三元矿物掺和料胶砂试件性能研究

为解决煤矸石及钢渣作为单一掺和料强度不足的问题,以煤矸石、钢渣和矿粉为原材料制备复合掺和料水泥砂浆。研究不同配合比下掺和料对水泥砂浆抗压强度的影响,并利用X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)等手段分析不同体系试块的水化机理和微观结构。结果表明,单掺煤矸石、钢渣均表现出较低的活性,而矿粉具有良好的反应活性;三元掺和料中煤矸石-矿粉-钢渣复掺比例为1∶7∶2时,试块的抗压强度最高,28 d抗压强度可以达55.26 MPa。在三元掺和料体系中,煤矸石、矿粉和钢渣可以相互促进水化,增多水化产物,加深水化程度,三者具有一定的耦合作用,具有制备三元矿物掺和料的潜力。

硅粉和活化煤矸石粉改性透水混凝土强度和耐久性研究

为研究硅粉和活化煤矸石粉对透水混凝土强度和耐久性的影响规律,分别利用硅粉和活化煤矸石粉代替0%、5%、10%、15%、20%、25%的水泥进行透水混凝土试样制备,对新拌混凝土的流动性以及硬化混凝土强度、耐久性进行了测试分析,研究了硅粉和活化煤矸石粉对透水混凝土基本特性的影响规律,以及2种材料的掺量范围和适用性。结果表明:①掺入10%~15%的硅粉和10%的活化煤矸石粉可以有效提高混凝土强度,且硅粉对强度的提升效果更为明显,但对混凝土流动性和透水性会有不利影响;②随着硫酸溶液侵蚀时间和冻融循环次数增加,混凝土抗压强度和质量比均不断下降。根据上述分析可知:①掺入5%~10%的硅粉和5%的活化煤矸石粉对混凝土的抗H_(2)SO_(4)溶液长期侵蚀性有利;②掺入5%~20%的硅粉和10%~15%的活化煤矸石粉对混凝土的抗酸雨—冻融循环侵蚀性有利;相比之下,硅粉对混凝土的长期冻融耐久性更有利。

碱激发煤矸石粉对砒砂岩水泥复合土强度影响的试验研究

为了降低砒砂岩区严重的水土流失,促进松散砒砂岩的有效利用,同时提高废弃煤矸石的利用率.借助X衍射、扫描电镜、热重和压汞等试验方法,从固化产物构成、微观形貌、孔隙结构演变等微观层面,揭示碱激发及煤矸石粉替代率对砒砂岩水泥复合土力学强度的影响机理.结果表明:碱的加入使得砒砂岩中的蒙脱石和煤矸石粉发生溶蚀,促进N-A-S-H和C-A-S-H凝胶的产生,使其强度增大;随着煤矸石粉替代量的增加和水泥掺量的相对降低,Ca含量降低,C-A-S-H凝胶含量下降,且N-A-S-H凝胶逐渐向无胶结性的钙(钠)菱沸石转化,导致其强度逐渐下降.当碱当量为4%,煤矸石粉替代率为7%时,煤矸石粉-砒砂岩水泥复合土孔隙率为29.20%,小孔占比为46.48%.且7 d强度可满足二级及二级以下公路底基层1.0~3.0 MPa的要求,该研究可为煤矸石粉-砒砂岩水泥复合土在道路铺设和渠道衬砌等应用中提供理论依据.

自热立式脱碳设备生产工艺简介

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产出的主要固体废弃物。为大规模消纳煤矸石生产建筑材料并产生可观经济效益,开发高效煤矸石脱碳活化工艺至关重要。基于立式脱碳设备设计了一种煤矸石自热式脱碳生产工艺,并投入正常生产。生产工艺无须外加燃料即可实现对粒径为5~50 mm、不同热值的煤矸石脱碳活化,年处理煤矸石20万t。生产的脱碳煤矸石性能参数优于GB/T 2847-2022《用于水泥中的火山灰质混合材料》要求,可用于水泥掺合料或部分替代水泥熟料,具有广阔的市场前景。

基于煤矸石混凝土正交试验的试验研究

目前,煤矸石是我国年排放量和累计堆存量最大的工业废弃物之一,有文献研究发现,煤矸石粉碎后,其可以部分或全部代替黏土组分生产普通水泥。该研究以煅烧过的煤矸石粉与非煅烧过的煤矸石粉为研究对象,在混凝土中利用煤矸石替代一部分水泥,来研究混凝土的抗压强度。通过正交试验,发现煅烧过的煤矸石粉活性大于未煅烧的,且煅烧过煤矸石替代水泥的最佳替代范围大致在20%~35%;未煅烧过煤矸石替代水泥的最佳替代范围大致在15%~30%。这个研究结果实现对煤矸石的再利用,具有保护环境和节约资源的重要意义。

