董作超， 夏軍武, 2*， 段曉牧， 曹極昌

1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 徐州 221116

2. 江蘇省建筑節(jié)能工程技術(shù)研究中心， 江蘇 徐州 221116

基于養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿X射線衍射及掃描電鏡分析

董作超1， 夏軍武1, 2*， 段曉牧1， 曹極昌1

1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 徐州 221116

2. 江蘇省建筑節(jié)能工程技術(shù)研究中心， 江蘇 徐州 221116

采用X射線衍射法(XRD)和環(huán)境掃描電鏡(SEM)分析方法， 研究了不同煅燒溫度下煤矸石細(xì)集料的活性， 針對(duì)活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿的水化產(chǎn)物、 微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度進(jìn)行了探討， 并分析了砂漿強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期(3， 7， 14， 28， 60和90 d)增長(zhǎng)的變化規(guī)律。 試驗(yàn)研究表明： 煤矸石細(xì)集料隨著煅燒溫度的升高， 其活性逐步增加， 當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700 ℃左右時(shí)， 煤矸石細(xì)集料的活性達(dá)到最高， 當(dāng)煅燒溫度繼續(xù)升高時(shí)， 活性呈下降趨勢(shì)。 經(jīng)過700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料具有明顯的火山灰活性， 其活性組分SiO2和Al2O3能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生一定程度的二次水化反應(yīng)， 通過對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期的活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿XRD和SEM分析可知， 隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)， 二次水化反應(yīng)將更加充分， 而且水化產(chǎn)物的數(shù)量也逐步增多， 與早齡期的水泥砂漿相比， 生成物相更為穩(wěn)定的水化產(chǎn)物填充在砂漿的微觀孔隙中， 能夠進(jìn)一步改善砂漿的微觀結(jié)構(gòu)， 增強(qiáng)砂漿的界面性能， 使砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻， 煅燒的煤矸石細(xì)集料和水泥砂漿更趨為一個(gè)堅(jiān)固連續(xù)的整體， 水泥硬化砂漿的后期強(qiáng)度有較大增幅， 活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料火山灰效應(yīng)明顯。

煅燒煤矸石細(xì)集料； X射線衍射法； 環(huán)境掃描電鏡； 水化反應(yīng)

引 言

煤矸石是夾在煤層中的巖石， 是采煤和選煤過程中排出的固體廢棄物， 是在成煤過程中與煤層伴生的含碳量低、 比煤堅(jiān)硬的黑色巖石[1]。 煤炭是我國(guó)最主要的能源， 其資源豐富， 隨著煤炭生產(chǎn)不斷發(fā)展， 煤矸石的產(chǎn)量也日益劇增， 成為我國(guó)目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一， 其堆存量達(dá)45億噸， 且每年以3～4億噸的速度增長(zhǎng)。 煤矸石長(zhǎng)期堆存， 占用土地， 污染大氣和地下水， 對(duì)人居環(huán)境造成立體污染， 矸石山的自燃、 泥石流等嚴(yán)重危及人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全[2]。

新鮮未燃煤矸石具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)， 因而其火山灰活性很低。 煤矸石通過煅燒， 可使其中的高嶺土等黏土礦物結(jié)構(gòu)解體， 轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X土和無定形的SiO2和Al2O3， 從而表現(xiàn)出較高的活性[3-8]。 作為煤矸石的再生利用途徑之一， 煤矸石被破碎、 煅燒及篩分后制成煤矸石細(xì)集料， 摻入混凝土替代部分或全部普通細(xì)砂， 生產(chǎn)煤矸石細(xì)集料混凝土。 目前， 國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已對(duì)煤矸石細(xì)集料混凝土進(jìn)行了大量研究[9-15]， 但上述研究主要集中在煤矸石細(xì)集料對(duì)混凝土宏觀力學(xué)性能的影響方面， 在煤矸石細(xì)集料對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響， 特別是煅燒煤矸石細(xì)集料對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響方面研究尚不夠深入。 微觀結(jié)構(gòu)是混凝土宏觀力學(xué)性能變化的主要影響因素， 直接影響著混凝土的強(qiáng)度變化。

以不同養(yǎng)護(hù)齡期活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料水泥砂漿為研究對(duì)象， 采用X射線衍射法(XRD)和環(huán)境掃描電鏡(SEM)分析方法， 研究了700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿的水化產(chǎn)物、 微觀結(jié)構(gòu)以及抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)的變化規(guī)律， 為以后進(jìn)一步開展煤矸石的綜合利用提供科學(xué)根據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

