景觀施工材料-水泥特性及應(yīng)用講義

景觀施工材料----水泥一、水泥簡(jiǎn)史

早在4000年前的羅馬帝國(guó)時(shí)代，羅馬人即曾以石灰質(zhì)泥土加水拌合，凝結(jié)製成各種形式的物品，可說(shuō)是天然水泥應(yīng)用的起始。直到西元1824年JosephAspdin發(fā)明了波特蘭水泥（Portlandcement），乃開啟了土木建築在材料上的重大革命，但波特蘭水泥與鋼筋共同使用，還是在1865年以後的事，因此，鋼筋混凝土建築之肇始距今不過(guò)一百餘年，然其對(duì)現(xiàn)代建築技術(shù)影響之深、卻是其它材料所不及者。兩岸華人對(duì)水泥材料的應(yīng)用17th建造的「安平古堡」，目前保有明清遺跡為南璧古井及外城南壁，高三丈餘，以糯米、糖漿、蚵殼灰三合土混合砌磚而成。也就是一般所稱的糯米牆古代中國(guó)的建築工人將糯米湯與標(biāo)準(zhǔn)砂漿混合，發(fā)明了此種砂漿，其性能超出一般砂漿，強(qiáng)度更大於純石灰砂漿，異常堅(jiān)固，且更具耐水性，並成為中國(guó)古代建築屹立不倒的重要因素。利用糯米砂漿修建之墓穴、寶塔、城牆，不少存在至今，其中包括長(zhǎng)城，有些古建築物非常堅(jiān)固，甚至現(xiàn)代推土機(jī)都難以推倒，還能承受強(qiáng)度很大的地震亦是拜此所賜。糯米砂漿，或稱糯米石灰漿，是一種中國(guó)傳統(tǒng)建築使用的砂漿，用來(lái)粘合磚牆，其作用類似於今天的水泥混凝土一類，砂漿的一種，約發(fā)明於1500年前的中國(guó)南北朝，即西元500多年（6世紀(jì)）之時(shí)，是目前發(fā)現(xiàn)世界上第一種使用有機(jī)和無(wú)機(jī)原料製成的複合砂漿。資料來(lái)源：維基百科二、材料特性

(一)、水泥之組成水泥為一種膠結(jié)材料，利用其膠著性及黏結(jié)性，可將骨材裹握成具相當(dāng)強(qiáng)度及耐久性之固體。水泥之成份主要為石灰、二氧化矽、氧化鋁、氧化鐵及少量之硫酸鈣、氧化鎂、游離石灰等化合物，依適當(dāng)比例混合後，送入窯燒，以高溫1400~1500℃鍛燒成水泥燒塊，再加入適量凝結(jié)遲滯劑（石膏）研磨而成。水泥成分中由於矽酸鈣、氧化鎂、硫酸根等之比例不同而又可分為TYPEI~TYPEV等五種水泥（吳卓夫等，1991）。其中矽酸三鈣（3CaO.SiO2）是決定水泥早期強(qiáng)度的成分，如其含量高則可製成快硬高強(qiáng)的水泥；矽酸二鈣（2Cao.SiO2）則是保證水泥後期強(qiáng)度的成分，提高其含量可製得低熱水泥；鐵鋁酸四鈣（4CaO.Al2O3.Fe2O3）是決定水泥著色的成分，如減少其含量可製得淺色甚至白色的水泥。水泥的優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)各種造型抗壓性強(qiáng)可增強(qiáng)非彈性表面之耐久性選擇性廣可有許多顏色裝修及質(zhì)感選擇低維護(hù)成本只要輸氣或調(diào)製合宜抗凍性及抗融性佳水泥的缺點(diǎn)多需模板施作除非以鋼筋補(bǔ)強(qiáng)否則彈性低需有伸縮縫之留設(shè)抗張強(qiáng)度小需有特殊材料或工法才能創(chuàng)造出一致性且永不褪色的色澤如裝飾面以鏝刀抹平者其光滑平面可能產(chǎn)生眩光防水性差耐藥品性(建技No.06;TimeSaverS840)(二)、水泥之種類

