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1、砂石集料在土木工程中，主要以矿质混合料的形式与结合料组配使用。 组配要求：多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到 较高的密实度 和 较大的摩擦力。 可采用的级配类型：有连续级配 和 间断级配 两种。,矿质混合料的组成设计方法,矿质混合料的组成设计方法主要有数解法与图解法两大类。 1.数解法 用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的方法有 试算法和正规方程法。 试算法适用于34种矿料组配，正规方程法可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。,（1）试算法 1）按题意作下列两点假设： 设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例分别为 X、Y、Z，则, 又设混合料M中某一
2、级粒径（i）要求的含量为M（i）， A、B、C三种集料中该粒径的含量分别为： A(i)、 B(i) 、 C(i) 。则：,2）计算步骤 计算A集料在矿质混合料中的用量比例 首先，找出A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i），而忽略B、C集料在此粒径的含量，即B集料和C集料该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于零。 A集料在混合料中的用量：, 校核调整 按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。 重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。 如经计算确不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它原始集料。,2.图解法 （1）基本原理 通常级配曲线图采用半对
3、数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一抛物线。 图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（Pi）为算术坐标，而横坐标的粒径采用(d/D)n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。 如图：,a） b） 图解法级配曲线坐标图,（2）计算步骤 1）绘制级配曲线坐标图 2）确定各种集料用量 两相邻级配曲线重叠，等分； 两相邻级配曲线相接，连分； 两相邻级配曲线相离，平分。,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,Pi (%),di（mm）,98,79,57,45,33,24,17,12,6,16.0,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.
4、15,0.075,碎石,石屑,砂,矿粉,碎石 36%,石屑 31%,砂 25%,矿粉 8%,A,A,B,B,C,C,M,N,R,级配中值线,3）校核 按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否 符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料的用量。 配合比调整原则： 对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算 13组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.30.6mm范围内不出现“鸵峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。 级配曲线向下调整(粗):增加通过率小的用量 级配曲线向上调整(
5、粗):减小通过率小的用量,图8.7 矿质混合料配合比计算图,矿质混合料配合比设计工程实例 试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。 1.原始资料 （1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：,（2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：,2.设计步骤 （1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率Pi，如下图。 （2）连对角线OO作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线OO的交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应的筛孔在横坐标上的位置。 （3）将碎石、石屑、砂和矿粉四种集料的级配曲线绘于下图。 （4）从
6、碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线AA、BB、CC与对角线OO依次相交于M、N、R；过M、N、R分别引水平线，可以确定 碎石:石屑:砂:矿粉 = 36%:31%:25%:8%。,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,Pi (%),di（mm）,98,79,57,45,33,24,17,12,6,16.0,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,碎石,石屑,砂,矿粉,碎石 36%,石屑 31%,砂 25%,矿粉 8%,A,A,B,B,C,C,M,N,R,级配中值线,3.校核
7、 （1）计算得合成级配结果，并绘制合成级配曲线； （2）调整配合比。 配合比调整原则： 对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算 13组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多 的锯齿形交错，且在0.30.6mm范围内不出现“鸵峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。 级配曲线向下调整(粗):增加通过率小的用量 级配曲线向上调整(粗):减小通过率小的用量,从图中可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。然后调整设计另外两组级配.,级配曲线向下调整: 原级配: 碎石:石屑:砂:矿粉 = 36%:31%:25%:8%。
