高摻量煤矸石水泥的制備與研究.pdf

1、我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家之一，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，大量的煤系工業(yè)廢棄物應(yīng)運(yùn)而生，其中以煤矸石的堆存量最大，但利用率最低。大量堆存的煤矸石帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，成為我國(guó)急待開(kāi)發(fā)的可利用資源。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使得水泥的需求量不斷提高，然而，從環(huán)境、能源和資源方面考慮，則要求減少水泥的生產(chǎn)量和使用量。為了解決這種供與求的矛盾，維持水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，唯一的方法是減少使用污染大、能耗高的硅酸鹽水泥熟料，增加水

2、泥中活性混合材的摻量。本課題基于上述的觀點(diǎn)，并結(jié)合徐州地區(qū)煤矸石的資源狀況，以徐州央河煤礦煤矸石為研究對(duì)象，采用了熱活化、熱-化學(xué)的活化方法，成功制備了符合國(guó)家42.5水泥要求的高摻量煤矸石水泥，主要的研究結(jié)果如下：
　　 徐州央河煤礦煤矸石的主要礦物組成為高嶺土、石英等，且燒失量較大，摻入水泥中使得煤矸石水泥強(qiáng)度迅速下降。針對(duì)央河煤礦煤矸石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用煅燒的方法對(duì)煤矸石進(jìn)行熱活化，研究結(jié)果表明：煅燒能夠破壞煤矸石中粘土礦物

3、硅氧鍵，鋁氧鍵，形成大量的活性SiO2和Al2O3，增加了硅鋁離子的溶出量，提高煤矸石的活性，從而使得煤矸石水泥的強(qiáng)度提高。徐州煤矸石水泥最佳熱活化工藝條件為650℃保溫2h，區(qū)別于太原(700℃)、山東(700℃)、福建(750℃)等地煤矸石的最佳熱活化溫度。在此活化條件下，摻50％熱活化煤矸石的高摻量煤矸石水泥28d強(qiáng)度為41.8MPa，比摻50％未活化煤矸石的煤矸石水泥強(qiáng)度提高了22MPa。
　　 采用外加劑進(jìn)一步提高燒煤

4、矸石的活性，其力學(xué)性能研究結(jié)果表明，無(wú)機(jī)外加劑中，以5％硫酸鈉的效果最好，其28d強(qiáng)度達(dá)到了60.8MPa：有機(jī)外加劑中以1％硅烷偶聯(lián)劑的效果較好，其28d強(qiáng)度達(dá)到了57.1MPa：復(fù)合外加劑中以4％硫酸鈉和1％硅烷偶聯(lián)劑復(fù)合的效果最好，28d強(qiáng)度達(dá)到62.9MPa。有機(jī)外加劑對(duì)煤矸石水泥的凝結(jié)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)稠度的影響結(jié)果表明：PEG具有減水的效果，但對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響不大；PVA具有緩凝，需水量大的特點(diǎn)；硅烷偶聯(lián)劑具有促凝特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)稠度需

5、水量的影響不大。養(yǎng)護(hù)制度對(duì)煤矸石水泥強(qiáng)度的影響結(jié)果表明：干濕循環(huán)養(yǎng)護(hù)(7d水養(yǎng)21d干養(yǎng)護(hù))更有利于摻有機(jī)外加劑的煤矸石水泥強(qiáng)度的發(fā)展。
　　 采用XRD、SEM、TG-DSC等測(cè)試手段分析和研究了外加劑-煤矸石-水泥復(fù)合體系的水化過(guò)程。研究結(jié)果表明，有機(jī)外加劑、復(fù)合外加劑均能促進(jìn)煤矸石水泥的水化，水化產(chǎn)物也相似主要為C-S-H、水化鋁酸鈣、鈣礬石、碳酸鈣、氫氧化鈣、沸石等。通過(guò)SEM圖片看出摻有機(jī)外加劑和復(fù)合外加劑的煤矸石水泥

6、的水化樣中含有大量的絮凝狀物質(zhì)和纖維狀物質(zhì)，長(zhǎng)纖維狀物質(zhì)相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，絮凝狀的團(tuán)體覆蓋在水泥水化產(chǎn)物的表面，并填充水泥漿體的孔隙，使得漿體的結(jié)構(gòu)更加的密實(shí)。
　　 采用硅烷偶聯(lián)劑和硫酸鈉為復(fù)合外加劑，以煅燒煤矸石為主要原料成功制備了高性能高摻量的煤矸石水泥，其配比為：煤矸石60％，水泥熟料31％，石膏5％，硫酸鈉4％，有機(jī)外加劑摻量為2％(硅烷偶聯(lián)劑1％，PCAl％)。各項(xiàng)性能測(cè)試表明：高摻量煤矸石水泥可以達(dá)到國(guó)家42.