CN111320435B - 一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法

技术领域

本发明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，具体涉及一种油页岩渣混凝土配合比的设计方法。

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。

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。Raado L M、Hain T等(RAADO L M,HAIN T,KUUSIKE 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，本发明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。

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配合比的设计方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：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；α_a、α_b均为回归系数；f_b为胶凝材料28d胶砂抗压强度，单位MPa；f_cu,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；α_a、α_b、f_b、f_cu,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，S_p为最终砂率，单位％；S_p0为初始砂率，单位％；V_f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，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积，单位为m³；m_w、m_c、m_sf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；ρ_w、ρ_c、ρ_sf分别为净用水、水泥、硅粉的表观密度，单位均为kg/m³；V_f为钢纤维体积率，单位％；S_p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：

m_s＝ρ_s×V_s (2)；

式中，m_s为单位体积油页岩渣混凝土的砂用量，单位为kg；ρ_s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，m_r为单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量，单位为kg；ρ_r为油页岩渣的表观密度，单位kg/m³；V_r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，m_g为单位体积油页岩渣混凝土的石用量，单位为kg；ρ_g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V_f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＝m_r×w_x×η

式中，m’_w为单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量，单位为kg；m_r为单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量，单位为kg；w_x为油页岩渣饱和吸水率，单位％；η为预湿程度，取值40-100％。

作为所述设计方法优选的实施方式，所述油页岩渣混凝土由P.O 42.5R水泥、硅粉、油页岩渣、碎石、河砂、钢纤维、减水剂、预湿用水以及净用水制备而成。

作为所述设计方法优选的实施方式，每立方米油页岩渣混凝土中各原料含量如下，单位为kg：

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)油页岩渣用作骨料的品质较差，本发明通过掺入超细硅粉改善其内部微观结构，从而提升其宏观性能；本发明基于集料的连续级配和各类材料单位用量的精确计算，设计的油页岩渣混凝土满足特定结构的强度要求；

(2)本发明将油页岩渣作为粗骨料，在获得较高抗压强度的混凝土的同时，还能增加了油页岩渣的使用量，实现了油页岩渣建筑材料的资源化利用；

(3)本发明对油页岩渣混凝土的设计步骤明确，方法简单并且具体，易于掌握，能为实际工程采用。

附图说明

图1为本发明油页岩渣混凝土配合比的设计方法的一种实施方式的流程图。

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。各实施例采用的油页岩渣为茂名油母页岩干馏后的残渣，堆积密度740kg/m³，饱和吸水率22.5％，压碎指标37.2％，饱和吸水率和压碎指标均高于标准《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685-2011)中III类碎石的上限，因此选用42.5标号及以上的水泥并掺入超细掺合料作为胶凝材料。

实施例1

本实施例为本发明油页岩渣混凝土配合比的设计方法的一种实施例，该设计方法包括如下步骤：

(1)确定油页岩渣混凝土的原料为P.O 42.5R水泥、硅粉、萘系高效减水剂、最大粒径小于2.5mm的中砂、5～20mm连续级配的碎石、5～16mm连续级配的油页岩渣、净用水以及预湿用水，本实施例粗骨料为油页岩渣和碎石；

(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度：P.O 42.5R水泥ρ_c为3000kg/m³，硅粉ρ_sf为2200kg/m³，中砂ρ_s为2600kg/m³，碎石ρ_g为2500kg/m³，油页岩渣ρ_r为1550kg/m³；

(3)计算水胶比W/B：

式中，α_a、α_b、f_b、f_cu,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，其中α_a＝0.53，α_b＝0.2，f_b＝1.16×42.5＝49.3MPa，f_cu,k＝30MPa，σ＝5MPa；

根据JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定确定每立方米油页岩渣混凝土的净用水量m_w为175kg，初始砂率S_p0取40％；由W/B和m_w计算每立方米油页岩渣混凝土的胶凝材料用量m_j为425kg；

(4)取减水剂用量为胶凝材料用量的3％，计算每立方米油页岩渣混凝土的减水剂用量m_a，具体为：m_a＝m_j×3％＝12.75kg；取硅粉用量为胶凝材料用量的8％，计算每立方米油页岩渣混凝土中的水泥用量m_c和硅粉用量m_sf，具体如下：m_sf＝m_j×8％＝34kg，m_c＝m_j－m_sf＝391kg；取油页岩渣体积取代率V_r为23％；

(5)集料不含钢纤维，不需调整砂率，最终砂率S_p即为所述初始砂率S_p0；

(6)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中砂用量m_s、油页岩渣用量m_r和碎石用量m_g，具体如下：