試驗(yàn)煤矸石來自徐州大屯煤電集團(tuán)公司龍東煤礦的天然原狀煤矸石。 利用X射線熒光光譜分析儀(XRF-1700， 島津)對(duì)煤矸石的主要化學(xué)成分進(jìn)行分析， 如表1所示。

Table 1 Major Chemical composition of coal gangue/%

1.2 方法

采用徐州中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。 采用自來水拌合。 將原狀新鮮煤矸石破碎、 分選、 煅燒及篩分后制成連續(xù)級(jí)配的煤矸石細(xì)集料， 細(xì)度模數(shù)為2.7， 屬中砂規(guī)格， 全部替代普通河砂。 砂漿水灰比取0.3， 0.4， 0.5和0.6四種。 將制成的水泥膠砂試件放入養(yǎng)護(hù)室， 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期。

1.2.1 煤矸石活性分析

煤矸石的礦物組成分析采用德國(guó)布魯克(Bruker)公司的D8 Advance X射線衍射儀， 試驗(yàn)條件： X射線管加速電壓40 kV， 電流30 mA， Cu靶，Kα輻射， 測(cè)角儀半徑250 mm， 發(fā)散狹縫0.6 mm， 防散射狹縫8 mm， 掃描速度0.1 sec·step-1， 采樣間隔0.018 450(step)， 粒度為325目， 用來表征煅燒煤矸石細(xì)集料物相種類的變化。

1.2.2 砂漿試樣衍射分析

樣品取自水灰比為0.5的40 mm×40 mm×160 mm水泥膠砂試件中間的1/3部分， 將其機(jī)械粉碎成約2～4 mm的細(xì)小顆粒， 然后將顆粒放入研磨機(jī)中進(jìn)行研磨， 直到加工成粒度為200目以上。 最后將粉狀樣品放入上述的D8 Advance X射線衍射儀中進(jìn)行測(cè)試。

1.2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

環(huán)境掃描電鏡分析是將水灰比為0.5的水泥硬化砂漿試件破碎， 選取試件中心5 mm的立方體破碎小塊， 經(jīng)過烘干等程序終止其水化， 將選取的碎塊置于真空鍍膜機(jī)中蒸鍍一層純金導(dǎo)電膜后， 在FEI Quanta TM250型掃描電子顯微鏡下觀測(cè)其微觀形貌。

1.2.4 強(qiáng)度試驗(yàn)

力學(xué)性能測(cè)試根據(jù)JTG70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法(ISO)成型試件， 試件尺寸長(zhǎng)×寬×高為40 mm×40 mm×160 mm， 在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下測(cè)試相應(yīng)齡期的抗壓強(qiáng)度， 選擇的測(cè)試齡期分別為3， 7， 14， 28， 60和90 d， 采用最大量程2 000 kN壓力機(jī)測(cè)試水泥硬化砂漿的抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 煅燒煤矸石細(xì)集料的活性分析

取細(xì)度模數(shù)為2.7的中砂規(guī)格煤矸石細(xì)集料， 在溫度為500， 600， 700， 800和900 ℃下煅燒2 h， 并快速冷卻至室溫， 密封保存。 然后采用上述試驗(yàn)方法進(jìn)行XRD分析， 原狀和各煅燒溫度下的煤矸石細(xì)集料XRD圖譜如圖1所示， 其活性分析如下[16]。

Fig.1 XRD patterns of coal gangue from the original state and different calcination temperatures

圖1為原狀與不同煅燒溫度的煤矸石XRD圖譜， 由衍射圖譜分析可知， 煤矸石細(xì)集料在500 ℃煅燒時(shí)由于高嶺石的分解， 使得活性Al2O3和SiO2明顯增加， 即在500 ℃時(shí)， 2θ為12°和25°附近的高嶺石衍射峰逐漸減弱， 甚至消失， 這說明高嶺石的分解可以在較低溫度下發(fā)生， 生成偏高嶺石。 而在2θ為10°附近的伊利石衍射峰略有減弱， 但仍然存在， 這說明伊利石的分解在該溫度下并不劇烈， 需要更高的溫度。 最為明顯的是， 從原狀煤矸石到500 ℃煅燒的煤矸石中石英的含量明顯增大， 即在煅燒過程中偏高嶺石的分解產(chǎn)生了活性的SiO2。 隨著煅燒溫度的進(jìn)一步上升， 在2θ為21.5°附近石英的衍射峰明顯增強(qiáng)， 在700 ℃左右時(shí)達(dá)到峰值， 這表明偏高嶺石已分解完成， 此時(shí)活性SiO2的量達(dá)到峰值， 其他礦物質(zhì)的變化并不明顯。 當(dāng)溫度從800 ℃升到900 ℃時(shí)， 表現(xiàn)最為顯著的是白云母原有結(jié)構(gòu)的分解， 在2θ為9°和20°附近的白云母衍射峰消失， 這表明此溫度區(qū)間內(nèi)的白云母分解最為劇烈， 并于900 ℃時(shí)反應(yīng)完成。 而白云母的反應(yīng)主要是同活性的Al2O3和SiO2作用， 生成新的礦物成分莫來石， 導(dǎo)致煤矸石中的活性Al2O3和SiO2的含量有所下降。

