废弃阴极射线管玻璃对重晶石混凝土性能的影响.pdf

第 1 9卷第 2期 2 0 1 6年 4 月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI L DI NG MATE RI ALS Vo1 i 9 No 2 Ap r ， 2 01 6 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 3 6 9 0 5 废弃阴极射线管玻璃对重晶石混凝土性能的影响 石建 ( 1 中南大 学 军 ， 丁德 馨 ， 栗建新 ， 刘华 良 ， 资源与安全工程学院，湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 ；2 南华大学 张 志 恒 ， 刘 权 城市建设学院，湖南 衡阳 4 2 1 0 0 1 ) 摘 要 ： 将废 弃 的 阴极射 线 管玻 璃 ( C RT玻 璃 ) 磨 碎 后 作 为 细 、 粗 骨料 ， 分 别 以 质 量分 数 0 ， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 ， 1 0 0 取代重晶石细骨料或以质量分数 0 ， 1 0 ， 2 0 9 6 ， 3 0 取代 5 1 0 mm 的重 晶石 粗 骨料 掺入 重 晶石 混凝 土 中， 并 以粉 煤灰 作 为矿 物 掺合 料 ， 研 究 C RT玻 璃 骨料 对 重 晶石 混凝 土 工 作性能、 力学性能、 碱骨料反应、 P b浸出值和对 7射 线屏蔽能力的影响 结果表明： 随着 C R T玻璃 骨料取 代 率的增 加 ， 重 晶石 混凝 土 的坍 落度 、 P b浸 出值逐 渐 增 大， 抗 压 强度 、 劈 拉 强度 、 弹性模 量 、 防辐射 性 能逐渐 减 小 当用 C R T 玻 璃 骨料 取 代 质 量 分数 为 1 0 的 5 1 0 mm 的 重 晶石 粗 骨 料 或 2 5 的重 晶石 细骨料 时 ， 重 晶石 混凝 土各 种性 能 良好 关 键词 ：阴极射 线 管玻璃 ；重 晶石 混凝土 ；防辐射 ；性 能 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 2 0 2 7 Ef f e c t o f Ut i l i z i ng Re c y c l e d Ca t h o d e Ra y Tu b e Gl a s s a s Ag g r e g a t e i n Ba r i t e Co n c r e t e S HI Ji a n j “ ， DI NG De xi n ， LI Ji a n x i n 。 ， LI U Hu a l i a n g ， ZHANG Z h i h e n g ， LI U Qu a n ( 1 S c h o o l o f Re s o u r c e s a n d S a f e t y En g i n e e r i n g ，Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y，Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ，Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ur b a n C o n s t r u c t i o n，Un i v e r s i t y o f S o u t h C h i n a ，He n g y a n g 4 2 1 0 0 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Fl y a s h we r e us e d wa s mi ne r a l a d mi xt u r e s，t he wor k p e r f o r ma nc e，m e c h a ni c a l p r op e r t i e s， a l ka l i s i l i c a r e a c t i o n ( AS R) e x p a n s i o n， l e a d l e a c h i n g p r o p e r t i e s a n d 7 - r a y s h i e l d i n g p r o p e r t i e s o f b a r i t e c o n