本文是一篇土木工程论文，本文研究了将油页岩废渣应用于混凝土中，并用脱硫石膏对油页岩废渣混凝土进行改性，前期通过配置C30基准混凝土，油页岩废渣细粉按照0、10%的替代率替代水泥，油页岩废渣颗粒按照40%、45%、50%、55%、60%的替代率替代细骨料，测定恒温恒湿条件下养护28天后立方体试件的抗压强度，劈裂抗拉强度和棱柱体的抗折强度，以及棱柱体抗冻，抗氯盐和硫酸盐侵蚀的性能，探究油页岩废渣细粉和油页岩废渣颗粒的最大替代率。
第1章绪论
1.1油页岩概述
油页岩又称油母页岩，是一种高矿物质含量的固体可燃有机沉积岩，它是一种非常规油气资源，并同天然气、石油、煤炭一样属于化石能源，但油页岩是非可再生的一次能源。灰分超过40%使得油页岩区别于煤，含油率大于3.5%使得油页岩又区别于碳质页岩。油页岩通过低温干馏可以提炼出类似原油的页岩油和类似天然气的煤气。按其矿物质组成不同，油页岩分为粘土质油页岩、硅质油页岩和石灰质油页岩3种；按有机质组成不同，分为腐泥型、腐泥腐植型和腐植腐泥型油页岩3种。
世界油页岩潜在资源总量十分巨大，并且主要分布于美国、俄罗斯、中国等国家。我国油页岩资源主要分布在中生界、新生界、古生界，即22个省（自治区）、48个盆地、81个含矿区，累计总量达到了7391.05×108t。
目前，全世界有近七成的油页岩被用来供热和发电，剩下的三成的油页岩被用于加工成页岩油和可燃气体或被用于水泥的生产[1]。通过低温干馏的方法处理油页岩生产出页岩油的同时会伴随着油页岩半焦的产出；另外，油页岩通过悬浮燃烧发电，也会伴随产生电厂灰和电厂渣。油页岩废渣就是油页岩半焦、电厂灰及电厂渣的统称。由于油页岩的含油率较低，矿化程度高，所以在其炼油和发电后产生的油页岩废渣量巨大，目前我国每年产生的油页岩废渣就已经达到几百万吨。油页岩废渣的处理主要以自然堆放和填埋为主，如图1-1所示，以上两种处理方式不仅占用了大量的土地资源，还会对地下水和农田造成污染，对土壤质量和健康造成极大影响[2]。
1.2国内外研究现状
1.2.1油页岩废渣研究现状
目前，油页岩废渣的开发利用途径主要体现在建筑材料中的应用。在建筑材料中主要用于生产水泥或混凝土、制作砌块、用于道路材料中等。Mohammad等[3]利用油页岩废渣替代水泥进行了一系列试验研究，试验结果表明用油页岩废渣的替代率为10%时，混凝土的抗压强度达到最大值，并且当替代率不超过30%时，混凝土的抗压强度均不会显著降低。邓家平等[4]利用油页岩废渣，对超轻陶粒的制备进行了研究，研究表明当温度控制在1030～1100℃时，可制备出300～500级的陶粒。穆建春等[5]通过将油页岩废渣应用于制备墙体砖，并采用挤压成型的方式得到了43.3%的油页岩废渣砖的最佳配比，强度指标均达到了同类产品如粉煤灰砖MU15及蒸压灰砂砖MU15的标准要求。郑桂香[6]将油页岩半焦作为发泡水泥掺合料，成功制备出油页岩半焦发泡水泥，并发现了当油页岩半焦的掺量为10%时，油页岩半焦的资源利用率能达到最大值。常广利等[7]通过油页岩代替混凝土中的水泥及细骨料试验得出，油页岩废渣替代细骨料,且废渣占比为15%时,混凝土抗压强度并无太大变化;替代水泥且灰渣占比超过6%时,抗压强度迅速减小。郝云峰[8]在制备混凝土的过程中掺入油页岩废渣，试验结果表明油页岩废渣在较低掺量时对混凝土的性能影响较小。陈伍兴[9]提出用油页岩废渣替代沥青混合料中的细集料的可行性，并通过试验得出当油页岩废渣代替细集料的最佳范围都是0.075mm～2.36mm。
李文举[10]在研究了煅烧活化温度对油页岩半焦物化特性的影响的基础上，分析了油页岩半焦掺量和煅烧温度对水泥和水泥胶砂性能的影响，研究得出当500℃半焦掺量为15%时，水泥胶砂56d力学性能与P·I 42.5基准水泥胶砂接近并且在500℃油页岩半焦混凝土的耐久性能最好。徐晓磊[11]通过粉磨油页岩灰到一定细度，令油页岩灰展现出较高的化学活性，并将其代替部分水泥应用在大体积混凝土中。Asi I[12]用油页岩灰渣代替矿粉并应用到沥青混合料中，并在保证该混合料的路用性能前提下得出油页岩灰渣代替矿粉可以提高沥青混合料的水稳定性和强度。习会峰等[13]通过对比油页岩灰渣与粘土的化学成分,认为油页岩灰渣可以代替粘土制备水泥，而且用油页岩灰渣配制的水泥具有较高强度和质量。Guojin Tan等[14]通过进行原材料试验、改良击实试验、无侧限抗压强度等试验，得出水泥稳定油页岩半焦7天的UCS可以满足中国所有公路等级和交通等级的底基层要求以及较低等级或较轻交通的公路的基层要求。
第2章油页岩废渣混凝土力学性能试验研究
2.2试验设计
2.2.1材料性能
（1）水泥
本试验使用由吉林市某公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥；氯离子浓度为0.01%；比表面积为395m2/kg；此水泥的粘稠度需水量为27%；保水率87%；初凝时间为169min；终凝时间为252min。其性能指标见表2-1和表2-2。