活化煤矸石粉对煤矸石混凝土性能的影响

为探究煤矸石对混凝土性能的影响,以不同煤矸石粉(Coal gangue powder,CGP)掺量和煤矸石粗骨料(Coal gangue coarse aggregate,CGA)取代率制备C30混凝土,对煤矸石混凝土抗折性能及抗氯离子渗透性能进行试验研究,并通过压汞法及扫描电镜进一步分析其影响规律和改善机理。结果表明,随着掺量的增加,煤矸石混凝土抗折强度先增大后减小,15%CGP为抗折强度最优掺量。抗氯离子渗透性能随CGP掺量的增加而提高。煤矸石粗骨料取代率为100%时,CGP的掺入对其抗折强度的优化更为显著。CGP的加入使凝胶孔和过渡孔等无害孔增加,毛细孔和大孔等有害孔减小,进而优化混凝土颗粒级配,提高结构密实度。一方面CGP在二次水化中产生大量C-S-H凝胶,使煤矸石混凝土微观结构更加密实,另一方面未反应的CGP可填充至煤矸石混凝土孔隙和裂缝中,提高界面过渡区强度,进而提高煤矸石混凝土抗折强度和抗氯离子渗透性能。

煅烧煤矸石粉对混凝土工作性和强度的影响

将小于5mm方孔筛的未燃煤矸石颗粒以不同温度、不同粉磨时间为间隔取点煅烧及粉磨,分别以30%取代水泥,以胶砂强度较高者确定煤矸石最佳的煅烧温度和粉磨时间。在此基础上采用正交试验,研究煅烧煤矸石粉、粉煤灰和矿粉复掺的相容性及对混凝土工作性和强度的影响。结果表明,清河门矿未燃煤矸石最佳煅烧温度750℃、最佳粉磨时间3min;煅烧煤矸石粉、粉煤灰和矿粉之间的不同品种复掺对混凝土拌合物工作性影响特别显著,对7d强度影响显著,对28d强度影响不明显。而掺量比例对工作性和28d强度影响不明显,对7d强度有一定影响。煅烧煤矸石粉与粉煤灰复掺的相容性最好,二者复合使用,既能改善混凝土拌合物工作性,又能保证混凝土7d和28d强度。

煤矸石细集料对水泥浆体微观结构的影响及其作用机理

以自燃煤矸石细集料-水泥浆体和非自燃煤矸石细集料-水泥浆体为研究对象,采用X射线衍射仪和扫描电镜研究自燃和非自燃煤矸石细集料对水泥浆体水化产物的物相组成、微观形貌的影响,分析煤矸石细集料活性对水泥浆体微观结构和强度发展的作用机理.结果表明:自燃煤矸石细集料早龄期发生明显的活性反应,在水泥浆体中形成水钙沸石、水石榴石、钙铁榴石等新物相,对水泥浆体早期抗压强度有一定提高作用;非自燃煤矸石细集料对水泥浆体水化进程和微观结构没有产生影响.2种煤矸石细集料均存在一个最优掺量.当煤矸石掺量(质量分数)为20%时,自燃煤矸石细集料-水泥浆体和非自燃煤矸石细集料-水泥浆体抗压强度均最高.

利用煤矸石制备堇青石多孔陶瓷

为了综合利用煤矸石,以煤矸石、滑石等为原料,按堇青石的理论组成配料,分别外加质量分数为0、5%、10%、15%、20%的活性炭粉为造孔剂,在1 400℃下分别保温3和6 h烧结后制备了堇青石多孔陶瓷,通过检测显气孔率和常温抗折强度及其显微结构分析探讨了其合成工艺制度。结果表明:利用煤矸石为主原料,外加5%(w)的活性炭为造孔剂,在1 400℃下保温6 h可以合成性能优良的堇青石多孔陶瓷。所合成的堇青石多孔陶瓷的抗折强度为29.1 MPa,显气孔率为39.8%;显微结构分析显示,该多孔陶瓷中以堇青石相为骨架,内部形成了贯通气孔的多孔结构。

