Performance and reaction mechanism of slag-based calcium oxalate cement

Liu Lianming; Zhao Xiaoteng; Yan Cuirong; Luo Zhongqiu; Zhang Hao; Chen Jing; Yang Junfei; Yu Guiyuan; Zhou Xintao

doi:10.11714/acta.snus.ZR20260007

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Performance and reaction mechanism of slag-based calcium oxalate cement

Research articles | 更新时间：2026-07-24

- Performance and reaction mechanism of slag-based calcium oxalate cement
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 65, Issue 4, Pages: 170-178(2026)
- 作者机构：
  
  1.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明 650500
  2.昆明冶金职业大学环境与化工学院，云南昆明 650033
  3.云南精石新型建材科技有限公司，云南昆明 654100
  4.中铁八局集团昆明铁路建设有限公司，云南昆明 650200
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20260007
  CLC： TQ172.4;X705
- Received：07 January 2026，
  
  Revised：2026-01-27，
  
  Accepted：11 February 2026，
  
  Online First：01 April 2026，
  
  Published：25 July 2026
- 稿件说明：
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刘恋明,赵晓腾,阎崔蓉等.矿渣基草酸钙水泥性能及其反应机理[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(04):170-178.

Liu Lianming,Zhao Xiaoteng,Yan Cuirong,et al.Performance and reaction mechanism of slag-based calcium oxalate cement[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(04):170-178.
刘恋明,赵晓腾,阎崔蓉等.矿渣基草酸钙水泥性能及其反应机理[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(04):170-178. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260007.

Liu Lianming,Zhao Xiaoteng,Yan Cuirong,et al.Performance and reaction mechanism of slag-based calcium oxalate cement[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(04):170-178. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260007.

摘要

为实现含钛高炉矿渣（TBBFS）的高值资源化利用，基于TBBFS的高钙特性，以TBBFS为钙源、草酸（OA）为酸激发剂、硼砂（BX）为缓凝剂，通过常温酸碱反应制备了矿渣基草酸钙水泥（COC），系统考察了TBBFS与OA质量比［

（TB

BFS）/

（OA）］及缓凝剂掺量对材料力学性能与水化过程的影响。结果表明，当

（TBBFS）/

（OA）=6∶1，缓凝剂掺量0.5%（

）时，所制备的草酸钙水泥初凝时间为11.32 min，28 d抗压强度可达27.05 MPa，兼具良好的施工性能与力学性能。主要水化产物为CaC

·2H

O和无定形硅酸/二氧化硅凝胶，硬化机理体现为多步骤协同的物相构建过程。在该体系中，OA溶解后形成的酸性环境促使TBBFS中钙硅酸盐相溶解释放Ca

与SiO

，分别与C

及H⁺反应，先后生成凝胶相CaC

·2H

O和具有增韧与填充作用的无定形硅酸/二氧化硅。同时，化学惰性的钛酸钙（CaTiO

）均匀分布于基体中，起到微集料增强作用。形成的“刚性骨架-柔性界面-惰性填充”的多级复合结构，通过各物相在微观尺度上的有序形成与协同作用，实现了材料强度、韧性与耐久性的协同提升。

Abstract

To achieve high-value utilization of titanium-bearing blast furnace slag（TBBFS），this study employed high-calcium content TBBFS as a calcium source，oxalic acid as an acid activator，and borax as a retarder to prepare slag-based calcium oxalate cement（COC）via an acid-base reaction. The effects of the mass ratio of TBBFS to oxalic acid［

（TBBFS）/

（OA）］and the retarder dosage on the mechanical properties and hydration process of COC were systematically investigated.The results showed that at a

（TBBFS）/

（OA） ratio of 6 and a retarder dosage of 0.5%，the prepared COC exhibited an initial setting time of 11.32 min and compressive strength of 27.05 MPa （28 d），demonstrating both favorable workability and mechanical performance.The main hydration products were identified as CaC

·2H

O and amorphous silicic acid/silica. The hardening mechanism involves a multi-step synergistic phase-formation process.First， the acidic environment created by the dissolution of oxalic acid promotes the release of Ca

and SiO

ions from calcium silicate.These ions then react with oxalate（C

） and hydrogen ions（H

） to form the primary binding phase（CaC

·2H

O）， while

the resulting amorphous silicic acid or silica gel contributes to toughening and pore-filling.Meanwhile， chemically inert calcium titanate（CaTiO

）particles are uniformly distributed throughout the matrix，functioning as reinforcing micro-aggregates.This hierarchical composite structure achieves a synergistic enhancement in strength，toughness，and durability through the orderly formation and cooperative interaction of different phases at the microscale.

关键词

Keywords

references

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