随着我国经济的迅猛发展、科技的快速进步,对硅酸盐水泥需求量急剧增加。这对我国日益紧张的能源和资源造成了巨大的压力,同时也严重污染了人类的生存环境。因此,在水泥的生产和应用中最大可能的消化利用人类社会活动中排出的工业废渣(如粉煤灰、矿渣等)和尽可能少的水泥熟料来制备高性能混凝土,已成为人类追求的目标之一。然而大量的研究和实践证明,工业废渣的应用,尤其是掺量较大和掺加多种工业废渣的情况下,将造成水泥石的组成、结构及形成发展过程与普通水泥石显著不同,有时给水泥基材料性能带来了一些负面影响:如早期强度偏低、对养护要求严格、材料的抗冻性变差、自收缩增大、碳化速度加快等等。这些问题的出现要求人们对水泥-工业废渣体系的水化进程、水化产物的数量、组成及各个层次结构的影响等进行系统研究,充分认识工业废渣对水泥基材料性能的正负效应,已达到扬长避短、合理应用工业废渣的目的。本文重点研究矿渣和粉煤灰这两种来源最广、在混凝土中应用最为广泛的工业废渣,详细探讨不同类型、不同掺量(尤其是大掺量)、不同复合比例的工业废渣,在不同水胶比和不同养护龄期下废渣的反应程度、体系中CH含量、非蒸发水含量、孔结构及力学性能。以认识工业废渣对水泥基材料性能的正负效应、合理应用工业废渣为目的,系统研究工业废渣对复合体系的水化进程、水化产物的数量、组成及结构的影响。经过大量试验和理论分析,依据胶凝材料的单一、二元或多元复合对水泥基材料硬化前后各种性能的贡献和机理,定量测量了矿渣和粉煤灰的反应程度;依据工业废渣-水泥体系的水化产物和微观结构特征,分析了水化反应进程中水泥与矿渣或粉煤灰对CaO的提供与需求模式;分析了工业废渣与水泥的叠加与互补效应;确定了使水化产物数量和微观结构优于水泥的二元或三元复合水泥基材料中不同胶凝材料间质量比的范围;提出了不同工业废渣(如粉煤灰、磨细矿渣),为满足不同强度要求、不同物理力学和耐久性能要求的最佳掺量及确定的理论依据。本研究为科学运用工业废渣、有效发挥其作为活性掺合料的功效、提高活性掺合料及其多元复合水泥基材料配合比设计的科学性及实现性能预测的准确性提供了新的科学依据。