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本论文以直接煅烧含阿利特的硫铝酸盐水泥熟料为主线,围绕着如何突破高SO3条件下熟料矿物C4A3$和C3S两相稳定共存难题,分别从高温熔融液相调控、及其与离子掺杂相结合的方法展开工作。主要目的是制备阿利特改性硫铝酸盐水泥（以下简称“AMCSA水泥”）,改善硫铝酸盐水泥中后期强度和粘结性能,进而延长严酷环境下工程结构的服役寿命。借助XRD、DSC-TG、岩相及荧光光谱分析等测试方法,系统地研究了AMCSA水泥熟料矿物组成、结构、性能和水化,及工业化试生产与应用。主要研究内容如下:（1）AMCSA熟料组成设计与矿物结构研究研究了铁相对C3S和C4A3$矿物形成与共存影响规律,明确了铁相组成Al2O3/Fe2O3摩尔比降低,可以显著降低熔融液相的形成温度,且能改善生料的易烧性和促进C3S矿物形成,有利于C3S和C4A3$矿物形成与共存。研究了C3S结构与粘结性能,表明C3S单矿为三斜晶系中T1型结构,且C3S水化硬化浆体具有良好的粘结性能,其3 d、7 d和28 d的抗折粘结强度分别为1.89 MPa、2.45 MPa和3.21 MPa;提出了水化产物C-S-H凝胶与基体之间形成的机械咬合力是粘结强度的主要来源,为进一步研究AMCSA水泥的粘结等宏观性能提供了理论依据。提出了借助Eu3+离子荧光探针分析方法研究C2S结构及γ-C2S相鉴别。阐明了熟料矿物C2S中存在没有水化活性的γ-C2S,并首次明确了Eu3+离子占据四个非等效Ca2+的位置及其在5D0→7F0跃迁范围内的发射波长,即γ-C2S的Ca（1）O6（578.9 nm）和Ca（2）O6（577.6 nm）与β-C2S的Ca（1）O7（573.8 nm）和Ca（2）O8（571.8 nm）。该方法在鉴别少量γ-C2S矿物存在具有突出优势,为AMCSA水泥熟料矿物的物相分析提供了新的表征方法。（2）AMCSA水泥熟料制备、性能与水化研究研究了AMCSA水泥熟料制备与性能,结果表明钡离子掺杂促进了熟料矿物阿利特和C4A3$共存。AMCSA水泥熟料中阿利特和C4A3$矿物衍射峰明显。XRD定量分析熟料矿物组成为:贝利特55.5 wt.%、C4A3$25.6 wt.%、阿利特9.6 wt.%及铁相9.3 wt.%。AMCSA水泥3 d到28 d的抗压强度提高了20.4 MPa,显著改善了贝利特硫铝酸盐水泥力学性能。研究了BaSO4替代部分CaSO4煅烧制备AMCSA水泥熟料,结果表明BaSO4掺量增加,阿利特矿物衍射峰和岩相显微特征明显。阐明了CaSO4中的SO3对硅酸盐矿物晶体生长发育影响,得到了SO3含量越多对熟料中硅酸盐晶体熔蚀严重,形状不规则且尺寸减小。AMCSA水泥具有良好的力学性能,其胶砂3 d到28 d抗压强度增长了12.2MPa;28 d抗折粘结强度为3.39 MPa,较普通快硬硫铝酸盐水泥（CSA）提高了24.6%,明确了Alite矿物对提高水泥的粘结性能具有重要作用。AMCSA水泥水化3 d的累积放热量低于CSA水泥,解释了其早期强度较CSA水泥低的内在原因。AMCSA水泥硬化浆体组成为钙矾石AFt、C-S-H凝胶、AH3和BaSO4以及未水化的水泥颗粒,AFt晶体和C-S-H凝胶等水化产物相互搭接,构成了水泥石的骨架,改善了硬化浆体的微观结构,宏观表现为抗压强度和粘结强度增加。（3）AMCSA水泥工业放大试验与应用研究利用现有水泥生产工艺设备和工业原燃料,首次在新型干法窑外分解窑生产线上进行了AMCSA水泥工业放大生产的关键技术研究,确定了AMCSA水泥工业化试生产配料方案,为石灰石56.81 wt.%、铝矾土23.43 wt.%、石膏3.09 wt.%、重晶石8.83 wt.%,尾矿砂7.85 wt.%。试生产的AMCSA水泥熟料外观呈青灰色略泛黑,结粒均齐,无粉化现象,实测立升重均大于1060 g/L,且矿物岩相显微特征明显;XRD定量分析结果为C4A3$与C3BA3$之和为48.5 wt.%、贝利特32.6 wt.%、阿利特11.7 wt.%和铁相7.2 wt.%。同时也确定了AMCSA水泥工业化制备的主要工艺参数,为该水泥实现产业化生产奠定了基础。放大生产的AMCSA水泥凝结时间与CSA水泥相当;AMCSA水泥3 d和28 d抗压强度分别为46.0 MPa和56.9 MPa,其3 d至28 d增加了10.9 MPa;AMCSA水泥28 d砂浆粘结强度为3.51 MPa,高于CSA水泥的2.72 MPa,粘结强度提高了29%,表明工业化试生产的阿利特改性硫铝酸盐水泥性能达到了预期目标,即引入Alite矿物能改善CSA水泥的粘结性能。研究了减水剂和缓凝剂与AMCSA水泥适应性,结果表明聚羧酸减水剂与该水泥适应性良好;同时得出了硼酸对该水泥缓凝效果最好且对强度影响较小。提出了混凝土配合比调整方案,并依据试配混凝土工作性和强度,确定了最终配合比（每方）为水泥、石灰石粉、砂、石、外加剂和水质量（kg）分别为:400、30、835、975、5.2和160。混凝土试样l d、3 d、7 d和28 d龄期抗压强度分别为47.7 MPa、54.1 MPa、60.1 MPa、64.8 MPa,满足混凝土设计C40强度等级要求,为AMCSA水泥在近海和海上等严酷服役环境工程中应用提供了依据。