水泥的發(fā)展歷史
人類最早是沒有建筑的，都住在山洞或者樹上，后來開始用樹枝或茅草建造房子。隨著人類開始使用各種工具后，用石頭，泥土，木頭建造堅(jiān)固的房屋，各種建造材料開始使用。水泥最早在古羅馬時(shí)期開始使用，用火山灰和石灰加水，用來粘合石頭，這樣讓建造更加堅(jiān)固。中國最早在南北朝時(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)辦了中國第一家水泥廠。中國水泥工業(yè)經(jīng)過上百年的發(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，就會變成可隨意加工的漿體，隨著時(shí)間的推移就會凝固成緊密的固體，如果開始就加入石子或者砂就會變成我們所說的混凝土，這個過程就是水泥的凝固硬化。
水泥的凝固硬化是一個復(fù)雜的過程，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，水泥顆粒開始溶解縮小，表面的包裹層就像無數(shù)顆種子，開始向外生長出細(xì)長的纖維，向內(nèi)生長的纖維與水泥顆粒連接起來，最后就形成像刺猬一樣的物體，它會非常小，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)系越來越緊密，最后形成一個堅(jiān)固的整體，水泥形成強(qiáng)度的過程就是帶毛刺的水泥顆粒相互搭接在一起，當(dāng)遇到無法承受的重力時(shí)，這些相互搭接的毛刺就會斷裂，水泥就會裂開。
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)過復(fù)雜的工序加工，最后成品就是一種用時(shí)加水的超級膠水。
先將開采來的石灰石壓碎，壓碎的石灰石經(jīng)過傳輸帶被送到機(jī)器內(nèi)，經(jīng)過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，這個過程中吸塵機(jī)會吸走石粉，物料被送進(jìn)篩網(wǎng)，之后會將雜質(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)，溫度會達(dá)到1500℃，用這個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)度是評價(jià)水泥質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，是劃分強(qiáng)度等級的重要依據(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。我們會看到水泥袋上標(biāo)注有52.5的字樣，這個就時(shí)水泥的強(qiáng)度等級，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、儲存和使用的水泥。其缺點(diǎn):
①能耗高。每使用一萬噸袋裝水泥，要消耗木材330m3、燒堿22噸、煤78噸、水1.2萬m3，耗電7.2萬度。
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，勞動條件差。
④費(fèi)用高。每一萬噸袋裝水泥，紙袋(或塑編袋等)、搬運(yùn)、拆袋、破損等綜合費(fèi)用達(dá)64萬余元。
⑤袋裝水泥存放半年會降低強(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)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量(尤其是水泥安定性指標(biāo))，直接通過專用器具(包括散裝水泥發(fā)放設(shè)施、專用運(yùn)輸工具、儲存罐)出廠、運(yùn)輸、儲存到使用的水泥。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。散裝水泥相對與袋裝水泥還有如下優(yōu)點(diǎn):
②用專用設(shè)備運(yùn)輸、儲存，密封性好，水泥在儲存期不變質(zhì)。據(jù)測試，散裝水泥經(jīng)歷13個月，水泥標(biāo)號不下降:袋裝水泥存放12個月后，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)過程嚴(yán)格執(zhí)行國家和行業(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)場對工期進(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)、無縫施工成為可能;
⑤全封閉生產(chǎn)，避免噪音、粉塵對城市環(huán)境的污染，同時(shí)也避免現(xiàn)場攪拌商品混凝土所導(dǎo)致的砂、石等對下水道的堵塞，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。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，這里就不一一說明。我們接下里進(jìn)入主題，如何在古代制作水泥。很簡單：
首先我們要找到水泥的三個最主要原料：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。