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硫氧镁水泥具有轻质、碱度低、防火、装饰效果好等优点,但其存在强度低、抗水性差的缺点,限制了其大规模应用。本文采用外加剂技术制备了一种高强、抗水、抗腐蚀、抗碳化及具有良好护筋性能的碱式硫酸镁水泥,并系统研究了碱式硫酸镁水泥的物相结构、水化产物、力学性能、耐久性能及在土木工程中的应用技术,取得主要研究成果如下:1.合成了纯的碱式硫酸镁新相,结合初始原料配比、XRD分析、化学分析和热分析结果,确定其组成为5Mg(OH)2·Mg SO4·7H2O,形貌为针杆状晶体;在Topas 4.2软件中采用模拟退火法解析出5Mg(OH)2·Mg SO4·7H2O为单斜晶体,所属空间群为C121,晶胞参数为:a=15.14?、b=6.31?、c=10.26?、β=103.98o,晶体密度为1.87 g/cm3。该晶体是由Mg-O八面体为骨架,SO42-、H2O和OH-为填充离子(或分子)的层状结构。2.外加剂K2、K7、K8、K19、K21、K27、K30、K31、K32和K34均可明显改善碱式硫酸镁水泥的强度。硫酸镁溶液浓度一定时,碱式硫酸镁水泥的强度随Mg O/Mg SO4摩尔比增加而提高。相同摩尔比时,碱式硫酸镁水泥的强度高于氯氧镁水泥,且碱式硫酸镁水泥不易出现吸潮返卤现象。与硅酸盐水泥相比,碱式硫酸镁水泥具有更低的孔隙率;与氯氧镁水泥相比,碱式硫酸镁水泥的孔隙溶液浓度更低,且电阻率远大于氯氧镁水泥。碱式硫酸镁水泥的强度高于硫氧镁水泥的主要原因是其水化完全,且致密的微观结构中含有大量针状5Mg(OH)2·Mg SO4·7H2O。3.传统硫氧镁水泥净浆试件泡水28d后开裂、奔溃,原因是低活性Mg O水化产生结晶应力,破坏水泥结构。碱式硫酸镁水泥具有更加优异的抗水性能,无矿物掺合料时,碱式硫酸镁水泥净浆试件泡水180d的软化系数可达0.85以上。掺加粉煤灰的碱式硫酸镁水泥的抗水性能可进一步提高,泡水180d软化系数可达0.98。原因在于外加剂延缓了Mg O在水中水化的速度,削弱了Mg O水化产生的结晶应力,且强度相5Mg(OH)2·Mg SO4·7H2O的溶解度较低(0.034 g/100 g)。4.碱式硫酸镁水泥与传统硫氧镁水泥相比具有优异的抗水热、抗氯化镁溶液腐蚀、抗碳化和护筋性能。掺加矿渣的碱式硫酸镁水泥在80℃下水热处理14d不出现开裂。浸泡卤水8个月,碱式硫酸镁水泥强度不降反升。碱式硫酸镁水泥在加速碳化环境中,不出现碳化现象。碱式硫酸镁水泥中钢筋锈蚀程度远低于在氯氧镁水泥中的情况。碱式硫酸镁水泥中钢筋的早期锈蚀速率高于硅酸盐水泥,后期逐渐降低,甚至会低于硅酸盐水泥中的钢筋锈蚀速率。掺加少量亚硝酸盐阻锈剂时,碱式硫酸镁水泥中钢筋几乎不锈蚀。5.碱式硫酸镁水泥有望大规模应用于土木工程。以碱式硫酸镁水泥为主要胶凝材料制备的闭孔膨胀珍珠岩砂浆、化学发泡、物理发泡等保温材料,具有强度高、密度低、保温效果好、防火等性能。内掺40%粉煤灰的碱式硫酸镁水泥胶砂试件的28d抗压强度达57.7MPa,达到52.5R硅酸盐水泥的强度,抗折强度达16.2MPa,是62.5硅酸盐水泥的2倍。以碱式硫酸镁水泥为胶凝材料可制备出C20~C50等强度等级的砂石混凝土,且其抗冻性优于普通硅酸盐水泥混凝土。以碱式硫酸镁水泥为可制备具有韧性好、承载力高的钢筋混凝土构件,其中钢筋的锈蚀速率较低,四个月内钢筋的锈蚀率仅为2‰~3.5‰,平均锈蚀速率仅为氯氧镁水泥混凝土中的2‰左右,是矿渣硅酸盐水泥混凝土中的6‰左右。