一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法，属于混凝土配制技术领域以及固体废弃物建筑材料资源化利用领域。本发明专利技术将油页岩渣以粗骨料的形式来制备混凝土，包括以下步骤：(1)测定各类原材料的表观密度；(2)计算水胶比，确定单位用水量和初始砂率、油页岩渣体积取代率；(3)计算胶凝材料单位用量以及水泥和硅粉的用量，确定减水剂和钢纤维的掺量；(4)根据钢纤维的体积率，调整砂率；(5)计算砂、石、油页岩渣、预湿用水的单位用量。本发明专利技术针对性强、可操作性好、能实现油页岩渣建筑资源化利用、具有明显的社会和经济效益。

A design method of mix proportion of oil shale slag concrete

【技术实现步骤摘要】
一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法
本专利技术属于混凝土配制
以及固体废弃物建筑材料资源化利用领域，具体涉及一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法。
技术介绍
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。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。将油页岩渣作为骨料制备成油页岩渣绿色混凝土，用作墙体材料、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。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，取得了一定成果，但油页岩渣的库存量依旧庞大、危害仍然存在。混凝土是大量应用的建筑材料，在混凝土中掺入其他组分材料，可得到不同类型的混凝土。RaadoLM、HainT等(RAADOLM,HAINT,KUUSIKER,etal.CompositionandPropertiesofOilShaleAshConcrete[J].OilShale,2014,31(2):147-160.)将油页岩渣磨细后，以粉状掺合料制备了混凝土，但该混凝土28d抗压强度普遍小于5MPa。基于此，本专利技术将油页岩渣以粗骨料的形式制备混凝土，提出一种配合比设计方法，以提高油页岩渣混凝土强度、实现油页岩渣建筑材料资源化利用，同时减少了二次能耗。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法，其将油页岩渣作为粗骨料。油页岩渣作为粗骨料，相比作为细骨料，在制备混凝土时其消耗量更大，便于其资源化利用。作为所述设计方法优选的实施方式，所述设计方法包括如下步骤：(1)确定油页岩渣混凝土的原料种类，所述油页岩渣混凝土的原料由胶凝材料、集料、减水剂和水组成，所述胶凝材料由水泥组成或者由水泥和硅粉组成，所述集料由砂和油页岩渣组成或者由石、钢纤维中的至少一种、砂以及油页岩渣组成，所述水为净用水或由净用水和预湿用水组成；(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度；(3)计算水胶比；根据JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定确定单位体积油页岩渣混凝土的净用水量和初始砂率，并由水胶比和单位体积油页岩渣混凝土的净用水量计算单位体积油页岩渣混凝土的胶凝材料用量；(4)计算单位体积油页岩渣混凝土的减水剂用量，确定油页岩渣体积取代率；当所述胶凝材料含硅粉时，还需计算单位体积油页岩渣混凝土中的水泥用量和硅粉用量；(5)当所述集料不含钢纤维时，最终砂率即为所述初始砂率；当所述集料含钢纤维时，确定钢纤维的体积率和单位体积油页岩渣混凝土的钢纤维用量，并根据钢纤维的体积率调整砂率为最终砂率；(6)当所述水不包含预湿用水时，忽略减水剂的体积，采用绝对体积法分别计算单位体积油页岩渣混凝土中的砂用量和油页岩渣用量；当所述水包含预湿用水时，忽略减水剂和预湿用水的体积，采用绝对体积法分别计算单位体积油页岩渣混凝土中的砂用量和油页岩渣用量，并计算预湿用水量，预湿用水量不超过油页岩渣的饱和需水量(即饱和吸水量)；当所述集料含石时，还需采用相应的绝对体积法计算单位体积油页岩渣混凝土的石用量。将油页岩渣以粗骨料的形式部分取代石或全部取代石；油页岩渣体积取代率为油页岩渣体积与油页岩渣和石的总体积的百分比，可在0～100％范围内取值。作为所述设计方法优选的实施方式，所述步骤(3)中，水胶比按以下公式确定：式中，W/B为水胶比；αa、αb均为回归系数；fb为胶凝材料28d胶砂抗压强度，单位MPa；fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值，取混凝土的设计强度等级值，单位MPa；σ为混凝土强度标准差，单位MPa；αa、αb、fb、fcu,k以及σ均按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的规定取值。这里考虑了油页岩渣强度低的特性，按提高三个强度等级(即15MPa)来计算水胶比。作为所述设计方法优选的实施方式，所述步骤(4)中，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的规定计算减水剂用量。作为所述设计方法优选的实施方式，所述步骤(5)中，当所述集料含钢纤维时，最终砂率按以下公式确定：式中，Sp为最终砂率，单位％；Sp0为初始砂率，单位％；Vf为钢纤维体积率，单位％。作为所述设计方法优选的实施方式，所述步骤(6)中，单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积按公式(1)计算：式中，Vs为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积，单位为m3；mw、mc、msf分别为单位体积油页岩渣混凝土中净用水、水泥、硅粉的用量，单位均为kg；ρw、ρc、ρsf分别为净用水、水泥、硅粉的表观密度，单位均为kg/m3；Vf为钢纤维体积率，单位％；Sp为最终砂率，单位％；单位体积油页岩渣混凝土中的砂用量按公式(2)计算：ms＝ρs×Vs(2)；式中，ms为单位体积油页岩渣混凝土的砂用量，单位为kg；ρs为中砂的表观密度，单位为kg/m3；单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量按公式(3)计算：式中，mr为单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量，单位为kg；ρr为油页岩渣的表观密度，单位kg/m3；Vr为油页岩渣体积取代率，单位％；当所述集料含石时，单位体积油页岩渣混凝土的石用量按公式(4)计算：式中，mg为单位体积油页岩渣混凝土的石用量，单位为kg；ρg为石的表观密度，单位为kg/m3；当所述胶凝材料不含硅粉时，公式(1)、公式(3)以及公式(4)中的为0；当所述集料不含钢纤维时，公式(1)、公式(2)以及公式(4)中的Vf为0。作为所述设计方法优选的实施方式，所述钢纤维的体积率为0～2％。作为所述设计方法优选的实施方式，所述砂为中砂，所述石为碎石。作为所述设计方法优选的实施方式，所述油页岩渣混凝土通过将砂和油页岩渣，或者砂、油页岩渣和石混合均匀后，加入预湿用水进行预湿处理，得到预湿均匀的物料，再将所述预湿均匀的物料与剩余原料拌和而制成，其中所述剩余原料由胶凝材料、净用水以及减水剂，或者胶凝材料、净用水、减水剂以及钢纤维组成；当所述剩余原料不包含钢纤维时，所述预湿均匀的物料按先后顺序与胶凝材料、净用水、减水剂进行拌和，当所述剩余原料包含钢纤维时，所述预湿均匀的物料按先后顺序与胶凝材料、净用水、减水剂、钢纤维进行拌和；单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量均按以下公式确定：m′w＝mr×wx×η式中，m’w为单位体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述设计方法将油页岩渣作为粗骨料。/n

