基于煅烧煤矸石的复合水泥强度研究

以低品位煤矸石为原料，制备了添加煅烧煤矸石、煅烧煤矸石和石灰石复配料的复合水泥，研究了煅烧煤矸石掺量对水泥抗压强度的影响。结果表明煅烧煤矸石具有明显的火山灰活性，掺入量达到30%时，28d强度活性指数仍达到87%；石灰石的掺入，对复合水泥的强度发展起到了抑制作用，增加复配料中煅烧煤矸石的比例，可在一定程度上改善水泥强度。     

注浆专用水泥的实验研究

论文针对注浆成本高,煤矸石活性低、利用率低等问题,结合我国当前注浆材料和煤矸石活性激发的研究现状,配制一种注浆专用水泥.首先采用机械活化方式,结合比表面积和能耗,优选出最佳的煤矸石机械粉磨时间,然后研究煅烧温度和化学激发剂掺量对水泥强度影响的变化规律,并结合各种活化方法对水泥流动度、凝结时间的影响规律得出煤矸石水泥的最佳配比.利用电化学工作站分析了煤矸石基水泥内部孔结构的变化规律;利用SEM对煤矸石的活性增强机理、煤矸石水泥强度增强机理进行了探讨,为注浆专用水泥的进一步研究提供了可靠的依据.     

煤矸石对硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、反应程度、孔溶液碱度和SEM等方面,研究了煤矸石作为水泥辅助胶凝材料的水化情况,并与Ⅱ级粉煤灰进行比较。试验结果表明:煤矸石发生火山灰反应时间比粉煤灰早,且发生火山灰反应所需的碱度值比粉煤灰低;掺煤矸石水泥水化样的早期抗压强度比粉煤灰水泥水化样低,但7d到28d强度增长速率明显大于相同掺量的粉煤灰水泥,相同28d抗压强度的条件下,煤矸石掺量比粉煤灰的掺量高10%。     

低温合成煤矸石水泥的研究

试验采用低温合成方法将煤矸石制成低温合成煤矸石水泥熟料，采用XRD分析、力学性能测定等测试方法．研究了熟料的矿物组成与水泥的物理性能。结果表明：采用水热合成低温煅烧工艺生产低温合成煤矸石水泥这一技术路线是可行的．该技术具有煅烧温度低、煤矸石用量大等特点，合成熟料的胶凝矿物主要为β-C2S和C2A7，因此该种水泥具有快凝、早强等特点：将低温合成煤矸石水泥与硅酸盐水泥按适当配比掺合，可以得到早期强度更高的特种煤矸石水泥。     

煤矸石颗粒群分布与煤矸石水泥活性的关系研究

本文将纯硅酸盐水泥、煤矸石按不同的粉磨时间序列处理成若干个不同颗粒群分布的试样,配制成一系列煤矸石硅酸盐水泥(煤矸石掺量均为30％),进行胶砂强度检验。采用灰色关联分析方法研究了煤矸石各粒径范围颗粒含量与煤矸石水泥强度的相互关系。结果表明:(1)煤矸石粒径在10μm以下的颗粒体积百分数与煤矸石水泥的强度均为正关联,而大于10μm的颗粒与煤矸石水泥的强度均为负关联,说明小于10μm的颗粒对强度增长有积极贡献;而大于10μm的颗粒对强度增长不利。(2)R-R分布表明:在煤矸石达到一定细度的条件下,宽分布试样有较多的小于10μm颗粒。     

煤矸石颗粒分布对煤矸石-水泥体系水化及性能的影响

通过筛分得到不同颗粒级配的煤矸石,将其与硅酸盐水泥进行混合,得到具有不同颗粒级配的煤矸石-水泥体系。研究了煤矸石-水泥混合体系净浆的工作性能、力学性能及水化程度。结果表明:增加煤矸石中40μm以下颗粒含量有利于提高煤矸石-水泥体系的早期强度,但过多的提高煤矸石中1μm以下颗粒含量未必对提高煤矸石-水泥体系的3d强度有利,合理的颗粒级配很重要;煤矸石中保持一定量的40￣80μm颗粒含量是有必要的,适当增加其含量,有利于减少煤矸石-水泥体系浆体的流动度损失,有利于综合发挥煤矸石在水泥体系中物理堆积作用和火山灰活性作用,提高煤矸石-水泥体系的28d强度及后期强度。     

