水泥發(fā)展史水泥發(fā)展簡(jiǎn)史（一）水泥發(fā)展史是人類工業(yè)化和技術(shù)進(jìn)步的重要見(jiàn)證之一。了解水泥發(fā)展史不僅有助于我們“讀史明智”，而且有助于指導(dǎo)我們探尋水泥未來(lái)的發(fā)展方向，以尋求更可持續(xù)和環(huán)保的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施解決方案?；诖耍娞?hào)現(xiàn)推出“水泥發(fā)展簡(jiǎn)史”的科普知識(shí)。鑒于內(nèi)容較長(zhǎng)，分兩期在公眾號(hào)推出。今日首先推出“古代膠凝材料”和“波特蘭水泥”兩部分內(nèi)容。一、古代膠凝材料1.粘土在水泥未發(fā)明之前的數(shù)千年歲月中，人類最初采用粘土作膠凝材料。古埃及人采用尼羅河的泥漿砌筑未經(jīng)煅燒的土磚。為了增加強(qiáng)度和減少收縮，古埃及人在泥漿中還摻入砂子和草。用這種泥土建造的建筑物不耐水，經(jīng)不住雨淋和河水沖刷，但在干燥地區(qū)可保存多年。在距今約4000-10000年的新石器時(shí)代，由于石器工具的進(jìn)步，挖穴建室的建筑活動(dòng)開(kāi)始興起。人們有時(shí)用粘土來(lái)抹砌簡(jiǎn)易的建筑物，有時(shí)還摻入稻草之類的植物纖維或貝殼來(lái)加筋增強(qiáng)。圖1粘土2.白灰面在公元前5000-3000年的新石器時(shí)代，我國(guó)仰韶文化傳播區(qū)域，當(dāng)時(shí)的人用天然姜石搗碎成粉的“白灰面”，夯實(shí)而成柱基以及鋪墁的地面和四壁等，十分光滑。在陜西寶雞的斗雞臺(tái)、河南安陽(yáng)的后崗、鄭州的二里崗、西安半坡及南殿村仰韶文化遺址中，在摩擦較多的地面及四壁常有光滑而堅(jiān)硬的“白灰面”。圖2白灰面3.煅燒石膏大約在公元前3000-2000年間，古埃及人開(kāi)始采用煅燒石膏作建筑膠凝材料。埃及古金字塔中就使用了煅燒石膏。公元前30年，在埃及并入羅馬帝國(guó)版圖之前，古埃及人都是使用煅燒石膏來(lái)砌筑建筑物。圖3金字塔上的石塊粘合4.石灰-砂子的二組分砂漿古希臘人與古埃及人不同，在建筑中所用膠凝材料是將石灰石經(jīng)煅燒后而制得的石灰。公元前146年，羅馬帝國(guó)吞并希臘，同時(shí)繼承了希臘人生產(chǎn)和使用石灰的傳統(tǒng)。羅馬人是將石灰加水消解，與砂子混合成砂漿，然后用此砂漿砌筑建筑物。采用石灰砂漿的古羅馬建筑，有些非常堅(jiān)固，甚至保留到現(xiàn)在。5.羅馬砂漿古羅馬人對(duì)石灰使用工藝進(jìn)行改進(jìn)，在石灰中不僅摻砂子，還摻磨細(xì)的火山灰，在沒(méi)有火山灰的地區(qū)，則摻入與火山灰具有同樣效果的磨細(xì)碎磚。例如，羅馬的龐貝古城以及羅馬圣廟等著名建筑都是用石灰-火山灰材料砌筑而成。這種砂漿在強(qiáng)度和耐水性方面較“石灰-砂子”的二組分砂漿都有很大改善，用其砌筑的普通建筑和水中建筑都較耐久。一般將“石灰-火山灰-砂子”三組分砂漿稱為“羅馬砂漿”。公元5世紀(jì)，在我國(guó)南北朝時(shí)代出現(xiàn)了一種名叫“三合土”的建筑材料，其由石灰、粘土和細(xì)砂所組成。“三合土”是以石灰與黃土或其他火山灰質(zhì)材料作為膠凝材料，以細(xì)砂、碎石后爐渣作為填料的建筑材料。南京西善橋的南朝大墓中，封門(mén)前的地面即由石灰、砂及粘土混合筑成?！叭贤痢迸c“羅馬砂漿”有許多類似之處。圖4三合土二、波特蘭水泥1.水硬性石灰18世紀(jì)中葉，為了擺脫船只觸礁和撞灘等海難事故頻繁發(fā)生的現(xiàn)狀，英國(guó)在海上修建燈塔進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)時(shí)建造燈塔的材料有兩種：木材和“羅馬砂漿”。然而，木材易燃，且遇海水易腐爛；“羅馬砂漿”雖然有一定耐水性能，但尚不能滿足海水的腐蝕與沖刷。因此，燈塔經(jīng)常損壞，導(dǎo)致船只無(wú)法安全航行，限制了英國(guó)航運(yùn)業(yè)快速發(fā)展。