煅烧煤矸石粉体材料活性评价方法的研究进展

煤矸石是煤炭开采和加工过程中产生的固体废弃物,将其应用于水泥基材料是煤矸石资源化的有效途径。本文综述了国内外关于煅烧煤矸石粉体材料活性的评价方法——强度评价方法、火山灰性试验方法和现代分析测试方法(XRD、IR、NMR和ICP-AES)。针对煅烧煤矸石活性材料在水泥基材料研究和应用中存在的主要问题,分析阐明了其高效应用于实际工程中的研究重点。为加快煤矸石在水泥基材料中的资源化利用,提出了一些参考性建议。

改性煤矸石粉的活化效果评价

利用硅烷偶联剂(KH-550)对煤矸石粉进行改性。采用红外光谱(FTIR),扫描电子显微分析(SEM)和热重分析技术(TGA)对改性前后煤矸石粉进行了分析。通过对改性前后煤矸石粉/苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)的力学性能来评价KH-550对煤矸石粉的活化效果。实验结果表明,KH-550与煤矸石粉能形成化学键,煤矸石粉的有机成分含量增加。改性后煤矸石粉的粒径变小,煤矸石粉表面活性增加。与未改性煤矸石粉/SBS材料力学性能相比,改性煤矸石粉/SBS材料的力学性能明显提高。改性煤矸石粉/SBS材料与炭黑/SBS材料的力学性能相当,说明改性后煤矸石粉的活化效果明显,可取代炭黑作为橡塑材料的填料。

一种新型煤矸石混凝土的基本力学性能

采用碱性干粉激发剂与煤矸石、粉煤灰混合作为胶凝材料制备了一种新型煤矸石混凝土,对其基本力学性能进行了试验研究,并与氢氧化钠(Na OH)溶液激发的煤矸石混凝土、普通混凝土的性能进行了对比。研究得到了新型煤矸石混凝土的基本力学性能,并研究了干粉激发剂、养护时间、养护温度、水胶比和砂率等因素对其基本力学性能的影响规律。对比研究发现这种新型煤矸石混凝土的强度有明显提高;干粉激发剂的组成、养护时间和温度对煤矸石混凝土的力学性能有重要影响,并分析得到了该新型煤矸石混凝土的最优养护温度、最优水胶比和砂率。

干粉激发煤矸石基地质聚合物性能影响因素研究

为更方便、高效、安全地激发煤矸石的活性,制造出满足建筑需要的地质聚合物,用氢氧化钠与碳酸钙混合制备的碱性干粉激发剂替代氢氧化钠,对煤矸石、粉煤灰和标准砂进行处理,研究影响干粉激发煤矸石地质聚合物性能的因素,并与传统碱性溶液激发聚合物的特性进行了对比。结果表明:(1)升高养护温度、提高干粉激发剂中氢氧化钠的用量会加快地质聚合物的凝结和硬化速度。(2)养护温度升高可使试件的吸水率和抗压强度上升。(3)干粉激发剂中碳酸钙用量的增加会使地质聚合物试件的吸水率上升、抗压强度下降。(4)干粉激发剂中氢氧化钠用量为3%时,地质聚合物试件的吸水率最低、抗压强度最高。(5)无论从吸水率的角度还是从抗压强度的角度看,干粉激发剂的激发效果均好于氢氧化钠溶液。因此,干粉激发剂比氢氧化钠溶液更适合于激发煤矸石制备煤矸石基地质聚合物。

人工神经网络在掺活化煤矸石粉混凝土强度预测中的应用

人工神经网络技术综合考虑了掺活化煤矸石混凝土强度的各种影响因素,可用于预测混凝土强度。选取了掺活化煤矸石粉混凝土配料中7个主要因素作为输入值,混凝土28d强度作为输出值,建立起混凝土强度预测BP网络模型,进而对掺活化煤矸石配合比强度试验数据进行分析预测,效果良好。结果表明该方法用于掺矿物掺合料混凝土强度预测方面是可行的。

干粉激发煤矸石基地质聚合物的性能研究

将氢氧化钠与碳酸钙混合制备碱性干粉激发剂,并与煤矸石、粉煤灰混合制备地质聚合物胶凝材料,对碱性干粉激发剂特性,聚合物材料的凝结时间、吸水率、抗压强度等基本特性进行研究,并与采用氢氧化钠溶液激发剂的聚合物特性进行对比。结果表明:生成得到的聚合物的浓度与干粉激发剂中碳酸钙的量成反比;与采用氢氧化钠溶液激活的聚合物相比,采用干粉激发剂激发的聚合物凝结时间短、吸水率低、抗压强度高,说明干粉激发剂有独有优势。干粉激发聚合物的吸水率随水灰比的增加而增加,需注意控制水灰比;干粉激发聚合物抗压强度与干粉激发剂中的氢氧化钠浓度有关,氢氧化钠的浓度过高或过低都会导致抗压强度下降。

