張玉林 文 華 胡代淋 席 茜

（1.西南科技大學(xué)城市學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621000；2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010）

混凝土作為一種重要的建筑材料，對(duì)其各項(xiàng)性能的評(píng)價(jià)就顯得尤為重要，混凝土的力學(xué)性能是其評(píng)價(jià)指標(biāo)中最重要的一種［1］。我國(guó)油頁(yè)巖儲(chǔ)備位于世界第二［2］，隨著油頁(yè)巖資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致了大量的油基巖屑生成。頁(yè)巖氣開(kāi)采后形成的油基巖屑含油率達(dá)到了15%～25%［3］，大于我國(guó)的排放規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，存在較大的危害，假如對(duì)其處置不夠合理，便會(huì)給周?chē)沫h(huán)境帶來(lái)不利影響。目前，石油行業(yè)已對(duì)含油率高的初始油基巖屑進(jìn)行技術(shù)處理（LRET技術(shù)［4］），處理之后的油基巖屑含油率0.6%左右［5］，滿(mǎn)足《陸上石油天然氣開(kāi)采含油污泥處理處置及污染控制技術(shù)規(guī)范》SY／T 7300—2016［6］所要求的含油率低于2%的要求，可以進(jìn)行資源化利用。

近幾年，人們開(kāi)始逐漸關(guān)注將廢棄物加入到混凝土中形成“綠色混凝土”。本研究試圖將油基巖屑作為混凝土摻合料替代混凝土部分細(xì)集料，以解決油基巖屑在環(huán)保方面的難題，開(kāi)發(fā)綠色新型建筑材料。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)油基巖屑的關(guān)注較少，將油基巖屑作為廢棄材料進(jìn)行資源化運(yùn)用的研究也相對(duì)較少。姚曉等［7］進(jìn)行了將經(jīng)過(guò)技術(shù)處理之后的油基巖屑替代部分水泥制作為鉆井區(qū)固井漿液的研究。童輝等［8］進(jìn)行了將黏土與油田污泥應(yīng)用于建筑墻體的燒磚試驗(yàn)。陳忠等［9］探討了將油基巖屑與廢棄泥漿制作為煤的可能性。

上述研究主要集中在將油基巖屑應(yīng)用于生產(chǎn)水泥、改善濕地環(huán)境、燒制磚塊等方面，未見(jiàn)用于混凝土工程的應(yīng)用和研究報(bào)道。本文將經(jīng)過(guò)處理后的油基巖屑作為摻合料替代混凝土中的細(xì)集料，研究不同油基巖屑替代率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：P·I 42.5硅酸鹽水泥，水泥的物性指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥物性指標(biāo)Table 1 Physical Property Index of Cement

粗骨料：選用粒徑為5～20 mm的連續(xù)天然碎石，為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)粗骨料進(jìn)行了清洗、干燥，放置于干燥容器內(nèi)保存。

水：普通自來(lái)水，pH＝7，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。

細(xì)集料：選用天然河沙，粒徑0.35～0.50 mm，表觀密度2 750 kg／m3、堆積密度1 480 kg／m3，含泥量2.7%，其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)定限值。

油基巖屑：選用摻合料為經(jīng)過(guò)離心甩干技術(shù)、LRET技術(shù)處理之后的油基巖屑，含油率約0.6%。處理前后油基巖屑的物性指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 處理前后油基巖屑物性指標(biāo)Table 2 Physical properties of oil-based cuttings before and after treatment

經(jīng)過(guò)LRET技術(shù)預(yù)處理的油基巖屑含油率低于1%，呈現(xiàn)黑色干粉狀，局部存在的一些細(xì)小顆粒是由于其吸水結(jié)塊而成，加水拌和后呈現(xiàn)黑色漿體狀態(tài)，具有良好的拌和性能。圖1為L(zhǎng)RET技術(shù)處理后的油基巖屑圖片。

圖1 LRET技術(shù)處理后的油基巖屑Fig.1 Oil-based cuttings treated by LRET technology

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先以C30強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一組基準(zhǔn)組（A組），A組油基巖屑替代細(xì)集料比率為0%，然后采用油基巖屑替代同質(zhì)量的細(xì)集料，替代細(xì)集料比率分別為B組（5%）、C組（10%）、D組（20%）、E組（30%）、F組（40%），養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7 d，28 d。各組詳細(xì)配合比見(jiàn)表3。

