一、煤矸石活性的影響因素

對于煤矸石的內部結構，其內部結構存在的缺陷越多，反應活性就越高。風化煤矸石和新鮮煤矸石中都具有穩定的結晶結構，內部各質點的排列順序條理，但是結構越整齊，活性越低，甚至可以說是沒有活性。

二、活性激發方法

1、機械活化機理

在處理粉煤灰、礦渣、煤矸石方面，機械活化具有很好的效果。其主要目的是將顆粒變小，這樣做可以起到密實增強的作用，由于細小的顆粒可以填充硬化結構的毛細孔，還有一個好處就是會增加顆粒的比表面積，以及點缺陷、結構缺陷會在部分顆粒表面出現，甚至會出現錯位的現象，氧化硅和氧化鋁的無定形程度增加，顆粒表面的自由能也會增加，活性因此就會增加;同時它會在很短的時間內使石膏以及氫氧化鈣的量減少，加速水泥水化產物與混合材的再次反應的進行，從而促進了水化產物的增加，提高了強度。煤矸石機械活性的影響因素有煤矸石顆粒的分布以及水泥顆粒分布，它們的組合對于煤矸石的活性是一個重要的參數，40μm～80μm的煤矸石顆粒可以提高水泥的后期強度，其機理為:這種粒徑的煤矸石顆粒，對坍落度的損失影響很小，可以幫助促進煤矸石在水泥體系中物理堆積作用的發揮;其次顆粒度的增加也會影響煤矸石的活性，顆粒越大，則煤矸石反應沒有進行的部分越多。而在水泥中主要以物理填充為主，使得機械活化后煤矸石活性的效果會低于理論計算出來的結果。

2、熱活化機理

煤矸石的化學成分與粘土十分的接近，屬硅鋁質原料。因此可以按煤矸石里鋁的含量進行分類，有三種分別為:低、中、高。煅燒后煤矸石活性一般是按自然煤矸石中氧化鋁和二氧化硅含量來決定的，即未煅燒的煤矸石中氧化鋁和二氧化硅的含量越高，其處理后的活性也就越高。之所以會有這樣的結果，是由于煤矸石中的碳會影響水泥的耐久性、強度以及需水量，煅燒后一部分碳會被燃盡，因此提高了煤矸石的活性;還有就是煅燒后高嶺土組分發生了化學變化，相比自然煤矸石，生成了更多的氧化鋁和二氧化硅，從而提高煤矸石的活性。煤矸石熱激活的影響因素有煅燒的溫度，不同地區的煤矸石需要不同的適宜溫度，但是一般都在700℃～1000℃之間，主要是考慮到煤矸石內部成分的區別;還有就是冷卻方式的選擇，一般認為冷卻速度越快，其活性就越高;煅燒物料的形態以及煅燒時間也會影響煤矸石的活性，煤矸石的形狀比較大時，其內部的碳不易被充分燃燒，會增加煤矸石水泥的需水量，對其強度也有一定的影響。煅燒時間越長，會使得本來活性很好的煤矸石由于二氧化硅和三氧化鋁重新生成莫來石來降低煤矸石的活性。

3、微波輻射活化

煤矸石里面物質吸收微波，溫度升高，而且在同一微小的區域內，周邊的礦物由于具有不同的性質導致升溫速率是不同的，從而在煤矸石內部存在一定的溫差，會使一部分升溫的礦物膨脹，裂縫會在礦物之間產生，此外，微波礦物的有效反應面積可以相互促進吸收，并且可以促進吸收微波礦物的單體解離，同時又可以使煤矸石發生化學反應、相變以及晶型的轉變。而且這種加熱方法對煤矸石的煅燒比較充分，需要的加熱時間比較短(只要介質體不是很厚)。波長能量的不同以及輻射時間的長短會使得煤矸石的輻射活化效果不同，主要是由于煤矸石中的礦物對溫度這一因素非常敏感。因此，在進行微波輻射活化時，應對波長的能量以及時間加以認真考慮。

4、化學活化

通過引入化學試劑使得煤矸石的活性提高，一般是加入一些可以加速水泥水化產物與煤矸石的二次反應的堿性試劑。加入堿性試劑主要是為了反應的不斷進行，使煤矸石中的Al—O鍵和Si—O鍵被破壞，而使得結構解體，最后產生新的物質，是一種高強度無序的結構材料。其中堿性試劑溶于水中水解出來的堿性離子與溶液中的其他離子進行交換，也不會造成結構的破壞。一般影響化學反應主要是反應進程，對于反應進程，起關鍵作用的是激發劑的類型和摻量。而煤矸石的化學激發劑也要一個最佳的摻量來促進反應的進行，激發劑用量少時，水化反應速度減慢，但是在沒達到最佳摻量之前，反應速度會隨著激發劑摻量的增加而加快;如果激發劑含量太多，過快的速度會在表面形成一層膜來保護未反應的物質，而阻止反應的進行，同樣會使反應速度降低。文獻表明，不同的激發劑所確定的最佳摻量也是不同的，其中王聰就對水玻璃和氫氧化鈉的摻量進行過研究，得到氫氧化鈉的最佳摻量為10%，而水玻璃的最佳摻量為6%～8%之間，其強度有比較高的增加速度。而朱明秀得到的水玻璃的最佳摻量為4%，其中水玻璃的模數導致這種數據的差異。

三、結語

通過對煤矸石活性的影響因素，以及不同的活化方式對煤矸石活性的影響作出簡單描述，煤矸石活性提高的方法若采用熱化學或者機械激活，其主要原理是增加二氧化硅和三氧化二鋁的含量來提高的;而微波輻射主要是通過煤矸石內部溫度的提高來使煤矸石的活性增加。一般來說四種方法是混合使用的，目前混凝土中摻煤矸石，所使用的活化方法具體是:自然煤矸石首先通過顎式破碎，之后將破碎后的試塊在球磨機中加工一段時間，具體控制在5h，然后放入箱式電阻爐中，將煤矸石加熱到600℃，650℃，700℃，750℃，800℃，850℃，900℃。加熱到規定的溫度時，不要立即冷卻，一定要保持恒溫7h，之后取出自然冷卻，然后進行再一次的細磨，放入之前的球磨機，繼續研磨3h，活化過程結束，之后進行各種試驗研究。

作者：毛黎祥 單位：山西太原理工大學建筑與土木工程學院