碱激发粉煤灰生成胶凝材料的研究VIP免费

第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页碱激发粉煤灰生成胶凝材料的研究付克明1，2,路迈西1,祝天林2,张勤善21.中国矿业大学(北京)(北京100083);2.焦作大学(河南焦作454100);摘要：粉煤灰生产胶凝材料可部分代替水泥，不但大量消耗固体废弃物，且生产工艺简单，能耗低。碱激发粉煤灰产生胶凝材料的过程是碱与粉煤灰中的硅、铝质反应产生的硅铝酸凝胶。凝胶首先在小颗粒表面形成,并随着反应的进行其数量逐步增加,最后相互胶联、聚合,形成密实的胶凝材料。粉煤灰中的玻璃态硅、铝成分较易与碱反应，而结晶组分—莫来石、石英则较难反应。碱的种类和浓度是反应的关键因素NaOH是最适合的碱激发剂。水玻璃的添加有利于提高粉煤灰胶凝材料的质量。关键词：固体废弃物；粉煤灰；再利用；碱激发；硅铝酸钠凝胶世界粉煤灰年排放量已超过5.5亿吨，预计到2010年粉煤灰的产量将达8亿吨，而粉煤灰的循环利用率只有15%[1-2]；我国的粉煤灰的排放量也达到1.5亿吨以上，并且逐年递增。其中大约也只有20%的粉煤灰用于水泥、混凝土、制砖等方面。粉煤灰的大量堆积，既占据空间，又会对大气、水体造成污染[3]。粉煤灰主要由SiO2和Al2O3组成，矿物相组成为玻璃相、结晶矿物以及少量未燃碳[2]。通过碱激发过程，粉煤灰能够生成一种胶凝材料，此类胶凝材料可部分代替水泥，且生产工艺简单，能耗低，可大量消耗固体废弃物。这引起了国际上的关注，国内也开始进行相关的研究。本文以焦作电厂粉煤灰为研究对象，研究了粉煤灰制备胶凝材料的主要操作参数，并对凝胶形成过程及机理进行探讨。1试验部分1.1试验原料实验用粉煤灰来自河南焦作电厂粉煤灰，其化学成分如表1，粉煤灰的主要化学组成为SiO2和Al2O3，有少量铁、钙、镁等金属氧化物，以及少量未燃炭。其矿物组成如图1所示，主要为玻璃相、结晶矿物，在晶体矿物中，有较多石英和莫来石。粒度分析结果如表2所示，约90%的颗粒小于33µm，50%小于16µm。试验用原料还包括分析纯化学试剂NaOH溶液，自来水、石英砂和水玻璃。表1试验用粉煤灰化学成分Table1.ChemicalcompositionofflyashfromJiaozuopowerstation化学成分SiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOSO3Loss含量(%)45.0430.557.021.126.013.241.563.65第2页共7页第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页图1焦作电厂粉煤灰的XRD图谱Figure.1.XRDpatternofflyashformJiaozuopowerstation表2粉煤灰粒度测试结果Table2.Theparticlesizetestingresultsofflyash粒径分布D10D25D50D75D90D97平均粒径表面积/体积粒径（µm）2.227.7215.924.5433.1441.3218.988649cm2/cm3注:粒度测试采用成都精新粉体测试设备有限公司生产的JL-1166型激光粒度测试仪.1.2试验方法实验分成两部分，第一部分为探索试验，为了研究碱和粉煤灰的反应过程，笔者选用4M的NaOH溶液与粉煤灰在95℃左右条件下进行反应，通过XRD和SEM图片分析反应中的现象，并分析凝胶形成的过程。第二部分为条件试验，主要研究在常温下，NaOH溶液浓度和水玻璃用量对试样强度的影响。试验中采用100g粉煤灰，按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法确定石英砂用量为200g，液体量为35mlNaOH溶液,改变NaOH溶液浓度，加入不同质量的水玻璃，在相同的操作条件下混合，经搅拌后装入40×40×160mm的试模中，在常温下养护28d后，进行抗折与抗压强度测试。表3为试验条件，表4为试验结果。表3试验条件Table3.Thetestingconditions试验号NaOH(M)水玻璃(g)FN-1N-2FN-3FN-4FNW-5FNW-1FNW-268101210810----51010101520253035050100150200Q--QuartzM--MulliteMMMQQMMMIntensity2(deg)第3页共7页第2页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共7页FNW-61015表428天后试样的机械强度Table4.Mechanicalstrengthsofsamplesafter28d试验号抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)FN-1FN-2FN-3FN-4FNW-5FNW-1FNW-2FNW-65.25.56.16.06.46.87.27.218.722.427.227.933.836.442.344.62试验结果分析2.1凝胶形成过程分析粉煤灰与碱溶液混合时，碱溶液首先和粉煤灰中高活性的玻璃态SiO2和A...