硫铝酸盐水泥具有很广阔的应用领域。由于该熟料矿物本身的特点,导致该水泥凝结较快,给施工作业带来很大困难。工程上多采用加入缓凝剂的方法来调节硫铝酸盐水泥的凝结。硼砂是常用的缓凝剂,它缓凝强烈,但作用效果不稳定,往往容易引发事故。因此极有必要研制一种对硫铝酸盐水泥具有稳定缓凝作用的缓凝剂。本课题所研制的新型缓凝剂中的主要组分硼砂与硫酸铝的配比约为3.6:1,在硫铝酸盐水泥中的掺加范围在1.1%～1.5%之内。新型缓凝剂对硫铝酸盐水泥的缓凝作用稳定,并且使水泥浆体的流动度损失变慢。掺剂水泥的早期强度及后期强度都比不掺的高。硫铝酸盐水泥浆体中钙矾石的析晶状况导致该水泥凝结较快。钙矾石晶体通过溶解-沉淀机理从浆体液相中析出。钙矾石析晶的过饱和度ΔC小,成核速率小,容易长成大晶体。而且,浆体的液相条件使钙矾石可在远离水泥颗粒表面的液相中形成,生成的钙矾石具有高度的不等度性,使钙矾石晶体之间易于相互搭接形成触变结构,随着水化的不断进行,触变结构得以加固,最终导致水泥浆体凝结。硼砂的缓凝作用是通过在硫铝酸盐水泥颗粒表面形成一层厚而致密的硼酸钙包裹膜,抑制水泥的水化,使包裹膜内外的液相长时间处于一种静止的状态。当硼砂加入量不足时,形成的硼酸钙不足以对水泥颗粒完全包裹,则缓凝效果不好。而且,由于水泥颗粒实际形状很不规则,不同曲率半径表面的溶解度不同,溶解速度也不同,结果造成不同部位表面附近处形成的Ca²⁺浓度不同,使水泥颗粒不同部位的表面形成的硼酸钙包裹膜的厚度不一,包裹膜薄的地方水分子容易渗透到包裹膜内部,使膜内熟料矿物迅速水化,水化产物AFm及AFt形成时会使固相产生体积膨胀,使膜内产生结晶压力,导致硼酸钙包裹膜破裂,从而使硼砂的缓凝作用不稳定。在掺硼砂的硫铝酸盐水泥中引入硫酸铝,使硼酸钙包裹膜外的液相中Al³⁺和SO₄^2-的浓度升高,随着二水石膏的不断溶解,Ca²⁺的浓度也不断升高,使包裹膜外液相相关离子的浓度积很快达到钙矾石析晶所要求的过饱和度,开始析出钙矾石晶核。钙矾石晶核的进一步长大需要液相中相关离子不断堆积在钙矾石晶核上,消耗了液相中的离子,因此硫酸铝的引入实际上是浆体液相中设置了一个吸收离子、降低液相中离子浓度的机构,增大了膜内外液相的浓度差,也就增大了水分子向膜内扩散的推动力,加速了水分子向包裹膜内扩散,使包裹膜内的熟料矿物迅速水化,膜内水化产物的生成会产生固相体积膨胀,结果膜内产生结晶压力,结晶压力大到一定程度,会使包裹膜破裂。通过本课题的研究,丰富了有关硫铝酸盐水泥水化和硬化的理论知识,为进一步开发和利用硫铝酸盐水泥提供理论基础。