工法 Construction Methods
水泥介紹
水泥的定義
韋氏大字典定義：凡跟水混合後會產生膠結性之材料均可稱為水泥。
說得白話一點，水泥一但與水混合，就會慢慢的凝固硬化，硬化後的水泥就像堅硬的石材，因此被現代土木工程大量的利用。
維基百科：水泥的種類繁多，按其礦物組成分為矽酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥以及少熟料或無熟料水泥等。而按其用途和性能又分為通用水泥、專用水泥和特種水泥三大類。
水泥的歷史
水泥的歷史可追溯到古羅馬時代。當時羅馬人曾經用火山灰混合石灰﹑砂製成天然混凝土，羅馬建築因此出現了許多超越以前的拱和穹頂構造。
1824年英國人約瑟夫·阿斯普丁，發明了波特蘭水泥，這種水泥是用黏土和石灰煅燒而成，主要成分是矽酸鈣(一種矽酸鹽)，因為外觀、硬度都與英國的波特蘭石很像，所以稱為「波特蘭水泥」。由於波特蘭水泥強度夠又耐用，原料取得容易，費用較低，因此用途很廣泛。阿斯普丁用這種水泥建造了英國泰晤士河的河底隧道。
爾後水泥材料不斷研發演進，至今水泥種類已發展到100多種。
水泥的製造
以下介紹的是波特蘭水泥的製造流程，凡是由燒結物質所製得的水泥即為波特蘭水泥。
製作過程中：
- 將石灰石打碎磨粉。
- 石灰石粉加上粘土與其他物質以適當比例混合，並且磨碎即成「生料」。
- 將生料送進窯鍛燒，燒至半熔融再冷卻即為「熟料」。
- 熟料加上石膏，磨至標準細度即完成。
(在此過程中可以客製加入指定材料，例如：加入爐石粉做成高爐水泥，增加水泥強度提高水密性、耐硫酸鹽侵蝕)
水泥的硬化原理
水泥粉與水混合之後，就會發生化學反應，水分會慢慢滲入水泥顆粒內部。隨著水份的進入，水泥顆粒逐漸變大，顆粒與顆粒之間的空間會越變越變小，最後空間消失，顆粒連在一塊，水泥也會越變越硬，變得跟石頭一樣。
一般的水泥要達到最強的強度，必須經過28天，硬化期間需要一直保持濕度，變硬過程中不可缺少水分。一般保濕的做法是幫水泥澆水，或是覆蓋一些東西保持濕度。
水泥的保存
水泥的保存就是不能受潮，因為一但受潮化學反應就展開了。一般水泥不會囤放超過六個月，超過便視為過期不再使用。
水泥的使用
水泥的使用方式，與我們希望達到何種效果，有密切的關係，水泥可說是一種變化多端的材料。一般情況下水泥都會混合「砂」、「石」，這是因為水泥單獨使用時雖然強度很強(7000~8000psi)，但是在硬化的過程中，水泥的體積會收縮，這個情況遇到大型建築時會非常明顯，收縮得太厲害就會有裂開的問題，當然只使用水泥施工，工程花費也比較高。
因此為了避免上述情況及降低成本，水泥就會加入體積穩定的填充物，一般又稱為「骨料」。一般的泥作工程會加入「砂」做成水泥砂漿，建築的結構工程則加入「砂」、「石」做成混凝土，但是加入骨料後強度會大幅下降(一般為3000psi)。
水泥的裂開可視為必然現象
在水泥的硬化中提過，水泥一個個顆粒組成，其實顆粒與顆粒之間沒有強力的鏈結，因此若是發生地震這類搖晃，中間的間距就容易拉開，形成裂縫。
常用水泥種類
台灣最常見的就是波特蘭水泥，以下簡介第一型至第五型。
引用自維基百科
波特蘭第一型水泥：
此種水泥之應用至廣、鐵路、電力、道路、橋樑、軍事及一般建築等工程均用之。其他各種水泥加工製品如電線桿、枕木、水泥管、石棉瓦等亦多採用之。占水泥使用量約九成以上。
波特蘭第二型水泥：
此種水泥所發生之水化熱量較少，並能抵抗中度硫酸鹽之浸蝕作用適用於長期受海風、海水侵蝕之工程，但強度產生之初期，較第一種水泥為慢。此種水泥適合於中型巨積混凝土使用。例如橋墩及大型水壩等之用。常用名稱為｢改良型波特蘭水泥｣。
波特蘭第三型水泥：
在3～5天之間所能發展之強度需能相當於普通水泥28天所發展者。因此凡軍事工程，道路及水中工程之需於短期內竣工或希望儘速拆卸模子之混凝土均極適用。若干預力混凝土施工者亦樂於採用。常用名稱為｢早強水泥｣，特別適用於搶救道路。
波特蘭第四型水泥：
其特性為硬化時所發生之水化熱僅為普通水泥之70%左右，且此種水泥之水合熱發展速率恆保持在一最低限度內，可以減少混凝土崩壞之危險，但其強度之進展則較慢，用途不免受到限制，建築大水壩工程等之巨體積混凝土至為適用。又稱為｢低熱水泥｣和｢巨積水泥｣。
波特蘭第五型水泥：
具有抵抗硫酸鹽浸蝕之特性，適用於抗酸蝕、下水道、地下室、溫泉區等特殊環境之工程。常用名稱為｢抗硫水泥｣，是濱海建築；港灣建築專用水泥。（與FRP合用。）
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