土木工程中煤矸石活化方法

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1活性激发方法

1．1机械活化机理

在处理粉煤灰、矿渣、煤矸石方面，机械活化具有很好的效果。其主要目的是将颗粒变小，这样做可以起到密实增强的作用，由于细小的颗粒可以填充硬化结构的毛细孔，还有一个好处就是会增加颗粒的比表面积，以及点缺陷、结构缺陷会在部分颗粒表面出现，甚至会出现错位的现象，氧化硅和氧化铝的无定形程度增加，颗粒表面的自由能也会增加，活性因此就会增加;同时它会在很短的时间内使石膏以及氢氧化钙的量减少，加速水泥水化产物与混合材的再次反应的进行，从而促进了水化产物的增加，提高了强度。煤矸石机械活性的影响因素有煤矸石颗粒的分布以及水泥颗粒分布，它们的组合对于煤矸石的活性是一个重要的参数，40μm～80μm的煤矸石颗粒可以提高水泥的后期强度，其机理为:这种粒径的煤矸石颗粒，对坍落度的损失影响很小，可以帮助促进煤矸石在水泥体系中物理堆积作用的发挥;其次颗粒度的增加也会影响煤矸石的活性，颗粒越大，则煤矸石反应没有进行的部分越多。而在水泥中主要以物理填充为主，使得机械活化后煤矸石活性的效果会低于理论计算出来的结果。

1．2热活化机理

煤矸石的化学成分与粘土十分的接近，属硅铝质原料。因此可以按煤矸石里铝的含量进行分类，有三种分别为:低、中、高。煅烧后煤矸石活性一般是按自然煤矸石中氧化铝和二氧化硅含量来决定的，即未煅烧的煤矸石中氧化铝和二氧化硅的含量越高，其处理后的活性也就越高。之所以会有这样的结果，是由于煤矸石中的碳会影响水泥的耐久性、强度以及需水量，煅烧后一部分碳会被燃尽，因此提高了煤矸石的活性;还有就是煅烧后高岭土组分发生了化学变化，相比自然煤矸石，生成了更多的氧化铝和二氧化硅，从而提高煤矸石的活性。煤矸石热激活的影响因素有煅烧的温度，不同地区的煤矸石需要不同的适宜温度，但是一般都在700℃～1000℃之间，主要是考虑到煤矸石内部成分的区别;还有就是冷却方式的选择，一般认为冷却速度越快，其活性就越高;煅烧物料的形态以及煅烧时间也会影响煤矸石的活性，煤矸石的形状比较大时，其内部的碳不易被充分燃烧，会增加煤矸石水泥的需水量，对其强度也有一定的影响。煅烧时间越长，会使得本来活性很好的煤矸石由于二氧化硅和三氧化铝重新生成莫来石来降低煤矸石的活性。

1．3微波辐射活化

煤矸石里面物质吸收微波，温度升高，而且在同一微小的区域内，周边的矿物由于具有不同的性质导致升温速率是不同的，从而在煤矸石内部存在一定的温差，会使一部分升温的矿物膨胀，裂缝会在矿物之间产生，此外，微波矿物的有效反应面积可以相互促进吸收，并且可以促进吸收微波矿物的单体解离，同时又可以使煤矸石发生化学反应、相变以及晶型的转变。而且这种加热方法对煤矸石的煅烧比较充分，需要的加热时间比较短(只要介质体不是很厚)。波长能量的不同以及辐射时间的长短会使得煤矸石的辐射活化效果不同，主要是由于煤矸石中的矿物对温度这一因素非常敏感。因此，在进行微波辐射活化时，应对波长的能量以及时间加以认真考虑。

1．4化学活化

通过引入化学试剂使得煤矸石的活性提高，一般是加入一些可以加速水泥水化产物与煤矸石的二次反应的碱性试剂。加入碱性试剂主要是为了反应的不断进行，使煤矸石中的Al—O键和Si—O键被破坏，而使得结构解体，最后产生新的物质，是一种高强度无序的结构材料。其中碱性试剂溶于水中水解出来的碱性离子与溶液中的其他离子进行交换，也不会造成结构的破坏。一般影响化学反应主要是反应进程，对于反应进程，起关键作用的是激发剂的类型和掺量。而煤矸石的化学激发剂也要一个最佳的掺量来促进反应的进行，激发剂用量少时，水化反应速度减慢，但是在没达到最佳掺量之前，反应速度会随着激发剂掺量的增加而加快;如果激发剂含量太多，过快的速度会在表面形成一层膜来保护未反应的物质，而阻止反应的进行，同样会使反应速度降低。文献表明，不同的激发剂所确定的最佳掺量也是不同的，其中王聪就对水玻璃和氢氧化钠的掺量进行过研究，得到氢氧化钠的最佳掺量为10%，而水玻璃的最佳掺量为6%～8%之间，其强度有比较高的增加速度。而朱明秀得到的水玻璃的最佳掺量为4%，其中水玻璃的模数导致这种数据的差异。

2结语

通过对煤矸石活性的影响因素，以及不同的活化方式对煤矸石活性的影响作出简单描述，煤矸石活性提高的方法若采用热化学或者机械激活，其主要原理是增加二氧化硅和三氧化二铝的含量来提高的;而微波辐射主要是通过煤矸石内部温度的提高来使煤矸石的活性增加。一般来说四种方法是混合使用的，目前混凝土中掺煤矸石，所使用的活化方法具体是:自然煤矸石首先通过颚式破碎，之后将破碎后的试块在球磨机中加工一段时间，具体控制在5h，然后放入箱式电阻炉中，将煤矸石加热到600℃，650℃，700℃，750℃，800℃，850℃，900℃。加热到规定的温度时，不要立即冷却，一定要保持恒温7h，之后取出自然冷却，然后进行再一次的细磨，放入之前的球磨机，继续研磨3h，活化过程结束，之后进行各种试验研究。

作者：毛黎祥单位：太原理工大学建筑与土木工程学院山西国际电力集团有限责任公司