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改性硫氧镁水泥,也称为碱式硫酸镁水泥(base magnesium sulfate cement,简写为BMS水泥),主要由针杆状碱式硫酸镁晶体(5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O,517相)相互交错生长构成,由于其具有质轻高强、耐水、耐腐蚀性好等优点,近年来受到了广泛关注。但是,用于制备BMS水泥的主要原料轻烧MgO(light-burned magnesia,LBM)中的活性MgO(α-MgO)含量仅有60%左右,且含有15～20%的其他杂质,导致大量非活性MgO和其他杂质残留在水化产物中,对BMS水泥的性能会产生不可避免的影响。此外,建材中常用的矿物掺合料如粉煤灰等,其火山灰活性在弱碱性的BMS水泥体系中难以被激发,而且由于粉煤灰组分较为复杂,其对BMS水泥早期水化行为的影响机制尚不清晰。本论文针对BMS水泥存在的上述问题,研究了 LBM中非活性MgO和其他杂质对BMS水泥早期水化过程和性能的影响;以纯SiO2、Al2O3为模拟矿物掺合料,制备了 SiO2-BMS水泥和Al2O3-BMS水泥,研究了 SiO2、Al2O3掺量对BMS水泥早期水化行为的影响机制,以及对水泥的抗压强度及耐水性相关性能的影响,为制备高性能BMS水泥提供了理论支撑。主要研究内容和结论如下:(1)分别以轻烧MgO(LBM)和以卤水为原料采用沉淀法制得的氧化镁(MgO derived from precipitate of brine,PBM)为原料制备了 BMS 水泥,采用 XRD、SEM、TG-DSC、FTIR、MIP和无电极电阻率测定等手段对BMS水泥进行测试和表征,研究了 LBM中非活性MgO和杂质对BMS水泥的水化过程的影响。结果表明,CA的加入对BMS水泥具有显著的缓凝作用。非活性的MgO和杂质对早期水化有负面影响,但是由于非活性的MgO和杂质的微集料效应,LBM-BMS和PBM-LBM水泥的抗压强度几乎相同。然而,由于非活性MgO和MgCO3在水中的不稳定性,PBM-BMS水泥具有更好的耐水性。从建筑材料的长远使用性能来看,PBM可能更适合制备高性能BMS水泥。(2)为了考察粉煤灰中活性硅、铝对BMS水泥早期水化行为及性能的影响,以PBM为原料,以SiO2和Al2O3为矿物掺合料,制备了 SiO2-BMS和Al2O3-BMS水泥,系统研究了不同矿物掺量对BMS水泥早期水化行为及其性能的影响。结果表明,SiO2-BMS水泥在早期水化反应中,不仅形成517相,而且生成了新的胶凝相M-S-H(Mg3Si2O5(OH)4),导致水泥早期强度的显著增大;过量SiO2掺杂会导致水化产物单位体积内强度相517相含量减少,但是SiO2的微集料效应显著,其抗压强度仍可以达到65 MPa;部分SiO2参与了水化反应,生成了凝胶相M-S-H,减少了毛细孔和大孔的形成,改善了水化产物的精细孔结构,提高了 BMS水泥的耐水性。Al2O3的掺杂显著提高了 BMS水泥的耐水性,当掺量≤10%时可显著提高BMS水泥的力学性能,而过量掺杂Al2O3会抑制BMS水泥中517相的生长;因此,若选用含有Al2O3组分的固废作为矿物掺合料,其中Al2O3的最高掺量不宜超过20%。