活化煤矸石在水泥砂浆中的应用研究

同时采用煅烧、机械细磨和添加化学激发剂三种手段加工处理煤矸石,采用力学性能测试研究了水泥砂浆的强度,通过XRD分析了煤矸石的成分和结构.试验结果表明,经复合加工处理后,煤矸石活化效果明显,得到的活化煤矸石掺混水泥胶砂强度较高.水玻璃的加入可进一步提高煤矸石的活性.经700℃煅烧,水玻璃加入量为1%样品的砂浆强度最高.     

活化煤矸石的胶凝性能研究

通过XRD、IR等方法,表征了未活化煤矸石的本征特性,在未活化煤矸石胶凝性能的基础上,研究了热活化、机械活化、化学活化方法对煤矸石潜在活性的激发作用。结果表明未活化煤矸石不适宜直接用作水泥辅助材料,机械活化和化学活化方法均能明显激发煤矸石活性并显著提高煤矸石水泥的力学性能,但热活化是煤矸石激发活性的必要条件,其最佳煅烧温度为700℃。     

煅烧温度对煤矸石活性的影响及机理研究

通过煅烧活化煤矸石,考察煅烧温度对煤矸石活性的影响,分析煅烧温度影响煤矸石活性的内在机理。结果表明:煅烧能够活化煤矸石,煅烧到750℃并保温2 h的煤矸石活性最好,其水泥胶砂28 d抗压强度比为76.6%。煅烧温度升高,煤矸石颗粒尺寸减小,1 050℃煅烧煤矸石颗粒尺寸最小,其分级颗粒分布峰值位于30μm附近。煤矸石脱除羟基转变为偏高岭石的相变温度为529.1℃,偏高岭石重新结晶转变为莫来石的相变温度为1 015.2℃,热失重为15.55%。750℃煅烧煤矸石的红外光谱振动最强。煅烧改变煤矸石的²⁷Al-O、²⁹Si-O配位数,750℃煅烧煤矸石活性最好。     

煤矸石提取氧化铝活化过程的研究

铝、硅主要以高岭土形式存在于煤矸石中,活性非常低,在高温下煤矸石微观结构中各微粒产生剧烈的热运动,形成处于热力学不稳定状态玻璃相结构,可使烧成后的煤矸石中含有大量活性氧化铝,达到活化目的.本实验以萤石为助剂、煤粉为还原剂,采用石灰石烧结法活化煤矸石.实验表明,最佳活化条件为:石灰饱和系数KH0.8、萤石用量1％、煤粉的加入量1.5％、煅烧温度1260℃、烧成时间90 min.此条件下煤矸石中氧化铝的溶出率高达89.5％.     

煤矸石活化工艺试验

采用加热活化与机械活化试验方法对三河地区煤矸石进行了活化研究.活性大小以掺入煤矸石的水泥强度进行评价,结果表明:原状煤矸石不宜用做水泥掺合料,其直接掺入水泥后,不仅影响水泥强度,也影响水泥的外观质量;通过煅烧,可以提高煤矸石活性;煤矸石细度增大,亦能提高煤矸石的活性,但程度不明显,建议该地区煤矸石煅烧温度为750℃,磨细细度为455 m2/kg左右.     

煤矸石灌浆材料的水化反应机理

对煤矸石灌浆材料的水化机理进行了分析,发现浆材的水化物主要为CSH凝胶、CH晶体、水化铝酸钙以及水化硫铝酸钙(AFt)等,同时还有未水化的活性矿物晶相,可以保证结石体强度有继续增大的趋势。结果表明,煤矸石采用低温煅烧、机械活化、化学活化、晶种活化等活性激发措施后,再加入ZGW复合激发剂,适合作为灌浆材料。     

煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁，为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题，提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料，采用单因素实验设计法，研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明，初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现，在碱激发剂的作用下，未煅烧的煤矸石结构被破坏，与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。     

煤矸石质似膏体充填胶结料的研制及水化机理研究

对样品煤矸石进行煅烧以激发其活性,通过热重与差热分析得出煤矸石的温度活性区域,采用复合热液蚀变的活化方法确定了制作煤矸石蚀变物料的最佳参数,并以此为基础再配以水泥熟料、矿渣、石膏等研制了符合水泥国家标准的32.5与42.5标号的似膏体充填胶凝材料。采用XRD衍射分析与SEM电镜扫描等研究手段,对其水化机理进行了分析,确定了其前期强度来源于水泥熟料的水化作用,后期强度主要是因为大量碱铝基硅酸盐C-S-A-H凝胶的形成。     

用活化煤矸石制备新型胶凝材料

采用脱硫石膏和分析纯CaO作为活性激发剂,通过3种方式活化北京房山煤矸石,并检测、分析用不同方式活化的煤矸石制成的胶凝材料的强度,进而研究了活性激发剂和混磨方式对试验材料热蚀变活化的影响。运用X射线衍射分析表征了煤矸石活化前后的微观特性;运用胶砂试块强度分析和扫描电镜（SEM）分析表征了煤矸石质胶凝材料的胶凝活性。结果表明：该煤矸石的主要活性来源是粘土类矿物,700 ℃煅烧时煤矸石中的高岭石和绿泥石脱水、分解,生成无定形SiO₂和Al₂O₃,与CaO发生固相反应,湿混工艺下固相反应完全,生成C₁₂A₇和C₂S两种水硬性活性物质,活化物料具有较高的胶凝活性。     

煤矸石综合利用的现状

由于煅烧后的煤矸石具有较强的活性,应继续加强煤矸石作为水泥混合材和混凝土掺合料的研究,开展煅烧煤矸石掺入后对水泥、混凝土强度、抗冻、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀和氯离子渗透性等性能的研究,为扩大水泥混凝土中的掺入量,增加煤矸石的利用率提供理论基础。