油泥砂制备蒸压加气混凝土砌块试验研究毕业论文.docx
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油泥砂制备蒸压加气混凝土砌块试验研究毕业论文
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山东理工大学
硕士学位论文
油泥砂制备蒸压加气混凝土砌块试验研究
PreparationofAeratedConcreteBlockwithOil-containingSilt
研究生：
李文浩
申请学位门类级别：
工学硕士
研究方向：
资源综合利用
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
关于论文使用授权的说明
（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）
摘要
油泥砂是在油田生产活动中，被原油及其它有机物污染了的泥、砂、水的混合物，其主要产生于原油集输及处理中的各个环节。
试验使用来自于胜利油田金岛农工贸公司经脱水处理后的油泥砂，其主要矿物组成为石英、方解石、长石和金红石等；所用油泥砂主要化学成分为SiO2（约为82.4%）和Al2O3（约为9.8%）；自然含水率约为1.3%，油泥砂平均粒度约为0.25mm，200目筛下含量约为1.74%。
通过试验过对油泥砂物化性质的研究以及油泥砂制备的蒸压加气混凝土砌块的物理性能研究，探讨影响制备油泥砂蒸压加气混凝土砌块性能的工艺因素，如油泥砂磨细度、水料比、水泥掺量、石灰和石膏的掺量、发气剂的添加量以及其他工艺参数，实现油泥砂的资源化综合利用。
并对油泥砂制备的蒸压加气混凝土砌块的养护制度、表观密度、抗压强度、干燥收缩、导热系数、干湿循环性、抗冻性能和水化过程及机理进行探讨。
实验结果表明，油泥砂制备的蒸压加气混观密度、制品强度、吸水率、导热系数、干燥收缩性、干湿循环和抗冻性能的要求。
采用X射线衍射分析（XRD）和电镜扫描（SEM）等方法，对油泥砂加气混凝土的微观结构和晶相以及砌块内部的水化反应原理进行分析，并通过浸出液分析探讨油泥砂砌块对环境的影响。
研究表明：
油泥砂经过预处理后作为硅质材料，以石灰-水泥作为混合钙质材料的胶凝体系，在1~1.5MPa饱和蒸汽条件下蒸压5activitiesoftheoilfield.Itchieflyproceedsfromthecomponentsincrudeoil’sprocessingandtransportation.It’samixtureofslug,sandandwater,pollutedbyoilandotherorganism.Theoil-containingsiltcomefromtheShengliOilFieldJindaoIndustryCo.,Ltd.Themajormineralconsistingsarequartz,calcite,feldspar,rutile,etc.;ThechemicalcomponentsisSiO2﹙about82.4%﹚andAl2O3﹙about9.8%﹚；Thenaturalmoisturecontentis5.3%andtheaverageparticlesizeoftheOil-containingSiltisabout0.25mm.-200forthepurposeof1.74%.
Throughtheresearchonthephysicochemicalpropertiesofoil-containingsiltandthephysicalperformanceresearchofpreparationofoil-containingsiltautoclavedaeratedconcreteblock,discussionsweremadeaboutthefactorsofoil-containingsiltblock,suchassandgrindingfineness,waterratio,dosageofcement,limeandgypsum,addingquantityofgasagentandsoon,Andachievetheresourcerecoveryandcomprehensiveutilizationofoil-containingsilt.Purposetoresearchthecuringsystem,apparentdensity,compressivestrength,dryingshrinkage,thermalconductivity,dry-wetcirculation,anti-freezepropertiesandtheprocessandmechanismofthepreparationofoil-containingsiltautoclavedaeratedconcreteblock.Afterexperimentalevidence,theoil-containingsiltpreparedtheautoclavedaeratedconcreteblockwhichdryapparentdensityis500~700kgm3.Itsperformancefullymeettherequirementsofdrydensity,strength,waterabsorption,coefficientofthermalconductivity,dryingshrinkage,dry-wetcirculationandfreezeresistanceinUsingXRD,SEMandothertestingmethods,tomeasuremicrostructure,phase,andprincipleoftheoil-containingsiltautoclavedaeratedconcreteblock.Throughanalyzetheextractofblocktoinvestigatetheimpactofoil-containingsiltblockontheenvironment.
Theexperimentalshowsthatusingtheoil-containingsiltafterpretreatmentassiliconmaterialsandthelime,cementasmixingCalciummaterialsforpreparedtheautoclavedaeratedconcreteblock,andtheintheconditionof1~1.5MPathermostandardandthemiddlestrengthfortheA5.0.
