【正文】 質(zhì)材料，以石灰水泥作為混合鈣質(zhì)材料的膠凝體系，在1~ MPa飽和蒸汽條件下蒸壓5 h，制備的油泥砂加氣混凝土砌塊，性能符合GB/T119682006標(biāo)準(zhǔn)中B0通過試驗(yàn)試驗(yàn)通過對油泥砂物化性質(zhì)的研究以及油泥砂制備的蒸壓加氣混凝土砌塊的物理性能研究，探討影響制備油泥砂蒸壓加氣混凝土砌塊性能的工藝因素，如油泥砂磨細(xì)度、水料比、水泥摻量、石灰和石膏的摻量、發(fā)氣劑的添加量以及其他工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油泥砂的資源化綜合利用。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得山東理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。試驗(yàn)使用來自于勝利油田金島農(nóng)工貿(mào)公司經(jīng)脫水處理后的油泥砂，其主要礦物組成為石英、方解石、長石和金紅石等；所用油泥砂主要化學(xué)成分為SiO2（ %）和Al2O3（ %）；%， mm， %。采用X射線衍射分析（XRD）和電鏡掃描（SEM）等方法，對油泥砂加氣混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和晶相以及砌塊內(nèi)部的水化反應(yīng)原理進(jìn)行分析，并通過浸出液分析探討油泥砂砌塊對環(huán)境的影響。 silicon materials。油泥砂的組分十分復(fù)雜，其中有水包油、油包水和固體懸浮物等多種狀態(tài)[2]，且性質(zhì)體系十分穩(wěn)定，含有大量的老化油、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、蠟質(zhì)、腐化產(chǎn)物、細(xì)菌生物和生產(chǎn)中投放的絮凝劑、緩蝕劑等水處理藥劑[3]以及設(shè)備及管道腐蝕產(chǎn)物和垢污。油泥砂中的顆粒都帶負(fù)電荷，這使得油泥砂中的顆粒之間因相互產(chǎn)生斥力而難以聚成大顆粒，繼而難以沉降，這也導(dǎo)致了油泥砂含水率高，固體含量低，懸浮微粒較多，體積龐大而難以處理。因此，能否科學(xué)有效地處理油泥砂問題已經(jīng)成為影響石油行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[9] ~[10]。目前，國內(nèi)外用于處理油泥砂的方法主要有：⑴ 堆存法堆存法是指在選擇合適的堆放場將油泥砂集中堆放的方法。油泥砂的固化處理是一種無害化處理的過程，目前國內(nèi)對油泥砂的固化處理還屬于初步階段。⑸ 分離法[14] 分離法是指通過物理、化學(xué)或生物法實(shí)現(xiàn)油泥砂的固液分離、油水分離以及油的回收和廢渣的處理。油泥砂焚燒前經(jīng)過濃縮干燥的處理，然后制成燃料燃燒。作為含油泥砂，含油量有的非常高，所以對油泥砂中的油進(jìn)行回收利用、使油泥砂資源利用化是十分有必要的，但從現(xiàn)階段的技術(shù)和實(shí)際生產(chǎn)中并沒有合適的、高回收率的處理方法；⑷ 油泥砂的處理不徹底，易造成二次污染。隨著現(xiàn)有的法律法規(guī)的逐漸嚴(yán)格和完善，油田產(chǎn)生的油泥砂處理問題必將引起重視，最終油泥砂的資源綜合利用處理技術(shù)將成為油泥砂處理發(fā)展的必然趨勢。蒸壓加氣混凝土砌塊是以硅質(zhì)和鈣質(zhì)為基礎(chǔ)，根據(jù)其類別、品質(zhì)、設(shè)備的不同而采用不同的生產(chǎn)工藝。與實(shí)心粘土磚相比，可降低建筑綜合造價(jià)的3 %～5 %[23]，所以使用加氣混凝土作為墻體材料可以大大的減少建筑的自重，從而減小建筑承重部分的規(guī)格，節(jié)約成本。⑶ 耐火 用于制備加氣混凝土的原料是不可燃的無機(jī)材料，加氣混凝土在高溫下會出現(xiàn)形變和縫隙，但是在700 ℃以下條件下不會損失磚體的強(qiáng)度，采用合適的厚度，就可以達(dá)到建筑物的防火等級要求，并且在高溫和明火的情況下不會產(chǎn)生有害氣體，是一種安全使用的防火材料，其防火性能達(dá)到一級國家防火標(biāo)準(zhǔn)[25]。在唐山大地震時(shí)，普通磚房倒塌了而使用了加氣混凝土的房屋只新出現(xiàn)了幾條裂縫，就說明了這一點(diǎn)。⑺ 原料來源廣、生產(chǎn)效率高 加氣混凝土可使用的原料來源非常多，例如河砂、粉煤灰、尾礦等及生石灰、水泥都能根據(jù)實(shí)際情況來使用。這不僅僅影響建筑的外觀，縮短建筑物的使用壽命，并會一直制約著加氣混凝土的廣泛應(yīng)用。在氣候極端的地區(qū)，加氣混凝土砌塊做最外層往往抵抗不了風(fēng)霜雨雪的侵蝕。