水泥是建筑當中的膠凝材料，現代水泥的發明可以追溯到1756年，我們常見的水泥主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽通過水化反應后會凝結和硬化，與沙石結合成牢固的混凝土結構，其余還有鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥等等。

　　水泥號稱“當代建筑的糧食”，水泥加上地球表面隨處可見的沙石，再與水混合后，就能形成牢固的混凝土結構，可以說水泥是建筑行業中最偉大的發明，對人類社會的發展有著重要意義，現代水泥的發明并不是一蹴而就的，其中經歷了很多次的改進。

　　古代建筑

　　在古時候，不同文明都發明了不同的建筑膠凝材料，比如古埃及人使用煅燒石膏作為膠凝材料，古希臘人則使用石灰；后來羅馬人改進了古希臘人的方法，羅馬人先把石灰加水溶解，再與沙子混合成砂漿，有條件的地方還會加入磨細的火山灰制成羅馬泥漿，這樣修筑的建筑物更加牢固，使得很多羅馬建筑物保留至今。

　　中國古代也發明了獨特的凝膠材料，比如中國長城的修建經歷20多個朝代，其中有一部分使用了石灰進行黏合，有的用黃泥漿，有的則用了糯米砂漿等等。

　　在南北朝時期（公元5世紀前后），中國人發明了一種名為“三合土”的膠凝材料，由石灰、黏土和細砂組成，到了明朝有了石灰、陶粉和碎石組成的三合土，清朝又有了石灰、爐渣和沙子組成的三合土，三合土與羅馬泥漿很相似，凝固后都具有很高的強度和防水性能，非常適合建造古代大型建筑物。

　　中國古代的建筑工法在很長一段時間內領先于西方，其膠凝材料也是豐富多樣，甚至還會在膠凝材料中加入有機物（比如糯米湯、桐油、血料等等）改變其特性，但是在16世紀后，西方科學技術的發展，開始逐漸全面超越中國。

　　現代水泥

　　羅馬砂漿在西方應用了很長一段時間，雖然具有很好的強度和防水性，但是羅馬砂漿經不起海水的浸泡和沖刷；在18世紀，英國航海業領先全世界，在航海領域中，燈塔可以在很遠的地方引導船只，但是當時的燈塔經常損壞，于是英國撥款給當時的工程師史密頓，讓他承擔建設燈塔的任務。

　　在1756年，史密頓研究石灰、火山灰和沙子對砂漿性能的影響，發現含有黏土的石灰石經過煅燒細磨之后，再加水形成的砂漿，在凝固后具有抵抗海水侵蝕的作用，開啟了現代水泥的研究之路，他還建造了著名的普利茅斯港大燈塔。

　　在1796年，英國人派克將黏土質石灰巖（泥灰巖）制成料球，在高溫下煅燒后再磨細，得到一種新的水泥，稱作羅馬水泥（又名天然水泥），并申請了專利。

　　1824年10月24日，英國泥水匠阿斯譜丁發明了一種全新的水泥并獲得專利——波特蘭水泥，也就是我們常見的硅酸鹽水泥，波特蘭水泥具有非常好的建筑性能，被譽為當代建筑的糧食，此后的水泥都是對波特蘭水泥的改進。

　　波特蘭水泥最初的制造方法：是把石灰石磨細，加入定量的黏土，摻水后攪拌均勻形成泥漿，然后再將泥漿置于盤上加熱，干燥后敲碎再進行煅燒，待石灰石中的碳酸氣體全部逸出，然后冷卻、打碎和磨細，就成了硅酸鹽水泥。

　　水泥的水化反應

　　水化反應是指溶質在水中溶解后，溶質分子和水分子結合成水合分子，比如無水硫酸銅變為水硫酸銅：

　　CuSO4+5H2O==CuSO4·5H2O；

　　本質上硫酸銅分子和水分子并沒有在分子層面發生改變，但是五個水分子和一個硫酸銅分子，就能聚在一起形成相對穩定的結構。

　　一般的硅酸鹽水泥成分是硅酸鈣鹽，主要含有硅酸三鈣（3CaO·SiO2），硅酸二鈣（2CaO·SiO2），鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等，這些物質都能與水發生水化反應：

　　水泥經過水化反應之后，就會凝固和硬化，與沙子一起形成堅硬的混凝土；另外，水化反應還受溫度、濕度、水量、添加物等等因素的影響，有的影響最終強度，有的影響凝固時間，在一些特殊的場合下，需要使用特定功能的水泥。

　　不同功能的水泥

　　經過數百年的發展，水泥已經形成了一門相當專業的學科，人們針對不同的應用場合，發明了不同功能的水泥，比如有抗酸性的、抗海水侵蝕的、抗凍的、耐高溫的、速凝的、水下澆筑的等等；另外，在水泥中加入不同的添加劑，也能很大程度上改變水泥的特性。

　　比如下面幾種情況：

　　（1）在抗洪搶險中使用速凝水泥，以及加入水泥速凝劑，凝固時間只有幾分鐘。

　?。?）水泥凝固過程中會釋放熱量，如果凝固太快，可能會導致混凝土內部存在形變，于是對于一些較大的澆筑物，需要加入水泥緩凝劑來延長凝固時間。

　?。?）對于一些可能處于低溫的建筑物，在水泥中加入防凍劑，來降低低溫對混凝土的影響。

　　（4）鋁酸鹽水泥一般具有較高的耐熱性，常在高溫建筑物中使用。

　　相關數據顯示，在2018年全球水泥產量39.5億噸，中國的水泥產量22.1億噸，占了全球產量的56%；而2018年中國水泥的進口量大約為1360萬噸，出口量大約為460萬噸，相比產量而言并不多，所以國內水泥生產量基本被國內消化了，這也是我國基建發展的體現。