波特蘭水泥

根據（GB175-1999）標準，矽酸鹽水泥（就是國外通稱的波特蘭水泥）

凡是由矽酸鹽水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料成為矽酸鹽水泥。矽酸鹽水泥分為兩種類型，其中：Ⅰ型矽酸鹽水泥是不摻加混合材料，代號為P·Ⅰ；Ⅱ型矽酸鹽水泥是摻加不超過水泥質量5%石灰石或粒化高爐礦渣混合材料，代號為P·Ⅱ。如：P·Ⅰ42.5，P·Ⅱ42.5R。

基本介紹

• 中文名：波特蘭水泥
• 外文名：Portland cement
• 類型：矽酸鹽水泥 
• 水泥種類：波特蘭
• 成分：矽酸三鈣3CaO·SiO2

概況

普通矽酸鹽水泥或普通波特蘭水泥指矽酸鹽水泥含有5~20%的活性混合材。更高混合材含量（大於20%）的矽酸鹽水泥，水泥名稱包含混合材名稱，例如礦渣矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥、火山灰矽酸鹽水泥、複合矽酸鹽水泥（含兩種以上混合材）。

成分

矽酸鹽水泥熟料的主要成分為矽酸三鈣3CaO·SiO2，矽酸二鈣2CaO·SiO2，鋁酸三鈣3CaO·Al2O3和鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3。當與水混合時，發生複雜的物理和化學反應，稱為水合(hydrate)。從水泥加水拌合後，成為具有可塑性的水泥漿，到水泥漿逐漸變稠失去塑性但尚未具有強度，這一過程稱為“凝結”。隨後產生明顯的強度並逐漸發展成堅硬的水泥石，這一過程稱為硬化(harden)。凝結和硬化是人為劃分的，實際上是一個連續的物理化學變化過程。

水泥種類

波特蘭

• 波特蘭水泥：系以水硬性矽酸鈣類為主要成分之熟料研磨而得之水硬性水泥，通常並與一種或一種以上不同型態之硫酸鈣為添加物共同研磨。
• 普通波特蘭水泥： 此種水泥之套用至廣、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，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。
• 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。
• 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。
• 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

波特蘭輸氣水泥

• 輸氣卜特蘭水泥：系以水硬性矽酸鈣類為主要成分之熟料研磨而得之水硬性水泥，通常並與一種或一種以上不同型態之硫酸鈣及一種輸氣劑為添加物共同研磨。為具有抗凍融特性之I、II、III型水泥特徵之輸氣水泥。
• 輸氣第一型： 一般構造物需要輸氣者
• 輸氣第二型： 抗鹽蝕構造物需要輸氣者
• 輸氣第三型：緊急工程需要輸氣者

混合水泥

• 熟料加石膏的研磨過程中，加入各種材質如爐石、矽、飛灰即成具各種不同特性之水泥，適用於水壩、河川、港灣等之土木工事、建築工事等。
• 飛灰水泥： 此種水泥流動大，摻入飛灰可減低水合熱而無游離石灰之存在，結構比較細密，三個月後之強度超過普通卜特蘭水泥，在本省水利工程中多採用之。

• 火山灰水泥： 是以火山灰加入熟料中磨成，火山灰摻入成份為10%以下，10~20%或20~30%等三種。因火山灰之摻入可減低水合熱，而無游離石灰存在，結構比較緻密，增加耐久性，三個月後強度超過普通卜特蘭水泥。

• 高鋁水泥（礬土水泥）： 早強水泥之一種，28天之耐壓強度可達1,200平方吋磅，28天之抗張強度可達4500平方吋磅，其抵抗海水浸蝕性最強，耐溫，惟凝固時發生高熱，故應防止太快風乾，以免強度受損。