1.波特蘭水泥

2.輸氣波特蘭水泥：於製作過(guò)程中加入一種輸氣劑為添加物共同研磨而成，能提高混凝土拌合物之流動(dòng)性，同時(shí)因大量微氣泡堵塞或隔斷了混凝土中毛細(xì)管之滲水管道，且氣泡有較大之變形能力，對(duì)混凝土凍結(jié)膨脹起有效緩衝作用，可提高混凝土之抗?jié)B性及抗凍性。（三）抗壓強(qiáng)度

註：（1）上表係中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（CNS）之規(guī)定，（）內(nèi)之?dāng)?shù)字為英制單位

psi。（2）上表之強(qiáng)度係以重量比1：2.57之水泥砂漿製成2inch立方體試壓所得之?dāng)?shù)值。（四）比重

水泥的比重應(yīng)在3.05以上，新生產(chǎn)之波特蘭水泥比重略高，長(zhǎng)期放置後因吸收空氣中的水分及CO2產(chǎn)生風(fēng)化作用，會(huì)使比重下降，故若比重低於3.05以下，表示風(fēng)化已嚴(yán)重，不應(yīng)再採(cǎi)購(gòu)。

（五）細(xì)度（c㎡/g）

水泥顆粒愈細(xì)，與水反應(yīng)的表面積愈大，則水化速度愈快，早期強(qiáng)度愈大，但如細(xì)度值太高，磨細(xì)成本相對(duì)提高，亦可能產(chǎn)生龜裂，反影響其耐久性。至於細(xì)度之檢驗(yàn)可以篩析法或比表面積（c㎡/g）測(cè)知。（六）凝結(jié)

1.初凝：水泥與水?dāng)嚢璩煽伤苄阅z糊體時(shí)，即產(chǎn)生水化作用，此後漸漸失去可塑性，在開始喪失可塑性現(xiàn)象時(shí)所需的時(shí)間即稱之為「初凝時(shí)間」（initialset）。2.終凝：初凝時(shí)之水泥漿或混凝土仍可重新拌合，當(dāng)水化作用進(jìn)行到完全失去可塑性，且開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間稱為「終凝時(shí)間」（finalset），若再經(jīng)攪動(dòng)，則會(huì)嚴(yán)重影響其強(qiáng)度。一般規(guī)定，波特蘭水泥之初凝時(shí)間不得早於45min，終凝時(shí)間不得遲於390min。（七）水化熱

水泥水化過(guò)程中放出的熱量稱為水泥水化熱。水化熱之大小及放熱速度主要決定於水泥的礦物組成及細(xì)度。水泥熟料中矽酸三鈣及鋁酸三鈣的含量愈高，顆粒愈細(xì)，水化熱愈大。對(duì)於大型混凝土工程而言，如大壩、橋墩，因水泥水化熱積聚在內(nèi)部不易散發(fā)，會(huì)形成內(nèi)外溫差，造成混凝土龜裂破壞，因此，對(duì)大型混凝土工程而言，應(yīng)避免採(cǎi)用水化熱大的水泥。對(duì)冬季施工的工程而言，水化熱因可保持水泥水化硬化時(shí)的溫度要求，反而是有利的。（八）引起水泥腐蝕的因素

1.軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：蒸餾水、冷凝水、雨水、雪水及含碳酸鹽少的河、湖水均屬軟水。由於水泥中的氫氧化鈣易溶於軟水，一旦處?kù)盾浰h(huán)境中，其氫氧化鈣易被溶解並流失，亦會(huì)促使其他水化產(chǎn)物分解，導(dǎo)致水泥結(jié)構(gòu)之破壞與強(qiáng)度降低。如果水泥處?kù)队幸欢ㄌ妓猁}（H2CO3）的硬水中，因水泥內(nèi)的氫氧化鈣與碳酸鹽作用會(huì)生成不溶於水的碳酸鈣，並積聚在水泥的孔隙內(nèi)，形成保護(hù)層，可以阻礙水泥的腐蝕。2.硫酸鹽腐蝕（膨脹性侵蝕）