實(shí)驗(yàn)表明， 從原狀煤矸石開始， 隨著煅燒溫度的升高， 煤矸石的活性也逐步增加， 當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700 ℃時(shí)， 活性達(dá)到最高， 當(dāng)煅燒溫度繼續(xù)升高時(shí)， 活性反而下降。 因此， 本研究采用活性最高的700 ℃煅燒煤矸石細(xì)集料作為水泥砂漿的集料， 以此來研究煤矸石細(xì)集料砂漿的微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)的變化規(guī)律。

2.2 水泥硬化砂漿XRD分析

針對(duì)活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料， 按照前述試驗(yàn)方法成型水泥膠砂試件， 對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期3， 7， 14， 28， 60和90 d的煅燒煤矸石細(xì)集料水泥硬化砂漿試樣進(jìn)行XRD分析。

由圖2的XRD圖譜可以看出， 對(duì)于3d養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿， 其水化產(chǎn)物出現(xiàn)氫氧化鈣和水化硅酸鈣的衍射峰， 而鈣礬石的衍射峰較弱， 而幾乎沒有水鈣沸石的衍射峰， 這說明在養(yǎng)護(hù)早齡期階段， 煅燒煤矸石細(xì)集料與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)的程度還較低， 其物相衍射峰與常規(guī)狀態(tài)下的普通細(xì)砂水泥硬化砂漿基本相同[17-22]， 煅燒煤矸石細(xì)集料火山灰效應(yīng)并不明顯。 隨著煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 二次水化反應(yīng)進(jìn)一步加劇， 其活性組分SiO2和Al2O3與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)的程度逐步加劇， 水化硅酸鈣和和鈣礬石衍射峰都有所增強(qiáng)， 并開始出現(xiàn)水鈣沸石衍射峰。 通過對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿的XRD圖譜對(duì)比分析可以看出， 氫氧化鈣衍射峰隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 峰值強(qiáng)度逐步降低。 在90 d養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)， XRD圖譜中氫氧化鈣衍射峰強(qiáng)度最低。 這說明700 ℃

Fig.2 XRD patterns of each curing period Hydration 700 ℃ calcination gangue fine aggregate mortar

高溫煅燒煤矸石細(xì)集料與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生了充分的二次水化反應(yīng)， 使砂漿中氫氧化鈣被消耗， 進(jìn)一步生成了鈣礬石、 水鈣沸石和水化硅酸鈣， 700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料的火山灰效應(yīng)明顯。

在水泥基材料中， 一般認(rèn)為氫氧化鈣是界面過渡區(qū)的薄弱環(huán)節(jié)， 不僅是外界侵蝕介質(zhì)導(dǎo)致混凝土微觀結(jié)構(gòu)劣化的誘因， 而且由于自身的晶體取向性， 往往會(huì)造成材料的本身缺陷[23-25]。 因此， 隨著水泥砂漿養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 二次水化反應(yīng)進(jìn)一步加劇， 消耗掉氫氧化鈣的量也在增加， 此過程增強(qiáng)了水泥基體與煅燒煤矸石細(xì)集料顆粒的界面性能， 所以水泥硬化砂漿的后期強(qiáng)度也得到提高。

同時(shí)， 3 d養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料水泥硬化砂漿XRD圖譜在2θ=37°， 2θ=51°， 2θ=52°， 2θ=68°和2θ=69°處， 有不同于其他齡期的高值衍射峰存在， 這說明在水泥硬化砂漿的早齡期中存在結(jié)晶度較低的氫氧化鈣， 這是水化反應(yīng)不徹底所致， 水化產(chǎn)物的數(shù)量也較少。 隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 水化程度逐漸增高， 該處的衍射凸峰逐漸消失， 衍射圖譜也逐漸變得平緩。 由此， 可以進(jìn)一步說明， 隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料參與的二次水化反應(yīng)程度提高， 水化產(chǎn)物的數(shù)量也增多， 700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料充分發(fā)揮了其火山灰效應(yīng)。