活化煤矸石细粉-水泥复合胶凝材料水化性能研究

主要采用XRD、DTA/TG、SEM、MIP及等温微量量热仪研究了华新硅酸盐水泥以及掺有活化煤矸石细粉水泥胶凝体体系的水化性能和微观结构,试验证明煅烧后的煤矸石具有火山灰活性。掺有活化煤矸石细粉的水泥浆体结构较疏松,孔隙较多,但随着龄期的增长,浆体结构变得越来紧密,其主要的水化产物亦为水化硅酸钙凝胶、钙矾石和Ca(OH)2晶体。

活化煤矸石粉SBS改性沥青胶浆路用性能和改性机理

选取3种活化煤矸石粉(AGP-A、AGP-B、AGP-C)和1种石灰石矿粉(LS)分别制备不同粉胶比的SBS改性沥青胶浆,对其路用性能进行对比研究,并分析了活化煤矸石粉SBS改性沥青胶浆的改性机理.结果表明:与石灰石矿粉相比,活化煤矸石粉粒度更小,比表面积更大,表面更粗糙且具有较多孔隙、活性成分和过渡金属元素,提高了其与SBS改性沥青的表面润湿作用和界面吸附作用;活化煤矸石粉的桥连作用加固了SBS改性沥青胶浆的网络结构,从而显著提高了SBS改性沥青胶浆的高温稳定性能;活化煤矸石粉孔隙吸收了SBS改性沥青中的轻质组分,导致SBS改性沥青胶浆的低温性能有所降低.

掺活化煤矸石细粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

研究了活化煤矸石细粉的制备及掺煤矸石细粉对水泥力学性能的影响。以10%活化煤矸石细粉替代水泥,水泥的28d抗压强度接近于或高于基准水泥;当掺量高于30%时,水泥强度的下降很明显。将30%的活化煤矸石细粉取代水泥掺入混凝土中,混凝土的力学性能要优于对比的空白混凝土。7d龄期单掺活化煤矸石细粉和复掺活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数均高于空白混凝土,到了180d龄期,无论是单掺活化煤矸石细粉还是复掺活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数则降为不到空白混凝土的一半。

海洋环境下掺活化煤矸石细粉混凝土的试验研究

将30%的热活化煤矸石细粉取代水泥掺入混凝土中,活化煤矸石混凝土的力学性能要优于素混凝土。7 d龄期单掺热活化煤矸石细粉和复掺热活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数均高于素混凝土,到了180 d龄期,无论是单掺热活化煤矸石细粉还是复掺热活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数不到素混凝土的一半。180 d龄期,掺热活化煤矸石细粉混凝土的抗海水侵蚀能力要低于素混凝土,热活化煤矸石细粉与粉煤灰二元复掺混凝土及热活化煤矸石细粉与矿渣粉二元复掺混凝土在经海水侵蚀后,混凝土的强度不仅未降低反而有一定增加。

粒状煤矸石制备活性粉体材料的颜色转变及其量化表征

煤矸石经过适宜温度煅烧、粉磨后可制备活性混合材。但由于煤矸石的组成较为复杂,煅烧后其颜色变化较大,在水泥基材料中大掺量应用会影响水泥基材料的色泽。若能制备出与水泥基材料色差较小的煅烧煤矸石活性粉体材料,则对煤矸石在水泥工业中的应用有着重要意义。本工作研究了制备工艺对煅烧煤矸石活性粉体材料颜色的影响;基于PS软件中红、绿、蓝(R、G、B)三个通道的颜色值量化表征了煅烧煤矸石活性粉体材料的颜色;分析了粒状煤矸石制备活性粉体材料颜色转变的机理。结果表明:热活化时,煤矸石颗粒越小、热活化保温时间越长、煅烧环境中氧气越充足,制得的煅烧煤矸石活性粉体材料颜色越红,其红色值(R值)也越高。煤矸石中炭和菱铁矿的氧化程度是影响煅烧煤矸石活性粉体材料颜色的主要原因。当黑色的炭脱除较充分、菱铁矿被氧化为赤铁矿时材料颜色较红,而炭脱除不充分、菱铁矿被氧化为磁铁矿时材料颜色较黑。