水泥发展史详尽介绍

水泥发展史水泥发展简史（一）水泥发展史是人类工业化和技术进步的重要见证之一。了解水泥发展史不仅有助于我们“读史明智”，而且有助于指导我们探寻水泥未来的发展方向，以寻求更可持续和环保的建筑和基础设施解决方案。基于此，公众号现推出“水泥发展简史”的科普知识。鉴于内容较长，分两期在公众号推出。今日首先推出“古代胶凝材料”和“波特兰水泥”两部分内容。一、古代胶凝材料1.粘土在水泥未发明之前的数千年岁月中，人类最初采用粘土作胶凝材料。古埃及人采用尼罗河的泥浆砌筑未经煅烧的土砖。为了增加强度和减少收缩，古埃及人在泥浆中还掺入砂子和草。用这种泥土建造的建筑物不耐水，经不住雨淋和河水冲刷，但在干燥地区可保存多年。在距今约4000-10000年的新石器时代，由于石器工具的进步，挖穴建室的建筑活动开始兴起。人们有时用粘土来抹砌简易的建筑物，有时还掺入稻草之类的植物纤维或贝壳来加筋增强。图1粘土2.白灰面在公元前5000-3000年的新石器时代，我国仰韶文化传播区域，当时的人用天然姜石捣碎成粉的“白灰面”，夯实而成柱基以及铺墁的地面和四壁等，十分光滑。在陕西宝鸡的斗鸡台、河南安阳的后岗、郑州的二里岗、西安半坡及南殿村仰韶文化遗址中，在摩擦较多的地面及四壁常有光滑而坚硬的“白灰面”。图2白灰面3.煅烧石膏大约在公元前3000-2000年间，古埃及人开始采用煅烧石膏作建筑胶凝材料。埃及古金字塔中就使用了煅烧石膏。公元前30年，在埃及并入罗马帝国版图之前，古埃及人都是使用煅烧石膏来砌筑建筑物。图3金字塔上的石块粘合4.石灰-砂子的二组分砂浆古希腊人与古埃及人不同，在建筑中所用胶凝材料是将石灰石经煅烧后而制得的石灰。公元前146年，罗马帝国吞并希腊，同时继承了希腊人生产和使用石灰的传统。罗马人是将石灰加水消解，与砂子混合成砂浆，然后用此砂浆砌筑建筑物。采用石灰砂浆的古罗马建筑，有些非常坚固，甚至保留到现在。5.罗马砂浆古罗马人对石灰使用工艺进行改进，在石灰中不仅掺砂子，还掺磨细的火山灰，在没有火山灰的地区，则掺入与火山灰具有同样效果的磨细碎砖。例如，罗马的庞贝古城以及罗马圣庙等著名建筑都是用石灰-火山灰材料砌筑而成。这种砂浆在强度和耐水性方面较“石灰-砂子”的二组分砂浆都有很大改善，用其砌筑的普通建筑和水中建筑都较耐久。一般将“石灰-火山灰-砂子”三组分砂浆称为“罗马砂浆”。公元5世纪，在我国南北朝时代出现了一种名叫“三合土”的建筑材料，其由石灰、粘土和细砂所组成。“三合土”是以石灰与黄土或其他火山灰质材料作为胶凝材料，以细砂、碎石后炉渣作为填料的建筑材料。南京西善桥的南朝大墓中，封门前的地面即由石灰、砂及粘土混合筑成。“三合土”与“罗马砂浆”有许多类似之处。图4三合土二、波特兰水泥1.水硬性石灰18世纪中叶，为了摆脱船只触礁和撞滩等海难事故频繁发生的现状，英国在海上修建灯塔进行导航。当时建造灯塔的材料有两种：木材和“罗马砂浆”。然而，木材易燃，且遇海水易腐烂；“罗马砂浆”虽然有一定耐水性能，但尚不能满足海水的腐蚀与冲刷。因此，灯塔经常损坏，导致船只无法安全航行，限制了英国航运业快速发展。为解决航运安全问题，寻找抗海水侵蚀材料和建造耐久的灯塔成为18世纪50年代英国经济发展中的当务之急。对此，英国国会不惜重金，礼聘人才。被尊称为英国土木之父的工程师斯密顿（J.Smeaton）应聘承担建设灯塔的任务。1756年，斯密顿在建造灯塔的过程中，研究了“石灰-火山灰-砂子”三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响，发现含有粘土的石灰石，经煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，在海水中的强度较“罗马砂浆”高很多，且能耐海水的冲刷。斯密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的涡石灯塔（Eddystonelighthouse）（又称斯密顿灯塔）。用含粘土、石灰石制成的石灰被称为水硬性石灰。斯密顿的这一创造是水泥发明过程中知识积累—由量变到质变的一次大飞跃，不仅为英国航海业做出了贡献，也为“波特兰水泥”的发明起到了重要作用。图5涡石灯塔（左侧残余灯塔为第三座涡石灯塔；右侧为1879年修建的第四座涡石灯塔）（图片来源：Wikimapia）2.罗马水泥1796年，英国人派克（J.Parker）将称为SepaTria的粘土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后磨细制成水泥。派克称这种水泥为“罗马水泥”（RomanCement），并取得了该水泥的专利权。“罗马水泥”凝结较快，可用于与水接触的工程，在英国曾得到广泛应用，一直沿用到被“波特兰水泥”所取代。差不多在“罗马水泥”生产的同时期，法国人采用Boulogne地区化学成分接近现代水泥成分的泥灰岩也制造出水泥。这种天然泥灰岩称为水泥灰岩，用此灰岩制成的水泥则称为天然水泥。美国人用Rosendale和Louisville地区的水泥灰岩也制成了天然水泥。在19世纪80年代及以后的很长一段时间里，天然水泥在美国得到广泛应用，在建筑业中曾占很重要的地位。3.英国水泥英国人福斯特（J.Foster）是一位致力于水泥的研究者。