海水、地下水及工業(yè)污水中常含鈉、鉀、銨等硫酸鹽，會(huì)與水泥中之氫氧化鈣反應(yīng)，其產(chǎn)物再與水泥中已固化的水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成物呈針狀晶體，會(huì)產(chǎn)生局部膨脹應(yīng)力，造成水泥開裂，俗稱「水泥桿菌」。3.溶解性化學(xué)腐蝕

水泥在侵蝕性介質(zhì)作用下會(huì)生成強(qiáng)度較低、易溶於水的新化合物，會(huì)使水泥結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生被破壞、強(qiáng)度降低、腐蝕，包括：（1）鎂鹽腐蝕：如海水中的硫酸鎂、氯化鎂。（2）碳酸腐蝕：工業(yè)污水、地下水中的CO2。無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸腐蝕：常存於工業(yè)廢水、廢氣、地下水中(九)白華磚牆砌完後一段時(shí)間，因磚塊或水泥砂漿所含的硫酸鈣、碳酸鉀、硫酸錳等鹽類無(wú)機(jī)物，受雨水滲透溶化而浮出牆面，經(jīng)日曬水份蒸發(fā)後牆面留下白粉狀風(fēng)化物，即所謂的白華或稱白花（十）防止水泥結(jié)構(gòu)腐蝕的方法：（1）依環(huán)境特性選用合適水泥種類。（2）提高水泥密實(shí)度：降低水灰比、添加藥劑、改善施工方式等。（3）在高度侵蝕壓力區(qū)，於混凝土或砂漿表面加耐腐蝕性強(qiáng)且不透水之保護(hù)層。三、裝飾水泥

（一）白水泥主要成分為矽酸鈣，降低氧化鐵之含量為一般水泥之十分之一，再加上石膏磨細(xì)製成。常用於牆面粉光或陶瓷勾縫。（二）彩色水泥

1.染色法：以白水泥或普通水泥、石膏及鹼性顏料共同研磨而成。1.直接燒成法：水泥生料加著色顏料直接鍛燒而成，如加氧化鉻（Cr2O3）成綠色，加氧化錳則成淺藍(lán)色等，但此法產(chǎn)出之顏色有限。砂漿之種類

砂漿是由膠凝材料（如：水泥、石灰、石膏、黏土）、細(xì)骨材及水依一定比例調(diào)配而成，依其用途可分以下四種：（一）砌築砂漿：用於砌磚、砌石之砂漿。（二）抹面砂漿（抹灰砂漿）：用於塗抹在建築物表面之砂漿，兼有保護(hù)與美觀之作用。（三）裝飾砂漿（四）特種砂漿砂漿之組成

（一）膠凝材料（如：水泥、石灰、石膏、黏土）（二）細(xì)骨材：細(xì)骨材包括天然砂、碎石砂、或二者混合之混合砂，一般以能通過(guò)5㎜CNS-386試驗(yàn)篩或ASTM4號(hào)篩（4.76㎜）以下的骨材屬之。砌磚所用之細(xì)砂粒徑應(yīng)不大於2.5mm（三）有機(jī)聚合物：如海菜粉及高黏度乳膠(橡膠乳汁)等，有助於提高砂漿之黏著力。（四）纖維增強(qiáng)材料：麻筋、玻璃纖維等，有助於提高抹灰層的抗拉強(qiáng)度，增加其彈性及耐久性，防止抹灰層開裂脫落。三、常用砂漿配比1：1水泥砂漿配比：20包TYPEI水泥＋0.67m3淨(jìng)砂1：2水泥砂漿配比：13包TYPEI水泥＋0.8m3淨(jìng)砂1：3水泥砂漿配比：9包TY