Keywords:
oil-containingsilt;siliconmaterials;Calciummaterials;theautoeratedconcreteblock
摘要III
Abstract错误！
未定义书签。
目录V
第一章绪论1
1.1油泥砂简介1
1.1.1油泥砂的产生及危害1
1.1.2油泥砂的处理现状2
1.2加气混凝土概述4
1.2.1加气混凝土的定义和分类4
1.2.2加气混凝土性能特点4
1.2.2国内外研究现状及发展趋势6
1.3本试验研究的目的意义和研究内容7
1.3.1研究目的意义7
1.3.2研究内容8
1.3.3技术路线8
第二章实验材料、仪器及工艺10
2.1主要实验材料10
2.1.1油泥砂10
2.1.2生石灰12
2.1.3水泥13
2.1.4发气材料13
2.1.5石膏14
2.1.6水14
2.2实验仪器与设备15
2.3工艺流程15
第三章油泥砂加气混凝土砌块的制备及性能17
3.1工艺参数的设计17
3.1.1配合比的选择17
3.1.2蒸压制度19
3.1.3油泥砂的磨细度错误！
未定义书签。
3.2参数的优化21
3.2.1水料比对制品的影响21
3.2.2水泥用量对制品的影响22
3.2.3石灰与石膏掺量对制品的影响23
3.2.4铝粉添加量对制品容重的影响24
3.3油泥砂加气混凝土砌块的性能测试27
3.4.1砌块抗压强度的测试27
3.4.2砌块干表观密度的测试27
3.4.3砌块吸水率的测试错误！
未定义书签。
3.4.4砌块干燥收缩率的测试错误！
未定义书签。
3.4.5砌块干湿循环测试错误！
未定义书签。
3.4.5砌块导热系数的测试27
3.4.6砌块的抗冻性测试28
3.4本章小结28
第四章实验结果与讨论29
4.1油泥砂加气混凝土砌块强度机理分析29
4.1.1砌块的XRD分析29
4.1.2产物的形貌结构分析29
4.1.3强度机理分析30
4.2油泥砂加气混凝土砌块浸出液分析30
4.3油泥砂加气混凝土砌块性能研究31
4.3.1砌块表观密度与抗压强度的关系31
4.3.2蒸压养护时间与抗压强度的关系32
4.3.3抗压强度与孔隙率的关系33
4.3.4导热系数35
4.3.5干燥收缩35
4.3.6干湿循环实验36
4.3.7抗冻性能36
4.4经济成本分析38
第五章结论41
参考文献错误！
未定义书签。
第一章绪论
1.1油泥砂简介
1.1.1油泥砂的产生及危害
油泥砂是普遍存在于各大油田的废弃物，主要是被石油及一些有机物污染了的泥、砂、水积淀后构成的污染物[1]。
油泥砂主要产生途径有以下几种：
①施工作业中存在落地油、泥浆和油水；②在采油后阶段产出物中含有大量的泥砂和水；③在原油运输过程中泄漏污染周围的泥土；④储油罐底积累的一些含油泥砂。
油泥砂的组分十分复杂，其中有水包油、油包水和固体悬浮物等多种状态[2]，且性质体系十分稳定，含有大量的老化油、沥青质、胶质、蜡质、腐化产物、细菌生物和生产中投放的絮凝剂、缓蚀剂等水处理药剂[3]以及设备及管道腐蚀产物和垢污。
油泥砂具有含油量高、黏度高、颗粒细等特点，从而增加了油泥砂处理的难度和成本[4]。
对油泥砂中的油进行分析发现，其主要组分为烃类物质，而胶质和沥青质较少[5]。
油泥砂中所含的烃类物质具有较高的生物毒性，被列入《国家危险废物名录》中的危险废物（HW08）[6]~[7]。
油泥砂中的颗粒都带负电荷，这使得油泥砂中的颗粒之间因相互产生斥力而难以聚成大颗粒，继而难以沉降，这也导致了油泥砂含水率高，固体含量低，悬浮微粒较多，体积庞大而难以处理。
油泥砂对生态环境也有产生严重的影响[8]，它浪费了大片的土地，并使当地的生态环境遭到损害。
油泥砂中的芳香烃类物质具有挥发性，可以进入大气，造成大气污染，在气温较高时，会散发出有特殊气味的化合物，对人类的身体健康造成影响；此外，油泥砂的污染会向地底渗透，污染土壤和地下水资源，对生态环境造成极大的影响；油泥砂中的油类物质和微量有害重金属会经过各种途径进入海洋，危害海洋生物。
