什么是水泥？ 以及你应该知道的关于这种美妙材料的一切

水泥无疑是建筑行业最重要的材料之一。 这种神奇的物质是由非常细的粉末制成的，当与水混合时会变成粘稠的糊状物，暴露在空气中后会像岩石一样变硬。 由于水泥在混凝土生产中的重要性，在本文中，我们将研究水泥的历史发展，以及它是如何从原材料、成分和特性中生产出来的。

水泥的历史

水泥的起源可以追溯到古希腊和罗马。 在遥远的过去，使用的材料类型是石灰和火山灰，它们在水的存在下发生反应并变成坚硬的物质。 罗马水泥已有 2000 多年的历史！

波特兰水泥于 1756 年首次被约翰·斯米顿取代古代水硬石灰。约翰·斯米顿在普利茅斯海岸附近建造 Eddystone 灯塔时发现了波特兰水泥。

波特兰水泥的发明通常归功于英格兰利兹的约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin），他于 1824 年获得了由石灰石和粘土的合成混合物制成的材料的专利。 他称这种产品为“波特兰水泥”，因为它与 Smeaton 生产的材料非常相似。

但最接近现代水泥的水泥是 1850 年左右由英格兰东南部的艾萨克查尔斯约翰逊生产的。波特兰水泥生产随后迅速传播到其他欧洲和北美国家。 在 20 世纪，水泥生产在全球范围内扩大。 到2019年，中国和印度已成为水泥生产的世界领先者，其次是越南、美国和埃及。

水泥是怎么炼成的？

硅酸盐水泥主要由石灰（氧化钙，Cao）、二氧化硅（二氧化硅，SiO2）和氧化铝（氧化铝，Al2O3）组成。 石灰是从石灰的原料中获得的，而其他氧化物则来自粘土质矿物，如粘土。 可以使用较少量的其他原材料，例如硅砂、氧化铁 (Fe2O3) 和铝土矿（含有水合铝），以达到所需的组成。

水泥化学成分：

水泥成分的相对量会影响水泥的凝结时间、获得率、强度、耐久性和颜色。 一般来说，水泥中存在的四种主要化合物如下：

• 硅酸三钙（Ca3SiO5 或 C3S）
• 硅酸二钙 (Ca2SiO4)
• 铝酸三钙（Ca₃Al₂O₆）
• 铝四钙铁氧体 (4CaO–Al2o3–Fe2o3)

最常见的石灰石原料是石灰石和石膏，但也可以使用其他材料，例如珊瑚沉积物、页岩和河泥。 另一种原料是高炉渣，主要由石灰、二氧化硅和氧化铝组成，并与石灰含量高的石灰质材料混合。

高岭土是一种含有少量氧化铁的白粘土，用作泥质矿物来生产白水泥。 飞灰和化学品中的碳酸钙等工业废物是水泥生产中的其他原材料，但与天然材料相比，它们的使用百分比很小。 其他必须完全限制的原材料杂质包括氟化合物、磷酸盐、金属氧化物以及过量的硫化物和碱金属。

用于制造水泥的原材料是通过爆破和其他方法从石灰石矿中提取的。 石膏和粘土等较软的岩石直接通过机械提取。 用卡车、铁路货车、传送带或绳索提取的材料被运送到破碎厂。

水泥生产工艺

在波特兰水泥的制造中执行以下四个步骤：

• 粉碎和研磨原料
• 以正确的比例混合成分
• 在烤箱中加热准备好的混合物
• 用5%左右的石膏研磨加热的颗粒，称为“熟料”（控制水泥的凝结时间）

水泥生产工艺分为湿法、干法和半干法。 世界上大约 4% 到 8% 的二氧化碳 (CO2) 排放来自水泥生产，这是导致全球变暖的主要原因。

其他水泥相关行业因温室气体排放而引起的一些问题，包括：提高水泥厂的能源效率、用可再生能源替代化石燃料以及吸收和储存排放的二氧化碳。 此外，鉴于很大一部分温室气体排放与熟料生产有关。

