摘 要

煤矸石丰富的化学、矿物组成决定了其资源特性，由于热值为3000～5000kJ，可以经循环流化床（CFB）锅炉燃烧，用于发电。燃烧后产生的煤矸石炉渣的物理性能接近普通水泥砂浆和混凝土中使用的天然砂，如将用煤矸石炉渣代替天然河砂或机制砂作为细集料来制作水泥砂浆，将极大促进能源、空间的节约与环境的改善。

本文探究煤矸石炉渣作细集料的可行性，将煤矸石炉渣与天然河砂、石灰岩机制砂化学组成、物理性能的差异进行分析，对煤矸石炉渣机制砂的制备方法和不同研磨时间煤矸石炉渣机制砂的掺入对砂浆性能的影响分别进行了讨论：设计普通水泥砂浆配合比，将炉渣替代天然砂作细集料掺入水泥砂浆，设定掺量为0%，20%，40%，60%，80%，100%，测试其新拌砂浆工作性能以及硬化砂浆7d、28d抗折、抗压强度，提出关于电厂炉渣综合利用的方式途径、以及炉渣作机制砂在砂浆中应用的最佳掺量，发现将天然河砂完全替换为煤矸石炉渣时可以大比例提高抗折抗压强度；设计不同水灰比条件下，不同研磨时间的煤矸石炉渣机制砂的性能分析，并测试所配制砂浆的各种物理性能，实验结果表明砂浆强度随水灰比的增加先增大再减小，存在最大值；流动性则随水灰比的增加而增大。

关键词：煤矸石炉渣；机制砂；配合比；力学强度；工作性能

Abstract

The rich chemistry and mineral composition of gangue, which determines its resource characteristics, can be calcined and burned as a low-heat fuel source due to the heat value of 3344-5016kj. After the CFB fluidized bed combustion and the physical properties of the coal gangue slag produced close to the natural sand used in the ordinary cement mortar and concrete, such as coal gangue slag as treatment object, as a fine aggregate to replace sand, used for mixing cement mortar and concrete, will greatly promote the improvement of the energy and space saving and the environment.

Of coal gangue power plant to study the feasibility of slag as fine aggregate, analyzed its physical properties and mechanisms of natural river sand, limestone, sand, to explore the mechanism of slag sand preparation methods, fully study the mechanism of slag sand mixing effect on the properties of slurry, cement mortar mix proportion design, the mechanism of slag sand instead of natural sand as fine aggregate mixed with cement mortar, set content is 30%, 50%, 80% and 100%, and test their new mortar performance and hardened mortar 7 d, 28 d flexural, compressive strength. Way of slag comprehensive utilization ways of power plants, and the mechanism of slag as the optimum content of application in the slurry, found the natural river sand completely replaced by coal gangue slag can be large scale increase flexural compressive strength; The test experiment of the coal gangue furnace slag of different grinding time was designed by designing the mixing ratio of cement mortar. Test its weight, flow degree, time flow, 7d, 28d strength of compressive strength and compressive strength. The design of different water gray-ratio tests showed that the liquid of mortar was increased by the amount of water used by the waste rock, but the intensity was relatively lower.

Key Words：Coal gangue slag; Mechanism of sand; Mixture ratio; Mechanical strength; Work performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2煤矸石炉渣的特性与危害 2

1.2.1煤矸石炉渣的特性 2

1.2.2煤矸石炉渣的危害 2

1.3煤矸石炉渣国内外研究应用现状 2

1.4煤矸石炉渣取代机制砂作为细集料的研究进展 4

1.5本文研究目的和主要内容 4

第2章 实验方案与方法 6

2.1实验仪器 6

2.2实验原料 6

2.2.1水泥、粉煤灰 6

2.2.2原状矸石渣 7

2.2.3机制砂 7

2.2.4河砂 8

2.2.5添加剂 8

2.3煤矸石炉渣基本性能测试 8

2.3.1煤矸石炉渣级配测定 8

2.3.2煤矸石炉渣表观密度 9

2.3.3煤矸石炉渣堆积密度 9

2.3.4煤矸石炉渣压碎指标测定 10

2.3.5煤矸石炉渣粗糙度测定 10

2.4煤矸石炉渣砂浆的制备 11

2.5模拟制备煤矸石炉渣机制砂方法 11

2.6建筑砂浆性能测试 12

2.6.1容重测定 12

2.6.2流动度、经时流动度测定 12

2.6.3抗折强度测定 13

2.6.4抗压强度测定 13

第3章 实验结果与讨论 15

3.1煤矸石炉渣机制砂物理、化学特性 15

3.2不同掺量的煤矸石炉渣粉对河砂砂浆性能影响 16

3.2.1掺入不同矸石渣的水泥砂浆配合比设计 16

3.2.2掺入不同矸石渣对水泥砂浆性能影响 17

3.2.3掺入不同矸石渣对工作性能影响 17

3.2.4掺入不同矸石渣对容重的影响 18

3.2.5掺入不同矸石渣对抗折强度的影响 19

3.2.6掺入不同矸石渣对抗压强度的影响 19

3.3不同水灰比对煤矸石炉渣砂浆性能的影响 20

3.3.1不同水灰比下煤矸石炉渣砂浆性能测试结果 20

3.3.2不同水灰比对工作性能的影响 22

3.3.3不同水灰比对抗折强度的影响 22

3.3.4不同水灰比对抗压强度的影响 23

第4章 结论 25

4.1结论 25

4.2展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1引言

自2006年以来，为了实现我国“十一五”规划纲要提出的节能减排目标，国务院做出了相关工作部署，全国各地区、各部门都在努力做好节能减排相关工作，节能减排工作由此取得了很大的成果^[1]。我国是能源消耗大国，煤炭作为当前社会的主要能源，其消耗量依然显著。2015年，我国煤炭产量以及消费量均为40亿吨左右，约占世界的50%^[2]。与此同时，煤矿所产生的煤矸石等固体废弃物也日益成为了环境负担。现在，矸石山已然演变为我国煤矿的一个特殊标志，它对煤矿周围的环境造成的影响更不容忽视。

煤矸石是在煤矿生产过程中所产生的、在煤形成的过程中与煤同时产生的一种含碳量较低、硬度较高、具有较低热值的黑灰色岩石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O等^[3]。它的来源主要包括采掘过程，运输过程，采空区坠落，工作面冒落，筛选过程五个方面^[4]。我国是一个煤炭生产大国，在生产煤炭的同时，会伴随有大量的煤矸石产出，其对的环境造成的影响是非常严重的。

首先，煤矸石的堆放还会占用大量宝贵的土地资源，产生安全隐患：而且在堆放和填埋的同时，在雨水的冲刷之下，地面积水的浸泡会使其渗出污水。这种污水很有可能会对周围地面存水、地下水造成一定程度的污染。最终导致水质成分复杂，引用或对人体造成危害^[5]。