同时，油泥砂含油量较高，不加处理直接排放将浪费大量的石油资源。
因此，能否科学有效地处理油泥砂问题已经成为影响石油行业可持续发展的关键因素[9]~[10]。
1.1.2油泥砂的处理现状
因油泥砂来源的不同，其组成和性质也有所不同。
如新鲜和老化的油泥砂的物理化学性能都有不同，来源地不同的油泥砂性质差别更大。
这些性质的不同更增加了处理的难度。
目前，国内外用于处理油泥砂的方法主要有：
⑴堆存法
堆存法是指在选择合适的堆放场将油泥砂集中堆放的方法。
这种方法不符合环保的要求，只能是一种临时的堆放。
堆放场地底部需要防漏，并设置排水系统，通常为半地下式。
⑵固化法[11]
通过物理化学的途径将油泥砂与其他物质混合固化或者包裹在惰性材料中，使之便于利用和运输的方法就是固化法。
油泥砂的固化处理是一种无害化处理的过程，目前国内对油泥砂的固化处理还属于初步阶段。
⑶掩埋法[12]
掩埋法是一种将油泥砂直接或经过加工处理后（比如进行油水分离后的油泥砂）埋入掩埋场的方法。
⑷回注法[13]
回注法是指将粒度很小的油泥砂回注到渗透性较好的地层的方法。
此方法只适用于特殊区域。
⑸分离法[14]
分离法是指通过物理、化学或生物法实现油泥砂的固液分离、油水分离以及油的回收和废渣的处理。
⑹生物法[15]
目前油泥砂生物处理技术包括土地处理、生物堆肥、生物降解、污泥生物发音器处理等。
该方法还停留在研究阶段。
⑺焚烧法[16]
焚烧法是指将油泥砂与其他原料混合制成燃料进行焚烧处理，我国多数采油厂都采用焚烧处理方法来处置油泥砂，并取得了良好的效果。
油泥砂焚烧前经过浓缩干燥的处理，然后制成燃料燃烧。
另外，目前有的采油厂只是将油泥砂离心浓缩脱水后外运抛弃，这不但使得污水中含油率高，浓缩后的泥砂中的油类污染也严重超标，污染环境。
以上油泥砂处理方法的优缺点对比[17]见表1-1。
表1-1油泥砂主要处理方法对比
Tab.1-1Thecomparationofoil-containingsiltProcessingmethod
序号
处理方法
适用范围
优点
缺点
1
简易处理
各类油泥砂
简单易行
环境污染，不能回收原油
2
物理化学处理
含油量在5~10%以上的油泥砂
回收原油，综合利用
需要处理装置、化学药剂、
，处理成本高
3
生物处理
各类油泥砂
节约能源，无需化学药剂
处理周期长，不能回收原油
4
焚烧处理
含油量在5~10%以下的油泥
有机有害物处理彻底
需焚烧装置、助燃燃料，
不能回收原油，
5
作燃料、制砖
各类油泥砂
可综合利用
不能回收原油，工艺不成熟
6
固化处理
各类油泥砂
无害化处理效果好
处理成本高，不能资源化利用
尽管对油泥砂的处理已有的技术、方法很多，对于油泥砂的处理，目前大多存在如下问题：
⑴能耗高，处理费用昂贵；
⑵工艺复杂，操作条件苛刻，适用范围小，局限性大；
⑶资源回收率低。
作为含油泥砂，含油量有的非常高，所以对油泥砂中的油进行回收利用、使油泥砂资源利用化是十分有必要的，但从现阶段的技术和实际生产中并没有合适的、高回收率的处理方法；
⑷油泥砂的处理不彻底，易造成二次污染。
油泥砂中油分离不彻底，虽然可以使油泥砂中含油量有明显的下降，但是并没有达到油泥砂分离的最终目的，分离后的油泥砂仍会对环境产生影响[18]；在油泥砂中油、水、砂分离时使用的化学药剂也可能处理不当而对环境造成影响和危害。
如上所述，目前油泥砂的处理技术种类十分多，并且每种方法都有各自局限性和适用范围，所以暂时没有一种油泥砂的处理方法能够经济有效并真正资源化利用油泥砂[19]。
往往所谓处理主要局限于对油泥砂原油回收，或者是无害化处理，这与完全实现油泥砂资源化利用还存在很大差距[20]。
