吉林建筑大学材料科学与工程学院长春130118
摘要：研究了利用不同粒度分布的油页岩渣（OSR）和矿渣（S）制备不同粒度组合的碱胶凝材料的方法，讨论了粒度分布与其流动性和凝结时间的关系。结果表明：粒径小于40um的颗粒与胶凝材料流动性呈正相关。矿渣与油页岩渣复合时，粒子间相互作用对流动性的影响大于颗粒形貌对流动性的影响；矿渣比表面积为299m2/kg时，掺入比表面积为378.2m2/kg的油页岩渣，其凝结时间骤降，水化速率最快。通过调整矿渣与油页岩渣的粒度分布和比例，可以合理调整碱胶凝材料的流动性及凝结时间。
关键词：粒度分布；流动性；凝结时间；碱胶凝材料
0.前言
油页岩渣是指油页岩干馏或燃烧后产生的废渣；碱激发胶凝材料是一种具有环保高强等诸多优点的高性能材料。若将油页岩渣制成碱激发胶凝材料，不仅可消耗废弃物节约资源，还能弥补水泥等其它胶凝材料的性能缺陷。但快凝早强是该材料的一大特性，如碱矿渣水泥初凝时间一般在30min以内。若使该材料达到理想应用性能，就必须对其流动性和凝结时间两项关键指标进行研究，将其控制在合理的范围之内[1-5]。本文通过探究粒度分布与流动度及凝结时间的关系，分析对比实验数据寻找其中规律，以期找到粒度分布与两项关键指标的某种联系，为后续研究提供借鉴思路。
1.实验原料与方法
1.1实验原料
采用吉林省桦甸市的油页岩渣（OSR）和长春亚泰鼎鹿水泥厂的矿渣（S）作为固体部分，其主要化学成分如表1。液体部分由碱性激发剂组成，采用长春市胶黏剂厂生产的模数为3.41，相对密度为1.37的水玻璃和天津福晨化学试剂厂生产的工业纯固态NaOH配比调制而成。
1.2.2净浆的制备与表征
取不同粉磨条件的矿渣（A1-C4）分别与不同粉磨条件的油页岩渣（D1-F4），拌匀组成固体部分。取12.5ml水玻璃和5.5g氢氧化钠搅拌均匀后制成液体部分，取混合液10ml并加入10ml水，将其与固体部分拌匀制成净浆。净浆一部分测定流动性，另一部分养护并测定其凝结时间。流动性及凝结时间参照《水泥标准稠度、凝结时间、体积安定性检测方法》（GB/T1346—2001）进行测定。
2.实验结果与讨论
2.1粉磨工艺对粒度分布的影响
将油页岩渣粒度<20um和<32um累积分布与粉磨时间制得图3。可知随粉磨时间的增长，小于32um颗粒的累积含量呈增长趋势，但粉磨20-40分钟之间的粒度累积含量增长率大于40-60分钟的增长率，说明继续增加粉磨时间虽能增加<32um颗粒的累积含量，但增进率却下降了，故从节能角度考虑，粉磨40分钟能量使用效率最高。基于卢迪芬的灰色关联分析[6]认为颗粒分布对胶凝材料性能影响具有一定有序性，其中小于40um的颗粒与胶砂流动性呈正关联。因此，对于吉林桦甸地区的油页岩渣粉磨最佳工艺为；钢球填充率为35%，级配m（50mm）∶m（40mm）∶m（30mm）=35∶40∶25，装矿量3Kg，粉磨时间40min。
图5可得，矿渣比表面积为299m2/kg时，终凝时间普遍偏短，矿渣与油页岩渣复合的情况下，细度在302.1-363.7m2/kg时终凝时间减少，细度在363.7-433.3m2/kg时终凝时间增加；纯矿渣终凝时间最短，二者比例为1：1时终凝时间最长。这是因为早期水化反应主要由矿渣进行，随矿渣比表面积增大，越接近油页岩渣颗粒大小，级配越小，表面水膜面积越大，在相同水灰比的情况下，水化速率降低，凝结时间增加。此外，随着油页岩渣掺入量增大，油页岩渣颗粒包裹着矿渣，导致需水量增加，使其水化速率放慢，凝结时间增加。但矿渣比表面积299m2/kg时，不管按什么比例掺入比表面积为378.2m2/kg的油页岩渣，其凝结时间均骤降，这可能是颗粒之间级配恰好处在最佳区间，使矿渣液膜面积减小需水量减少，在等量的激发剂作用下，水化速率最快，形成的稳定网络空间体数量增多，凝结时间减少。
3.结语
（1）对于吉林省桦甸地区的油页岩渣粉磨最佳工艺为；钢球填充率为35%，级配m（50mm）∶m（40mm）∶m（30mm）=35∶40∶25，装矿量3Kg，粉磨时间40分钟；（2）油页岩渣及矿渣粒径在0-40um区间累积量越多，净浆流动性越好，粒径小于40um的颗粒与净浆流动性呈正相关；（3）矿渣与油页岩渣复合时，水化初期，粒子间相互作用对净浆流动性的影响大于颗粒形貌对流动性的影响，矿渣加入量越大，越易形成絮凝结构，从而降低流动性；（4）在矿渣比表面积299m2/kg时，掺入比表面积为378.2m2/kg的油页岩渣，其凝结时间骤降，水化速率最快。
参考文献
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