熱活化對赤泥-煤矸石膠凝性能的影響

本文首先就煤矸石的理化性能對煤矸石燒結磚產(chǎn)品質量的影響進行了探討,最后強調為了生產(chǎn)高質量的煤矸石燒結磚,必須有選擇地使用煤矸石,應嚴格控制物料的粉碎粒度,使之具有合理的顆粒級配、塑性指數(shù)和發(fā)熱量,并要剔除有害雜質。

以六盤水礦區(qū)劣質的高鐵高砂煤矸石為主要原料制備煤矸石免燒磚。分析礦渣細度、物料含水率、蒸養(yǎng)溫度、蒸養(yǎng)時間對劣質煤矸石免燒磚強度性能的影響。結果表明,控制礦渣細度為140目,物料含水率為23%,蒸養(yǎng)溫度為120℃,蒸養(yǎng)時間為14h的工藝條件下制備的煤矸石免燒磚,其各項性能滿足jc/t422-91(96)《非燒結普通黏土磚》mu15標準要求。

以六盤水礦區(qū)煤矸石為主要原料制備煤矸石基免燒磚,以xrd和sem作為分析手段探討了養(yǎng)護方式、蒸養(yǎng)溫度、蒸養(yǎng)時間對免燒磚強度的影響。結果表明,選取蒸汽養(yǎng)護方式,蒸養(yǎng)溫度120℃,蒸養(yǎng)時間14h,制備的煤矸石基免燒磚的性能滿足jc422—91《非燒結普通粘土磚》mu15標準要求。

以六盤水礦區(qū)煤矸石為主要原料制備煤矸石基免燒磚。為進一步提高免燒磚的強度,研究了不同激發(fā)劑(cao、cao-na2so4、cao-cacl2)對免燒磚性能的影響。研究結果表明,煤矸石基免燒磚強度在激發(fā)劑cao-na2so4的激發(fā)作用下有顯著提高,最佳摻量為8%cao、2%na2so4。免燒磚各項性能滿足jc/t422-91(96)《非燒結普通粘土磚》mu15標準要求。這為六盤水煤矸石的開發(fā)利用提供了一種技術途徑。

采用xrd分析了自燃煤矸石膠凝材料中活性al_2o_3在不同因素影響下水化形成鈣礬石的情況。研究結果表明,在相同條件下芒硝存在,時自燃煤矸石中活性al_2o_3水化生成鈣礬石,而含等量硫的石膏存在時水化漿體中不但有水化產(chǎn)物鈣礬石還有未反應的石膏;膠凝體系中不含熟石灰時,活性al_2o_3水化首先生成石膏,隨著水化的進行再轉化成鈣礬石,而在有熟石灰時水化則直接生成鈣礬石;礦渣促進了自燃煤矸石中al_2o_3水化形成鈣礬石。

以多年期赤泥和煤矸石為主要原料,分析了其化學成分和物性特征,通過設計不同的原料配比和燒結溫度,探討其最佳工藝條件以及各種參數(shù)指標,試圖為赤泥的大宗化利用提供一種新的途徑。實驗結果表明最佳工藝條件為:多年期赤泥與煤矸石質量比為20∶80,成型壓力為6mpa,燒結溫度為1100℃左右保溫2h。燒結磚體"泛霜"現(xiàn)象基本消失,抗壓強度為12.18mpa、吸水率為21.6%,滿足國家粉煤灰普通燒結磚gb5101-2003中的要求。

以煤矸石為主要原料(65%以上),摻入適量的硅酸鹽水泥熟料、石膏(亦可摻一定量的礦渣),制得的干混砂漿膠結料,其1∶3砂漿標號一般達m10左右,可廣泛用于砌筑砂漿及其他普通砂漿。

