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粉煤灰是燃煤电厂的一种主要固体废弃物,高炉矿渣是炼铁过程产生的固体废弃物,两者均由于经过高温燃烧而具有潜在的胶凝性能,在矿山胶结充填用胶凝材料的制备方面具有巨大应用潜力。为促进粉煤灰、高炉矿渣在矿山胶结充填中的应用,降低充填采矿成本,本文通过在对粉煤灰和高炉矿渣的胶凝性能、活化方法研究基础上,制备了用于矿山胶结充填的粉煤灰/高炉矿渣复合胶凝材料。 高炉矿渣粉煤灰活化指数研究表明,粉煤灰具有一定的胶凝性能,但其胶凝性能不及高炉矿渣,尤其是早期胶凝性能偏低。比表面积为413.2m2/kg的高炉矿渣3d、7d、28d的活化指数分别为96.08%、92.34%和95.88%,而比表面积为446.2m2/kg的粉煤灰3d、7d、28d的活化指数分别为37.06%、51.04%和68.958%。 对粉煤灰胶凝性能活化研究表明,采用熟石灰、熟料在常规养护条件下(温度20℃、湿度95%)难以使粉煤灰的胶凝性能得到有效活化,化学激发剂与熟石灰或与熟料复合活化粉煤灰的效果也不理想。采用熟石灰活化时,熟石灰与粉煤灰配比为4.5:5.5(质量比)的胶凝材料净浆28d的抗压强度仅有2.16MPa、粉煤灰反应程度仅为7.98%;采用熟料活化时,熟料与粉煤灰配比为4:6(质量比)的胶凝材料净浆28d的抗压强度仅有13.58MPa、粉煤灰反应程度仅为5.48%。氯化钠用量1%下,熟料与粉煤灰配比4:6(质量比)的胶凝材料净浆28d抗压强度为19.8MPa、粉煤灰反应程度为7.83%。说明,以粉煤灰为主,难以制备出性能理想的胶凝材料。 对高炉矿渣胶凝性能活化研究表明,熟石灰、熟料在常规养护下均可有效活化高炉矿渣的胶凝性能,相对而言,熟料活化高炉矿渣胶凝材料的早期强度较高,熟料与化学激发复合活化高炉矿渣胶凝性能最好。采用熟石灰活化时,熟石灰与高炉矿渣配比为1:9(质量比)的胶凝材料净浆3d、7d、28d的抗压强度分别达到8.45MPa、17.73MPa、43MPa;采用熟料活化时,熟料与高炉矿渣配比为2:8(质量比)的胶凝材料净浆3d、7d、28d的抗压强度分别达到20.56MPa、31.92MPa、42.76MPa。在熟料活化矿渣胶凝材料中添加少量氯化钠能够使各龄期抗压强度进一步提高。表明,高炉矿渣制备胶凝材料较为理想。 通过对不同配比的粉煤灰/矿渣复合胶凝材料的制备试验表明,采用单一熟料活化、或采用化学激发剂与熟料复合活化,均能够制备出具有良好性能的充填用胶凝材料。单一熟料活化下,熟料:粉煤灰:高炉矿渣配比18:10:72(质量比)复合胶凝材料净浆3d、7d、28d抗压强度分别为18.28MPa、29.15 MPa、39.13MPa接近32.5号水泥各龄期抗压强度;氯化钠熟料复合活化下,熟料:粉煤灰:高炉矿渣:氯化钠配比14:30:56:3(质量比)复合胶凝材料净浆各龄期抗压强度均高于32.5号水泥抗压强度。氯化钠熟料复合活化下,熟料:粉煤灰:高炉矿渣:氯化钠配比16:20:64:3(质量比)复合胶凝材料净浆各龄期抗压强度分别为36.01MPa、39.13MPa、47.88MPa高于42.5号水泥的抗压强度。 粉煤灰/高炉矿渣复合胶凝材料应用试验证明,制备出的胶凝材料可替代32.5号和42.5号水泥用于矿山胶结充填。在浓度75%、胶砂比1:5下,熟料:粉煤灰:高炉矿渣配比18:10:72(质量比)复合胶凝材料砂浆3d、7d、28d抗压强度分别为0.85MPa、2.58MPa、4.81MPa高于32.5号水泥砂浆的抗压强度;熟料:粉煤灰:高炉矿渣:氯化钠配比16:20:64:3(质量比)复合胶凝材料砂浆各龄期抗压强度为1.29 MPa、3.38MPa、3.81MPa高于42.5号水泥砂浆的抗压强度。