煤矸石是指煤矿在开采中排出的含碳岩石。目前我国煤矸石已累计堆存45亿吨,约占全国工业废渣的25%,且每年以3~4亿吨的速度增长。仅两淮矿区煤矸石就达到1亿吨,约占安徽省固体废弃物总排放量的40%。煤矸石长期堆存占用土地,污染大气和地下水,对环境造成立体污染,矸石山的自燃、泥石流等严重危及人们的生命和财产安全。因此加强煤矸石资源综合利用迫在眉睫。本文对皖北地区煤矸石在胶凝材料方面的综合利用进行试验研究。采用荧光分析、X-ray衍射分析、扫描电镜、核磁共振分析煤矸石矿物组成、化学组成、微观形貌等;通过机械活化、热活化和化学活化对煤矸石进行活性激发;综合考虑煅烧温度、保温时间、物料粒度对煤矸石活性的影响,设计正交试验;将活化煤矸石掺入水泥中验证煤矸石活性;利用活化煤矸石代替水泥熟料制备低熟料硅酸盐水泥,探索活化煤矸石、石膏、矿渣、生石灰掺量对水泥熟料-石膏体系的影响;寻找配制满足物理力学性能的低熟料复合硅酸盐水泥优化配比;比较原状煤矸石、活化煤矸石、煤渣掺入水泥熟料-石膏体系对胶凝性能的影响。研究表明:煤矸石主要化学组成为氧化硅和氧化铝,主要矿物组成为高岭石,属粘土岩质矸石。该煤矸石活化条件为煅烧温度700℃、保温时间1h、颗粒粒径小于0.08mm。利用活化煤矸石配制的水泥满足复合硅酸盐水泥标准要求,且后期强度发展较高。配比为活化煤矸石30%、矿渣10%所得复合硅酸盐水泥,3天抗压强度可达13.2MPa,28天抗压强度可达到40.7MPa;引入外加剂后,早期抗压强度增大,当配比为外加剂0.7%、煤矸石30%、矿渣10%时,所得复合硅酸盐水泥3天抗压强度可达17.0MPa,28天抗压强度可达40.1MPa;均满足复合硅酸盐32.5水泥力学性能要求。相同掺量的活化煤矸石与煤渣制备的水泥,后者强度高于前者,所以煤渣活性更高。经扫描电镜观察,所配制低熟料硅酸盐水泥早期水化产物中絮状C-S-H凝胶和柱状晶体较少,后期随着水化反应进行生成的絮状C-S-H凝胶增多,因而水泥胶凝性能提高;对原状和煅烧煤矸石进行核磁共振分析可知,经高温煅烧的煤矸石29Si NMR谱向高场移动,高岭石晶体结构被逐渐破坏,生成偏高岭石、氧化硅及氧化铝。该课题促进煤矸石综合利用研究进展,为配制煤矸石复合硅酸盐水泥提供理论基础。