為解決航運(yùn)安全問(wèn)題，尋找抗海水侵蝕材料和建造耐久的燈塔成為18世紀(jì)50年代英國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的當(dāng)務(wù)之急。對(duì)此，英國(guó)國(guó)會(huì)不惜重金，禮聘人才。被尊稱為英國(guó)土木之父的工程師斯密頓（J.Smeaton）應(yīng)聘承擔(dān)建設(shè)燈塔的任務(wù)。1756年，斯密頓在建造燈塔的過(guò)程中，研究了“石灰-火山灰-砂子”三組分砂漿中不同石灰石對(duì)砂漿性能的影響，發(fā)現(xiàn)含有粘土的石灰石，經(jīng)煅燒和細(xì)磨處理后，加水制成的砂漿能慢慢硬化，在海水中的強(qiáng)度較“羅馬砂漿”高很多，且能耐海水的沖刷。斯密頓使用新發(fā)現(xiàn)的砂漿建造了舉世聞名的普利茅斯港的渦石燈塔（Eddystonelighthouse）（又稱斯密頓燈塔）。用含粘土、石灰石制成的石灰被稱為水硬性石灰。斯密頓的這一創(chuàng)造是水泥發(fā)明過(guò)程中知識(shí)積累—由量變到質(zhì)變的一次大飛躍，不僅為英國(guó)航海業(yè)做出了貢獻(xiàn)，也為“波特蘭水泥”的發(fā)明起到了重要作用。圖5渦石燈塔（左側(cè)殘余燈塔為第三座渦石燈塔；右側(cè)為1879年修建的第四座渦石燈塔）（圖片來(lái)源：Wikimapia）2.羅馬水泥1796年，英國(guó)人派克（J.Parker）將稱為SepaTria的粘土質(zhì)石灰?guī)r，磨細(xì)后制成料球，在高于燒石灰的溫度下煅燒，然后磨細(xì)制成水泥。派克稱這種水泥為“羅馬水泥”（RomanCement），并取得了該水泥的專利權(quán)?！傲_馬水泥”凝結(jié)較快，可用于與水接觸的工程，在英國(guó)曾得到廣泛應(yīng)用，一直沿用到被“波特蘭水泥”所取代。差不多在“羅馬水泥”生產(chǎn)的同時(shí)期，法國(guó)人采用Boulogne地區(qū)化學(xué)成分接近現(xiàn)代水泥成分的泥灰?guī)r也制造出水泥。這種天然泥灰?guī)r稱為水泥灰?guī)r，用此灰?guī)r制成的水泥則稱為天然水泥。美國(guó)人用Rosendale和Louisville地區(qū)的水泥灰?guī)r也制成了天然水泥。在19世紀(jì)80年代及以后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，天然水泥在美國(guó)得到廣泛應(yīng)用，在建筑業(yè)中曾占很重要的地位。3.英國(guó)水泥英國(guó)人福斯特（J.Foster）是一位致力于水泥的研究者。他將兩份重量白堊和一份重量粘土混合后加水濕磨成泥漿，送入料槽進(jìn)行沉淀，置沉淀物于大氣中干燥，然后放入石灰窯中煅燒，燒成溫度以混合料中碳酸氣體全揮發(fā)為準(zhǔn)，燒成產(chǎn)品呈淺黃色，冷卻后磨細(xì)成水泥。福斯特稱該水泥為“英國(guó)水泥”（BritishCement），并于1822年10月22日獲得英國(guó)第4679號(hào)專利。“英國(guó)水泥”由于煅燒溫度較低，其質(zhì)量明顯不及“羅馬水泥”，所以售價(jià)較低，銷售量不大。這種水泥雖然未能被大量推廣，但其制造方法已是近代水泥制造的雛型，是水泥知識(shí)積累中的又一次重大飛躍。4.波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）1824年10月21日，英國(guó)利茲（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）獲得了英國(guó)第5022號(hào)的“波特蘭水泥”專利證書(shū)，從而一舉成為流芳百世的水泥發(fā)明人。他專利證書(shū)上敘述的“波特蘭水泥”制造方法是：把石灰石搗成細(xì)粉，配合一定量的粘土，摻水后以人工或機(jī)械攪拌均勻成泥漿；置泥漿于盤(pán)上，加熱干燥；將干料打擊成塊，裝入石灰窯煅燒，燒至石灰石內(nèi)碳酸氣完全逸出；煅燒后的燒塊再將其冷卻和打碎磨細(xì)，制成水泥。使用水泥時(shí)加入少量水分，拌和成適當(dāng)稠度的漿體，可應(yīng)用于各種不同的工作場(chǎng)合。