水泥的發(fā)展歷史
人類最早是沒(méi)有建筑的，都住在山洞或者樹(shù)上，后來(lái)開(kāi)始用樹(shù)枝或茅草建造房子。隨著人類開(kāi)始使用各種工具后，用石頭，泥土，木頭建造堅(jiān)固的房屋，各種建造材料開(kāi)始使用。水泥最早在古羅馬時(shí)期開(kāi)始使用，用火山灰和石灰加水，用來(lái)粘合石頭，這樣讓建造更加堅(jiān)固。中國(guó)最早在南北朝時(shí)期，用石灰和粘土及糯米制成混合物，主要用于建筑材料的粘合及墓葬的修建上。
1796年英國(guó)人利用泥灰?guī)r燒制成水泥，這也成為第一種現(xiàn)代水泥。
1824年英國(guó)發(fā)明了硅酸鹽水泥，并取得了水泥的專利權(quán)。
1889年李鴻章在唐山創(chuàng)辦了中國(guó)第一家水泥廠。中國(guó)水泥工業(yè)經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，早在2003年水泥年產(chǎn)量為8.6億噸，約占世界總產(chǎn)量的40%。
水泥凝固硬化原理
在水泥中加入適量的水后，就會(huì)變成可隨意加工的漿體，隨著時(shí)間的推移就會(huì)凝固成緊密的固體，如果開(kāi)始就加入石子或者砂就會(huì)變成我們所說(shuō)的混凝土，這個(gè)過(guò)程就是水泥的凝固硬化。
水泥的凝固硬化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，水泥中的物質(zhì)與水發(fā)生反應(yīng)，初期生成一些小的晶體包裹在水泥顆粒表面，這些細(xì)小的晶體靠很小的吸引力粘結(jié)在一起，從而形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，叫做凝固結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)靠極小的吸引力無(wú)序的連結(jié)在一起形成的，所以這種結(jié)構(gòu)的的強(qiáng)度很低，具有明顯的可塑性。
隨著時(shí)間的推移，水泥中的物質(zhì)與水發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒開(kāi)始溶解縮小，表面的包裹層就像無(wú)數(shù)顆種子，開(kāi)始向外生長(zhǎng)出細(xì)長(zhǎng)的纖維，向內(nèi)生長(zhǎng)的纖維與水泥顆粒連接起來(lái)，最后就形成像刺猬一樣的物體，它會(huì)非常小，我們?nèi)庋壑荒芸吹綀?jiān)硬的水泥表面。
隨著時(shí)間的推移水泥中的水份逐漸消耗掉，這些纖維之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，最后形成一個(gè)堅(jiān)固的整體，水泥形成強(qiáng)度的過(guò)程就是帶毛刺的水泥顆粒相互搭接在一起，當(dāng)遇到無(wú)法承受的重力時(shí)，這些相互搭接的毛刺就會(huì)斷裂，水泥就會(huì)裂開(kāi)。
影響水泥凝固速率和硬化強(qiáng)度的因素有很多，如溫度，加水量，還有不同種類的外加劑等因素。
水泥的生產(chǎn)過(guò)程水泥的主要原料是自然界中的石灰石還有砂和鐵，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工序加工，最后成品就是一種用時(shí)加水的超級(jí)膠水。
先將開(kāi)采來(lái)的石灰石壓碎，壓碎的石灰石經(jīng)過(guò)傳輸帶被送到機(jī)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)再次壓碎成高爾夫球那么大。壓碎的石灰石被送入料斗中，之后加入鐵和砂及粘土，加入的比例靠機(jī)器控制，再次把混合的礦石壓碎，這個(gè)過(guò)程中吸塵機(jī)會(huì)吸走石粉，物料被送進(jìn)篩網(wǎng)，之后會(huì)將雜質(zhì)篩走，現(xiàn)在這些還是生料，還要利用高溫，加熱到1600℃再混合其它成分，高溫可以引起連串化學(xué)反應(yīng)，將混合在一起的原料變成水泥，要讓它們遇到水就硬化，就要趕走其中的二氧化碳。
