煅烧煤矸石细骨料特性及其对砂浆性能的提升作用

摘要

煤矸石是采煤和洗煤过程产生的工业固体废弃物,其长期堆积造成的环境问题日益严重.将其制备成砂石骨料具有重要的环境和经济效益.以煤矸石为原料制备了煅烧煤矸石细骨料,通过XRD,FTIR和MAS NMR等测试方法系统探究了煅烧对煤矸石细骨料理化特性及其微结构的影响;对比研究了煤矸石细骨料砂浆和天然河砂砂浆的工作性能、力学性能、水吸附性能和干燥收缩性能;基于骨料特性分析了煅烧煤矸石细骨料改善砂浆性能的作用机制.结果 表明:煤矸石细骨料(CGFAraw)煤粉等杂质含量和棱角较多、强度低,以其制备的水泥砂浆28 d抗压强度仅有27.1 MPa,砂浆吸水能力强、干燥收缩大.煅烧后煤矸石细骨料的吸水率和强度增加,600°C以上温度煅烧后煤矸石中的O—H和Al—OH振动峰消失,Si,Al结构转变,煤矸石产生活性.煅烧煤矸石细骨料吸收拌和水,降低了砂浆流动性.但活化煅烧煤矸石细骨料(600～ 900°C)显著提升了砂浆力学性能,且呈现早强特性,其中750°C煅烧煤矸石细骨料(CGFA750)砂浆的3,28 d抗压强度分别较CGFAraw砂浆提高了64.7％和92.6％,强度已超天然河砂砂浆.CGFAraw同水泥基体的界面黏结弱,砂浆的孔隙率、吸水能力和干燥收缩均较大.活化煅烧煤矸石细骨料降低了砂浆有效水灰比,释水后对其进行内部养护,在活性细粉及骨料表面Si,Al组分的共同作用下密实了基体孔隙、改善了砂浆界面,降低了砂浆孔隙率和吸水能力,显著增强了水泥砂浆的抗干燥收缩性能,其中CGFA900砂浆的90 d干燥收缩较CGFAraw砂浆降低了69.5％.弱组分多、强度低、成分复杂的煤矸石细骨料其品质较天然河砂差,热活化(600 ～ 900°C)处理是提升骨料品质及其砂浆性能的有效途径.