高硫型贝利特硫铝酸盐水泥在海洋工程快速施工具有显著的优势，但是该水泥熟料后期强度发展不足。采用硼/磷复合掺杂的方法开展了提高后期强度的研究，并采用X射线衍射结合Rietveld全谱定量分析、扫描电镜、等温量热及热重分析等测试方法，研究了硼/磷复合掺杂对高硫型贝利特硫铝酸盐水泥熟料矿物形成、微观结构及水化等的影响。研究表明：硼、磷2种元素均能固溶到硅酸二钙的晶体结构中，形成结构缺陷，提高熟料中α-C2S含量，同时提高c-C4A3$的含量，促进了熟料早期的水化和后期强度的发展。

与硅酸三钙相比，硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等具有钙含量低、烧成温度低和CO2排放量少的特点，属于低钙水泥熟料矿物。发展以低钙矿物为主要组成的水泥熟料是水泥低碳发展的重要方向。本文在分析硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙3种低钙矿物的活性、水化和性能发展的基础上，分别对以低钙矿物为主要矿物的硫铝酸盐水泥熟料、高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的水化和性能发展，硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料的制备、水化和性能优化进行了综合评述。同时，鉴于石膏在低钙水泥熟料水化方面具有重要影响，综述了石膏在几种低钙水泥中的作用。文章以期为运用硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等矿物制备低钙水泥熟料提供参考。

钢渣由于早期活性低, 易磨性差, 安定性不良, 制约了其在水泥混凝土中的大规模利用。本文通过对钢渣进行高温重构, 研究了钢渣在不同重构温度下的矿物相转变及易磨性、安定性、活性指数的变化。结果表明: 高温可以优化钢渣的矿物相组成, 促进难磨相浮氏体(FexO)、RO相的转化, 促进钢渣中硅酸二钙(C2S)向硅酸三钙(C3S)转变, 促进镁铁尖晶石(MgFe2O4)的生成; 矿物及液相分布均匀, 矿物组成良好、边界更清晰的重构钢渣往往表现出更高的强度, 试验所用两种钢渣经过1 400 ℃的高温重构, 其28 d活性指数可分别达99.03%和96.52%; 钢渣中f-CaO含量随重构温度的升高而显著降低; 易磨性则随着重构温度的升高呈先升高后降低的趋势。

碱金属离子作为水泥原料中常见的杂质离子, 其存在会影响熟料矿物结构与性能。采用分析纯试剂合成碱金属掺杂的硫硅酸钙单矿物, 借助等温量热仪、综合热分析、扫描电镜和29Si核磁共振等手段, 研究了碱金属离子对硫硅酸钙水化活性及力学性能的影响。结果表明: 碱金属离子在硫硅酸钙晶体结构中的固溶, 能够降低晶体结晶度, 形成晶体缺陷, 有效提升硫硅酸钙早期水化活性, 促进其早期力学性能快速发展。同时, 碱金属的掺杂能够改变水化硅酸钙(C-S-H)凝胶等产物的微观形貌及结构。其中, Li2O掺杂能够稳定絮状形态的C-S-H凝胶, 而Na2O和K2O掺杂能够诱导C-S-H凝胶纤维状生长。经碱金属掺杂影响, C-S-H凝胶聚合度有所增加, 平均硅链长增长。

研究了-10 ℃条件下氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥所获得浆体的凝结硬化及试样的强度发展、物相组成、显微结构和氯离子含量。结果表明: 分别采用16% (质量分数)、28%氯化钙冷溶液拌合的浆体存在明显而持续的水化温升过程, 证实了该条件下水泥水化的启动与持续进行; 提高溶液浓度, 浆体达到水化温升最高温度对应的时间延长, 从16%时约90 min延长至28%时约150 min。采用16%氯化钙冷溶液拌合, 浆体凝结硬化快、试样抗压强度高(初凝和终凝时间分别为15 min和24 min, 1 d和28 d抗压强度分别为41.0 MPa和85.2 MPa); 而采用28%氯化钙冷溶液拌合, 浆体凝结硬化慢、试样抗压强度低(初凝和终凝时间分别为85 min和155 min, 1 d和28 d抗压强度分别为24.3 MPa和57.7 MPa)。溶液浓度16%时, 水化产物主要为钙矾石, 以针棒状晶体存在, 试样中结合氯离子含量极低; 而溶液浓度28%时, 水化产物主要为F盐, 以花瓣形六方板状晶体存在, 试样中含有0.95%左右结合氯离子。-10 ℃条件下采用同处于负温环境的氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥可实现冷物料拌合, 防止浆体结冰, 保证水泥持续水化, 其中16%~20%氯化钙溶液拌合时可以获得较短凝结时间和较高强度。