該水泥水化硬化后的顏色類似英國(guó)波特蘭地區(qū)建筑用石料的顏色，所以被稱為“波特蘭水泥”。其首批大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)例是1825-1843年建造的泰晤士河隧道工程。圖6波特蘭水泥圖7泰晤士河隧道工程水泥生產(chǎn)的核心設(shè)備是窯，在考察水泥技術(shù)發(fā)展進(jìn)程時(shí)往往以窯為代表。1824年阿斯普丁發(fā)明波特蘭水泥時(shí)所用的窯是沿用于燒石灰的瓶窯。1872年強(qiáng)生發(fā)明專用于水泥生產(chǎn)的倉(cāng)窯，其特點(diǎn)是利用人工作業(yè)將物料沿水平移動(dòng)，完成干燥、預(yù)燒和燒成等過(guò)程，曾流行于歐洲，是最早的水泥煅燒專用設(shè)備。1884年德國(guó)人狄茲赫發(fā)明了立窯，不同于倉(cāng)窯的是物料自上而下沿垂直方向自動(dòng)完成燒成過(guò)程。此后，英德等國(guó)開(kāi)始對(duì)立窯進(jìn)行不斷改進(jìn)升級(jí)。英國(guó)人最早在立窯上采用機(jī)械通風(fēng)，接著德國(guó)人采用自動(dòng)卸料裝置，大幅度提高了熟料產(chǎn)量和質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，德國(guó)人又增設(shè)自動(dòng)喂料裝置，完成了立窯的全盤(pán)機(jī)械化。19世紀(jì)末到20世紀(jì)20年代，立窯技術(shù)在世界范圍內(nèi)被廣泛采用，成為了一代水泥燒成設(shè)備。圖8立窯的結(jié)構(gòu)1895年美國(guó)人亨利和西蒙發(fā)明中空干法回轉(zhuǎn)窯。為利用窯尾廢氣余熱，1897年德國(guó)人貝赫門(mén)開(kāi)創(chuàng)帶余熱鍋爐的干法回轉(zhuǎn)窯。1928年德國(guó)人立列普與伯力鳩斯公司合作，用篦式加熱機(jī)取代余熱鍋爐發(fā)明了立波爾窯。在中空干法回轉(zhuǎn)窯不斷改進(jìn)的過(guò)程中，1912年前后丹麥斯密斯公司發(fā)明濕法回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)數(shù)次改進(jìn)后發(fā)展為濕法長(zhǎng)窯。立波爾窯和濕法長(zhǎng)窯在20世紀(jì)上半葉，曾風(fēng)靡于世界水泥業(yè)。20世紀(jì)50年代德國(guó)洪堡公司推出世界第一臺(tái)4級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯。緊接著德國(guó)伯力鳩斯公司首創(chuàng)立筒預(yù)熱器窯。同時(shí)，在生料制備和環(huán)境保護(hù)等方面取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，從而形成預(yù)熱器窯新型干法，造就了一代水泥生產(chǎn)新技術(shù)，于20世紀(jì)60年代曾流行于世界工業(yè)靠前的發(fā)達(dá)國(guó)家。1971年日本石川島播磨重工業(yè)公司發(fā)明預(yù)分解窯，使水泥生產(chǎn)技術(shù)迅速提升到預(yù)分解窯新型干法水平。隨著水泥工業(yè)的科技進(jìn)步，預(yù)分解窯新型干法具有綜合能耗低，水泥熟料品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，是當(dāng)今世界水泥最主流的生產(chǎn)方法。自波特蘭水泥發(fā)明的近200年里，水泥生產(chǎn)技術(shù)由瓶窯發(fā)展到預(yù)分解窯，由手工作坊式間歇生產(chǎn)發(fā)展到智慧規(guī)模化生產(chǎn)，取得了與現(xiàn)代人類文明相應(yīng)的長(zhǎng)足進(jìn)步。圖9海螺集團(tuán)沿江超大型水泥熟料生產(chǎn)基地——蕪湖海螺水泥公司（圖片來(lái)源于人民網(wǎng)）水泥發(fā)展簡(jiǎn)史（二）水泥發(fā)展史是人類工業(yè)化和技術(shù)進(jìn)步的重要見(jiàn)證之一。