c r e t e wi t h g r o u n d c a t h o d e r a y t u b e f u n n e l g l a s s s a n d f i n e a g g r e g a t e a n d c o a r s e a g g r e g a t e ( 5 1 0 mm)a t ma s s r e p l a c e me n t r a t e o f 0 ，2 5 ，5 0 ，7 5 ，1 0 0 a n d 0 ，1 0 ，2 0 ，3 0 we r e i n v e s t i g a t e d Th e r e s ul t s s ho w t ha t t he s l u mp，l e a d l e a c hi n g pr o pe r t i e s i nc r e a s e a nd t he c o mpr e s s i ve s t r e ng t h，s pl i t t i ng t e n s i l e s t r e n gt h，s t a t i c mod ul us o f e l a s t i c i t y a nd 7 - r a y s h i e l di n g p r op e r t i e s o f ba r i t e c o nc r e t e d e c r e a s e wi t h t he i n c r e a s e o f CRT gl a s s a gg r e g a t e r e p l a c e m e nt r a t e The b a r i t e c o nc r e t e wi t h g r ou nd c a t ho de r a y t ub e g l a s s s a n d f i n e a g g r e g a t e o f 2 5 o r c o a r s e a g g r e g a t e ( 51 0 mm)o f 1 0 h a s g o o d p r o p e r t i e s Ke y wo r d s ：c a t h o d e r a y t u b e ( CRT)g l a s s ；b a r i t e c o n c r e t e ；r a d i a t i o n s h i e l d i n g ；p r o p e r t y 随 着 显 示 器 技 术 的 飞 速发 展 ， 液 晶显 示 器 ( L E D) 正在大量取代 电脑和电视机上的阴极射线管 ( C R T) ， 使 废弃 的 C R T 增长 迅猛 2 0 1 3年 中国 的电 视机 和 电脑 报 废 量 均 在 3 0 0 0万 台 以上 ， 而 在 这些 报废 的 电视 、 电脑 显 示 器 中 ， 有 6 0 ( 质 量 分 数 ) 为 玻璃 ， 可见 C R T玻璃已成为电子废弃物中的主要废 收稿 日期 基金项 目 第 一作者 通信作者 弃材 料 】 另 外 ， C RT 玻 璃 中 含 有 质 量 分 数 为 1 9 3 5 的 重金 属 氧化 物 P b O， 且 易 于溶 出 ， 因 此 ， 其对 环境 造成 的损 害不可 小觑 由于 C RT玻璃高含重金属 P b ， 因此其对于 7 ， X射线 的屏 蔽能 力要 强于 普通 玻璃_ 2 用废 弃 的 C R T玻璃取代部分防辐射混凝土的骨料， 有利于其 2 0 1 4 - l 1 0 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 5 0 1 - O 1 湖南省 自然科学基金资助项 目( 1 4 J J 2 0 8 3 ) ； 湖南省科技厅重点研发计划项 目( 2 0 1 5 J C 3 0 9 0 ) 石建军 ( 1 9 6 6 ) ， 男 ， 湖南湘潭人 ， 南华大学教授 ， 硕士 生导师 ， 中南大学博士生 E ma i l ： s i i 6 6 2 1 1 6 3 c o rn 丁德馨 ( 1 9 5 8 一) ， 男 ， 湖南常德人 ， 中南大学 和南华 大学 教授， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： d i n g d x z z 1 6 3 C O r f l 建筑材料学报 第 1 9 卷 实现无 害化处理及资源化利用 本 文 将 废 弃 的 C R T 玻璃 磨 碎 后 用来 