针对半水磷石膏硬化后力学性能低和耐水性能差等问题, 采用硫氧镁水泥对其改性, 研究了硫氧镁水泥掺量对半水磷石膏凝结时间、力学性能和耐水性能的影响, 从微观结构角度分析了硫氧镁水泥改性半水石膏的作用机理。结果表明, 掺入硫氧镁水泥显著延缓了半水磷石膏的终凝时间, 保证了半水磷石膏的施工操作时间。半水磷石膏溶解电离出的硫酸根离子参与硫氧镁水泥水化, 形成稳定的517相填充在二水石膏中, 大幅度提升了半水磷石膏的力学性能和耐水性能。

旨在提高硫氧镁(MOS)水泥的耐水性，以硅酸作为改性剂引入至MOS体系中，分析了其对MOS水泥力学性能、体积稳定性和耐水性的影响，跟踪了掺入硅酸后的MOS水泥相组成、微观形貌和离子浸出浓度的变化，研究了水化硅酸镁(M-S-H)凝胶与MOS体系的共存性。结果表明：硅酸通过促进5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O和水化硅酸镁凝胶的生长，提高MOS水泥的力学性能和体积稳定性。当掺入硅酸的MOS水泥浸水后，未反应的硅酸可持续与游离的Mg2+和OH-反应形成M-S-H凝胶，且5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O和M-S-H凝胶具有良好的共存性，致使MOS水泥的耐水性提高。

本文探究了两种有机膦酸对硫氧镁水泥抗压强度、耐水性能和凝结时间的影响, 通过X射线衍射、同步热分析和扫描电子显微镜测试对硫氧镁水泥的物相组成及微观形貌进行表征和分析。结果表明: 当氨基三亚甲基膦酸(ATMP)掺量在0.75%(质量分数, 下同)时, 相较空白组28 d抗压强度增加了113.99%, 软化系数增加了101.86%; 羟基乙叉二膦酸(HEDP)掺量为0.75%时, 硫氧镁水泥表现出最佳机械强度及较高的缓凝效果, 且软化系数达到0.93; 两种有机膦酸进行复配（总掺量为0.75%）, 当m(ATMP)∶m(HEDP)为3∶1时, 对硫氧镁水泥具有最佳改性效果。有机膦酸能与MgO水化过程中产生的［Mg(OH)(H2O)x］+形成稳定的螯合物, 减缓活性MgO水解为Mg(OH)2的进程, 从而延缓硫氧镁水泥的凝结时间, 为硫氧镁水泥在实际工程中的应用提供了可行性。

氯氧镁水泥(MOC)具有质轻早强、导热系数低、耐火等优势, 但耐水性差限制了其在土木、建筑等工程的应用。为了提高MOC耐水性, 以含不同金属阳离子的可溶性硫酸盐作为改性剂, 分析了可溶性金属阳离子对MOC凝结时间、抗压强度和耐水性的影响, 探究了被改性后的MOC相组成、微观形貌和孔结构的变化规律。结果表明: Al3+、Fe2+、Cu2+与MOC料浆中的游离OH-可优先形成沉淀, 这抑制了Mg(OH)2的形成, 延缓MgO水化, 延长了凝结时间, 降低了MOC基体的总孔隙率, 提高MOC的耐水性。其中, 对MOC耐水性的改善效果从高到低依次为: Fe2+, Cu2+, Al3+, Na2+。此外, SO42-可通过与5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O中Mg2+的吸附配位作用提高5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O在水中的稳定性。

玻璃经常在溶液或者潮湿环境下使用，水的侵蚀会影响玻璃的物理和化学性质，甚至导致玻璃失效。近年来，通过采用多尺度计算机模拟方法，对简单玻璃体系与水相互作用过程和分子尺度反应机理的认识取得了较大进展。本文聚焦石英玻璃、钠硅玻璃和钠硼硅玻璃三个简单的模型玻璃体系，在阐明其耐水性起源的基础上，概述了玻璃与水分子相互作用过程和机理的最新进展，对进一步理解复杂体系玻璃的耐水性和开发新的功能玻璃具有重要的参考价值。

