造紙白泥-頁巖-煤矸石新型混凝土摻合料性能研究

1、第36卷第6期2013年11月非金屬礦NonMetallicMineSVl0136No6November，2013造紙白泥頁巖一煤矸石新型混凝土摻合料性能研究劉哲益劉來寶徐光亮張禮華李浩(西南科技大學(xué)四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點實驗室一省部共建國家重點實驗室培育基地，四川綿陽621010)摘要采用熱激活法對造紙白泥一頁巖一煤矸石進行改性，開發(fā)出一種新型混凝土摻合料，并研究了其對混凝土性能的影響。結(jié)果表明，新型摻合料在混凝土中摻量為20

2、％時，未對混凝土早期力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，后期強度還較基準(zhǔn)試樣有一定程度提高。新型摻合料混凝土具有較好的減水劑適應(yīng)性和耐久性。關(guān)鍵詞造紙白泥混凝土摻合料頁巖煤矸石中圖分類號：TU528041；X793文獻標(biāo)識碼：AStudyonConcreteAdmixtureProducedbyLimeMud，ShaleandCoalGangueasRawMaterialsLiuZheyiLiuLaibaoXuGuangliangZhangLihua

3、LiHao(StateKeyLaboratoryCultivationBaseforNonmetalCompositesandFunctionalMaterials，SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMianyang，Sichuan621010)AbstractAnewtypeofconcreteadmixturewasmanufacturedbylimemud，shaleandcoalg

4、anguethroughthermalactivationTheimpactofthenewconcreteadmixtureonthepropertiesofconcretewasstudiedTheresultsshowedthattheoptimalratioofsubstitutedcementdosagewas20％，therewasnonegativeeffectsOntheearlyagemechanicalbehavio

5、roftheconcretebyaddingintothisnewadmixture，andthemechanicals~engthhadbeenimprovedatthelateragecomparedwithonewithoutadmixtureTheconcretemadebythisnewadmixturehasgoodadaptabilitywithwaterreducingagentandgooddurabilityKeyw

6、ordslimemudconcreteadmixtureshalecoalgangue造紙白泥是造紙廠堿回收過程中得到含水率25％60％的廢棄沉淀物。隨著我國制漿造紙企業(yè)新建的堿回收系統(tǒng)數(shù)量增多、規(guī)模擴大，產(chǎn)生的造紙自泥將大幅增加并積累，全部廠外排放會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。由于技術(shù)、經(jīng)濟等原因，在造紙白泥綜合利用中面臨很多問題[2刊，因此造紙白泥的處理及資源化利用問題迫在眉睫。頁巖是以氧化硅和氧化鋁為主要成分的黏土質(zhì)沉積巖，通常其晶

7、體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，幾乎無活性，但在一定溫度下煅燒后可產(chǎn)生晶體缺陷從而激發(fā)其活性。頁巖儲量大，開采方便，可廣泛應(yīng)用于建材行業(yè)。煤矸石是我國排放量最大的固體廢棄物。水泥混凝土能有效固化有害組分，是消納處理各種廢物的有效途徑[8]。本實驗采用熱激活法對造紙白泥一頁巖一煤矸石進行改性，開發(fā)出一種新型混凝土摻合料，并進一步研究其對混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性的影響，為廢棄物資源化應(yīng)用于混凝土提供理論指導(dǎo)。1實驗部分11原料竹漿造紙自泥，含水率4

8、6％，四川安縣收稿日期：201309—21基金項目：國家科技支撐計劃項目(2011BAA04B04)；四川省教育廳科研重點項目fl1ZD1002)。一18紙業(yè)有限公司；頁巖，四川安縣；煤矸石，四川綿竹；P0425型水泥，~llJII中聯(lián)產(chǎn)。頁巖與煤矸石為塊狀，試驗前將其破碎再入球磨機粉磨30min，細(xì)度達到80pm方孔篩篩余小于6％作為原料使用。原料的化學(xué)組成見表1。造紙白泥XRD、差熱分析、粒度分析及SEM形貌圖，分別見圖1、圖2、圖

9、3、圖4，頁巖及煤矸石XRD分析見圖5。表1原料的化學(xué)成分／0／0△2030405060702o／(。)圖1造紙白泥的Ⅺ圖譜第36卷第6期非金屬礦2013年l1月從圖7可看出，所制備摻合料主要成分是硅酸二鈣(C：S)，這是由于煅燒過程中頁巖和煤矸石中的黏土礦物分解形成具有活性的無定形物質(zhì)，在較高溫度下可使鋁硅酸鹽礦物從外界獲取能量使其SiO、Al—O化學(xué)鍵打開，晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量晶體缺陷，從而激發(fā)產(chǎn)生活性，其活性SiO與自泥中分解出