了解水泥發(fā)展史不僅有助于我們“讀史明智”，而且有助于指導(dǎo)我們探尋水泥未來(lái)的發(fā)展方向，以尋求更可持續(xù)和環(huán)保的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。基于此，公眾號(hào)現(xiàn)推出“水泥發(fā)展簡(jiǎn)史”的科普知識(shí)。鑒于內(nèi)容較長(zhǎng)，分兩期在公眾號(hào)推出。今日接著推出“我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展歷史”內(nèi)容。三、我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展歷史1.澳門(mén)青州英坭廠我國(guó)最早制造的水泥始于澳門(mén)青州英坭廠。作為中國(guó)最早的水泥廠，澳門(mén)青州英坭水泥廠于1886年正式建立在澳門(mén)青洲島，采用立窯技術(shù)。1887年，第二家青洲英坭水泥廠在香港九龍海岸開(kāi)辦。青州英坭廠作為我國(guó)第一個(gè)水泥廠，對(duì)稍晚籌建的唐山細(xì)棉土廠、廣東士敏土廠產(chǎn)生了重要影響。兩廠在辦廠之初都從青州英坭廠學(xué)習(xí)技術(shù)，考察設(shè)備。之后又有湖北水泥廠、啟新洋灰公司、中國(guó)水泥公司等水泥廠陸續(xù)建立，中國(guó)的水泥工業(yè)也開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。20世紀(jì)50年代前我國(guó)尚不具備制造成套水泥生產(chǎn)設(shè)備的能力，但在購(gòu)買外國(guó)水泥設(shè)備方面上緊跟國(guó)際先進(jìn)水平，已基本淘汰了落后的立窯。1958年為了配合全國(guó)大躍進(jìn)，全國(guó)各地各種土法立窯又大量出現(xiàn)。直到1980年代，水泥行業(yè)才開(kāi)始進(jìn)行新型干法水泥窯生產(chǎn)。2000年基本解決了大型水泥設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。之后新型干法水泥生產(chǎn)在我國(guó)迅速興起，以立窯為主的落后水泥生產(chǎn)方式被淘汰。2007年，中國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)能力達(dá)到6.06億噸，產(chǎn)量首次超過(guò)落后的立窯等水泥生產(chǎn)方式。現(xiàn)如今，水泥行業(yè)除了不斷改進(jìn)生產(chǎn)方法外，對(duì)水泥產(chǎn)品的性能也在不斷改進(jìn)，同時(shí)研制成功了一批適用于特殊工程的水泥，如硫/鐵鋁酸鹽水泥、高鋁水泥（耐火水泥），大壩水泥、油井水泥、隧道水泥等。圖1

澳門(mén)青州英坭廠2.唐山細(xì)綿土廠1889年開(kāi)平礦務(wù)局總辦唐廷樞主持創(chuàng)辦了唐山細(xì)棉土廠。由于銷路不好，1893年被迫停工關(guān)閉。1907年重新開(kāi)辦，更名為“唐山啟新洋灰股份有限公司”。中國(guó)水泥史上赫赫有名的“啟新”就此誕生，開(kāi)啟百余年的征途。1912年，啟新洋灰公司向美國(guó)洛杉磯出口水泥1萬(wàn)余桶。這是我國(guó)水泥的第一次出口。唐山水泥從此揚(yáng)名海外。圖2

唐山細(xì)綿土廠3.昆明水泥廠昆明水泥廠始建于1939年，是我國(guó)第一家采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備建設(shè)立窯生產(chǎn)線的水泥廠。昆明水泥廠是中國(guó)國(guó)產(chǎn)普通立窯和土立窯的發(fā)祥地，也是中國(guó)水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。4.中國(guó)水泥廠1921年，上海民族工商業(yè)者姚錫舟等人在南京建造了中國(guó)第一家濕法水泥廠。