在德國，加氣混凝土因?yàn)榭蓾M足建筑力學(xué)和建筑物理要求的雙重性能[29]，而被稱為“兩性建筑材料”。在這些發(fā)達(dá)國家中，加氣混凝土砌塊在墻體制品中占有較大比例，約為15~40 %，無論在原材料的選取、配合比的設(shè)計(jì)、坯體的養(yǎng)護(hù)和切割，還是對制品性能的研究以及施工工藝、質(zhì)量控制措施等方面都形成了自己的專利技術(shù)，同時(shí)有著進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展[31]。我國在上個(gè)世紀(jì)三十年代時(shí)，就開始生產(chǎn)和使用加氣混凝土制品。當(dāng)前，我國對蒸壓加氣混凝土的研究多以粉煤灰和礦渣作作為基本原料為主，對其它硅質(zhì)材料（如灰砂蒸壓加氣混凝土）的探究比較少，同樣是加氣混凝土，灰砂蒸壓加氣混凝土與使用粉煤灰、礦渣制備的蒸壓加氣混凝土雖然有很多共通之處，但是因?yàn)樵洗嬖诓町?，其在力學(xué)性能和制備工藝上仍有較大差別。將其用于建筑內(nèi)外的墻體，可減輕建筑物的自重、加快施工速度并減少綜合造價(jià)。目前國內(nèi)各油田在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中都有伴隨產(chǎn)生大量的油泥砂，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，僅東營勝利油田每年的油泥砂產(chǎn)量就在十一萬噸左右，油泥沙的排放已經(jīng)成為危害當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量的重要因素。對油泥砂進(jìn)行處理的最終要求是油泥砂的減量化、資源化、無害化。針對油泥砂的基本性質(zhì)以及加氣混凝土的制備工藝，本次試驗(yàn)以油泥砂為主要原料，在干基添加比例不低于總質(zhì)量的50 %的基礎(chǔ)上，研究確定各組分最佳添加比例，油泥砂制備加氣混凝土砌塊的主要研究內(nèi)容有：1）油泥砂的礦物組成、粒度組成和化學(xué)組成研究，比表面積、含水率和密度等一般物理性質(zhì)的研究。 4）油泥砂加氣混凝土凝結(jié)硬化機(jī)理研究。本次試驗(yàn)技術(shù)路線如圖11所示，先對原材料進(jìn)行化學(xué)成分分析和相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)分析，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在條件確定試驗(yàn)預(yù)期制備的表觀密度等級和抗壓強(qiáng)度等級；初步確定試驗(yàn)工藝流程后和各組分的配合比后，進(jìn)行各個(gè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，通過對比實(shí)驗(yàn)找到最佳配合比和工藝參數(shù)，找到合適的水料比、生石灰、水泥、石膏及引氣劑摻量；利用最佳配合比制備出的蒸壓加氣混凝土砌塊進(jìn)行各項(xiàng)性能分析測試，分析油泥砂加氣混凝土砌塊的一些重要特性，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析。濃縮罐內(nèi)積砂定期排放至振動篩進(jìn)行砂水分離，污水經(jīng)污水泵打入聯(lián)合站污水處理裝置。 %（測試方法參照標(biāo)準(zhǔn)[35]進(jìn)行）， %。通過對油泥砂的XRD測試及巖礦分析，測得油泥砂主要礦物組成為： %， %， %， %， %，油泥砂的XRD圖譜如圖23。石灰與體系中硅質(zhì)材料反應(yīng)生成膠體或結(jié)晶狀的水化產(chǎn)物為加氣混凝土強(qiáng)度的主要來源。在蒸壓反應(yīng)階段石灰是主要的氧化鈣提供者，它參與與硅質(zhì)發(fā)生的水熱合成反應(yīng)，從而使產(chǎn)品得到必要的抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)測得該生石灰消化時(shí)間為12 min，消化溫度為90 ℃左右，粒度在200目篩上剩余小于15 %。所用水泥性能檢測指標(biāo)如下表22和表23?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2↑暴露在空氣中的鋁粉表面有一層致密的氧化膜，阻礙在一般情況下的鋁粉與水反應(yīng)。6H2O +3H2↑鋁粉在體系中反應(yīng)放出氫氣形成的氣泡分布均勻，使料漿發(fā)生膨脹從而成為達(dá)到輕質(zhì)多孔的結(jié)構(gòu)。