取 代 重 晶 石混凝 土 中的部 分重 晶石 细 骨料 和 5 1 0 mm 的重 晶石 粗骨 料 ， 研 究 其 取 代 率 对 重 晶石 混 凝 土 的表 观 密度 、 坍落度 、 抗压强度、 劈拉强度 、 弹性模量 、 碱骨 料反应、 P b 浸出值及防辐射性能的影响 1 试验 1 1 原 材料 水泥为湖南韶峰 P O 4 2 5级水泥 ； 粉煤灰为 某电厂 级低钙粉煤灰 ； 骨料为湖南衡阳产重 晶石， 用 ； C R T玻璃从某玻璃厂收购并进行清洗 ， 然后磨 碎成满足级配要求的 C R T玻璃细骨料 ( C F G) 和粗 骨料( C C G) 用来取代 C F B及 C C B 1 2配合 比设计 C F G取代 C F B的取代 率 ( 质量 分数 ) 设 定为 0 ， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 ， i 0 0 ； 由于 C C G 的粒径 多集 中在 5 l 0 mi D _ ， 因此 只能 取 代 5 1 0 r f l m 的 C C B， 另 外 ， 考 虑 到级 配 的分 布 和影 响 ， 本 文将 C C G 的取 代率( 质量分数) 设定为 0 ， 1 0 ， 2 0 ， 3 0 重晶 石 混凝 土 的设 计 强 度 为 C 3 0 ， 其 配 合 比见 表 1 ， B C CCG一 0 BGCCG一 3 0， BC CF G一 2 5 BC CF G i 0 0中 将其破碎后作 为细骨料 ( C F B ) 和粗 骨料 ( C C B) 使 的数字分别表示 C C G， C F G的取代率 表 1 重 晶石混凝 土的配合 比 T a b l e 1 M i x p r o p o r t i o n s o f b a r i t e c o n c r e t e B C CCG一 0 B C CFG一 0 B( CCG一 1 0 BC CC( 、r2 O BC CCG一 3 0 B( CFG一 2 5 BC CFG一 5 0 BC CFG一 7 5 BC CF G一 1 0 0 2 C RT玻 璃 骨 料 取 代 率对 工作 性 能 和 力学性 能的影 响 2 1 C RT玻璃 骨料 取 代率对 工 作性能 的影 响 表 2为 C C G取代率对重 晶石混凝土坍落度和 表观密度 的影响 由表 2可见 ： C C G取代 5 1 0 mlT l 的 C C B后 ， 重晶石混凝土的表观密度随着取代率的 增加 而 依 次 减 小 ， 这 是 因 为 C C G 的 表 观 密 度 比 C C B小 重 晶石混凝土 的坍 落度随着 C C G取 代率 的提高而增加 ， 这是 因为 C C G有着光滑 的表面， 在 水 泥浆 中 的 摩 擦 阻力 较 小 ， 并 且 C C G 的 吸水 率 比 C C B小 ， 所 以其流动性较好 表 2 C C G取代率对 重晶石 混凝土坍落度和表观密度的影响 Ta b l e 2 Re p l a c e me n t r a t e o f CCG o n t h e s l u mp a nd a p p a r e n t d e n s i t y o f b a r i t e c o n c r e t e Re p l a c e me n t r a t e ( b y ma s s )o f C C G I t e m 0 1 0 2 O 3 O 表 3为 C F G取代率对重晶石混凝土坍落度和 表观密度 的影响 从表 3可 以看 出， C F G取代率对 重晶石混凝土表观密度和坍落度的影 响与 C C G取 代率对重 晶石混凝土坍落度和表观密度的影响具有 相似的规律 ， 其 原因也基本相 同 由表 3还可 以看 出， 当 C F G的取代率为 5 0 9 6 7 5 时 ， 重晶石混凝 土坍落度的增幅最大 表 3 C F G取代率对重晶石混凝土坍落度和表观密度的影响 Ta b l e 3 Re p l a c e me n t r a t e o f CFG o n t h e s l u mp a n d a p p a r e n t d e n s i t y o f b a r i t e c o n c r e t e Re p l a c e me n t r a t e ( b y ma s s )o f C F G I t e m 0 2 5 5 0 7 5 1 O 0 S l u mp mm 2 0 3 6 5 1 8 2 9 