01

水化反应（HydrationReaction）

水泥主要成分为硅酸三钙（C3S）占50%，硅酸二钙（C2S）占25%，铝酸三钙（C3A），铝铁酸四钙（C4AF）后两者占20%，等四种复杂的复合物所组成，雨水结合后产生以下五种化学反应：

以上两式水泥水化反应的C-S-H产物占水泥水化产物总体积的55%，这种水泥胶体是水泥强度发生的主要来源，CH则为另一种主要水化产物，约占水泥水化产物总体积的20%，也是让卜作岚反应进行的主要反应物。

上述两个水化作用之主要化学平衡反应式纯粹为了解说方便，事实上，有两点必须说明：

（1）除非水泥颗粒磨得非常微细，否则这两个反应会维持很长的时间，才能完成完全水化；对混凝土中的水泥而言，因有骨材的阻隔，甚至要超过30年以上水化作用还未完全，因此可知水泥水化反应是处在不完全平衡的状态。

（2）C-S-H在长时间水化反应下，产生了键连增加的作用，又称为「硅聚合」的多晶反应，使得C-S-H并非以C3S2H3固定化学之「托伯塻莱土」的晶体存在，而系以带有水分子的不定型结晶「胶体」型式存在。以上两式水泥中的铝酸钙盐类经水化作用的产物为钙钒石、单硫型铝酸钙水化物及水化石榴石占水泥水化产物总体积的10%，对水泥而言，系属填充作用贡献；C3A与石膏反应速率极快，有益于早期强度的发生，当水泥中的石膏被耗尽后，钙钒石会与剩馀的C3A再结合生成单硫型铝酸钙，如此由密度较低的钙钒石（比重1.75）转化成密度较高的单硫型铝酸钙水化物（比重1.95）时，体积产生了变化，致使有残留孔隙存在，对水泥强度有不良的影响。C3A的水化在未平衡前是呈现复杂多晶相状态，这些连续反应吸附不同数量的水分子（AFt、AFm或水化石榴石），致使晶体帐缩反复改变产生内应力及孔洞，再加上一些尚未转换呈碎片状物质，造就类似跨架的危形结构，对水泥强度有不利的影响，这也就是何以C3A及C4AF在初期成长后，即刻又衰减的原因之一了。

以上两式水泥中的铝酸钙盐类经水化作用的产物为钙钒石、单硫型铝酸钙水化物及水化石榴石占水泥水化产物总体积的10%，对水泥而言，系属填充作用贡献；C3A与石膏反应速率极快，有益于早期强度的发生，当水泥中的石膏被耗尽后，钙钒石会与剩馀的C3A再结合生成单硫型铝酸钙，如此由密度较低的钙钒石（比重1.75）转化成密度较高的单硫型铝酸钙水化物（比重1.95）时，体积产生了变化，致使有残留孔隙存在，对水泥强度有不良的影响。C3A的水化在未平衡前是呈现复杂多晶相状态，这些连续反应吸附不同数量的水分子（AFt、AFm或水化石榴石），致使晶体帐缩反复改变产生内应力及孔洞，再加上一些尚未转换呈碎片状物质，造就类似跨架的危形结构，对水泥强度有不利的影响，这也就是何以C3A及C4AF在初期成长后，即刻又衰减的原因之一了。

02

卜作岚反应（PozzolanicReaction）

卜作岚材料泛指所含氧化硅及氧化铝能与水泥水化作用所生成的氢氧化钙，或外加硷质物产生缓慢卜作岚水化反应，而有胶结性产物之任何材料均属之。所以，卜作岚反应的通式可简略的以下式表示：

卜作岚材料的共同成份为Al2O3及SiO2，是一种硅质（石英质）与铝酸盐（矾土质）的混合物，当水泥水化作用的产物氢氧化钙（CH），产生量够多时，会与卜作岚材料中的Al2O3及SiO2直接结合反应，产生了钙硅水化物及钙铝水化物，其主要的反应式为：

所以，混凝土中的卜作岚反应，皆藉由水化反应的生成物与卜作岚材料，做再次的反应，故卜作岚反应又称之为“二次反应”。

03

混凝土抗压强度产生「倒缩」不良反应之例

参阅上节水泥水中的C3A及C4AF，在水化反应时会产生AFt、AFm或水化石榴石，此反应过程中虽然有提高早期强度的效应，但是，因其体积的变化，对混凝土后期强度有不良之影响，所以，对水泥品质的选择必须慎重处理，现以两种不同来源之水泥做期7天及28天强度的测试结果。