表3 混凝土配合比Table 3 Concrete Mix Ratio

1.3試驗(yàn)方法

混凝土試塊制作與性能試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB／T 550081—2002［10］執(zhí)行。依照表3配比進(jìn)行試驗(yàn)試塊制作?；炷翑嚢璨捎肏W－60單臥式混凝土攪拌機(jī)，制作成型后在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分別養(yǎng)護(hù)7 d，28 d?；炷猎噳K的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用WHY－2000型微機(jī)控制壓力試驗(yàn)機(jī)完成測(cè)試；混凝土試塊劈裂抗拉試驗(yàn)采用WES系列數(shù)顯萬(wàn)能機(jī)測(cè)力儀測(cè)試；混凝土試塊的抗折試驗(yàn)采用HYE型微機(jī)電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試。

為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，油基巖屑摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)所制作的標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸均為150 mm×150 mm×150 mm，每組試驗(yàn)分別制作5塊標(biāo)準(zhǔn)試件；油基巖屑摻合料混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊的制作尺寸為150 mm×150 mm×550 mm，每一組試驗(yàn)分別制作5塊標(biāo)準(zhǔn)試塊。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

7 d和28 d養(yǎng)護(hù)的油基巖屑摻合料混凝土試件的抗壓強(qiáng)度與油基巖屑摻入量的變化曲線見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，隨著油基巖屑替代率的逐漸加大，油基巖屑摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度總體呈減小趨勢(shì)。在相同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，替代率40%相較30%的抗壓強(qiáng)度并未出現(xiàn)較為明顯的下降；相同油基巖屑摻入量情況下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的試塊抗壓強(qiáng)度大于養(yǎng)護(hù)7 d的試塊抗壓強(qiáng)度，說(shuō)明油基巖屑的摻入并未影響混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的規(guī)律；當(dāng)油基巖屑摻合料替代率超過(guò)30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土試塊強(qiáng)度降低幅度減小，說(shuō)明當(dāng)油基巖屑摻入到一定比值時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度趨緩。

圖2 油基巖屑摻合料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of oil-based cuttings admixture on compressive strength of concrete

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7 d與28 d時(shí)，B，C，D，E，F(xiàn)組的油基巖屑摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比如表4所示。

表4 抗壓強(qiáng)度表Table 4 Compressive strength table

從表4可知，當(dāng)油基巖屑替代率為10%，40%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土28 d養(yǎng)護(hù)時(shí)間的抗壓強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比小于7 d的抗壓強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比，當(dāng)油基巖屑替代率為5%，20%，30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土在28 d養(yǎng)護(hù)時(shí)間的抗壓強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比大于所對(duì)應(yīng)的相同配比下養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d的抗壓強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比。當(dāng)摻入比由0%增大到40%時(shí)，養(yǎng)護(hù)7 d的混凝土抗壓強(qiáng)度由25.2 MPa降低到9.8 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低61.1%；養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土抗壓強(qiáng)度由32.1 MPa降低到9.8 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低61.8%。

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土抗壓強(qiáng)度隨著油基巖屑替代率的加大而逐步降低。當(dāng)油基巖屑替代率在30%以?xún)?nèi)時(shí)，油基巖屑的替代率越大，混凝土的抗壓強(qiáng)度就會(huì)越低；當(dāng)油基巖屑替代率超過(guò)30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度降低趨勢(shì)變緩。油基巖屑摻合料并不會(huì)影響混凝土抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間逐步增長(zhǎng)的規(guī)律。

2.2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

7 d和28 d養(yǎng)護(hù)的油基巖屑摻合料混凝土試件的抗折強(qiáng)度與油基巖屑摻入量的變化曲線如圖3所示。

從圖3可以明顯看出，隨著油基巖屑摻入量的增大，油基巖屑摻合料混凝土抗折強(qiáng)度總體呈減小趨勢(shì)。當(dāng)養(yǎng)護(hù)期限都為7 d時(shí)，細(xì)集料替代率為20%的混凝土試塊抗折強(qiáng)度大于替代率為10%的混凝土試塊抗折強(qiáng)度；相同油基巖屑摻入量情況下油基巖屑摻合料混凝土28 d抗折強(qiáng)度都大于相同配比7 d抗折強(qiáng)度，說(shuō)明油基巖屑的摻入并未影響混凝土抗折強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間逐漸增大的規(guī)律。

圖3 油基巖屑摻合料對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響Fig.3 Effects of oil-based cuttings admixture on flexural strength of concrete

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7 d與28 d時(shí)，B，C，D，E，F(xiàn)組的油基巖屑摻合料混凝土抗折強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比如表5所示。