2.3 水泥硬化砂漿的微觀結(jié)構(gòu)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 其參與二次水化反應(yīng)程度的提高， 結(jié)合上述砂漿水化產(chǎn)物XRD分析結(jié)果， 拍攝了不同養(yǎng)護(hù)齡期(3， 7， 14， 28， 60和90 d)水泥硬化砂漿的SEM照片， 如圖3所示。

Fig.3 Each curing period Hydration SEM photograph 700 ℃ calcination gangue fine aggregate mortar

通過對(duì)圖3的SEM照片和圖2的XRD圖譜對(duì)比分析可知， 養(yǎng)護(hù)齡期為90 d的700 ℃煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿水化產(chǎn)物主要是氫氧化鈣、 水化硅酸鈣、 石英、 鈣礬石和水鈣沸石等， 相對(duì)于其他養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿， 其水化產(chǎn)物數(shù)量最多。 從SEM照片可以觀察到不同養(yǎng)護(hù)齡期的煅燒煤矸石細(xì)集料表面發(fā)生了不同程度的化學(xué)反應(yīng)， 這說明煤矸石細(xì)集料砂漿養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)， 其水化反應(yīng)程度越高， 煅燒煤矸石細(xì)集料火山灰效應(yīng)也越明顯， 因此從微觀結(jié)構(gòu)上也進(jìn)一步驗(yàn)證了700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料參與的二次水化反應(yīng)。

從SEM圖還可以看出， 700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料砂漿， 其水化產(chǎn)物呈無定形的團(tuán)絮狀填充在水泥砂漿的微孔隙中， 在水化期間即形成了較為完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 使水泥石結(jié)構(gòu)變得密實(shí)。 對(duì)于養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)的煤矸石細(xì)集料砂漿， 細(xì)集料顆粒表面水化越徹底， 顆粒的界面逐步不再明顯， 與周圍膠凝產(chǎn)物牢固地粘結(jié)為一體， 這使水泥石的孔隙率大大降低。 而且隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 水化產(chǎn)物在生成過程中會(huì)逐漸產(chǎn)生一定的膨脹作用， 填補(bǔ)了水化漿體空間中的孔洞， 使得漿體結(jié)構(gòu)更加趨于均勻， 強(qiáng)化了水泥石的界面結(jié)構(gòu)， 從而使活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿的后期強(qiáng)度得到大幅提高。

2.4 水泥硬化砂漿的強(qiáng)度

隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 從不同水灰比的水泥硬化砂漿強(qiáng)度研究入手， 結(jié)合不同養(yǎng)護(hù)齡期水泥硬化砂漿的XRD和SEM結(jié)果分析， 進(jìn)一步驗(yàn)證活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料參與二次水化反應(yīng)隨養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)而提高的程度。

從圖4可以看出， 隨著活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 各不同水灰比的水泥硬化砂漿抗壓強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)， 當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到90 d時(shí)， 抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大值。 水灰比為0.3， 0.4， 0.5和0.6的水泥硬化砂漿， 其90 d養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度比28d養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度分別提高了7.83%， 9.02%， 9.61%和24.11%。 同樣， 28 d養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度比3 d養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度分別提高了50.12%， 58.47%， 25%， 70.83%和60.89%。

Fig.4 Different curing period 700 ℃ calcination gangue fine aggregate mortar compressive strength

從上述水泥硬化砂漿的XRD及SEM分析可知， 在養(yǎng)護(hù)齡期較長(zhǎng)、 700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿中， 二次水化反應(yīng)程度變得更加充分， 細(xì)集料與水泥石界面處有更多的水化產(chǎn)物生成， 它們多以纖維網(wǎng)狀和樹枝狀為主， 且數(shù)量和密實(shí)度都很高， 整個(gè)界面物相均勻相連， 也很少存在獨(dú)立的顆粒， 同時(shí)界面區(qū)附近的煤矸石細(xì)集料被水化產(chǎn)物包裹覆蓋， 其表面上也有水化產(chǎn)物生成。 因此， 隨著砂漿養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 700 ℃高溫煅燒煤矸石的細(xì)集料與水泥石界面將逐漸結(jié)合牢固， 微觀結(jié)構(gòu)逐步改善， 水泥硬化砂漿的強(qiáng)度也逐漸得到提高。

