在国家积极推进碳达峰、碳中和目标背景下, 水泥行业减少碳排放势在必行。大掺量矿物掺合料混凝土使用了大量矿物掺合料, 大幅减少了水泥用量, 因此受到较大关注。本文重点综述了大掺量矿物掺合料混凝土的碳化行为、微观机理研究现状和常用矿物掺合料对混凝土抗碳化性能的影响; 总结了混凝土碳化的影响因素, 以及碳化行为的测试评价方法和优缺点; 最后, 提出了碳化可能存在的途径, 并指明了进一步的研究方向, 这对于改善大掺量矿物掺合料混凝土耐久性和降低建筑行业碳排放具有重要意义。

为了解决废弃农作物青稞秸秆的资源处置问题, 将废弃青稞秸秆在室外自然焚烧后再经过煅烧及研磨处理, 从而制备成新型生物质硅掺合料。通过正交试验设计对青稞秸秆灰(HBSA)的制备条件及设计参数进行初步分析与二次验证; 采用响应面优化分析方法建立响应面预测模型, 对HBSA的制备条件进一步优化分析, 从而验证正交试验结果的合理性; 基于灰熵关联分析, 确定了HBSA的活性影响因素的主次关系; 采用多种微观测试技术对最优条件下制备的HBSA的微观结构进行测试分析, 进而揭示HBSA能够作为活性掺合料的原因。结果表明, 当二次煅烧温度为600 ℃、煅烧时间为2 h、研磨时间为2 h时, HBSA的活性最高, 相对活性指数高达1.06。响应面优化方法能够有效用于HBSA的活性制备参数设计, 响应面预测模型具有较高的预测精度, 较好地验证了正交试验结果的准确性。煅烧温度的灰熵关联度最大, 应作为HBSA制备过程中的首要控制因素。HBSA具有较细的粒度、较大的比表面积和较高的活性SiO2含量, 有效促进了HBSA的活性效应。

为研究青藏高原环境条件下不同纤维混凝土的抗冻耐久性及冻融损伤演化规律，本研究依托西藏那曲地区某混凝土道路工程，对普通纤维混凝土(NC)、冲磨纤维混凝土(CM)以及膨胀纤维混凝土(PZ)进行了冻融循环试验和相关力学测试，在试验研究的基础上，提出了适用于高原低气压环境下的冻融损伤模型。研究结果表明，从冻融循环试验结果来看，冲磨纤维混凝土(CM)抗冻耐久性最佳，三种纤维混凝土抗冻耐久性排序为CM＞NC＞PZ。针对本文建立的冻融损伤模型和基于该模型的抗折强度预测方程，采用青藏高原地区某高速工程项目的高寒引气混凝土测试数据进行了验证，冻融后的抗折强度试验值与预测值变化趋势相近且基本吻合。因此，本文建立的青藏高原抗折强度冻融损伤模型是合理且可行的。

透水混凝土具有显著的孔隙特征，可有效缓解城市内涝，涵养地下水系。针对透水混凝土由孔隙大导致的抗压强度低等问题，采用矿物掺合料替代部分水泥作胶凝材料，能够实现降低生产成本并提高抗压强度的目的。本文以粉煤灰、矿渣、偏高岭土等固体废弃物为掺合料，通过抗压强度、透水性能测试分析矿物掺合料单掺、复掺、三掺对透水混凝土性能的影响，并探究其水化机理。结果表明：复掺以及三掺体系的透水混凝土力学性能明显优于单掺体系；当三掺体系粉煤灰、矿渣、偏高岭土掺量分别为15%(质量分数，下同)、15%、10%时，透水混凝土性能最佳，抗压强度达22.1 MPa，孔隙率和透水系数分别为14.3%、3.27 mm/s，满足行业标准。

针对高原地区桥墩混凝土服役环境的特点，探究矿物掺合料对桥墩混凝土性能的影响效果。采用Box-Behnken Design响应面法(RSM-BBD)设计了15组试验，详细研究了粉煤灰、矿渣和硅灰掺量对混凝土强度和冻融性能的影响规律。以28 d抗压强度、200次冻融循环后混凝土质量损失率和相对动弹性模量为响应值构建响应面模型，旨在揭示响应参数和目标响应值的相关关系及多目标响应值条件下桥墩混凝土的合理配合比。结果表明，与基准组混凝土相比，适量的矿物掺合料有利于提高混凝土强度，增强混凝土的耐低温冻融性能。混凝土的强度和抗冻融性能主要受单因素的影响，其中矿渣和硅灰能提高混凝土的抗压强度，粉煤灰和硅灰则可以提高混凝土的抗冻融性能。各因素的交互作用对混凝土各性能有不同程度的影响，其中矿渣和硅灰掺量的交互作用对28 d抗压强度影响显著，粉煤灰与硅灰掺量的交互作用对质量损失率影响显著，粉煤灰与矿渣掺量的交互作用对相对动弹性模量影响显著。基于目标响应值和响应优化，本试验条件下矿物掺合料的合理配合比为粉煤灰、矿渣和硅灰掺量分别为20%、15%和10%(质量分数)。

