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%。

通过吸水率、软化系数、抗折强度和抗压强度试验, 并结合傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜测试, 探究不同长度和掺量的苎麻纤维对苎麻纤维增强磷建筑石膏复合材料耐水性能和力学性能的影响。研究结果表明, 掺入适量苎麻纤维可改善苎麻纤维增强磷建筑石膏复合材料的耐水性能和力学性能, 以及提高复合材料的延性。掺入0.5%(体积分数, 下同)的10 mm苎麻纤维时, 复合材料的软化系数达到最大, 较空白组提高20.0%。苎麻纤维的掺入能有效提高复合材料的抗折强度, 28 d时, 掺入1.5%的10 mm苎麻纤维试样较空白组抗折强度提高39.5%。掺入小于20 mm的苎麻纤维会降低复合材料的抗压强度, 掺入不超过1.5%的30 mm苎麻纤维可提高复合材料的抗压强度, 28 d时, 掺入1.5%的30 mm苎麻纤维试样较空白组抗压强度提高10.1%。苎麻纤维在复合材料基体内会发生水解, 随龄期的增长水解程度加重, 表面逐渐粗糙。

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。

本文研究了不同长度聚甲醛(POM)纤维单掺和混掺对砂浆流动度、抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及干燥收缩的影响, 并通过扫描电镜观测了其微观结构。研究发现, 砂浆流动度随POM纤维长度和掺量增大而下降, 混掺纤维比单掺对砂浆流动度的影响更小。POM纤维能有效提高砂浆的抗折强度, 但掺量超过0.6%（体积分数, 下同）时增强效果减弱, 与未掺纤维试样相比, 0.6%掺量的6 mm纤维对试样28 d抗折强度提升最高, 为14.67%, 抗压强度随纤维掺量增加而降低。12 mm纤维比6 mm及混掺对试样弯曲韧性提升更明显, 最大提高49.43%。纤维的掺入可显著降低试样的干燥收缩率, 且随纤维掺量增加, 试样90 d干燥收缩率先减小后增大。与未掺纤维试样相比, 0.6%掺量的6 mm纤维试样90 d干燥收缩率下降最多, 为27.39%。混掺POM纤维在掺量0.6%以上时仍可显著提升砂浆的抗折强度并减小干燥收缩率。

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。

通过开展化学收缩、自收缩与干燥收缩试验, 研究了超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥早期收缩性能的影响。结果表明, 掺入超细矿渣粉与偏高岭土会增大水泥浆体的内部相对湿度, 能有效抑制水泥浆体的化学收缩、自收缩与干燥收缩, 且掺量越大, 抑制效果越明显, 根据水泥浆体的内部相对湿度能够大致判断其自收缩的变化规律。掺入超细矿渣粉与偏高岭土会加快硫铝酸盐水泥的早期水化, 使化学收缩变化速率达到峰值的时间提前。当超细矿渣粉的掺量为20%(质量分数, 下同)或偏高岭土的掺量为10%、20%时, 与空白组相比水泥浆体的7 d自收缩分别减小了42.21%、35.89%和63.73%, 7 d干燥收缩分别减小了24.89%、16.42%和30.87%。在相同掺量条件下, 掺入偏高岭土的水泥浆体化学收缩、自收缩与干燥收缩显著小于掺入超细矿渣粉的水泥浆体。自收缩与线性化学收缩的比值随龄期的增长而减小, 掺入超细矿渣粉与偏高岭土后, 自收缩与线性化学收缩的比值进一步减小。

基于热力学模拟, 研究了无水硫铝酸钙-石膏-石灰石三元体系的水化产物组成和含量变化规律。模拟结果表明, 在无水硫铝酸钙-石膏-石灰石三元体系中, 根据石膏、石灰石的掺量和液相的pH值变化, 可将水化产物相和pH值的演变过程分为5个区域(Ⅰ~Ⅴ区)。Ⅱ区与Ⅲ、Ⅳ区的边界为石灰石完全反应的边界, Ⅳ区与Ⅴ区的边界为石膏完全反应的边界。基于模拟结果建立了无水硫铝酸钙-石膏-石灰石三元体系的水化模型, 并结合实验数据进行了验证,该研究结果为无水硫铝酸钙-石膏-石灰石三元体系的水化机理研究以及硫铝酸盐水泥的配料设计提供了重要理论依据。