粉煤灰摻量對油基巖屑混凝土力學性能的影響研究

張玉林 董知恩 胥 鈞 康紅榮

（西南科技大學城市學院，四川 綿陽621000）

0 引言

隨著頁巖油氣資源的大規(guī)模開采，油基巖屑量也在增加，油氣生產帶來了大量的環(huán)境污染問題，我國當前的工作重點為對油基巖屑的環(huán)保處理。油基的處理物為一種有害廢物，工業(yè)生產中如果不進行處理而直接排出油基巖屑，將導致嚴重的環(huán)境污染，更會產生一系列的生態(tài)破壞問題。目前關于油基巖屑處理方法，大部分加工方法成本較高，相應加大了工業(yè)的生產成本，實用性不強。因此本文在考慮上述問題的基礎上，通過試驗形式分析粉煤灰摻量對油基巖屑和混凝土力學性能的影響，探索油基巖屑的處理途徑。

1 試驗材料

1.水泥，水泥作為無機膠凝材料主要作用是作為膠粘劑，將各類材料凝結為一個整體。水泥品種不同，其對應混凝土性能也有一定差異，如抗凍性、抗?jié)B性等。故本次試驗過程中采用同一生產廠家生產的普通硅酸鹽水泥，要求同一強度且同一生產批次。

2.骨料，混凝土骨料分為粗骨料和細骨料。本次試驗中細骨料采用細度模數(shù)符合要求的中砂；粗骨料采用合理粒徑的卵石，都嚴格控制有害雜質及含泥量。試驗過程中要求按照標準要求的步驟測量骨料中的含水率，合理調整混凝土配合比，準確計算骨料用量。

3.水，本試驗采用普通自來水，PH=7，符合相關試驗規(guī)范要求。

4.油基巖屑，本試驗采取經過LRET預處理技術的油基巖屑。

5.粉煤灰，在本次測試中，粉煤灰作為改性劑使用。常規(guī)混凝土中添加粉煤灰作用是可以節(jié)省水泥量，改善混凝土和易性，改善可泵送性，減少蠕變，減少水泥水化過程中的水化熱等。故本次試驗中摻入粉煤灰進行研究油基巖屑混凝土力學性能有何影響，為了減少干擾，本項試驗采用同一品種、同一批次的粉煤灰。

2 試驗內容

油基巖屑替換細骨料比例不同、粉煤灰摻入了量不同，混凝土的力學性能都會呈現(xiàn)不同的力學性能。本試驗研究了兩種不同替代率的油基巖屑混凝土，與3種不同摻入比例的粉煤灰混合后，根據標準進行試驗。試驗過程中，總計制備了90個試樣，所有試樣均符合標準規(guī)范的要求。第1組油基巖屑替代細骨料含量為30%，小計45個試件，粉煤灰替代水泥量分別為：2%、5%、7%，為3個小組，各小組試件均為15個。第2組油基巖屑替代細骨料含量為40%，其他要求同第1組。通過研究這90個測試試件，以確定相關的試驗性能。同時基于以下幾個方面進行了試驗研究：

1.為了有效、全面、經濟及安全地使用油基巖屑，其先決任務是要詳細的，并以標準的方式去了解油基巖屑的各項指標。這是本次試驗中不可或缺的組成部分，目的是清楚地了解油基巖屑無害處理的工藝和方法、普通混凝土的主要成分、質量缺陷表現(xiàn)和相關性能的變化，在此基礎上就可以合理地組織相關的試驗方案和試驗過程，以最有效地方法利用油基巖屑。

2.在測試前，查閱相關文件和材料，并進行所有準備工作，例如：了解相關原材料的性能，熟悉試驗儀器和準備工作期間可能發(fā)生的意外情況，同時保證準備工作的標準化操作，預先測試針對意外情況的預處理措施，在完全熟悉試驗過程的基礎上，提前進行相關緊急措施的制定，然后制定測試計劃。測試的主要內容為油基巖屑、水泥、粗骨料、細骨料，水，粉煤灰等的物性指標。在測試過程中，油基巖屑代替細骨料的油基巖屑的比例分別為水泥混凝土試件水泥摻入量的10%，20%，30%和40%。分別與基準組的力學性能進行對比，探討它們與普通混凝土試件的混合結果。

