煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究

发布时间：2024-04-22 06:12

　　煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁，为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题，提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料，采用单因素实验设计法，研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明，初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现，在碱激发剂的作用下，未煅烧的煤矸石结构被破坏，与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。

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【部分图文】：

图1复合地质聚合物制备流程示意图

首先，将分析纯NaOH颗粒、商业水玻璃和去离子水按实验要求混合制成碱激发剂溶液，充分搅拌后将溶液在室温条件下陈化18h;再将煤矸石和高炉矿渣混合物与碱激发剂溶液按一定质量比混合并充分搅拌后，倒入20mm×20mm×20mm的六联立方体金属模具中，在振实台上振动约15m....

图2地质聚合物基体抗压强度随水玻璃模数的变化曲线

地质聚合物基体的单轴抗压强度随水玻璃模数的变化曲线如图2所示。由图2可以发现，地质聚合物基体单轴抗压强度随水玻璃模数的增大而单调递减，从53.36MPa降低至38.33MPa。在地质聚合物制备过程中，水玻璃模数即碱激发剂中SiO2/Na2O摩尔比的增大能够降低反应体系中的碱性....

图3地质聚合物基体抗压强度随碱激发剂添加量的变化曲线

地质聚合物基体的单轴抗压强度随碱激发剂添加量的变化曲线如图3所示。可以看出，当添加碱激发剂的质量分数为10.0%时，基体的抗压强度最高，过高或过低的碱激发剂添加量都会导致基体抗压强度的降低。与水玻璃模数因素相同的是，2种因素均会对地质聚合物反应体系的pH环境产生影响。碱激发剂添加....

图4地质聚合物基体抗压强度随液固比的变化曲线

地质聚合物基体的单轴抗压强度随液固比的变化曲线如图4所示。可以看出，基体单轴抗压强度随液固比的增大而呈现先增高再降低的趋势，当液固比为0.27时，其强度最大为46.44MPa。水在地质聚合物的制备过程中起到重要作用，能够促进反应中前驱体材料的溶解、缩聚和胶凝。在反应中水含量的降....

本文编号：3962045