7 Ap p a r e n t d e n s i t y ( k g m ) 3 4 0 0 3 3 4 0 3 2 3 0 3 1 6 0 3 0 9 0 2 2 C R T玻 璃骨 料取 代率对 力学性 能的 影响 2 2 1 抗压 强度 和劈 裂抗 拉强 度 图 1为 C R T 玻 璃 骨料 取 代 率对 重 晶石 混 凝 土 抗压强 度 的影 响 图 1表 明 ： 重 晶石 混 凝 土 2 8 d的 抗压强度随着 C R T玻璃骨料取代率的增加而降低 ， 取代 i 0 0 的 C F B， 3 0 的 C C B使抗压强度分别下 降了 2 8 4 ， 1 4 3 产生这一现象 的原因主要有 ： 第 2期 石建军 ， 等 ： 废弃 阴极射线管玻 璃对 重晶石混凝土性能的影响 Re p l a c e me n t r a t e ( b y ma s s ) 图 1 C R T玻璃骨料取代率对重晶石混凝土抗压强度 的影响 Fi g 1 Compr e s s i v e s t r e n gt h o f b a r i t e c o nc r e t e wi t h CRT g l a s s a g g r e g a t e a t d i f f e r e n t r e p l a c e me n t r a t e ( 1 ) C RT玻璃骨料的强度比重晶石骨料小 ； ( 2 ) C RT 玻 璃 骨 料 光 滑 的 表 面 影 响其 与 水 泥 浆 体 的 黏 结 ； ( 3 ) 由于 C R T玻璃骨料会有 P b浸出 ， 随着其 取代 率 的提高 P b浸出值增加 ， 从 而影 响水泥水 化 由图 1可见 ， 在相 同的 C R T 玻 璃 骨料 取代 率 下 ， 取 代 C C B的重 晶石混 凝 土 的抗 压 强度 小 于取 代 C F B的 重 晶石混凝 土， 这是 由于在相 同取代率 下， C C G用 量 比 C F G用量 大 ， 且 C C G 的微 裂纹 较多 、 抗压 强度 低 当 C C G的取代率 为 0 2 0 ， C F G的取代 率 为 0 5 0 时 ， 重 晶石 混凝土 的抗压强度 降幅较 小 ， 这 是 由于 C R T 玻璃 骨 料 具 有 较 好 的致 密性 ， 导 致抗压强度降低不太 明显l 3 图 2为 C R T 玻 璃 骨料 取 代 率 对 重 晶石 混 凝 土 劈 拉强 度 的影 响 由图 2可见 ， 重 晶石混 凝土 的劈裂 抗拉强度与 C R T玻璃骨料的取代率成反 比， 这与其 造成重 晶石混 凝土抗 压 强度 降低 的原 因相似 当 C R T玻璃骨料取代 5 0 的 C F B和 2 O 的 C C B时 ， 重晶石混凝土的劈裂抗拉强度分别降低 了 1 4 0 ， 1 5 2 ， 这说 明 C R T玻璃骨料取代率对重晶石混凝 土 劈裂 强度 的影 响更 加 明显 为 了减小 C R T玻 璃骨 料 对重 晶石 混凝 土劈 裂 抗 拉 强 度 的 负 面影 响 ， 可通 过延长养护周期来进行弥补l_ 5 苟 d 2 自 宴 Re p l a c e me n t r a t e ( b y ma s s ) o 图 2 C R T玻璃骨料 取代率对重晶石混凝土劈拉强度 的影响 F i g 2 S p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f b a r i t e c o n c r e t e wi t h CRT g l a s s ag gr e ga t e a t d i f f e r e nt r e pl a c e me nt r a t e 2 2 2 弹性 模 量 图 3为 C R T玻璃骨料取代率对重 晶石混凝土 ( 2 8 d ) 弹性模量的影响 由图 3可见 ， 重 晶石混凝土 的弹性模量随着 C R T玻璃骨料取代率的增加而减 小 ， 这主要是由于 C RT玻璃骨料光滑表面与水泥浆 之 间的黏 结性 能较 差 所 致 对 比分析 图 1与 图 3可 见 ， C R T玻璃骨料取代率对重晶石混凝土的弹性模 量影响并不敏感 这是因为细骨料对混凝土弹性模 量 的影 响 不 大 6 ， 而 本 文 中 也 只有 5 1 0 mm 的 C C B被 C C G取代 2 6 0 0 0 2 5 5 0 0 昌鲁 芎 2 5 0 0 0 g 藿2 4 5 0 0 售鲎 蠹。