油頁巖灰部分替代水泥在水泥膠砂中的應(yīng)用研究

范 芮 張?jiān)讫?/p>

（1.吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院， 吉林 長春 130000）

（2.長春建業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 吉林 長春 130000）

0 前言

油頁巖是一種含油的有機(jī)礦物，既可煉油，又可燃燒發(fā)電，在能源日趨緊張的當(dāng)今世界，人們越來越重視對這種寶貴資源的利用。我國油頁巖資源豐富，開發(fā)也比較早。對于油頁巖的開發(fā)和利用，我國遼寧撫順、吉林樺甸和汪清等地都投入了大量的資金。可隨著油頁巖的不斷開采，其在提油、燃燒發(fā)電、干餾后會產(chǎn)生大量的油頁巖灰渣，目前這些油頁巖灰渣沒有更好的處理方法，大多都是就地的簡單堆放，其灰渣中的有機(jī)物會污染當(dāng)?shù)刂車乃础⑼恋丶吧铮⑶壹笃茐牧水?dāng)?shù)赝寥赖纳a(chǎn)能力。隨著油頁巖資源的不斷開發(fā)，油頁巖灰渣對于環(huán)境影響的問題也日漸突出，極大限度的利用油頁巖灰渣，采取措施有效減輕油頁巖灰渣對環(huán)境造成的破壞，對于油頁巖工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重大的意義。

1 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析

1.1 國內(nèi)油頁巖廢渣研究現(xiàn)狀

季桂娟等研究利用油頁巖渣和其它工業(yè)原料配制水泥熟料，在水泥熟料最佳鍛燒溫度為1350℃的條件下，石灰飽和系數(shù)為0.92、硅率為2.5、鋁率為1.5，產(chǎn)品的組成與普通水泥相似。傅岳龍等研究油頁巖廢渣來代替膠凝材料中的部分水泥，對其膠砂試驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，當(dāng)油頁巖廢渣摻量在5～30%時，其強(qiáng)度可以提高一個標(biāo)號，且強(qiáng)度隨著摻量的增加先增大后減小，在摻量為15%時強(qiáng)度最高；油頁巖渣在30%摻量時的28d 膠砂強(qiáng)度與硅酸鹽水泥膠砂28d 抗壓強(qiáng)度比為0.9，大于國標(biāo)要求的0.65，符合國標(biāo)要求。將其在工業(yè)建筑中進(jìn)行推廣，有非常廣闊的前景。陳立軍等研究認(rèn)為油頁巖渣與礦渣質(zhì)量比為1.1～1.2(油頁巖渣摻量為50%）時，膠凝材料的抗壓強(qiáng)度為本組試驗(yàn)的最佳，并且在28d 強(qiáng)度隨兩者質(zhì)量比的增高而逐漸升高。

1.2 國外油頁巖廢渣研究現(xiàn)狀

Awni Y 等研究了油頁巖廢渣在燒制水泥熟料時能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)條件的最大摻量，并討論了油頁巖廢渣剩余能量在鍛燒水泥時對于降低最高鍛燒溫度的作用，降低鍛燒溫度對于節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境具有積極意義。Mohammad 等研究了油頁巖廢渣作為膠凝材料來代替部分水泥在水泥混凝土中的應(yīng)用，探討了不同油頁巖廢渣在不同的摻量下對水泥混凝土強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)以10%摻量加入混凝土中來代替部分水泥時，混凝土達(dá)到最大強(qiáng)度；當(dāng)油頁巖廢渣摻量為30%時，混凝土的強(qiáng)度也沒有明顯的降低。2012 年Arina Koroljova 等人為了充分利用油頁巖廢渣，將其作為水泥摻和材料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明將油頁巖廢渣摻和在水泥中可以一定程度上改變混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并且可以減少水泥用量。且油頁巖廢渣的摻量不同會導(dǎo)致油頁巖廢渣與水泥混合料的整體強(qiáng)度不同。

2 油頁巖灰渣代替部分水泥對水泥膠砂的影響

本文對吉林樺甸地區(qū)油頁巖廢渣中的兩種廢料（1、黑色油頁巖半焦；2、黃色油頁巖灰渣）進(jìn)行分析。按摻量10%、20%、30%代替水泥進(jìn)行試驗(yàn)，對比不同灰渣試塊的初終凝時間及膠砂強(qiáng)度

2.1 對初終凝時間的影響

通過試驗(yàn)測得在純水泥漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量條件下，不同油頁巖灰渣以不同比例代替水泥的初終凝時間。對于油頁巖半焦而言，在摻量在30%以下，對于初凝時間影響并不是很明顯，終凝時間略有縮短；對于電廠灰而言，對于初終凝時間影響相對較大，隨著摻量逐漸升高，終凝時間會大幅提高，在摻量為30%時尤為顯著。

2.2 抗折強(qiáng)度

通過試驗(yàn)計(jì)算得出不同油頁巖灰以不同比例代替水泥在不同齡期的抗折強(qiáng)度，可知：對于黑色油頁巖半焦來說，3d 抗折強(qiáng)度隨油頁巖的比例越高，其強(qiáng)度降低越明顯。28d 強(qiáng)度變化幅度不明顯，表明油頁巖半焦對于水泥膠砂早期抗折強(qiáng)度影響較大，對于后期強(qiáng)度影響較小；對于黃色電廠灰來說，3d 抗折強(qiáng)度有所降低，但降低的幅度不明顯，28d 抗折強(qiáng)度，在摻量在20%時，其抗折強(qiáng)度有明顯的提高，表明：黃色電廠灰油頁巖灰渣對于抗折強(qiáng)度的早期影響并不顯著，但對于后期的強(qiáng)度會有明顯的提升效果。但摻量在30%時其抗折強(qiáng)度又會下降，說明雖然電廠灰油頁巖灰渣對于改變抗折強(qiáng)度效果明顯，但摻量過大時依舊會降低其抗折強(qiáng)度。

2.3 抗壓強(qiáng)度

通過試驗(yàn)計(jì)算得出不同油頁巖灰渣以不同比例代替水泥在不同齡期的抗壓強(qiáng)度，油頁巖灰渣無論是黑色的油頁巖半焦還是黃色的油頁巖電廠灰，其抗壓強(qiáng)度均會減小，隨著油頁巖灰渣摻量越高，抗壓強(qiáng)度減小的越多。試驗(yàn)表明，油頁巖灰渣不能提高水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）油頁巖半焦和電廠灰以不同比例代替水泥以后，對于油頁巖半焦而言，在摻量在30%以下，對于初凝時間影響并不是很明顯，終凝時間略有縮短；對于電廠灰而言，對于初終凝時間影響相對較大，隨著摻量逐漸升高，終凝時間會大幅提高，在摻量為30%時尤為顯著。

（2）油頁巖半焦對于水泥膠砂的抗折強(qiáng)度早期影響顯著，抗折強(qiáng)度會明顯降低；對于后期強(qiáng)度影響較小。電廠灰對于水泥膠砂強(qiáng)度早期影響不明顯，在摻量達(dá)到20%時，其抗折強(qiáng)度會有提升，具有提高抗折強(qiáng)度的性能，但摻量過高，抗折強(qiáng)度降低。

（3）電廠灰和油頁巖半焦對于水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度均有減小的影響，并且油頁巖半焦對于水泥抗壓強(qiáng)度的減少更為顯著，電廠灰影響相對較小。