水泥的起源

水泥的发明是人类在长期生产实践中不断探索积累的结果，是在古代建筑胶凝材料的基础上发展起来的，经历了一个漫长的历史过程。

现代水泥的起源，比较公认的是英国利兹（Leeds）的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）于1824年10月21日，所获得英国第5022号“波特兰水泥”专利证书，从而成为水泥的发明人。不过，根据专利证书所载内容和有关资料，阿普斯丁未能掌握“波特兰水泥”确切的烧成温度和正确的原料配比，因此他的工厂生产出来的产品质量很不稳定。

在英国，与阿普斯丁同一时代的另一位水泥研究天才叫做强生（I.C.Johnson）。1845年，强生在实验中一次偶然的机会发现，煅烧到含有一定数量玻璃体的水泥烧块，磨细后具有非常好的水硬性。另外他还发现，在烧成物中含有石灰石会使水泥硬化后开裂。根据这些发现，强生确定了水泥制造的两个基本条件：是烧窑的温度必须高到足以使烧块含一定量玻璃体并呈墨绿色；第二是原料比例必须正确而固定，烧成物内部不能含过量石灰。这些条件保证了“波特兰水泥”的质量，解决了阿普斯丁无法解决的质量不稳定问题。从此，现代水泥生产的基本参数已被发现。

水泥的水化机理

工程中使用水泥时，首先要用水拌合，水泥颗粒与水接触，其表面的熟料矿物即与水产生反应并放出一定热量，硅酸盐水泥熟料的这些矿物，遇水后将逐步由无水状态变成含水状态，这个过程称为水化过程，熟料矿物这种作用称为水化作用。

硅酸盐水泥加水拌和后，除熟料矿物与水发生水化作用，生成各种水化产物外，水化产物又会同水泥中的其它组分发生作用，形成新的水化物，因此水泥的水化作用比各熟料矿物单独水化时要复杂。

硅酸盐水泥在实际使用中的水化作用是在少量水中进行的，一般加水量约为30－60%左右，当硅酸三钙水解时，将析出大量氢氧化钙，使溶液达到饱和或过饱和。另外，水泥中所掺加的石膏也同时发生溶解。因此水泥的水化作用实质上是在石灰和石膏的溶液中进行的。其水化后生成的主要产物有：氢氧化钙、C－S－H凝胶，水化硫铝酸钙和水化铁酸钙及它们固溶体。水化铝酸钙、水化铁酸钙等这些水化产物中，C－S－H凝胶为纤维状薄片，从各熟料颗粒上向外伸展出去，逐渐形成一连续的网状结构，与水化硫铝（铁）酸钙、氢氧化钙等晶体互相穿插，填充水泥颗粒空间，增加它们之间粘结，使水泥强度不断提高。

水泥加水拌和，成为可塑性水泥胶体，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程称为水泥的"凝结"；随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石――水泥石，这一过程称为水泥的"硬化"。凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续的复杂的物理变化过程。　　硅酸盐水泥的凝结硬化过程从1882年雷查特理首先提出水泥凝结硬化理论以来，已经有了很大发展。

目前比较公认的理论是：当水泥遇水后，在水泥颗粒表面即发生水化反应，水化产物立即溶于水中。这时，水泥颗粒又暴露出一层新的表面，水化反应继续进行。由于各种产物溶解度很小，水化产物的生成速度大于水化产物向溶液中扩散速度，所以很快使水泥颗粒周围溶液中的水化产物浓度达到饱和或过饱和状态，并从溶液中析出，成为高度分散的凝胶体。随着水化作用继续进行，凝胶体不断增加，游离水分不断减少，水泥将逐渐失去塑性，即出现凝结现象。但此时尚不具有强度。随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体，水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段，水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。