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一、自从工业革命，甚至是这从前的几百年里，一直有频繁的争论，不行的是，这些都伴随暴力。在这样的背景下，材料被完全的忽视，尽管在过去和现在，材料经常引领着技术的进步，在未来材料也会继续这样。材料大多数意味着结束，因而被认为是劣质的。

实际上，材料被理所当然的认为：他们对大多数人是不言而喻的。

二、波特兰水泥及其种类。

水泥可以被定义成这样一种物质，可以结合两种或三种物质形成一个整体。水泥是一种精细的粉末，当与水混合时，能发生凝固和硬化，也可以结合不同的组分形成一个机械强度高的结构，经常被应用于建筑工业上。水泥可以用来作为砖块或不同尺寸固体颗粒的连结来形成一个整体。

波特兰水泥是由加热石灰石与粘土的混合物或其它类似体积密度的物质经过充分反应，最后在1450℃下生成。发生部分融化，并产生熟料的结节。熟料混合一小部分石膏，经过精磨，制成水泥，石膏控制凝固速率，也可部分的被硫酸钙的其他形式所代替。

有些系数指标允许在研磨阶段加入其他物质。

铝硅酸盐相与普通波特兰水泥熟料的5%—10%。铝硅酸盐相就是ca3al2o6，实际上就是通过结合外来离子，尤其是si4+，fe3+，na+，k+，而在组成和结构上发生改变的ca3al2o6。他与水迅速反应，引起不可控制的快速凝固，除非加入缓凝剂，通常是石膏。

铁酸盐相占普通波特兰水泥熟料的5%—15%。铁酸盐相就是ca2alfeo5，实际上是通过改变al/fe比和结合外来离子而在组成上发生改变的ca2alfeo5。或许是因为组成和其他特征的差异，铁酸盐相与水的反应速度似乎有些变动，开始时速度很快，在后期处于a相与b相和水反应的两种速率之间。

全世界的绝大部分水泥是为常规建筑反应而设计的。有很多的名字来命名水泥，例如英国的opc，美国的1号水泥。

如果水泥中含有过多的硫酸盐，硫酸盐反应产生的破坏性膨胀不仅发生在后期工艺中，也发生在硫酸盐溶液对混凝土的侵蚀中。这个反应涉及包含al2o3相的快硬性水泥和抗硫酸盐的波特兰水泥。通过降低铝硅酸盐相的比例，破坏性膨胀会被减少，有时会降为0。

这是通过减小原料中al2o3的比例来实现的。在美国，抗硫酸盐波特兰水泥被叫做4号水泥。

通过提高al2o3与fe2o3的比例来制得白波特兰水泥，它代表着与抗硫酸盐波特兰水泥完全相反的组成，普通黑色波特兰水泥是因为含有铁酸盐相，而在白水泥中一定要避免铁酸盐相的生成，使用完全不含fe2o3和其他有助于成色的组分的原料，这是不切实际的。通常，通过在还原气氛下生成熟料和快速冷却，可以降低这些组分的影响。除了a矿、b矿和铝硅酸盐相，也会生成玻璃相。

波特兰水泥与水的反应是放热反应，在有些情况下，它是一个有点，因为它会加速凝固，有时在其他情况下它是一个缺点，例如在大型水坝建筑中或在油井内衬中。当水泥浆在高温高压下被远距离输送时，低热反应可以通过粗磨来获得，并且可以通过降低a矿和铝硅酸盐相的含量来降低总热量。美标中包括ⅱ号或中等硬化水平水泥的定义和一种更极端的ⅳ号或。

ⅱ号水泥还能抵制中等硫酸盐侵蚀，也就是对建筑上的一般使用是合适的。

三、波特兰水泥的制造。

波特兰水泥是水硬性水泥的一个属名，它主要由高氧化钙的硅酸钙与少量的高氧化钙的铝酸盐和铁酸盐混合少许石膏研磨而成的精细粉末构成。在硬化过程中，钙的混合物与水发生化学反应生成坚硬的成品。波特兰水泥，即水和产物粘合剂来制成砂浆，然后凝结成块状产品。

波特兰水泥制造的主要趋于转向更加强调生产能源消耗的降低。越来越多地用煤来代替煤气和油，煤气和油过去是煅烧熟料的主要燃料。湿法的能源消耗是相当大的，因此，大多新的工厂均采用干法。

用这两种方法生产的最终产品的性能是没有任何差异的。2023年值钱，世界上最大的窑炉每天可以生产7500吨的熟料（相当于6750公吨）。普通窑每天可以声场1800吨（相当于1620公吨）。

最新的窑炉采用某种形式的预热系统，这一系统充分利用废气来给要进窑的原材料加热；另外，在原料进入回转窑之前通过使用辅助燃烧器赖在原料上进行石灰石的脱碳。用以上的技术可以使较小的回转窑烧出和大回转窑想通的产品以节约能源。由于这一发展，世界上最大的窑（长度为760英尺或228米，直径为25英尺或7.

