1、土木工程中煤矸石活化方法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
2、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 ， 40m
3、 80m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
4、 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
5、 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
6、 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
7、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
8、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
9、 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 AlO键 和 SiO 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
10、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
11、 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
12、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
13、 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 。
