水泥是怎么被发现的？水泥的原材料是什么？结构是怎样的？

Question

如题所述

Answer 1

水泥是英国的约瑟夫·é˜¿æ–¯è°±ä¸å‘明的，它的原材料主要是石灰石和粘土，水泥是加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水影星胶凝材料。

 è¯´åˆ°æ°´æ³¥ï¼Œå¤§å®¶è‚¯å®šä¸€ç‚¹éƒ½ä¸é™Œç”Ÿï¼Œæ°´æ³¥åœ¨åŸŽå¸‚建筑、道路和桥梁施工中必不可少、无处不在。那么，水泥是怎么被发现的，水泥是谁发明的，它的原材料有哪几种物质？

水泥谁发明的

18世纪中叶，世界上第一个工业国--英国在迅速崛起，海上交通也格外繁忙。1774年，工程师斯密顿接受任务，在英吉利海峡筑起一座灯塔，为过往这里的船只导航引路。

  这个任务可把斯密顿难住了，在水下用石灰砂浆砌砖，是一道根本就无法完成的任务，也是一项前所未有的挑战，因为灰浆一见水就成了稀场。

用石头沉入海中，如果不把它们固定到一起，又无法经得住海浪的冲击。

经过无数次的试验，最后，他用石灰石、粘土、沙子和铁渣等经过饭烧、粉碎并用水调和后，注入水中，这种混合料在水中不但没有被冲稀，反而越来越牢固。这样，他终于在英吉利海峡筑起了第一个航标灯塔。

史密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯塔的漩岩（Eddystone）大灯塔。用含黏土石灰石制成的石灰被称为水硬性石灰。斯密顿的这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃。 

水泥是英国的，英国建筑工人约瑟夫·é˜¿æ–¯è°±ä¸å‘明的。

1824å¹´10月21日，他在利兹获得英国第5022号的"波特兰水泥"专利证书，水泥的发明带了了建筑业的一场革命，因为它将建筑物的强度提高了许多，具有划时代意义，·é˜¿æ–¯è°±ä¸å› æ­¤ååž‚青史。

在这之前的1813年，法国的土木技师毕加在工作中，最早发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好，但当时这仅仅是原始的加工，并没有进入实质性的实验和生产阶段。所以说，严格地讲，英国人阿斯谱丁是水泥的发明者。

当时的水泥主要是以石灰石、粘土为原料，然后按照一定的比例进行配制，接下来再用类似烧石灰的立窑内煅烧成熟料后经磨细制成。

由于水泥硬化后的色彩跟波特兰当地建筑的石头类似，因此被命名为波特兰水泥。

水泥的具体结构是粉状水硬性无机凝胶材料，主要成分是石灰石、黏土、水。

制作流程是：把石灰石捣成细粉，配合一定量黏土，掺水后以人工或机械搅和均匀成泥浆。置泥浆于盘上，加热干燥。将干料打击成块，然后装入石灰窑煅烧，烧至石灰石内碳酸气全部逸出。煅烧后的烧块再将其冷却和打碎磨细，制成水泥。使用水泥时加入少量水分，拌和成适当稠度的砂浆，可应用于各种不同的工作场合。
1871年，日本开始建造水泥厂。
1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。
1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。
1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。
20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。

水泥主要有哪几种？

(1)通用水泥: 在土木建筑工程中比较常用。通用水泥，顾名思义就是GB175—2007规定的6大类水泥，分别是普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥以及粉煤灰硅酸盐水泥。

(2)专用水泥：顾名思义就是指定用途的水泥，其中就包含了道路硅酸盐水泥、G级油井水泥两种。

(3)特性水泥：某些性能突出的水泥。其中就包含了快硬硅酸盐水泥、磷铝酸盐水泥以及磷酸盐水泥等。

水泥按其主要水硬性物质名称分为：

(1)硅酸盐水泥，也被称之为的波特兰水泥；

(2)铝酸盐水泥；

(3)硫铝酸盐水泥；

(4)铁铝酸盐水泥；

(5)氟铝酸盐水泥；

(6)磷酸盐水泥。

Answer 2

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最伟大的发明，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。

　　

　　中国古代也发明了独特的凝胶材料，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领先于西方，其胶凝材料也是丰富多样，甚至还会在胶凝材料中加入有机物（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，开始逐渐全面超越中国。

　　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，英国航海业领先全世界，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，他还建造了著名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（又名天然水泥），并申请了专利。

　　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专利——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。

　　

　　波特兰水泥最初的制造方法：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，有的影响最终强度，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

　　经过数百年的发展，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年全球水泥产量39.5亿吨，中国的水泥产量22.1亿吨，占了全球产量的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。

Answer 3

水泥是在1756年英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现的，水泥的主要原材料是熟石灰，水泥的结构是由凝胶体、晶体、水、毛细孔隙、末水化水泥颗粒组成的。

Answer 4

英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中的硬化特性发现的。主要有石灰石、砂岩、酸盐矿物铁粉等物质。结构是根据水化反应形成难以分离的水化分子。

Answer 5

这种物质其实是在水进入泥土的情况下才发现的，它的结构就是水和泥土的混合物，具有粘合剂的性质