为提高磷酸镁水泥的水化性能，利用沸石微粉替代部分氧化镁制备磷酸钾镁水泥，结合凝结时间、力学性能测试和水化放热、物相、微观形貌分析研究掺加沸石微粉对磷酸钾镁水泥基本性能的影响。结果表明：沸石微粉的掺量为8%(质量分数)时，磷酸钾镁水泥的水化凝结时间延长至10.17 min，但同时其7 d抗压强度和抗折强度降低至44.6和8.0 MPa；随着沸石微粉掺量的增加，K型鸟粪石的生成量有所降低；当沸石微粉掺量不超过12%(质量分数)时，磷酸钾镁水泥的水化放热总量提高，但进一步掺加沸石微粉，磷酸钾镁水泥中氧化镁含量降低，磷酸钾镁水泥水化放热降低。

为了研究不同岩性机制砂石粉作为辅助胶凝材料对水泥浆体水化产物和微结构的影响,本文借助石粉流动度比和活性指数研究了玄武岩、花岗岩、石灰岩三种不同岩性石粉的活性及其对减水剂吸附性的影响,并通过水化量热、XRD、综合热分析、SEM测试了掺不同岩性石粉水泥浆体的水化热、水化产物和微结构。结果表明: 三种岩性石粉对减水剂的吸附性大小顺序为花岗岩石粉＞玄武岩石粉＞石灰岩石粉; 石灰岩石粉的3 d活性指数最高,玄武岩石粉的28 d活性指数最高,而花岗岩石粉的3、28 d活性指数均最低; 石灰岩石粉的掺入对水泥早期水化具有促进作用,促使水泥浆体在早期形成了更多的水化产物,并伴有水化半碳铝酸钙的生成; 玄武岩石粉具有火山灰反应活性,玄武岩石粉的水泥浆体中后期形成了更多水化产物并降低了Ca(OH)2的含量; 花岗岩石粉不具有水化反应活性,花岗岩石粉水泥浆体的水化反应程度最低。

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。

利用自制聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)温敏凝胶制备水泥材料, 并开展硫酸盐溶液侵蚀试验, 测量试件质量与强度变化; 同时采用SEM、MIP和水化热测试等手段, 研究PNIPAM凝胶对水泥材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响机理。结果表明, PNIPAM凝胶相变会释水, 促进水泥材料的水化, 改善内部孔结构, 提高水泥材料力学性能; 质量分数为1.0%的PNIPAM凝胶可降低水泥材料受硫酸盐侵蚀的质量损失和强度损失; PNIIPAM凝胶具有相变特性, 可以抵消部分膨胀型侵蚀产物对水泥材料内部造成的破坏, 提高水泥材料的抗硫酸盐侵蚀性能。

为研究石灰石粉(以下简称石粉)参数对水泥水化热的影响, 利用TAM Air-八通道微量热仪探究不同石粉含量和粒径对水泥水化放热量以及水化放热速率的影响。研究表明, 随着石粉含量的增加, 辅助胶凝材料的水化放热量和水化放热速率总体上呈降低的趋势。其中当石粉含量为15%(质量分数)时, 石粉粒径为400目时放热量为223.22 J/g, 水化峰值速率为2.399 2 mW/g, 石粉粒径为3 000目时放热量为215.98 J/g, 水化峰值速率为2.214 0 mW/g, 其放热量和水化峰值速率降低的趋势最明显。同时, 当石粉掺量较大时, 石粉粒径对水化反应的影响更加明显, 粒径过小或者过大都会提高水化放热量和水化放热速率。当石粉粒径为1 250目时水化放热量较小且水化放热速率较低。通过物相分析发现, 石粉的加入不会使体系产生新物质, 当石粉含量为15%(质量分数)、粒径为1 250目时, Ca(OH)2衍射峰强度最高并伴随着大量C-S-H的生成, 说明了该组石粉能够更大程度地促进水泥水化, 使反应更充分。