式中，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积；

m_s＝ρ_s×V_s＝701kg；

计算单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量m’_w，具体如下：

m′_w＝m_r×w_x×η＝18.39kg；

式中，w_x为油页岩渣饱和吸水率；η为预湿程度，即油页岩渣预湿用水占油页岩渣饱和需水量的百分比，经试验确定其取40％。

实施例2

本实施例为本发明油页岩渣混凝土配合比的设计方法的一种实施例，该设计方法包括如下步骤：

(1)确定油页岩渣混凝土的原料为P.O 42.5R水泥、硅粉、萘系高效减水剂、最大粒径小于2.5mm的中砂、5～20mm连续级配的碎石、5～16mm连续级配的油页岩渣、端钩型钢纤维、净用水以及预湿用水，本实施例粗骨料为油页岩渣和碎石；

(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度：P.O 42.5R水泥ρ_c为3000kg/m³，硅粉ρ_sf为2200kg/m³，中砂ρ_s为2600kg/m³，碎石ρ_g为2500kg/m³，油页岩渣ρ_r为1550kg/m³，钢纤维ρ为7800kg/m³；

(3)计算水胶比W/B：

式中，α_a、α_b、f_b、f_cu,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，其中α_a＝0.53，α_b＝0.2，f_b＝1.16×42.5＝49.3MPa，f_cu,k＝30MPa，σ＝5MPa；

根据JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定确定每立方米油页岩渣混凝土的净用水量m_w为175kg，初始砂率S_p0取40％；由W/B和m_w计算每立方米油页岩渣混凝土的胶凝材料用量m_j为425kg；

(4)取减水剂用量为胶凝材料用量的3％，计算每立方米油页岩渣混凝土的减水剂用量m_a，具体为：m_a＝m_j×3％＝12.75kg；取硅粉用量为胶凝材料用量的8％，计算每立方米油页岩渣混凝土中的水泥用量m_c和硅粉用量m_sf，具体如下：m_sf＝m_j×8％＝34kg，m_c＝m_j－m_sf＝391kg；取油页岩渣体积取代率V_r为23％；

(5)取钢纤维的体积率V_f为0.5％，即每立方米油页岩渣混凝土的钢纤维用量为7800kg/m³×0.5％×1m³＝39kg；调整砂率，最终砂率计算如下：

(6)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中砂用量m_s、油页岩渣用量m_r和碎石用量m_g，具体如下：

式中，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积；

m_s＝ρ_s×V_s＝710kg；

计算单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量m’_w，具体如下：

m′_w＝m_r×w_x×η＝18.01kg；

式中，w_x为油页岩渣饱和吸水率；η为预湿程度，即油页岩渣预湿用水占油页岩渣饱和需水量的百分比，经试验确定其取40％。

实施例3

本实施例为本发明油页岩渣混凝土配合比的设计方法的一种实施例，该设计方法包括如下步骤：

(1)确定油页岩渣混凝土的原料为P.O 42.5R水泥、硅粉、萘系高效减水剂、最大粒径小于2.5mm的中砂、5～16mm连续级配的油页岩渣、端钩型钢纤维、净用水以及预湿用水，本实施例粗骨料全为油页岩渣；

(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度：P.O 42.5R水泥ρ_c为3000kg/m³，硅粉ρ_sf为2200kg/m³，中砂ρ_s为2600kg/m³，油页岩渣ρ_r为1550kg/m³，钢纤维ρ为7800kg/m³；

(3)计算水胶比W/B：

式中，α_a、α_b、f_b、f_cu,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，其中α_a＝0.53，α_b＝0.2，f_b＝1.16×42.5＝49.3MPa，f_cu,k＝30MPa，σ＝5MPa；

根据JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定确定每立方米油页岩渣混凝土的净用水量m_w为175kg，初始砂率S_p0取40％；由W/B和m_w计算每立方米油页岩渣混凝土的胶凝材料用量m_j为425kg；

(4)取减水剂用量为胶凝材料用量的3％，计算每立方米油页岩渣混凝土减水剂用量m_a，具体为：m_a＝m_j×3％＝12.75kg；取硅粉用量为胶凝材料用量的8％，计算每立方米油页岩渣混凝土中的水泥用量m_c和硅粉用量m_sf，具体如下：m_sf＝m_j×8％＝34kg，m_c＝m_j－m_sf＝391kg；取油页岩渣体积取代率V_r为100％；