煤矸石-水泥颗粒群匹配与性能关系的人工神经元网络

建立煤矸石水泥胶砂强度与影响煤矸石水泥胶砂强度的主要因素(如：水泥细度、煤矸石细度以及煤矸石与水泥的细度匹配)间的量化预测模型。采用以反向传播学习算法．即神经网络算法(back propagation arithmetic．BP)调整网络中各权值,对煤矸石-水泥体系的胶砂强度与其影响因子建立了BP神经网络模型。用另一套非建模数据进行检验。结果表明：预测值与实测值比较接近,相对误差不超过2%。这说明BP神经网络模型在本研究系统的建立足成功的,它从一些杂乱无章的数据中找出了隐含其中的规律,较好地反映了煤矸石-水泥颗粒群特征参数与其胶砂强度的非线性函数映射,为有效激发煤矸石水泥强度提供了颗粒群匹配的方法。     

硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构

用环境扫描电镜和能谱仪研究了硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构.结果表明:混合水泥中多孔的活化煤矸石和水泥水化产物发生二次反应消耗界面区大量氢氧化钙,生成水化硅酸钙(CSH)凝胶和钙矾石晶体,反应产物层从煤矸石表面向内部逐渐推进,逐渐将煤矸石的开口孔填满,未反应的煤矸石残核仍为多孔状.煤矸石中不同活性的SiO2反应生成的CSH凝胶形态不同,惰性SiO2作为微集料填充在硬化浆体中.煤矸石-反应产物的界面区结构非常致密,减弱了硅酸盐水泥中硬化浆体界面区间隙和氢氧化钙富集造成的不利影响.水化28d内混合水泥中煤矸石本身的强度和煤矸石-水化产物界面的强度均大于水化产物的强度.水化近1 a的混合水泥中以长石类为主的多孔煤矸石残核的强度低于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度,以石英为主的密实煤矸石的强度则高于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度.     

热活化煤矸石对水泥力学性能的影响

研究了500～1000℃下热活化煤矸石的特性,将热活化煤矸石以20%～60%的质量比掺到硅酸盐水泥中,进行水泥强度试验。结果表明,热活化温度对煤矸石的活性有很大影响,以伊利石为主要矿物组分的煤矸石在750℃左右煅烧的条件下具有较高的活性;水泥强度随着活化煤矸石掺量的增加呈逐渐下降趋势。相对而言,活化煤矸石掺入量在20%～30%之间变化时,水泥的强度值下降幅度较小;在30%～60%之间变化时,水泥的强度值下降幅度较大。     

煤矸石的热活化工艺研究

通过工艺实验、添加煤矸石水泥胶砂的强度测试、煅烧前后煤矸石成分及结构的XRD分析,研究了煅烧工艺条件对铜川某煤矿煤矸石火山灰活性的影响,探讨了热活化机理以及添加烧煤矸石能够提高水泥胶砂强度的原因,即煤矸石原来排列有序的晶体结构被打乱,形成热力学不稳定状态玻璃相结构,从而使烧成后的煤矸石中含有大量的活性氧化硅和氧化铝,而具有火山灰活性。实验发现所用煤矸石的最佳煅烧温度为700℃,此时水泥胶砂具有最高的抗压和抗折强度。     

影响煤矸石热激活的因素分析

分析了在利用煅烧煤矸石作水泥混合材时，若干影响煤矸石水泥强度的因素、煅烧煤矸石活性的来源以及如何对水泥强度起贡献的。分别讨论了煅烧温度、冷却方式、成分不同、物料的煅烧形态、保温时间等因素对煤矸石活性的影响。     

窑灰活化煤矸石水泥的性能研究

以窑灰活化煤矸石为混合材取代部分水泥熟料，测试其凝结时间、强度；以30％的取代量，研究了水泥的抗硫酸盐侵蚀和抑制碱集料反应性能。结果表明：（1）窑灰活化煤矸石的掺入使水泥凝结时向有所延长，掺入10％的窑灰活化煤矸石在一定程度上提高了水泥的后期强度，继续增加窑灰活化煤矸石的掺量，水泥的强度有所下降，掺量到30％时强度下降比较明显。（2）窑灰活化煤矸石的掺入，可使水泥的抗硫酸盐侵蚀性能有比较大的提高，抑制碱集料反应能力有所改善，但改善幅度有限。     

水泥-煤矸石体系颗粒群特征及其性能研究

将不同细度的煤矸石和不同细度的水泥混合，得到具有不同颗粒群分布的水泥—煤矸石试样。通过激光粒度分析和胶砂强度试验，考察它们的强度及相关性能，研究水泥—煤矸石体系的颗粒群分布与强度等性能之间的相互关系，并探讨煤矸石与水泥的最佳细度匹配方案。     

机械力化学效应对煤矸石水泥性能的影响

从充分发挥煤矸石潜在活性的观点出发,通过机械力化学作用对煅烧后煤矸石的活性进行进一步激发.将粉磨后不同细度煤矸石以不同掺量与熟料、石膏配置复合水泥,测定其3d、28d强度,标准稠度用水量和凝结时间.结果表明,经高能球磨后的煤矸石,其20%掺量的水泥胶砂强度可达53.8MPa,掺量为40%的水泥胶砂强度达到44.1MPa;煤矸石越细,标准稠度用水量越大,凝结时间越短.     

