油基巖屑再生混凝土的力學特性之土木工程研究

來源: www.tcwpwd.live 作者:vicky 發布時間:2019-10-19 論文字數:27844字
論文編號: sb2019091920232927894 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是一篇土木工程論文,本論文將經過 LRET 預處理技術的油基巖屑作為研究對象,本著降低污染、保護環境、節約資源的原則出發,通過對油基巖屑與細集料、粉煤灰與水泥的不同替代比例的
本文是一篇土木工程論文,本論文將經過 LRET 預處理技術的油基巖屑作為研究對象,本著降低污染、保護環境、節約資源的原則出發,通過對油基巖屑與細集料、粉煤灰與水泥的不同替代比例的力學性能進行試驗研究,利用對比試驗的方式,探討油基巖屑在混凝土相關工程中的利用,在資源化利用油基巖屑,有效解決環境問題的同時,降低工程生產綜合成本。通過將油基巖屑摻入水泥混凝土中進行抗壓試驗、抗折試驗、劈裂抗拉試驗確定其可以被利用的可靠性,再結合系列試驗分析。

1  緒論

1.1 選題依據及研究意義
目前全球具有非常豐富的頁巖油氣資源,美國、中國、南非、阿根廷以及墨西哥等這些國家的頁巖油氣可采資源量均排在世界前列。但是值得注意的是在開采頁巖油氣資源的同時,會產生一種含油率高達 15%-25%的危險廢棄物——油基巖屑。因為油基巖屑是一種含油固體廢物,其含有大量的礦物油,如果在開采頁巖油氣資源的時候直接對其進行排放,會對環境造成嚴重巨大的污染。我國頁巖油氣資源的開采量是非常巨大的,所以油基巖屑的產生量也是非常巨大的。
我國目前對于油基巖屑的含油量沒有硬性標準規定,但國外對其有著非常嚴格的要求和規定。在對頁巖油氣進行開采時產生的油基巖屑的含油量遠遠高過國家規定的廢物排放標準,如果不對開采過程中產生的油基巖屑進行妥善的處理,那么對環境產生的危害是極其巨大的。但對于油基巖屑的環保處理,我國目前的處理技術存在的問題還有很多,有技術配套設施差、成本高以及效果差等問題,所以對于油基巖屑的處理仍然有很大的研究空間。目前我國對于油基巖屑的處理技術或方法用的是固化、生化處理以及填埋和焚燒等,雖然這些方法可以將油基巖屑進行簡單處理,但想要實現油基巖屑真正被資源化的利用,以及達到相關環保的要求,卻都還不足以實現相關目標,所以目前亟待解決的問題就是油基巖屑的環保利用問題。在目前,隨著頁巖油資源的開采,油基巖屑的產量也越來越多,所以油基巖屑的環保利用問題也成為影響企業和國家發展的阻力之一。
在人類的發展進程中,混凝土是人類生活不可缺少的一部分,并且混凝土的使用量極其巨大,所以在考慮油基巖屑的環保處理問題的同時,是否可以考慮能將油基巖屑與混凝土材料相結合進行應用呢?粘土和地底巖屑是組成油基巖屑的一部分,而粘土和地底巖屑等材料也是可用于相關建筑工程的原材料,所以是否可以考慮將油基巖屑用于作為相關建筑工程的原材料之一呢?
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1.2 國內外研究現狀
隨著油基巖屑產量的增加,國家對油基巖屑無害化處理的壓力也愈發增大,油基巖屑的含油率遠遠超出國家規定的廢棄物排放標準,致使油基巖屑不能隨意丟棄,如果對油基巖屑不進行合理妥善的處理,不僅會對環境造成嚴重的影響,還會對石油企業環保生產形成大力的制約。所以目前對于油基巖屑的研究,國內外主要是在油基巖屑無害化環保處理和油基巖屑進行資源化利用方面展開。目前國內外對油基巖屑主要的處理技術或方法有固化技術、干化技術、物化分離技術、高溫裂解技術、萃取技術、超聲波處理法、焚燒技術、生物處理技術、填埋法、化學熱洗法等十種方法。
1.2.1 油基巖屑國內外研究現狀
1)油基巖屑國外研究現狀
目前國外主要使用的研究處理方法或技術有焚燒技術、生物處理技術、填埋法以及化學熱洗法等四種方法,其他方法也均有研究,但這四種較為普遍。
(1)焚燒技術
焚燒技術[1-2]這種方法是一種很簡單的方法,對油基巖屑進行焚燒處理時會產生大量的氣體,為了達到對油基巖屑無害化環保處理的目的,焚燒油基巖屑過程中產生的氣體將通過裝有吸收有害氣體和除塵的裝置,使得最后排出的氣體達到滿足環保的要求。需要注意的是,在對焚燒油基巖屑之前需要對油基巖屑進行一些處理,需要對油基巖屑進行干燥脫水以減少油基巖屑的含水率,使油基巖屑更加充分的燃燒。對油基巖屑進行焚燒處理的這種方法在國外較為常用。
(2)生物處理技術
生物處理技術顧名思義,是一種較為綠色環保的技術,主要是利用微生物對油基巖屑的有害物質進行降解,從而使油基巖屑達到環保的標準。在國外生物處理技術較為常用,有許多國家對油基巖屑的處理已經采用了此項技術,此技術在國內也有偶爾使用,目前進行了一些應用性試驗[3-4],相信最后試驗完成后,國內也會對此技術進行成熟應用。目前生物處理技術的方法有三種,分別是堆肥處理法、地耕法以及生物反應器法。
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2  試驗概況