随着现有的法律法规的逐渐严格和完善，油田产生的油泥砂处理问题必将引起重视，最终油泥砂的资源综合利用处理技术将成为油泥砂处理发展的必然趋势。
1.2加气混凝土概述
1.2.1加气混凝土的定义和分类
加气混凝土是一种轻质混凝土，是在胶凝材料搅拌过程中加入化学发气材料，达到降低坯体容重的目的，从而形成一种轻质多孔结构的硅酸盐制品。
加气混凝土产品可分为非承重砌块、承重砌块、保温块等[21]。
其中，体积密度为500kgm3和600kgm3的非承重砌块的生产和使用最为广泛，其主要用于隔墙中的填充；承重砌块可用于建筑的承重，体积密度为700kgm3和800kgm3；保温块的体积密度较小，一般为300kgm3和400kgm3。
蒸压加气混凝土砌块是以硅质和钙质为基础，根据其类别、品质、设备的不同而采用不同的生产工艺。
但是在一般情况下，其主要生产工艺环节是：
备料、配料、搅拌、浇注、静停、切割、蒸养等。
作为性能优越的新型建筑材料，加气混凝土砌块是墙体材料中唯一一种只需单一材料即可达到节能65%要求的材料[22]，其孔隙率大、轻质多孔、气孔均匀、表面平整，材料内毛细孔为封闭和半封闭状态。
1.2.2加气混凝土性能特点
加气混凝土作为一种我国已使用并大力发展的环保型建筑材料，与普通的材料相比具有一些不同的特性：
⑴质轻加气混凝土的容重在400～700kgm3之间，其质量密度远小于普通混凝土和粘土砖。
与实心粘土砖相比，可降低建筑综合造价的3%～5%[23]，所以使用加气混凝土作为墙体材料可以大大的减少建筑的自重，从而减小建筑承重部分的规格，节约成本。
同时，加气混凝土不管是板材还是砌块，规格型号都比普通混凝土和粘土砖大，且质量比较小，所以进行墙体施工时，施工速度明显较快。
⑵保温隔热加气混凝土中含有大量的气泡和微孔，由于存在大量的空隙，导热系数一般为0.1～0.2（Wm·K），加气混凝土的保温隔热性能远大于普通混凝土和粘土砖，是一种保温性能非常好的建筑材料[24]。
⑶耐火用于制备加气混凝土的原料是不可燃的无机材料，加气混凝土在高温下会出现形变和缝隙，但是在700℃以下条件下不会损失砖体的强度，采用合适的厚度，就可以达到建筑物的防火等级要求，并且在高温和明火的情况下不会产生有害气体，是一种安全使用的防火材料，其防火性能达到一级国家防火标准[25]。
建筑火灾后，把加气混凝土的表面损伤清除后仍能修复使用[26]。
⑷抗震加气混凝土的抗震性优越是由于加气混凝土房屋自重低于普通房屋，可以降低了地震发生时建筑物形成的水平推力。
在同样地震强度下，自重越小的房屋，水平地震作用标准值也越小。
在唐山大地震时，普通砖房倒塌了而使用了加气混凝土的房屋只新出现了几条裂缝，就说明了这一点。
⑸吸音隔声加气混凝土砌块是一种具有多孔结构的混凝土结构，在声波进入砖体时，与砖孔内的空气和砖体孔壁剧烈的摩擦，从而很大程度的损耗声音传递的能量，起到降低噪音的作用[27]。
吸音系数为0.2~0.3，完全可以满足隔声要求。
⑹可加工性好加气混凝土砌块可以进行锯、刨、钻、钉，而且加气混凝土块大、质轻，一块加气混凝土砌块可相当于10~20块普通粘土砖，所以可以在现场根据需要进行再加工，降低施工劳动成本和强度，提高工作效率，缩短施工周期。
⑺原料来源广、生产效率高加气混凝土可使用的原料来源非常多，例如河砂、粉煤灰、尾矿等及生石灰、水泥都能根据实际情况来使用。
同时，加气混凝土的利用率教高，一立方米的材料料能够生产五立方米的制品，并大量的使用粉煤灰、尾矿等工业废弃物，符合我国发展循环经济的战略要求。
加气混凝土砌块在具有许多优点的同时，在应用过程中也存在一些缺陷：
⑴加气混凝土应用时，存在开裂现象[28]。
因为砌块的自身材性，块大、吸水性好、干缩明显、强度低以及施工和使用管理不合理等因素的影响，墙体易出现各种裂缝，同时粉刷层较易起壳和龟裂。
这不仅仅影响建筑的外观，缩短建筑物的使用寿命，并会一直制约着加气混凝土的广泛应用。
因此，在大的发展形势下，防治加气混凝土墙体裂缝就成了当下亟需解决的问题。
