近年来随着工业的迅速发展,能源供需矛盾日益突出。油页岩作为21世纪重要的非传统油气资源,越来越受到国家的重视。油页岩干馏炼油后会产生大量的油页岩半焦副产品,目前油页岩半焦多以“堆放”为主,不仅占用了大量的土地,且对环境了造成了极大的伤害,已经成为了制约油页岩工业发展的关键因素。窑街煤电集团油页岩炼油厂每年会产生60～100万吨油页岩半焦,主要用途为燃料销售,附加值低且用量有限。混凝土建设需要消耗大量的原材料,如果能将油页岩半焦以合理的方式应用于混凝土工程中,不仅可以缓解混凝土原材料紧张的压力,创造良好的经济和社会效益,而且可以消耗油页岩半焦,减少对生态环境的影响,具有较为广阔的应用前景。本文以窑街油页岩半焦为研究对象,从半焦单质材料入手,研究了热活化对油页岩半焦物化特性的影响。采用半焦取代部分水泥,分析了油页岩半焦对水泥和水泥胶砂性能的影响。在此基础上,进一步研究了油页岩半焦对混凝土力学性能和耐久性能的影响规律,明确了油页岩半焦作混凝土矿物掺合料的热活化煅烧温度和适宜掺量,揭示了半焦对混凝土性能影响的微观机理。主要研究内容和结论如下:首先本文选取了四种不同热活化煅烧温度的窑街油页岩半焦,通过X射线衍射和X射线荧光光谱对半焦矿物组成和不同煅烧温度半焦的化学组分进行分析,利用傅里叶变换红外光谱仪分析不同煅烧温度半焦的官能团演变;然后,参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017规范,对四种煅烧温度下油页岩半焦的外观、密度、含水率和烧失量进行测试;最后,通过扫描电镜（SEM）和BSD-PS型比表面积及孔径仪研究不同煅烧温度油页岩半焦的微观形貌和孔隙特征,并构建Frenkel-Halsey-Hill（FHH）模型计算分形维数,定量评价半焦孔隙的粗糙程度。研究表明:油页岩半焦主要由石英、伊利石、高岭石、赤铁矿等矿物组成,化学成分主要为Si O2和Al2O3,热活化对油页岩半焦的化学组分影响不大;红外光谱在波数3620cm-1和3693cm-1处各有一个较尖锐的硅酸盐类游离的羟基伸缩振动吸收峰,在911.37cm-1处为C-H挥发分的官能团振动吸收峰,529.88cm-1处为高岭石和伊利石等黏土矿物的吸收带相互重叠形成的吸收峰。随着煅烧温度的升高,这几个吸收峰强度逐渐减弱,煅烧温度500℃时,高岭石已经完全转变为偏高岭石,挥发分和固定碳排放基本结束;不同煅烧温度的油页岩半焦含水率较小,烧失量和密度变化曲线趋势均在500℃出现平缓。油页岩半焦呈层片状,疏松多孔,表面粗糙,孔隙结构复杂,热活化使半焦微小孔隙连通,中大孔数量逐渐增加;在实验研究温度范围内,半焦分形维数先升高后降低,经400℃煅烧的半焦孔容粗糙度达到最大。为探究热活化油页岩半焦对水泥和水泥胶砂性能的影响,首先通过水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间试验,分析了半焦煅烧温度和掺量对水泥性能的影响,然后通过胶砂流动度、胶砂力学强度和胶砂脆性系数试验结果,明确了半焦煅烧温度和掺量对水泥胶砂性能的影响。研究表明:掺入半焦会增加水泥标准稠度需水量,降低胶砂流动度,半焦替换量和水泥标准稠度需水量之间存在较强的线性关系;随着半焦煅烧温度的升高,水泥胶砂抗折和抗压强度先增大后减小,在500℃时力学性能达到最佳;随着半焦替换量的增加,水泥胶砂的抗折和抗压强度都逐渐降低。半焦替换量为15%时,500℃煅烧的半焦水泥胶砂56d力学性能与P·Ⅰ42.5基准水泥胶砂接近。为探究油页岩半焦作为混凝土矿物掺和料的可行性,提出适用于普通混凝土的半焦最佳热活化煅烧温度和适宜掺量,分析了混凝土不同龄期的抗压强度和抗折强度。在此基础上研究了半焦对混凝土耐久性能的影响,并采用核磁共振分析了混凝土内部的孔隙特征和孔径分布。研究表明:混凝土早期抗压强度和抗折强度随半焦掺量的增加而明显下降,适宜的半焦掺量对混凝土后期抗压强度和抗折强度具有提升作用;在实验研究掺量范围内,半焦掺量从5%增加到15%,混凝土28d和56d抗折强度和抗压强度逐渐增长,半焦掺量超过15%之后开始下降;半焦掺量相同时,随着煅烧温度的升高,混凝土在7d、28d、56d的抗压强度和抗折强度均呈现先升高后降低的趋势,500℃时出现拐点;油页岩半焦降低了混凝土耐久性能,随着半焦掺量的增加,混凝土抗冻、抗碳化、抗氯离子渗透性能逐渐下降。半焦掺量相同时,煅烧温度对混凝土耐久性影响较小,总体来说,500℃活化半焦混凝土耐久性能较好;半焦混凝土内部主要以小孔径的孔隙为主,中大孔径的孔隙数量较少。随着半焦掺量的增加,混凝土的孔隙度先减小后增大,掺量为15%时,混凝土孔隙度最小。半焦掺量的增加使混凝内部中、大孔孔径的孔隙数量持续增加。