煤矸石-礦渣-粉煤灰地質聚合物復合活化研究.pdf

1、地質聚合物作為一種新型綠色膠凝材料，由于其具有強度高、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聚合物的主要原料，實現“灰色”水泥向“綠色”的轉變，因此備受關注，已經成為研究熱點。本文是國家自然科學基金煤炭聯合項目《煤矸石在水泥和混凝土資源化利用中關鍵科學問題研究》(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（化學活化），制備煤矸石-礦渣-粉煤灰地質聚合物，重點研究煤矸石的復合活化技術。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)進行試驗研究，以膠砂抗折和抗壓強度為目標函數，確定地質聚合物配體的最佳配合比;第二步對煤矸石進行熱、機械和化學活化，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曲面中的中心組合設計進行試驗研究，建立煤矸石-礦渣-粉煤灰地質聚合物中煤矸石活化方式對應參數與其活性對應蠶食之間的定量關系。取得以下研究成果:
　　(1)煤矸石-礦渣-粉煤灰地質聚合物激發(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當煅燒溫度控制在650℃～750°時，其配制的煤矸石-礦渣-粉煤灰地質聚合物膠砂強度最高，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，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構更為致密，粉煤灰和煅燒煤矸石中含有大量的鋁，形成具有架狀結構的水合鋁硅酸鹽。②最優(yōu)的粉磨時間區(qū)域為1min-3min?；疑P聯分析顯示，粒