當代建築的糧食—水泥，是如何製造的，經曆了怎樣的發明過程？
水泥是建築當中的膠凝材料，現代水泥的發明可以追溯到1756年，我們常見的水泥主要成分是矽酸鹽，矽酸鹽通過水化反應後會凝結和硬化，與沙石結合成牢固的混凝土結構，其餘還有鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥等等。
水泥號稱“當代建築的糧食”，水泥加上地球表麵隨處可見的沙石，再與水混合後，就能形成牢固的混凝土結構，可以說水泥是建築行業中最偉大的發明，對人類社會的發展有著重要意義，現代水泥的發明並不是一蹴而就的，其中經曆了很多次的改進。
古代建築
在古時候，不同文明都發明了不同的建築膠凝材料，比如古埃及人使用煆燒石膏作為膠凝材料，古希臘人則使用石灰；後來羅馬人改進了古希臘人的方法，羅馬人先把石灰加水溶解，再與沙子混合成砂漿，有條件的地方還會加入磨細的火山灰製成羅馬泥漿，這樣修築的建築物更加牢固，使得很多羅馬建築物保留至今。
中國古代也發明了獨特的凝膠材料，比如中國長城的修建經曆20多個朝代，其中有一部分使用了石灰進行黏合，有的用黃泥漿，有的則用了糯米砂漿等等。
在南北朝時期（公元5世紀前後），中國人發明了一種名為“三合土”的膠凝材料，由石灰、黏土和細砂組成，到了明朝有了石灰、陶粉和碎石組成的三合土，清朝又有了石灰、爐渣和沙子組成的三合土，三合土與羅馬泥漿很相似，凝固後都具有很高的強度和防水性能，非常適合建造古代大型建築物。
中國古代的建築工法在很長一段時間內領先於西方，其膠凝材料也是豐富多樣，甚至還會在膠凝材料中加入有機物（比如糯米湯、桐油、血料等等）改變其特性，但是在16世紀後，西方科學技術的發展，開始逐漸全麵超越中國。
現代水泥
羅馬砂漿在西方應用了很長一段時間，雖然具有很好的強度和防水性，但是羅馬砂漿經不起海水的浸泡和衝刷；在18世紀，英國航海業領先全世界，在航海領域中，燈塔可以在很遠的地方引導船隻，但是當時的燈塔經常損壞，於是英國撥款給當時的工程師史密頓，讓他承擔建設燈塔的任務。
在1756年，史密頓研究石灰、火山灰和沙子對砂漿性能的影響，發現含有黏土的石灰石經過煆燒細磨之後，再加水形成的砂漿，在凝固後具有抵抗海水侵蝕的作用，開啟了現代水泥的研究之路，他還建造了著名的普利茅斯港大燈塔。
在1796年，英國人派克將黏土質石灰岩（泥灰岩）製成料球，在高溫下煆燒後再磨細，得到一種新的水泥，稱作羅馬水泥（又名天然水泥），並申請了專利。
1824年10月24日，英國泥水匠阿斯譜丁發明了一種全新的水泥並獲得專利——波特蘭水泥，也就是我們常見的矽酸鹽水泥，波特蘭水泥具有非常好的建築性能，被譽為當代建築的糧食，此後的水泥都是對波特蘭水泥的改進。
波特蘭水泥最初的製造方法：是把石灰石磨細，加入定量的黏土，摻水後攪拌均勻形成泥漿，然後再將泥漿置於盤上加熱，幹燥後敲碎再進行煆燒，待石灰石中的碳酸氣體全部逸出，然後冷卻、打碎和磨細，就成了矽酸鹽水泥。
水泥的水化反應
水化反應是指溶質在水中溶解後，溶質分子和水分子結合成水合分子，比如無水硫酸銅變為水硫酸銅：
CuSO4+5H2O==CuSO4·5H2O；
本質上硫酸銅分子和水分子並沒有在分子層麵發生改變，但是五個水分子和一個硫酸銅分子，就能聚在一起形成相對穩定的結構。
一般的矽酸鹽水泥成分是矽酸鈣鹽，主要含有矽酸三鈣（3CaO·SiO2），矽酸二鈣（2CaO·SiO2），鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等，這些物質都能與水發生水化反應：
水泥經過水化反應之後，就會凝固和硬化，與沙子一起形成堅硬的混凝土；另外，水化反應還受溫度、濕度、水量、添加物等等因素的影響，有的影響最終強度，有的影響凝固時間，在一些特殊的場合下，需要使用特定功能的水泥。
不同功能的水泥
經過數百年的發展，水泥已經形成了一門相當專業的學科，人們針對不同的應用場合，發明了不同功能的水泥，比如有抗酸性的、抗海水侵蝕的、抗凍的、耐高溫的、速凝的、水下澆築的等等；另外，在水泥中加入不同的添加劑，也能很大程度上改變水泥的特性。
比如下麵幾種情況：
（1）在抗洪搶險中使用速凝水泥，以及加入水泥速凝劑，凝固時間隻有幾分鍾。
（2）水泥凝固過程中會釋放熱量，如果凝固太快，可能會導致混凝土內部存在形變，於是對於一些較大的澆築物，需要加入水泥緩凝劑來延長凝固時間。
（3）對於一些可能處於低溫的建築物，在水泥中加入防凍劑，來降低低溫對混凝土的影響。
（4）鋁酸鹽水泥一般具有較高的耐熱性，常在高溫建築物中使用。
……
相關數據顯示，在2018年全球水泥產量39.5億噸，中國的水泥產量22.1億噸，占了全球產量的56%；而2018年中國水泥的進口量大約為1360萬噸，出口量大約為460萬噸，相比產量而言並不多，所以國內水泥生產量基本被國內消化了，這也是我國基建發展的體現。
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