碱式硫酸镁水泥（BMSC）是以活性氧化镁和硫酸镁溶液为主要原料的新型镁质胶凝材料，具有高强、高韧及优异的加工性能等优点，可广泛应用于建筑装修、市政工程、隔音保温、地下人防工程等诸多领域。然而，在利用盐湖卤水或低品位矿石低成本制备镁建材用活性氧化镁的过程中，不可避免地混入钙杂质（如CaO或CaCl₂）。这些钙杂质在BMSC水化过程中大量消耗硫酸根，生成对强度贡献极低的石膏，导致水泥后期强度急剧下降甚至开裂。传统“除杂”思路虽有效，却大幅增加生产成本，严重削弱盐湖镁资源的工程应用优势。
团队针对问题开展系统深入的机理研究与调控策略探索，获得了三项重要发现：一是提出“杂质对”新视角。钙杂质并非孤立的Ca2+，矿石引入的CaO携带O2-（水化后转化为OH-），盐湖卤水残留的CaCl2则携带Cl-，两者与硫酸根反应后走向截然不同的水化路径。二是揭示差异性影响机理。CaO快速水化释放大量OH-转化为低胶结性能的Mg(OH)2，因此BMSC强度损失更为严重；而CaCl2中的Cl-则参与形成具有优异胶结性能的5·1·8相，部分补偿强度下降。第三，颠覆传统认知。实验证实在硫酸镁供给充足时，CaO释放的OH-同样可参与生成BMSC的主要强度相—5·1·7相，从根本上转变了“钙杂质只能被去除”的传统观念，表明CaO具备充当BMSC碱性原料的化学潜力。基于上述机理，团队提出了增加硫酸镁用量调控含CaO的BMSC性能优化策略。实验验证表明，该策略无需增加除杂工序，即使钙含量高达40%，仍能有效恢复BMSC力学性能，为利用低品位矿石乃至含钙工业固废部分替代活性氧化镁制备高强BMSC提供了科学依据和简洁工艺路径。
研究成果以“Understanding the effects of calcium impurities on basic magnesium sulfate cement: Mechanisms and optimization strategies”为题发表在《Cement and Concrete Research》（中科院1区Top，IF 13.1，结构与建筑技术领域排名第1）。本研究得到国家自然科学基金（52208254、52462004）、青海省重点研发与转化计划（2023-GX-105）等项目的资助。
供稿：化工学院
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