煤气化渣与粉煤灰影响其水泥胶凝硬化产物的强度机理

为了探索煤气化渣作为掺和料的可行性,开展煤气化渣对水泥胶凝硬化产物强度的影响机理研究。通过对比分析煤气化渣、粉煤灰形成过程的差异,以扫描电镜、能谱仪、X射线衍射试验,研究煤气化渣、粉煤灰及两者水泥胶凝产物的微观结构与物相组成,并制备不同掺量的粉煤灰、煤气化渣的水泥胶砂试件,测试其不同龄期的力学强度。结果表明:粉煤灰和煤气化渣形成过程的不同导致两者微观形貌和物质构成存在较大差异,其烧失量由大到小排序为煤气化细渣、煤气化粗渣、粉煤灰,且细渣残碳含量远高于粗渣和粉煤灰。煤气化粗渣以层片状、块状结构居多,细渣多呈蜂窝形絮状体并夹杂少量的球状颗粒,粉煤灰多呈球状体,三者元素组成相似,均含有火山灰活性的铝硅酸盐矿物质。粗渣浆体中形成的钙矾石呈粗针棒状并交织成网,粉煤灰浆体中形成的钙矾石呈细针状并均布于C-S-H凝胶周围,细渣浆体中未发现明显的钙矾石相,粗渣消耗水泥水化产物Ca(OH)2的能力强于粉煤灰,细渣中活性矿物相被残碳包围,火山灰活性得不到发挥,残碳也影响水泥水化进程。掺粉煤灰、煤气化渣的水泥胶砂7 d强度均低于基准水泥胶砂,在28 d时,掺粉煤灰胶砂的抗压强度高于基准胶砂,掺粗渣胶砂则与基准胶砂持平,掺细渣胶砂远低于基准胶砂。粗渣可替代5%(质量分数,下同)的水泥作为胶凝材料使用,而细渣不宜直接用于水泥掺和料,研究结果可为煤气化渣综合开发利用提供重要参考。