2 4 0 0 0 2 3 5 0 0 Re p l a c e me n t r a t e ( b y ma s s ) 1 图 3 C R T玻璃骨料取代率对重晶石混凝土弹性模量的影 响 Fi g 3 S t a t i c mo d u l u s o f e l a s t i c i t y o f b a r i t e c o n c r e t e wi t h C RT g l a s s a g g r e g a t e a t d i f f e r e n t r e p l a c e me n t r a t e 3 碱 骨料反应 碱骨料反应 ( AS R) 试验采用快速砂浆棒法 ， 参 考美 国标 准 AS T M C 1 2 6 0 ( 8 0， 1 mo l L Na OH 溶 液) 测定 1 ， 4 ， 7 ， 1 4 ， 2 8 d砂 浆 棒 膨 胀 率 砂 浆 棒 中， C F G取代 C F B的质量分数为 0 ， 1 0 ， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 ， 粉煤 灰取代 水泥 的质量分 数为 1 5 ， 3 0 按照规范 ， AS R 1 4 d后砂浆棒 的膨胀率应小 于 0 1 图 4为粉煤灰对砂浆棒膨胀率的影响 由 图 4可见 ， 掺粉煤灰 的砂浆棒膨胀率随着时间的延 长和 C F G取代率 的增加而增大 因此 ， 在重 晶石混 凝土中 C R T玻璃骨料 的取代率越大 ， 其 AS R后的 膨胀率也越大 由图 4还可见 ， 掺 3 0 ( 质量分数) 粉煤灰的砂浆棒膨胀率明显 比掺 1 5 粉煤灰的砂 浆棒小 ， 而且当粉煤灰掺量为 3 0 时 ， C F G取代率 为 0 7 5 的砂浆棒 AS R 1 4 d后的膨胀率均小 于 0 1 这说明粉煤灰掺量为 3 O 时对 AS R有较 好 的抑制 作用 4 P b浸 出值 根 据 G B 5 0 8 5 3 2 O 0 7 浸 出毒 性 鉴 别 标 准 ， 固体废弃物 P b的浸 出值应 小于 5 mg L 经检 测， C RT玻璃的 P b浸出值为 2 7 4 mg L， 远远超出标准 要求 表 4为 C R T玻璃骨料取代率对重晶石混凝土 P b浸 出值的影响 由表 4可以看出， 当 C C G的取代 率1 0 ， C F G的取代率为 2 5 时 ， 重 晶石混凝土 苗I 1 0 鲁 一 3 J 4 吕 0 U 建筑材料学报 第 1 9卷 ( a ) 1 5 ( b y ma s s ) fl y a s h ( b ) 3 0 ( b y ma s s ) fl y a s h 图 4 粉煤灰对砂浆棒膨胀率 的影响 Fi g 4 Ef f e c t o f f l y a s h o n AS R e x p a n s i o n ( b y v o l u me )o f c e me n t mo r t a r P b浸出值满足标准要求 C RT玻璃重晶石混凝土 中的 P b浸 出值之所 以明显减小 ， 是 因为粉煤灰能 够改善孔结构 ， 从而 阻碍 P b离子在混凝土 中的迁 移 ， 而且水泥水化产物提供 的碱性环境 ( p H 值为 1 1 1 2 ) 还 能有效 抑制 P b的浸 出 表 4 C R T玻璃骨料取代 率对重 晶石混凝土 P b浸出值的影响 Ta b l e 4 Ef f e c t o f CRT g l a s s a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e o n l e a d l e a c h i n g v a l u e o f b a r i t e c o n c r e t e 5防辐射性 能 经过对力学性能、 工作性能 、 AS R和 P b浸 出值 的综合考虑 ， 本文选取 C C G取 代率为 1 O 和 C F G 取代率为 2 5 的重晶石混凝土进行 了防辐射试验 ， 并与普通 重 晶石混凝 土进 行对 比分 析 试 验采 用 ” C s 源 ， 活 度 为 7 4 1 O B q( 2 0 mC i ) ， 检 波 仪 为 DM一 0 1型便携式 ( X - 7 ) 辐射剂量率仪 试 件尺寸为 3 0 0 mm2 5 0 mm1 0 0 ml n ， 共 3组 ， 每组 2个 防 辐射试 验示 意 图见 图 5 ， 其 中 L 为 5 c l n ， L 为 6 5 c m 首先检测 7射线在没有混凝土遮挡的情况下 的剂 量率 D。 ( 4 4 5 2 z Gy h ) ， 然 后 分别 检 测 穿 过 不 同配合 比重 晶石混 凝土 的剂 量率 D ， 经 理论 计算 可 求得各配合比重晶石混凝土的线性吸收系数( ) 、 半 衰减 层 厚 度 ( HVL) 和 1 O倍 减 弱 层 厚 度 ( T VL) 越大 ， HVL和 TVL越 小 ， 重 晶石 混 凝 土 的 防 辐 射 性能 就越 好 表 5为重 晶石 混 凝 土对 7射线 的屏 蔽 效果 由表 5可 见 ， 重 晶石 混 凝 土 的防辐 射 能 力 随着 C R T 玻 璃 骨 料 取 代 率 的 增 加 而 减 小 这 是 因 为 C R T玻璃骨料的表观密度 比重 晶石小 ， 而重晶石混 凝土 的防辐射性能与其表观密度直接相关 对于同 一 7源 ， 要使其辐射强度衰减 1 2 ， 重晶石混凝土需 3 7 3 3 7 6 c m 厚 ， 而 掺 1 0 C C G 和 2 5 C F G 的 图 5 防辐 射试 验示 意图 Fi g 5 S c he ma t i c o f s hi e l d e f f e c t i ve ne s s t e s t 表 5 重晶石混凝土对 Y射线的屏蔽效果 Ta b l e 5 S h i e l d e f f e c t o f b a r i t e c o n c r e t e f o r g a mma r a y 重 晶石 混凝 土分 别需 3 7 8 ， 3 9 0 C l T I 厚 ， 可 见后 者仍 具 有较 好 的防辐 射性 能 6 结论 ( 1 ) C R T 玻璃 骨料 能够有 效 改 善重 晶石 混凝 土 的流动性能 ， 其坍落度随着 C RT玻璃骨料取代率的 提 高而增 加 ； 重 晶石 混凝 土 的表观 密度 随着 C R T玻 璃骨料取代率的提高而减小 ( 下 转 第 3 8 4页 ) 鋈 1 0 I S I I 对 ) c o 逞 口 0I s I I 一 ) ( o 第 1 9 卷第 2 期 2 0 1 6年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo1 i 9， No 2 Apr ， 2 01 6 文章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 3 7 3 0 6 用砒 砂岩 制备地聚物材料 的研 究 李长明 ， 王立久 张婷 婷 ， 杨大令 ， 宋丽 莎。 ( 1 大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ； 2 华北水利水 电大学 土木与交通学院， 河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ；3 河南建筑职业技术学院，河南 郑州 4 5 0 0 6 4 ) 摘 要 ： 通 过抗压 强度 、 X射 线衍 射 ( XR D) 、 红 外光 谱 ( I R) 、 压 汞 ( MI P ) 和 扫描 电镜 ( S E M) 测试 ， 分析 了砒砂岩地聚物材料的力学性能、 反应产物及微观结构 ， 讨论 了粉煤灰掺量、 养护龄期对砒砂岩地 聚物材料力学性能及微观结构的影响 结果表明 ： 粉煤灰掺 量和养护龄期对砒砂岩地聚物材料的 抗压强度、 孔隙结构有较为显著 的影响 ， 粉煤灰掺量 为 1 3 ( 质量分数) 时， 砒砂 岩地聚物材料的 9 0 d抗压强度可达 2 0 3 MP a ， 其孔隙率减 小， 孔隙结构得到明显改善 砒砂岩地聚物材料的反应产 物 主要 为无 定型 水化硅 铝 酸钙 类凝胶 关 键词 ： 砒 砂岩 ；地聚 物材料 ；力学性 能 ； 微 观 结 构 中图分 类号 ： T V4 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 2 0 2 8 Pr e pa r a t i o n o f Ge o p o l y me r i c M a t e r i a l s b y Pi s ha S a nd s t o n e LI Ch a n g mi n g ， WANG Li j i u ， ZHANG Ti n g t i n g ， Y ANG Da l i n g ， S ONG Li s h a。 ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g，Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Da l i a n 1 1 6 0 2 4，Ch i n a ； 2 Sc h oo l of Ci vi l Eng i ne e r i n g a n d Commu ni c a t i o n，No r t h Ch i n a Uni v e r s it y o f W a t e r Re s ou r c e s a n d El e c t r i c Po we r， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ，Ch i n a ；3 He n a n Te c h n i c a l Co l l e g e o f C o n s t r u c t i o n，Zh e n g z h o u 4 5 0 0 6 4，Ch i n a ) Abs t r a c t ：The e x pe r i m e nt o f c o m p r e s s i v e s t r e ng t h wa s c a r r i e d o ut t o e v a l ua t e t he me c h a n i c a l pe r f o r m a nc e o f t h e P i s h a s a n d s t o n e g e o p o l y me r i c ma t e r i a l s ，a n d XRD，I R，MI P a n d S EM we r e u s e d t o a n a l y z e t h e e f f e c t o f f l y a s h c o n t e n t a n d c u r i n g a g e o n t h e mi c r o s t r u c t u r e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f P i s h a s a n d s t o n e g e o p o l y me r i c ma t e r i a l s r e s p e c t i v e l y Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y a n d p o r e s t r u c t u r e o f t he Pi s ha s a nd s t on e g e op o l yme r i c m a t e r i a l s wi l l b e s i g n i f i c a nt l y i n f l ue nc e d b y f l y a s h c o nt e nt a n d c ur i n g a g e Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f P i s h a s a n d s t o n e g e o p o l y me r i c ma t e r i a l s i s 2 0 3 MPa wh e n f l y a s h c o n t e n t i s 1 3 9 6 ( b y ma s s )a t 9 0 d， t h e p o r o s i t y wa s d e c r e a s e d a n d t h e p o r e s t r u c t u r e wa s e n h a n c e d Th e a n a l y - s i s r e s ul t s f r o m XRD ， I R a nd SEM s h ow t ha t t he m a i n h yd r a t i o n r e a c t i o n p r od u c t of Pi s h a s a nd s t o ne ge o po l yme r i c ma t e r i a l s i s a n a m o r pho us C_ A一 H ge 1 Ke y wo r d s ：Pi s h a s a n ds t o ne；ge op o l y me r i c ma t e r i a l ；m e c ha ni c a l p r o pe r t y；mi c r os t r uc t u r e 砒砂 岩 为在古 生代 二叠 纪 、 中生代 三叠 纪 、 侏 罗 纪和白垩纪形成 