水泥作為一種重要的建筑材料，在現(xiàn)代社會的基礎設施建設、房屋建筑等領域發(fā)揮著不可替代的作用。其發(fā)展歷程見證了人類建筑技術的不斷進步。從最初簡單的煅燒工藝到如今復雜且高效的生產技術，水泥的性能不斷提升，應用范圍也日益廣泛。深入研究水泥的各個方面，對于推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、提高建筑工程質量具有重要意義。

一，水泥制造技術發(fā)展歷史

1，工業(yè)化制造水泥的初級階段

1824 年，英國人阿斯普丁創(chuàng)造了世界上第一臺煅燒水泥的工業(yè)窯爐，這是一臺干法靜止間歇式圓筒型自然通風的普通立窯。它的出現(xiàn)，標志著人工合成無機硅酸鹽水硬性膠凝材料歷史的開端。然而，當時受技術限制，水泥質量不穩(wěn)定，產量和勞動生產率都處于較低水平 。

2，機械化連續(xù)生產階段

1877 年，英國人克蘭普湯發(fā)明了干法臥式回轉窯，實現(xiàn)了水泥的連續(xù)生產。這一發(fā)明使得水泥的產量和質量都有了一定程度的提高，尤其是產量方面有了顯著進步，成為最早的回轉窯制造技術 。

3，濕法水泥制造技術的誕生

二十世紀初，液態(tài)均化技術研究成功，引發(fā)了水泥制造技術的重大變革。1903 年，第一條濕法水泥生產線問世。液態(tài)均化技術的應用，極大地提高了水泥制造過程對非均質原料的適應性，為產品質量的穩(wěn)定奠定了基礎。因此，濕法水泥生產線制造技術迅速得到普遍推廣，并取代了干法回轉窯。同時，隨著對產能需求的增加，濕法回轉窯不斷朝著大型化方向發(fā)展 。

4，機械化立窯的出現(xiàn)

水泥濕法制造技術在發(fā)揮回轉窯產量相對較高優(yōu)勢的同時，也帶來了熱耗特別高的問題。1910 年，立窯生產實現(xiàn)了機械化連續(xù)作業(yè)。隨著機械化立窯的發(fā)明與改進，產品質量得到保證，勞動生產率大幅提高，且因其熱耗低而得到廣泛認可。但在當時，能源問題尚未像現(xiàn)在這樣突出，其熱耗低的優(yōu)勢不足以完全取代濕法回轉窯，而濕法回轉窯在產品質量上明顯優(yōu)于機械化立窯，加之對產能的追求，濕法回轉窯仍持續(xù)向大型化發(fā)展 。

5，立波爾窯技術的誕生

1928 年，德國的理利坡博士和普利休斯公司發(fā)明了設有生料成球和煅燒爐篦子機組的立波爾型回轉窯水泥制造技術。該技術融合了旋窯發(fā)熱能力大的優(yōu)點和機立窯透過式傳熱的合理內核，在窯尾增設煅燒爐篦，利用窯尾廢氣預熱煅燒生料球。這一創(chuàng)新使得窯的容積產量比濕法窯提高 150％，熱能消耗下降 35％，窯體長度減少 50％。然而，由于其電耗大，且產品質量相比濕法回轉窯稍有遜色，最終未能取代濕法回轉窯，也未將立窯擠出市場 。

6，新型干法水泥制造技術的出現(xiàn)

立波爾窯技術將原料預熱、部分硅酸鹽分解移至窯外的理念，為后續(xù)技術發(fā)展帶來了啟示。1934 年，丹麥約根生獲得預熱器專利權，1951 年德國人模瑞發(fā)明了懸浮預熱器。20 世紀 70 年代初，懸浮預熱分解新技術出現(xiàn)，該技術進一步強化了預分解過程。其煅燒熱耗僅為濕法窯的 50％，容積產量增高 7 倍，窯的長度僅為濕法窯的 40％。到 80 年代末，該技術已相當成熟，被稱為新型干法水泥技術。新型干法水泥技術的成功，得益于連續(xù)式粉體均化技術、原料預均化技術、連續(xù)式計量裝置及 X 射線分析儀 — 電子計算機控制系統(tǒng)、集散式遠程控制技術特別是微機算機技術等一系列背景技術的支持 。

