碱激发钢渣-粉煤灰固废充填材料的制备及强度形成机理
戚庭野1
成思远2
冯国瑞1
王林飞2
徐宏涛2
李潞彬2
祁新凯2
许柯欣3
杨星悦3
1.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制与灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 030024;山西省煤基资源绿色高效开发工程中心,山西 太原 030024;山西浙大新材料与化工研究院,山西 太原 0300322.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制与灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 030024;山西省煤基资源绿色高效开发工程中心,山西 太原 0300243.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024
摘要：为实现钢渣固体废弃物的资源化利用,采用碱激发钢渣-粉煤灰胶凝材料替代水泥作为胶结剂,煤矸石作为骨料制备全固废煤矿胶结充填材料.试验研究了碱激发反应中激发剂(Na2SiO3)模数与碱浓度对胶凝材料宏观性能与微观物相变化的影响,得出最优激发剂参数并用于不同钢渣掺量充填材料的制备,并使用XRD、SEM及FT-IR等表征手段探究碱激发钢渣-粉煤灰制备充填材料时的反应机理.试验结果表明:钢渣与粉煤灰质量比为 6∶4时,胶凝材料 7d和 28d抗压强度分别达5.35 MPa和 8.71 MPa,强度增幅 62.8%.激发剂模数为 1.75、碱当量为 8%(Na2O质量分数)时,制备的胶凝材料 28d抗压强度达 20.85 MPa.微观与成分表征显示,碱激发剂促进钢渣与粉煤灰中矿物相解离,释放Ca、Al、Si等离子,水化生成C-(A)-S-H凝胶,聚合以提升材料强度.将最优胶凝材料用于制备煤矸石充填材料时,各成分质量比为煤矸石∶钢渣∶粉煤灰∶水=5∶4∶1∶2时,充填体 7d和 28d抗压强度分别达 1.80 MPa和 2.94 MPa.SEM-EDS分析表明,激发剂促使煤矸石表面与胶凝材料基体反应,形成致密界面过渡区,减少孔隙并增强骨料黏结.研究表明:激发钢渣-粉煤灰胶凝材料可替代水泥作为胶结剂制备低碳高固废利用率的煤矸石充填材料,实现钢渣工业固废大规模利用.
关键词：钢渣碱激发煤矿胶结充填抗压强度微观结构
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52334005)国家自然科学基金(52474140)山西省基础研究计划面上资助项目(202303021211061)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 236-249 )
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