单一水玻璃发泡制备得到的保温材料具有不燃、质轻及导热系数低的优点, 但耐水性较差制约了其实际应用。本文利用四硼酸钠改性水玻璃, 采用低温烧结的方式制备得到保温材料。通过对该材料化学结构和物理性能的表征及离子浸出试验, 研究四硼酸钠对材料性能的影响效果。结果表明: 四硼酸钠能够有效降低材料中-OH的数量, 并使Si-O结构更加复杂, 从而提高材料的耐水性。当四硼酸钠的添加量为1%（质量分数, 下同）时, 其对材料中钠离子及硅酸根离子浸出的抑制效果最显著, 两者的离子浓度分别降低65.33%和45.02%。当四硼酸钠的添加量为3%时, 材料的软化系数可提高84.6%, 其抗压强度、导热系数和表观密度分别为0.46 MPa、0.046 W/(m·K)和123.1 kg/m3。

为了更好地促进氯氧镁水泥(MOC)的工程化应用, 研究了原料配比、单掺不同磷酸盐改性剂、复掺磷酸与矿物掺合料改性剂对MOC耐水性能的影响。采用抗折强度、抗压强度(力学性能), 变异系数(强度随改性剂掺量变化的稳定性), 耐水系数(耐水性能)综合评价了改性剂对MOC耐水性能的改善效果, 并结合扫描电子显微镜分析耐水性能改善机理。结果表明: 当原料摩尔比n(MgO)∶n(MgCl2)∶n(H2O)=7∶1∶15, 且1.0%磷酸和60%硅灰(占MgO的质量分数)复掺时, MOC的耐水性能改善效果最佳, 改性后MOC的耐水系数在1.1以上; 微集料填充效应、火山灰效应、强度相(P5)稳定性的增强效应共同提升了MOC的耐水性能。

锰渣与再生砖骨料均属于大宗固废, 提升大宗固废利用率具有重要的环境效益和经济效益。本文利用锰渣、再生砖骨料等制备了免烧砖, 探究了锰渣掺量对免烧砖各项性能的影响, 且对其微观结构及有害物质浸出行为进行了分析。结果表明: 制备的免烧砖外观质量优良, 色泽均一, 尺寸标准; 结合强度要求和抗冻性要求, 锰渣掺量不超过10%(质量分数)时, 可制备出强度、耐水性和耐久性优异的MU20免烧砖, 锰渣掺量不超过15%时, 可制备出性能优异的MU15免烧砖; 掺适量锰渣的免烧砖中形成了较多的钙矾石相, 有利于强度发展。锰渣和再生砖骨料制备的免烧砖可以应用于人行道等市政工程, 应用效果良好。研究结果可为锰渣低碳资源化利用以及生态砖制品的生产和应用提供技术支持。

为探究矿物掺合料对改性硫氧镁水泥的影响及作用机理，分别将不同掺量的粉煤灰、矿粉掺入改性硫氧镁水泥中，对其力学性能、耐水性和耐酸性进行测试，并结合X射线衍射和扫描电镜对其物相组成及微观形貌进行表征和分析。研究结果表明：粉煤灰的掺入会提高改性硫氧镁水泥的3 d强度，但后期强度有所下降，当粉煤灰掺量大于20%（质量分数）时，其28 d抗压强度相较于基准组损失了14.7%；掺入矿粉对改性硫氧镁水泥的前期强度影响较小，并导致后期强度下降，当矿粉掺量为30%~40%（质量分数）时，水泥的28 d强度损失率高达17.3%。适量的粉煤灰与矿粉均能够提升改性硫氧镁水泥的耐水性和耐硫酸腐蚀性，其中水泥的耐硫酸腐蚀性随着粉煤灰掺量的增加而增强，耐硫酸腐蚀效果最好时矿粉掺量为20%。

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。