水泥砂漿文化創意工法製作與應用

第一章 水泥初探
1-1 認識水泥
水泥（cement）是基礎公共建設與民生、國防等相關工業建設的基本建材，大量使用於各項工程建設如住宅、學校、 醫院、公路、橋梁、水壩、隧道、機場等。
1-1-1 水泥的演進
水泥材料在建築領域上的貢獻，早在西元前 12000 年至西元前6000 年，就有了水泥材料的前身，演變的時期可以區分為「非水硬性黏結料」、「水硬性石灰」及「卜特蘭水泥系」。
非水硬性黏結料時期，埃及人利用鍛燒不純的石膏漿，稱之為石灰漿，為一種鍛燒石灰石製成的膠結材料，建造金字塔。
水硬性石灰時期，古希臘及羅馬人採用石灰及火山灰鍛燒的水硬性石灰作為建築材料，著名的羅馬競技場及萬神廟就是當時的混凝土代表建築。西元 1756 年英格蘭人約翰．錫頓（John Seaton）使用石灰配製砂漿並加入定量黏土，鍛燒後獲得水硬石灰，建造了倫敦港口的艾迪斯頓（Eddystone）燈塔。西元 1796 年英國人詹姆士．帕加（James Parker）使用黏土質石灰岩研磨後鍛燒，再研磨熟料製成的水泥，號稱羅馬水泥，並取得其專利。西元 1822 年英國人詹姆士．佛洛伊德（James Frost）使用白堊土和黏土研磨後放入石灰窯鍛燒再磨成細粉後製作的水硬石灰，稱之為「英國水泥」工業革命。
卜特蘭水泥系時期由西元 1824 年英國人約瑟夫． 阿斯普丁（Joseph Aspdin）使用石灰石和黏土煅燒，製造具高強度與防水的熟料水泥，因類似英國卜特蘭石場開採的天然石灰岩，故稱為卜特蘭水泥（Portland cement），開始進入「卜特蘭水泥系」時期，自 19 世紀中期開始，加速了工業革命的進程。西元 1849 年法國人莫尼爾（Monier）發明了「鋼筋混凝土」（RC）。將鋼筋加入了水泥、砂石、水等混合材料，造就了現代建築的進步，水泥材料配方也不斷的改進，朝多元化的應用。自古羅馬時代至今，水泥材料仍然佔有極為重要的地位，應用的領域也越來越多元化，從建築結構的建材，發展到室內設計，室外景觀裝飾材料，甚至在精品、藝術、家飾產品都可以看到使用水泥砂漿材料的應用。
1-1-2 水泥原料及生產流程
水泥的原料主要如下：
石灰質原料： 為主要原料之一， 通常含八成以上的碳酸鈣（CaCO3）為主要的礦石，如最常見的石灰石 （limestone）能提供製造水泥所需的氧化鈣 （CaO）。其它如白堊（chalk）、 貝殼沉積物（shell deposits）、 鈣質泥 （calcareous muds）等。石灰石原料的取得經鑽孔、探測、取樣、化驗，得到初步化學成份後，依地形、成份等等資料區分規劃，後續使用炸藥爆破、開採、掘取，藉卡車載運至廠區，然後破碎，經過一次和二次破石機，壓碎與減積（size reduction）操作後儲存。
黏土質原料：為主要原料之一，含有黏土物質的原料具有大量氧化矽及少量的鋁氧化物、鐵氧化物（Fe2O3）的礦石，如黏土（clay）、頁岩（shale）、 硅石 （sand stone）等。
鐵質原料：矽砂和鐵渣為次要原料，含有氧化鐵的礦石，如鐵礦砂、鐵渣（pyrites cinder）等，水泥中含鐵量約需 2% 至 4%，以做為煅燒時的助熔劑，原料含鐵量不足時，須要補充加入鐵渣或鐵礦砂等含有氧化鐵的原料，含鐵量的多寡也將影響水泥的顏色深淺。
緩凝劑：通常使用石膏（gypsum），可延緩水泥的凝結時間，在製作過程的後端加入。
通常水泥的製造依據所生產水泥的種類型號，進行原料配方調整，準備含其必要比率與成分的原料，將石灰石、黏土、矽砂、鐵渣等原料依據適當的比例配料，化學成分符合所需要產製的水泥產品規格。
1-1-3 水泥的生產流程
水泥的生產，簡單來說為「二磨一燒」流程，一般可分三個步驟：生料磨製、煅燒和水泥製成。
生料磨製階段在研磨機內加以粉碎並磨到一定細度，再經均勻拌合選粉、收塵後存於生料庫中，以製造符合其規範的水泥，成為生料。水泥之生料研磨有可分為乾式（dry process）（包括半乾式（semi-dry process））與濕式（wet process）（包括半濕式（semi-wet process））兩種，乾式是指將原料同時烘乾並粉磨，或先烘乾再粉磨成生料粉。濕式是指將原料加水粉磨成生料漿，或將濕式製備的生料漿脫水後，製成生料塊。濕法燒成須消耗大量熱能以蒸發水份，生產效率最低，半濕法及雷波法，目前漸為熱效率高之懸浮預熱式乾法所取代。
鍛燒階段利用旋窯（rotary kiln）的高溫燃燒，將生料（raw meal）轉化為熟料（clinker），是卜特蘭水泥整個生產程序中最為重要的步驟。生料的研磨和混合達到標準規格後，進入懸浮預熱式窯或新懸浮預熱式窯，先經到懸浮預熱塔（suspension preheater）及預熱室的燃燒，充分利用旋窯排出的熱氣流來加熱生料，進行預熱及部分碳酸鹽分解，然後進入旋窯內以1450 ～1500℃高溫燒至半熔融繼續加熱分解，再移動到冷卻區，因溫度急速下降，熔融液態狀的物料立即固態化，成為硬結塊的爐底物，從旋窯底部出來的爐底物稱為熟料（clinker）。這個階段的熟料呈現暗灰色，直徑大小約 6～50 公厘的多孔性硬塊，因溫度仍然很高，所以利用空氣或噴水來冷卻，冷卻後的熟料經提運機送儲存庫備用。
熟料研磨階段：熟料要成為水泥需進一步研磨，到所需要的精細度。傳統上水泥研磨是使用球磨機（ball mill）來研磨，現代工廠採用更有效率的滾壓機（roller press）、立式研磨機（vertical mill），或是組合各式功能的研磨機串聯使用。水泥顆粒的尺寸介在 2-8 µ m（微米）之間，每單位重量的表面積則介在 300 - 400 m²/kg 之間，為了延緩水泥的凝結時間，一般普通卜特蘭水泥（ordinary Portland cement, OPC）熟料中會加入加入4-6%的石膏一起研磨，因石膏與熟料相互作用，能調控鋁酸三鈣（tricalcium aluminate）的早期反應。

