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1、工 程 材 料教學投影片第六章 水泥92/7/516-0 學習重點(一)水泥之定義(二)水泥種類普通波特蘭水泥、輸氣波特蘭水泥、天然水泥、矽灰水泥、高鋁水泥(三)水泥之製造程序開採礦石、配製原料、研磨生料、煆燒與急冷、加工研磨(四)水泥之性質比重、細度、健度(五)水泥健度不良之原因及改善方法(六)水泥之品質(七)優良水泥應具備之要件(八)水泥之試驗比重、細度、稠度、凝結時間、假凝結、熱壓膨脹、健性、流度、抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度(九)水泥材料之管理26-1 概述水泥係由石灰質材料及黏土質材料經研磨、燒結，再加石膏研磨而成之建築材料。6-2 水泥種類6-2-1 波特蘭水泥波特蘭水泥係由英國亞
2、斯汀(J.Aspdin)於西元1824年發明。因其所拌製之膠泥乾固後與英格蘭附近波特蘭島所產之石灰石相似，故稱為波特蘭水泥(Portland Cement)。CNS對波特蘭水泥之定義：波特蘭水泥係以水硬性矽酸鈣類為主要成份之熟料，加以研磨而得之水硬性水泥，通常與一種或一種以上之硫酸鈣添加物共同研磨之。水泥之種類說明如下：壹、普通波特蘭水泥(一)第一種普通水泥(二)第二種中度抗硫水泥(三)第三種早強水泥(四)第四種低熱水泥(五)第五種抗硫水泥3貳、輸氣波特蘭水泥輸氣波特蘭水泥係以水硬性矽酸鈣類為主要成分之熟料研磨而得之水硬性水泥，通常並與一種或一種以上不同形態之硫酸鈣及一種輸氣劑為添加物共同研磨
3、。(一)第一種普通輸氣水泥(二)第二種輸氣中度抗硫水泥(三)第三種輸氣早強水泥6-2-2 天然水泥天然水泥係利用天然黏土質石灰石燒製而成。燒製時溫度較低，僅須排除原料中之二氧化碳即可，而燒製完成之熔塊須研磨成粉末，使其具有水凝性。天然水泥顆粒較粗，需要較多之拌和水，因此水灰比高而強度低，故天然水泥已較少使用。46-2-3 矽灰水泥矽灰(Pozzolan)水泥為用30%矽灰材料與70%波特蘭水泥混合研磨所成之水泥。矽 灰本身非黏結材料，但含有矽質物，磨細加水後能與石灰結合成穩定之化合物。 矽灰天然材料為火山灰及頁岩等，人造者則有煤灰(fly-ash 飛灰)及燒黏土(burned clay)等。矽
4、灰水泥對混凝土之影響：(一)增加工作度。(二)降低水化熱。(三)增加水密性。(四)抵抗硫酸鹽。(五)替代水泥，降低成本。(六)減少鹼性骨材作用。使用矽灰水泥時應注意下列兩點：(一)混凝土初期強度緩慢，但後期強度較大，故須延長養護時間。(二)卜作嵐對混凝土之影響變化很大，使用前應先試驗。 56-2-4 高鋁水泥高鋁水泥係由石灰石與鐵鋁氧石組成之水泥，凝結時間較慢，但硬化時間快，散熱量大，早期強度高，可提早拆模，縮短工期。主要成份氧化鋁(Al2O3) 40%石灰(CaO) 40%氧化鐵(Fe2O3) 15%氧化矽、氧化鎂等 5%6-3 水泥之製造水泥之製造程序：(一)開採礦石(二)配製原料(三)研
5、磨生料(四)煆燒與急冷(五)加工研磨676-4 水泥之性質6-4-1 比重水泥之比重依ASTM規定須大於3.05，而波特蘭水泥之比重約為3.14 3.16，設計配比時則用3.15，一般水泥製造完成後可能須貯存一段時間，其顆粒吸收空氣中之水份及二氧化碳而起風化作用，故其比重降至3.003.05之間，此即表示風化甚深，損失部份特性，除非重新燒製，否則不得使用。6-4-2 細度水泥之細度愈細，其水化作用速度快，混凝土之早期強度愈大，工作性佳，但細度過細則混凝土收縮性大，易產生龜裂。通常水泥之細度以比表面積計算約為26005000cm2/g 。(比表面積係指一公克水泥中，所有顆粒表面積之總和。)6-4
6、-3 健度水泥健度為水泥最重要性質之一，健度不良之水泥所製成之混凝土會發生膨脹，導致混凝土龜裂、分解。8健度不良之原因：(1)游離石灰之遲緩水化作用 (2)氧化鎂含量過多改善健度之方法：(1)加強研磨使粉末顆粒變細，燃燒透澈，以減少熔塊中游離石灰存在。另外游離石灰不為水泥顆粒所包裹，可與水泥同時水化。(2)將健度不良之水泥風乾數日，使游離石灰預先水化。96-5 水泥之品質使用水泥須符合下列規範之規定：(一)CNS 61 卜特蘭水泥(二)CNS 2306 白色卜特蘭水泥(三)CNS 3654 卜特蘭高爐水泥(四)CNS 11270 卜特蘭飛灰水泥優良水泥應具備之要件：(一)成份正確水泥主要成份(
