油頁(yè)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(zhǎng)春 130000）

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

0 前言

油頁(yè)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?cè)絹?lái)越重視對(duì)這種寶貴資源的利用。我國(guó)油頁(yè)巖資源豐富，開發(fā)也比較早。對(duì)于油頁(yè)巖的開發(fā)和利用，我國(guó)遼寧撫順、吉林樺甸和汪清等地都投入了大量的資金?？呻S著油頁(yè)巖的不斷開采，其在提油、燃燒發(fā)電、干餾后會(huì)產(chǎn)生大量的油頁(yè)巖灰渣，目前這些油頁(yè)巖灰渣沒(méi)有更好的處理方法，大多都是就地的簡(jiǎn)單堆放，其灰渣中的有機(jī)物會(huì)污染當(dāng)?shù)刂車乃础⑼恋丶吧?，并且吉大破壞了?dāng)?shù)赝寥赖纳a(chǎn)能力。隨著油頁(yè)巖資源的不斷開發(fā)，油頁(yè)巖灰渣對(duì)于環(huán)境影響的問(wèn)題也日漸突出，極大限度的利用油頁(yè)巖灰渣，采取措施有效減輕油頁(yè)巖灰渣對(duì)環(huán)境造成的破壞，對(duì)于油頁(yè)巖工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重大的意義。

1 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析

1.1 國(guó)內(nèi)油頁(yè)巖廢渣研究現(xiàn)狀

季桂娟等研究利用油頁(yè)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(yè)巖廢渣來(lái)代替膠凝材料中的部分水泥，對(duì)其膠砂試驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，當(dāng)油頁(yè)巖廢渣摻量在5～30%時(shí)，其強(qiáng)度可以提高一個(gè)標(biāo)號(hào)，且強(qiáng)度隨著摻量的增加先增大后減小，在摻量為15%時(shí)強(qiáng)度最高；油頁(yè)巖渣在30%摻量時(shí)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(guó)標(biāo)要求的0.65，符合國(guó)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(yè)巖渣與礦渣質(zhì)量比為1.1～1.2(油頁(yè)巖渣摻量為50%）時(shí)，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(guó)外油頁(yè)巖廢渣研究現(xiàn)狀

Awni Y 等研究了油頁(yè)巖廢渣在燒制水泥熟料時(shí)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)條件的最大摻量，并討論了油頁(yè)巖廢渣剩余能量在鍛燒水泥時(shí)對(duì)于降低最高鍛燒溫度的作用，降低鍛燒溫度對(duì)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(yè)巖廢渣作為膠凝材料來(lái)代替部分水泥在水泥混凝土中的應(yīng)用，探討了不同油頁(yè)巖廢渣在不同的摻量下對(duì)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(lái)代替部分水泥時(shí)，混凝土達(dá)到最大強(qiáng)度；當(dāng)油頁(yè)巖廢渣摻量為30%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度也沒(méi)有明顯的降低。2012 年Arina Koroljova 等人為了充分利用油頁(yè)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(yè)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(yè)巖廢渣的摻量不同會(huì)導(dǎo)致油頁(yè)巖廢渣與水泥混合料的整體強(qiáng)度不同。

2 油頁(yè)巖灰渣代替部分水泥對(duì)水泥膠砂的影響

本文對(duì)吉林樺甸地區(qū)油頁(yè)巖廢渣中的兩種廢料（1、黑色油頁(yè)巖半焦；2、黃色油頁(yè)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(duì)比不同灰渣試塊的初終凝時(shí)間及膠砂強(qiáng)度

2.1 對(duì)初終凝時(shí)間的影響

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

2.2 抗折強(qiáng)度

通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得出不同油頁(yè)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(duì)于黑色油頁(yè)巖半焦來(lái)說(shuō)，3d 抗折強(qiáng)度隨油頁(yè)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(yè)巖半焦對(duì)于水泥膠砂早期抗折強(qiáng)度影響較大，對(duì)于后期強(qiáng)度影響較??；對(duì)于黃色電廠灰來(lái)說(shuō)，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(shí)，其抗折強(qiáng)度有明顯的提高，表明：黃色電廠灰油頁(yè)巖灰渣對(duì)于抗折強(qiáng)度的早期影響并不顯著，但對(duì)于后期的強(qiáng)度會(huì)有明顯的提升效果。但摻量在30%時(shí)其抗折強(qiáng)度又會(huì)下降，說(shuō)明雖然電廠灰油頁(yè)巖灰渣對(duì)于改變抗折強(qiáng)度效果明顯，但摻量過(guò)大時(shí)依舊會(huì)降低其抗折強(qiáng)度。

2.3 抗壓強(qiáng)度

通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得出不同油頁(yè)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(yè)巖灰渣無(wú)論是黑色的油頁(yè)巖半焦還是黃色的油頁(yè)巖電廠灰，其抗壓強(qiáng)度均會(huì)減小，隨著油頁(yè)巖灰渣摻量越高，抗壓強(qiáng)度減小的越多。試驗(yàn)表明，油頁(yè)巖灰渣不能提高水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

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

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

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