煤矸石活化及在建材中应用研究

论文摘要

煤矸石是在煤炭洗选过程中产生的固体废弃物,它约占原煤产量的10%～20%,是我国排放量最大的工业废渣之一。煤矸石的大量堆放不仅占用大量的土地,而且严重的污染了周围的环境。本文采用机械激发、机械-热激发、机械-热-化学复合激发等手段对内蒙古产高铝煤矸石进行了活性激发研究。采用粒度、比表面积、堆积密度、胶砂强度分析方法,以及X-射线衍射分析等,对煤矸石进行机械活化研究。研究结果表明,煤矸石粉磨1h后10μm以下的颗粒已达到56.08%；加入助磨剂六偏磷酸钠后对比未加入助磨剂粉磨的煤矸石,相同粉磨时间下,煤矸石的粒径都得到了细化,说明助磨剂六偏磷酸钠起到了一定的助磨作用；煤矸石颗粒的比表面积随着粉磨时间的增加呈增长的趋势；经胶砂强度分析发现,加入助磨剂的煤矸石经过三个小时粉磨后,煤矸石掺量为20%的复合水泥的强度最高,28d抗压强度为45.38Mpa,为纯水泥28d胶砂强度（50.23Mpa）的90%；从XRD分析也可以看出,随粉磨时间增加,煤矸石中的高岭石逐渐无定型化。以水泥胶砂强度为测定标准对不同温度煅烧煤矸石的活性进行了分析,研究结果表明,未燃煤矸石不具有活性或活性很低,经高温煅烧后的煤矸石活性得到明显的改善。本课题所用内蒙古煤矸石为高铝煤矸石,具有一定的特殊性,经800℃煅烧的煤矸石水泥胶砂强度最高。经SEM、XRD、红外光谱分析,认为煤矸石中的高岭石在800℃得到充分分解,转变成活性SiO2和Al2O3,因此800℃是最佳活化温度。以水泥胶砂强度为测定标准对800℃煅烧的煤矸石经化学激发（即机械-热-化学复合活化）后的活性进行了评价。首先对先增钙后煅烧和先煅烧后增钙两种活化方式进行了评价,结果表明,先增钙后煅烧的活化方式要优于先煅烧后增钙。其次,在增钙煅烧的煤矸石中分别加入Na2SiO3·9H2O、Na2SO4,并进行水泥胶砂强度试验,试验结果表明,2%Na2SO4+15%Ca（OH）2对煤矸石活性激发效果最佳。同时,本论文还对800℃煅烧活化的煤矸石在混凝土和灌浆料中进行了应用研究。结果表明,煤矸石替代水泥20%、30%时后期混凝土抗压强度均高于不掺煤矸石混凝土的抗压强度,而且煤矸石的掺入有利于抗钢筋锈蚀；煤矸石在灌浆料中应用效果也不错,其中做为掺合料应用效果优于作为胶凝材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 煤矸石引起的环境问题
• 1.2 煤矸石的特性
• 1.2.1 煤矸石的分类
• 1.2.2 煤矸石的岩石类型
• 1.2.3 煤矸石的矿物组成
• 1.2.4 煤矸石的化学组成
• 1.3 煤矸石的综合利用现状
• 1.3.1 国外煤矸石综合利用现状
• 1.3.2 国内煤矸石综合利用现状
• 1.4 煤矸石活性激发方法
• 1.5 煤矸石再生利用中存在的问题
• 1.6 本研究的主要内容
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 研究内容及研究方案
• 2 原材料及其试验方法
• 2.1 原材料及其性质
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 煤矸石
• 2.1.3 其他原材料
• 2.2 主要实验设备
• 2.2.1 原材料加工仪器
• 2.2.2 成型仪器
• 2.2.3 测试仪器
• 2.2.4 其他工具
• 2.3 主要试验方法
• 2.3.1 物料处理
• 2.3.2 物理力学性能试验
• 2.3.3 微观结构特性试验
• 3 机械活化
• 3.1 实验方案
• 3.2 粒度分析
• 3.3 堆积密度分析
• 3.4 胶砂强度分析
• 3.5 煤矸石矿物组成的XRD分析
• 3.6 本章小结
• 4 热活化
• 4.1 实验方案
• 4.2 强度试验结果
• 4.3 热活化煤矸石结构特性分析
• 4.3.1 SEM分析
• 4.3.2 XRD分析
• 4.3.3 红外光谱分析
• 4.4 本章小结
• 5 机械-热-化学复合活化
• 5.1 增钙方式对煤矸石活性的影响
• 5.1.1 实验方案
• 5.1.2 试验结果分析
• 5.2 先增钙后煅烧方式研究
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 活化煤矸石应用研究
• 6.1 煤矸石在混凝土中的应用研究
• 6.1.1 配合比
• 6.1.2 煤矸石混凝土抗压强度测定
• 6.1.3 和易性
• 6.1.4 凝结时间的测定
• 6.1.5 抗氯离子渗透性
• 6.1.6 抗钢筋锈蚀
• 6.2 活化煤矸石在灌浆料中的应用
• 6.2.1 实验方案
• 6.2.2 实验结果及分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者读硕期间发表的论文
• 致谢