②是抑制石灰的消化，延長消化時(shí)間并降低最終消化溫度，防止石灰消化過快導(dǎo)致鋁粉發(fā)氣不充分，保證發(fā)氣質(zhì)量。磷石膏是磷酸和磷肥產(chǎn)業(yè)及一些洗滌合成工業(yè)排放的廢渣，多呈灰白色，為多組分的復(fù)雜晶體。用水量的選擇，直接決定著料漿的稠化速度和發(fā)氣速度能否相一致，從而影響著加氣混凝土砌塊內(nèi)氣孔的形成[39]。在試驗(yàn)中，使用的主要的實(shí)驗(yàn)儀器見表24。鋁粉在加入料漿之前稱取。待制品形成較好強(qiáng)度后進(jìn)行脫模。配方的設(shè)計(jì)往往也需要工藝性能和生產(chǎn)條件相一致，制品的工藝性能必須是在滿足生產(chǎn)實(shí)際條件的前提下。加氣混凝土砌塊配合比的設(shè)計(jì)與普通混凝土大同小異，首先是達(dá)到制品的強(qiáng)度等級和密度等級的要求，在能安全操作使用的前提下，再達(dá)到其易性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性要求。因此在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的就是體積密度與抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)一，二者都需要達(dá)到技術(shù)要求。經(jīng)大量試驗(yàn)研究，料漿有較好的稠度，制品的發(fā)氣效果較好。水泥遇水后，開始發(fā)生水化反應(yīng)。根據(jù)工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在一定的石灰用量下，有一個(gè)最佳水泥用量，在制備加氣混凝土?xí)r，水泥添加量一般為5 %~15 %。本試驗(yàn)以密度等級為B06為目標(biāo)[45]，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， ％，加入鋁粉后的攪拌時(shí)間為1 min。制備加氣混凝土制品的養(yǎng)護(hù)制度有靜停過程、升溫過程、恒溫過程、降溫過程四個(gè)重要階段[48]。升壓是在釜內(nèi)空氣都排出后，關(guān)閉氣閥后注入飽和蒸汽開始升壓。圖31為試驗(yàn)所用壓蒸釜和靜停階段所使用的水浴鍋。而粒度越大則比表面積越小，與石灰、水泥等鈣質(zhì)材料的接觸面就越小。實(shí)驗(yàn)室采用先篩除大顆粒油團(tuán)聚，再粉磨的方式，在實(shí)際生產(chǎn)中，可采用濕磨工藝進(jìn)行磨細(xì)，這樣可以提高磨礦效率。在粉磨時(shí)間超過30 min時(shí)，制品的強(qiáng)度增長速度趨于平緩，這是因?yàn)榉勰コ^30 min后，粉磨效果減小，粒度變化也相應(yīng)變小。合適的水料比能使得料漿中的各個(gè)組分得到充分?jǐn)嚢瑁瑫r(shí)具有較好的流動性，能夠使得攪拌好的料漿的順利完成澆注，并且可以正常的進(jìn)行發(fā)氣和凝結(jié)。表32 水料比對實(shí)驗(yàn)的影響 Ratio of Water Affection to Products水料比脫模時(shí)間/min干密度/kg/m3抗壓強(qiáng)度/MPa發(fā)氣過程制品外觀100812發(fā)氣不充分外表有較大裂紋120723正常有少量細(xì)小裂紋120621正常完好120613正常完好120691有少量氣泡冒出完好150825中途有氣泡冒出有較多細(xì)小裂紋由表32可以看出，隨著水料比的增加，砌塊的干密度降低。水泥在體系中參與水化反應(yīng)，在坯體成型后，水泥的硬化可以大幅度提高坯體的早期強(qiáng)度，為切割成型創(chuàng)造了條件。但是水泥的添加量也不是越多越好，當(dāng)水泥添加量超過10 %時(shí)，制品的強(qiáng)度反而下降，這是因?yàn)樘砑铀噙^多時(shí)，鈣質(zhì)材料過剩，水化生成了部分強(qiáng)度較低的水化產(chǎn)物，對制品強(qiáng)度不利；并且，添加的水泥越多，制備加氣混凝土的成本也越高。石灰和石膏的添加量對鋁粉發(fā)氣和稠化速度有直接的影響。當(dāng)其摻量過大時(shí)，石灰消化速度快，導(dǎo)致發(fā)氣不充分，制品容重偏大，并且表面有細(xì)小裂紋影響制品強(qiáng)度；而摻量偏小時(shí)，制品不能充分的進(jìn)行水化反應(yīng)，因而制品沒有需要的抗壓強(qiáng)度。圖33鋁粉添加量與制品表觀密度的關(guān)系 The Relationship of Aluminium Content and the Products Apparent Density由圖33可以看出，油泥砂砌塊的的容重隨著鋁粉的添加量加大而減小。