一、煤矸石活性的影響因素

對于煤矸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在的缺陷越多，反應(yīng)活性就越高。風(fēng)化煤矸石和新鮮煤矸石中都具有穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，內(nèi)部各質(zhì)點的排列順序條理，但是結(jié)構(gòu)越整齊，活性越低，甚至可以說是沒有活性。

二、活性激發(fā)方法

1、機械活化機理

在處理粉煤灰、礦渣、煤矸石方面，機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增強的作用，由于細小的顆?？梢蕴畛溆不Y(jié)構(gòu)的毛細孔，還有一個好處就是會增加顆粒的比表面積，以及點缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷會在部分顆粒表面出現(xiàn)，甚至?xí)霈F(xiàn)錯位的現(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增加，活性因此就會增加;同時它會在很短的時間內(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)的進行，從而促進了水化產(chǎn)物的增加，提高了強度。煤矸石機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，它們的組合對于煤矸石的活性是一個重要的參數(shù)，40μm～80μm的煤矸石顆?？梢蕴岣咚嗟暮笃趶姸?，其機理為:這種粒徑的煤矸石顆粒，對坍落度的損失影響很小，可以幫助促進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影響煤矸石的活性，顆粒越大，則煤矸石反應(yīng)沒有進行的部分越多。而在水泥中主要以物理填充為主，使得機械活化后煤矸石活性的效果會低于理論計算出來的結(jié)果。

2、熱活化機理

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。之所以會有這樣的結(jié)果，是由于煤矸石中的碳會影響水泥的耐久性、強度以及需水量，煅燒后一部分碳會被燃盡，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)以及煅燒時間也會影響煤矸石的活性，煤矸石的形狀比較大時，其內(nèi)部的碳不易被充分燃燒，會增加煤矸石水泥的需水量，對其強度也有一定的影響。煅燒時間越長，會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。

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，會使一部分升溫的礦物膨脹，裂縫會在礦物之間產(chǎn)生，此外，微波礦物的有效反應(yīng)面積可以相互促進吸收，并且可以促進吸收微波礦物的單體解離，同時又可以使煤矸石發(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煤矸石的煅燒比較充分，需要的加熱時間比較短(只要介質(zhì)體不是很厚)。波長能量的不同以及輻射時間的長短會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溫度這一因素非常敏感。因此，在進行微波輻射活化時，應(yīng)對波長的能量以及時間加以認真考慮。

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行交換，也不會造成結(jié)構(gòu)的破壞。一般影響化學(xué)反應(yīng)主要是反應(yīng)進程，對于反應(yīng)進程，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)劑也要一個最佳的摻量來促進反應(yīng)的進行，激發(fā)劑用量少時，水化反應(yīng)速度減慢，但是在沒達到最佳摻量之前，反應(yīng)速度會隨著激發(fā)劑摻量的增加而加快;如果激發(fā)劑含量太多，過快的速度會在表面形成一層膜來保護未反應(yīng)的物質(zhì)，而阻止反應(yīng)的進行，同樣會使反應(yīng)速度降低。文獻表明，不同的激發(fā)劑所確定的最佳摻量也是不同的，其中王聰就對水玻璃和氫氧化鈉的摻量進行過研究，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。

三、結(jié)語

通過對煤矸石活性的影響因素，以及不同的活化方式對煤矸石活性的影響作出簡單描述，煤矸石活性提高的方法若采用熱化學(xué)或者機械激活，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中加工一段時間，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，不要立即冷卻，一定要保持恒溫7h，之后取出自然冷卻，然后進行再一次的細磨，放入之前的球磨機，繼續(xù)研磨3h，活化過程結(jié)束，之后進行各種試驗研究。

作者：毛黎祥 單位：山西太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院