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随着社会的发展,水泥向着高性能、低能耗、良好的耐久性和更加符合生态要求的方向发展。高胶凝性水泥熟料是制备高性能水泥的关键,提高熟料中阿利特(C3S)含量,是提高水泥胶凝性的有效途径之一。而通过掺杂技术是制备高C3S含量硅酸盐水泥熟料的重要途径。因此,本文通过在高阿利特水泥熟料中掺杂氧化钡,研究了其对高阿利特生料易烧性以及对高阿利特水泥熟料组成、结构和性能的影响;同时探讨了掺杂BaO的高阿利特熟料形成过程的动力学机制,以获得高阿利特水泥熟料形成的动力学数据;通过在高阿利特水泥熟料中掺杂硫酸钡,并形成少量具有快硬早强性能的硫铝酸钡钙矿物(C2.75B1.25A3S ),制备了硫铝酸钡钙矿物改性高阿利特硅酸盐水泥熟料。采用正交实验方法确定了该熟料的最佳组成和熟料的最佳煅烧制度。通过XRD、SEM-EDS和岩相等测试方法对上述两种熟料的组成、结构和性能进行了分析,阐明了掺杂作用下提高该水泥性能的机理。主要结论如下:在掺杂BaO的条件下,确立了高阿利特硅酸盐水泥熟料中BaO的最佳掺量和煅烧温度。BaO可以降低液相出现温度、液相粘度和提高液相量,加速f-CaO的吸收。该熟料中BaO的最佳掺量是1.5%,最佳煅烧温度是1400℃,比硅酸盐水泥熟料的烧成温度低50℃左右,降低了烧成能耗;在BaO最佳掺量和煅烧温度条件下,所制备的高阿利特水泥在3d、7d和28d龄期时,其抗压强度分别达到了41.9MPa、73.7MPa和110.4MPa,表现出了良好的力学性能;掺杂BaO使熟料中C3S矿物形成的速率常数增大,反应形成活化能降低,加快了熟料矿物的形成速率;熟料形成反应属于扩散动力学范围,满足Glinstling动力学方程:f(a)=1-2/3a-(1-a)2/3=Κt。但在1450℃的高温下,掺杂BaO对C3S的形成是不利的,并使熟料中f-CaO含量增加,C3S结晶程度下降。在掺杂BaSO4的条件下,确立了硫铝酸钡钙矿物改性高阿利特水泥熟料的最佳矿物组成为:C2.75B1.25A3S -4.0%,C3S-65.8%,C2S-10.9%,C3A-7.7%,C4AF-11.7%,即4.0%的C2.75B1.25A3S和96.0%的高阿利特硅酸盐水泥熟料,其中高阿利特硅酸盐熟料率值分别为硅率2.3,铝率1.4,石灰饱和系数0.94;确定了该水泥熟料的最佳煅烧制度,熟料的烧成温度为1380℃,保温时间60 min,冷却方式是分段冷却;在最佳熟料组成和煅烧制度条件下,所制备的硫铝酸钡钙矿物改性高阿利特水泥的净浆小试体的3,7,28d龄期抗压强度分别达到了43.4,80.6,123.8 MPa,展现了良好的力学性能;在降低熟料烧成温度的前提下,提高了水泥的性能,同时大大降低了烧成能耗。该熟料中阿利特含量较多,矿物发育良好,轮廓清晰完整,形状多为不规则的六角板状,尺寸均匀,在20~40微米之间;贝利特矿物呈圆粒状,表面带有明显的交叉双晶纹,同时侵蚀后B矿呈蓝色,活性提高。掺杂少量的BaO和BaSO4可以促进熟料中C3S矿物的形成,促进A矿、B矿的晶体发育,改善了B矿的晶体结构,进一步提高了高阿利特硅酸盐水泥的性能。