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%。

为扩大磷石膏的综合利用，以原状磷石膏(RPG)和β-半水磷石膏(HPG)为主要原材料，利用偏高岭土(MK)和碱性激发剂(生石灰、水玻璃)改性制备磷石膏基复合胶凝材料。通过单因素试验探究MK掺量、水玻璃掺量及RPG和HPG的相对掺量对偏高岭土-磷石膏基复合胶凝材料(MKPGBM)力学性能、耐水性能和耐干湿性能的影响，并分析其作用机理。结果表明，MK、水玻璃及HPG掺量的增加均能有效提高MKPGBM的强度。MK和水玻璃掺量(以质量分数计)分别为7%~9%和21%~24%时，MKPGBM的力学性能和耐水性能最优。当RPG与HPG相对掺量(质量分数比)为5∶5时，MKPGBM的28 d抗压和抗折强度最优，分别为19.58和7.44 MPa；当RPG与HPG相对掺量为6∶4时，MKPGBM的综合性能较优，其28 d软化系数达到0.796。MK和掺合料的掺入能有效促进水化产物的生成并填充基体之间的孔隙，还能提高RPG内部颗粒的相互接触强度，进而达到改善磷石膏基复合胶凝材料力学性能、耐水性能及耐干湿性能的效果。

将600目(23 μm)和1 000目(13 μm)煤系偏高岭土按照0%、5%、10%、15%(质量分数)的掺量分别掺入混凝土，通过强度测试、XRD、TG-DTG、SEM-EDS和氮吸附试验等研究了煤系偏高岭土细度和掺量对混凝土力学性能和微观结构的影响。结果表明：偏高岭土的掺入显著提高了混凝土的力学性能，当偏高岭土细度为1 000目、掺量为15%时，混凝土的抗压强度最大，90 d抗压强度达到了81 MPa；水化产物主要由氢氧化钙、钙矾石、类水滑石及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶等组成，掺入偏高岭土并未改变水化产物种类，但是增加了水化产物中C-S-H凝胶的产生量，同时降低了氢氧化钙的含量。偏高岭土与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化生成C-S-H凝胶，提高混凝土致密性，这是偏高岭土能够增强混凝土力学性能的主要原因。

碱激发胶凝材料是一种新型低碳材料，其液相环境的碱度普遍高于水泥基材料，势必导致碱骨料反应引起的体积变形不同于水泥基材料。为探究碱激发胶凝材料的碱骨料反应行为与液相碱度的关系，选取花岗岩为代表性骨料制备碱激发偏高岭土-矿渣砂浆，研究在不同浓度NaOH溶液浸泡下的砂浆变形行为。结合微观分析表明，碱激发胶凝材料的体积收缩能很好地抑制碱骨料反应产生的膨胀，不同浸泡条件下碱激发偏高岭土-矿渣砂浆会呈现不同的变形行为。碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的膨胀是由碱骨料反应生成产物以及原类沸石结构的水化硅铝酸钠凝胶向沸石结构转化所造成的。当碱激发胶凝材料的孔溶液氢氧根离子浓度大于0.209 mol/L时，碱骨料反应会发生。

为了降低碱激发偏高岭土地聚物的泛碱程度,采用具备阳离子交换性能的改性5A沸石降低地聚物孔隙中游离碱金属阳离子的含量。通过地聚物的抗压强度测试、孔结构分析(BET)、微观形貌分析(SEM-EDS)等方法探究改性5A沸石对地聚物微观结构和宏观性能的影响。通过电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)检测浸出液中阳离子含量,利用Image Pro Plus软件计算在固定泛碱模式下地聚物的泛碱面积,评估改性5A沸石对地聚物泛碱程度的影响,并揭示改性5A沸石对地聚物中Na+和Ca2+迁移规律的影响。结果表明,掺量为4%(质量分数)的改性5A沸石既能通过内养护和微集料效应优化孔结构,增强地聚物的力学性能,又能与孔溶液进行阳离子交换,形成(N,C)-A-S-H凝胶; Na+浸出量降低了19.4%,地聚物表观泛碱程度降低了57.3%。

