波特兰水泥.ppt

1、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

2、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 ( SiO2 ) 氧化鋁 ( Al2O3 ),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( CaCO3 )及黏土質原料( SiO2+Al2O3+Fe2O3 ) 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

3、。 製造水泥典型原料比例 CaO=63.0%，SiO2=22.0%，Al2O3= 6.0% MgO= 2.6%，Fe2O3= 2.5%，SO3=2.0% K2O= 0.6%，Na2O= 0.3%，CO2，H2O,C-A-S三相平衡圖,Al2O3+ Fe2O3,SiO2,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

4、,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.SiO2簡寫C3S；重量比=50% 矽酸二鈣(Di-calcium Silicate) 2CaO.SiO2簡寫C2S；重量比=25% 鋁酸三鈣(Tri-calcium Aluminate) 3CaO.Al2O3簡寫C3A；重量比=12% 鋁鐵酸四鈣(Tetra-calcium Aluminoferrite) 4CaO.Al2O3.Fe2O3簡寫C4AF；重

5、量比=8% 硫酸鈣(Calcium Sulfate Dihydrate;Gypsum) CaSO4.2H2O簡寫CSH2；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:Al2O3 F:Fe2O3,水泥組成物性質,水泥水化組成物特性,C4AF水化速率並無定量資料；但較不含石膏(CSH2)時為快,組成物對水泥強度影響,C3S含量愈多，則早期強度愈高 後期(約180日) 則C2S多強度高 C3A水化作用快 第一天強度為C3A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(C

6、aO) 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；CaO0.5% 。 石膏(CaSO4.2H2O)鈣釩石(C6AS3H32) 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SO3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(K2O&Na2O) 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) K2O&Na2O與帶有SiO2、Al2O3之活性骨材作用產生一吸水不放水之半透

7、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。 K2O+Na2O 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

8、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m2/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20

9、0 m2/kg增加到300 m2/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 m2/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 m2/kg，而今天

10、所生產的第I型水泥，其細度約為330420 m2/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