(5)取钢纤维的体积率V_f为0.5％，即单位体积油页岩渣混凝土的钢纤维用量为39kg/m³；调整砂率，最终砂率计算如下：

(6)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中砂用量m_s和油页岩渣用量m_r，具体如下：

式中，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积；

m_s＝ρ_s×V_s＝710kg；

计算单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量m’_w，具体如下：

m′_w＝m_r×w_x×η＝156.6kg；

式中，w_x为油页岩渣饱和吸水率；η为预湿程度，即油页岩渣预湿用水占油页岩渣饱和需水量的百分比，经试验确定其取80％。

对比例

本对比例涉及一种混凝土配合比的设计方法，该设计方法包括如下步骤：

(1)确定油页岩渣混凝土的原料为P.O 42.5R水泥、硅粉、萘系高效减水剂、最大粒径小于2.5mm的中砂、5～20mm连续级配的碎石以及净用水；

(2)测定除减水剂以外的各原料的表观密度：P.O 42.5R水泥ρ_c为3000kg/m³，硅粉ρ_sf为2200kg/m³，中砂ρ_s为2600kg/m³，碎石ρ_g为2500kg/m³；

(3)计算水胶比W/B：

式中，α_a、α_b、f_b、f_cu,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，其中α_a＝0.53，α_b＝0.2，f_b＝1.16×42.5＝49.3MPa，f_cu,k＝30MPa，σ＝5MPa；

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m_w为175kg/m³，初始砂率S_p0取40％；由W/B和m_w计算单位体积油页岩渣混凝土的胶凝材料用量m_j为425kg/m³；

(4)取减水剂用量为胶凝材料用量的3％，计算每立方米油页岩渣混凝土的减水剂用量m_a，具体为：m_a＝m_j×3％＝12.75kg；取硅粉用量为胶凝材料用量的8％，计算每立方米油页岩渣混凝土中的水泥用量m_c和硅粉用量m_sf，具体如下：m_sf＝m_j×8％＝34kg，m_c＝m_j－m_sf＝391kg；

(5)集料不含钢纤维，不需调整砂率，最终砂率S_p即为所述初始砂率S_p0；

(6)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中砂用量、油页岩渣用量和碎石用量，具体如下：

式中，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积；

m_s＝ρ_s×V_s＝701kg；

实施例1-3和对比例中混凝土各原料的配合比如表1所示，单位均为kg/m³。

表1 实施例1-3和对比例中混凝土各原料的配合比

按实施例1-3和对比例中的配合比，分别制备相同规格且体积为100mm³试块，测定这些试块的28d密度和抗压强度，测试结果如表2所示。

表2 性能测试结果

由表2的测试结果可知，油页岩渣以骨料形式的掺入，确实降低了混凝土的强度，但油页岩渣体积取代率为23％时，仍能达到C30等级，且钢纤维的掺入能明显提高油页岩渣混凝土的强度；另外油页岩渣的掺入减小了密度，对降低结构的自重有利。

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。

Claims (9)

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；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。

2.根据权利要求1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；α_a、α_b均为回归系数；f_b为胶凝材料28d胶砂抗压强度，单位MPa；f_cu,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；α_a、α_b、f_b、f_cu,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。

3.根据权利要求1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。

4.根据权利要求1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，S_p为最终砂率，单位％；S_p0为初始砂率，单位％；V_f为钢纤维体积率，单位％。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，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，V_s为单位体积油页岩渣混凝土中的砂体积，单位为m³；m_w、m_c、m_sf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；ρ_w、ρ_c、ρ_sf分别为净用水、水泥、硅粉的表观密度，单位均为kg/m³；V_f为钢纤维体积率，单位％；S_p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：

m_s＝ρ_s×V_s (2)；

式中，m_s为单位体积油页岩渣混凝土的砂用量，单位为kg；ρ_s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，m_r为单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量，单位为kg；ρ_r为油页岩渣的表观密度，单位kg/m³；V_r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，m_g为单位体积油页岩渣混凝土的石用量，单位为kg；ρ_g为石的表观密度，单位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V_f为0。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述砂为中砂，所述石为碎石。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，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＝m_r×w_x×η

式中m′_w为单位体积油页岩渣混凝土的预湿用水量，单位为kg；m_r为单位体积油页岩渣混凝土的油页岩渣用量，单位为kg；w_x为油页岩渣饱和吸水率，单位％；η为预湿程度，取值40-100％。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述油页岩渣混凝土由P.O 42.5R水泥、硅粉、油页岩渣、碎石、河砂、钢纤维、减水剂、预湿用水以及净用水制备而成。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，每立方米的油页岩渣混凝土中各原料含量如下，单位均为kg：

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