【技术特征摘要】
1.一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述设计方法将油页岩渣作为粗骨料。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：
(1)确定油页岩渣混凝土的原料种类，所述油页岩渣混凝土的原料由胶凝材料、集料、减水剂和水组成，所述胶凝材料由水泥组成或者由水泥和硅粉组成，所述集料由砂和油页岩渣组成或者由石、钢纤维中的至少一种、砂以及油页岩渣组成，所述水为净用水或由净用水和预湿用水组成；
(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度；
(3)计算水胶比；根据JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定确定单位体积油页岩渣混凝土的净用水量和初始砂率，并由水胶比和单位体积油页岩渣混凝土的净用水量计算单位体积油页岩渣混凝土的胶凝材料用量；
(4)计算单位体积油页岩渣混凝土的减水剂用量，确定油页岩渣体积取代率；当所述胶凝材料含硅粉时，还需计算单位体积油页岩渣混凝土中的水泥用量和硅粉用量；
(5)当所述集料不含钢纤维时，最终砂率即为所述初始砂率；当所述集料含钢纤维时，确定钢纤维的体积率和单位体积油页岩渣混凝土的钢纤维用量，并根据钢纤维的体积率调整砂率为最终砂率；
(6)当所述水不包含预湿用水时，忽略减水剂的体积，采用绝对体积法分别计算单位体积油页岩渣混凝土中的砂用量和油页岩渣用量；当所述水包含预湿用水时，忽略减水剂和预湿用水的体积，采用绝对体积法分别计算单位体积油页岩渣混凝土中的砂用量和油页岩渣用量，并计算预湿用水量，预湿用水量不超过油页岩渣的饱和需水量；当所述集料含石时，还需采用相应的绝对体积法计算单位体积油页岩渣混凝土的石用量。


3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，水胶比按以下公式确定：



式中，W/B为水胶比；αa、αb均为回归系数；fb为胶凝材料28d胶砂抗压强度，单位MPa；fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值，取混凝土的设计强度等级值，单位MPa；σ为混凝土强度标准差，单位MPa；αa、αb、fb、fcu,k以及σ均按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的规定取值。


4.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的规定计算减水剂用量。


5.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，当所述集料含钢纤维时，最终砂率按以下公式确定：



式中，Sp为最终砂率，单位％；Sp0为初始砂率，单位％；Vf为钢纤维体积率，单位％。


6.根据权利要求2所述的设计方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦楚杰，权长青，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44