1927年，中國(guó)水泥廠從德國(guó)進(jìn)口了兩條濕法回轉(zhuǎn)窯，1933年又從德國(guó)購(gòu)進(jìn)一臺(tái)日產(chǎn)熟料170噸的濕法旋窯，最終形成日產(chǎn)水泥715噸，是當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的水泥生產(chǎn)企業(yè)之一。南京中山陵工程所用水泥多來(lái)源于此。5.湘鄉(xiāng)水泥廠湘鄉(xiāng)水泥廠于1958年籌備，1959年正式開(kāi)工建設(shè)，到1967年建設(shè)投產(chǎn)。它是中國(guó)采用自制設(shè)備、自行設(shè)計(jì)和自行安裝建成的第一個(gè)大中型水泥工廠。湘鄉(xiāng)水泥廠的投產(chǎn)，改變了過(guò)去基本依靠國(guó)外裝備的被動(dòng)局面，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)依靠自己力量建設(shè)大中型水泥廠的歷史，是中國(guó)水泥史上采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備建設(shè)濕法回轉(zhuǎn)窯廠的里程碑。圖4

湘鄉(xiāng)水泥廠6.我國(guó)新型干法水泥工業(yè)的發(fā)展被譽(yù)為“中國(guó)新型干法水泥工業(yè)的搖籃”的冀東水泥始建于1979年，曾創(chuàng)造了許多個(gè)“第一”。第一個(gè)成功引進(jìn)了當(dāng)時(shí)國(guó)際最先進(jìn)工藝技術(shù)的全套日產(chǎn)4000噸熟料新型干法水泥生產(chǎn)線，并且成功消化和駕馭了國(guó)內(nèi)第一條全套引進(jìn)的現(xiàn)代化新型干法生產(chǎn)工藝技術(shù)；第一個(gè)建成了中國(guó)第一條日產(chǎn)4000噸熟料新型干法水泥國(guó)產(chǎn)化示范線，為我國(guó)水泥工業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。圖5

冀東水泥1986年，我國(guó)自行設(shè)計(jì)，主要采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備建成的第一條日產(chǎn)2000噸熟料預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)線--江西水泥廠建成投產(chǎn)，并通過(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，是水泥科技攻關(guān)的重大成果。從此，在我國(guó)大中水泥廠建設(shè)中，結(jié)束了以濕法華新窯為代表的時(shí)代，是中國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。此后，我國(guó)日產(chǎn)1000噸、2000噸的窯外分解技術(shù)基本自給，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際70年代末的水平。2002年，中國(guó)第一條日產(chǎn)5000噸熟料國(guó)產(chǎn)化示范線在銅陵海螺建成投產(chǎn)。這是中國(guó)水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的第四個(gè)里程碑。隨后的2004年，我國(guó)水泥產(chǎn)量中新型干法生產(chǎn)的水泥超過(guò)30%，達(dá)到32.4%。當(dāng)年我國(guó)第一條日產(chǎn)10000噸熟料預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)線在銅陵海螺水泥廠建成投產(chǎn)。我國(guó)成為世界上繼泰國(guó)后第二個(gè)擁有日產(chǎn)10000噸熟料預(yù)分解窯新型干法生產(chǎn)線的國(guó)家，在中國(guó)水泥發(fā)展史上更具里程碑的意義?！笆澜缢嗫粗袊?guó)，中國(guó)水泥看海螺”。作為中國(guó)水泥行業(yè)最耀眼的明星之