《2.4矿质混合料组成设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.4矿质混合料组成设计（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学目标教学目标矿质混合料组成设计各种矿料用量的调整。矿质混合料组成设计各种矿料用量的调整。清楚矿质混合料理论级配的含义，能够绘制级配清楚矿质混合料理论级配的含义，能够绘制级配范围曲线。学会矿质混合料组成设计方法，能用试算范围曲线。学会矿质混合料组成设计方法，能用试算法和图解法设计矿质混合料。法和图解法设计矿质混合料。矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制，矿矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制，矿质混合料组成设计方法。质混合料组成设计方法。教学重点教学重点教学教学难点难点第四节矿质混合料组成设计第四节矿质混合料组成设计第四节矿质混合料组成设计第四节矿质混合料组成设计级配理论和级配曲线范围级配理
2、论和级配曲线范围级配类型级配类型连续级配连续级配间断级配间断级配观看动画例题例题级配理论级配理论 最大密度曲线理论最大密度曲线理论（用于计算连续级配）（用于计算连续级配）最大密度曲线的最大密度曲线的n n幂公式幂公式 级配曲线范围的绘制级配曲线范围的绘制 矿质混合料的组成设计方法矿质混合料的组成设计方法试算法试算法例题例题图解法图解法观看动画观看动画或或级配范围习题级配范围习题 连续级配连续级配表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况，集料的颗粒由大到小逐级都有。例如天然河卵石况，集料的颗粒由大到小逐级都有。例如天然河卵石即属连续级配。级配曲线是一
3、条光滑的抛物线。即属连续级配。级配曲线是一条光滑的抛物线。表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况，集料缺中间一级或几级所形成的级配。在级情况，集料缺中间一级或几级所形成的级配。在级配曲线上有一条或几条水平线。配曲线上有一条或几条水平线。间断级配间断级配或或最大密度曲线理论最大密度曲线理论式中：式中：p各级颗粒粒径集料的通过量各级颗粒粒径集料的通过量()；d矿质混合料各级颗粒粒径矿质混合料各级颗粒粒径(mm)；k常数。常数。当当dD时，时，p100；故故求任一级颗粒粒径求任一级颗粒粒径d 的通过量的通过量p时时经过大量试验而得到的一种理论。该理论认为
4、经过大量试验而得到的一种理论。该理论认为“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大度愈大”。最大密度理想曲线可用粒径最大密度理想曲线可用粒径(d)与通过量与通过量(p)表示表示为：为：p2=kd式中：式中：p,d 和和D意义同前；意义同前；n 试验指数。试验指数。n幂公式幂公式在实际应用中，研究认为矿质混合料的级配曲在实际应用中，研究认为矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动，其范围线应该允许在一定范围内波动，其范围(n幂指数常幂指数常)在在0.30.7之间。目前多采用之间。目前多采用n次幂的通式表达。次幂的通式表达。1各种颗粒粒径在
5、横坐标上的位置确定方法各种颗粒粒径在横坐标上的位置确定方法确定横坐标的长度确定横坐标的长度S确定横坐标的对数间距系数确定横坐标的对数间距系数式中：式中：S给定的横坐标长度给定的横坐标长度(mm)；集料的最大粒径集料的最大粒径(mm)；集料的最小粒径集料的最小粒径(mm)。各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置式中式中Sx各筛孔距各筛孔距0.16mm筛孔距离筛孔距离(mm)；DX需要计算的颗粒粒径需要计算的颗粒粒径(mm)。级配曲线范围的绘制级配曲线范围的绘制半对数坐标即横坐标颗粒粒径半对数坐标即横坐标颗粒粒径(筛孔尺寸筛孔尺寸)用对用对数坐标，纵坐标通过数
