英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
建筑与建材
期刊主页：万维网。elsevier.com/locate/conbuildmat
Construction and Building Materials 166 (2018) 760–768
通过增加钙含量提高煅烧煤石地质聚合物砂浆的强度
黄国栋 季永胜 李军 侯志辉 董作超
中国矿业大学地质力学与深层地下工程国家重点实验室，江苏徐州21116
安徽科技大学土木建筑工程学院，安徽淮南232001
江苏省建筑节能与建筑技术协同创新中心，江苏徐州21116
江苏科技大学建筑与土木工程学院，江苏镇江212005
摘要：
在这项研究中，将煅烧的煤矸石与粒状高炉矿渣（GBFS）和熟石灰混合，从而在增加钙含量的基础上提高了强度，从而制成了地质聚合物。此外，通过热重分析（TGA），X射线衍射（XRD），傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SDS）对煤石地质聚合物的性能，相变，分子结构和微观结构进行了表征（ SEM）分析。结果表明，煤石中活性钙含量低是造成地质聚合物强度低的主要原因。由于GBFS和熟石灰的增加和活性钙含量的增加，地聚合物的强度逐渐提高。然而，当GBFS含量大于40％时，地聚合物的抗压强度的增加不明显，而熟石灰含量超过5％时，地聚合物的抗压强度急剧下降。
关键词：煤矸石 灰浆 GBFS 熟石灰 地质聚合物 钙含量
1、介绍
煤矸石是一种固体废物，是在煤炭开采、洗涤和加工过程中产生的，占煤炭总量的10％至25％。据估计，自2010年以来，每年用于煤炭开采的煤矸石产量约为7.5亿吨，占中国工业固体废物总量的四分之一。此外，在1700个堆场中，总共储存了45亿吨煤矸石，占地15,000公顷。煤石产量高，利用率低，造成大量堆积，造成严重的环境污染。但是，煤石是一种可用资源，可以替代燃料来发电，并生产化学产品，例如制作氯化铝，水玻璃。但是由于生产成本高，利润低，煤矸石的这种利用一直没有得到推广。因此，经济合理地利用煤石可以缓解环境，节约资源，减少土地占用并促进可持续发展，寻找合适的利用煤石的方法已成为研究的重点。
使用煤石作为混凝土原料是实现该资源利用的一种合适方法。近年来，学者们提出用煤矸石代替混凝土骨料的设想并开展了广泛的研究。目前的研究表明，煤矸石与水泥基材料的相容性较差，是层状结构的沉积岩，当煤石破碎成团聚体时，其特征是具有针状或片状形状的疏松软颗粒。用作混凝土骨料时，搅拌的用水量很高，煤石骨料不能提供足够的支撑用于混凝土骨架。此外，它活性较低，若用其代替水泥时，会导致混凝土强度大幅下降。
地质聚合物是通过反应产生的一种胶凝材料，利用强碱使其活化，具有更好的性能。通常，可以使用主要由硅铝酸盐组成的工业固体废物作为原料。煅烧煤石的主要成分是铝硅酸盐，因此地质聚合物材料为利用煤矸石提供了有效的途径。然而，未煅烧的煤矸石具有较低的反应性并且不能制成地质聚合物材料。可以通过增加在700°C至900°C之间煅烧提高煤矸石的活性，并具有一定强度。地聚合物材料可以在室温下制备。不幸的是，与碱活化的GBFS相比，由煅烧煤石制备的地质聚合物的抗压强度太低。钙含量的差异是两种材料性能差异的主要原因。希望通过增加钙含量来提高煤石地质聚合物的抗压强度。因此，研究提高煤石地质聚合物中钙含量以提高其抗压强度的方法和机理，是开发和应用煤矸石的重要步骤。
在这项研究中，提出了两种增加煤石地质聚合物中钙含量的方法，即GBFS和熟石灰，以及煅烧煤石以提高其聚合反应活性。为了研究钙含量对地质聚合物的影响及其增强机理，测定了煤石地质聚合物的抗压强度，同时进行了热重分析（TGA），X射线衍射（XRD），扫描电镜分析。 （SEM）和煤矸石地质聚合物的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。
2.实验材料和方法
2.1用料
将煤石磨成细粉（CG）其表面积为400 m2/ kg；工业分析显示在表格1 化学成分显示在表2.实验中使用的GBFS是符合中国标准GB / T 1806-2008的S95粒状高炉矿渣粉，其化学成分也列于表2.熟石灰采用工业级。它的纯度为95％，表面积为400 m2/ kg。对于碱活化溶液，使用氢氧化钠（NaOH）和硅酸钠（Na2SiO3）和9.65％Na2O，25.22％SiO2和65.13％H2O。硅酸钠模数为2.7，波美度为37°。参考NaOH和水的剂量表3制备125毫升的4.8M NaOH溶液以制备每组砂浆。然后在使用前放置24小时。所用的试验砂为比重为2.58，细度模量为2.9的ISO标准砂。
2.2方法