海洋工程建设中，海砂、珊瑚砂等原料中富含一定的氯盐，在配制过程中，原料中的氯离子进入钢筋混凝土引起内部侵蚀，导致钢筋混凝土结构失效。大量试验表明，水泥水化产物C-S-H凝胶和Friedel’s盐在提高水泥基材料内源氯离子固化能力、降低钢筋锈蚀风险等方面发挥着重要作用。水泥矿物、掺合料、外加剂、类AFm相材料的存在影响着C-S-H凝胶和Friedel’s盐的生成，进而改变水泥基材料的氯离子固化能力。本文综述了上述影响下C-S-H凝胶和Friedel’s盐的变化，进而分析了水泥混凝土中内源氯离子的固化效果，为采用氯离子固化材料解决钢筋混凝土氯离子侵蚀问题提供参考。

在速凝剂的应用过程中经常出现水泥与速凝剂的相容性问题, 但是如何评价相容性及其影响因素尚待研究。本工作测试了不同水泥?偉d速凝剂系统的宏观性能和早期水化放热情况, 并通过一种定量评价相容性的综合方法, 即多因子综合指标［f(a)值］评价法, 将宏观性能与微观指标进行有机结合, 计算对比不同水泥?偉d速凝剂系统的相容性。结果表明: 碱性速凝剂与过渡相含量高的基准水泥相容性最好, f(a)值最高为74; 3种无碱速凝剂与C3A和C3S含量高的冀东水泥相容性最好, f(a)值均大于80。

超细水泥的发明主要是为了解决因普通水泥颗粒粒径较大无法有效注入微细裂缝的难题。超细水泥兼具普通水泥的耐久性好和化学浆材的流动性高的优点, 成为水泥基材料由传统材料转向高新技术材料发展的重要开端, 在工程中受到广泛使用。本文回顾和总结了近20年来国内外学者对于超细水泥研究所取得的主要进展, 对比分析了干磨法和湿磨法制作超细水泥的生产工艺及其优缺点; 比较了超细水泥区别于普通水泥的流动性、体积稳定性和力学性能; 总结了粉煤灰和矿粉等掺料的加入对超细水泥浆液的性能影响, 并在此基础上, 对超细水泥在加固和封堵技术中的应用进行了总结, 旨在为超细水泥的生产工艺、基本性能以及相关工程应用提供相关参考。

为了掌握蒸养混凝土的脆性特性, 以脆性系数和冲击韧性为评价指标, 研究了养护温度(20、45、55、65、75 ℃)及矿物掺合料对混凝土脆性的影响, 并通过扫描电子显微镜和压汞仪分析了养护温度和矿物掺合料对混凝土水化产物微结构和孔结构的影响。结果表明, 随着养护温度的升高或养护龄期的延长, 混凝土的脆性系数增大, 且蒸养降低了混凝土的冲击韧性, 复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料可以改善蒸养混凝土的脆性和抗冲击性能。较高养护温度导致水化产物结晶粗大, 界面过渡区形成微裂缝和基体孔隙率增大, 从而使蒸养混凝土脆性增大, 复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料改善了蒸养混凝土的孔结构和界面过渡区微结构。

为提高蒸养高铁相硅酸盐水泥(HFC)构件的抗侵蚀性能, 推进HFC在海洋工程中的应用, 本文通过力学性能测试、毛细孔测试、氯离子固化测试及X射线衍射等手段, 研究了50 ℃蒸养条件下矿粉(SL)和粉煤灰(FA)对HFC水泥基材料毛细孔结构和抗侵蚀性能的影响。结果表明, 由于SL具有较高的火山灰反应活性, 掺入SL可以提高蒸养HFC砂浆的早期力学性能, 同时降低HFC砂浆的28 d毛细孔率。掺入FA显著降低了HFC砂浆的早期力学性能, 且后期强度增长缓慢, 但FA的“微集料”效应导致HFC砂浆的毛细孔率降低。氯离子固化结果表明, SL促进了水泥对氯离子的物理吸附, 而FA促进了水泥对氯离子的化学固化, SL和FA均提高了复合胶凝材料的氯离子结合能力。