3.以混合了4個比例的油基巖屑的混凝土試樣為基準，分析相關性能變化，研究相關變化趨勢、力學性能，查閱相關文獻和數(shù)據，并將此測試結合油基巖屑混凝土的強度要求，確定粉煤灰在該測試中改性劑的作用，并且使用粉煤灰替代部分水泥，替代率分別為2%、5%和7%，然后進行詳細的試驗記錄。

4.收集和分類相關的試驗數(shù)據，比較每個對照組試驗強度變化的不同趨勢，比較和研究石油基巖屑的量與粉煤灰摻量的最有效關系。

5.通過試驗比較和研究油基巖屑最佳摻入比例，對試驗過程中的試件進行環(huán)境評估和測試，并對其成分，化學組成，礦物組成，腐蝕和毒性進行測試。從試驗中獲得的最佳比例，最終獲得的混凝土制品與油基巖屑混合后的無害處理方法，為有效利用油基巖屑處理方法提供實踐基礎。

3 試驗結果

本文以經過LRET預處理技術的油基巖屑為研究對象，其目的在于減少污染，環(huán)保利用為原則，將油基巖屑替代部分細骨料，通過摻入適當比例粉煤灰，進行對比試驗，從而探索與石油相關的油基巖屑在混凝土相關項目中的使用，基于油基巖屑混凝土的開發(fā)使用石油資源，因此這是解決環(huán)境問題和降低工程生產總成本的有效方法。將油基巖屑混入水泥混凝土中進行抗壓測試，彎曲測試和劈裂拉伸測試，以確定其可靠性，并結合一系列測試分析和結果比較研究：

1.油基巖屑混凝土摻入粉煤灰后，力學特性主要是不同齡期抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度都有下降的趨勢。試驗中油基巖屑替代細骨料的合理摻入量為30%～40%左右，繼續(xù)加大替代比例進行試驗后發(fā)現(xiàn)其相關力學性能不符合相關要求，不具有結構工程應用價值。

2.對油基巖屑的試件摻入粉煤灰進行改性試驗，通過試驗發(fā)現(xiàn)：當摻入替代量為2%左右時，對水泥混凝土試件的抗壓強度值是有促進作用，但是其他力學性能出現(xiàn)下降，且繼續(xù)加大摻入比例，該類混凝土制品試驗中的各類力學性能都出現(xiàn)降低。

4 結束語

在本文中，通過對相關力學性能測試的研究，可以發(fā)現(xiàn)，摻入粉煤灰的油基巖屑的混凝土制品試樣的抗壓強度值與沒有摻入粉煤灰的油基巖屑的抗壓強度值不同。通過多組對比，得出試驗結果：摻入粉煤灰的油基巖屑混凝土試件，其力學性能前后有較明顯的變化趨勢，抗壓強度值先是增加，后一直降低，而其他力學性能一直為降低。這是因為摻入粉煤灰后，在混凝土內部產生一系列化學反應而導致的結果，其原因主要為樣品中水泥的水化反應增速放緩，水泥石的生成過程變得困難。比較測試組時，可以初步分析出粉煤灰摻量的合適比例，該比例為水泥含量的2%左右。

通過以上試驗可以得到：為了更多的對油基巖屑進行處理，降低油基巖屑對環(huán)境的影響，減少生態(tài)破壞，把油基巖屑摻入到混凝土中，在油基巖屑摻入量為30%-40%時,再加入粉煤灰，其合理摻入量為水泥用量的2%左右，這樣可以更多的對油基巖屑這一頁巖油氣開采的“副產品”進行處理，以便最大程度地利用油基巖屑這一“資源”。但前提是相關的工程構造中構件或結構對抗壓強度值有更高的要求，對其他的力學性能值能沒有太高的要求。