铁铝酸盐水泥具有优异的抗海水侵蚀性能，在海洋工程应用中具有突出优势。研究了海水拌和与掺入偏高岭土对铁铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、水化热、电阻率、内部温度、化学收缩、抗压强度和水化产物的影响。结果表明，掺入偏高岭土减小了水泥浆体的流动度，缩短了凝结时间，72 h化学收缩、24 h电阻率均减小，浆体内部温度峰值降低。偏高岭土掺量小于20%时可加快早期水化放热速率、化学收缩和电阻率，并可促进钙矾石生成。海水拌和能加快水泥水化，使得水泥浆体的流动度显著降低，凝结时间显著缩短，并生成水化产物Friedel盐。海水和适量的偏高岭土拌和促进了更多的钙矾石生成，提高了铁铝酸盐水泥浆体的抗压强度。各试样的180 d抗压强度与淡水拌和时相比提高48.6%~80.2%。

为研究新型水泥基材料本征传感器，本文制备了二维过渡金属碳/氮化物(MXene)水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电阻率变化，研究MXene掺量、湿度、温度对电阻率的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明：MXene水泥基复合材料电阻率随MXene掺量的变化符合渗流理论，相对含水量的增加和环境温度的升高均会降低其电阻率，在多次升降温循环后复合材料仍具有良好的温敏性能。SEM测试表明MXene水泥基复合材料的电阻率主要由MXene导电网络的分布和接触情况决定。

干湿交替和硫酸盐腐蚀引起的损伤严重影响导电混凝土服役时的长期稳定性。本研究以碳纤维、石墨作为导电相材料, 掺入粉煤灰和硅灰制备导电混凝土, 在干湿交替和硫酸盐腐蚀耦合作用下, 讨论粉煤灰、硅灰掺量对导电混凝土力学性能与电学性能的影响。综合导电混凝土的力学性能与电学性能衰变定义了服役性能劣化指标。结果表明: 掺入粉煤灰和硅灰后提升了导电混凝土在干湿交替和硫酸盐腐蚀下的耐久性和导电稳定性; 当粉煤灰和硅灰的总掺量一定时, 提高粉煤灰占比能够有效降低干湿交替和硫酸盐腐蚀造成的强度损失, 并提高导电混凝土的导电稳定性。

本文采用不同掺量的磷建筑石膏(CPG)、粒化高炉矿渣和熟石灰制备超硫酸盐水泥(SSC), 通过测试水泥浆体的水化热、电阻率、化学收缩、水化产物、孔溶液pH值和抗压强度的变化规律, 研究了CPG掺量对SSC水化性能的影响规律。结果表明: 当CPG掺量从0%(质量分数, 下同)增大到20% 时, 水泥浆体的第三放热峰出现时间延迟, 3 d放热量与14 d化学收缩均增大, 3 d电阻率减小, 28 d孔溶液pH值从11.95减小到10.80; 掺入CPG会促进钙矾石的生成; 当CPG掺量为10%时, 试件的28 d抗压强度最大, 达到23.8 MPa。

采用固相反应法制备铜铁矿结构的CuAl1-xMgxO2 (x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)多晶，研究了Mg掺杂对CuAlO2多晶结构和性能的影响。Mg掺杂量x从0增加到0.02，样品均为菱方R3m单相，密度依次提高；所有样品呈半导体的热激活电输运行为，x=0.02样品在室温下的电阻率是未掺杂样品的1/19，热激活能显著下降(x=0时，ρ300 K~5.54 Ω·m，Ea~0.328 eV；x=0.02时，ρ300 K~0.29 Ω·m，Ea~0.218 eV)，载流子浓度增加1个量级，主要因为Mg2+取代Al3+，引入新的受主能级。x>0.02时，MgAl2O4尖晶石杂相出现，使其电导率和热导率降低。CuAl1-xMgxO2多晶的晶格热导率在总热导率中占绝对优势，且随温度升高(300~500 K)而下降，晶格热导Callaway模型模拟表明，所有样品的热阻主要源于点缺陷-声子散射。与x=0相比，x=0.02样品的室温热导率增大1倍(κ~13.065 0 W/(m·K))，声速增大，点缺陷-声子散射减弱，分析认为掺Mg形成强的Mg-O键，提高了晶体的弹性模量和声子频率，减弱了本征点缺陷、Mg掺杂引起的质量波动和应变场波动对声子的散射，同时Mg掺杂样品的密度提高也有利于增加热导率。

