油基巖屑影響水泥砂漿試塊抗壓強度實驗研究

譚樹成,劉穎,陳小兵,楊健

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川成都610000)

砂漿是由膠結材料、沙子和水按一定比例配合經硬化的一種土木工程材料。水泥砂漿混合物是將水泥作為膠結材料，與水和砂按適當的比例，配合拌制而成的。水泥漿是由水和水泥組成，其中骨料是砂，水泥漿的作用是將砂粒的空隙填充，并將砂粒包裹，最終形成砂漿[1]。

油基巖屑是在油氣開采過程中產生的含油固體廢物，是一種典型的“危險廢棄物”，主要是在頁巖氣開采過程中產生。近年來，隨著頁巖氣開采力度的不斷增加，產生的油基巖屑日益增多。由于油基巖屑中含有大量的礦物油，是國家明文規定的危險廢棄物，直接排放勢必對生態環境造成嚴重污染。就目前而言，我國油基巖屑的環保處理總體技術水平不高，存在以下問題：處理成本高且效果差、相關技術配套的能力低等，所以，油基巖屑的無害化處理技術已成為制約我國油氣開發及相關業務發展的瓶頸之一[2]。

隨著人們環境保護意識不斷增強和我國環保對環境污染治理要求愈來愈嚴格，如何更好地發展綠色、循環經濟已成為可持續發展的關鍵和風向標。并且改革開放以來，我國的公路事業有了長足的發展，國家將在21世紀中葉基本實現我國公路交通運輸現代化，達到中等發達國家水平的奮斗目標。因此通過對油基巖屑替代水泥后對水泥砂漿試塊抗壓強度影響的研究，為其今后運用在路面基層摻合料中，提供相關參考數據。

1 試驗概況[3]

1.1 原材料

水泥為42.5硅酸鹽水泥，比表面積350 kg/m3。為了突出不同比例的油基巖屑對水泥砂漿試塊抗壓強度的影響，同等級的三組實驗水泥用量不變，水泥用量都為262 kg/m3。用水量以達到稠度60 mm～80 mm的標準確定。砂為河砂。

1.2 實驗設備

建筑材料壓力試驗機：NYL- 60型，最小量程：0 kN～150 kN(根據試驗配置選用)。

1.3 試件制作

1)在試模內壁涂抹上一層薄薄的機油，并放在普通黏土磚上(吸水性較好、含水率≤2%)；

2)用砂漿一次性將試模裝滿，并用振搗棒振搗25次，且使用刮刀沿試模內壁插入數次，待砂漿表面出現麻斑后，刮去并抹平試模；

3)試件應在20 ℃±2 ℃溫度下靜止一整天(24 h±2 h)，編好編號并拆模后移至養護室，試件應在20 ℃±1 ℃的溫度，濕度不低于90%的標準環境下養護。

1.4 試驗方法

本實驗設計根據油基巖屑替代水泥比例不同，共三組試件，每組澆筑試件各6個，試件尺寸為20 mm×20 mm×80 mm，一組試件用于測定其3 d抗壓強度，一組試件用于測定其7 d抗壓強度，另一組試件用于測定其28 d抗壓強度。由于考慮到水泥砂漿的主要用途，成型第一天應按基層吸水養護，將試件成型在潤普通實心磚上(要求是提前將所用磚浸泡濕)。

1.5 試驗結果

依據JGJ 70—2009建筑砂漿基本性能實驗方法計算砂漿試件的抗壓強度fc的公式為：

fc=F/A。

其中，fc為砂漿抗壓強度，MPa；F為試件的極限破壞荷載，N；A為試件的受壓面積，mm2。

試件的抗壓強度試驗根據油基巖屑替代水泥的比例增加，通過編號依次分為6組，分別為0%，2.5%，5%，10%，15%，20%(編號S11，S21，S31的油基巖屑替代水泥的比例為0)。

表1 油基巖屑替代不同比例的水泥時在養護3 d后的抗壓強度值

表2 油基巖屑替代不同比例的水泥時在養護7 d后的抗壓強度值

表3 油基巖屑替代不同比例的水泥時在養護28 d后的抗壓強度值

由表1～表3可看出，在其他試驗條件均相同的條件下，三組試驗數據差異較大，養護天數越多，其抗壓強度越大；油基巖屑替代水泥比例的增加，試件抗壓強度總體呈現下降趨勢。

2 結果分析

2.1 試驗結果分析

對三組砂漿試件進行抗壓荷載測試，經計算得到有效力值及其抗壓強度，如表4所示。從表4數據可看出，在其他試驗條件相同的情況下，養護時間越長試件的抗壓強度則高很多，符合基本規律；而且隨著油基巖屑替代水泥比例的增大，試件的抗壓強度呈下降趨勢。

表4 油基巖屑替代不同比例的水泥及不同養護天數的有效抗壓強度值

2.2 原因分析

1)在實際實驗過程中，對沙、石、灰的材料選擇上并沒有充分考慮實際工程中的應用，沒有分類地對不同粒徑的材質進行實驗分析，充分考慮因粒徑不同而造成的影響，導致實驗得到的結果不能清晰的反映。

2)油基巖屑替代水泥比例的不同而導致水泥試塊抗壓強度的變化。

3)本次試驗中，很突出的問題是其強度的變化，這個不單單是油基巖屑替代水泥造成的問題，經過對實驗中材料及過程的回顧分析，沒有充分考慮因加入的油基巖屑量的變化使其含水率受到影響，使水泥砂漿中水的含量不同，空隙率變化大，導致水泥砂漿試體易產生裂縫，從而嚴重影響其抗壓強度的變化。

3 結語

1)從實驗數據可看出：油基巖屑替代水泥比例的增大，試塊的3 d抗壓強度呈下降趨勢。

2)隨著油基巖屑替代水泥比例的增大(0%～10%)，試塊的7 d抗壓強度呈下降趨勢，但油基巖屑替代比例為15%時，其抗壓強度值優于油基巖屑替代比例為10%和20%時的抗壓強度，與油基巖屑替代比例為5%時的抗壓強度值相差不大。

3)目前推斷油基巖屑替代比例為15%時，水泥砂漿試塊的抗壓強度較優。

因此對于油基巖屑替代水泥后對水泥砂漿試塊抗壓強度影響的研究，將對油基巖屑無害化、資源化處理并將其運用在路面基層摻合料中，提供一定的數據參考。