波特兰水泥.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,波特蘭水泥,波特蘭水泥是一種水硬性水泥，係由燒窯中的水泥燒塊,(,含有水硬性矽酸鈣,),研磨而成。,1824,年，,英格蘭,的一個砌磚工人約瑟夫艾斯伯汀,，,首先使用“波特蘭水泥”這個名詞來描述一種取得專利的膠結性產品，這種產品的製造是將黏土、石灰石或白堊的混合物在鍋爐中加熱，直到溫度足夠將二氧化碳去除為止。,波特蘭水泥,使用“波特蘭”這個名詞，是因為使用此種水泥所拌製而成的混凝土，,其顏色與英國得塞郡波特蘭島上的天然岩石相似,。,英國水泥製造家,I.C.Johnson,應該是波特蘭水泥的真正發明者。在,1845,年的時候，他的工廠即開始生產波特蘭水泥，本質上與吾人今日所用的水泥相似。,製造水泥之原料,製造波特蘭水泥之原料，其主要的三種成分為：,氧化鈣,(,石灰，,CaO,),二氧化矽,(SiO,2,),氧化鋁,(Al,2,O,3,),水泥之原料,氧化鈣源自於石灰岩或白堊，而二氧化矽和氧化鋁則由黏土、頁岩和鐵鋁氧石獲得。,大部分的原料包含少量的氧化鐵、氧化鎂、三氧化硫、鹼金屬和二氧化碳，其中,氧化鈣和二氧化矽佔原料成分的百分比分別約為,60%,和,20%,，氧化鐵和氧化鋁約佔,10%,。,鐵礦也作為助熔劑使用,，可降低水泥燒塊的溫度。,水泥之製造,水泥係將,石灰質原料,(CaCO,3,),及,黏土質原料,(SiO,2,+Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,),按化學成分及欲製成水泥品種決定配料比例，經研磨、燒結再加石膏研磨致所須細度而成。,製造水泥典型原料比例,CaO,=63.0%,，,SiO,2,=22.0%,，,Al,2,O,3,=,6.0%,MgO,=,2.6%,，,Fe,2,O,3,=2.5%,，,SO,3,=2.0%,K,2,O=0.6%,，,Na,2,O=0.3%,，,CO,2,，,H,2,O,C-A-S,三相平衡圖,Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,SiO,2,CaO,+,MgO,水泥製造流程,水泥製造流程,水泥研磨混合工法,濕式法,(Wet Process),水泥原料研磨時加水混合成灰泥漿較常用；易於輸送進入旋轉窯鍛燒需耗用較高能量使灰漿中水分汽化。,乾式法,(Dry Process),將壓碎之原料以球磨機研磨成可通過,200,號篩的粉末狀。,將磨細之原料粉末直接輸入窯內鍛燒。,乾式法燒結製程,去水區,熱源,冷卻區,廢氣口,石灰分解,黏土分解,C,3,S,形成,C,2,S,形成,混合物形成,熔質形成,進料口,鍛燒區,熟料區,在乾製過程中，將混合物倒入轉窯中，並在乾燥狀態加熱，此可節省燃料的消耗和用水，不過此製程之灰塵較多。雖然溼製法通常較乾製法有效率，但需要較多的燃料故較不經濟。,水泥之化學組成,矽酸三鈣,(Tri-calcium Silicate),3CaO.SiO,2,簡寫,C,3,S,；,重量比,=50%,矽酸二鈣,(Di-calcium Silicate),2CaO.SiO,2,簡寫,C,2,S,；,重量比,=25%,鋁酸三鈣,(Tri-calcium,Aluminate,),3CaO.Al,2,O,3,簡寫,C,3,A,；,重量比,=12%,鋁鐵酸四鈣,(,Tetra-calcium,Aluminoferrite,),4CaO.Al,2,O,3,.Fe,2,O,3,簡寫,C,4,AF,；,重量比,=8%,硫酸鈣,(,Calcium Sulfate,Dihydrate;Gypsum,),CaSO,4,.2H,2,O,簡寫,C,S,H,2,；,重量比,=3.5%,水泥的成分,(ASTM),水泥組成物計算,柏格計算,(,Bogue,Calculation ASTM C150),Case A,:,Case B:,A:Al,2,O,3,F:Fe,2,O,3,水泥組成物性質,水泥水化組成物特性,C,4,AF,水化速率並無定量資料；但較不含石膏,(C,S,H,2,),時為快,組成物對水泥強度影響,C,3,S,含量愈多，則早期強度愈高,後期,(,約,180,日,),則,C,2,S,多強度高,C,3,A,水化作用快,第一天強度為,C,3,A,之表現,組成物對水泥強度影響,不純物對水泥的影響,游離石灰,(,CaO,),成因：原料成分配合不當或鍛燒不完全降低水泥之強度、耐久性及水密性,。,游離石灰含量愈少愈好；,CaO,0.5%,。