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磷酸镁水泥（MPC）作为一种化学结合陶瓷,主要通过氧化镁（MgO）和磷酸盐之间的酸碱反应形成。与普通硅酸盐水泥相比,MPC具有一系列优越的性能,但其昂贵的原材料价格限制了MPC的应用和推广。尽管用一些掺合料部分取代MgO或MPC,可以降低MPC的成本并改善部分性能,但由于掺合料的活性较低,取代量太大时会降低早期强度。要想从根本上大幅降低原材料成本,则需要从原材料来源及制备工艺上寻找突破口。MPC的碱性组分通常为重烧MgO,一般为菱镁矿（Mg CO3）在1500°C以上煅烧而得,其在MPC组成中的质量占比可达50～80%。白云石[Ca Mg（CO3）2]作为另一种含镁丰富的自然资源,比菱镁矿储量更为丰富、分布更为广泛。然而,煅烧白云石由于含有游离CaO,会引起促凝或体积安定性问题,不能直接作为MPC碱性组分。本文在白云石煅烧过程中引入其他物质,使其与CaO结合成具有一定活性的含钙矿物,同时保留大量的MgO,以期用该煅烧产物完全取代重烧MgO并作为碱性组分配制MPC,降低MPC的成本,同时发挥活性含钙矿物的积极作用。本文首先筛选出合适的含钙矿物作为固钙产物,并设计出CaO-MgO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SO3-SiO2体系这两条固钙路径,通过计算其热力学数据评估其可行性。最后通过单矿悬浮液研究固钙产物对MPC水化的影响。研究结果表明,综合考虑含钙矿物的形成及稳定存在温度、溶解性和反应活性,硅酸二钙和硫铝酸钙具有单独或者共同作为固钙产物的可能性。热力学计算结果表明,CaO易与Si或者与S和Al产生反应,而MgO极难与这些物质发生反应,且生成硅酸二钙和硫铝酸钙的化学反应吉布斯自由能变较低,这两条固钙途径在热力学上具有理论可能性。单矿悬浮液的试验结果表明,在C2S-MgO体系中,当用C2S取代重烧MgO时,取代量不超过40%时,配制的MPC悬浮液p H值升高并不明显,且28 d时仍然能观测到较多鸟粪石存在。在MgO-CSA-C2S三元体系中,硅酸二钙（C2S）和硫铝酸钙（CSA）对MPC体系p H值的影响可以相互抵消,体系的p H值控制在10.50～11.00时,煅烧产物中应控制MgO为20%～40%、CSA为40%～60%和C2S为15%～35%。基于CaO-MgO-SiO2体系,利用石英固钙,将白云石-石英煅烧产物作为碱性组分制备MPC。首先,通过对相同细度的白云石-石英进行煅烧,提出粗石英和细白云石搭配煅烧的方案,通过分析煅烧产物的性能,优选出合适的配料及煅烧制度,并用该煅烧产物配制MPC净浆,对其性能、水化产物及微观形貌进行研究。最后研究其水化反应机理,尤其是C2S在MPC中的作用。研究结果表明,当利用细白云石-粗石英搭配进行煅烧时,细白云石/粗石英=1.5,在1250°C煅烧1 h,煅烧产物中含17%MgO、26%C2S和41%SiO2。用其完全取代重烧MgO后配制出凝结时间16 min,3 h抗压强度达22 MPa,7 d强度为63 MPa的MPC。其水化产物中结晶较好的物质仍主要是鸟粪石,同时生成了少量的Ca（OH）2。煅烧产物中有游离CaO,对后期强度发展及安定性有不利影响,通过优化煅烧温度以及白云石与石英颗粒细度搭配,能降低或消除游离CaO的不利影响。C2S在MPC中具有一定反应活性,能与磷酸盐形成磷硅酸盐无定形物质,对MPC的强度发展也是有利的。基于CaO-MgO-Al2O3-SO3-SiO2体系,利用矾土-石膏固钙,将白云石-矾土-石膏煅烧产物作为碱性组分制备MPC。首先研究配料理论及煅烧制度,然后对煅烧产物的性能进行分析。用该煅烧产物配制MPC,并对水泥性能进行测试,同时还研究其水化反应机理,尤其是C4A3（?）在MPC的作用。研究结果表明,将白云石-矾土-石膏混合物在1200°C煅烧30 min后,制备出含26%MgO、17%C2S和51%C4A3（?）的煅烧产物,用其完全取代重烧MgO后成功配制出凝结时间24 min,3 h抗压强度高达46 MPa,360 d强度达80 MPa的MPC。与用重烧MgO相比,用煅烧粉末制备的MPC,凝结时间延长、水化放热降低,但力学性能接近。鸟粪石仍然是最主要的结晶较好的水化产物,而C4A3（?）的含量随养护龄期增大而逐渐降低。部分C2S参与了水化反应并生成包含聚合硅链的无定形物相,而大量C4A3（?）参与水化反应且形成含有Al-P的无定形相。对比上述两条固钙路径,用矾土-石膏固钙更优。将白云石-矾土-石膏煅烧产物用于配制MPC,研究水泥配合比对性能影响,浸水养护环境下和高温环境下的稳定性以及配制砂浆时的性能。研究结果表明,含硅酸二钙-硫铝酸钙MPC的抗压强度与磷酸盐种类、碱性组分/ADP比值、硼砂掺量和W/B密切相关。在低于950°C高温环境下,用煅烧粉末配制的MPC比用重烧MgO时更稳定。含硅酸二钙-硫铝酸钙的MPC净浆在浸水养护下90 d前的抗压强度有明显提升,且后期强度保持稳定。浸水养护条件下净浆试件体积仍较为稳定,360 d的膨胀率仅为0.08%。浸水养护条件会促进C4A3（?）在早期的水化,生成含Al-P相的无定形絮状结构,填充在孔隙中,是浸水环境下强度提升的主要原因。当白云石-矾土-石膏体系的煅烧温度为1200°C,用煅烧产物作为碱性组分配制的MPC砂浆凝结时间为27 min、自由流动度150 mm、3 h抗压强度41.0 MPa、7 d为57.5 MPa、180 d达74.4 MPa。此外,浸水条件下砂浆的力学性能有所提升。