采用xrd,ir和nmr等分析方法研究北京房山煤矸石在水化過程中的物相及29si聚合度的變化規(guī)律。在29sinmr基礎上提出利用相對橋氧數(shù)(rbo)評價硅氧多面體聚合度的方法,并用該方法研究煅燒煤矸石在活化及水化前后的rbo變化規(guī)律。研究結果表明:煤矸石中的粘土礦物綠泥石和白云母等在活化過程中發(fā)生分解,表征硅氧多面體聚合度的指標rbo明顯降低;而在水化過程中隨著水化齡期的增加,氫氧化鈣不斷與硅鋁質物料中的[sio4]和[alo4]四面體發(fā)生反應,生成水鈣沸石和碳硅鈣石,導致rbo升高,漿體材料的結構致密性增加。這表明煤矸石中的[sio4]聚合度在煅燒活化過程中由高聚合度向低聚合度轉變,在水化過程中則由低聚合度向高聚合度轉變,聚合度或rbo的變化在一定程度上反映活化效果和膠凝活性的發(fā)揮程度。

將銅川煤矸石進行熱活化和機械活化后,加入石灰進行化學激發(fā),摻入水泥砂漿中進行強度測試,對石灰和煤矸石摻量進行了實驗研究,分析了石灰對煤矸石水泥砂漿的作用。結果表明,煤矸石和石灰摻入對水泥砂漿的強度具有較大的影響。煤矸石水泥砂漿的早期抗壓和抗折強度均較低,但28d強度隨煤矸石和石灰用量增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在煤矸石用量達到40%,石灰取代量為40%左右時,水泥砂漿抗壓和抗折強度出現(xiàn)最大值。石灰的加入對煤矸石水泥砂漿的強度具有較大的提升作用,摻石灰后,煤矸石水泥砂漿28d抗壓強度提高約21%,抗折強度提高約31%。

多孔磚作為黏土實心磚的替代產(chǎn)品,可以提高砌筑墻體的熱阻,加強圍護結構的保溫性能。以煤矸石為原料制作多孔磚,不僅可以消耗大量煤礦產(chǎn)煤廢料,而且可增加多孔磚的強度。分析了煤矸石多孔磚對生產(chǎn)能耗、施工能耗、建筑能耗的影響,煤矸石多孔磚具有顯著的節(jié)能效果。

煤矸石燒結磚是一種性能良好的新型墻體材料,選擇合適的煤矸石原料是生產(chǎn)出合格煤矸石燒結磚的關鍵,要嚴格控制煤矸石的化學成分,進行合理配料,保證物料的粒度、塑性指數(shù)和發(fā)熱量。

1概述煤矸石是采煤工業(yè)排出的廢石,占原煤生產(chǎn)量的15%～20%。由于它的堆積占據(jù)大量的土地,并對周圍環(huán)境造成嚴重的污染。近年來,徐州市大量利用煤矸石制磚,既節(jié)省能源(煤炭)、土地,又減少對環(huán)境的污染。

將煤矸石熱處理后,用球磨方式將煤矸石制備成兩種高活性煤矸石粉,進行這兩種高活性煤矸石的密度、細度、燒失量的測量,并開展高活性煤矸石粉細度對煤矸石泡沫混凝土密度和抗壓強度與密度之比值(i/g)的研究。結果表明:煤矸石粉細度對煤矸石泡沫混凝土的密度和抗壓強度與密度之比值(i/g)影響很大,泡沫混凝土的密度越輕,抗壓強度與密度之比值(i/g)越大。文章提出了一種評價水泥摻合料活性的方法,并對高活性煤矸石粉的活性進行了評價。

將煤矸石粉碎至三種不同的粒度,經(jīng)過陳腐、壓制成型、干燥、燒成后制得煤矸石燒結磚。利用x射線衍射儀、掃描電子顯微鏡研究燒結磚的物相組成和顯微結構,并對其抗壓強度和吸水率等性能進行了研究。結果顯示,煤矸石原料的粒度和燒結保溫時間對燒結磚的吸水率和抗壓強度有較大影響。利用粒度小于0.15mm的煤矸石原料制備的燒結磚綜合性能較好,1100℃燒結3h時,吸水率為17.63%,抗壓強度達到22.47mpa,符合普通燒結磚的有關國家標準要求。

