一种油页岩渣混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种油页岩渣混凝土及其制备方法。
背景技术
由于油页岩含油率低，而采用干馏和燃烧的形式利用油页岩，留下了大量油页岩渣，不仅占用了宝贵的土地资源、影响美丽乡村的建设，甚至对水源和土地造成严重污染，使土壤毒化、农作物受损等一系列环境问题，严重威胁着居民的健康安全。长期以来，环境化工领域、建筑材料的专家学者对油页岩渣的回收利用进行了研究，他们多从油页岩渣中提取化学元素、将其磨细(粗磨和细磨)作掺合料使用等，但仍未有效解决油页岩渣所带来的环境与安全问题。
油页岩渣疏松多孔的结构，使其具有保温、隔热、吸声、隔音、轻质等特性，且还含有活性成分。众所周知混凝土是目前土木工程中用量最大的建筑材料，每年需要消耗巨量骨料。混凝土是木材、钢、水泥、铝等常规建筑材料中生产能耗最低的建材，是消耗油页岩渣的有效处置方式(A Alcorn.Embodied energy and CO2 coefficients for NZ buildingmaterials,Centre for Building Performance Research Report[R].VictoriaUniversity of Wellington,New Zealand,2003.)。而Raado L M和Hain T等(RAADO L M,HAIN T,KUUSIK E R,et al.Composition and Properties of Oil Shale Ash Concrete[J].Oil Shale,2014,31(2):147-160.)将油页岩渣磨细后，以胶凝材料的形式制备了混凝土，但此类混凝土28d抗压强度普遍小于5MPa，难以实现其在工程中的应用。基于此，本发明将油页岩渣作为骨料制备成油页岩渣混凝土，用作低层结构、墙体材料、垫层等，实现油页岩渣的建筑资源化利用，其研发与应用对节约资源、保护环境、治理污染和降低建筑成本具有重大意义。
油页岩渣吸水率高，实测干馏所得的油页岩渣吸水率为22.5％，若按制备混凝土的常规方法，制备的油页岩渣混凝土工作性能不佳，难以满足工程应用要求。本发明提出以油页岩渣饱和面干需水量为基准计算预湿用水量，加入减水剂，并提出将骨料拌和后用预湿用水进行润湿处理，制备出工作性能优的油页岩渣混凝土。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种油页岩渣混凝土及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种油页岩渣混凝土，包括以下质量份的制备原料：
其中，所述油页岩渣混凝土的粗骨料由碎石、油页岩渣中的至少一种组成，即当所述油页岩渣混凝土的制备原料包括碎石而不包括油页岩渣时，油页岩渣构成粗骨料；当述油页岩渣混凝土的制备原料包括油页岩渣而不包括碎石时，碎石构成粗骨料；当油页岩渣混凝土的制备原料包括油页岩渣和碎石时，油页岩渣和碎石构成粗骨料。所述净用水不包含粗骨料吸收的水，所述预湿用水为油页岩渣由气干状态到某一预湿程度所吸收的水。所述油页岩渣混凝土的坍落度为30～235mm，抗压强度为11.3～47.8MPa，密度小于2395kg/m3。另外，将油页岩渣作为粗骨料，相比将其作为细骨料，在制备混凝土时其消耗量更大，便于其资源化利用，且得到制得的混凝土密度更小，抗压强度更大。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述油页岩渣为150～450质量份。当油页岩渣为150～450质量份时，所述油页岩渣混凝土的坍落度不低于195mm，扩展度不低于420mm，抗压强度不低于22.2MPa，流动性和抗压强度更好。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述油页岩渣混凝土包括以下质量份的制备原料：
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述减水剂为高效减水剂。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述油页岩渣混凝土的粗骨料由碎石和油页岩渣组成。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述油页岩渣为油母页岩经干馏后的残渣，内部结构疏松多孔，且粒径为5～16mm的连续级配。油页岩渣用于建筑材料具有保温隔热、吸声、隔音的环保效果。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述碎石为粒径16-20mm的单级配。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述水泥为P.II 42.5R水泥。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述河砂为粒径小于2.8mm的中砂。
作为本发明油页岩渣混凝土的优选实施方式，所述净用水和所述预湿用水均为自来水。
第二方面，本发明还提供了所述油页岩渣混凝土的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将油页岩渣和河砂，或者油页岩渣、碎石和河砂，搅拌均匀后，加入预湿用水，润湿均匀，得到润湿后的物料；