第一章 水泥初探
1-1 認識水泥
水泥（cement）是基礎公共建設與民生、國防等相關工業建設的基本建材，大量使用於各項工程建設如住宅、學校、 醫院、公路、橋梁、水壩、隧道、機場等。
1-1-1 水泥的演進
水泥材料在建築領域上的貢獻，早在西元前 12000 年至西元前6000 年，就有了水泥材料的前身，演變的時期可以區分為「非水硬性黏結料」、「水硬性石灰」及「卜特蘭水泥系」。
非水硬性黏結料時期，埃及人利用鍛燒不純的石膏漿，稱之為石灰漿，為一種鍛燒石灰石製成的膠結材料，建造金字塔。
水硬性石灰時期，古希臘及羅馬人採用石灰...

作者序／林佩如
任職於國立臺中科技大學商業設計系（所），主要教學目標以理論與實務相配合，整合設計需求，落實設計美學；研究所課程則著重於跨領域結合，與設計實務開發。近三年期間帶領研究生汎曲執行製作水泥磚表面紋理工法方法的空間意象研究（ The Space Image Research base on the Construction Method of Surface Texture of the Cement Tiles. ），其研究結果於 2022 年 1 月刊登於國際期刊 Case Studies in Construction Materials, SCIE，該研究提出一項製作自然紋路肌理水泥面磚的工法，了解在選擇不同水泥面磚作為室內裝飾的視覺空間意象差異，研究結果為水泥砂漿產品的設計和製造工藝提供參考，進一步協助水泥砂漿建材模組化的開發。相關研究成果亦於商業設計學報第 24 期 （2020）刊登「水泥砂漿裂紋工法與肌理之初探」。亦延伸出四項專利，與一項國際發明專利獎。作者汎曲於水泥創作領域已有多年經驗，無論在創作、製作翻模技巧、異材質結合等等，皆有深厚經驗。無論在實務與研究上，汎曲皆有不屈不撓的精神，值為嘉獎。且經兩年透過研究與實驗的輔助，將其技術加以推廣，並將其經驗創作彙整成冊，進行出版，實為廣益後學。先進言「世界上許多事情，只要你把它做透了，做成專家，你就能為自己創造成功的機會」~共勉之。