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以B06級砌塊為例， %較為合適。檢查試件表面外觀，要求試件表面平整無宏觀缺陷且無明顯裂紋。若有兩塊試件的測試值的最大值與最小值差值超過最小值的20 %，則該組試樣的試驗(yàn)結(jié)果無效。置于干燥箱內(nèi)冷卻至室溫，稱重，然后逐一測量其長、寬、高三個(gè)方向的軸向尺寸，計(jì)算出該樣品的體積，計(jì)算出干表觀密度取平均值，選用公式：式中：—砌塊的表觀密度，kg/m3； —砌塊烘干后的質(zhì)量，g； —砌塊的長、寬、高，mm。5）℃下保溫24 h后，再升溫至（105177。（3）將試件取出，用濕抹布擦干表面的水分并稱取質(zhì)量M，精確至1 g。（1）取一組試件三塊，尺寸要求為40 mm40 mm160 mm，試件應(yīng)厚度均勻、兩表面平行。計(jì)算干燥收縮率公式如下：式中：—干燥收縮率，%；—砌塊吸水飽和后的長度，mm；—砌塊烘干后測量的長度，mm。5) ℃的室溫條件下冷卻20 min，放入恒溫水槽內(nèi)，浸入水溫為(20177。5) ℃中烘7 h，冷卻20 min后，浸入水溫為(20177。參照 JGJ 512002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》[59]中要求的測試方法進(jìn)行測試。本實(shí)驗(yàn)中利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備TDR2型混凝土快速凍融實(shí)驗(yàn)機(jī)，操作過程如下所示：（1）實(shí)驗(yàn)試件尺寸要求100 mm100 mm400 mm，將試件放入盛有15~20 ℃水的試筒中浸泡4d后取出，擦干表觀水分，測量其重量及橫向基頻初始值，然后再放入試筒。以試件質(zhì)量損失率達(dá)到5 %或相對彈性模量下降40 %，作為試件破壞的標(biāo)志，混凝土抗凍等級即為相應(yīng)的凍融循環(huán)次數(shù)。山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論選取試驗(yàn)中制備的容重616 kg/m3， MPa的油泥砂加氣混凝土砌塊為樣品，送至山東理工大學(xué)分析測試中心進(jìn)行X射線衍射分析（XRD），分析結(jié)果見圖41。在試驗(yàn)制備加氣混凝土的體系中，石灰和水泥與SiO2發(fā)生水化反應(yīng)，生成少量的水化硅酸鈣，水化物溶解度低，很容易析出水化硅酸鈣晶粒，這些微小的晶體通過分子力使水分子膜彼此連接形成最初的初凝狀態(tài)，形成堿度較高的水化硅酸鈣[61]，此時(shí)制品形成一定強(qiáng)度。當(dāng)水化產(chǎn)物將硅質(zhì)材料包裹起來后，水化反應(yīng)會開始變慢，制品的強(qiáng)度增長也會變慢。為了解油泥砂所制備的蒸壓加氣混凝土砌塊對環(huán)境的影響，對所制備的砌塊進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)。表觀密度和抗壓強(qiáng)度是加氣混凝土砌塊的最基本力學(xué)性能。、A10，按表觀密度分級有B0B0B0B0B0B08。砌塊表觀密度越大，其抗壓強(qiáng)度越高。圖43恒溫時(shí)間與制品強(qiáng)度的關(guān)系圖 The Relationship of Blocks Strength and Holding Time恒溫恒壓時(shí)間對制品抗壓強(qiáng)度的影響可以從圖中曲線看出來。加氣混凝土具有輕質(zhì)多孔的特性，衡量加氣混凝土砌塊的兩項(xiàng)項(xiàng)基本指標(biāo)就是表觀密度和抗壓強(qiáng)度。 mm~2 mm，平均孔徑為1 mm左右。閉合孔的孔隙率為總孔隙率與半閉合孔隙率只差：加氣混凝土的閉合孔和半閉孔的孔隙率與制品內(nèi)孔隙的結(jié)構(gòu)有關(guān)，如果制品內(nèi)部氣孔分布不均勻，孔隙間易發(fā)生相互連通，其閉合孔的孔隙率就會比較大。所以在生產(chǎn)加氣混凝土?xí)r，要攪拌均勻并保證好料漿澆注的穩(wěn)定性。K）〕≤對于加氣混凝土砌塊這種輕質(zhì)多孔材料，干燥狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于潮濕狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得， W/﹙m由于油泥砂加氣混凝土砌塊經(jīng)過了蒸壓養(yǎng)護(hù)過程，水化較為充分，結(jié)晶度較好，所以其干燥收縮率一般較小。干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的強(qiáng)度變化可以反映砌塊在溫度、濕度變化后的耐