一种无胶凝材料的充填材料:碳化养护镁渣基全固废充填材料

针对全球CO_(2)排放急剧增长和矿山充填材料(水泥)成本高昂两大问题,本研究提出将煤矸石(CG)、镁渣(MS)与粉煤灰(FA)混合,并通过碳化养护制备一种不使用胶凝材料的充填材料的新方法,制备出了两种高强度、低成本、可固碳的镁渣基全固废充填材料(CG-MS (CM))和(CG-MS-FA (CMF))。通过单轴抗压强度(UCS)、X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTG)、压汞(MIP)等试验方法,探究不同养护龄期、不同MS、FA含量对CM和CMF碳化性能的影响。结果表明:碳化养护显著提升了CM和CMF的早期强度,7 d时断裂面在酚酞指示剂下变为无色,达到完全碳化程度。当碳化养护7 d后,CM和CMF的抗压强度达到7.048 MPa和8.939 MPa,比标准养护增长了25.2倍和29.4倍,且CM的抗压强度随着MS含量增加而提升,CMF的抗压强度随着FA含量增加先提升后降低。碳化产物的填充作用使得CM和CMF的微观结构更加致密,同时改善了孔径分布,降低了累计孔隙体积和总孔隙率,促进了强度性能的提升。另外,通过此种碳化养护方式,CM和CMF最高可吸收16.34%的CO_(2)。因此,本研究证实了该方法不仅可以制备出一种不使用胶凝材料的CM和CMF,还可以为固废处置、低成本充填、CO_(2)封存相结合提供一种新的路径。