他将两份重量白垩和一份重量粘土混合后加水湿磨成泥浆，送入料槽进行沉淀，置沉淀物于大气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，烧成温度以混合料中碳酸气体全挥发为准，烧成产品呈浅黄色，冷却后磨细成水泥。福斯特称该水泥为“英国水泥”（BritishCement），并于1822年10月22日获得英国第4679号专利。“英国水泥”由于煅烧温度较低，其质量明显不及“罗马水泥”，所以售价较低，销售量不大。这种水泥虽然未能被大量推广，但其制造方法已是近代水泥制造的雏型，是水泥知识积累中的又一次重大飞跃。4.波特兰水泥（硅酸盐水泥）1824年10月21日，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）获得了英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。他专利证书上叙述的“波特兰水泥”制造方法是：把石灰石捣成细粉，配合一定量的粘土，掺水后以人工或机械搅拌均匀成泥浆；置泥浆于盘上，加热干燥；将干料打击成块，装入石灰窑煅烧，烧至石灰石内碳酸气完全逸出；煅烧后的烧块再将其冷却和打碎磨细，制成水泥。使用水泥时加入少量水分，拌和成适当稠度的浆体，可应用于各种不同的工作场合。该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色，所以被称为“波特兰水泥”。其首批大规模应用的实例是1825-1843年建造的泰晤士河隧道工程。图6波特兰水泥图7泰晤士河隧道工程水泥生产的核心设备是窑，在考察水泥技术发展进程时往往以窑为代表。1824年阿斯普丁发明波特兰水泥时所用的窑是沿用于烧石灰的瓶窑。1872年强生发明专用于水泥生产的仓窑，其特点是利用人工作业将物料沿水平移动，完成干燥、预烧和烧成等过程，曾流行于欧洲，是最早的水泥煅烧专用设备。1884年德国人狄兹赫发明了立窑，不同于仓窑的是物料自上而下沿垂直方向自动完成烧成过程。此后，英德等国开始对立窑进行不断改进升级。英国人最早在立窑上采用机械通风，接着德国人采用自动卸料装置，大幅度提高了熟料产量和质量。在此基础上，德国人又增设自动喂料装置，完成了立窑的全盘机械化。19世纪末到20世纪20年代，立窑技术在世界范围内被广泛采用，成为了一代水泥烧成设备。图8立窑的结构1895年美国人亨利和西蒙发明中空干法回转窑。为利用窑尾废气余热，1897年德国人贝赫门开创带余热锅炉的干法回转窑。1928年德国人立列普与伯力鸠斯公司合作，用篦式加热机取代余热锅炉发明了立波尔窑。在中空干法回转窑不断改进的过程中，1912年前后丹麦斯密斯公司发明湿法回转窑，经数次改进后发展为湿法长窑。立波尔窑和湿法长窑在20世纪上半叶，曾风靡于世界水泥业。20世纪50年代德国洪堡公司推出世界第一台4级旋风预热器窑。紧接着德国伯力鸠斯公司首创立筒预热器窑。同时，在生料制备和环境保护等方面取得长足的进步，从而形成预热器窑新型干法，造就了一代水泥生产新技术，于20世纪60年代曾流行于世界工业靠前的发达国家。1971年日本石川岛播磨重工业公司发明预分解窑，使水泥生产技术迅速提升到预分解窑新型干法水平。随着水泥工业的科技进步，预分解窑新型干法具有综合能耗低，水泥熟料品质优等特点，是当今世界水泥最主流的生产方法。自波特兰水泥发明的近200年里，水泥生产技术由瓶窑发展到预分解窑，由手工作坊式间歇生产发展到智慧规模化生产，取得了与现代人类文明相应的长足进步。图9海螺集团沿江超大型水泥熟料生产基地——芜湖海螺水泥公司（图片来源于人民网）水泥发展简史（二）水泥发展史是人类工业化和技术进步的重要见证之一。了解水泥发展史不仅有助于我们“读史明智”，而且有助于指导我们探寻水泥未来的发展方向，以寻求更可持续和环保的建筑和基础设施解决方案。基于此，公众号现推出“水泥发展简史”的科普知识。鉴于内容较长，分两期在公众号推出。今日接着推出“我国水泥工业发展历史”内容。三、我国水泥工业发展历史1.澳门青州英坭厂我国最早制造的水泥始于澳门青州英坭厂。作为中国最早的水泥厂，澳门青州英坭水泥厂于1886年正式建立在澳门青洲岛，采用立窑技术。1887年，第二家青洲英坭水泥厂在香港九龙海岸开办。青州英坭厂作为我国第一个水泥厂，对稍晚筹建的唐山细棉土厂、广东士敏土厂产生了重要影响。两厂在办厂之初都从青州英坭厂学习技术，考察设备。之后又有湖北水泥厂、启新洋灰公司、中国水泥公司等水泥厂陆续建立，中国的水泥工业也开始发展起来。20世纪50年代前我国尚不具备制造成套水泥生产设备的能力，但在购买外国水泥设备方面上紧跟国际先进水平，已基本淘汰了落后的立窑。1958年为了配合全国大跃进，全国各地各种土法立窑又大量出现。直到1980年代，水泥行业才开始进行新型干法水泥窑生产。2000年基本解决了大型水泥设备的国产化问题。之后新型干法水泥生产在我国迅速兴起，以立窑为主的落后水泥生产方式被淘汰。2007年，中国新型干法水泥生产能力达到6.06亿吨，产量首次超过落后的立窑等水泥生产方式。现如今，水泥行业除了不断改进生产方法外，对水泥产品的性能也在不断改进，同时研制成功了一批适用于特殊工程的水泥，如硫/铁铝酸盐水泥、高铝水泥（耐火水泥），大坝水泥、油井水泥、隧道水泥等。图1

