在建筑材料領(lǐng)域，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)苛與資源可持續(xù)利用理念的深入，環(huán)氧砂漿的發(fā)展備受關(guān)注。2025 年，環(huán)氧砂漿行業(yè)呈現(xiàn)出向高性能、綠色化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)。市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年底，采用工業(yè)固廢改性的環(huán)氧砂漿產(chǎn)品市場(chǎng)份額將提升至 35%，其中煤矸石細(xì)骨料改性技術(shù)成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。在此背景下，探究煤矸石細(xì)骨料改性處理對(duì)砂漿性能的影響，對(duì)環(huán)氧砂漿行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
在保證砂漿相同稠度的情況下，不同改性處理的煤矸石細(xì)骨料制備的環(huán)氧砂漿吸水率存在明顯差異。未改性的煤矸石砂漿達(dá)到相同稠度時(shí)需水量最高，相比之下，采用粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿需水量均有所降低。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理效果最為突出，在降低砂漿需水量方面表現(xiàn)優(yōu)異。
從 7d 齡期砂漿試塊吸水率來看，未改性的煤矸石砂漿吸水率為 9.5%，而經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿吸水率分別降低了 9.5%、25.3%、22.1%。環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細(xì)骨料制備的環(huán)氧砂漿吸水率最低，僅為 7.1%。這主要是因?yàn)榉勖夯业奈⒓咸畛湫?yīng)和火山灰效應(yīng)，以及 CO?礦化生成的 CaCO?細(xì)化孔徑結(jié)構(gòu)，而環(huán)氧樹脂硬化后在骨料表面形成的致密保護(hù)膜，更是增強(qiáng)了骨料與水泥基體的黏結(jié)強(qiáng)度，使砂漿基體更為密實(shí)，有效降低了吸水率。
煤矸石經(jīng)不同改性處理后制備的環(huán)氧砂漿，7d 抗折、抗壓強(qiáng)度均有顯著增加。未改性的煤矸石砂漿抗壓強(qiáng)度為 11.8MPa，經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿抗壓強(qiáng)度分別提高了 5.1%、28.8%、19.5%。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細(xì)骨料制備的環(huán)氧砂漿抗壓強(qiáng)度提升效果最為明顯，達(dá)到 15.2MPa，抗折強(qiáng)度也達(dá)到 2.5MPa。
環(huán)氧砂漿行業(yè)趨勢(shì)分析指出，這種力學(xué)性能的提升有著明確的作用機(jī)理，煤矸石細(xì)骨料本身存在大量孔隙和微裂縫，強(qiáng)度較低，經(jīng)粉煤灰漿體包裹處理后，其孔隙和裂縫被填充，活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)增強(qiáng)了骨料與水泥基體間的黏結(jié)強(qiáng)度;CO?礦化養(yǎng)護(hù)生成硬度和體積更大的 CaCO?，細(xì)化了砂漿基體的孔徑結(jié)構(gòu);而環(huán)氧樹脂包裹后，隨著水泥水化和環(huán)氧樹脂固化成膜，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提升了環(huán)氧砂漿的整體強(qiáng)度。
不同改性處理技術(shù)對(duì)環(huán)氧砂漿彈性模量的影響同樣顯著。未改性的煤矸石砂漿彈性模量為 11.02GPa，經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿彈性模量分別提高了 11.7%、32.4%、25.7%。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細(xì)骨料制備的環(huán)氧砂漿彈性模量增加更為明顯，達(dá)到 14.59GPa。
砂漿的彈性模量與骨料強(qiáng)度密切相關(guān)，粉煤灰改性處理填充了煤矸石細(xì)骨料表面孔隙，CO?礦化生成 CaCO?提升了強(qiáng)度和密實(shí)度，而環(huán)氧樹脂硬化后具有較高的強(qiáng)度和黏結(jié)性，不僅提升了骨料強(qiáng)度，還增加了骨料與水泥基體的黏結(jié)力，從而顯著提升了環(huán)氧砂漿的彈性模量。
通過對(duì)不同改性處理的煤矸石砂漿物相組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在未改性及不同改性處理后的砂漿 XRD 譜中，均存在 SiO?峰、水化產(chǎn)物 Ca (OH)?峰、未水化的 C?S 和 C?S 峰以及 CaCO?峰。但經(jīng) CO?礦化養(yǎng)護(hù)處理的砂漿，Ca (OH)?峰強(qiáng)度降低，CaCO?峰強(qiáng)度明顯增加，這表明 CO?礦化養(yǎng)護(hù)使水化產(chǎn)物與 CO?反應(yīng)生成 CaCO?，有效捕獲了 CO?，同時(shí)強(qiáng)化了粉煤灰水泥漿體包裹改性的效果。
《2025-2030年中國環(huán)氧砂漿行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及競(jìng)爭(zhēng)策略研究報(bào)告》從微觀形貌來看，未改性的煤矸石砂漿骨料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)松散，存在明顯裂縫和孔隙;經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹后，界面過渡區(qū)裂縫和孔隙相對(duì)減少，寬度減小;經(jīng) CO?礦化處理和環(huán)氧樹脂包裹改性處理的砂漿，骨料表面分別有大量礦化產(chǎn)物生成和被大量有機(jī)物包裹，且骨料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)更為致密，寬度明顯變小。這種微觀結(jié)構(gòu)的改善，與環(huán)氧砂漿力學(xué)性能的提升結(jié)果一致。
綜上所述，煤矸石細(xì)骨料改性處理對(duì)環(huán)氧砂漿性能有著顯著影響。在吸水率方面，環(huán)氧樹脂包裹改性處理效果最佳，可使砂漿吸水率降低 25.3%;在力學(xué)性能和彈性模量上，同樣是環(huán)氧樹脂包裹改性處理提升效果最為顯著，抗壓強(qiáng)度提升28.8%，彈性模量提升32.4%，同時(shí)該改性處理還能明顯改善砂漿界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)。這些研究成果為煤矸石骨料的改性及其在環(huán)氧砂漿等建筑材料中的應(yīng)用提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)，也順應(yīng)了 2025 年環(huán)氧砂漿行業(yè)高性能、綠色化的發(fā)展趨勢(shì)，有助于推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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