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硫铝酸盐水泥(SAC)具有早强高强,凝结时间快,抗渗性和抗侵蚀能力高的特点,因此被广泛用于抢修抢建,预制构件和抗海水腐蚀工程等方面。但在实际应用中发现其存在粘结能力低,7d后中后期强度增长慢的缺点。本论文的研究内容是将磷铝酸盐水泥(PAC)特征矿物磷铝酸钙(C8A6P)引入硫铝酸盐水泥熟料体系,以改善SAC的粘结能力和后期强度增长。辅以XRD,IR,DSC,TAM,SEM和力学性能等测试方法,对将C8A6P分别引入硫铝酸钙和硫铝酸盐水泥两个体系造成的影响(烧成及水化)进行了表征,提出了新型矿物磷硫铝酸钙(CPSA)的概念,并建立了新型磷硫铝酸盐水泥熟料(P-SAC)体系。主要结论如下:(1)在固定10%C4AF存在的铁相环境中将C4A3$和C8A6P在同一体系中烧成。由于两种矿物晶体结构类似,XRD重叠峰位较多,因此很难单纯从XRD图谱中将两者区分。Rietveld-XRD结果显示,[PO4]可取代部分C4A3$晶体中的[SO4],造成C4A3$晶格畸变,晶胞体积减小,并可促进立方晶型硫铝酸盐(c-CSA)向正交晶型硫铝酸钙(o-CSA)转化。红外和XPS的结果表明这种取代反应并未影响到C4A3$本体的晶格,而是形成了 C8A6P矿物。该矿物固溶于C4A3$矿物中,近似得到了一种磷硫铝酸钙矿物(CPSA),分子式可以表示为C4A3$xP0.5-x,其耐高温分解性能较C4A3$更为优异。(2)不同C8A6P掺量下的两元共存体系水化性能各异。随着体系中C8A6P掺量的增大,体系水化放热主峰呈现先平缓后集中的趋势,诱导期也有不同程度延长。3d水化放热总量随着C8A6P掺量的增大而减小,但基本都高于未掺加C8A6P的SP0对照组。在C8A6P掺量达到15%时放热峰最为平缓,诱导期最长,且3d放热总量最高。少量的C8A6P掺量何以显著提高共存体系3～7d的抗压强度,但7d后强度会出现明显倒缩。当C8A6P掺量超过12%后,体系各龄期强度均能稳定增长,但早期1～3d强度会随着掺量的增大而降低。C8A6P掺量达到15%时体系强度表现最优。从体系水化产物的种类来看,少量C8A6P的引入可以提高共存体系的水化活性,在早期的水化反应中就形成结合水量较高的水化产物Ms12。C8A6P掺量进一步增大后,体系水化活性的发挥受到延后,早期水化产物仅有Ms10.5,随着水化的进行,Ms10.5逐渐向Ms12转变,这一转变龄期随C8A6P掺量的增大而逐渐提前。水化产物的EDS结果显示,水化产物中P元素主要分布在凝胶相中,因此该体系可能的水化产物是AFm,铝(铁)胶和C-A-P-H凝胶。(3)在硫铝酸盐水泥熟料体系中引入C8A6P,针对C8A6P含量、C2S含量和煅烧温度三个因素,通过正交试验,综合考量各龄期强度数据后,优选出最佳水平组合为:65%CPSA(矿物组成比例为 15.2%C8A6P 和 49.8%C4A3$),25%C2S 和 10%C2F,煅烧温度1360℃。其中通过对均值和极差的分析可以看出,C8A6P的引入主要影响了熟料体系7d和14d的强度,其含量越高,7d和14d强度均值越大。将最佳配比的生料样品分别置于1300,1330,1360,1390℃下煅烧,得到的熟料样品各龄期净浆强度均高于快硬SAC,且随着煅烧温度的增加,14d与28d强度逐渐增强。综合考量各龄期强度,1390℃下煅烧的样品性能表现最优。XRD精修结果显示水泥矿物组成约为:56%CPSA,23%6C2S-C3P,8%C4AF和13%C2AS。从SEM微观形貌来看,随着煅烧温度的升高,P-SAC的烧成状况得到了改善。(4)Fe2O5及P2O5过掺都对P-SAC的矿物组成种类没有任何影响,但对矿物组成含量上及水化性能上影响显著。Fe2O3的用量增加除了导致C4AF的含量增大外,还造成了 6C2S-C3P含量的下降和C2AS含量的增加,特别是在其外掺量达到150%时两者的增减十分显著。50%以下的Fe2O3过掺量可以在不降低早期强度的基础上提升P-SAC的14d之后的后期强度增长,但掺量过大后各龄期抗压强度均有所减低。另外,过掺P2O5会造成P-SAC中硫铝酸钙总含量的下降及C2AS含量的升高。30%～40%的P2O5过掺量会显著提高P-SAC的3d和7d强度,当P2O5过掺量增大到50%以后,14d与28d后期强度增长明显,其3d与7d强度有所减低但仍高于初始对照组。最后,在P2O5对磷铝酸钙矿物烧成的影响的研究中,随着煅烧温度的升高,各P2O5外掺量下硫铝酸钙的总含量都有所降低,铝酸盐类矿物增多。在各个煅烧温度下,随着P2O5外掺量的增加,C12A7逐渐向CA转变,P2O5外掺量达到4～5%时C12A7矿物消失。