6、坐标，纵坐标通过(或存留或存留)百分率用算术坐标。百分率用算术坐标。绘制方法绘制方法例题例题绘制筛孔径为绘制筛孔径为30，20，10，5，2.5，1.25,0.63，0.315,0.16mm，横坐标为横坐标为100mm；试验指数试验指数n0.30.5级配范围曲线图。级配范围曲线图。解：解：确定各筛孔在横坐标上的位置确定各筛孔在横坐标上的位置筛筛孔孔尺尺寸寸di(mm)30201052.51.250.630.3150.16各各筛筛孔孔距距0.16mm筛筛孔孔距距离离Sx(mm)100927966523926130各筛孔在横坐标上的位置计算表各筛孔在横坐标上的位置计算表确定级配曲线范围确定级配曲线
7、范围根据泰波公式根据泰波公式筛筛孔孔尺尺寸寸di(mm)30201052.51.250.630.3150.16泰波泰波指数指数n0.310088.571.958.447.538.531.425.520.8n0.510081.757.740.828.920.414.510.37.3 绘制级配范围曲线图绘制级配范围曲线图 理论级配曲线各级粒径通过百分率理论级配曲线各级粒径通过百分率几种矿质集料配制成一种有一定级配要求的混几种矿质集料配制成一种有一定级配要求的混合料，在确定各种矿质集料的用量时，先找出各种合料，在确定各种矿质集料的用量时，先找出各种矿质集料分计筛余百分率最大的筛孔径矿质集料分计筛余百
8、分率最大的筛孔径(占优势粒径占优势粒径)，并按照所确定的筛孔径进行试算，最终确定出，并按照所确定的筛孔径进行试算，最终确定出各种矿质集料在混合料中的用量。各种矿质集料在混合料中的用量。试算法试算法基本原理基本原理计算方法计算方法设有设有A、B、C三种集料，需配制成级配为三种集料，需配制成级配为M的的混合料，求混合料，求A、B、C集料在混合料中的用量比例集料在混合料中的用量比例X,Y, Z。x +y +z 100(1)a A(i)x+a B(i)y+a C(i)z=aM(i)(2)式中：式中：x ，y，z A，B，C三种集料在混合三种集料在混合料中的料中的用量比例用量比例()；a A(i)，a
9、B(i)，a C(i)A，B，C三种集料在三种集料在(i)mm筛孔的分计筛余量筛孔的分计筛余量()；aM(i)级配为级配为M的混合料在的混合料在(i)mm筛孔的分计筛孔的分计筛余量筛余量()。计算次序：先计算粗料，再计算细料，最后计计算次序：先计算粗料，再计算细料，最后计算中间料。算中间料。 根据题意有根据题意有计算步骤计算步骤(1)计算计算A料在混合料中的用量料在混合料中的用量按按A料占优势粒径计算，设料占优势粒径计算，设A料在料在(i)mm筛孔占筛孔占优势，此时忽略优势，此时忽略B、C两种集料在此粒径的含量两种集料在此粒径的含量(即即a B(i)a C(i)0)，故，故a A(i)x=a
10、M(i)(2)计算计算C料在混合料中的用量料在混合料中的用量按按C料占优势粒径计算，设料占优势粒径计算，设C料在料在(j)mm筛孔占筛孔占优势，此时忽略优势，此时忽略A、B两种集料在此粒径的含量两种集料在此粒径的含量(即即a A(j)a B(j)0)，故故a C(j)z =a M(j)(3)计算计算B料在混合料中的用量料在混合料中的用量y =100-(x +z)现有碎石、石屑和矿粉三种矿质材料，筛分结果现有碎石、石屑和矿粉三种矿质材料，筛分结果按分计筛余列于表按分计筛余列于表1，要求配制成，要求配制成AC-13级配要求的级配要求的混合料，求碎石、石屑和矿粉三种材料在混合料中的混合料，求碎石、石
11、屑和矿粉三种材料在混合料中的用量比例。用量比例。原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围表原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围表1原原材材料料筛筛孔孔尺尺寸寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0750.075各种矿各种矿料分计料分计筛余筛余（）（）碎石碎石5.241.750.52.6石屑石屑1.624.022.516.012.411.510.81.2矿粉矿粉13.286.6AC-13级配范围级配范围通过（）通过（）1009510070884868365324411830122281648试算法例题试算法例题解解: :1计算计算AC-13级配范围的分计
12、筛余百分率中值表级配范围的分计筛余百分率中值表2 筛孔尺寸（mm） 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 0.075 AC-13级配范围通过（） 100 95100 7088 4868 3653 2441 1830 1222 816 48 AC-13级配范围累计筛余（） 050 3012 5232 6447 7659 8270 8878 9284 9692 AC-13级配范围累计筛余中值（） 025 21.0 420 55.5 67.5 76.0 830 880 94.0 100 AC-13级配范围分计筛余中值（） 025 18.5 2