作者序／郭汎曲
有泥創研工作室成立以來，對於水泥材料工法的研究，一直沒有停歇，進入研究所讀書的這段期間，佩如教授一路提攜我不斷前進，讓我學習的路上不斷的成長，很感謝有這個機會與教授一起撰寫這本書，也謝謝協助編排製作的工作夥伴們。

這幾年應邀參與很多學校的教師研習與自造中心的教學，在與校園內老師們的交流過程中，了解到不管是生科老師或是各科的老師，對於水泥這個材料興致勃勃，但卻沒有很多機會跨足這個領域，畢竟以往水泥只是建築材料，很少應用於手作教學，只能透過教師研習來學習，這本書透過文字與圖片，希望能讓水泥這個有趣的材料，讓更多人知道與學習。

這本書主要希望能給予水泥手作的初學者一個起點，一步一步的認識水泥，了解水泥的配方組成與各種工法後，能夠多元的應用。書中第三章內的每一個實做作品，都是水泥製作工法的基本，希望讀者能夠透過這些工法，創作出更多屬於自己特色的作品。

作者序／林佩如
任職於國立臺中科技大學商業設計系（所），主要教學目標以理論與實務相配合，整合設計需求，落實設計美學；研究所課程則著重於跨領域結合，與設計實務開發。近三年期間帶領研究生汎曲執行製作水泥磚表面紋理工法方法的空間意象研究（ The Space Image Research base on the Construction Method of Surface Texture of the Cement Tiles. ），其研究結果於 2022 年 1 月刊登於國際期刊 Case Studies in Construction Materials, SCIE，該研究提出一項製作自然紋路肌理水泥面磚的工法，了解在選擇不同水泥面磚作為室內裝飾...

作者序／林佩如
作者簡介／林佩如
作者序／郭汎曲
作者簡介／郭汎曲

第一章 水泥初探
1-1 認識水泥
1-1-1　水泥的演進　
1-1-2　水泥原料及生產流程
1-1-3　水泥的生產流程
1-2　水泥水化機制
1-2-1　水化機制　
1-2-2　水化作用五階段　
1-3　水泥配方的組成
1-3-1　水泥
1-3-2　拌合水
1-3-3　骨材
1-3-4　添加劑
1-4　水泥與基本配方材料
1-4-1　卜特蘭水泥 I 型
1-4-2　白水泥
1-4-3　手作配方水泥
1-5　水泥製品養護
1-5-1　養護目的
1-5-2　養護條件
1-5-3　養護方式

第二章　創作材料與工具
2-1　創作材料
2-1-1　模具材質選用
2-1-2　其他素材
2-1-3　保護工具
2-1-4　手工具
2-1-5　電動工具
2-2　基本製作工法
2-2-1　正灌法
2-2-2　倒灌法
2-2-3　捏塑工法
2-2-4　抿石工法
2-2-5　磨石工法
2-3　水泥產品量化

第三章　水泥實作教室
3-1　彩色杯盆-正灌法
3-2　房屋名片盒-倒灌法
3-3　小房子-側灌法
3-4　抿石
3-5　磨石
3-6　捏塑（貓頭鷹）

第四章　常見問與答

作者序／林佩如
作者簡介／林佩如
作者序／郭汎曲
作者簡介／郭汎曲

第一章 水泥初探
1-1 認識水泥
1-1-1　水泥的演進　
1-1-2　水泥原料及生產流程
1-1-3　水泥的生產流程
1-2　水泥水化機制
1-2-1　水化機制　
1-2-2　水化作用五階段　
1-3　水泥配方的組成
1-3-1　水泥
1-3-2　拌合水
1-3-3　骨材
1-3-4　添加劑
1-4　水泥與基本配方材料
1-4-1　卜特蘭水泥 I 型
1-4-2　白水泥
1-4-3　手作配方水泥
1-5　水泥製品養護
1-5-1　養護目的
1-5-2　養護條件
1-5-3　養護方式

第二章　創作材料與工具
2-1　...