫會向熱影響區（HAZ）的晶界缺陷或微孔隙富集，產生極高的局部微觀內壓（析出分子氫），弱化金屬晶格結合力。

2. 硬化微觀組織（Hardened Microstructure）的形成：

• 超高大樓採用之鋼板厚度大、截面尺寸厚重，具有極大的「熱沉（Heat Sink）」效應，使銲接熔融金屬與熱影響區之冷卻速度急遽升高。