本文系统地研究了我国各地不同种类原状煤矸石的地质产状、组成、胶凝 性能。在此基础上采用不同的激发方法对各地原状煤矸石的活性进行了激发， 同时对于不同活性的热激发煤矸石在热激发煤矸石－Ca(oH)2体系以及热激发煤 矸石—水泥复合体系的火山灰反应特征进行了系统的研究。结合原状煤矸石的 野外地质产状、组成特征、活化制度等因素，对影响煤矸石活性的各种因素进 行了分析，提出了对热激发煤矸石活性进行表征的一些方法，建立了基于不同 参数对热激发煤矸石的活性进行预测的模型。研究中所做的主要工作及结论如 下： 1.系统地分析了各地不同类型煤矸石的化学组成、矿物组成特征，提出了 化学组成、矿物组成与煤矸石的类型、野外地质产状之间的相关性，定量确定 了各地原状煤矸石的矿物组成，特别是其中有效矿物高岭石的含量，研究了原 状煤矸石的粉磨特性及其胶凝性能。 2.研究了各种激发方法对煤矸石潜在活性的激发作用。研究结果表明：热 激发是最为行之有效的激发方式，是其他各种激发措施的基础和前提，其他激 发方式适宜作为辅助措施进一步提高煤矸石的活性。复合激发的效果优于单一 方式的激发；热激发煤矸石的活性随煅烧温度的增加出现先增后降的特征，存 在一最佳激发温度。各地煤矸石由于化学成分、矿物成分的差异，最佳激发温 度也不同；机械粉磨中，煤矸石的活性随着粉磨时间的增加同样呈现先增后降 的特征，存在一最佳粉磨时间。粉磨方式的差异对煤矸石的活性也存在极大的 影响，采用“先混后磨”的粉磨方式的煤矸石水泥的胶凝性能明显要好于采用 “先磨后混”的粉磨方式，这和矿渣、钢渣等硬度较大的混合材明显不同；化 学激发中，化学激发剂对煅烧煤矸石的活性有一定的激发作用，但应注意化学 激发剂与硅酸盐水泥的相容性的匹配。 3.研究了不同活性的热激发煤矸石在热激发煤矸石－Ca(OH)2体系、活化煤 矸石—水泥复合体系中的火山灰反应的特征。研究表明：在热激发煤矸石— Ca(OH)2－H2O体系中，火山灰反应消耗的Ca(OH)2量和体系的初始Ca(OH)2含量 有关，存在最佳的Ca(OH)2初始含量。热激发煤矸石的活性、化学激发剂的类型 及掺量、养护方式等对于体系火山灰反应程度、反应产物以及宏观力学性能有 着极其重要的影响；在热激发煤矸石水泥复合体系中，煤矸石对于水泥水化的 促进作用主要表现在早期，中间阶段对于水泥的水化会产生一定的抑制作用； 水泥对于煤矸石的火山灰反应的激发作用贯穿于始终。 4.确定了各地热激发煤矸石的火山灰活性指数(PAI)。以此作为标距，提 出了活性组分快速溶出量、热激发煤矸石—Ca(OH)2—H2O体系中单位煤矸石消耗 的Ca(OH)2量、热激发煤矸石—水泥复合体系中化学结合水量(扣除Ca(OH)2的 结合水)等评价指标，分析了各种表征方法与PAI之间的相关性，给出了活性 组分快速溶出量评价热激发煤矸石活性的划分标准。 5.从宏观、微观不同层面分析了影响热激发煤矸石活性的因素，找出各地 煤矸石活性差异的根源，揭示了热激发煤矸石的火山灰活性随各因素的变化规 律。发现全碱量(K2O+Na2O)是影响热激发煤矸石火山灰活性指数(PAI)的一 个最重要的指标。南、北方煤矸石由于地理条件的差异导致煤矸石中全碱量 (K2O+Na2O)存在显著差别，因而北方热激发煤矸石的活性普遍高于南方；不同 产出地质年代的煤矸石，随着地质年代由老到新，热激发煤矸石的火山灰活性 呈现“马鞍状”分布特征，即年代较老和较新的煤矸石热激发后活性较高，年 代中间的煤矸石热激发后活性较差；高岭石的含量与热激发煤矸石的火山灰活 性指数呈现指数关系，高岭石的结晶程度与热激发煤矸石的火山灰活性指数呈 现负相关的关系;在煤矸石的热激发制度中，煅烧温度、恒温时间、冷却方式 三者之间也存在着一最佳的匹配关系。 6.根据我国各地原状煤矸石的高岭石的含量以及热激发煤矸石的化学成 分、活性组分溶出量，分别建立了我国不同地域分布煤矸石活性的预测模型。 ①基于原状煤矸石中高岭石的含量： PAI=24.123W0.3655 ②基于热激发煤矸石的化学成分： 北方热激发煤矸石的火山灰活性的预测模型为： PAI=89.9526+0.5362W(Al2O3)+1.0827W(CaO)-2.4586W(MgO)-8.1363W(K2O) 南方热激发煤矸石的火山灰活性的预测模型为： PAI=94.4237-0.1422W(SiO2)～0.0794W(Fe2O3)-1.2777W(MgO)-2.0485W(K2o); ③基于热激发煤矸石的活性组分溶出量： 北方热激发煤矸石的火山灰活性的预测模型为： PAI=57.2989e0.0053A (A为活性SiO2、活性AlO3的总量) 南方热激发煤矸石的火山灰活性的预测模型为： PAI=28.7715A0.2700 (A为活性SiO2、活性Al2O3的总量) 本论文的创新点主要有： 1.在研究方法上，采用地质科学与材料科学相结合的研究方法，对煤矸石 的野外地质产状、组成特征、激发后的火山灰活性高低及火山灰活性在不同反 应体系中的发挥特征等进行了系统的研究，揭示了煤矸石活性的变化规律及影 响煤矸石活性的最本质的因素。 2.在研究内容上，全面地对我国不同地域分布、不同地质产状、不同成因 类型的煤矸石进行系统研究，得出具有普适性的规律。 3.对各地煤矸石的化学组成、矿物组成、活性组成进行了定量的确定，并 根据热激发煤矸石的化学成分、矿物组成(高岭石)、活性组成建立了煤矸石活 性的预测模型。 关键词：煤矸石；活化；火山灰反应；活性表征；活性预测