一些关键参数影响水泥的质量。 优质水泥的物理性能由以下因素决定：

• 柔软度
• 健康测试
• 稳定
• 力量-力量
• 设定时间
• 热补水
• 热损失
• 质量密度
• 比重（相对密度）

水泥种类

通过组合不同比例的石膏、熟料和其他添加剂，可以获得不同类型的水泥。 建筑用水泥按特性不同分为液压式和非液压式。

非水硬水泥

非水硬水泥是与水接触不能硬化的水泥。 非水硬性水泥使用非水硬性石灰、石膏和氯氧化物等材料制成液体形式。 施工中使用非水硬水泥后，必须保持干燥，以加固和维护结构。

当砂浆中使用非水硬水泥时，这种砂浆只能通过干燥来调整，因此其强度的获得非常缓慢。 由于等待凝固和干燥的时间较长，因此目前很少使用非水硬水泥。

水硬水泥

水硬性水泥是与水结合时硬化的水泥。 由于化学反应，水硬性水泥混合物永远保持其强度和稳定性。 水硬性水泥主要由石灰石、一些粘土和石膏矿物制成，它们在高温过程中一起燃烧。

水硬性水泥的凝固和硬化是由含水化合物的形成引起的，这是由水泥组分之间的反应和与水的初始接触引起的。 这被称为“水化反应”，它创造了水硬性水泥的强度和稳定性。 由于其特性，水硬水泥被用作现代建筑的主要材料。

其他类型的水泥如下：

• 普通硅酸盐水泥 (OPC)
• 波特兰火山灰水泥 (PPC)
• 速凝水泥
• 快凝水泥
• 低温水泥
• 抗硫酸盐水泥
• 高炉水泥
• 高铝水泥
• 白水泥
• 彩色水泥
• 好氧水泥
• 膨胀水泥
• 防水水泥

水泥种类

水泥分为以下几类：

1- I型硅酸盐水泥（普通水泥）：

它被认为是消耗最多的水泥类型。 这种水泥在正常天气条件下使用，并且允许在各种建筑工程中使用，例如桥梁、隧道和其他常规建筑。

2- 波特兰水泥 II 型（改性水泥）：

这种水泥是缓凝剂，对硫酸盐侵蚀具有很高的抵抗力。 这种水泥适用于炎热天气下的混凝土浇筑。 不允许在受到硫酸盐严重侵蚀的结构中使用这种水泥。

3- 波特兰水泥 III 型（快凝水泥）：

这种水泥非常细，因此它的凝结时间更快。 III型水泥适用于寒冷天气，需要精确和有原则的加工

4- 波特兰水泥 IV 型（阻燃水泥或低热波特兰）：

IV 型水泥在凝固过程中产生的热量很少。 这种水泥用于大坝和大型楼梯基础等散装混凝土，以减少热应力。

5- 波特兰水泥 V 型（抗硫酸盐水泥）：

这种水泥用于抵抗硫酸盐的强烈侵蚀，并用于建造海洋结构。

良好的水泥性能

始终建议在建筑中使用最好的水泥类型。 因此，必须研究水泥的性能。 虽然水泥所需的性能可能因建筑类型而异，但总的来说，好的水泥具有以下性能：

• 它提供砌体动力。
• 它很快变硬。
• 它具有良好的柔韧性。
• 它是一种优良的建筑材料。
• 它很容易适用。
• 它耐潮湿。

应进行现场和实验室测试以确保水泥的质量。

水泥的应用

水泥可单独用于灌浆，但通常用于砂浆和混凝土。 混凝土是水泥、水、细骨料（沙子）和粗骨料（砂砾）的混合物。 大多数应用的砂粒尺寸为 19 至 25 毫米（0.75 至 1 英寸），但砂粒可能为 150 毫米（6 英寸）。 混凝土用于广泛的建筑目的，包括桥梁、水坝、地下隧道、水箱、道路建设等。

波特兰土壤和水泥的混合物用作道路建设的基础。 波特兰水泥还用于制造砖、瓦、管、梁、轨道配件和各种挤压产品。 产品在工厂预制，并准备在现场实施。 今天，水泥被广泛生产，因为混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。

遗言

水泥是城市基础设施不可分割的一部分。 这种材料由于其非常不同的特性而被用作建筑领域的主要材料。 水泥起着关键作用，尤其是在混凝土的制造中。 然而，为了优化和实用地使用它，民用行业专业人士需要研究水泥的性能以及这种材料在各种应用中的行为以获得成功的结果。

资料来源：

basiccivilengineering.com

www.britannica.com