水泥含有硅酸盐等多种矿物，能与适量水起化学反应，并能将砂、石等材料胶结在一起而形成坚实的整体。

远古时代人们会使用火以后，灶洞的石块被火烧成了粉末，粉末遇雨水又产生胶结，由此人们发明了石灰。罗马人将火山灰沉积物磨细，与石灰和砂混合，所得砂浆不仅强度高，而且耐淡水、盐水侵蚀。中世纪时把这种砂浆称为水泥。18世纪中叶，英国重建爱迭斯顿灯塔时，工程师J.斯米顿^[注]发现，用含有黏土质的石灰石煅烧的石灰，与适量水拌和后，其坚固性和耐久性如同当地的波特兰石，故将其命名为波特兰水泥。19世纪初期，法国的L.J.维卡^[注]从斯米顿的工作中得到启发，他利用人工方法将含黏土的岩石与石灰石配合，并混磨获得均匀混合物，然后再经烧制得到了水泥。维卡的方法已显示出现代波特兰水泥制造的雏形。1824年，英国建筑工人J.阿斯普丁^[注]用二次煅烧法烧成了波特兰水泥，并获得专利。进入19世纪后，水泥先后在几个国家中研究和烧制成功。1912年，法国用熔融法烧制成快硬早强的矾土水泥。20世纪30年代，因建筑装饰的需要，欧洲国家首先研制成白水泥和彩色水泥。波特兰水泥用于海水工程中，日久会发生膨胀而破裂，为此40年代苏联又研制成功膨胀水泥。

中国水泥工业始于1889年唐山细绵土厂（今启新水泥工业博物馆，图1）。1956年制成矾土水泥，20世纪60年代制出膨胀水泥。80年代初，中国首先实现了硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的工业生产，同时白水泥、彩色水泥、快硬高强水泥、水工水泥、油井水泥等也获得了发展。中国水泥工业经过一个多世纪的发展，取得了长足进步，不仅连续三十多年保持产销量世界第一，而且技术水平已步入世界前列。2015年，中国水泥产量23.48亿吨，约占世界总产量的60%。

图1 启新水泥工业博物馆

水泥按矿物组成可分为硅酸盐水泥（国外通常称为波特兰水泥）、铝酸盐水泥（又称高铝水泥、矾土水泥）、硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。硅酸盐水泥制备工艺成熟，凝结硬化性能适用于一般工程或建筑，在所有水泥中其应用量最大，因此常被称为通用水泥。

硅酸盐水泥是以硅酸盐矿物为主要成分的熟料和适量石膏、规定的混合材制成的水泥。硅酸盐水泥的主要矿物成分有硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）、铝酸三钙（C₃A）及铁铝酸四钙（C₄AF，又称铁相）。在硅酸盐水泥范畴内，提高水泥中C₃S和C₃A含量，或加入早强剂，可制得快硬高强水泥。限制高水化热矿物C₃S和C₃A含量，并加入适量混合材，可得到低放热的水工水泥。限制水泥中Fe₂O₃含量为0.25%～0.35%，则制得白水泥。向水泥中加入少量着色剂，或在白水泥中混入少量着色剂，可得到彩色水泥。

通过调整矿物组成而适用于特殊用途的水泥称为特种水泥，如铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。铝酸盐水泥是以铝酸钙为主要矿物成分的熟料制成的水泥，代号CA。以Al₂O₃含量划分类别，有CA-50（表示50%≤Al₂O₃＜60%）、CA-60（表示60%≤Al₂O₃＜68%）、CA-70（表示68%≤Al₂O₃＜77%）、CA-80（表示Al₂O₃≥77%）4个类别。硫铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙、硅酸二钙为主要矿物成分的熟料制成的水泥，代号SAC。根据其性能不同，可分为快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥。铁铝酸盐水泥的组成与硫铝酸盐水泥相近，但铁相含量更高，又称高铁硫铝酸盐水泥，代号FAC。根据其性能不同，铁铝酸盐水泥可分为快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥和自应力铁铝酸盐水泥。

除上述常见水泥外，还有膨胀水泥、油井水泥、道路水泥、镁水泥等特种水泥。

水泥的主要性能以凝结时间和强度表示。

分初凝和终凝。初凝是自水泥加水拌和至失去流动性所经过的时间；终凝是自水泥加水拌和至形成能承受一定压力的硬化体所经历的时间。中国国家标准规定，通用硅酸盐水泥初凝不早于45分钟，终凝不迟于600分钟。铝酸盐水泥的初凝不早于30分钟，终凝不迟于1080分钟。对于有快凝快硬要求的铝酸盐水泥，其初凝不早于2分钟，终凝不迟于10分钟。硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的初凝通常不早于25分钟，终凝通常不迟于180分钟。

与凝结时间有关，有1天强度、3天强度、7天强度和28天强度之分。一般在28天后变化就很小，故以28天强度作为水泥的强度等级（标号），分为32.5、42.5、52.5和62.5，分别代表试件28天的抗压强度标准值的最小值为32.5兆帕、42.5兆帕、52.5兆帕、62.5兆帕。硅酸盐水泥与水反应较慢，强度发展缓慢，3天强度仅为28天强度的1/3～1/2。铝酸盐水泥与水反应快、放热量高，早期强度高，1天就可达到40兆帕，故铝酸盐水泥可应用于冬季施工。硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥早期强度均高于铝酸盐水泥，1天抗压强度可达60兆帕，且其耐海水腐蚀性好。

水泥生产工艺除矿山开采部分外，主要由水泥生料制备（原材料粉磨）、水泥熟料煅烧、水泥粉磨3个工序组成，简称水泥制造工艺的两磨一烧（图2）。生料制备是将石灰石等原材料磨制成粉体，并混合均匀。煅烧是水泥生产工艺中的关键工序。煅烧阶段发生的反应是：随着温度升高，自由水蒸发；500℃以上时，黏土中结合水脱水；600～700℃时碳酸镁分解；890～1100℃及更高时，碳酸钙分解。一般在800℃以下时就有铝酸钙、铁酸钙和硅酸二钙开始生成，直至1200～1450℃，此时水泥熟料主要的矿物硅酸三钙形成。水泥熟料必须快速冷却，不然会形成γ硅酸二钙，影响水泥水硬活性。水泥粉磨是将熟料颗粒磨制为粉体，并与石膏、混合材等混合均匀。

图2 水泥生产的典型工艺过程

水泥生产的装备主要为新型干法窑。该装备的主体设备是回转窑，并通常配备有预热器及分解炉。         

水泥是国民经济建设的基础材料，在人类社会发展过程中起重要作用。随着人们对环境保护、资源高效利用的愈发关注，水泥工业的节能减排及转型升级将成为关注重点。水泥煅烧的高温优势将在废弃物协同处置领域发挥重要作用。为了保障水泥的质量，高标号化、特种化将是水泥的发展方向。

中国作为世界上水泥最大生产和消费国，在水泥工艺技术、装备制造等方面已处于世界领先地位。为了实现节能减排目标，中国将致力于水泥低能耗制备及新型水泥开发，实现水泥的低碳化、绿色化、多功能化。