景观施工材料-水泥特性及应用讲义

景觀施工材料----水泥一、水泥簡史

早在4000年前的羅馬帝國時代，羅馬人即曾以石灰質泥土加水拌合，凝結製成各種形式的物品，可說是天然水泥應用的起始。直到西元1824年JosephAspdin發明了波特蘭水泥（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一百餘年，然其對現代建築技術影響之深、卻是其它材料所不及者。兩岸華人對水泥材料的應用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的建築工人將糯米湯與標準砂漿混合，發明了此種砂漿，其性能超出一般砂漿，強度更大於純石灰砂漿，異常堅固，且更具耐水性，並成為中國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，其中包括長城，有些古建築物非常堅固，甚至現代推土機都難以推倒，還能承受強度很大的地震亦是拜此所賜。糯米砂漿，或稱糯米石灰漿，是一種中國傳統建築使用的砂漿，用來粘合磚牆，其作用類似於今天的水泥混凝土一類，砂漿的一種，約發明於1500年前的中國南北朝，即西元500多年（6世紀）之時，是目前發現世界上第一種使用有機和無機原料製成的複合砂漿。資料來源：維基百科二、材料特性

(一)、水泥之組成水泥為一種膠結材料，利用其膠著性及黏結性，可將骨材裹握成具相當強度及耐久性之固體。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）是決定水泥早期強度的成分，如其含量高則可製成快硬高強的水泥；矽酸二鈣（2Cao.SiO2）則是保證水泥後期強度的成分，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。水泥的優點適應各種造型抗壓性強可增強非彈性表面之耐久性選擇性廣可有許多顏色裝修及質感選擇低維護成本只要輸氣或調製合宜抗凍性及抗融性佳水泥的缺點多需模板施作除非以鋼筋補強否則彈性低需有伸縮縫之留設抗張強度小需有特殊材料或工法才能創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性，同時因大量微氣泡堵塞或隔斷了混凝土中毛細管之滲水管道，且氣泡有較大之變形能力，對混凝土凍結膨脹起有效緩衝作用，可提高混凝土之抗滲性及抗凍性。（三）抗壓強度

註：（1）上表係中國國家標準（CNS）之規定，（）內之數字為英制單位

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

水泥的比重應在3.05以上，新生產之波特蘭水泥比重略高，長期放置後因吸收空氣中的水分及CO2產生風化作用，會使比重下降，故若比重低於3.05以下，表示風化已嚴重，不應再採購。

（五）細度（c㎡/g）

水泥顆粒愈細，與水反應的表面積愈大，則水化速度愈快，早期強度愈大，但如細度值太高，磨細成本相對提高，亦可能產生龜裂，反影響其耐久性。至於細度之檢驗可以篩析法或比表面積（c㎡/g）測知。（六）凝結

1.初凝：水泥與水攪拌成可塑性膠糊體時，即產生水化作用，此後漸漸失去可塑性，在開始喪失可塑性現象時所需的時間即稱之為「初凝時間」（initialset）。2.終凝：初凝時之水泥漿或混凝土仍可重新拌合，當水化作用進行到完全失去可塑性，且開始產生強度所需的時間稱為「終凝時間」（finalset），若再經攪動，則會嚴重影響其強度。一般規定，波特蘭水泥之初凝時間不得早於45min，終凝時間不得遲於390min。（七）水化熱

水泥水化過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度。水泥熟料中矽酸三鈣及鋁酸三鈣的含量愈高，顆粒愈細，水化熱愈大。對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部不易散發，會形成內外溫差，造成混凝土龜裂破壞，因此，對大型混凝土工程而言，應避免採用水化熱大的水泥。對冬季施工的工程而言，水化熱因可保持水泥水化硬化時的溫度要求，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，一旦處於軟水環境中，其氫氧化鈣易被溶解並流失，亦會促使其他水化產物分解，導致水泥結構之破壞與強度降低。如果水泥處於有一定碳酸鹽（H2CO3）的硬水中，因水泥內的氫氧化鈣與碳酸鹽作用會生成不溶於水的碳酸鈣，並積聚在水泥的孔隙內，形成保護層，可以阻礙水泥的腐蝕。2.硫酸鹽腐蝕（膨脹性侵蝕）

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

水泥在侵蝕性介質作用下會生成強度較低、易溶於水的新化合物，會使水泥結構體產生被破壞、強度降低、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：工業污水、地下水中的CO2。無機酸和有機酸腐蝕：常存於工業廢水、廢氣、地下水中(九)白華磚牆砌完後一段時間，因磚塊或水泥砂漿所含的硫酸鈣、碳酸鉀、硫酸錳等鹽類無機物，受雨水滲透溶化而浮出牆面，經日曬水份蒸發後牆面留下白粉狀風化物，即所謂的白華或稱白花（十）防止水泥結構腐蝕的方法：（1）依環境特性選用合適水泥種類。（2）提高水泥密實度：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，於混凝土或砂漿表面加耐腐蝕性強且不透水之保護層。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，加氧化錳則成淺藍色等，但此法產出之顏色有限。砂漿之種類

砂漿是由膠凝材料（如：水泥、石灰、石膏、黏土）、細骨材及水依一定比例調配而成，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）細骨材：細骨材包括天然砂、碎石砂、或二者混合之混合砂，一般以能通過5㎜CNS-386試驗篩或ASTM4號篩（4.76㎜）以下的骨材屬之。砌磚所用之細砂粒徑應不大於2.5mm（三）有機聚合物：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）纖維增強材料：麻筋、玻璃纖維等，有助於提高抹灰層的抗拉強度，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淨砂1：2水泥砂漿配比：13包TYPEI水泥＋0.8m3淨砂1：3水泥砂漿配比：9包TY