煤矸石的热力-化学复合活化研究

采用不同温度下的煅烧和添加化学激发物质的复合活化方法对煤矸石用作高性能水泥辅助性胶凝材料时潜在活性激发效果进行了实验探讨。实验结果表明,原始煤矸石未经任何处理直接用作水泥混合材时基本上不表现出火山灰活性,会导致水泥强度大幅度降低。煤矸石经600~900℃加热处理之后再与水泥混合使用,表现出显著的火山灰活性,水泥强度得到明显改善。用芒硝或水玻璃作为激发剂对煤矸石施加热力化学复合活化,在适宜的掺量范围内水泥强度,尤其是早期强度,得到进一步改善。采用水玻璃的场合活化效果优于采用芒硝的场合。煤矸石热力化学复合活化的适应范围为热处理温度600~800℃,水玻璃掺量不超过4%。     

自燃煤矸石作水泥混合材的试验研究

以磨细自燃煤矸石等量取代水泥熟料,制成自燃煤矸石水泥。试验研究了自燃煤矸石的掺量对水泥净浆流动度、标准稠度需水量、凝结时间和胶砂强度的影响。研究结果表明:自燃煤矸石可以作为水泥混合材使用,其掺量宜控制在30%以内。     

用高饱和、低硅率、低铁率配料烧制煤矸石水泥的研究

本文系介绍研究用未燃煤矸石代粘土,在立窑上烧制高标号水泥熟科,用自燃煤矸石作混合材,生产煤矸石总量占50％以上,质量符合火山灰质硅酸盐水泥国家标准的325号煤矸石水泥。文中着重介绍,作者通过对煤矸石基本性质的研究分析和对水泥烧成机理的研究,提出了生产高标号水泥熟料的高饱和、低硅率、低铁率配料的新见解。并用大量的实验室和工业生产试验数据,充分证明利用上述率值可以稳定烧制高标号的水泥熟料。在水泥生产实践中,获得了较好的技术经济效果,实现了优质、高产、低消耗、低成本。为更多的利用煤矸石生产水泥,闯出了新途径。     

煅烧煤矸石粒度对水泥水化性能的影响

通过将800℃煅烧煤矸石进行分级后,研究粒度变化对水泥水化性能的影响。随煤矸石掺量的增加,水泥试块强度逐渐下降,掺加不超过40%的煤矸石水泥的28 d抗压强度可达42.5级水泥的要求。掺加单粒级煤矸石时随粒径的下降,其水化活性增强。复合掺加时,粗细适当匹配可以获得更高的强度。     

添加不同温度煅烧煤矸石水泥的早期水化及浆体的显微结构

用X射线衍射仪,热重-差热仪,扫锚电镜。压汞法测定孔隙率和Ca(OH)2生成量分析等。研究分别掺加500～1100℃7个温度点煅烧煤矸石水泥的早期水化过程及其浆体的显微结构。结果表明：在7种试样中,掺700℃煅烧煤矸石水泥的早期水化最快。力学强度高,凝胶孔多,总孔隙率低,其早期水化产物为C-S-H凝胶、Ca(OH)2和钙矾石,在1～28d的水化试样中均存在钙矾石。研究表明：煅烧煤矸石能促进水泥熟料的水化。该促进作用随煤矸石的煅烧温度而异,以700℃煅烧煤矸石的促进作用为最好。     

高火山灰活性煅烧煤矸石添加量对水泥抗压强度的影响

为研究高火山灰活性下煤矸石添加量对水泥抗压强度影响,以龙岩翠屏山煤矿煤矸石为研究对象,分析了温度对煤矸石活性的影响以及煤矸石添加量对水泥强度的影响。结果表明:随着煅烧温度的增大,煤矸石烧失量在逐渐增大,烧失量与煅烧温度呈幂函数关系;随着煅烧温度的增大,煤矸石活性呈现先增大后减小的规律,煅烧煤矸石吸钙量与温度成二次多项式关系,推断实验煤矸石的煅烧最佳温度为750 ℃;随着煤矸石添加量的增加,水泥单轴抗压强度呈下降趋势,试件的抗压强度与煤矸石添加量成指数关系;随着龄期的增大,添加煤矸石的试件强度具有增长的趋势。研究结果对确定煤矸石添加量提供了理论依据,对指导煤矸石在凝胶材料中应用具有重要意义。