磷酸钾镁水泥(MKPC)的速凝特性限制了其在更多工程领域的应用发展, 有效延长凝结时间是其工程化应用的关键技术之一。本研究使用硼砂/三乙醇胺复合缓凝剂, 深入研究了其对磷酸钾镁水泥凝结时间、抗压强度、物相组成、微观形貌、孔结构和水化放热等特性的影响, 并探讨了缓凝机理。结果表明: 在保障7 d抗压强度大于20 MPa条件下, 复合缓凝剂的使用, 可实现26~100 min的凝结时间调控; 三乙醇胺分子包覆MgO颗粒, 发挥阻水作用, 从而显著降低水化反应的标准水化放热速率与标准水化放热量, 达到缓凝效果; 试样中K-鸟粪石含量的减少与大于10 nm孔隙体积的增加是削弱抗压强度的主要原因。

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。

为了研究氧化镁膨胀剂与水化热调控剂复掺对混凝土抗裂性能的影响, 探讨水化热调控剂的作用机理, 开展了单掺氧化镁及水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土水化热、绝热温升、限制膨胀率、体积变形、自收缩、弹性模量及微观结构的影响研究。结果表明: 水化热调控剂可显著改变水泥水化放热历程, 净浆抑温率可达31.2%, 随入模温度升高, 抑温效果增强; 水化热调控剂可激发氧化镁的水化, 促进膨胀能的释放, 随养护温度提升, 作用效果更显著; 水化热调控剂可改变混凝土温升历程, 特别是降低混凝土早期水化热释放速率; 水化热调控剂与氧化镁复掺可降低混凝土自收缩, 当水化热调控剂掺量为0.2%和0.4%（质量分数）时, 混凝土收缩值分别减少了84 με和54 με; 水化热调控剂会导致混凝土早龄期弹性模量降低, 但对长龄期弹性模量影响不大; 水化热调控剂对水泥水化历程、水化产物生成及微观结构密实程度的改变是提高混凝土抗裂性能的根本原因。

为解决咬合桩施工现场超缓凝混凝土的制备问题, 探究缓凝剂的作用机理, 采用白糖和葡萄糖酸钠按质量比7∶3配制复合缓凝剂, 对比一次搅拌和二次搅拌工艺, 制备超缓凝混凝土。采用抗压抗折一体化试验机、环境扫描电子显微镜（ESEM）、总有机碳分析仪和等温量热仪测试分析超缓凝混凝土的力学性能、微观形貌、吸附量和水化性能。结果表明, 混凝土的凝结时间随着缓凝剂掺量的增加而延长。当缓凝剂掺量为0.38%（质量分数）时, 一次搅拌组初、终凝时间分别为31 h和46 h, 二次搅拌组初、终凝时间分别为34 h和50 h; 当缓凝剂掺量为0.50%（质量分数）时, 一次搅拌组初、终凝时间分别为61 h和78 h, 二次搅拌组初、终凝时间分别为65 h和84 h。两种掺量下, 混凝土56 d抗压强度均达到40 MPa以上, 满足两种工况的施工要求。采用二次搅拌工艺制备超缓凝混凝土有助于进一步延长混凝土的凝结时间, 改善混凝土拌合物的流动性, 但会略微降低混凝土的抗压强度。不同缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附能力强弱顺序为: 葡萄糖酸钠>白糖-葡萄糖酸钠>白糖>白糖-葡萄糖酸钠后掺。缓凝剂的掺入起到降低水化放热, 抑制水泥水化的作用, 从而延长混凝土的凝结时间。

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同, 导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能, 并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明: 碱性速凝剂加入水泥后, ［Al(OH)4］-加快了水泥中石膏的消耗速度, 水化初期生成大量钙矾石(AFt), 促进了硅酸三钙（C3S）矿物的水化, 缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度, 但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成, 影响了水泥基材料的后期抗压强度发展; 无碱速凝剂加入水泥后, ［Al(OH)4］-和SO2-4在液相中生成了大量AFt, 促进了铝酸三钙（C3A）和C3S矿物的水化, 影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是, SO2-4不仅促进了C3A生成AFt的过程, 也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成, 因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外, 后期28 d抗压强度也不受影响。