本研究以矿渣粉、高钙粉煤灰及脱硫石膏等工业废渣在混凝土中的应用为 技术背景，以降低渗透性、收缩性和抗侵蚀性为研究重点，通过分析矿物材料 基本特性，提出对矿物材料的改性措施，研究了各种改性、激发手段对强度、 流动性、凝结时间等水泥基本性能的影响，通过分析水泥化学收缩、自收缩、 水化热、孔溶液碱度和离子浓度等性能研究了矿渣粉与高钙粉煤灰复合矿物材 料对水泥水化进程的影响，通过测试微孔分布、微观结构、体积稳定性、渗透 性等考察了矿物材料及其改性措施对水泥硬化体性能的影响。 矿粉级配显著影响各龄期强度，高钙灰中粗颗粒的CaO含量低而烧失量高， 对安定性危害较高而活性较低，磨细兼化学、矿物的联合激发措施显著提高其 安全掺量，采用脱硫石膏、煅烧脱硫石膏与元明粉作为改性材料显著提高矿渣 和高钙灰的水化活性，以20％高钙灰与80％矿粉及一定比例改性材料制备出S95 级矿粉活性水平的复合矿物掺合料。开发新型流动性测试评价的方法，分辨出 纯矿粉明显改善流动性，脱硫石膏略微降低流动性，元明粉基本不影响流动性。 矿物掺合料延缓凝结时间，元明粉促进凝结时间，脱硫石膏对凝结时间作用不 显著。 开发新型方法比传统方法更准确地反映水泥后期自收缩，由矿粉、高钙灰 按照一定比例复合制备的掺合料显著降低塑性阶段的收缩，有可能降低塑性开 裂；脱硫石膏、煅烧脱硫石膏和元明粉对早期体积稳定性影响不大。矿物掺合 料明显降低第二放热峰并增加了1个第三放热峰，纯矿渣粉的第三放热峰较高， 复掺粉煤灰后第三放热峰降低并且出现时间延后，但高钙灰比例过高则使第二 放热峰也降低，水化热量显著减少；脱硫石膏或煅烧脱硫石膏延缓了水化反应 进程而对总体反应程度影响不大；元明粉促进早期水化反应的作用明显。即适 当比例的低活性矿物替代高活性矿物对早期水化程度和初始结构建立影响不 大，而脱硫石膏或煅烧脱硫石膏作激发材料能够分散早期的集中放热而对总体 水化进程影响不大。矿粉和高钙灰替代水泥后的水化产物中CH含量明显降低， 实际降低幅度与矿物的水化活性有关，活性过低则由于降低水化程度而使CH降 低幅度减少。矿物材料取代50％的水泥使水泥石内部碱度降低不大，粉煤灰降 低PH值的作用比矿渣粉更明显，脱硫石膏或煅烧脱硫石膏使PH值降低，但所 有降低值不大，不会增加钢筋发生锈蚀的风险；元明分显著增加碱度，可提高 钢筋的抗脱钝能力。在无激发材料条件下的硬化体内部PH值主要受可溶出的 Ca离子控制；当有外界Na离子引入时，其对PH值的影响最显著，脱硫石膏或 煅烧脱硫石膏使S离子浓度提高。脱硫石膏降低孔隙率，采用矿粉及在矿粉中 复合适量高钙灰能够减少大孔含量而不影响小孔含量。提出矿物材料对CH的优 先吸附理论，认为具有潜活性的矿物材料能够对CH优先吸附，CH晶核首先趋 向于生长在矿物颗粒表面，将火山灰反应分为循环发生的两个阶段，第一阶段 吸附CH，第二阶段矿物颗粒与CH发生化学反应，矿物活性的差别源于第二阶 段反应能力的不同，矿物颗粒增加CH生长点而细化CH晶体形态。 脱硫石膏和煅烧脱硫石膏按照一定比例复合能够显著降低14d以前的早期 干燥收缩；50％矿渣及1％元明粉显著提高干燥收缩，采用矿粉与高钙灰的复合 掺合料使干燥收缩比纯水泥样降低。开发新型初始开裂时间测试装置，矿粉、 高钙灰明显推迟开裂时间，各种激发对抗开裂性能的影响规律不同。双掺矿粉 和高钙灰比单掺其中之一更有利于提高砂浆的抗渗性，元明粉对抗渗性无影响， 脱硫石膏和煅烧脱硫石膏降低渗透性。矿粉、高钙灰使Cl离子快速渗透实验的 通电量大幅度减少，使渗透等级从“中等”减少到“较低”和“极低”的水平， 满足海工工程混凝土的抗渗性要求。 关键词：矿渣粉 高钙粉煤灰 脱硫石膏 水泥 水化