2.2.1.CG中活性钙含量的测定
参照《水泥化学分析方法》 GB / T176-2008[22]，通过溶解试验检测CG活性成分的含量。（1）酸溶解：将CG与水混合以形成浆料。将一定量的盐酸加入到浆料中并完全混合。将该混合物在沸水中加热15分钟，然后过滤。通过碱溶解获得过滤的残余物。（2）碱溶解：将NaOH溶液加入到含有残余物的烧杯中。将烧杯置于沸水中加热15分钟，最后滤出不溶残余物。（3）煅烧：将不溶的残余物干燥并在马弗炉中煅烧。在1000°C下加热半小时。残留物重量测量煅烧量，并通过X射线荧光光谱仪（XRF）分析残留物的化学成分含量。将化学溶解后的质量损失作为反应性含量，并根据等式1计算。
Pr frac14; eth;Mt times; Px — Mr times; PxTHORN;=Mt
其中，Pr为活性化学成分的比例；Mt表示反应前的总质量。Mr表示反应后的残渣质量。Px是化学成分的比例。
2.2.2CG土工聚合物的制备及力学性能
2.2.2.1 标本混合比例。参照“水泥测试方法强度的测定ISO” GB / T17671-1999[23]，制备了CG地质聚合物的砂浆样品。由于未煅烧的CG活性较低，因此以这种方式制备的CG地质聚合物的强度较低。可以在CG在350°C、700°C、1050°C下进行煅烧，改善机械性能，以检验不同煅烧温度的增强效果。然后，将GBFS和熟石灰混入CG地质聚合物中，以通过增加钙含量实现强化。
表3显示了CG地质聚合物的砂浆样本的混合比例。从L-1至L-4的基团表示通过在不同温度下煅烧的CG制备的CG地质聚合物。从L-5到L-8的基团代表二元复合地质聚合物，将其与不同量的GBFS混合。从L-9到L-12的基团代表三元复合地质聚合物，将其与不同量的GBFS和熟石灰混合。
2.2.2.2标本铸造。CG地质聚合物样品在20plusmn;2°C的控制室中混合。该过程首先将CG，GBFS和熟石灰混合1分钟，然后加入NaOH溶液加入硅酸钠溶液并搅拌30秒，最后加入ISO标准砂并搅拌1分钟。根据《水泥测试方法强度的测定ISO》，以4：0的液固比制备标准的40毫米160毫米的地质聚合物砂浆标本。液体为NaOH溶液和硅酸钠溶液。
表格1
煤石w /％的工业分析
|
湿气 |
灰分 |
易挥发的 |
固定碳fcad |
热量值 |
炸弹测试 |
|
|
煤石 |
0.8% |
86.59% |
9.07% |
3.54% |
1620 kJ /kg |
810 kJ /kg |
表2
原料化学成分w /％
|
原材料 |
二氧化硅2 |
铝2O3 |
铁2O3 |
氧化钙 |
氧化镁 |
钠2O |
K2O |
其他 |
烧失量 |
|
CG |
59.73 |
20.16 |
5.5 |
1.96 |
1.01 |
0.23 |
2.52 |
0.34 |
8.24 |
|
GBFS |
31.35 |
18.65 |
0.57 |
34.65 |
9.31 |
– |
– |
0.41 |
0.7 |
表3
混合砂浆的比例（单位：g）。
|
标本号 |
煤石 |
GBFS |
熟石灰 |
水 |
水玻璃 |
氢氧化钠 |
砂 |
备注 |
|
L-1 |
450 |
0 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
没有煅烧 |
|
L-2 |
450 |
0 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
在350°C下煅烧 |
|
L-3 |
450 |
0 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
在700°C下煅烧 |
|
L-4 |
450 |
0 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
1050°C煅烧 |
|
L-5 |
360 |
90 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
在700°C下煅烧 |
|
L-6 |
315 |
135 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350 |
在700°C下煅烧 |
|
L-7 |
270 |
180 |
0 |
125 |
120 |
24 |
1350<!-- 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[245885]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