• 墁砌水泥： 系專作墁料之用，取其較佳之粘性，是將水泥熟料摻入石灰石，消石灰等共同研磨而成，同時並加以少量輸氣劑。此種水泥適用於墁砌。

• 膨脹水泥： 此種水泥在硬化過程中，稍有膨脹或在空氣中乾燥時不再收縮，故又稱為非收縮水泥。

• 防水水泥： 為普通水泥於研磨過程中加入少量硬脂酸鈣或其他非皂化油類，使其具有防水性能。

• 油井水泥： 為專供充填油井或氣井中鋼管與井壁之空隙或為鞏固疏鬆地層之用。

• 白水泥： 是水泥的一種，但比普通的矽酸鹽水泥標號高，凝固的快，其主要特點是礦渣微粉的用量為85～90%,鹼性添加物的用量不超過5%。混制出的白水泥的白度和強度不低於原料白水泥，而且早期強度還有明顯的提高。白水泥主要是用來添補磁磚的縫隙，粉白裝飾，強度次高。

發明過程

1756年，英國海峽群島上的一座燈塔，突然失火燒毀了。這真要命，要知道這可是英吉利海峽南端最重要的燈塔，沒有了它，要影響無數船隻的航行。英國政府命令工程師史密頓用最快的速度重建這座燈塔。

史密頓立即通知將石灰石運往燈塔所在的小島，以便燒成石灰後將島上產的石頭黏合起來重砌燈塔。由於史密頓多次完成過類似的工程，對如期完成重建任務充滿信心。

兩星期後，石灰石運到了，史密頓興沖沖地趕到卸料碼頭。當他見到這些越山跨海送來的石灰石時，不由失聲驚叫起來：“真倒霉，這石頭怎么是帶有黑色的？它混有太多的土質，用這種次品原料建造高標準的燈塔，不是開玩笑嗎？”可是，時間已不允許他再調運優質石灰石了，史密頓只好將就著用這些劣質原料進行燒制。

不料，史密頓卻因禍得福。用這批石灰石燒出來的石灰，性能居然好得出奇，將石塊黏結得從來沒有過的結實。當監工官員將這出人意料的結果通知史密頓時，他驚喜得跳了起來。隨即他又冷靜下來，“這石灰中有名堂，要查一查。”史密頓馬上對這些石灰進行了檢驗，結果發現這些石灰的確不純，其中竟含有多達約20%的黏土。

“看來，正是這些被視為雜質的黏土起了好的作用。”史密頓後來就有意識地把黏土同石灰石適當地配合加以煅燒，這種石灰性能果然理想。史密頓高高興興地對人講了他的經驗。

史密頓的做法很快傳遍歐洲各國，引起了許多人的興趣，人們仿效此法去煅燒也都獲得了成功。1820年前後，俄國建築師契利耶夫在莫斯科地區從事建築施工時，就用這種方法燒石灰，造了好些建築物，其中最著名的是用它來修復克里姆林宮的牆垣。

“能不能使它的性能更好一些呢？”一位名叫亞斯普丁的英國工匠企圖對史密頓的發明進行改進。他聯想到古羅馬人為增強石灰的黏結力，曾在石灰中加入火山灰的做法，因而產生了新的想法：火山灰是岩石高溫熔燒後的產物，那么，把陶器、磚瓦的屑片磨成細粉，是不是也跟火山灰差不多呢？

亞斯普丁試了一下，效果果然不錯。後來他又由此想到，煤高溫燃燒後的煤渣、煉鐵高爐里流出的經高溫冶煉的礦渣可能也有類似的功能，經試驗也證實了他的想法是對的。

1824年，亞斯普丁在反覆試驗的基礎上，總結出石灰、黏土、礦渣等各種原料之間的比例以及生產這種混合料的方法。亞斯普丁為他的這項發明申請了專利，用這項專利生產出來的便是今天被我們稱為“水泥”的建築材料。由於亞斯普丁的水泥在硬結後的顏色和強度，都和當時英國波特蘭島上所產的石材差不多，所以人們就稱它為“波特蘭水泥”。

“波特蘭水泥”最早的一次大規模套用，是建造了穿越泰晤士河河底的隧道。爾後，它在世界各地迅速推廣開來，法國和德國分別在1840年和1855年建設了水泥製造廠。現在，水泥已成為現代人類生活中不可缺少的物資了。