煤矸石是在采煤和选煤过程中产生的固体废弃物,约占全国固体废弃物总量的10-15;,已成为我国最大宗的工业固体废弃物。据统计,我国煤矸石堆积量已超过50亿吨,且每年仍以1.52亿吨增长,而年利用率仅为60;左右,大多数应用在筑基修路上,极大地限制了其高附加值利用。本文针对于此,以淮北粒状煤矸石为原料制备了用于水泥中的煅烧煤矸石活性粉体材料。基于水泥基材料对火山灰质混合材的要求,详细分析了煤矸石在煅烧前后所含炭的变化,揭示了煤矸石经煅烧后产生活性的根本原因并通过碱激发快速评价法对其活性大小进行了评价,探究了煅烧煤矸石活性粉体材料颜色转变机理并给出了调控方案,提供了量化并评价煅烧煤矸石活性粉体材料颜色的方法,为其更好的应用在水泥基材料中奠定基础。系统研究了煅烧煤矸石活性粉体材料掺入水泥后对其流动度、力学性能、水吸附以及抗氯离子渗透性能的影响,并通过响应曲面法优化设计制备了煅烧煤矸石活性粉体材料-粉煤灰复合水泥。通过煅烧后颜色的差异将不同矿物组成的煤矸石分选出,详细表征了其物化性质,并探究了其对于水泥基材料水化机制及宏观性能的影响。通过上述研究得出的主要结论如下:(1)随着煅烧温度的升高,煤矸石中炭组分及高岭石所含的羟基去除也更为充分,经650℃、750℃煅烧后的煤矸石掺入水泥后抗压强度比K较高,活性最优,各种活性评价法也得到相似的结论;煤矸石经煅烧后,其[SiO4]的结构和Al的配位数会发生变化,在煅烧温度为750℃时,其Q3(-100.26ppm)结构的[SiO4]、Al[5]的含量分别可达66.19;,43.62;,二者含量的升高使得此温度下煅烧煤矸石的活性大幅增加,并且二者含量的高低与煤矸石的活性具有较好的相关性;碱激发快速评价法中,试件强度发展迅速、来源单一,避免了其它方法的缺陷,其操作简单,价格低廉,不仅能迅速得到试验结果,而且能够定量材料活性大小,可作为一种快速评价煅烧煤矸石活性的方法。(2)煅烧煤矸石中炭的残余量以及菱铁矿的分解氧化情况是其颜色具有多变性的主要原因。在氧气充足情况下煅烧,炭组分被去除,菱铁矿被氧化为赤铁矿使得煅烧煤矸石活性粉体材料的颜色较红。控制保温时间、煅烧气氛、颗粒堆积方式可有效改善煅烧煤矸石活性粉体材料的颜色,但是需要注意其烧失量不能较大。改变颗粒堆积方式控制了氧气侵入堆积体内部的量,可使煅烧的煤矸石粉R值(R是代表红色通道的颜色)降至90,综合煅烧煤矸石活性粉体材料颜色评价模型,改变颗粒堆积方式煅烧的煤矸石粉色品坐标最接近基准胶凝材料,颜色调控效果最好。(3)煤矸石中含有的炭及有机质会严重影响水泥基材料的工作性能,综合考虑煤矸石煅烧后活性、煅烧能耗及对水泥基材料工作性能的影响,最佳煅烧温度应在650750℃,保温时间应在68h。掺有30;经750℃煅烧的煤矸石砂浆试件初始和二次吸收系数分别较未掺煤矸石组下降了44.6;和75.6;,电通量下降了84;,说明掺入煅烧煤矸石活性粉体材料可有效改善水泥基材料的孔结构。将活性最优的煅烧煤矸石活性粉体材料与粉煤灰进行复合,在总掺量为30;时,砂浆试件28d强度能达到42.5强度等级的复合硅酸盐水泥标准。(4)通过煅烧后颜色的差异可将煤矸石中不同组成的矿物相分选出。砂质煤矸石中石英含量较高,而黄白色和红色煤矸石中偏高岭石相较多。碱激发快速评价法表明砂质煤矸石活性较黄白色和红色煤矸石低。黄白色和红色煤矸石在掺入水泥后可与水泥水化产生的CH反应从而提升水泥净浆的化学结合水含量,改善孔结构。二者对水泥砂浆的流动度影响不大,并且在28d时二者的活性指数可达85;左右。更多还原