水泥粉體的非凡之舉——共鑄中華長城

發布時間 | 2020-02-04 16:00 分類 | 粉體應用技術點擊量 | 2813

導讀：水泥粉體的非凡之舉——共鑄中華長城

鼠年之初，新型肺炎病毒顯現于中華大地，由江城武漢傳至全國大部分地區，頓時人心惶惶，談“鄂”色變。歷數新中國成立后遭遇的幾次重大災害，受災之初，大抵如此，宛如一盤散沙；然而，在黨的積極引導下，散沙亦可聚成混凝土，鑄成中華民族的精神長城，共同抵御一切苦難災害。在災害面前，我們中華兒女不會低頭，因為我們有著永不屈服、頑強抗爭的精神載體。

武漢雖然是這次災害的首發地，但絕不是我們緊張情緒的發泄地。武漢人民更是我們抵御災害的戰友，是我們精神長城中不可分割的一部分。武漢是我的第二故鄉，那里有我的同學，他們在中建三局工作，正在通過自己的專業技能在前線奮戰。沒錯，他們的前線就是“火神山”和“雷神山”醫院，他們的專業領域就是混凝土，而混凝土的精神載體就是水泥。

火神山醫院施工現場

平凡之身

水泥，在遇水之前的確是粉體，普普通通，平平凡凡，一袋也就幾十塊錢，如同活在中華大地的蕓蕓眾生。而在遇水之后，水泥粉體內部會發生劇烈的化學反應，成為一種可以將砂、石等瘠性材料粘結在一起的膠凝材料載體。“團結就是力量”，當近14億中國人民團結在一起時，其精神長城將抵擋萬難、無堅不摧！

中華民族的精神長城由黨和人民去鑄就，作為科普文章，這里還是重點介紹混凝土長城中平凡但不可或缺的一種無機非金屬材料——水泥。我與武漢這座城市結緣于武漢理工大學的無機非金屬材料專業，我為同窗們能夠學以致用、保家衛國而感到自豪！對于初涉材料領域的人而言，“無機非金屬”這個名字實在有點故弄玄虛：既不是有機物、又不是金屬，那到底是什么材料呢？其實，我國最早將這類材料稱為“窯業材料”或“陶業材料”，而后因其主要產品中含硅酸鹽礦物又稱之為“硅酸鹽材料”，再以后，隨著其體系拓展到氧化物、氮化物、硫化物、鹵化物、碳化物、磷酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、鉬酸鹽等領域，才被稱作“無機非金屬材料”。從專業名稱和領域劃分角度來看，似乎很難找到水泥的身影。事實上，它屬于硅酸鹽一族，批量生產和應用技術已十分成熟，因而在科研領域很難以像陶瓷那樣引人注目。正所謂“大隱隱于市”，水泥在我們生活中也因隨處可見而落入凡塵。

水泥粉體

在這場災難面前，那些普普通通的、落入凡塵的白衣天使們、那些普普通通、與塵土共舞的鋼鐵戰士們，義無反顧地降臨在我們與病毒之間，此時此刻，我們才看到了他們平凡之身的非凡之舉——國之義士，和平時期兢兢業業、國難時期方顯英雄本色。

非凡之舉

水泥價格很便宜，隨意放在大街上也不會被偷。如果因此而認為水泥生產技術含量低，那就大錯特錯了。其實，當今社會水泥的成本正是因其采用先進的生產工藝才大大降低的。我本科時曾去水泥廠參觀實習過，那里的設備基本上實現了自動化和信息化，可以通過中控室實時監控生產狀態；那時，水泥廠的工人并不多，而工資也并不高，好像是因為水泥產能過剩造成的。那些國之義士們，應該也沒稀有的明星們賺的錢多吧？現在很多年輕人的理想是當明星，以后會不會也會因為過剩而低廉呢？經濟規律還是社會規律，這是個問題。

遇水變身——水泥的水硬過程

水泥出廠時均為粉狀，但在加水拌和后即能形成粘接砂石的可塑性漿體，靜置后還能凝結硬化成具有一定強度的石膏體；這其實是水泥粉體的水化和硬化過程（簡稱水硬過程），并伴隨著一系列復雜的物理、化學變化。

水泥按水硬后的礦物可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽等，品種已達100多種。其中，硅酸鹽水泥較為常見，是由CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等生料粉通過高溫燒制而成、含有水硬性物質（主要是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣）的熟料粉。

硅酸三鈣在水泥熟料中含量約占50%，有時高達60%，其水化作用和水化產物對水泥漿體的性能影響很大。硅酸三鈣水化產物為水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣，水硬過程分為初始水解期、誘導期、加速期、衰減期和穩定期（具體見下表）；硅酸二鈣水硬過程與之類似，但氫氧化鈣生成量少，結晶也較粗大；鋁酸三鈣水化產物包括鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型固溶體、水石榴子石等；鐵鋁酸四鈣水化產物為水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體。

硅酸三鈣的水硬階段

與時俱進——采用先進的生產工藝

水泥生產過程要經過“二磨一燒”（生料磨、水泥窯和水泥磨）。其中，水泥窯是將水泥生料在高溫下燒成熟料的設備，是水泥生產工藝中的關鍵環節。目前工業上主要采用立窯和回轉窯。而回轉窯又包括干法中空回轉窯（傳統干法生產工藝）；濕法回轉窯（濕法生產工藝）、立波爾窯（半干法生產工藝）、懸浮預熱器窯和窯外分解窯（新型干法水泥回轉窯生產工藝）。