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水泥最早是在1824年被英國約瑟夫·阿斯普丁所發(fā)明 ， 在那之前 ， 人類并沒有水泥的概念 ， 那個(gè)時(shí)候的建筑物一般都是使用木頭或者泥土來進(jìn)行建造 ， 不過在古羅馬時(shí)期 ， 人們已經(jīng)會(huì)使用火山灰和石灰加水來作為建筑的粘合劑 ， 這樣能讓建筑物變得更加堅(jiān)硬 ， 但那個(gè)時(shí)候的人們并不知道其中的原因 。 只是后來的約瑟夫·阿斯普丁通過研究發(fā)現(xiàn)：石灰、黏土和礦渣按照一定的比例混合并進(jìn)行煅燒 ， 經(jīng)過煅燒之后的產(chǎn)物磨細(xì)后通過加水便能夠直接硬化 ， 強(qiáng)度很大 ， 能與英國波特蘭島上的天然石材相媲美 ， 于是人們又稱之為“波特蘭水泥” 。
古羅馬建筑遺址在1824年英國約瑟夫·阿斯普丁發(fā)明了水泥之后并申請了專利 ， 水泥才被大批量的開始使用 ， 目前僅我國每年水泥的產(chǎn)量就近二十億噸 ， 需求量十分巨大 。 水泥可以說是對人類最大貢獻(xiàn)的發(fā)明之一 。 那么為什么水泥一加水就會(huì)神奇地變硬呢？我們先來了解這個(gè)問題 。
水泥制造以及硬化原理
水泥制造常見的水泥一般都是硅酸鹽水泥 ， 制造這類水泥的原料主要是石灰石、黏土和細(xì)砂 ， 石灰石主要是提供碳酸鈣 ， 而黏土和細(xì)砂可以提供水泥中所需的硅 。 為了節(jié)省時(shí)間和運(yùn)輸成本 ， 水泥廠一般會(huì)直接建在露天開采的石灰石礦場旁 。
石灰石會(huì)使用爆破技術(shù)進(jìn)行開采 ， 開采出來的都是巨大的石塊 ， 因此還需要使用破碎機(jī)進(jìn)行破碎 ， 破碎后的石灰水將會(huì)按一定的比例和黏土砂石等物質(zhì)混合 ， 并一同磨細(xì) ， 進(jìn)行煅燒 ， 內(nèi)部溫度可高達(dá)1500℃ 。 煅燒過程是水泥形成的關(guān)鍵 ， 通過煅燒 ， 這些混合原料會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng) ， 形成一類加水即可硬化的膠凝材料 。
在煅燒過程中 ， 石灰石中的碳酸鈣會(huì)發(fā)生分解 ， 生成氧化鈣 ， 氧化鈣與氧化硅之間又會(huì)繼續(xù)反應(yīng) ， 生成硅酸鈣 ， 硅酸鈣分為硅酸二鈣和硅酸三鈣 ， 這兩種物質(zhì)是水泥能夠硬化的核心成分 。 反應(yīng)之后的產(chǎn)物會(huì)再次磨細(xì) ， 顆粒越細(xì) ， 在之后加入水時(shí) ， 水化反應(yīng)將會(huì)越充分 ， 那么凝結(jié)之后的強(qiáng)度就會(huì)越高 。
硬化原理煅燒之后的產(chǎn)物我們就稱為水泥熟料 ， 水泥熟料在加入水后 ， 其中的硅酸鈣就會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)生成水化硅酸鈣和氫氧化鈣 ， 這兩種物質(zhì)的生成就是水泥加水能夠硬化過程中強(qiáng)度形成的原因 。
【混凝土|為什么水泥加水就能變硬？混凝土的壽命真的只有五十年嗎】
水化硅酸鈣和氫氧化鈣會(huì)依靠氫鍵和分子之間的作用力緊密結(jié)合在一起 ， 并且這些產(chǎn)物在生成過程中會(huì)不斷的生長 ， 形成的長鏈結(jié)構(gòu)會(huì)相互交織在一起 ， 我們可以將它們想像從顆粒中延伸出來的無數(shù)條細(xì)針 ， 這些細(xì)針相互穿插 ， 相互交織 ， 于是形成了很高強(qiáng)度的固化材料 ， 這就是水泥為什么加水后攪拌就能夠硬化的原因 。 那么硬化后形成的混凝土壽命真的只有傳說中的五十年嗎？
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