,石膏,(CaSO,4,.2H,2,O),鈣釩石,(C,6,A,S,3,H,32,),水泥熟料添加,2 4%,石膏研磨，可延緩氧化鋁水化作用，以,延長凝結時間,。,石膏太少凝結時間縮短；太多因無水硫酸,SO,3,作用造成體積膨脹,(Bulk expansion),而乾縮增大、強度降低,。,不純物對水泥的影響,鹼性氧化物,(K,2,O&Na,2,O),提高水泥早期強度；降低長期強度,。,易造成鹼骨材反應,(,Alkali-reaction Aggregate,),K,2,O&Na,2,O,與帶有,SiO,2,、,Al,2,O,3,之活性骨材作用產生一吸水不放水之半透明膜狀類似水玻璃物質；因其吸水不排，造成過度膨脹而使骨材失去完整性致混凝土破裂,。,K,2,O+Na,2,O 0.6%,氧化鎂,(,MgO,),含量太高則水泥健性不佳；,MgO,6%,。,水泥的分類,第一類,(Type I ),：,普通水泥,用於一般無特殊性質要求的營建工程,。,第二類,(Type II),：,改良水泥,放熱速率慢；適宜大體積灌漿,。,可抵抗中度硫酸鹽之侵害,。,第三類,(Type III),：,早強水泥,早期強度高；適用於快速拆模及寒中混凝土,。,第四類,(Type IV),：,低熱水泥,水化熱低、放熱緩慢；適宜特大巨積混凝土,。,第五類,(Type V),：,抗硫水泥,避免,CaO,與硫酸鹽反應成硫鋁酸鈣而體積膨脹,。,水泥細度,水泥的細度係指水泥顆粒的大小，對水泥水化過程的行為影響甚大。,細度可由通過,200,號篩,(75 m),的百分比而定，例如，普通波特蘭水泥約有,80%,通過此號篩。,水泥細度試驗,水泥的比表面積,另一種量測水泥細度的方法為測量水泥的,比表面積,，或單位重量的總表面積，單位為,m,2,/kg,，如,ASTM C115 Wagner,濁度計法或,ASTM C204,布蘭氏氣透儀法,。,在氣透儀法的試驗中，量測一定空氣通過一定氣孔率水泥層的流動時間，即可依公式換算求得水泥的比表面積。,水泥細度對其性質的影響,細度主要影響水泥的水化反應,，,水化作用速度隨著細度的增加而增加，也因而增加強度發展速率與水化熱,。例如，水泥的細度由,200 m,2,/kg,增加到,300 m,2,/kg,，,可使水泥砂漿,7,天的強度由,25.5 MPa,增加到,29.7 MPa,，,強度大約增長了,16%,。,但,90,天之後，由細度所造成的強度成長是可忽略的。,細度可減少水泥的泌水量，但卻需要更多的水量來維持相同的工作性。,水泥細度,雖然較細的水泥擁有較高的早期強度及較好的工作性,(,在低水泥量的配比中,),，但卻會產生額外的裂縫，造成較低的抗凍融性。,第,III,型水泥是所有水泥中最細的。一般而言，水泥製造廠生產出的各種水泥都會比,ASTM,建議的細度,(280 m,2,/kg),來得細。,近年來，水泥的細度已經愈來愈細，,1935,年對水泥細度的最低要求為,150 m,2,/kg,，,而今天所生產的第,I,型水泥，其細度約為,330,420 m,2,/kg,之間。,水泥強度,水泥的強度這個名詞可能有些誤導，因為它是由量測水泥砂漿的抗壓強度而得，並非指水泥的強度而言。,水泥強度試驗,通常是,以,1,份水泥、,2.75,份標準砂及,0.485,份水混合,(,輸氣水泥則為,0.46,份的水,),之重量比例，製作,50 mm,立方的水泥砂漿試體，並於,3,、,7,、,28,天時進行抗壓強度試驗。,如此所得之抗壓強度並不代表水泥或水泥砂漿的基本性質，因其強度可能隨砂漿的配比或試體的大小而異。,水泥強度之標準,在,ASTM C109,中提到，砂漿的抗壓強可提供一個強度的相對比較值。換言之，若在水泥用量不變的條件下，使用高強度水泥可增進混凝土的整體強度。,ASTM,規定：,第,I,型水泥,3,天的強度需大於,12.4 MPa,，,7,天的強度需大於,19.3 MPa,。,第,II,型水泥,3,天的強度需大於,10.3 MPa,，,7,天的強度需大於,17.2 MPa,。,第,III,型水泥,3,天的強度需大於,24.1 MPa,。,水泥強度的成長,水泥強度的成長,水泥的正常稠度,正常稠度可用來建立水泥的凝結特性，係利用費開氏儀以,300,磅的壓力將,10 mm,直徑的針來進行試驗。,如果測針能在,30,秒內，由水泥漿表面貫入,101 mm,，,則稱此水泥漿擁有正常稠度；則此時的水量以水泥乾重的百分比表示，即正常稠度的水灰比。,費開氏儀,如何選用水泥,混凝土性質：工作性、強度、耐久性,水泥性質：物理性質、化學性質,技術能力、人力,設備特殊要求,結構物緊迫性,施工速度,施工環境,成本經濟性,