造紙白泥-頁(yè)巖-煤矸石新型混凝土摻合料性能研究

1、第36卷第6期2013年11月非金屬礦NonMetallicMineSVl0136No6November，2013造紙白泥頁(yè)巖一煤矸石新型混凝土摻合料性能研究劉哲益劉來(lái)寶徐光亮張禮華李浩(西南科技大學(xué)四川省非金屬?gòu)?fù)合與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，四川綿陽(yáng)621010)摘要采用熱激活法對(duì)造紙白泥一頁(yè)巖一煤矸石進(jìn)行改性，開(kāi)發(fā)出一種新型混凝土摻合料，并研究了其對(duì)混凝土性能的影響。結(jié)果表明，新型摻合料在混凝土中摻量為20

2、％時(shí)，未對(duì)混凝土早期力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，后期強(qiáng)度還較基準(zhǔn)試樣有一定程度提高。新型摻合料混凝土具有較好的減水劑適應(yīng)性和耐久性。關(guān)鍵詞造紙白泥混凝土摻合料頁(yè)巖煤矸石中圖分類號(hào)：TU528041；X793文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AStudyonConcreteAdmixtureProducedbyLimeMud，ShaleandCoalGangueasRawMaterialsLiuZheyiLiuLaibaoXuGuangliangZhangLihua

3、LiHao(StateKeyLaboratoryCultivationBaseforNonmetalCompositesandFunctionalMaterials，SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMianyang，Sichuan621010)AbstractAnewtypeofconcreteadmixturewasmanufacturedbylimemud，shaleandcoalg

4、anguethroughthermalactivationTheimpactofthenewconcreteadmixtureonthepropertiesofconcretewasstudiedTheresultsshowedthattheoptimalratioofsubstitutedcementdosagewas20％，therewasnonegativeeffectsOntheearlyagemechanicalbehavio

5、roftheconcretebyaddingintothisnewadmixture，andthemechanicals~engthhadbeenimprovedatthelateragecomparedwithonewithoutadmixtureTheconcretemadebythisnewadmixturehasgoodadaptabilitywithwaterreducingagentandgooddurabilityKeyw

6、ordslimemudconcreteadmixtureshalecoalgangue造紙白泥是造紙廠堿回收過(guò)程中得到含水率25％60％的廢棄沉淀物。隨著我國(guó)制漿造紙企業(yè)新建的堿回收系統(tǒng)數(shù)量增多、規(guī)模擴(kuò)大，產(chǎn)生的造紙自泥將大幅增加并積累，全部廠外排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因，在造紙白泥綜合利用中面臨很多問(wèn)題[2刊，因此造紙白泥的處理及資源化利用問(wèn)題迫在眉睫。頁(yè)巖是以氧化硅和氧化鋁為主要成分的黏土質(zhì)沉積巖，通常其晶

7、體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，幾乎無(wú)活性，但在一定溫度下煅燒后可產(chǎn)生晶體缺陷從而激發(fā)其活性。頁(yè)巖儲(chǔ)量大，開(kāi)采方便，可廣泛應(yīng)用于建材行業(yè)。煤矸石是我國(guó)排放量最大的固體廢棄物。水泥混凝土能有效固化有害組分，是消納處理各種廢物的有效途徑[8]。本實(shí)驗(yàn)采用熱激活法對(duì)造紙白泥一頁(yè)巖一煤矸石進(jìn)行改性，開(kāi)發(fā)出一種新型混凝土摻合料，并進(jìn)一步研究其對(duì)混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性的影響，為廢棄物資源化應(yīng)用于混凝土提供理論指導(dǎo)。1實(shí)驗(yàn)部分11原料竹漿造紙自泥，含水率4

8、6％，四川安縣收稿日期：201309—21基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAA04B04)；四川省教育廳科研重點(diǎn)項(xiàng)目fl1ZD1002)。一18紙業(yè)有限公司；頁(yè)巖，四川安縣；煤矸石，四川綿竹；P0425型水泥，~llJII中聯(lián)產(chǎn)。頁(yè)巖與煤矸石為塊狀，試驗(yàn)前將其破碎再入球磨機(jī)粉磨30min，細(xì)度達(dá)到80pm方孔篩篩余小于6％作為原料使用。原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1。造紙白泥XRD、差熱分析、粒度分析及SEM形貌圖，分別見(jiàn)圖1、圖2、圖

9、3、圖4，頁(yè)巖及煤矸石XRD分析見(jiàn)圖5。表1原料的化學(xué)成分／0／0△2030405060702o／(。)圖1造紙白泥的Ⅺ圖譜第36卷第6期非金屬礦2013年l1月從圖7可看出，所制備摻合料主要成分是硅酸二鈣(C：S)，這是由于煅燒過(guò)程中頁(yè)巖和煤矸石中的黏土礦物分解形成具有活性的無(wú)定形物質(zhì)，在較高溫度下可使鋁硅酸鹽礦物從外界獲取能量使其SiO、Al—O化學(xué)鍵打開(kāi)，晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量晶體缺陷，從而激發(fā)產(chǎn)生活性，其活性SiO與自泥中分解出