5米）或许会一直是最长的。另外一中趋势是新型磨机，被叫做辊磨机。这种磨机可以使用废热用于干燥，易于自动化，控制并且节约能源。

这种磨机每小时淹没辆高达400吨（360公吨），除了采石工，少数的几个工人就可以操作整个设备，通过电视监视器、传感器、电脑和自动连续的化学分析实现控制。

已经被通入使用或还处于开发中的其它类型的窑炉有垂直或立窑、流态床炉、涡轮分解炉。这些都是静态形成的熔炉。

四、凝结和硬化。

水硬性水泥的凝固和硬化是由于形成了包含水的混合物所引起的。这种混合物的形成是水泥组分和水反应的结果。这个反应和反应物分别叫做水化反应或水和相。

作为反应迅速开始的结果，最开始可以观察到轻微的变硬，但是随着时间的增加，硬化程度逐渐提高。当硬化达到一定程度时，被叫做凝固的开始进一步的凝固被称为凝结，在此之后，相的硬化开始。在一段时间内，材料的耐压程度逐渐增加，对超快水硬性水泥来说，这段时间为几天，对普通水泥来说为几年。

波特兰水泥和水混合后不久，一个简短、剧烈的水合作用开始。硫酸钙完全溶解，碱硫酸盐几乎完全溶解，由于钙离子和硫酸根离子与铝酸三钙反应，在熟料颗粒表面形成了细小，呈六角形针柱状的钙矾石晶体。接下来，首先可以观察到起源于铝硅酸三钙呈胶状的硅酸钙由于水和产物薄层在熟料表面的生成，最初的水合作用期停止。

当几乎没有反应发生时，诱导期开始，最初的水和产物太小以至于不能弥补熟料颗粒间的缝隙。同时也不能形成坚固的微观结构。因此，水泥粒子之间的流动性仅仅被轻微的影响，也就是水泥胶体间的结合度仅仅增大了一点。

大约1—3小时后，凝固开始在熟料表面形成最初的硅酸盐水合物。在刚开始，这种水合物是非常细微的。诱导期结束后，在熟料相之间发生一个进一步、剧烈的水合作用。

第三个阶段，（加速期）在大约4小时时开始，在12—24小时后结束。在第三阶段。基础微观结构形成：

包括呈针柱状，叶状的硅酸钙和呈板状的氢氧化钙，还有纵向生长的钙矾石晶体。由于结晶体生长，水泥颗粒间的缝隙日益变小，在进一步水化作用期间，水泥硬度逐步增加，但速度变慢，围观结构的密度增加，孔隙被填充：填充的孔隙导致了强度的增加。

五、混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土。

由于骨料有效地承载了压载负荷，混凝土具有很强的抗压力。然而，在张力状态下，混凝土是不牢固的，这是因为在某些位置水泥结合固料会产生断裂，使结构破坏。通过加入加强金属条、玻璃纤维、塑料纤维来承载张力负荷的钢筋混凝土就可以解决以上的问题。

钢筋混凝土的发展是从2023年开始的，从20世纪末期，工程师有足够的信心使新型钢筋混凝土应用于日常生活中，这种新型钢筋混凝土被叫做预应力混凝土。特殊用途的水泥（例如早期高强度水泥），特殊的骨料（例如各种各样的轻型或重型骨料），混合物（例如增塑剂、加气剂、硅粉、飞尘）和特殊的养护方法（例如蒸汽养护）能够获得更加广泛的性能。

混凝土是类似于石头结构的材料，它可以由水泥、沙子、粗砂和其他骨料以精确的比例混合并且加水硬化成理想的形状和尺寸而获得。主要的材料就是细、粗骨料。水泥和水发生化学反应使骨料颗粒凝固成固体块状。

除了上面的化学反应所加的水外，还应再加入水使混合物具有和易性，确保混合物在硬化之前注满模具并包裹住已埋入的钢筋。可通过适当地调整材料组分的比例来获得具有广泛特性的混凝土。

这种性质很大程度上依赖混合物的比例，依赖于各种组分相互混合的完全性，依赖于混合物从注入模具到完全硬化它所保持的温度和湿度条件。在放置之后，控制条件的过程被称为养护，为了避免人们无意识地生产不合格的混凝土产品，在整个过程中，从各个组分的比例的称量到混合、放置直至维护完成，高度熟练的控制和监控是必要的。

在19世纪下半期，为了弥补混凝土的缺陷，人们发现用具有高抗拉强度的钢筋来加固混凝土是可行的。这以技术主要跟应用在低抗拉强度限制运载能力的领域。在浇注混凝土值钱，把刚劲放入模具中，通常采用具有合适表面缺陷的圆棒、钢筋达到咬合的目的。

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