如果您将砖块视为人造岩石，则可以将水泥视为人造熔岩-一种液态石料，会倒入其变硬的位置。

        水泥和混凝土

        许多人在谈论水泥时都谈论水泥。

        *水泥是一种细颗粒的化合物，与水混合后会变成固体。水泥用于将材料的混合物粘合到复合固体中。

        *混凝土是水泥，沙子和砾石的混合物。也就是说，水泥是混凝土的胶水。

        现在很清楚，让我们谈谈水泥。水泥始于石灰。

        石灰，第一种水泥

        石灰是自古以来用于制造石膏和砂浆等有用物品的物质。石灰是通过燃烧或煅烧石灰石制成的，这就是石灰石得名的原因。在化学上，石灰是氧化钙（CaO），是通过焙烧方解石（CaCO 3）除去二氧化碳（CO 2）制成的。水泥行业大量生产了CO 2（一种温室气体）。

        石灰也被称为生石灰或calx（来自拉丁语，在这里我们也叫钙）。在古老的谋杀之谜中，生石灰撒在受害者身上以溶解其尸体，因为它具有很强的腐蚀性。

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        在与CaO + H 2 O = Ca（OH）2的反应中，石灰与水混合缓慢地变成矿物钙铁矿。石灰通常是熟的，也就是说，与过量的水混合，使其保持液态。熟石灰在数周内持续变硬。熟石灰水泥可与沙子和其他成分混合，然后装在墙壁的石头或砖之间（作为砂浆），或散布在墙壁的表面（作为抹灰或灰泥）。在接下来的几周或更长时间里，它与空气中的CO 2反应再次形成方解石-人造石灰石！

        在新世界和旧世界的考古遗址中都知道用石灰水泥制成的混凝土，已有5000多年的历史了。在干燥条件下效果非常好。它有两个缺点：

        *石灰水泥需要很长时间才能固化，而古代世界有很多时间，而今天时间就是金钱。

        *石灰水泥不会在水中硬化，而是保持柔软，也就是说，它不是水硬性水泥。因此，在某些情况下无法使用它。

        古代水硬水泥

        据说埃及的金字塔包含一种基于溶解二氧化硅的水硬性水泥。如果能够确认并恢复具有4500年历史的配方，那将是一件好事。但是今天的水泥有不同的谱系，但它仍然很古老。

        公元前1000年左右，古希腊人率先发生了一次幸运的事故，将石灰与优质火山灰混合。灰可以认为是自然煅烧的岩石，而硅像煅烧石灰石中的钙一样处于化学活性状态。将这种石灰灰混合物熟化后，会形成一种全新的物质：水合硅酸钙或水泥化学家所说的CSH（大约为SiCa 2 O 4 · x H 2 O）。在2009年，研究人员使用数值模型得出了精确的公式：（CaO）1.65（SiO 2）（H 2 O）1.75。

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        如今，CSH仍然是一种神秘的物质，但我们知道它是一种无定形晶体结构的无定形凝胶。即使在水中也能快速硬化。而且它比石灰水泥更耐用。

        古希腊人将这种新水泥以新的和有价值的方式使用，建造了可以存活到今天的混凝土蓄水池。但是罗马工程师掌握了这项技术，并建造了海港，渡槽和混凝土庙宇。这些结构中的某些结构在两千年后的今天仍然和现在一样好。但是，随着罗马帝国的衰落，罗马水泥的配方逐渐消失了。现代研究继续发现古代人有用的秘密，例如在公元前37年建造的防波堤中罗马混凝土的特殊成分，这有望帮助我们节省能源，减少石灰用量并减少CO 2排放。

        现代液压水泥

        虽然整个黑暗和中世纪时期一直在使用石灰水泥，但直到1700年代后期才重新发现了真正的水硬水泥。英法两国的实验者了解到，石灰石和粘土的煅烧混合物可以制成水硬性水泥。一种英文版本被称为“波特兰水泥”，因为它类似于波特兰岛的白色石灰石，并且该名称很快扩展到此过程制成的所有水泥。

        此后不久，美国制造商发现了含粘土的石灰石岩石，几乎不需要或只需很少的处理即可生产出优质的水硬性水泥。这种便宜的天然水泥在1800年代的大部分时间里构成了美国混凝土的大部分，其中大部分来自纽约南部的罗森代尔镇。Rosendale实际上是天然水泥的通用名称，尽管其他制造商分别位于宾夕法尼亚州，印第安纳州和肯塔基州。Rosendale水泥位于布鲁克林大桥，美国国会大厦，大多数19世纪军事建筑，自由女神像的底座和许多其他地方。随着使用历史上合适的材料来维护历史建筑的需求不断增加，罗森代尔天然水泥正在复兴。

        随着标准的提高和建造速度的加快，真正的硅酸盐水泥在美国逐渐受到欢迎。波特兰水泥价格更高，但可以在任何可以组装成分的地方生产，而不必依靠幸运的岩层。它还可以更快地治愈，这是一次在摩天大楼上建造地板的优势。今天的默认水泥是波特兰水泥的某些版本。

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        现代波特兰水泥

        如今，石灰石和含粘土的岩石已在接近融化温度的1400°至1500°C的温度下烧结。产品是稳定的块状混合物，称为熟料。熟料包含以下四种主要化合物中的铁（Fe）和铝（Al）以及硅和钙：

        *阿里特（Ca 3 SiO 5）

        *贝利石（Ca 2 SiO 4），地质学家称为拉钠石

        *铝酸盐（Ca 3 Al 2 O 6）

        *铁素体（Ca 2 AlFeO 5）

        熟料被磨成粉末，并与少量的石膏混合，这会减慢硬化过程。那就是波特兰水泥。

        制作混凝土

        水泥与水，沙子和砾石混合制成混凝土。纯水泥是无用的，因为它会收缩和开裂。它也比沙子和砾石贵得多。随着混合物的固化，产生了四种主要物质：

        *CSH

        *硅酸盐

        *钙矾石（Ca 6 Al 2（SO 4）3（OH）12 · 26H 2 O；包括一些铁）

        *一硫酸盐（[Ca 2（Al，Fe）（OH）6 ] ·（SO 4，OH等）· x H 2 O）

        所有这些细节都是错综复杂的专业，它使混凝土技术像计算机中的任何事物一样复杂。但是基本的混凝土混合物实际上是防呆的，足以让您和我使用。