10、的CaO發(fā)生固相反應(yīng)生成C，S。采用掃描電鏡對(duì)煅燒物進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖8和圖7可知，經(jīng)煅燒所得摻合料中形成的礦物主要為硅酸二鈣，還有急冷形成大量的玻璃體。其中硅酸二鈣晶型結(jié)構(gòu)被溶劑礦物形成的玻璃體所包圍，形成團(tuán)聚狀的硅酸二鈣。可見(jiàn)其具有較高的火山灰活性和一定的自硬性。圖8混合體燒結(jié)樣品的SEM照片22新型摻合料的性能及最佳摻量試驗(yàn)將所制備的混凝土摻合料以不同取代量摻入水泥中，混合均勻后，按操作規(guī)程進(jìn)行膠砂試驗(yàn)新型摻合料的水泥膠砂

11、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度以及摻合料水泥漿安定性，見(jiàn)表3。表3不同摻量新型摻合料試件的物理眭能由表3可知，與基準(zhǔn)樣對(duì)比，摻合料的加入使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，說(shuō)明新型摻合料需水量較大。這是因?yàn)閾胶狭霞?xì)度高，表面粗糙，容易結(jié)合較多的吸附水。水泥的凝結(jié)時(shí)間隨摻合料摻量增加而減小，是由于制備過(guò)程中的急冷使部分cS不能完整結(jié)晶，具有較高的早期活性，可一定程度弱化摻合料帶來(lái)的早期強(qiáng)度損失。利用蒸煮法測(cè)定425水泥和各摻量新型摻合料試件安定性，雷氏夾

12、變化距離都在51／1111，該摻合料不會(huì)對(duì)水泥安定l生造成影響。在力學(xué)性能方面，隨著摻合料摻量的增加，新一20型摻合料試件早期強(qiáng)度有所降低，但對(duì)膠砂28d強(qiáng)度影響不大，摻量30％時(shí)28d抗壓強(qiáng)度比仍能達(dá)到882％，滿足GB／T2847—2005規(guī)定的用于水泥中的火山灰混合材料28d抗壓強(qiáng)度比不低于65％的要求。摻量在20％時(shí)，各齡期強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)水泥，摻量大于20％時(shí)，摻合料膠砂3d、28d強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度，且隨著摻量的提高逐

13、漸下降。摻合料后期強(qiáng)度比基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度增長(zhǎng)快，摻量在40％以內(nèi)時(shí)，摻合料膠砂56d強(qiáng)度接近或高于基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度，20％摻量試塊達(dá)到基準(zhǔn)水泥膠砂抗折強(qiáng)度的104％，40％摻量時(shí)，抗折強(qiáng)度最低，仍可達(dá)到基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度的92％。這說(shuō)明新型混凝土摻合料早期活化性能比水泥低，而后期高于水泥。本試驗(yàn)摻合料取代量為20％時(shí)，強(qiáng)度效果最佳。23外加劑相容性試驗(yàn)以純水泥為基準(zhǔn)，考察了新型摻合料對(duì)水泥與外加劑相容l生的影響，結(jié)果見(jiàn)圖9。所用外加劑為木

14、質(zhì)素磺酸鈣減水劑。403530蘭25堊201510070809101112131415161718192O21外加劑摻置／％圖9水泥凈漿Marsh曲線l萍一純水泥；2j6一新型摻合料摻量30％由圖9中5minMarsh曲線可見(jiàn)，l≠對(duì)比樣品的飽和點(diǎn)摻量為19％，摻入新型摻合料的2樣品的飽和摻量點(diǎn)為17％，在各自的飽和摻量點(diǎn)下，對(duì)比60minMarsh曲線可得出，l≠樣品經(jīng)時(shí)損失率為1％，2≠樣品經(jīng)時(shí)損失率為06％。加入摻合料后在較小的減

15、水劑用量下就可達(dá)到飽和點(diǎn)，且60min后經(jīng)時(shí)損失小，說(shuō)明摻合料可優(yōu)化水泥與外加劑的相容眭。對(duì)于水泥熟料單礦而言，鋁酸三鈣(cA)和鐵鋁酸四鈣(C4mF)與減水劑相容J陛較差，而cs和CS及其玻璃體與減水劑的相容性較好。Blank和Rossington[測(cè)得木質(zhì)磺酸鈣的表觀等溫吸附量大小順序?yàn)镃A、C4AF、c3s、C：S。新型摻合料主要成分是CS及其玻璃體，因此摻入后使得水泥對(duì)減水劑的吸附量變小，從而有較好的相容陛。24新型摻合料的混凝