(2)在所述润湿后的物料中加入水泥和硅粉，搅拌均匀，再边加入净用水和减水剂边搅拌，直至搅拌至糊状，即得所述油页岩渣混凝土。
作为本发明制备方法的优选实施方式，所述预湿用水的量通过以下公式确定：
预湿用水量＝油页岩渣用量×油页岩渣吸水率×预湿程度；
其中预湿程度为油页岩渣预湿用水占油页岩渣饱和需水量的百分比，取值范围为0～100％。
作为本发明制备方法进一步优选的实施方式，预湿程度，取值范围为40～100％。
所述油页岩渣混凝土可用于制备商品混凝土、隔墙或垫层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明油页岩渣混凝土密度小，能大幅减小建筑的自重，生产隔墙可现场浇筑，也可预制拼装，施工速度快；低油页岩渣掺量可用于浇筑结构混凝土。
(2)本发明油页岩渣混凝土保温隔热性能好，能起到节约资源、改善居住环境和使用功能、以及降低建筑能耗的良好效果。
(3)本发明油页岩渣混凝土吸声隔音性能好，能减少外界噪音对室内环境的影响，提升生活办公的舒适度。
(4)本发明油页岩渣混凝土去废效果显著，混凝土用量大，短期内能消耗可观的油页岩废渣。
(5)本发明油页岩渣混凝土的制备方法简单，原材料来源广泛，操作方便，无需进行磨细、烧碚等大量耗能过程，生产成本低，就油页岩渣而言没有二次能耗产生。
附图说明
图1为本发明油页岩渣混凝土的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-11
实施例1-11均涉及一种混凝土，这些混凝土的制备原料如表1所示，其中水泥均为P.II 42.5R水泥；河砂均为粒径小于2.8mm的中砂；油页岩渣为油母页岩经干馏后的残渣，内部结构疏松多孔，且为粒径5-16mm的连续级配，密度为740kg/m3；碎石为粒径16-20mm的单级配；净用水和预湿用水均为自来水，预湿用水量＝油页岩渣用量×油页岩渣吸水率×预湿程度，预湿程度为油页岩渣预湿用水占油页岩渣饱和需水量的百分比，实施例3中预湿程度为80％，实施例6中预湿程度为0，实施例8以及实施例10-11中预湿程度均为40％，其余实施例中预湿程度均为60％；实施例1-5以及实施例7-11中，油页岩渣均为粗骨料；
实施例10-11所用减水剂为高效减水剂(如萘系高效减水剂)，其余实施例为普通减水剂；取代率为油页岩渣体积与油页岩渣和碎石的总体积的百分比。
表1各实施例混凝土的制备原料/质量份
其中实施例1-2、实施例4-5以及实施例10-11中的混凝土均为油页岩渣混凝土，它们的制备方法均包括以下步骤：
(1)将称量好的油页岩渣、碎石和河砂倒入搅拌机中，拌和均匀，得到骨料；
(2)将预湿用水缓慢加入搅拌机中，使所述骨料润湿均匀；
(3)将称量好的水泥、硅粉倒入搅拌机中与润湿均匀的骨料拌和均匀；
(4)缓慢加入净用水和减水剂，同时搅拌，直到成糊状，即得所述油页岩渣混凝土。
实施例3以及实施例8-9中的混凝土均为油页岩渣混凝土，它们的制备方法均包括以下步骤：
(1)将称量好的油页岩渣和河砂倒入搅拌机中，拌和均匀，得到骨料；
(2)将预湿用水缓慢加入搅拌机中，使所述骨料润湿均匀；
(3)将称量好的水泥、硅粉倒入搅拌机中与润湿均匀的骨料拌和均匀；
(4)缓慢加入净用水和减水剂，同时搅拌，直到成糊状，即得所述油页岩渣混凝土。
实施例6中的混凝土的制备方法均包括以下步骤：
(1)将称量好的碎石、河砂、水泥、硅粉倒入搅拌机中，拌和均匀；
(2)缓慢加入净用水和减水剂，同时搅拌，直到成糊状，即得所述混凝土。
将实施例1-11中的混凝土制成100mm3相同大小规格的试块，进行28d密度和抗压强度性能测试，测试结果如表2所示。
实施例7中的混凝土为油页岩渣混凝土，其制备方法均包括以下步骤：
(1)将称量好的油页岩渣、碎石和河砂倒入搅拌机中，拌和均匀，得到骨料；
(2)将预湿用水缓慢加入搅拌机中，使所述骨料润湿均匀；
(3)将称量好的水泥倒入搅拌机中与润湿均匀的骨料拌和均匀；
(4)缓慢加入净用水和减水剂，同时搅拌，直到成糊状，即得所述油页岩渣混凝土。
表2密度和抗压强度测试结果
实施例8和实施例9没有扩展度。对比实施例1和7可知，硅粉的增强作用显著；对比实施例1-3或实施例4-6可知，随着油页岩渣掺量的增加，混凝土的抗压强度下降明显，结合实施例1-3的水胶比或实施例4-6的水胶比，建议油页岩渣的合理体积取代率应小于0.5，油页岩渣的掺量在这个范围外时，如实施例3、8、9，混凝土强度较低，只能使用在对强度要求不高的结构部位，如用作隔墙。另外，通过增加胶凝材料的用量可以提高油页岩渣混凝土的强度，如实施例11，可用作低层建筑的结构部件(梁、柱)。对于油页岩渣混凝土，预湿用水是必须的，如实施例8塌落度最小，取代率0.5以内时，建议预湿程度40％；取代率超过0.8时，建议预湿程度60％～80％。
由表2可知，油页岩渣混凝土的密度较普通混凝土小，能起到减小结构自重的目的，适用于低层结构；当油页岩渣掺量较大时，所制备的混凝土可用于填充墙、隔墙和低层建筑，可以充分发挥其保温隔热性能、整体性能和优良的施工性能；当油页岩渣掺量较小时，制备的油页岩渣混凝土抗压强度高，可用于承重结构。
本发明最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