7、複合物)(1)矽酸三鈣(C3S)(2)矽酸二鈣(C2S)(3)鋁酸三鈣(C3A)(4)鋁鐵酸四鈣(C4AF)(二)細度恰當(三)成份混合均勻106-6 水泥之試驗6-6-1 水泥比重試驗(一)目的測定水泥之比重值，以判定水泥有無雜質摻入及其風化程度。(二)原理以一定重量之水泥放入液體中所排開之液體等於水泥之體積，再依計算式求出水泥之比重。(三)試驗步驟(五)說明通常波特蘭水泥之比重約為3.15，但如長期與空氣接觸將吸取空氣中之水份而風化，其比重約降至3.003.05間。當比重小於3.05時，表示風化嚴重，可能失去部份特性而不能使用。116-6-2 水泥粉細度試驗(一)目的求水泥粉之細度以為判斷
8、水泥品質優劣之參考。(二)準則依據中國國家標準CNS2924。(三)試驗步驟(五)說明水泥粉之細度將影響水泥之凝結時間、用砂量及水泥漿硬化後之強度 。126-6-3 水泥標準稠度試驗(一)目的測定水泥漿於標準稠度狀態時所需加入之水量。(二)準則依據中國國家標準CNS3590。(三)原理以費開氏儀圖6-4-3的標準稠度針，置於水泥試體之上方，於限制時間內下降至一定距離時所加入之水量，再由計算式求出水泥標準稠度。(四)試驗步驟136-6-4 水泥凝結時間試驗(一)目的測定水泥的初凝時間和終凝時間，以作為瞭解水泥性質及混凝土澆置時之參考。(二)準則依據中國國家標準CNS786。(三)原理以費開氏針貫
9、入水泥試體一定距離之時間，測定初凝及終凝時間。(四)試驗步驟(五)說明一般初凝時間約為1hr後，終凝時間約不超過10hr。146-6-5 水泥假凝結試驗(一)目的試驗水泥的假凝結狀況。(二)準則依據中國國家標準CNS3458。(三)原理依水泥漿之貫入度百分比以瞭解水泥凝結及硬化狀況。 (四)試驗步驟(六)說明混凝土拌和過程中溫度過高，使水泥中之石膏脫水，轉變為硫酸鈣(CaSo4)或半水化物，以致混凝土拌合不久後即產生凝結現象，稱為假凝。假凝對混凝土並無害，僅降低工作度，若延長拌合時間或重新加水拌合即可消除。156-6-6 水泥熱壓膨脹試驗(一)目的將純水泥試體以增壓鍋蒸煮後膨脹的長度來決定水泥
10、的健性(二)準則依據中國國家標準CNS1258。(三)原理將水泥試體放入增壓鍋後，測定其長度之變化即為增壓膨脹率。(四)試驗步驟166-6-7 水泥健性試驗(一)目的試驗水泥之健性狀況，以測定水泥的強度和耐久性。(二)試驗原理將純水泥漿製成之水泥條(1110in)置於高壓鍋爐中三小時，蒸氣壓力為295lb/in2(420)。冷卻後量其長度，與原長比較最大不超過0.5%為合格。(三)說明健性良好(正常)之水泥在乾燥之空氣中水泥凝固後體積將縮小；若在水中凝固則體積將膨脹，因其體積變化甚小，並無大礙。如水泥健性不良時，無論在空氣中或水中凝固，體積變化將增大，使混凝土結構物彎曲變形或龜裂。176-6-
11、8 標準水泥砂漿流度試驗(一)目的測定水泥砂漿中於標準流度值100%115%之狀況下所含的水量。(二)原理將水泥砂漿震動使其流瀉後，測定其直徑變化之情形。(三)試驗步驟(四)計算式圖6-6-5 流度試驗台 186-6-9 標準水泥砂漿抗壓強度試驗(一)目的以標準水泥砂漿之抗壓試體依各齡期作抗壓強度試驗，以檢驗水泥砂漿抵抗壓力的性質。(二)原理由水泥砂漿試體破壞時之最大荷重計算其抗壓強度。(三)試驗步驟196-6-10 標準水泥砂漿抗拉強度試驗(一)目的求取標準水泥砂漿之抗拉強度，以決定水泥膠合體對拉力抵抗之性質，以為結構物設計之參考。(二)準則依據中國國家標準CNS1011。(三)原理由水泥砂漿試體破壞時之最大荷重計算其抗拉強度。(四)試驗步驟20 6-6-11 標準水泥砂漿抗彎強度試驗(一)目的求標準水泥砂漿抗彎強度，以判斷水泥之品質。(二)原理由水泥砂漿試體破壞時之最大荷重計算其抗彎強度。(三)試驗步驟(四)計算式上式中 M=彎矩y=斷面外緣與中心點之距離I=斷面慣性矩P=破壞荷重L=試體長度b=試體斷面寬度h=試體斷面高度6-7 水泥材料之管理建築技術規則第345條(材料儲存)水泥及粒料之儲存，須能防止變質及摻入他物，已經變質及污損之材料不得應用。21
