煤矸石-礦渣-粉煤灰地質(zhì)聚合物復(fù)合活化研究.pdf

1、地質(zhì)聚合物作為一種新型綠色膠凝材料，由于其具有強(qiáng)度高、硬化快、耐酸堿腐蝕、耐高溫等諸多特性，且多種富含活性硅鋁成分的固體廢棄物，如礦渣、粉煤灰和煤矸石等均可作為地質(zhì)聚合物的主要原料，實現(xiàn)“灰色”水泥向“綠色”的轉(zhuǎn)變，因此備受關(guān)注，已經(jīng)成為研究熱點。本文是國家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合項目《煤矸石在水泥和混凝土資源化利用中關(guān)鍵科學(xué)問題研究》(U1261122)的子項目，所有研究成果都是在該基金的資助下完成并取得的。
　　本文首先采用熱活化

2、和機(jī)械活化的方法，激發(fā)煤矸石潛在的活性。接下來以活化煤矸石、礦渣和粉煤灰為主體材料，在堿硅酸鹽作用下（化學(xué)活化），制備煤矸石-礦渣-粉煤灰地質(zhì)聚合物，重點研究煤矸石的復(fù)合活化技術(shù)。第一步選擇激發(fā)劑的陳化時間、氫氧化鉀摻量和激發(fā)劑品種三個因素，按正交表L16(45)進(jìn)行試驗研究，以膠砂抗折和抗壓強(qiáng)度為目標(biāo)函數(shù)，確定地質(zhì)聚合物配體的最佳配合比;第二步對煤矸石進(jìn)行熱、機(jī)械和化學(xué)活化，分別選擇煅燒溫度、研磨時間和激發(fā)劑摻量作為影響因素，通過單因

3、素對比試驗，確定各因素的最佳取值區(qū)間;第三步利用二次響應(yīng)曲面中的中心組合設(shè)計進(jìn)行試驗研究，建立煤矸石-礦渣-粉煤灰地質(zhì)聚合物中煤矸石活化方式對應(yīng)參數(shù)與其活性對應(yīng)蠶食之間的定量關(guān)系。取得以下研究成果:
　　(1)煤矸石-礦渣-粉煤灰地質(zhì)聚合物激發(fā)劑配體的最優(yōu)方案為:激發(fā)劑品種為硅酸鈉和氫氧化鉀，激發(fā)劑陳化時間48h，氫氧化鉀所占激發(fā)劑的比例為20％。各因素對膠砂強(qiáng)度影響程度大小順序為:激發(fā)劑種類＞激發(fā)劑陳化時間＞氫氧化鉀所占激發(fā)劑的

4、比例。
　　(2)阜新清河門礦煤矸石:①當(dāng)煅燒溫度控制在650℃～750°時，其配制的煤矸石-礦渣-粉煤灰地質(zhì)聚合物膠砂強(qiáng)度最高，說明煤矸石的活性最佳。XRD和SEM分析表明，隨溫度升高煤矸石中的高嶺石、云母等發(fā)生脫水反應(yīng)，700℃煅燒的煤矸石Si離子和Al離子溶出量最大。礦渣使聚合漿體整體結(jié)構(gòu)更為致密，粉煤灰和煅燒煤矸石中含有大量的鋁，形成具有架狀結(jié)構(gòu)的水合鋁硅酸鹽。②最優(yōu)的粉磨時間區(qū)域為1min-3min?；疑P(guān)聯(lián)分析顯示，粒