（2）细骨料
试验采用吉林市某厂的普通河砂，级配为中砂且细骨料的各项性能应符合GB/T14684-2022的要求。
（3）粗骨料
试验采用吉林市某采石场5-10mm粒径和10-20mm粒径的碎石并且用到的碎石符合GB/T14685-2011中规定的建筑用卵石、碎石的基本要求。
2.3立方体抗压强度试验
2.3.1试验方法
试验方法参照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2019）。20组100mm×100mm×100mm的立方体试块，每组取3个试件进行抗压强度试验，采用200吨微机控制液压压力机进行立方体抗压试验，沿浇注的垂直方向施加压力，试件加荷速度0.5Mp/s，试件破坏时读取数值。换算系数取0.95。
2.3.2试验现象
立方体抗压强度试验加载图如图2-2a）所示；试块的破坏形态如图2-2 b）所示，油页岩废渣混凝土的破坏形态基本与普通硅酸盐混凝土相似。在荷载从零开始缓慢增加时，初期混凝土试块并无太明显的变化；当荷载继续增加时，立方体试块的中间部位开始出现裂缝，之后随着时间推移，裂缝开始沿着垂直方向向立方体试块的两端扩展且逐渐变大，也会延伸至立方体试块内部。当荷载继续增大接近极限荷载时，裂缝继续延展，并伴有碎裂的声音，此时试块接近破坏状态。当完全达到破坏载荷时，立方体试块出现表皮脱落的现象，但试块的总体形状仍保持相对完整。
第3章油页岩废渣混凝土耐久性能试验研究......................21
3.1油页岩废渣混凝土抗冻性能试验................21
3.1.1试验方法及仪器.......................21
3.1.2试验现象.........................22
第4章油页岩废渣混凝土的改性研究................39
4.1改性油页岩废渣混凝土力学性能试验........................39
4.1.1不同石膏掺量下的抗压强度与结果分析...............39
4.1.2不同石膏掺量下的劈裂抗拉强度与结果分析............................41
结论........................54
第4章油页岩废渣混凝土的改性研究
4.1改性油页岩废渣混凝土力学性能试验
4.1.1不同石膏掺量下的抗压强度与结果分析
（1）试验方法
掺加石膏后的油页岩废渣混凝土抗压强度试验的试验方法和步骤都如试验方法参照第二章立方体抗压强度试验，对12组立方体试块进行抗压强度试验。
（2）试验现象
加入石膏的立方体抗压强度的破坏形态如图4-1所示，在加入0.5%、1%、1.5%的石膏后的油页岩废渣混凝土的抗压强度试验的破坏形态均仍与普通硅酸盐混凝土基本相似。二者均是在加荷载初期无明显变化，中期出现竖向裂纹伴随着细小裂缝，后期裂缝扩大，表皮出现脱落并伴随碎裂的声响。
结论
本文研究了将油页岩废渣应用于混凝土中，并用脱硫石膏对油页岩废渣混凝土进行改性，前期通过配置C30基准混凝土，油页岩废渣细粉按照0、10%的替代率替代水泥，油页岩废渣颗粒按照40%、45%、50%、55%、60%的替代率替代细骨料，测定恒温恒湿条件下养护28天后立方体试件的抗压强度，劈裂抗拉强度和棱柱体的抗折强度，以及棱柱体抗冻，抗氯盐和硫酸盐侵蚀的性能，探究油页岩废渣细粉和油页岩废渣颗粒的最大替代率。脱硫石膏以0.5%、1%、1.5%的掺量掺加至油页岩废渣混凝土中，探究改性油页岩废渣混凝土中的石膏的最佳掺量；通过微观试验探索油页岩废渣对混凝土强度的影响机理。应用原子火焰吸收法测定油页岩废渣及改性油页岩废渣混凝土中的重金属含量。本文得到的结论如下：
(1)利用油页岩废渣粉末替代水泥，油页岩废渣颗粒替代细骨料可以制备出C30混凝土。通过对油页岩废渣混凝土力学性能的对比分析，油页岩废渣细粉替代率为10%，油页岩废渣颗粒替代率为60%，减水剂掺量为0.5%时，混凝土的抗压强度达到了41.8MPa，劈裂抗拉强度达到了4.66MPa，抗折强度达到了4.69MPa，且此时的油页岩废渣替代率达到了最大。
(2)通过对油页岩废渣混凝土耐久性能的对比分析，油页岩废渣细粉替代率为0，油页岩废渣颗粒替代率为40%-60%，减水剂掺量为0.5%时，油页岩废渣混凝土抗冻等级为F50；油页岩废渣细粉替代率为10%，油页岩废渣颗粒替代率为40%-60%，减水剂掺量为0.5%时，油页岩废渣混凝土抗冻等级为F75。经全浸泡法，氯盐和硫酸盐侵蚀180d时，相对动弹性模量和质量损失率均在规范要求范围值之内。
(3)通过对油页岩废渣混凝土中掺加脱硫石膏进行改性，对油页岩废渣混凝土的耐