碱激发材料和矿物掺合料是2种重要的替代硅酸盐水泥的胶凝材料。由于这2种胶凝材料的原材料前驱体一般来自于工业固废，因此被认为是低碳环保的新型绿色胶凝材料。这2种胶凝材料的性能往往取决于其前驱体的溶解活性。本文首先从基础的矿物溶解动力学基本理论出发，综述了硅铝酸盐溶解的理论。其中，反应级数和活化能是表征材料溶解性能最重要的2个参数。此外，还综述了温度、碱度和机械研磨对粉煤灰和偏高岭土的溶解动力学的研究进展。

氯离子(Cl-)引起的锈蚀是影响钢筋混凝土使用寿命的主要问题。硅酸盐水泥-富铝材料(粉煤灰、矿渣等)复合体系可以有效结合Cl-, 提高钢筋混凝土抵抗Cl-侵蚀的能力, 成为当前的研究热点。然而, 现有研究对硅酸盐水泥-富铝材料复合体系Cl-结合能力的横向对比较为缺乏。本文首先介绍了Cl-在水泥体系中的结合机理, 重点总结了不同硅酸盐水泥-富铝材料复合体系的Cl-结合能力, 并以Al2O3含量作为主要变量横向对比了现有研究中复合体系的Cl-结合能力。同时, 阐述并分析了影响复合体系Cl-结合能力的多方面因素。最后, 为后续研究提供了更为准确地衡量与对比多种硅酸盐水泥-富铝材料复合体系Cl-结合能力的参考方案, 同时为设计新型高性能硅酸盐水泥-富铝材料复合体系提供理论基础。

胶凝材料的氯离子固化能力是影响海工混凝土结构服役寿命的关键影响因素。选用亚硝酸钙作为额外钙相, 偏高岭土或纳米氧化铝作为额外铝相, 探究了钙相和铝相对碱矿渣胶凝材料水化产物、氯离子固化能力和宏观性能的影响。结果表明: 亚硝酸钙和铝相的掺入有效促进了胶凝材料的化学反应和氯离子固化能力, 胶凝材料的固氯量相较对照组提高了11.5%~34.8%; 体系中的m(Ca)/m(Al)值对氯离子固化能力有重要影响, m(Ca)/m(Al)值的降低导致AFm相、C-(A)-S-H凝胶等产物生成量增加; 亚硝酸钙的掺量存在极值, 若掺量过高会对材料强度造成不利影响, 但纳米氧化铝的加入可在一定程度上弥补这一缺陷。

石灰石粉和偏高岭土复掺可以替代部分水泥, 有效降低水泥制品的碳排放。采用安东帕MCR 302旋转流变仪测试了新拌石灰石粉-偏高岭土-水泥浆体系统的流变特性。通过单纯形重心法对石灰石粉-偏高岭土-水泥砂浆系统进行了试验设计, 利用Viscometer 5型混凝土流变仪对不同配比砂浆的流变特性进行了测试。结果表明: 随着偏高岭土掺量的增加, 水泥浆体的屈服应力和塑性黏度显著增大; 随着石灰石粉掺量的增加, 水泥浆体的屈服应力和塑性黏度呈先增大后减小的趋势; 改变砂浆胶凝材料的配比能够显著影响砂浆的流动性以及流变参数。

为了响应“双碳”政策节能减排的号召, 本文采用偏高岭土和高炉矿渣为原材料制备地质聚合物。以抗压强度为指标优化制备条件, 探讨确定影响地质聚合物强度的因素。通过正交试验确定偏高岭土基地质聚合物的最佳配比, 通过热重和XRD分析不同温度煅烧的偏高岭土组分。研究结果表明, 在高岭土煅烧温度为800 ℃时, 偏高岭土基地质聚合物的最佳配合比为氢氧化钠与硅酸钠的质量比为6.5∶1, 激发剂的质量掺量为14.2%, 其28 d抗压强度能达到46.6 MPa。偏高岭土基地质聚合物抗压强度随激发剂的掺量增加而增大, 随氢氧化钠与硅酸钠的质量比的增大先增大后减小, 随高岭土煅烧温度的升高先增大后减小。