二，影響水泥性能的因素

1，熟料礦物組成的影響

水泥熟料礦物組成對水泥性能有著關鍵影響。C3S 水化速度快，早后期強度高；C2S 水化速度慢，水化熱低，對 28 天以后強度增長有利。C3S 與 C2S 礦物總量越高，水泥的力學性能、耐久性能越好。C3A 與 C4AF 為熔劑礦物，C3A 需水量與水化熱最大，凝結硬化快，對早期強度較有利，但水化產物穩(wěn)定性較差，硬化漿體強度不高，對混凝土的工作性能與耐久性能不利。從與外加劑相容性來看，C3A 吸附減水劑能力最強，其次是 C4AF，C3S 與 C2S 對減水劑的吸附較少。一般來說，熟料硅酸率越高，越有利于提高水泥的力學性能及其與外加劑的相容性。但由于熟料礦物吸附減水劑的能力還受礦物的固溶量、結晶狀態(tài)等因素影響，不能僅從率值大小判斷水泥性能優(yōu)劣。若熟料燒成率較高，硅酸鹽礦物含量較多，A 礦晶體發(fā)育良好，大小適中，晶形較好，f - CaO 含量低時，水泥的力學性能及與外加劑的相容性就較好 。

2，熟料的燒成溫度及燒成速度的影響

高溫燒成的熟料與低溫燒成的熟料性能差異明顯。高溫快燒的熟料，硅酸鹽礦物固溶較多其他組分（如 C3S 固溶 Al2O3、Fe2O3、MgO 等形成 A 礦），增加了 A 礦的含量及內能，提高了水化活性，并使 C3A 與 C4AF 含量減少，其固溶量隨溫度升高及燒成速度加快而增大。因此，高溫快燒的熟料，A 礦發(fā)育良好，尺寸適中，邊棱清晰，水泥漿體強度較高，與外加劑相容性好。而低溫燒成的熟料，硅酸鹽礦物活性較差，膠砂強度較低，且由于 C3S 固溶 Al2O3、Fe2O3 減少，熟料礦物中析晶出來的 C3A、C4AF 較多，水泥標準稠度用水量大，與外加劑相容性差 。

3，冷卻制度的影響

熟料在較高溫度范圍（1450 - 1200℃）的快速冷卻，對水泥性能有積極影響。快速冷卻有利于 A 礦保持良好晶形，減少 C2S 粉化，使硅酸鹽礦物活性較高；溶劑礦物多以玻璃體存在，大量減少 C3A 和 C4AF 的析晶。因此，快冷熟料，即使 C3A、C4AF 計算含量較高，由于大部分以玻璃體存在，所磨制的水泥仍與外加劑相容性好，凝結時間正常，水泥強度較高。相反，慢速冷卻時，熟料中 β - C2S 轉變?yōu)?γ - C2S，礦物活性降低，C3A、C4AF 大量析晶，磨制的水泥與外加劑相容性差 。

4，水泥的顆粒分布與形狀的影響

水泥顆粒分布和形狀對其性能也有重要作用。水泥中 4 - 30um 的顆粒對強度增長貢獻最大，大于 60um 的顆粒對強度基本不起作用，小于 3um 的顆粒對減少泌水、縮短凝結時間、提高 1 天強度有利。水泥顆粒分布集中，顆粒堆積的空隙率大，水泥標準稠度大，凝結時間長，1 天強度低，與外加劑的相容性也較差；反之，若水泥顆粒分布較分散，則在漿體中能表現(xiàn)出更好的性能 。