采用化学试剂制备了MgO掺量为6%的高镁硅酸盐水泥熟料, 利用X射线衍射结合Rietveld、岩相分析和扫描电镜等方法, 研究了随炉慢冷、风冷和液氮淬冷等3种冷却方式对铝率(IM)分别为0.64、1.10和3.00的3种高镁硅酸盐熟料的矿物组成、C3S晶型、MgO固溶、方镁石形成及形貌等的影响。结果表明: 淬冷方式有助于稳定M3型C3S的存在, 阻止C3S向T3晶型转变, 并且这和IM变化没有明显联系。在低IM慢冷和高IM淬冷的熟料中, C3S含量均相对较高。冷却速率高可以抑制方镁石析晶。这种抑制效果在低IM熟料中显得更为明显。熟料淬冷能使C3S晶体形貌保持完整, 同时方镁石晶体则呈现细小的圆粒状。

硫硅酸钙水化活性的发挥对新型贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥力学性能的发展至关重要, 为了探寻硫硅酸钙水化活性提升的适宜煅烧制度, 采用分析纯试剂于不同煅烧制度下合成硫硅酸钙单矿物。利用扫描电子显微镜、X射线衍射结合Rietveld精修、29Si固体核磁、综合热分析和等温量热仪等, 研究了煅烧制度对硫硅酸钙微观结构、晶体结构、水化活性及力学性能的影响。结果表明: 一次煅烧制得的硫硅酸钙晶粒形态不规则, 尺寸普遍较大(约10 μm), 而二次煅烧可减小硫硅酸钙晶粒尺寸(约5 μm), 其形态规则, 多数呈现为卵粒状。鼓风急冷可降低硫硅酸钙结晶度, 提高其早期水化活性, 促进其早期力学性能快速发展。一次煅烧、鼓风急冷制得的硫硅酸钙晶体结构发育程度最低, 早期水化活性和发展强度最高。随炉冷却制得的硫硅酸钙结晶度较高, 早期水化活性低, 但中后期力学性能可快速发展。

为探究纤维在碱激发材料中的作用机制，采用2种不同长径比、6个不同体积掺量的聚丙烯纤维(PPF)、2种水胶比制备共计26组纤维增强碱激发砂浆(FRAAM)，研究纤维增强指数(I)对FRAAM工作性、密实度、强度、裂缝分形维数的影响。结果表明：纤维和水胶比对FRAAM塑性黏度的影响比对屈服应力的影响更加显著。当I小于临界I (Ic)=100时，纤维的影响可以忽略，纤维间的距离较远，FRAAM的工作性基本不受影响，但此时纤维也难以阻裂增韧，PPF对碱激发砂浆和水泥砂浆的增韧作用差异不大。当I介于Ic=100和致密I (Id)=350之间时，FRAAM的抗折强度、抗压强度、折压比及裂缝分形维数均得到显著提高，PPF对碱激发砂浆的增韧作用开始优于水泥砂浆，且FRAAM仍可自由流动。当I大于Id=350时，显著的纤维结团会极大劣化FRAAM的工作性，硬化后FRAAM密实度变差，抗压强度降低。PPF-FRAAM在松散堆积状态和紧密堆积状态下的I阈值分别为100和350，PPF的最优体积掺量在100/(长径比，l/d)～350/(l/d)之间。

研究了硫硅酸钙-硅酸二钙复合矿物在去离子水、NaAlO2、Li2CO3、MgSO4 4种不同液相中的水化活性。结果表明：在液相环境中1 mol/L ［Al(OH)4］-能够显著提高硫硅酸钙的水化活性，加速硫硅酸钙-硅酸二钙复合矿物的水化，并生成钙矾石，同时提高了硬化浆体强度，硬化浆体强度较去离子水中提升44%以上。0.1 mol/L Li2CO3则会抑制其水化，硬化浆体强度仅为去离子水中26%。1 mol/L Mg2+在28 d至56 d能提高硫硅酸钙-硅酸二钙水化活性，但会降低其56 d后水化活性。

针对惯性约束核聚变实验装配冷冻靶中靶丸与充气管零件时对用胶量的要求(3 pL)，对时间/压力型pL级微点胶技术进行了研究。将细胞实验用的微注射器改造成时间/压力型微量点胶机，并使用针尖最小内径为0.5 μm，由石英材料制作的毛细针进行点胶。搭建了一个微点胶实验平台，设计了分辨率为1.57 μm的双目显微视觉检测系统，对毛细针尖的位置和胶滴大小进行实时检测，并使用分辨率为3 μm的三自由度微运动平台对针尖位置进行控制。介绍了微点胶实验平台的硬件组成、控制系统以及点胶流程，并在该平台上进行了胶量控制、胶滴定位实验和胶斑测量实验，研究了影响胶量控制的主要因素和最小可控胶量等关键微点胶工艺。实验结果表明，在常温下使用黏度为5P的紫外固化环氧胶，该平台可实现的最小点胶量为2 pL，可用于需要pL级点胶的微装配中。