利用煤矸石制备胶凝材料的实验研究.docx

利用煤矸石制备胶凝材料的实验研究
煤矸石是煤矿采矿、清选和洗淘产生的废弃物，含有较多的硬煤屑、泥炭、泥质岩石、石英等无用矿物，因其庞大的数量和占地面积，对环境造成了极大的危害。同时，胶凝材料是建筑工程中必不可少的材料，在国民经济中发挥着重要的作用。将煤矸石转化为胶凝材料，不仅可以减少其对环境的危害，还可以节约自然资源，实现可持续发展。因此，本文对利用煤矸石制备胶凝材料进行了实验研究。
一、煤矸石的性质与特点
（1）形态结构：煤矸石主要由硬煤屑、泥炭、泥质岩石、石英等组成，其颗粒分布较广，颗粒尺寸范围在5~100mm之间。
（2）化学成分：煤矸石的主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，还含有少量CaO、MgO、K2O、TiO2等元素。
（3）物理性质：煤矸石具有较高的孔隙度和较低的堆积密度，强度较低。
二、实验设计
（1）试验方案
本实验选取煤矸石为原料，通过粉碎、筛分等工艺制备胶凝材料。实验采用正交实验设计，设计因素包括固化剂种类、固化剂用量、胶凝材料中煤矸石粒度、煤矸石粉与煤矸石颗粒的比例。实验结果以强度为评价指标。
（2）试验方法
将煤矸石进行粉碎，筛分出3种粒度的煤矸石粉（≤40μm、40~80μm、80~120μm）和3种粒度的煤矸石颗粒（2~5mm、5~10mm、10~20mm）。将不同比例的煤矸石粉和颗粒混合后加入胶凝材料中，加入不同种类和用量的固化剂后进行混合，并压制成标准试件，经过一定时间后进行强度测试。
三、实验结果与分析
在实验过程中，通过正交试验可以得到不同因素对强度的影响程度，得到最优的试验组合。经过实验证明，采用4%的磷酸铁作为固化剂，在煤矸石中加入40~80μm粒度的煤矸石粉和10~20mm粒度的煤矸石颗粒，按煤矸石粉与颗粒比例为1：1的比例混合，而且胶凝材料中不能有其他固化剂存在，可以获得较高的强度。
四、结论与展望
通过本实验的研究，证明了利用煤矸石制备胶凝材料是可行的。未来的研究方向将会集中于优化固化剂用量和种类、煤矸石粉与颗粒比例以及胶凝材料的生产工艺等方面，以提高胶凝材料的强度和稳定性，并推广应用于建筑工程中。