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1活性激發(fā)方法

1．1機(jī)械活化機(jī)理

在處理粉煤灰、礦渣、煤矸石方面，機(jī)械活化具有很好的效果。其主要目的是將顆粒變小，這樣做可以起到密實(shí)增強(qiáng)的作用，由于細(xì)小的顆粒可以填充硬化結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔，還有一個(gè)好處就是會(huì)增加顆粒的比表面積，以及點(diǎn)缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)在部分顆粒表面出現(xiàn)，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)象，氧化硅和氧化鋁的無定形程度增加，顆粒表面的自由能也會(huì)增加，活性因此就會(huì)增加;同時(shí)它會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)使石膏以及氫氧化鈣的量減少，加速水泥水化產(chǎn)物與混合材的再次反應(yīng)的進(jìn)行，從而促進(jìn)了水化產(chǎn)物的增加，提高了強(qiáng)度。煤矸石機(jī)械活性的影響因素有煤矸石顆粒的分布以及水泥顆粒分布，它們的組合對(duì)于煤矸石的活性是一個(gè)重要的參數(shù)，40μm～80μm的煤矸石顆?？梢蕴岣咚嗟暮笃趶?qiáng)度，其機(jī)理為:這種粒徑的煤矸石顆粒，對(duì)坍落度的損失影響很小，可以幫助促進(jìn)煤矸石在水泥體系中物理堆積作用的發(fā)揮;其次顆粒度的增加也會(huì)影響煤矸石的活性，顆粒越大，則煤矸石反應(yīng)沒有進(jìn)行的部分越多。而在水泥中主要以物理填充為主，使得機(jī)械活化后煤矸石活性的效果會(huì)低于理論計(jì)算出來的結(jié)果。

1．2熱活化機(jī)理

煤矸石的化學(xué)成分與粘土十分的接近，屬硅鋁質(zhì)原料。因此可以按煤矸石里鋁的含量進(jìn)行分類，有三種分別為:低、中、高。煅燒后煤矸石活性一般是按自然煤矸石中氧化鋁和二氧化硅含量來決定的，即未煅燒的煤矸石中氧化鋁和二氧化硅的含量越高，其處理后的活性也就越高。之所以會(huì)有這樣的結(jié)果，是由于煤矸石中的碳會(huì)影響水泥的耐久性、強(qiáng)度以及需水量，煅燒后一部分碳會(huì)被燃盡，因此提高了煤矸石的活性;還有就是煅燒后高嶺土組分發(fā)生了化學(xué)變化，相比自然煤矸石，生成了更多的氧化鋁和二氧化硅，從而提高煤矸石的活性。煤矸石熱激活的影響因素有煅燒的溫度，不同地區(qū)的煤矸石需要不同的適宜溫度，但是一般都在700℃～1000℃之間，主要是考慮到煤矸石內(nèi)部成分的區(qū)別;還有就是冷卻方式的選擇，一般認(rèn)為冷卻速度越快，其活性就越高;煅燒物料的形態(tài)以及煅燒時(shí)間也會(huì)影響煤矸石的活性，煤矸石的形狀比較大時(shí)，其內(nèi)部的碳不易被充分燃燒，會(huì)增加煤矸石水泥的需水量，對(duì)其強(qiáng)度也有一定的影響。煅燒時(shí)間越長(zhǎng)，會(huì)使得本來活性很好的煤矸石由于二氧化硅和三氧化鋁重新生成莫來石來降低煤矸石的活性。