表5 抗折強(qiáng)度表Table 5 Flexural strength table

從表5可知，當(dāng)油基巖屑替代率小于30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土28 d抗折強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比小于7 d抗折強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比；當(dāng)油基巖屑替代率大于30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土28 d抗折強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比大于所對(duì)應(yīng)的相同配比下7 d抗折強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比。當(dāng)摻入比由0%增大到40%時(shí)，養(yǎng)護(hù)7 d的混凝土抗折強(qiáng)度由2.70 MPa降低到1.19 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低55.9%；養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土抗折強(qiáng)度由4.16 MPa降低到2.18 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低47.6%。

分析上述試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著油基巖屑摻入量的增大，油基巖屑摻合料混凝土抗折強(qiáng)度呈減小趨勢(shì)。不同養(yǎng)護(hù)期趨勢(shì)一致，油基巖屑摻合料并不會(huì)影響混凝土的抗折強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間逐漸增大的規(guī)律。

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

7 d和28 d養(yǎng)護(hù)的油基巖屑摻合料混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度與油基巖屑摻入量的變化曲線如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著油基巖屑替代率的逐步加大，油基巖屑摻合料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度逐漸減小。在相同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，替代率40%相較30%的劈裂抗拉強(qiáng)度并未出現(xiàn)較為明顯的下降；相同油基巖屑摻入量情況下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的劈裂抗拉強(qiáng)度大于養(yǎng)護(hù)7 d的劈裂抗拉強(qiáng)度，說(shuō)明油基巖屑的摻入并未影響混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的規(guī)律；當(dāng)油基巖屑摻合料替代率超過(guò)30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土試塊劈裂抗拉強(qiáng)度降低幅度減小，說(shuō)明當(dāng)油基巖屑摻入到一定比值時(shí)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度降幅趨緩。

圖4 油基巖屑摻合料對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響Fig.4 Effects of oil-based cuttings admixture on splitting tensile strength of concrete

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7 d與28 d時(shí)，B，C，D，E，F(xiàn)組的油基巖屑摻合料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比如表6所示。

表6 劈裂抗拉強(qiáng)度表Table 6 Splitting tensile strength table

從表6可知，油基巖屑摻合料混凝土28 d養(yǎng)護(hù)時(shí)間的劈裂抗拉強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比大于所對(duì)應(yīng)的7 d劈裂抗拉強(qiáng)度占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比。當(dāng)摻入比由0%增大到40%時(shí)，養(yǎng)護(hù)7 d的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度由1.58 MPa降低到0.97 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低38.6%，養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度由2.61 MPa降低到1.67 MPa，占基準(zhǔn)強(qiáng)度百分比總體降低36.0%。

分析上述試驗(yàn)結(jié)果可以得出，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨著油基巖屑摻入量變多而減小，當(dāng)油基巖屑替代率在30%以?xún)?nèi)時(shí)，油基巖屑的替代率越大，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度越小，當(dāng)油基巖屑替代率超過(guò)30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度不再出現(xiàn)大幅度減小。油基巖屑摻合料并不會(huì)影響混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間逐步增長(zhǎng)的規(guī)律。

混凝土拉壓比是相同狀態(tài)下的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度除以其抗壓強(qiáng)度所得到的值，圖5為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間（7 d，28 d）的油基巖屑摻合料混凝土試件的拉壓比隨油基巖屑摻入量的變化曲線。

從圖5可以看出，隨著油基巖屑替代率逐步加大，混凝土拉壓比總體呈增大態(tài)勢(shì)，表明油基巖屑摻合料混凝土的抗拉強(qiáng)度能夠隨著混凝土的抗壓強(qiáng)度逐步增大，混凝土延性增加。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d時(shí)，A配比組的拉壓比最小，D配比組的拉壓比最大，B組、C組、E組、F組的拉壓比略小于D組；當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)，A配比組的拉壓比最小，C組、E組、F組的拉壓比略大于D組。

圖5 油基巖屑摻合料對(duì)混凝土拉壓比的影響Fig.5 Effects of oil-based cuttings admixture on concrete tension-compression ratio

3 結(jié)論

（1）混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度隨著油基巖屑替代率的加大而逐步減小，油基巖屑的替代率越大，混凝土的力學(xué)性能參數(shù)越低，當(dāng)油基巖屑替代率超過(guò)30%時(shí)，油基巖屑摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度降幅趨緩。

（2）研究表明油基巖屑摻合料對(duì)混凝土的力學(xué)性能影響較大，為了更好地將油基巖屑資源化利用，下一步可以通過(guò)摻入改性材料的方法對(duì)含油基巖屑的混凝土進(jìn)行改性研究，以提高其力學(xué)性能，為其工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。