8、增加通过率小的用量: 方案1:碎石:石屑:砂:矿粉 =46%:31%:15%:8% 方案2:碎石:石屑:砂:矿粉 =36%:41%:15%:8% 最终方案:碎石:石屑:砂:矿粉=41%:36%:15%:8%。 按此结果重新计算合成级配，计算结果如表3.4(表中括号部分)并绘图，可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。,（1）计算合成级配结果表 （表3.4）,第8章 沥青混合料,（二）确定沥青混合料的最佳沥青用量,1.初选设计级配 根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。 2.马歇尔试验 1）
9、预估油石比或沥青用量 制备马歇尔试件，首先应根据矿质混合料的合成毛体积相对密度和合成表观密度等物理常数，预估沥青混合料适宜的沥青掺加量。,表8.9 密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,注： 对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。 当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。 对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。,（1）计算矿料混合料的合成毛体积相对密度sb。,式中：Pl、P2、Pn一各种矿料成分的配合比，其和为100； 1、2、N一各种矿料相应的毛体积相对密度，按公路工程集料试验规程JTJ058-2000规定的方法测定，机制砂及石
10、屑也可以用筛出的2.364.75mm部分的毛体积相对密度代替，矿粉（含消石灰、水泥）以表观相对密度代替。,（3）预估沥青混合料适宜的油石比Pa或沥青用量Pb。,式中：Pa预估的最佳油石比，%； Pb预估的最佳沥青用量，%； Pal已建类似工程沥青混合料的标准油石比，% sb集料的合成毛体积相对密度； sb1已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。 作为预估最佳油石比的集料密度，原工程和新工程也可均采用有效相对密度。,（4）确定矿料的有效相对密度 对非改性沥青混合料，宜以预估的最佳油石比拌和两组的混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。然后由下式反算合成矿料的有效相对密度se。,式中： se
11、合成矿料的有效相对密度； Pb 试验采用的沥青用量，%； t试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲； b沥青的相对密度（25/25），无量纲。,2）制备马歇尔试件 以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%0.4%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。 5个不同油石比不一定选整数，例如预估油石比为4.8%，可选3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%等油石比制备试件。需要时，可同时实测出最大相对密度。 3）测定计算
12、物理指标 （1）测定试件的毛体积相对密度和吸水率。 采用表干法测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度f和吸水率Sa，取平均值。,第8章 沥青混合料,2、沥青混合料的物理指标,重力G,拉力F, 浮力 f,G=F+f f=GF,密实的沥青混合料试件的毛体积相对密度,按下式计算，取3位小数。,式中： 试件的毛体积相对密度，无量纲； 干燥试件的空中质量，g； 试件的表干质量，g。,式中： 试件的吸水率，%； 试件的水中质量，g。 对吸水率大于2%的试件，宜改用蜡封法测定的毛体积相对密度。对吸水率小于0.5%的特别致密的沥青混合料，在施工质量检验时，允许采用水中重法测定的表观相对密度作为标准密度，钻孔试
13、件也采用相同方法。但配合比设计时不得采用水中重法。,试件的吸水率是指试件吸水体积占沥青混合料毛体积的百分率，取1位小数。,（2）确定沥青混合料的最大理论相对密度 在成型马歇尔试件的同时，采用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度t。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按下式计算其他不同油石比时的最大理论相对密度t。,式中：t相对于计算油石比Pa或沥青用量Pb时，沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲； Pa所计算的沥青混合料中的油石比，%； Pb所计算的沥青混合料的沥青用量，Pb=Pa/（1+Pa），%； Ps所计算的沥青混合料的矿料含量，Ps=100-Pb，%； se、b意义同
14、前。 （3）计算试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青的饱和度等体积指标 按下式计算沥青混合料试件的空隙率VV、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，取1位小数，进行体积组成分析。,细集料、矿粉,VMA,吸附沥青,有效沥青,有效沥青,VFA,空隙,VV,2、沥青混合料的物理指标,压实沥青混合料的空隙率 矿料及沥青以外的体积占试件总体积的百分率,空隙率是最重要的设计指标 不能通过增加沥青用量，来减小空隙率,压实沥青混合料的矿料间隙率 试件全部矿料以外的体积占试件总体积的百分率,首先设计合理的VMA，不能通过增加沥青用量，来减小空隙率,压实沥青混合料中的沥青饱和度 试件矿料间隙中以外扣除
15、被集料吸收的沥青以外的有效沥青部分的体积在VMA中所占的百分率,油石比（沥青用量） 沥青掺加量可以采用油石比或沥青用量表示。 油石比：指沥青占矿料总量的百分比。 沥青用量：指沥青占沥青混合料总量的百分比。,式中：VV试件的空隙率，%； VMA试件的矿料间隙率。%； VFA试件的有效沥青饱和度（有效沥青含量占VMA的体积比例），%； f、t、Ps、sb 意义同前。 4）测定力学变形指标 采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度及流值。,5）确定最佳沥青用量（或油石比） （1）绘制沥青用量与物理力学指标关系图 按图2的方法，以油石比或沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，将试验结果绘制成圆滑的曲线。确定均符合热拌沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACminOACmax。选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围，并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围，并使密度及稳定度曲线出现峰值。如果没有涵盖设计空隙率的全部范围，试验必须扩大沥青用量范围重新进行。,表8.9 密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,注： 对空隙率大于5%的夏炎
