碱式硫酸镁水泥是运用现代外加剂技术开发的以形成碱式硫酸镁晶须为主要水化产物的新型高抗折强度水泥,具有快凝、早强、高强、高抗折、抗水、抗水热、抗腐蚀和抗碳化等优点,其护筋能力等耐久性能与同等条件下的硅酸盐水泥相当。本文以轻烧氧化镁粉、硫酸镁和外加剂为主要原材料,通过系统地测定不同摩尔比的碱式硫酸镁水泥的凝结时间、胶砂强度和安定性,探索碱式硫酸镁水泥的物理力学性能与原材料、配料参数、生产工艺和养护工艺之间的关系,确定出轻烧氧化镁粉的活性氧化镁(active Mg O,a-Mg O)含量、硫酸镁结晶形态、外加剂、生产工艺方法、活性氧化镁与硫酸镁的摩尔比的合理范围,取得主要研究成果如下:(1)外加剂是制备碱式硫酸镁水泥的最关键核心技术,在同样能够诱导碱式硫酸镁水泥水化形成5Mg(OH)2·Mg SO4·7H2O(5·1·7)的条件下,不同外加剂的作用效果相差较大,从十几组外加剂中优选的单一外加剂Z8、Z10、Z12和复合外加剂CA1、CA2均可明显改善碱式硫酸镁水泥的强度、缩短凝结时间。a-Mg O:Mg SO4:H2O一定时,不同外加剂存在最佳掺量。碱式硫酸镁水泥的凝结时间随粉煤灰掺量的增加而缩短。当粉煤灰与轻烧镁粉掺量相等时,外加剂Z8对缩短凝结时间效果最明显。其中外加剂Z8、Z10和Z12能够用于制备快凝早强型碱式硫酸镁水泥。(2)轻烧氧化镁的矿物组成对碱式硫酸镁水泥的强度与凝结时间有不同的影响。活性Mg O含量越高,过烧Mg O含量越低,游离氧化钙(f-Ca O)含量越低,碱式硫酸镁水泥胶砂强度越高,凝结时间越短。当过烧Mg O含量为轻烧镁粉的15%、f-Ca O含量为1.5%,并且氧化镁活性低于60%时,水泥胶砂强度明显降低,净浆凝结时间有所延长。(3)不同结晶水的硫酸镁均可以配制碱式硫酸镁水泥,但基本性能有所差异。在a-Mg O/Mg SO4为8,同种外加剂作用下,采用四水硫酸镁配制的碱式硫酸镁水泥胶砂强度强度最高,凝结时间最短,其次是一水硫酸镁配制的碱式硫酸镁水泥,最后是七水硫酸镁配制的碱式硫酸镁水泥;其中,当硫酸镁中的氧化硼含量超过0.7%时,严重影响了碱式硫酸镁水泥的胶砂强度,尤其是早期强度。(4)碱式硫酸镁水泥胶砂强度与a-Mg O与Mg SO4的摩尔比有关,适宜摩尔比为8。掺入普通混凝土的常用减水剂和阻锈剂时,碱式硫酸镁水泥强度明显降低,其中以亚硝酸钠、亚硝酸钙阻锈剂对水泥胶砂强度影响最明显,其中聚羧酸减水剂对碱式硫酸镁水泥没有减水效果,萘系减水剂减水效果最好;萘系减水剂与三聚氰胺减水剂对水泥胶砂强度影响较小,掺入减水剂后仍然能达到52.5R普通硅酸盐水泥标准。(5)粉磨工艺对碱式硫酸镁水泥性能基本没有影响,但养护湿度的影响效果比较明显,养护湿度越大,水泥净浆凝结时间越长,胶砂强度越低。在相对湿度为60%养护时,碱式硫酸镁水泥强度等级可达到62.5R,当相对湿度增加到90%时其强度等级仅32.5R。在较高湿度环境下,采用防潮纸袋效果最佳。(6)碱式硫酸镁水泥可分为普通型和超早强型两种,普通型碱式硫酸镁水泥分为62.5R、52.5R和42.5R三种;超早强型碱式硫酸镁水泥采用原外加剂,分为62.5R和52.5R两种,用50%的粉煤灰或矿渣替换轻烧镁粉时,强度等级可达到52.5R,且抗折强度比硅酸盐水泥高出149%。(7)碱式硫酸镁水泥的主要水化产物是5·1·7晶相,在外加剂作用下水泥中5·1·7相含量明显的增加,Mg(OH)2的含量明显降低。即掺加外加剂后,可以抑制Mg O在硫酸镁溶液中向Mg(OH)2的转化,而促进向5·1·7相的转化。在水泥浆体水化硬化结构中,5·1·7相的SEM形貌为是细长的纤维状晶须,该水泥硬化体的结构比较致密,分布较均匀,呈相互交错生长的三维空间网状结构,晶须的直径约200nm~300nm,长度约7μm~15μm,长径比一般大于28~50。硬化体中晶须纵横交错,形成致密的空间网状结构,这是碱式硫酸镁水泥具有很高抗折强度的根本原因。