高摻量煤矸石水泥的制備與研究.pdf

1、我國是以煤為主要能源的國家之一，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，大量的煤系工業(yè)廢棄物應運而生，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了嚴重的環(huán)境污染問題，成為我國急待開發(fā)的可利用資源。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，大規(guī)模的基礎設施建設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，并結合徐州地區(qū)煤矸石的資源狀況，以徐州央河煤礦煤矸石為研究對象，采用了熱活化、熱-化學的活化方法，成功制備了符合國家42.5水泥要求的高摻量煤矸石水泥，主要的研究結果如下：
　　 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度迅速下降。針對央河煤礦煤矸石的結構特點，采用煅燒的方法對煤矸石進行熱活化，研究結果表明：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強度為41.8MPa，比摻50％未活化煤矸石的煤矸石水泥強度提高了22MPa。
　　 采用外加劑進一步提高燒煤

4、矸石的活性，其力學性能研究結果表明，無機外加劑中，以5％硫酸鈉的效果最好，其28d強度達到了60.8MPa：有機外加劑中以1％硅烷偶聯(lián)劑的效果較好，其28d強度達到了57.1MPa：復合外加劑中以4％硫酸鈉和1％硅烷偶聯(lián)劑復合的效果最好，28d強度達到62.9MPa。有機外加劑對煤矸石水泥的凝結時間和標準稠度的影響結果表明：PEG具有減水的效果，但對凝結時間的影響不大；PVA具有緩凝，需水量大的特點；硅烷偶聯(lián)劑具有促凝特點，對標準稠度需

5、水量的影響不大。養(yǎng)護制度對煤矸石水泥強度的影響結果表明：干濕循環(huán)養(yǎng)護(7d水養(yǎng)21d干養(yǎng)護)更有利于摻有機外加劑的煤矸石水泥強度的發(fā)展。
　　 采用XRD、SEM、TG-DSC等測試手段分析和研究了外加劑-煤矸石-水泥復合體系的水化過程。研究結果表明，有機外加劑、復合外加劑均能促進煤矸石水泥的水化，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SEM圖片看出摻有機外加劑和復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和纖維狀物質，長纖維狀物質相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結構，絮凝狀的團體覆蓋在水泥水化產(chǎn)物的表面，并填充水泥漿體的孔隙，使得漿體的結構更加的密實。
　　 采用硅烷偶聯(lián)劑和硫酸鈉為復合外加劑，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％，有機外加劑摻量為2％(硅烷偶聯(lián)劑1％，PCAl％)。各項性能測試表明：高摻量煤矸石水泥可以達到國家42.