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自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料的制备及基本性能研究

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qikan006 发表于 2018-8-29 18:53:21 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
摘 要:以自燃煤矸石、矿渣和粉煤灰为原料,以水玻璃和氢氧化钾为激发剂,制备自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料。采用三因素、四水平的正交试验对地质聚合材料胶砂强度进行研究,探讨自燃煤矸石、水玻璃和矿渣掺量对胶砂强度的影响规律。并对最优配合比进行细度、凝结时间和体积安定性检测。结果表明,在水胶比为0.46、试件脱模后在65℃环境下蒸养6h再标准养护的条件下,自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料胶砂强度最佳配合比是:自燃煤矸石:矿渣:粉煤灰=2:1:1,水玻璃:氢氧化钾=7:3,该胶凝材料各项性能皆满足硅酸盐水泥的技术标准,强度等级达到42.5R。研究结果为以大宗固体废弃物为原料制备地质聚合材料提供了参考。
关键词: 自燃煤矸石; 矿渣; 粉煤灰; 地质聚合材料 ;正交设计
引言
煤矸石“量”上大宗性和“质”上富含硅、铝,使其在地质聚合材料中应用具有了可行性[1-2]。目前煤矸石在建材领域中应用,主要集中在代替黏土生产水泥、作水泥的活性混合材料或混凝土的矿物掺合料,掺量十分有限。而对于吃“渣”量较大的煤矸石地质聚合材料的研究尚未深入[3]~[6]。地质聚合物是指具有优良的结构特性和耐久性,制备和形成在接近常温条件下完成的胶凝材料。由于生产过程中避免了传统水泥的高温烧结和废物排放,因此具有良好的经济性和环保性[4]。本文以大宗工业固体废弃物自燃煤矸石、粉煤灰和矿渣为主要原料,利用这些固体废弃物中的黏土质成分,在碱硅酸的作用下,制备“地质聚合材料”,实现“灰色”水泥向“绿色”转变。
1 胶砂强度正交试验
1.1 原材料
(1)自燃煤矸石粉:自燃煤矸石取自阜新高德矿,通过破碎、研磨及筛分制备成粉体,制备工艺见图1,筛分析结果见图2,主要化学成分见表1,粒度分析见表2。密度2.77g/cm3,松堆密度1350kg/m³。
(2)其他材料
粉煤灰:阜新发电厂I级粉煤灰,密度2.72g/cm3;矿渣:抚顺产水淬高炉矿渣,密度2.68g/cm3。粉煤灰和矿渣的化学成分及粒度分析见表1和表2,;水玻璃:天津产钠基水玻璃,模数2.2,纯度40%;氢氧化钠:市售化学纯,白色粉末状,纯度96%,主要用来调节水玻璃的模数;氢氧化钾:市售工业纯试剂,白色片状固体,纯度88%;水:普通自来水;标准砂:符合ISO标准。

4 结论
   (1)以自燃煤矸石、矿渣和粉煤灰为原料,水玻璃和氢氧化钾为激发剂,在试件脱模后在65℃环境下蒸养6h在标准养护,可以成功制备出强度等级为42.5R,其它技术性能皆满足硅酸盐水泥技术标准的自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶凝材料;
(2)正交试验极差分析显示,自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度最高的配合比为:自燃煤矸石:矿渣:粉煤灰=2:1:1,水玻璃:氢氧化钾=7:3,水胶比为0.46;
(3)正交试验方差分析显示,自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度影响程度大小顺序为:自燃煤矸石掺量>矿渣掺量>水玻璃掺量。
参考文献:
[1]王国平.辽宁阜新煤矸石资源综合利用研究[D].成都:成都理工大学博士学位论文,2005
[2]李化建.煤矸石的综合利用 [M].北京:化学工业出版社,2007
[3]袁鸿昌,江尧忠.地质聚合物材料的发展及其在我国的应用前景[J].硅酸盐通报,1998,(2):46-51
[4]尚建丽,刘琳.矿渣-粉煤灰地质聚合材料制备及力学性能研究[J]. 硅酸盐通报,2011,30(3):40-42.
[5] 李俊,尹健,周士琼,李益进. 基于正交试验的再生骨料混凝土强度研究 [J].土木工程学报,2006,39(9):43-46.
[6]范飞林,徐金余,李为民.矿渣-粉煤灰基地质聚合材料的基本性能研究[J].混凝土,2008,23-27.

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