1．3微波輻射活化

煤矸石里面物質(zhì)吸收微波，溫度升高，而且在同一微小的區(qū)域內(nèi)，周邊的礦物由于具有不同的性質(zhì)導(dǎo)致升溫速率是不同的，從而在煤矸石內(nèi)部存在一定的溫差，會(huì)使一部分升溫的礦物膨脹，裂縫會(huì)在礦物之間產(chǎn)生，此外，微波礦物的有效反應(yīng)面積可以相互促進(jìn)吸收，并且可以促進(jìn)吸收微波礦物的單體解離，同時(shí)又可以使煤矸石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、相變以及晶型的轉(zhuǎn)變。而且這種加熱方法對(duì)煤矸石的煅燒比較充分，需要的加熱時(shí)間比較短(只要介質(zhì)體不是很厚)。波長(zhǎng)能量的不同以及輻射時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)使得煤矸石的輻射活化效果不同，主要是由于煤矸石中的礦物對(duì)溫度這一因素非常敏感。因此，在進(jìn)行微波輻射活化時(shí)，應(yīng)對(duì)波長(zhǎng)的能量以及時(shí)間加以認(rèn)真考慮。

1．4化學(xué)活化

通過引入化學(xué)試劑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產(chǎn)物與煤矸石的二次反應(yīng)的堿性試劑。加入堿性試劑主要是為了反應(yīng)的不斷進(jìn)行，使煤矸石中的Al—O鍵和Si—O鍵被破壞，而使得結(jié)構(gòu)解體，最后產(chǎn)生新的物質(zhì)，是一種高強(qiáng)度無序的結(jié)構(gòu)材料。其中堿性試劑溶于水中水解出來的堿性離子與溶液中的其他離子進(jìn)行交換，也不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞。一般影響化學(xué)反應(yīng)主要是反應(yīng)進(jìn)程，對(duì)于反應(yīng)進(jìn)程，起關(guān)鍵作用的是激發(fā)劑的類型和摻量。而煤矸石的化學(xué)激發(fā)劑也要一個(gè)最佳的摻量來促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，激發(fā)劑用量少時(shí)，水化反應(yīng)速度減慢，但是在沒達(dá)到最佳摻量之前，反應(yīng)速度會(huì)隨著激發(fā)劑摻量的增加而加快;如果激發(fā)劑含量太多，過快的速度會(huì)在表面形成一層膜來保護(hù)未反應(yīng)的物質(zhì)，而阻止反應(yīng)的進(jìn)行，同樣會(huì)使反應(yīng)速度降低。文獻(xiàn)表明，不同的激發(fā)劑所確定的最佳摻量也是不同的，其中王聰就對(duì)水玻璃和氫氧化鈉的摻量進(jìn)行過研究，得到氫氧化鈉的最佳摻量為10%，而水玻璃的最佳摻量為6%～8%之間，其強(qiáng)度有比較高的增加速度。而朱明秀得到的水玻璃的最佳摻量為4%，其中水玻璃的模數(shù)導(dǎo)致這種數(shù)據(jù)的差異。

2結(jié)語

通過對(duì)煤矸石活性的影響因素，以及不同的活化方式對(duì)煤矸石活性的影響作出簡(jiǎn)單描述，煤矸石活性提高的方法若采用熱化學(xué)或者機(jī)械激活，其主要原理是增加二氧化硅和三氧化二鋁的含量來提高的;而微波輻射主要是通過煤矸石內(nèi)部溫度的提高來使煤矸石的活性增加。一般來說四種方法是混合使用的，目前混凝土中摻煤矸石，所使用的活化方法具體是:自然煤矸石首先通過顎式破碎，之后將破碎后的試塊在球磨機(jī)中加工一段時(shí)間，具體控制在5h，然后放入箱式電阻爐中，將煤矸石加熱到600℃，650℃，700℃，750℃，800℃，850℃，900℃。加熱到規(guī)定的溫度時(shí)，不要立即冷卻，一定要保持恒溫7h，之后取出自然冷卻，然后進(jìn)行再一次的細(xì)磨，放入之前的球磨機(jī)，繼續(xù)研磨3h，活化過程結(jié)束，之后進(jìn)行各種試驗(yàn)研究。

作者：毛黎祥單位：太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院山西國(guó)際電力集團(tuán)有限責(zé)任公司