A水泥

试验结果数据表

1.1纯水泥

表格1：纯水泥强度试验结果

1.2水泥+炉石

表格2：水泥+炉石强度试验结果

1.3水泥+飞灰

表格3：水泥+飞灰强度试验结果

1.4水泥+炉石+飞灰

表格4：水泥+炉石+飞灰强度试验结果

1.5水泥+炉石+飞灰+石粉

表格5：水泥+炉石+飞灰+石粉强度试验结果

2.试验结果数图形

参照上述，各数值表，在不同组成胶结材之下，分别做成以下混凝图强度成长百分比与水泥用量关系图。

2.1纯水泥

2.2水泥+炉石

图表2:A种水泥，水泥+炉石强度成长%与水泥量关系

2.3水泥+飞灰

图表3:A种水泥，水泥+飞灰强度成长%与水泥量关系

2.4水泥+炉石+飞灰

1.2.5水泥+炉石+飞灰+石粉

图表5:A种水泥，水泥+炉石+飞灰+石粉强度成长%与水泥量关系

A种水泥和相关卜作岚材料强度试验结果讨论

?参照，在纯水泥配比之下，几乎所有水泥量都是28天强度低于7天强度，呈现“强度倒缩”之不良现象。

?参照，在水泥加炉石或飞灰两种卜作岚材料的配比之下，水泥用量kg/m3以下，还未出现“强度倒缩”之不良，但在高水泥用量之下其后期强度的强度成长率并不理想。

?参照，在水泥分别加入炉石、飞灰、石粉等卜作岚材料的配比之下，在各种水泥用量之下，并未出现“强度倒缩”之不良，但在高水泥用量之下其后期强度的强度成长率也有降低之趋势。

?在低卜作岚材用量或高水泥用量下，都会呈现7天强度高于28天强度的奇怪现象；除了水泥用量过高外，有可能是水泥中的C3A或C4AF含量过高，或过多的MgO、游离CaO使水化作用时产生了Aft及AFm所致。

?每种实验在高胶结量的强度呈现都不如预期的表现，尤其是在低卜作岚材用量下更明显，故此次实验用的A种水泥质量实有检讨之必要。

B种水泥

试验结果数据表

1.1纯水泥

表格6：纯水泥强度试验结果

1.2水泥+飞灰

表格7：水泥+飞灰强度试验结果

试验结果数图形

参照上述，各数值表，在不同组成胶结材之下，分别做成以下混凝图强度成长百分比与水泥用量关系图。

2.1纯水泥

图表6:B种水泥，纯水泥强度成长%与水泥量关系

2.2水泥+飞灰

图表7:B种水泥，水泥+飞灰强度成长%与水泥量关系

B种水泥和相关卜作岚材料强度试验结果讨论

?参照，在纯水泥配比之下，除了在水泥用量kg/m3时，呈现“强度倒缩”之不良现象外，其余水泥用量下皆有成长，比起A种水泥则强度倒缩现象改善很多。

?参照，B种水泥加上飞灰的卜作岚材料后，所有水泥用量皆有正常的强度成长。

?比对A水泥和B水泥的强度成长，可知A水泥的质量是优于B水泥的。

?不论A水泥和B水泥，只要在配比中加入适度的卜作岚材料（炉石、飞灰、硅灰、稻壳灰或石粉）皆可改善混凝土“强度倒缩”之不良现象。意即，让混凝土有是当的卜作岚反应发生，是改善混凝土「耐久性」的重要技术之一。

03

水化作用及卜作岚作用在材料上的区别

水泥、炉石、飞灰、硅灰、稻壳灰等各种混凝土胶结材，虽同为胶结材但其胶结性能（水化作用或卜作岚作用），因组成成分及含量的多少，产生的反应各不相同，主要系因其组成成份CaO、SiO2、Al2O3的含量不相同所致，今以下述“三相”关系图加以说明：

说明：含量

水泥：CaO（约66%），Al2O3（约8.5%），SiO2（约22%）。

炉石：CaO（约56%），Al2O3（约20%），SiO2（约34%）。

飞灰：CaO（约49%），Al2O3（约22%），SiO2（约43%）。

硅灰：CaO（约7%），Al2O3（约3%），SiO2（约90%）。

稻壳灰：CaO（约6%），Al2O3（约5%），SiO2（约89%）。