13、10 13.5 12.0 85 70 50 60 60 2计算碎石在混合料中的用量计算碎石在混合料中的用量碎石在碎石在4.75mm筛孔占优势筛孔占优势(分计筛余百分率最分计筛余百分率最大大)，令令aB(4.75)aC(4.75)0,因此因此3计算矿粉在混合料中的用量计算矿粉在混合料中的用量矿粉在矿粉在0.075mm筛孔占优势筛孔占优势(分计筛余百分分计筛余百分率最大率最大)，令，令aA(0.075)aB(0.075)0,因此因此4计算石屑在混合料中的用量计算石屑在混合料中的用量5列表校核列表校核矿质混合料组成计算和校核表矿质混合料组成计算和校核表原原材材料料筛筛孔孔尺尺寸寸（mm）16.013
14、.29.54.752.361.180.60.30.150.0750.075各种矿料分各种矿料分计筛余（）计筛余（）碎石碎石5.241.750.52.6石屑石屑1.624.022.516.012.411.510.81.2矿粉矿粉13.286.6各矿料在混各矿料在混合料中用量合料中用量（）（）碎石碎石41.62.217.421.01.0石屑石屑51.50.812.411.68.26.45.95.60.6矿粉矿粉6.90.96.0混合料分计筛余百分率（）混合料分计筛余百分率（）2.217.421.813.411.68.26.45.96.56.6混合料累计筛余百分率（）混合料累计筛余百分率（）2.21
15、9.641.454.066.474.681.086.993.4100混合料通过量（）混合料通过量（）10097.880.458.646.033.625.419.013.16.6AC-13级配范围级配范围通过（）通过（）1009510070884868365324411830122281648根据以上计算得到矿质混合料的组成配合比为：根据以上计算得到矿质混合料的组成配合比为：碎石碎石X=41.6%；石屑石屑Y=51.5%;矿粉矿粉Z=6.9%(注意：注意：如不符合级配范围要求应调整矿料配合比至达到要如不符合级配范围要求应调整矿料配合比至达到要求为止求为止)。(1)绘制级配曲线图绘制级配曲线图 在
16、设计说明书上绘一长方形图框并联接对角线在设计说明书上绘一长方形图框并联接对角线。纵坐标为通过百分率，按算术标尺绘制纵坐标为通过百分率，按算术标尺绘制(0100%)，横坐标为各筛孔位置，按照级配中值要求的各筛孔横坐标为各筛孔位置，按照级配中值要求的各筛孔通过百分率位置，从纵坐标引平行线和对角线相交，通过百分率位置，从纵坐标引平行线和对角线相交，从交点向下作垂线，垂足位置就是各相应筛孔位置。从交点向下作垂线，垂足位置就是各相应筛孔位置。图解法图解法1已知条件已知条件(1)所用集料筛分后的各级粒径通过百分率。所用集料筛分后的各级粒径通过百分率。(2)技术规范技术规范(或理论级配或理论级配)要求的级配
17、范围要求的级配范围,且且求出级配范围的通过百分率中间值。求出级配范围的通过百分率中间值。2设计步骤设计步骤(2)确定各种集料用量确定各种集料用量把所用集料的通过量绘在级配曲线坐标图上，把所用集料的通过量绘在级配曲线坐标图上，按照所用集料的级配曲线相互间的关系，确定所用按照所用集料的级配曲线相互间的关系，确定所用集料在混合料中的用量。集料在混合料中的用量。第一条曲线与第二条曲线相互搭接时，在两条第一条曲线与第二条曲线相互搭接时，在两条级配曲线之间各引一垂直于横坐标的直线并且平分级配曲线之间各引一垂直于横坐标的直线并且平分(使使aa)与对角线相交于交点与对角线相交于交点M，通过作一水平通过作一水平
18、线与纵坐标交于点，线与纵坐标交于点，OP即为集料的用量。即为集料的用量。将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂线相连，与对角线相交于交点，通过点作一水线相连，与对角线相交于交点，通过点作一水平线与纵坐标相交于点，平线与纵坐标相交于点，PQ为集料的用量。为集料的用量。三种情况三种情况两相邻级配曲线重叠两相邻级配曲线重叠两相邻级配曲线相接两相邻级配曲线相接两相邻级配曲线相离两相邻级配曲线相离按照图解法求得的各种集料用量，按照图解法求得的各种集料用量， 列表校核计列表校核计算所得合成级配是否符合要求，超出级配范围时，算所得合成级配是否符合要求，超出级配范围时
