摘要
粒化高炉矿渣（简称矿渣）作为钢铁行业副产品，因其化学成分和普通硅酸盐水
泥相近并具有一定活性，且与传统水泥相比能耗低碳排放少，在水泥和混凝土领域应
用广泛，却也存在活性难以充分激发的问题。矿渣硫铝酸盐水泥（G·SAC）是以矿渣
为主要原料（60%~90%），以高活性高贝利特硫铝酸盐水泥（SAC）熟料和石膏协同
激发大掺量矿渣的一种新型低碳高强胶凝材料。本文研究了G·SAC力学性能发展规
律，辅以多种现代测试分析技术分析了该水泥水化过程，揭示了胶凝材料组成对其力
学性能的影响机理。主要研究内容和研究结果如下：
（1）研究了熟料掺量、石膏种类、硬石膏掺量和矿渣种类对于G·SAC体系力学
性能的影响规律。研究结果表明：G·SAC水化3d后抗压强度随着熟料掺量的增加而
降低，熟料掺量为2%时，G·SAC的28d抗压强度为67.02MPa。当熟料掺量升高至
6%，其28d抗压强度下降至39.20MPa；与半水石膏相比，硬石膏和二水石膏有助于
G·SAC在水化前期（3d）的抗压强度发展，抗压强度分别提高了2.91倍和3.95倍，
但在28d龄期时，采用硬石膏和半水石膏制备的G·SAC强度差异较小，均高于采用
二水石膏制备的G·SAC；当G·SAC中硬石膏掺量超过15%时，随着硬石膏掺量的增
加28d抗压强度逐渐降低；采用九江矿渣制备的G·SAC强度发展最优，其28d抗折
强度与抗压强度分别为10.20MPa和67.02MPa。
（2）研究了熟料掺量对G·SAC水化过程的影响。研究结果表明：随着熟料掺量
的增加，促进了G·SAC早期（1d）的水化并在早期产生较高的水化放热峰，但同时
降低了G·SAC水化3d后的放热速率，抑制了G·SAC在3d后的水化反应，降低了
矿渣的反应程度，减少了钙矾石的生成量，较少的钙矾石无法充分填充水泥硬化浆体
中的孔隙从而引起孔隙率升高，最终使G·SAC力学性能下降。熟料掺量2%的G·SAC
水化1d钙矾石生成量最少，但在水化3d前后矿渣反应程度大幅增加并出现第三个
水化放热峰，钙矾石生成量增多，硬化浆体结构逐渐密实。
（3）研究了石膏种类对G·SAC水化过程的影响。研究结果表明：与使用硬石膏
和二水石膏制备G·SAC相比，使用半水石膏制备的G·SAC在与水接触后生成大量二
水石膏，剧烈放热后水化进展缓慢，水化3d后才开始逐渐生成大量钙矾石，结构逐
渐密实，孔隙率降低，产生较高的强度。使用硬石膏制备的G·SAC水化28d后钙矾
石生成量最多强度最高，并随着石膏结晶水的增加，钙矾石生成量减少导致强度降低，
其中使用二水石膏制备的G·SAC水化28d后仍存在大量二水石膏未参与反应。
I
本文有助于矿渣的资源化和高值化利用，为工程建设提供材料保障，助力“双碳”
目标早日实现。
关键词：矿渣硫铝酸盐水泥；力学性能；水化；孔结构；高贝利特硫铝酸盐水泥
熟料；石膏
II
ABSTRACT
Asaby-productoftheironandsteelindustry,granulatedblastfurnaceslag(calledslag
forshort)iswidelyusedinthefieldofcementandconcretebecauseofitssimilarchemical
compositiontoOrdinaryPortlandcementandcertainactivity,andlessenergyconsumption
andlowcarbonemissioncomparedwithtraditionalcement.However,itisalsodifficultto
fullyexcitetheactivity.Slagcalciumsulfoaluminatecement(G·SAC)isanewtyp