当代建筑的粮食—水泥，是如何制造的，经历了怎样的发明过程？

时间：2024-04-02

水泥是建筑当中的胶凝材料，现代水泥的发明可以追溯到1756年，我们常见的水泥主要成分是硅酸盐，硅酸盐通过水化反应后会凝结和硬化，与沙石结合成牢固的混凝土结构，其余还有铝酸盐水泥、硫酸盐水泥等等。

水泥号称“当代建筑的粮食”，水泥加上地球表面随处可见的沙石，再与水混合后，就能形成牢固的混凝土结构，可以说水泥是建筑行业中较伟大的发明，对人类社会的发展有着重要意义，现代水泥的发明并不是一蹴而就的，其中经历了很多次的改进。

古代建筑

在古时候，不同文明都发明了不同的建筑胶凝材料，比如古埃及人使用煅烧石膏作为胶凝材料，古希腊人则使用石灰；后来罗马人改进了古希腊人的方法，罗马人先把石灰加水溶解，再与沙子混合成砂浆，有条件的地方还会加入磨细的火山灰制成罗马泥浆，这样修筑的建筑物更加牢固，使得很多罗马建筑物保留至今。

中国古代也发明了*特的凝胶材料，比如中国长城的修建经历20多个朝代，其中有一部分使用了石灰进行黏合，有的用黄泥浆，有的则用了糯米砂浆等等。

在南北朝时期（公元5世纪前后），中国人发明了一种名为“三合土”的胶凝材料，由石灰、黏土和细砂组成，到了明朝有了石灰、陶粉和碎石组成的三合土，清朝又有了石灰、炉渣和沙子组成的三合土，三合土与罗马泥浆很相似，凝固后都具有很高的强度和防水性能，非常适合建造古代大型建筑物。

中国古代的建筑工法在很长一段时间内良好于西方，其胶凝材料也是丰富多样，甚至还会在胶凝材料中加入**物（比如糯米汤、桐油、血料等等）改变其特性，但是在16世纪后，西方科学技术的发展，开始逐渐全面追赶中国。

现代水泥

罗马砂浆在西方应用了很长一段时间，虽然具有很好的强度和防水性，但是罗马砂浆经不起海水的浸泡和冲刷；在18世纪，英国航海业良好全世界，在航海领域中，灯塔可以在很远的地方引导船只，但是当时的灯塔经常损坏，于是英国拨款给当时的工程师史密顿，让他承担建设灯塔的任务。

在1756年，史密顿研究石灰、火山灰和沙子对砂浆性能的影响，发现含有黏土的石灰石经过煅烧细磨之后，再加水形成的砂浆，在凝固后具有抵抗海水侵蚀的作用，开启了现代水泥的研究之路，他还建造了*的普利茅斯港大灯塔。

在1796年，英国人派克将黏土质石灰岩（泥灰岩）制成料球，在高温下煅烧后再磨细，得到一种新的水泥，称作罗马水泥（又名**水泥），并申请了**。

1824年10月24日，英国泥水匠阿斯谱丁发明了一种全新的水泥并获得**——波特兰水泥，也就是我们常见的硅酸盐水泥，波特兰水泥具有非常好的建筑性能，被誉为当代建筑的粮食，此后的水泥都是对波特兰水泥的改进。

波特兰水泥较初的制造方法：是把石灰石磨细，加入定量的黏土，掺水后搅拌均匀形成泥浆，然后再将泥浆置于盘上加热，干燥后敲碎再进行煅烧，待石灰石中的碳酸气体全部逸出，然后冷却、打碎和磨细，就成了硅酸盐水泥。

水泥的水化反应

水化反应是指溶质在水中溶解后，溶质分子和水分子结合成水合分子，比如无水硫酸铜变为水硫酸铜：

CuSO4+5H2O==CuSO4·5H2O；

本质上硫酸铜分子和水分子并没有在分子层面发生改变，但是五个水分子和一个硫酸铜分子，就能聚在一起形成相对稳定的结构。

一般的硅酸盐水泥成分是硅酸钙盐，主要含有硅酸三钙（3CaO·SiO2），硅酸二钙（2CaO·SiO2），铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等，这些物质都能与水发生水化反应：

水泥经过水化反应之后，就会凝固和硬化，与沙子一起形成坚硬的混凝土；另外，水化反应还受温度、湿度、水量、添加物等等因素的影响，有的影响较终强度，有的影响凝固时间，在一些特殊的场合下，需要使用特定功能的水泥。

不同功能的水泥

经过数**的发展，水泥已经形成了一门相当专业的学科，人们针对不同的应用场合，发明了不同功能的水泥，比如有抗酸性的、抗海水侵蚀的、抗冻的、耐高温的、速凝的、水下浇筑的等等；另外，在水泥中加入不同的添加剂，也能很大程度上改变水泥的特性。

比如下面几种情况：

（1）在抗洪抢险中使用速凝水泥，以及加入水泥速凝剂，凝固时间只有几分钟。

（2）水泥凝固过程中会释放热量，如果凝固太快，可能会导致混凝土内部存在形变，于是对于一些较大的浇筑物，需要加入水泥缓凝剂来延长凝固时间。

（3）对于一些可能处于低温的建筑物，在水泥中加入防冻剂，来降低低温对混凝土的影响。

（4）铝酸盐水泥一般具有较高的耐热性，常在高温建筑物中使用。

……

相关数据显示，在2018年**水泥产量39.5亿吨，中国的水泥产量22.1亿吨，占了**产量的56%；而2018年中国水泥的进口量大约为1360万吨，出口量大约为460万吨，相比产量而言并不多，所以国内水泥生产量基本被国内消化了，这也是我国基建发展的体现。

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词条
词条说明
常用六种水泥的主要特性
我国建筑工程中常用通用硅酸盐水泥。按照混合材料的品种和掺量，通用硅酸盐水泥可分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。水泥的主要特性1、硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高水化热大抗冻性好耐热性差耐蚀性差干缩性较小2、普通硅酸盐水泥凝结硬化较快，早期强度较高水化热较大抗冻性较好耐热性较差耐蚀性较差干缩性较小3、矿渣硅酸盐水泥凝结硬化慢，早期强
六大通用硅酸盐水泥的区别和特性
硅酸盐水泥主要成分为高碱性硅酸盐的水硬性水泥的总称。将石灰石和黏土按一定比例混合后，经1450°c高温煅烧，产生脱水、分解、固相间反应得到主要成分为硅酸钙的熟料，再加入适量石膏共同磨细而成。广泛用于土木建筑工程。主要特性有：凝结硬化快、早期强度高；水化热大；抗冻性好；耐热性差；耐蚀性差；干缩性较小。普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料5%--20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，掺合材料时
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