Приготовление угольной пустой керамзита высокой

Том 12 научных докладов, номер статьи: 16369 (2022 г.) Цитировать эту статью

986 Доступов

Подробности о метриках

Использование пустой породы угля (CG) в качестве строительного материала не только сокращает утилизацию промышленных отходов и способствует использованию ресурсов твердых отходов, но также решает проблему чрезмерного потребления песка и камня в строительстве. В данной работе экспериментально исследованы обжиги керамиситов из КГ-сырья и изучены механические свойства КГ-керамзитобетона. Кроме того, физические, химические и составные изменения CG до и после прокаливания наблюдались с помощью сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа (XRD). Результаты экспериментов показывают, что прокаливание может снизить плотность, повысить прочность, увеличить пористость ЦГ, а также изменить микроструктуру и минеральный состав ЦГ. Наконец, существуют большие различия между керамзитовым бетоном из угольной пустой породы и обычным бетоном в изменении прочности на сжатие во времени и взаимосвязи между модулем упругости и прочностью на сжатие. В данной работе существующая формула модифицирована согласно экспериментальным данным.

Пустая угольная порода (ПУ) – это тип твердых промышленных отходов, образующихся в процессе добычи и разделения угля1,2,3. Обычно на каждые 10 тонн добытого угля выбрасывается одна тонна CG4,5. Статистика показывает, что сейчас хранится 5–6 миллиардов тонн ХГ, а в Китае накопление увеличивается со скоростью 150–200 миллионов тонн в год6,7. В настоящее время большая часть CG утилизируется простым штабелированием, и в Китае насчитывается около 2600 крупных холмов CG, общая площадь которых составляет примерно 15 000 гектаров8,9,10. Это не только приводит к растрате ресурсов, но также вызывает загрязнение окружающей среды и угрожает здоровью и благополучию местных сообществ11. Благодаря реализации стратегии зеленого и устойчивого развития Китая, рациональное и комплексное использование углеродного газа принесет замечательные экономические, экологические и социальные выгоды.

Существующие исследования основных методов применения ЦГ в строительных материалах включают исследования по производству цемента, обжигаемого кирпича, бетонных пустотелых блоков и газобетона12,13. Хотя существуют разные типы ЦГ с разными свойствами из-за разного происхождения ЦГ, большинство химических и минеральных компонентов аналогичны природным агрегатам (НА). Следовательно, более прямой и эффективный метод использования CG – это использование его в качестве крупного или мелкого заполнителя в бетоне после дробления14,15,16. Однако агрегаты CG (CGA) имеют более рыхлую структуру и обладают более низкими физическими свойствами по сравнению с NA. Следовательно, прочность бетона с CG в качестве заполнителя ниже, чем у бетона с NA в качестве заполнителя при той же пропорции смеси17,18,19. Следовательно, чтобы улучшить механические свойства бетона CGA и обеспечить его применение в большем количестве областей строительства, необходимо улучшить физико-механические свойства бетона CGA.

Хотя химический состав CG сложен, CG в основном состоит из кремния и алюминия и содержит более десятка элементов. Обычно CG состоит в основном из оксидов, таких как SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, NaO и K2O20,21,22. Прокаленный ЦГ – эффективный метод улучшения свойств заполнителя. Углерод и различные другие компоненты из CG могут быть удалены при прокаливании в диапазоне температур 500–800 °C, а каолинит в CG также может постепенно превращаться в метакаолин23,24. Чжан и др.25, Цао и др.13 и Го и др.26 отметили, что CG обладает высокой активностью после прокаливания при температуре 700–800 °C. Вторичная реакция гидратации метакаолина и продуктов гидратации цемента (гидроксида кальция) может улучшить механические свойства бетона CGA. Ян и др.27 обнаружили, что высокотемпературное прокаливание может вызвать внутреннюю химическую реакцию ЦГ, устранить нестабильные компоненты в ЦГ, создать стабильные вещества и вызвать соответствующие изменения в физических свойствах ЦГ. Путем прокаливания CGA можно превратить в легкий и высокопрочный заполнитель керамзита5,28. По сравнению с обычным бетоном, бетон с легким заполнителем керамзита обладает превосходными свойствами, такими как низкая плотность, высокая прочность на сжатие в цилиндре, высокая пористость, высокий коэффициент размягчения, хорошая морозостойкость и отличная стойкость к щелочным заполнителям29,30,31. Многие исследования32,33,34,35,36 изучали приготовление и характеристики керамзитобетона с целью дальнейшего улучшения его характеристик. Для повышения эксплуатационных характеристик керамзитобетона CG на легком заполнителе (CGCLAC) необходимо улучшить физико-механические свойства керамзита из угольной пустой породы. Однако исследования по получению высокопрочного керамзита из CG-сырья пока сравнительно редки, а исследований конститутивных свойств CGCLAC еще меньше.