澳门青州英坭厂2.唐山细绵土厂1889年开平矿务局总办唐廷枢主持创办了唐山细棉土厂。由于销路不好，1893年被迫停工关闭。1907年重新开办，更名为“唐山启新洋灰股份有限公司”。中国水泥史上赫赫有名的“启新”就此诞生，开启百余年的征途。1912年，启新洋灰公司向美国洛杉矶出口水泥1万余桶。这是我国水泥的第一次出口。唐山水泥从此扬名海外。图2

唐山细绵土厂3.昆明水泥厂昆明水泥厂始建于1939年，是我国第一家采用国产设备建设立窑生产线的水泥厂。昆明水泥厂是中国国产普通立窑和土立窑的发祥地，也是中国水泥生产技术发展的第一个里程碑。4.中国水泥厂1921年，上海民族工商业者姚锡舟等人在南京建造了中国第一家湿法水泥厂。1927年，中国水泥厂从德国进口了两条湿法回转窑，1933年又从德国购进一台日产熟料170吨的湿法旋窑，最终形成日产水泥715吨，是当时中国最大的水泥生产企业之一。南京中山陵工程所用水泥多来源于此。5.湘乡水泥厂湘乡水泥厂于1958年筹备，1959年正式开工建设，到1967年建设投产。它是中国采用自制设备、自行设计和自行安装建成的第一个大中型水泥工厂。湘乡水泥厂的投产，改变了过去基本依靠国外装备的被动局面，开创了中国依靠自己力量建设大中型水泥厂的历史，是中国水泥史上采用国产设备建设湿法回转窑厂的里程碑。图4

湘乡水泥厂6.我国新型干法水泥工业的发展被誉为“中国新型干法水泥工业的摇篮”的冀东水泥始建于1979年，曾创造了许多个“第一”。第一个成功引进了当时国际最先进工艺技术的全套日产4000吨熟料新型干法水泥生产线，并且成功消化和驾驭了国内第一条全套引进的现代化新型干法生产工艺技术；第一个建成了中国第一条日产4000吨熟料新型干法水泥国产化示范线，为我国水泥工业的发展做出了突出贡献。图5

冀东水泥1986年，我国自行设计，主要采用国产设备建成的第一条日产2000吨熟料预分解窑新型干法生产线--江西水泥厂建成投产，并通过国家级验收，是水泥科技攻关的重大成果。从此，在我国大中水泥厂建设中，结束了以湿法华新窑为代表的时代，是中国水泥工业发展史上的一个里程碑。此后，我国日产1000吨、2000吨的窑外分解技术基本自给，主要技术经济指标已达到国际70年代末的水平。2002年，中国第一条日产5000吨熟料国产化示范线在铜陵海螺建成投产。这是中国水泥生产技术发展的第四个里程碑。随后的2004年，我国水泥产量中新型干法生产的水泥超过30%，达到32.4%。当年我国第一条日产10000吨熟料预分解窑新型干法生产线在铜陵海螺水泥厂建成投产。我国成为世界上继泰国后第二个拥有日产10000吨熟料预分解窑新型干法生产线的国家，在中国水泥发展史上更具里程碑的意义。“世界水泥看中国，中国水泥看海螺”。作为中国水泥行业最耀眼的明星之