10、的CaO發(fā)生固相反應(yīng)生成C，S。采用掃描電鏡對煅燒物進行分析，結(jié)果見圖8。由圖8和圖7可知，經(jīng)煅燒所得摻合料中形成的礦物主要為硅酸二鈣，還有急冷形成大量的玻璃體。其中硅酸二鈣晶型結(jié)構(gòu)被溶劑礦物形成的玻璃體所包圍，形成團聚狀的硅酸二鈣?？梢娖渚哂休^高的火山灰活性和一定的自硬性。圖8混合體燒結(jié)樣品的SEM照片22新型摻合料的性能及最佳摻量試驗將所制備的混凝土摻合料以不同取代量摻入水泥中，混合均勻后，按操作規(guī)程進行膠砂試驗新型摻合料的水泥膠砂

11、凝結(jié)時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強度以及摻合料水泥漿安定性，見表3。表3不同摻量新型摻合料試件的物理眭能由表3可知，與基準(zhǔn)樣對比，摻合料的加入使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，說明新型摻合料需水量較大。這是因為摻合料細(xì)度高，表面粗糙，容易結(jié)合較多的吸附水。水泥的凝結(jié)時間隨摻合料摻量增加而減小，是由于制備過程中的急冷使部分cS不能完整結(jié)晶，具有較高的早期活性，可一定程度弱化摻合料帶來的早期強度損失。利用蒸煮法測定425水泥和各摻量新型摻合料試件安定性，雷氏夾

12、變化距離都在51／1111，該摻合料不會對水泥安定l生造成影響。在力學(xué)性能方面，隨著摻合料摻量的增加，新一20型摻合料試件早期強度有所降低，但對膠砂28d強度影響不大，摻量30％時28d抗壓強度比仍能達到882％，滿足GB／T2847—2005規(guī)定的用于水泥中的火山灰混合材料28d抗壓強度比不低于65％的要求。摻量在20％時，各齡期強度均高于基準(zhǔn)水泥，摻量大于20％時，摻合料膠砂3d、28d強度均低于基準(zhǔn)水泥膠砂強度，且隨著摻量的提高逐

13、漸下降。摻合料后期強度比基準(zhǔn)水泥膠砂強度增長快，摻量在40％以內(nèi)時，摻合料膠砂56d強度接近或高于基準(zhǔn)水泥膠砂強度，20％摻量試塊達到基準(zhǔn)水泥膠砂抗折強度的104％，40％摻量時，抗折強度最低，仍可達到基準(zhǔn)水泥膠砂強度的92％。這說明新型混凝土摻合料早期活化性能比水泥低，而后期高于水泥。本試驗摻合料取代量為20％時，強度效果最佳。23外加劑相容性試驗以純水泥為基準(zhǔn)，考察了新型摻合料對水泥與外加劑相容l生的影響，結(jié)果見圖9。所用外加劑為木

14、質(zhì)素磺酸鈣減水劑。403530蘭25堊201510070809101112131415161718192O21外加劑摻置／％圖9水泥凈漿Marsh曲線l萍一純水泥；2j6一新型摻合料摻量30％由圖9中5minMarsh曲線可見，l≠對比樣品的飽和點摻量為19％，摻入新型摻合料的2樣品的飽和摻量點為17％，在各自的飽和摻量點下，對比60minMarsh曲線可得出，l≠樣品經(jīng)時損失率為1％，2≠樣品經(jīng)時損失率為06％。加入摻合料后在較小的減

15、水劑用量下就可達到飽和點，且60min后經(jīng)時損失小，說明摻合料可優(yōu)化水泥與外加劑的相容眭。對于水泥熟料單礦而言，鋁酸三鈣(cA)和鐵鋁酸四鈣(C4mF)與減水劑相容J陛較差，而cs和CS及其玻璃體與減水劑的相容性較好。Blank和Rossington[測得木質(zhì)磺酸鈣的表觀等溫吸附量大小順序為CA、C4AF、c3s、C：S。新型摻合料主要成分是CS及其玻璃體，因此摻入后使得水泥對減水劑的吸附量變小，從而有較好的相容陛。24新型摻合料的混凝