的一种发育不充 分的泥岩 或泥沙 岩 ， 其主要矿物成分为石英、 长石、 云母 以及少量的 氧化铁 ， 主要分布在黄河中游 内蒙古 、 山西和陕西 三省 区 ， 分 布区 面积约 为 1 2 0 0 0 k m E z 3 砒砂 岩岩 体 孔隙较大 ， 结构不够紧凑致密， 颗粒问胶结物质主要 为碳 酸盐矿 物 ( 主要成 分为方 解石 和少量 白云石 ) 和 黏 土物 质 方 解 石 化学 性 质 较 活 泼 ， 抗 风 化 能力 弱 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 1 0 ；修订 日期 ： 2 0 1 4 1 0 0 8 基金项 目： “ 十二五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 3 B AC 0 5 B 0 3 ) ； 国家 自然科学基金青年 基金项 目( 5 1 2 0 9 0 9 4 ) ； 国家 自然科学基金资助项 目 ( 5 1 4 08 0 9 6 ) 第一作者 ： 李 长明( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 河南太康人 ， 大连理工大学博 士生 E - ma i l ： l i c h a n g mi n g h 1 6 3 c o rn 通信作者 ： 王立久( 1 9 4 5 一 ) ， 男 ， 吉林长春人 ， 大连理工大学教授 ， 博士生导师 ， 硕士 E ma i l ： b mwl j d l u t e d u c n 建筑材料学报 第 1 9卷 遇水后易与水 中的 C O 发生化学反应 ， 丧失胶结能 力 ， 溃散成沙r 3 因此， 在降水过后 ， 砒砂岩往往会被 雨水冲蚀成散沙 ， 被水流挟裹进入河中， 淤积在河床 上 砒砂岩地区水土流失十分严重 ， 土壤侵蚀模数高 达 2 0 0 0 0 t ( k m a ) 4 ， 部分地区土壤侵蚀模数高 达 3万4万 t ( k m a ) 尽管砒砂岩区的面积仅 占黄土高原面积 的 2 6 ， 但其产 沙量 占到黄土高 原地 区输入 黄河 中下游泥沙量 的 3 O 左右_ 5 6 _ 砒 砂岩是黄河 中下游及其 支流泥沙沉积 物的主要来 源l 7 为修复砒砂岩地区的生态环境 ， 减轻该地区的 土壤侵蚀和水土流失状况 ， 减少输入到河 流中的泥 沙 ， 国内学者研究 了种植林草、 耕作农作物 、 种植沙 棘构筑沙棘柔性坝I 8 和修筑淤地拦沙坝_ g 等诸多蓄 水拦 沙 措施 研究 结 论 表 明 ， 在 以上 诸 多措 施 中 ， 以 淤地坝拦沙蓄水效率最高_ 1 ， 淤地坝将在未来治理 黄河中游黄土高原地区水土流失 中扮演重要角色 根据水利部对黄河近期重 点治理开发规划 ， 淤地坝 规模在 2 0 1 5年将达到 1 0 7万座 ， 到 2 0 2 0年达 到 1 6 3万座 然 而 ， 现有 淤 地坝设 计标 准不 高 ， 多利用 砒 砂 岩 和黄土等配制成混合料修筑而成 ， 坝体材料 的强度 和耐水性能不高 ， 不能满足工程要求 ， 在降水过后往 往被洪水冲毁 1 目前 ， 在 国内还鲜有学 者将砒砂 岩视为一种可开发 为建筑材料的原材料进行研究 碱激发是一种将 富含活性硅铝氧化物 ， 具有火 山灰 性质的材料转变 为胶 凝材料 的技术手段 由此 ， 本 文探 讨 了通过 碱 激 发 技 术 ， 利 用 砒 砂 岩 和工 业 废 弃物粉煤灰来研制一种新的建筑材料并将其应用到 地开发利用 ， 将其变害为利 ， 为砒砂岩的治理及开发 利用提供科研参考 1 试验设计 1 1 试验 材料 砒砂岩原岩采 自内蒙古 自治区准格尔旗沙圪堵 镇二老虎沟 用锤子将砒砂岩原岩人工破碎成散粒 ， 根 据 GB T 5 O 1 2 3 1 9 9 9 土 工 试 验方 法 标 准 对 其 颗粒 粒径分 布 进 行 分 析 ， 结 果 如 图 1所 示 按 X射 线荧光发射谱分析要求制作砒砂岩样品 ， 对其进行 氧化物组成” 分析， 结果见表 1 ； 砒砂岩主要矿物组 成见表 2 粉煤灰为市售一级粉煤灰 ， 其主要化学组 成也 列 于表 1 活 性激 发剂 为 分析 纯 氢氧 化 钠 ( 天津 市科 密欧化 学试 剂有 限公 司生产 ) ； 水 玻璃 为建 材 市 场销售的工 业用液 态水玻 璃 ， 模 数 3 0 ； 水为 自来 水 将氢氧化钠 、 水玻璃和水按表 3配制成碱激发剂 溶液 淤地坝建设 中的可行性 ， 以期能够实现砒砂岩 的