热活化煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物性能研究

摘要

以煤矸石、矿渣和粉煤灰为主要原料，利用其富含的黏土质矿物成分，在碱硅酸的作用下，制备性能类似“Geopolymer”的地质聚合物，称之为煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物。由于地质聚合物可以以工矿业固体废弃物为主要原料，且不仅具有优良的结构特性和耐久性，还具有良好的经济性和环保性，因此备受关注，成为研究热点。本文是国家自然科学基金煤炭联合项目《煤矸石在水泥和混凝土资源化利用中关键科学问题研究》(U1261122)的子项目，所有研究成果都是在该基金的资助下完成并取得的。
　　本文首先研究煤矸石的热活化，选择热活化温度、保温时间和冷却方式三个因素，按正交表L16(45)进行胶砂强度的正交试验，揭示热活化工艺对煤矸石活性影响规律，以此确定煤矸石反应活性最佳的工艺制度;接下来，按均匀设计中的拟水平法设计试验，以煤矸石掺量、矿渣掺量、水玻璃模数、钾钠比和配体溶液浓度为变量，以煤矸石·矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度为目标函数，利用MATLAB软件处理试验数据，建立之间的定量数学关系式，给出最优配合比;最后按最优配合比制备地质聚合物，并进行细度、凝结时间、胶砂强度及体积安定性等胶凝材料主要技术性质的检测。取得以下研究成果:
　　(1)阜新清河门矿煤矸石最佳热活化工艺制度为:热活化温度650℃、保温时间2h、风冷冷却。各种因素影响程度大小顺序为:热活化温度＞冷却方式＞保温时间＞热活化温度与保温时间的交互作用。
　　(2)通过均匀试验，得出了煤矸石·矿渣-粉煤灰地质聚合物3d和28d的抗折、抗压强度一系列回归方程。该公式的建立在已知煤矸石掺量、矿渣掺量、水玻璃模数、钾钠比及水玻璃浓度时，可估算出煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的3d和28d的抗折、抗压强度值，对工程具有实际指导意义。
　　(3)煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的细度为1003.07m2/kg、初凝时间为60min、终凝时间为90min、体积安定性合格，四个指标皆满足国家标准对硅酸盐水泥的技术要求，且表现出快硬、早强的技术特点。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 煤矸石简介

1．1．1 煤矸石的来源

1．1．2 煤矸石的组成

1．1．3 煤矸石的危害

1．2 煤矸石的热活化

1．2．1 煤矸石热活化方法

1．2．2 煤矸石热活化的机理

1．3 地质聚合物简介

1．3．1 地质聚合物的概念

1．3．2 地质聚合物的研究现状

1．3．3 地质聚合物的反应机理

1．3．4 地质聚合物的特性

1．4 课题的提出、研究意义以及研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 研究意义

1．4．3 研究内容

1．5 本文计技术路线图

2 试验材料、试验设备与试验设计方法简介

2．1 试验原材料

2．1．1 煤矸石

2．1．2 粉煤灰

2．1．3 矿粉

2．1．4 配体

2．1．5 标准砂

2．1．6 水

2．2 实验设备

2．3 试验设计方法概述

2．3．1 正交设计

2．3．2 均匀设计

3 基于正交设计的煤矸石热活化工艺制度对胶砂囊度影响试验研究

3．1 引言

3．2 正交试验的方案设计

3．2．1 实验方案设计

3．2．2 试验方法

3．3 试验结果及分析

3．3．1 煅烧试验现象分析

3．3．2 微观试验表征分析

3．3．3 正文试验极差和方差分析

3．4 煤矸石热活化影响因素分析

3．4．1 热活化温度对胶砂强度的影响

3．4．2 保温时间对胶砂强度的影响

3．4．3 冷却方式对胶砂强度的影响

3．5 本章小结

4 基于均匀设计的煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物配合比优化

4．1 引言

4．2 均匀试验的方案设计

4．2．1 试验方案设计

4．2．2 试验方法

4．3 试验结果及分析

4．3．1 胶砂试验现象分析

4．3．2 均匀试验结果数据分析

4．4 各成分对煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度的影响

4．4．1 主体成分对地质聚合物强度的影响

4．4．2 配体成分对地质聚合物强度的影响

4．5 本章小结

5 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的主要技术性能

5．1 硅酸盐水泥的主要技术性能

5．2 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的主要技术性能

5．2．1 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的细度

5．2．2 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的凝结时间

5．2．3 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的体积安定性

5．2．4 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物的胶砂强度

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集