19、，应调整各种集料在混合料中的用量。应调整各种集料在混合料中的用量。 集料集料C的末端与集料的末端与集料D的首端相互分离，作一垂的首端相互分离，作一垂直线平分相离开的距离直线平分相离开的距离(bb)垂线与对角线相交于垂线与对角线相交于点点R，过，过R作一水平线与纵坐标相交于作一水平线与纵坐标相交于S点，点，QS即为即为C料用量。料用量。剩余剩余S-T即为即为D料用量。料用量。3 3校核校核现有碎石、细碎石、砂、矿粉四种矿料，其筛分现有碎石、细碎石、砂、矿粉四种矿料，其筛分试验通过百分率及要求的级配范围中值结果如下，试试验通过百分率及要求的级配范围中值结果如下，试用图解法将其配制成用图解法将其配制
20、成LH-20型沥青混合料。型沥青混合料。各种矿料筛分结果各种矿料筛分结果筛孔尺寸筛孔尺寸(mm)30.010.05.02.51.20.60.30.150.074各种矿各种矿料筛分料筛分通过量通过量(%)碎石碎石98.016.70.8细碎石细碎石10095.536.41.00.50.3砂砂10098.295.787.559.628.916.72.2矿粉矿粉10010010010010099.197.494.381.9图解法例题图解法例题解：解：1作图确定各种矿料在混合料中的用量作图确定各种矿料在混合料中的用量筛筛孔尺寸孔尺寸(mm) 30.010.05.02.51.20.60.30.150.07
21、4LH-20通通过过(%) 95100 56764060305022381629112171548LH-20中中值值(%) 97.5 6650403022.516116LH-20型沥青混合料级配范围及中值型沥青混合料级配范围及中值表表22列表校核列表校核筛孔尺寸筛孔尺寸(mm)30.010.05.02.51.20.60.30.150.074各种矿各种矿料筛分料筛分通过量通过量(%)碎石碎石98.016.70.8细碎石细碎石10095.536.41.00.50.3砂砂10098.295.787.559.628.916.72.2矿粉矿粉10010010010010099.197.494.381.9
22、各种矿各种矿料在混料在混合料中合料中的用量的用量(%)碎石碎石32(32)31.4(31.4)5.3(5.3)0.3(0.3)细碎石细碎石26(26)26.0(26.0)24.8(24.8)9.5(9.5)0.3(0.3)0.1(0.1)0.1(0.1)砂砂32(34)32.0(34.0)31.4(33.4)30.6(32.5)28.0(29.8)19.1(20.3)9.2(9.8)5.3(5.7)0.7(0.7)矿粉矿粉10(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)9.9(7.9)9.7(7.8)9.4(7.5)8.2(6.6)设计混
23、合料级配设计混合料级配(%)99.4(99.4)71.5(71.5)50.4(50.3)38.3(38.1)29.2(28.4)19.2(17.8)15.0(13.5)10.1(8.2)8.2(6.6)LH-20通过通过(%)9510066764060305022381629112171548注：注：( )中数字为调整后用量。调整后各筛孔都满足级配要求。中数字为调整后用量。调整后各筛孔都满足级配要求。 小结小结通过讲授矿质混合料的级配理论，知道集料中通过讲授矿质混合料的级配理论，知道集料中各种粒径的颗粒搭配比例不同，其密实度存在差异，各种粒径的颗粒搭配比例不同，其密实度存在差异，当各种矿料颗粒
24、搭配比例合理时，混合料具有最大当各种矿料颗粒搭配比例合理时，混合料具有最大的密实度，此时其筛分曲线为抛物线。最大密度曲的密实度，此时其筛分曲线为抛物线。最大密度曲线的线的n幂公式指出矿质混合料最大密度的范围，给实幂公式指出矿质混合料最大密度的范围，给实际应用带来了很大方便。际应用带来了很大方便。混合料组成设计中的试算法适用于三种矿料组混合料组成设计中的试算法适用于三种矿料组成的混合料。图解法适用于多种矿料组成的混合料成的混合料。图解法适用于多种矿料组成的混合料组成的混合料。组成的混合料。最大密度曲线和级配范围曲线各级粒径通过百分率最大密度曲线和级配范围曲线各级粒径通过百分率最大密度曲线和级配范