針對煤矸石在規(guī)范擊實條件下最大干密度偏小和三軸試驗試塊制作成型存在缺陷的問題,改進了三軸試件的制作方法,對某地區(qū)擬路用煤矸石進行了試件成型試驗和煤矸石細料、摻25%粗粒料、摻50%粗粒料和摻75%粗粒料的三軸試驗。試驗結果表明:壓實功對煤矸石最佳含水量和最大干密度影響不容忽視;粗粒料含量對路用煤矸石抗剪強度指標粘聚力和摩擦角的影響分別呈現(xiàn)線性變化和非線性變化規(guī)律;根據(jù)粗粒料含量對粘聚力和摩擦角的影響關系,給出了粗粒料含量與粘聚力和摩擦角增量的函數(shù)關系。

利用正交實驗分析了活化煤矸石與粉煤灰制備復合水泥的力學性能,對雙摻活化煤矸石與粉煤灰超疊復合效應進行了探討。結果表明,對28天抗折抗壓強度影響顯著的因素依次為活化煤矸石與粉煤灰的總摻量、堿激發(fā)劑、活化煤矸石與粉煤灰的配合比、石膏摻量,其中總摻量為30%,活化煤矸石∶粉煤灰=7∶3,石膏摻量為7%時,其功效系數(shù)最高,當活化煤矸石與粉煤灰的總摻量為30%時,對3d、28d抗折抗壓強度活化煤矸石與粉煤灰有一個最佳的配合比。

利用煤矸石制磚的環(huán)境影響分析

本試驗在正交實驗方法獲得煤矸石微晶玻璃最佳組成的基礎上，采用dta、xrd、sem等手段系統(tǒng)考察了晶化時閽對煤矸石微晶玻璃3點抗彎強度的影響，在對試驗進行分析后得出最佳的熱處理工藝條件的最佳，為獲得具有實用價值的cao—mgo—al2o3-sio2系統(tǒng)煤矸石玻璃陶瓷提供了有益的參考。

將煤矸石與頁巖按9∶1的質量比混合,以抗壓強度、燒結收縮率、體積密度、顯氣孔率及顯微結構作為指標,分析了不同的燒結溫度及燒結時間對煤矸石頁巖燒結磚微孔結構的影響。結果表明:燒結溫度為950℃、1000℃、1050℃時,煤矸石頁巖燒結磚的抗壓強度、燒結收縮率、體積密度隨燒結溫度的升高逐漸提高,顯氣孔率逐漸降低,氣孔也隨之變小;燒結溫度為1050℃,燒結時間由0.5h增加到4h時,試件的抗壓強度、燒結收縮率、體積密度也逐漸提高,顯氣孔率逐漸降低,氣孔也隨之變小。

采用勃氏透氣儀、激光粒度儀、x射線衍射(xrd)等分析方法分別對550℃、650℃、750℃、850℃和950℃5個活化溫度所得的煤矸石進行了比表面積、粒徑分布和礦物成分分析,研究了煅燒溫度對煤矸石礦物成分的影響機理。結果表明:550℃和650℃煅燒的煤矸石礦物分解不充分,形成的活性sio2和al2o3含量少,煤矸石火山灰活性低;850℃和950℃煅燒的煤矸石,其活性sio2和al2o3又重新化合成新的晶體結構,煤矸石活性同樣較低;750℃是煤矸石的最佳活化溫度,該溫度下煤矸石具有最疏松的礦物結構和最高的活性sio2和al2o3含量,且該活化溫度配制的砂漿性能最優(yōu)。

分析了采用煤矸石制備燒結普通磚時粉料顆粒級配對樣品性能的影響。測試結果表明:細顆粒比例的增大有助于提高制品的抗折和抗壓強度,而吸水率則隨細顆粒比例的增大呈降低趨勢。樣品的最佳顆粒級配為0.45～0.80mm占30%,0.30～0.45mm占14%,0.20～0.30mm占32%,0.20mm以下占24%。

消石灰粉是一種以ca(oh)2為主要成分的堿性材料,可以激發(fā)煤矸石、粉煤灰的活性。本文選取邯邢地區(qū)某煤礦的煤矸石,配以粉煤灰、消石灰粉制成煤矸石混合料,通過選用不同有效鈣加氧化鎂含量的消石灰粉,研究消石灰粉對煤矸石混合料性能的影響。結果表明:消石灰粉的有效鈣加氧化鎂含量直接影響著煤矸石混合料的強度,隨著有效鈣加氧化鎂含量的增加,煤矸石混合料的強度提高了13倍左右。