C-S-H是通用硅酸盐水泥主要的水化产物，对水泥基材料的性能起着十分重要的作用，但水泥水化产物复杂，难以从水化产物中分离出纯净的C-S-H并研究其对水泥基材料的影响。故本文通过双分解法制备了纳米C-S-H（NC）颗粒，并将其掺入矿粉-水泥体系中，通过无接触式电阻率测定仪、X射线衍射仪、差热分析仪（DSC-TG）、扫描电镜、压汞测试仪（MIP）等探究了NC对矿粉-水泥体系水化的影响。研究发现，在1%~4%(质量分数)掺量范围内，掺入NC可缩短基体的凝结时间，并为水泥早期水化提供更多的活性位点，加速水化产物的形成和沉淀，促进水化产物之间的搭接，从而降低了基体孔隙率并使基体早期强度和水化浆体电阻率均有所提升。

通过测试水泥浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率, 同时结合水化产物分析及热力学模拟, 研究了不同掺量钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响规律。结果表明, 随着钢渣粉质量掺量的增大, 初凝时间呈先延长后缩短的趋势, 且在掺量为20%时达到最大值。在28 d龄期内, 掺入钢渣粉的水泥硬化浆体抗压强度均小于未掺入钢渣粉的硬化浆体, 但在龄期达到60 d和90 d时, 掺入40%钢渣粉试样的抗压强度均大于未掺入钢渣粉的试样。钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的电阻率在水化初始阶段随着钢渣粉掺量的增大而增大, 在水化后期(约3 h后)则随钢渣粉掺量的增大而减小。在1 d龄期内, 钢渣粉掺量为40%的试样中的钢渣粉发生了水化反应, 使得水泥浆体在减速期的水化速率最大。由热力学模拟结果可知: 在钢渣粉掺量为40%的试样中, C2S在10 h后开始进行水化反应, C2ASH8则在168 h后开始生成; 当钢渣掺量大于15%时, 随着钢渣粉掺量的增大, 钙矾石和铝胶的生成量逐渐减少, C2ASH8的生成量逐渐增多。

通过凝结时间、抗压强度、电阻率、浆体内部温度测试和水化产物分析, 研究了20 ℃、35 ℃和50 ℃下矿渣(GGBFS)对铝酸盐水泥(CAC)早期水化行为的影响。结果表明, 掺入矿渣会逐渐减小CAC 72 h的化学收缩, 降低化学收缩速率峰值。20 ℃时, 电阻率变化曲线出现了明显的晶相转变期, 化学收缩曲线存在明显的诱导期; 35 ℃时, 凝结时间延长, 掺入矿渣抑制了电阻率的发展; 50 ℃时, 电阻率在接近24 h时显著降低, 凝结时间显著缩短, 掺入矿渣缓解了24 h电阻率的减小。矿渣-铝酸盐水泥体系的水化产物和抗压强度受养护温度的影响较大。20 ℃时, 掺入40%(质量分数)矿渣减少了CAH10的生成量, 降低了硬化浆体的强度; 35 ℃和50 ℃时, 1 d水化产物主要为C2AH8和少量C3AH6, 掺入矿渣延缓了强度的倒缩。在28 d龄期时, 不同养护温度下掺入矿渣均能促进C2ASH8的生成。

为了拓展氯氧镁水泥(MOC)的使用范围, 研究了缓凝剂(柠檬酸、硼酸、葡萄糖酸钠)对氯氧镁水泥凝结时间、抗压强度、电阻率、水化热和耐水性的影响, 同时采用X射线衍射仪分析了氯氧镁水泥改性后的水化产物。结果表明, 掺入缓凝剂会延长氯氧镁水泥的凝结时间, 当缓凝剂掺量达到0.75%(质量分数, 下同)时, 各组试样的28 d抗压强度较空白组分别下降了19.3%、16.7%和20.2%。缓凝剂的掺入降低了水泥浆体电阻率速率曲线和内部温度曲线的峰值, 推迟了水化放热速率曲线第二峰值出现时间, 即降低了氯氧镁水泥的水化速率, 改善了氯氧镁水泥放热集中的现象。缓凝剂能提高氯氧镁水泥的耐水性, 当硼酸掺量为0.75%时, 软化系数可达到0.79。