硫铝酸盐水泥是具有我国自主知识产权的性能优良的特种工程材料,具有更突出的快硬早强、防腐抗渗和水化微膨胀等优良特性,更适于沿海港口、离岸岛礁和深海隧道等特种海洋工程的快速建设和修补加固。随着国家“一带一路”战略的推进,对包括硫铝酸盐水泥在内的特种工程材料要求日益提高。基于硫铝酸盐水泥主导矿物硫铝酸钙的掺杂改性是提升其水泥性能的科学途径,而其中通过Ba²⁺/Fe³⁺等离子掺杂所形成的硫（铁）铝酸（钡）钙新矿物(C_4-xB_xA_3-yF_y$)已被研究证实技术路线可行,基于此矿物的新型硫铝酸盐水泥具有潜在的较为广阔的应用前景和良好的社会效益。但目前,C_4-xB_x A_3-yF_y$系列矿物固相反应的相关动力学与水化硬化的影响机制尚未清晰阐明,Ba/Ca、Fe/Al与矿物活化能和水化性能的关系尚未准确建立,使得相关水泥的生产和使用过程不能实施精确调控和有效预测,困扰其广泛应用。鉴于此,本论文拟基于Rietveld/XRD定量相分析方法,对C_4-xB_xA_3-yF_y$系列矿物的形成过程进行研究,探明Ba/Ca和Fe/Al对矿物固相反应动力学和形成机制的影响规律。同时,依据Ba²⁺掺杂条件下硫铝酸钙矿物水化性能的差异,尝试阐明Ba/Ca对其水化程度、水化产物存在形式和转变的影响规律,在此基础上探究矿物的相关水化机理并建立水化模型。主要研究结论如下:（1）C_4-xB_x A₃$系列矿物固相反应形成难度随Ba²⁺掺量提高而增大,相较保温时间的延长,煅烧温度一定程度上的提升,可更有效地促进矿物的生成。随着Ba/Ca增大,目标矿物晶胞尺寸变大,且Ba²⁺掺量增多时更倾向于保留立方晶型。含钡中间相参与矿物固相反应的形式分为两种,当Ba/S≤1时,仅以BaSO₄的形式为中间相参与形成C_4-xB_x A₃$矿物;当Ba/S>1时,以BaSO₄和BaAl₂O₄两种形式为中间相参与固相反应。BaSO₄是C_4-xB_xA₃$矿相形成的必要中间相。（2）三维扩散模型中的Jander方程对C_4-xB_xA₃$系列矿物的形成动力学拟合计算结果最为适合,C_4-xB_xA₃$矿物的反应速率常数k随随温度的提高而增大,随Ba²⁺掺量提高而减小,表观活化能（Ea）随Ba²⁺掺杂浓度（x）的增加而上升,两者呈良好的线性关系,可表示为“Ea=71.9x+304”,相关系数R²=0.992。（3）Fe³⁺的引入能够有效促进C₃BA_3-yF_y$矿物的生成,尤其是对较低温度下矿物的形成有显著促进效果。但Fe³⁺掺量过多,会导致矿物高温条件下分解,并且过量的Fe³⁺会与其他杂质相矿物形成C₄AF相,不利于目标矿物的进一步形成,合适的Fe/Al范围是1/14～2/13。Glinstling方程对掺铁矿物的拟合计算结果最优,并且系列矿物的反应速率常数k随煅烧温度的升高而增大,而矿物的表观活化能随Fe³⁺掺量先降低后增大。（4）C_4-xB_xA₃$系列矿物Ba²⁺的引入可显著提高第一放热峰、缩短诱导期,C_3.5B_0.5A₃$和C₃BA₃$的诱导期较C₄A₃$分别缩短了3.1h和6.8h。并且C_4-xB_xA₃$水化后释放的热量比C₄A₃$少,C₃BA₃$的总水化放热量仅为C₄A₃$的一半左右,约为251.5J/g。随着Ba/Ca增大,C_4-xB_x A₃$早期的水化程度显著高,水化6h时,C_3.5B_0.5A₃$和C₃BA₃$的水化程度分别比C₄A₃$高19%和28%。（5）不同Ba/Ca比例下C_4-xB_xA₃$矿物的水化产物及其含量存在较大差异。掺钡体系水化产物不存在AFt,且随着Ba/Ca比值的增大,AFm趋于减小。提出了C_4-xB_xA₃$矿物的水化机理:一方面,高的BaSO₄离子析出率促进了后续的溶解-析出反应。另一方面,BaSO₄可能在水化初期提供额外的成核位点。