石粉被送進(jìn)高溫窯內(nèi)，窯不停旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)里面的石粉不停翻轉(zhuǎn)，就像洗衣機(jī)脫水一樣，當(dāng)混合物從窯內(nèi)從一頭到達(dá)另一頭時(shí)，溫度會(huì)達(dá)到1500℃，用這個(gè)溫度燒完之后就變成有膠凝性能的材料。這種被高溫“燒熟了”的材料也稱“孰料”，孰料經(jīng)過(guò)冷卻后，混合最后一種成分石膏，它可以減慢加水到水泥時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，把孰料和石膏直接送去滾球磨機(jī)，把原料磨成細(xì)粉，就可以裝袋出售了。
水泥的強(qiáng)度
水泥的強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水泥質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，是劃分強(qiáng)度等級(jí)的重要依據(jù)，水泥的強(qiáng)度是指硬化后單位面積上承受的最大破壞力，用MPa（兆帕）表示。我們會(huì)看到水泥袋上標(biāo)注有52.5的字樣，這個(gè)就時(shí)水泥的強(qiáng)度等級(jí)，意思就是標(biāo)準(zhǔn)試件能承受最大52.5兆帕的壓力，還要如52.5R的字樣，R表示早強(qiáng)，表示這種水泥在早期（短時(shí)間內(nèi)）就能達(dá)到較高的強(qiáng)度。
袋裝水泥以及優(yōu)缺點(diǎn)
所謂袋裝水泥，是指用紙袋包裝(包括腹膜塑編袋、復(fù)合袋等)進(jìn)行出廠、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的水泥。其缺點(diǎn):
①能耗高。每使用一萬(wàn)噸袋裝水泥，要消耗木材330m3、燒堿22噸、煤78噸、水1.2萬(wàn)m3，耗電7.2萬(wàn)度。
②揚(yáng)塵大。建筑工程中袋裝水泥破損率為5%，揚(yáng)塵顆粒物中水泥占到10%-20%。
③裝卸慢，強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件差。
④費(fèi)用高。每一萬(wàn)噸袋裝水泥，紙袋(或塑編袋等)、搬運(yùn)、拆袋、破損等綜合費(fèi)用達(dá)64萬(wàn)余元。
⑤袋裝水泥存放半年會(huì)降低強(qiáng)度20-30%，不能全天候運(yùn)輸、全露天作業(yè)。
散裝水泥以及優(yōu)缺點(diǎn)
所謂散裝水泥，是指不用紙袋(含塑編袋、復(fù)合袋等)包裝，嚴(yán)格控制水泥生產(chǎn)過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量(尤其是水泥安定性指標(biāo))，直接通過(guò)專用器具(包括散裝水泥發(fā)放設(shè)施、專用運(yùn)輸工具、儲(chǔ)存罐)出廠、運(yùn)輸、儲(chǔ)存到使用的水泥。它是技術(shù)和管理進(jìn)步的產(chǎn)物。發(fā)展散裝水泥是國(guó)家規(guī)定的重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策措施。散裝水泥具有不用紙袋包裝、機(jī)械化作業(yè)、一般通過(guò)專用機(jī)器和工具、一定的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)等特征。其優(yōu)點(diǎn):
①節(jié)約大量的能源、資源。節(jié)約了大量木材，保護(hù)了森林資源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境;
②促進(jìn)和提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量，商品混凝土質(zhì)量及工程質(zhì)量;
③是建材業(yè)、儲(chǔ)運(yùn)業(yè)和建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路，
④是提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)整本素質(zhì)的重要內(nèi)容之一;
⑤極大地完善作業(yè)環(huán)境，保護(hù)勞動(dòng)人民的身體健康
