石炭脈石セラムサイト高の調製

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16369 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

石炭脈石（CG）を建築資材として使用することで、産業廃棄物の処理量を削減し、固形廃棄物の資源利用を促進するだけでなく、建設における土砂や石の過剰な消費も解決します。 この研究では、CG原料からの焼成セラミサイトを実験的に調査し、CGセラミサイトコンクリートの機械的特性を研究しました。 さらに、焼成前後の CG の物理的、化学的、組成変化を走査型電子顕微鏡と X 線回折分析 (XRD) を使用して観察しました。 実験結果は、焼成により密度が減少し、強度が増加し、CG の気孔率が増加し、CG の微細構造と鉱物組成が変化することが明らかになりました。 最後に、石炭脈石セラムサイトコンクリートと通常のコンクリートの間には、圧縮強度の経時変化と弾性率と圧縮強度の関係に大きな違いがあります。 この論文では、実験データに従って既存の式を修正します。

石炭脈石（CG）は、石炭の掘削と分離のプロセスで生成される産業固形廃棄物の一種です1、2、3。 一般に、生産された石炭 10 トンごとに 1 トンの CG が廃棄されます4,5。 統計によると、現在中国では 50 ～ 60 億トンの CG が保管されており、その蓄積量は年間 1 億 5,000 ～ 2 億トンの割合で増加しています6,7。 現在、ほとんどの CG は単純な積み上げによって処分されており、中国には約 2,600 か所、約 15,000 ヘクタールに及ぶ大規模な CG 丘が存在します 8,9,10。 これは資源の浪費をもたらすだけでなく、環境汚染を引き起こし、地域社会の健康と福祉を脅かします11。 中国のグリーンで持続可能な開発戦略の実施に伴い、CG の合理的かつ包括的な利用は、顕著な経済的、環境的、社会的利益をもたらすでしょう。

建築材料における CG の主な応用方法に関する既存の研究には、セメントの製造、レンガの燃焼、コンクリート中空ブロック、気泡コンクリートに関する研究が含まれます 12,13。 CG の起源が異なるため、異なる特性を持つさまざまな種類の CG が存在しますが、ほとんどの化学成分と鉱物成分は天然骨材 (NA) に似ています。 したがって、CG を使用するより直接的かつ効果的な方法は、CG を破砕後にコンクリートの粗骨材または細骨材として使用することです14,15,16。 ただし、CG 凝集体 (CGA) は NA に比べて構造が緩く、物理的特性が低くなります。 したがって，同一配合比では CG 骨材を骨材としたコンクリートの強度は NA 骨材を用いたコンクリートよりも低くなる17,18,19。 したがって、CGA コンクリートの機械的特性を向上させ、より多くの建設分野での採用を可能にするためには、CGA の物理的および機械的特性を向上させる必要があります。

CG の化学組成は複雑ですが、主にシリコンとアルミニウムで構成されており、十数種類の元素が含まれています。 一般に、CG は主に SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、NaO、K2O20、21、22 などの酸化物で構成されています。 仮焼 CG は骨材の特性を改善する効果的な方法です。 CG 中の炭素およびその他のさまざまな成分は、500 ～ 800 °C の温度範囲での焼成中に除去でき、CG 中のカオリナイトも徐々にメタカオリンに変化します 23,24。 Zhang et al.25、Cao et al.13、Guo et al.26 は、CG が 700 ～ 800 °C の温度で焼成した後に高い活性を示すことを指摘しました。 メタカオリンとセメント水和生成物（水酸化カルシウム）の二次水和反応により、CGA コンクリートの機械的特性を向上させることができます。 Yang et al.27 は、高温焼成が CG の内部化学反応を引き起こし、CG 内の不安定な成分を除去し、安定した物質を生成し、CG の物理的特性に対応する変化を引き起こす可能性があることを発見しました。 焼成により、CGA は軽量で高強度のセラムサイト骨材に変換できます 5,28。 通常のコンクリートと比較して、セラムサイト軽量骨材コンクリートは、低密度、高円筒圧縮強度、高気孔率、高軟化係数、良好な耐凍害性、優れた耐アルカリ骨材性などの優れた特性を備えています29,30,31。 多くの研究 32、33、34、35、36 は、性能をさらに向上させることを目的として、セラムサイト コンクリートの調製と性能を調査してきました。 CG セラムサイト軽量骨材コンクリート (CGCLAC) の性能を向上させるには、石炭脈石セラムサイトの物理的および機械的特性を向上させる必要があります。 しかし、CG 原料から高強度セラミックサイトを調製する研究はまだ比較的まれであり、CGCLAC の構成特性に関する研究はさらに少ないです。