3 結(jié) 論

(1)煤矸石細(xì)集料經(jīng)不同溫度煅燒后， 具有火山灰活性， 當(dāng)煅燒溫度為700 ℃時(shí)， 活性達(dá)到最高。 針對(duì)活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿展開試驗(yàn)分析， 得知700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料的活性組分SiO2和Al2O3能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生一定程度的二次水化反應(yīng)， 生成物相更為穩(wěn)定的水化產(chǎn)物填充在水泥砂漿的微觀孔隙中， 使水泥硬化砂漿的強(qiáng)度得到提高， 微觀結(jié)構(gòu)得到改善。 由不同養(yǎng)護(hù)齡期的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料砂漿XRD分析可知， 砂漿養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)， 細(xì)集料參與的二次水化反應(yīng)就越充分， 與早齡期的水泥砂漿相比， 砂漿中的水化硅酸鈣、 鈣礬石和水鈣沸石等水化產(chǎn)物含量明顯增加， 氫氧化鈣含量明顯減少， 700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料火山灰效應(yīng)明顯。

(2)活性最高的700 ℃高溫煅燒煤矸石細(xì)集料， 其90 d養(yǎng)護(hù)齡期的水泥砂漿水化最為徹底， 水化產(chǎn)物數(shù)量也最多， 而且水化產(chǎn)物的物相也更為穩(wěn)定， 它們多以纖維網(wǎng)狀和樹枝狀為主， 數(shù)量和密實(shí)度都很高， 在水化過程中形成了較為完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 水泥砂漿的界面區(qū)也最為密實(shí)， 此時(shí)的煅燒煤矸石細(xì)集料和水泥漿成為一個(gè)堅(jiān)固連續(xù)的整體。 因此， 活性最高的700 ℃高溫煅燒的煤矸石細(xì)集料砂漿隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)， 細(xì)集料能夠改善砂漿的微觀界面結(jié)構(gòu)， 使水泥硬化砂漿的后期強(qiáng)度得到大幅提高。

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*Corresponding author

Based on Curing Age of Calcined Coal Gangue Fine Aggregate Mortar of X-Ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy Analysis

DONG Zuo-chao1, XIA Jun-wu1, 2*, DUAN Xiao-mu1, CAO Ji-chang1

1. State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

2. Jiangsu Buliding Energy Efficiency Engineering Research Center, Xuzhou 221116, China

By using X-ray diffraction (XRD) and environmental scanning electron microscope (SEM) analysis method, we studied the activity of coal gangue fine aggregate under different calcination temperature. In view of the activity of the highest 700 ℃ high temperature calcined coal gangue fine aggregate mortar of hydration products, microstructure and strength were discussed in this paper, and the change laws of mortar strength with curing age (3, 7, 14, 28, 60 and 90 d) growth were analyzed. Test results showed that coal gangue fine aggregate with the increase of calcination temperature, the active gradually increases. When the calcination temperature reaches 700 ℃, the activity of coal gangue fine aggregate is the highest. When calcining temperature continues to rise, activity falls. After 700 ℃ high temperature calcined coal gangue fine aggregate has obvious ash activity, the active components of SiO2and Al2O3can be with cement hydration products in a certain degree of secondary hydration reaction. Through on the top of the activity of different curing age 700 ℃ high temperature calcined coal gangue fine aggregate mortar, XRD and SEM analysis showed that with the increase of curing age, secondary hydration reaction will be more fully, and the amount of hydration products also gradually increases. Compared with the early ages of the cement mortar, the products are more stable hydration products filling in mortar microscopic pore, which can further improve the microstructure of mortar, strengthen the interface performance of the mortar. The mortar internal structure is more uniform, calcined coal gangue fine aggregate and cement mortar are more of a strong continuous whole, which increase the later strength of hardened cement mortar, 700 ℃ high temperature calcined coal gangue fine aggregate pozzolanic effect is obvious.

Calcined coal gangue fine aggregate; X-ray diffraction method; Environmental scanning electron microscopy; Hydration reaction

May 11, 2015; accepted Oct. 24, 2015)

2015-05-11，

2015-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51274192)， 國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2013-K4-40)和江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目(CXZZ12-0937)資助

董作超， 1979年生， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士研究生 e-mail: dongzch@163.com *通訊聯(lián)系人 e-mail: xjunw@163.com

TU528

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0842-06