煤矸石的表面热活化及其对水泥性能的影响开题报告

1. 研究目的与意义

煤矸石是煤炭在开采过程中所产生的废渣，大量煤矸石的排放严重的占用了我国的国土资源，提高煤矸石的综合利用，维持矿山资源的可持续发展有着重要意义。煤矸石（CG）作为辅助胶凝材料被认为是治理煤矸石的有效方法之一。同时，提高煤矸石在水泥基材料中的用量，可减少水泥熟料用量，从而间接降低生产水泥的能耗、减少CO2排放，对节能减排和水泥混凝土工业的可持续发展具有重要意义。但煤矸石反应活性低，限制了煤矸石的大规模应用。目前对煤矸石主要通过粉磨、煅烧等方法提高煤矸石的表面热活化性能。

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的一种固体废弃物，是成煤过程中的伴生产物，其含碳量较低，主要包括采煤过程中选出的普矸、剥离及掘进过程中排出的白矸以及选煤过程中产生的选矸，其所占比例分别为35%、45%及20%。煤矸石是煤炭在开采过程中所产生的废渣。到目前为止，煤矸石的利用力度还不够大，技术完善，地区发展不平衡，煤矸石和黏土的化学成分相近，因此可用其代替部分或全部黏土生产普通水泥。

2. 研究内容和预期目标

煤矸石含有黏土质矿物，通过煅烧未燃煤矸石，使其中的高岭土等黏土矿物结构解体，转变为偏高岭土和无定形的sio₂及al₂o₃，提高其火山灰活性，从而可作为高性能辅助性胶凝材料来使用。但是，完全煅烧的煤矸石具有多孔结构，其需水量较大，对水泥基材料的流动性等性能带来负面影响，从而限制了煤矸石在水泥基材料中的综合利用。

本课题通过对煤矸石表面进行热活化处理，使煤矸石颗粒表面具有一定的活性，表面热活化煤矸石仍保留煤矸石内部致密的结构避免了复合水泥需水量的增加和煤矸石颗粒强度的降低，优化了热活化煤矸石的性能。

将煤矸石经过各种煅烧制度后，对煅烧得到的原材料进行x射线衍射分析，分析煅烧的效果；将经过不同煅烧制度的煤矸石按一定掺量掺入普通硅酸盐水泥中，制成水泥净浆强度试件，并测其工作性，探究表面活化煤矸石对水泥性能影响的规律，以期得到最好的强度方案，同时保证其工作性符合要求。

3. 研究的方法与步骤

本课题的研究方法主要是以对比试验、变量控制为主来进行的。

步骤；1）煤矸石的处理和分析：先将电阻炉升温至650℃、750℃、850℃三个温度下，再将煤矸石放入其中，保温5、10、20、30、120分钟五个不同保温时长，五种时长得到共15钟原材料。取一部分试样做x射线衍射分析。对水泥，未烧煤矸石，以及三个温度下煅烧的不同的煤矸石进行分析。

2）水泥水化热分析以及水化物试样的制作：配制掺加各种煅烧制度水泥的水化热样品，进行水化热分析；分别做水胶比为0.5的纯水泥、掺加未烧煤矸石的水泥和不同煅烧温度或时长的煤矸石水泥，掺加的煤矸石均为30%，做试样。分别在一天、3d、7d、二十八天时取部分试样，破碎将试样在65℃下烘干一天，将部分较大碎片留样，剩余的磨成细粉保存，取部分做x射线衍射分析。

4. 参考文献

[1] 王爱国，刘朋，孙道胜，刘开伟，方立安，曹菊芳.煅烧煤矸石粉体材料活性评价方法的研究进展[j].材料导报，2018,32.(6):1903-1909.

[2] 李强.煅烧温度对煤矸石活性的影响及机理研究[j].非金属矿,2020,43(3):100-106.

[3] shvarzman a,kovler k, grader g s, et al the effectof dehydroxylation degree on pozzolanic activity of kaolinite[j]cement andconcrete research, 2003, 33405-416.

5. 计划与进度安排

第一阶段（第1-3周）：3月1日-3月21日 检索相关文献，查阅相关资料，翻译外文文献、编写文献综述。

第二阶段（第4-5周）：3月22日-4月4日 准备煤矸石原材料，取相应地煅烧制度开始煅烧煤矸石，做煤矸石原料的差热分析。

第三阶段（第6-7周）：4月5日-4月18日 对各种煅烧制度下得到的煤矸石以及为煅烧的煤矸石和水泥进行x射线衍射分析，分析xrd图谱，分析对比各煅烧制度的不同效果，对掺不同表面活化煤矸石的水泥进行水化热分析，配制用于水化产物分析的小试件。对掺各种不同煅烧制度煤矸石的水泥测其工作性（流动性）。