煤系固废基绿色充填材料制备及其性能研究

作者：董猛; 李江山^*; 陈新; 金佳旭; 鲁龙钊

来源：煤田地质与勘探, 2022, 50(12): 75-84.

• 煤矸石
• 煤系偏高岭土
• 碱激发
• 绿色充填材料
• 性能研究

充填技术是绿色开采的重要组成部分，研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料，是发展充填技术的关键。采用煤矸石(CG)和煤系偏高岭土(MK)为原材料制备煤系固废基绿色充填材料，探讨配合比和碱激发剂对充填材料强度以及流动度的影响，并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、热重分析(TG)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等表征手段，揭示充填强度发展机理。综合强度、流动性和环境指标，优化充填材料配比。研究结果表明：绿色充填材料体系中，煤系偏高岭土通过碱激发水化反应起到胶凝作用，体系强度随偏高岭土的增加呈线性增长，磨细的煤矸石充当惰性填料，协同Na2SiO3改善流动性。该充填材料主要水化产物为N―A―S―H和沸石，Si―O―Si发生聚解，随即四面体Al―O键部分取代Si―O键，由(SiO4)4-变成(AlO4)4-，进一步聚合形成Si―O―Al基团。当碱激发剂中Na2SiO3与NaOH比例为1∶1时，聚合程度最高。水化产物填充了煤矸石颗粒间孔隙，使基质致密，提高充填材料强度。综合指标评价推荐偏高岭土与煤矸石的配比为3∶7，此时不仅满足强度和流动性的要求，而且碳排放指数仅有0.257。本研究为开发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料提供新的思路，具有较好的实用性和经济性。

• 单位
  土木工程学院; 辽宁工程技术大学; 中国科学院武汉岩土力学研究所; 岩土力学与工程国家重点实验室