⑵砌块的耐腐蚀性较差，在酸雨严重的地区不适用。
⑶耐候性较差。
在气候极端的地区，加气混凝土砌块做最外层往往抵抗不了风霜雨雪的侵蚀。
1.2.2国内外研究现状及发展趋势
国外的加气混凝土的研究和应用较早。
古罗马人就开始将多孔材料用于寺庙墙壁和圆顶的建造，从而减轻建筑物的自重。
在欧洲，瑞典和德国是最先广泛应用加气混凝土制品的国家，主要是使用在低楼层的住房、公寓和一些公共设施的建设中，并在应用中具有较完善的规程和标准。
在德国，加气混凝土因为可满足建筑力学和建筑物理要求的双重性能[29]，而被称为“两性建筑材料”。
国外在材料本身性能试验和理论分析做了比较多的探索，技术己趋于成熟，但是对加气混凝土砌块的其他重要力学性能的探究还比较少有[30]。
目前有40多个国家在生产加气混凝土，遍及寒温带和热带，生产技术最先进的是德国、波兰、俄罗斯、瑞典、日本等国。
燃煤电厂少的国家多以磨细砂作为硅质材料，而燃煤电厂多的则一般以粉煤灰为主。
在这些发达国家中，加气混凝土砌块在墙体制品中占有较大比例，约为15~40%，无论在原材料的选取、配合比的设计、坯体的养护和切割，还是对制品性能的研究以及施工工艺、质量控制措施等方面都形成了自己的专利技术，同时有着进一步扩大发展[31]。
加气混凝土砌块以其优良的物理特性，在节能墙体材料中有着普遍的应用。
近几年来，建筑节能在我国已经提到了前所未有的重要位置。
由于国家政策对建筑节能的关注不断加大和新型建筑工业的飞速发展，传统的墙体制品逐渐被新型建筑材料所取代，建筑能耗明显降低。
我国在上个世纪三十年代时，就开始生产和使用加气混凝土制品。
进入二十一世纪国家的墙改政策力度不断加大，相关的建筑节能政策不断出台，蒸压加气混凝土得到更加广泛的利用[32]。
蒸压加气混凝土拥有巨大市场，并且技术在新的机遇下得到了迅速的发展，国产设备也得到了改善，自动化程度有所提高。
加气混凝土在我国发展较快有很多客观上的原因：
①国家及各个地方不断加强了对建筑节能方面的管理；②是国家保护生态、土地资源的政策以及资源综合利用的发展，并且建筑技术的发展也为加气混凝土的应用提供了施工条件；③“十二五”规划加大了墙体改革力度，更进一步推进动了加气混凝土的发展。
当前，我国对蒸压加气混凝土的研究多以粉煤灰和矿渣作作为基本原料为主，对其它硅质材料（如灰砂蒸压加气混凝土）的探究比较少，同样是加气混凝土，灰砂蒸压加气混凝土与使用粉煤灰、矿渣制备的蒸压加气混凝土虽然有很多共通之处，但是因为原料存在差异，其在力学性能和制备工艺上仍有较大差别。
国内尤其是在承重加气混凝土砌块方面的应用少，在这方面的研究也比较匮乏。
加气混凝土是实现了资源最大化、性能最优化和成本综合最佳的新型建筑材料。
厚度为300mm、密度等级为500kgm3的蒸压加气混凝土砌块已经能够满足节能标准中墙体导热系数的要求[33]，并具有轻质、保温隔热、防火和方便良好的可加工性，也可进行材料的粘结。
将其用于建筑内外的墙体，可减轻建筑物的自重、加快施工速度并减少综合造价。
目前，国内的加气混凝土加工厂实际加气混凝土产量占市场上的墙体制品的总量不到百分之一，占新型墙体材料也仅2.2%。
所以作为节能、节地和利废的蒸压加气混凝土是工程建设不可或缺的，有着关阔的发展前景和市场空间。
1.3本试验研究的目的意义和研究内容
1.3.1研究目的意义
本课题来源于导师与东营胜利油田金岛农工贸公司的委托课题。
目前国内各油田在生产和运输过程中都有伴随产生大量的油泥砂，据有关统计显示，仅东营胜利油田每年的油泥砂产量就在十一万吨左右，油泥沙的排放已经成为危害当地环境质量的重要因素。
如果不对油泥砂加以处理而直接排放于当地，这不但会给企业带来严重的经济负担，还会对周围土地、水质和空气都会造成严
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