2.1 試驗材料
2.1.1 水泥
水泥會和水發生一系列反應,如凝結和硬化等,然后生成水泥石,水泥作為無機膠凝材料,它既可以在空氣中硬化也可以在水中反應,將各材料反應結合成一個整體。不同的水泥反應后會表現出不同的特點,例如強度特征不同、坍落度不同等。并且相關水泥類制品從施工到拌和再到入模搗實成型,通常需要 2-3h。水泥的強度要符合其制品強度要求。在本試驗中,為了能夠更好的對油基巖屑再生混凝土的力學特性進行強度等問題的探究,采用了同一廠家生產的同一批次的水泥進行了實驗,水泥如圖 2-1所示。

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2.2 試驗儀器
2.2.1 試件制作儀器
本論文采用沈陽建工試驗儀器設備廠生產的 HJW-60 單臥軸強測式混凝土攪拌機,見圖 2-4。

2.2.2 試件力學性能檢測儀器
(1)抗壓強度
上海華龍測試儀器股份有限公司生產的型號為 WHY-2000 的微機控制壓力試驗機,如圖 2-5: 

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3  摻入油基巖屑再生混凝土的力學特性及配合比優化設計研究 .................................... 17
3.1 基準組試驗設計 ................................ 17
3.1.1 抗壓強度 ............................. 18
3.1.2 抗折強度 ........................... 20
4  改性混凝土的力學特性試驗 ............................. 33
4.1 摻入粉煤灰的試驗設計 ........................ 34
4.2 本章小結 ................................ 38
5  環境評價方案 ....................................... 39
5.1 油基巖屑的環境評價 ...................................... 39
5.2 摻入油基巖屑的水泥混凝土的環境評價 .......................... 40

5  環境評價方案

5.1 油基巖屑的環境評價
XRF 分析油基巖屑化學成分主要為:BaO、SO3,也含有 SiO2、Al2O3、CaO、  Fe2O3  、MgO;XRD 分析油基巖屑礦物組成成分主要為重晶石和石英。主要成分見下表:

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6  結論與展望

6.1 結論
本論文主要研究將油基巖屑摻入水泥混凝土中,從試驗的準備、原材料的性能、試驗設備的選擇和試驗過程的詳細記錄,以及相關現象的具體分析開展了整篇論文的研究,研究不同摻入量對水泥混凝土的抗壓強度性能,抗折強度性能以及劈裂抗拉強度性能的影響。并利用粉煤灰進行不同比例摻入量的改性試驗研究,探究對應的力學性能之影響,通過研究有以下結論:
(1)摻入油基巖屑的水泥混凝土試件在壓力的作用下,其主要的破壞表現為較大裂縫以及細小的局部裂縫增多,而裂縫多為局部但沒有貫穿,主要出現在粗集料的銜接處,除此之外邊角局部剝落的現象也有增加,整體的受壓面積也相應減小,破壞的截面也更加凹凸不平;
(2)摻入油基巖屑的水泥混凝土試件的抗壓強度、抗折強度、劈裂抗拉強度在隨著摻量增加的同時,都有明顯的下降趨勢,但當摻入量由 30%變為 40%時,下降的趨勢明顯變緩,這與油基巖屑的摻入對水泥水化反應的影響以及對相應集料的包裹能力的影響逐漸減小,沒有進一步的破壞能力有關,所以在這一比例周圍時,可以考慮優化方案,做到在保證工程要求的同時,更多的資源化利用油基巖屑;
(3)對摻入油基巖屑的水泥混凝土試驗進行改性試驗,在最佳油基巖屑的摻入比例添加粉煤灰,改變試件的內部組成形式,促進水泥水化反應的膠結材料生成量,以此達到在滿足要求的同時,摻入更多的油基巖屑量;
(4)進行摻入粉煤灰的改性試驗時,通過試驗發現,當摻入量為替代水泥量的 2%左右時,試件的抗壓強度有較為明顯的提升,但是抗拉強度、劈裂抗拉強度值都有不同程度的降低;而當摻入量繼續增加到 5%左右的替代量時,所有試驗的強度值都呈現出下降的趨勢,這與粉煤灰量的增加,導致試件內部結構孔隙率的變化,以及原料之間銜接力的變化有關;所以適量的添加粉煤灰的量使其替代水泥的量在 2%左右,對試件的抗壓強度值有促進的作用;
(5)對最佳配合比的試件進行環境影響評價,研究其相關成分的組成以及測驗相關試件的組成成分和危害物的析出成分和析出量,可以清楚的看到,相關數據均滿足國家相關規定的要求,所以對于本論文探究出的最優的配合比,完全滿足相關要求,可以應用于符合強度要求的普通簡易建設工程中。
參考文獻(略)

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