⑥減少施工中的水泥粉塵污染、保護(hù)環(huán)境。散裝水泥相對(duì)與袋裝水泥還有如下優(yōu)點(diǎn):
②用專用設(shè)備運(yùn)輸、儲(chǔ)存，密封性好，水泥在儲(chǔ)存期不變質(zhì)。據(jù)測(cè)試，散裝水泥經(jīng)歷13個(gè)月，水泥標(biāo)號(hào)不下降:袋裝水泥存放12個(gè)月后，強(qiáng)度降低30-50%，目有受潮、受濕，結(jié)塊變質(zhì)的可能。
③散裝水泥是通過(guò)專用運(yùn)輸工具從生產(chǎn)廠(或中轉(zhuǎn)站)直送用戶，流通渠道正規(guī)明確，摻假或以次充好無(wú)機(jī)可乘，從而確保質(zhì)量。
商品混凝土優(yōu)缺點(diǎn)
所謂商品商品混凝土(也稱預(yù)拌商品混凝土)，是指由水泥、集料(砂、石子)、水以及根據(jù)需要摻入的外加劑和摻合料等組份按一定比例，在集中商砼站經(jīng)計(jì)量、拌制后，以商品出售的，并采用專用器具在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)送到使用地點(diǎn)的商品混凝土拌合物。其優(yōu)點(diǎn)是:
①生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能確保商品混凝十質(zhì)量:
②可根據(jù)需要加入外加劑和摻合料，靈活調(diào)節(jié)商品混凝土的初凝時(shí)間、坍落度，確保生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)商品混凝土，從而避免建筑工程的“肥梁、胖柱、厚板”,擴(kuò)大建筑物的有效空間;
③能隨時(shí)提供大量的商品混凝土，確保施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工期進(jìn)度的要求;
④泵送施工，可進(jìn)行高層、一定距離范圍內(nèi)作業(yè)，提高效率，而且使大體積商品混凝土實(shí)施連續(xù)、無(wú)縫施工成為可能;
⑤全封閉生產(chǎn)，避免噪音、粉塵對(duì)城市環(huán)境的污染，同時(shí)也避免現(xiàn)場(chǎng)攪拌商品混凝土所導(dǎo)致的砂、石等對(duì)下水道的堵塞，具有良好的環(huán)保效益;
⑥減少建筑地盤材料堆放的占地面積，避免交通堵塞，避免“建好一幢樓，拐壞一條路”的現(xiàn)狀，使施工環(huán)境保持整潔，實(shí)現(xiàn)文明施工成為可能
⑦有利于促進(jìn)商品混凝土向高強(qiáng)、特效、高性能和耐久性方向發(fā)展，有利干促進(jìn)建筑施工設(shè)備的不斷更新、技術(shù)的不斷進(jìn)步;
⑧有利于散裝水泥事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
現(xiàn)代水泥的制作方法
1. 破碎及預(yù)均化，大部分原料都要進(jìn)行破碎，如石灰石、黏土、鐵礦石及煤等。
2. 生料均化，新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程中，穩(wěn)定入窖生料成分是穩(wěn)定熟料燒成熱工制度的前提，生料均化系統(tǒng)起著穩(wěn)定入窖生料成分的最后一道把關(guān)作用。
3. 預(yù)熱分解, 有物料分散、氣固分離和預(yù)分解三個(gè)。其中預(yù)分解技術(shù)是水泥煅燒工藝的一次質(zhì)的飛躍，它使入窯生料的分解率提高到90%以上。
4. 生料在旋風(fēng)預(yù)熱器中完成預(yù)熱和預(yù)分解后，下一道工序是進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行熟料的燒成。
5. 水泥粉磨，水泥燒制的最后一道工序。其主要功能在于將水泥熟料粉磨至適宜的粒度，形成一定的顆粒級(jí)配，增大其水化面積，加速水化速度，滿足水泥漿體凝結(jié)、硬化要求。
當(dāng)然現(xiàn)代工藝有許多專業(yè)的工具和工序，這里就不一一說(shuō)明。我們接下里進(jìn)入主題，如何在古代制作水泥。很簡(jiǎn)單：
首先我們要找到水泥的三個(gè)最主要原料：石灰石、黏土和鐵礦。然后將石灰石和黏土一起磨成生料接下來(lái)把生料煅燒至部分或全部熔融，稱為熟料。最后把熟料和鐵粉或鐵礦渣同磨就得到水泥了。
