粉煤灰掺量对油基岩屑混凝土力学性能的影响研究

张玉林 董知恩 胥 钧 康红荣

（西南科技大学城市学院，四川 绵阳621000）

0 引言

随着页岩油气资源的大规模开采，油基岩屑量也在增加，油气生产带来了大量的环境污染问题，我国当前的工作重点为对油基岩屑的环保处理。油基的处理物为一种有害废物，工业生产中如果不进行处理而直接排出油基岩屑，将导致严重的环境污染，更会产生一系列的生态破坏问题。目前关于油基岩屑处理方法，大部分加工方法成本较高，相应加大了工业的生产成本，实用性不强。因此本文在考虑上述问题的基础上，通过试验形式分析粉煤灰掺量对油基岩屑和混凝土力学性能的影响，探索油基岩屑的处理途径。

1 试验材料

1.水泥，水泥作为无机胶凝材料主要作用是作为胶粘剂，将各类材料凝结为一个整体。水泥品种不同，其对应混凝土性能也有一定差异，如抗冻性、抗渗性等。故本次试验过程中采用同一生产厂家生产的普通硅酸盐水泥，要求同一强度且同一生产批次。

2.骨料，混凝土骨料分为粗骨料和细骨料。本次试验中细骨料采用细度模数符合要求的中砂；粗骨料采用合理粒径的卵石，都严格控制有害杂质及含泥量。试验过程中要求按照标准要求的步骤测量骨料中的含水率，合理调整混凝土配合比，准确计算骨料用量。

3.水，本试验采用普通自来水，PH=7，符合相关试验规范要求。

4.油基岩屑，本试验采取经过LRET预处理技术的油基岩屑。

5.粉煤灰，在本次测试中，粉煤灰作为改性剂使用。常规混凝土中添加粉煤灰作用是可以节省水泥量，改善混凝土和易性，改善可泵送性，减少蠕变，减少水泥水化过程中的水化热等。故本次试验中掺入粉煤灰进行研究油基岩屑混凝土力学性能有何影响，为了减少干扰，本项试验采用同一品种、同一批次的粉煤灰。

2 试验内容

油基岩屑替换细骨料比例不同、粉煤灰掺入了量不同，混凝土的力学性能都会呈现不同的力学性能。本试验研究了两种不同替代率的油基岩屑混凝土，与3种不同掺入比例的粉煤灰混合后，根据标准进行试验。试验过程中，总计制备了90个试样，所有试样均符合标准规范的要求。第1组油基岩屑替代细骨料含量为30%，小计45个试件，粉煤灰替代水泥量分别为：2%、5%、7%，为3个小组，各小组试件均为15个。第2组油基岩屑替代细骨料含量为40%，其他要求同第1组。通过研究这90个测试试件，以确定相关的试验性能。同时基于以下几个方面进行了试验研究：

1.为了有效、全面、经济及安全地使用油基岩屑，其先决任务是要详细的，并以标准的方式去了解油基岩屑的各项指标。这是本次试验中不可或缺的组成部分，目的是清楚地了解油基岩屑无害处理的工艺和方法、普通混凝土的主要成分、质量缺陷表现和相关性能的变化，在此基础上就可以合理地组织相关的试验方案和试验过程，以最有效地方法利用油基岩屑。

2.在测试前，查阅相关文件和材料，并进行所有准备工作，例如：了解相关原材料的性能，熟悉试验仪器和准备工作期间可能发生的意外情况，同时保证准备工作的标准化操作，预先测试针对意外情况的预处理措施，在完全熟悉试验过程的基础上，提前进行相关紧急措施的制定，然后制定测试计划。测试的主要内容为油基岩屑、水泥、粗骨料、细骨料，水，粉煤灰等的物性指标。在测试过程中，油基岩屑代替细骨料的油基岩屑的比例分别为水泥混凝土试件水泥掺入量的10%，20%，30%和40%。分别与基准组的力学性能进行对比，探讨它们与普通混凝土试件的混合结果。

3.以混合了4个比例的油基岩屑的混凝土试样为基准，分析相关性能变化，研究相关变化趋势、力学性能，查阅相关文献和数据，并将此测试结合油基岩屑混凝土的强度要求，确定粉煤灰在该测试中改性剂的作用，并且使用粉煤灰替代部分水泥，替代率分别为2%、5%和7%，然后进行详细的试验记录。

4.收集和分类相关的试验数据，比较每个对照组试验强度变化的不同趋势，比较和研究石油基岩屑的量与粉煤灰掺量的最有效关系。

5.通过试验比较和研究油基岩屑最佳掺入比例，对试验过程中的试件进行环境评估和测试，并对其成分，化学组成，矿物组成，腐蚀和毒性进行测试。从试验中获得的最佳比例，最终获得的混凝土制品与油基岩屑混合后的无害处理方法，为有效利用油基岩屑处理方法提供实践基础。

3 试验结果

本文以经过LRET预处理技术的油基岩屑为研究对象，其目的在于减少污染，环保利用为原则，将油基岩屑替代部分细骨料，通过掺入适当比例粉煤灰，进行对比试验，从而探索与石油相关的油基岩屑在混凝土相关项目中的使用，基于油基岩屑混凝土的开发使用石油资源，因此这是解决环境问题和降低工程生产总成本的有效方法。将油基岩屑混入水泥混凝土中进行抗压测试，弯曲测试和劈裂拉伸测试，以确定其可靠性，并结合一系列测试分析和结果比较研究：

1.油基岩屑混凝土掺入粉煤灰后，力学特性主要是不同龄期抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度都有下降的趋势。试验中油基岩屑替代细骨料的合理掺入量为30%～40%左右，继续加大替代比例进行试验后发现其相关力学性能不符合相关要求，不具有结构工程应用价值。

2.对油基岩屑的试件掺入粉煤灰进行改性试验，通过试验发现：当掺入替代量为2%左右时，对水泥混凝土试件的抗压强度值是有促进作用，但是其他力学性能出现下降，且继续加大掺入比例，该类混凝土制品试验中的各类力学性能都出现降低。

4 结束语

在本文中，通过对相关力学性能测试的研究，可以发现，掺入粉煤灰的油基岩屑的混凝土制品试样的抗压强度值与没有掺入粉煤灰的油基岩屑的抗压强度值不同。通过多组对比，得出试验结果：掺入粉煤灰的油基岩屑混凝土试件，其力学性能前后有较明显的变化趋势，抗压强度值先是增加，后一直降低，而其他力学性能一直为降低。这是因为掺入粉煤灰后，在混凝土内部产生一系列化学反应而导致的结果，其原因主要为样品中水泥的水化反应增速放缓，水泥石的生成过程变得困难。比较测试组时，可以初步分析出粉煤灰掺量的合适比例，该比例为水泥含量的2%左右。

通过以上试验可以得到：为了更多的对油基岩屑进行处理，降低油基岩屑对环境的影响，减少生态破坏，把油基岩屑掺入到混凝土中，在油基岩屑掺入量为30%-40%时,再加入粉煤灰，其合理掺入量为水泥用量的2%左右，这样可以更多的对油基岩屑这一页岩油气开采的“副产品”进行处理，以便最大程度地利用油基岩屑这一“资源”。但前提是相关的工程构造中构件或结构对抗压强度值有更高的要求，对其他的力学性能值能没有太高的要求。