25、围曲线各级粒径通过百分率最大密度曲线和级配范围曲线各级粒径通过百分率分级顺序分级顺序N12345678910粒径比粒径比D理论粒径理论粒径di(mm)40201052.51.250.630.3150.160.08最大密度级配曲线最大密度级配曲线通过百分率通过百分率(%)n=0.510070.7150.0035.3625.0017.6812.558.876.324.47级配范围曲线级配范围曲线通过百分率通过百分率(%)n=0.310081.2365.9853.5943.5335.3628.7923.3819.115.5n=0.710061.5637.8923.3314.368.345.473.3
26、72.101.29贝雷级配分析法贝雷级配分析法主要应用于多级嵌挤密级配沥青混合料的配合比设计，主要应用于多级嵌挤密级配沥青混合料的配合比设计，它考虑了粗细集料的分界尺寸、集料的装填特性等。它考虑了粗细集料的分界尺寸、集料的装填特性等。集料的分界尺寸集料的分界尺寸集料的控制粒径尺寸集料的控制粒径尺寸dk是形成嵌挤结构的第一级分界点，是形成嵌挤结构的第一级分界点，粗、细集料是相对概念。粗、细集料是相对概念。大于大于dk为粗集料，其中大于为粗集料，其中大于D/2部分集料的粗集料较粗，部分集料的粗集料较粗，从从D/2到到dk部分集料的粗集料较细。部分集料的粗集料较细。小于小于dk为细集料。为细集料。d
27、n是集料的公称最大粒径。是集料的公称最大粒径。D是集料的是集料的最大粒径。最大粒径。粗、细集料的分界尺寸粗、细集料的分界尺寸dk贝雷级配分析法贝雷级配分析法集料的分界尺寸集料的分界尺寸d d1 1和和d d2 2细集料的第一分界尺寸细集料的第一分界尺寸d1细集料的第二分界尺寸细集料的第二分界尺寸d2细集料按颗粒大小不同，分为较粗部分（细集料按颗粒大小不同，分为较粗部分（dn/4dn/16）；）；较细部分（较细部分（dn/16dn/64）；更细部分（）；更细部分（dn/640）。dn是集料的公称最大粒径，指集料可能全部通过或允是集料的公称最大粒径，指集料可能全部通过或允许有少量不通过许有少量不通
28、过(一般容许筛余不超过一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛的最小标准筛筛孔尺寸。通常比集料最大粒径小一个粒级。孔尺寸。通常比集料最大粒径小一个粒级。D是集料最大粒径是集料最大粒径，指集料的，指集料的100%都要求通过的最小都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸。的标准筛筛孔尺寸。贝雷级配分析法贝雷级配分析法沥青路面及各类基层集料的粒径均以方孔标准筛为准，标沥青路面及各类基层集料的粒径均以方孔标准筛为准，标准筛筛孔尺寸依次为准筛筛孔尺寸依次为75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm
29、、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。贝雷级配分析法贝雷级配分析法粗、细集料的装填特性粗、细集料的装填特性混合料强度的主要来源是嵌锁力，嵌锁力取决于装填密混合料强度的主要来源是嵌锁力，嵌锁力取决于装填密度和压实功。度和压实功。嵌锁力下限是装填密度达到松装密度的嵌锁力下限是装填密度达到松装密度的95105，嵌锁，嵌锁力上限相当于力上限相当于110的松装密度。的松装密度。越靠近紧装密度，达到一定密实度所需的压实功越大。越靠近紧装密度，达到一定密实度所需的压实功越大。粗集料骨架的空隙由细集料填充，细集料的体积不应大粗集料骨架的空隙由细集料填充，细集料的体积不应大于粗集料骨架空隙。空
30、隙中细集料达到紧装密度时，混合料于粗集料骨架空隙。空隙中细集料达到紧装密度时，混合料可获得最大稳定性。细集料能否达到紧装密度状态取决于压可获得最大稳定性。细集料能否达到紧装密度状态取决于压实功的大小。实功的大小。贝雷级配分析法贝雷级配分析法多级嵌挤密级配的评价多级嵌挤密级配的评价粗集料比粗集料比改变粗集料中较细部分与较粗部分的比例，可改变集料改变粗集料中较细部分与较粗部分的比例，可改变集料的空隙率，从而影响粗集料的骨架结构。的空隙率，从而影响粗集料的骨架结构。当当CA值较小，即粗集料中的较细部分（值较小，即粗集料中的较细部分（PD/2Pdk）较少，）较少，集料容易产生离析。集料容易产生离析。随
31、随CA增加，粗集料中的较细部分将较粗部分的骨架推开，增加，粗集料中的较细部分将较粗部分的骨架推开，产生干涉作用，虽不离析，但难于压实。通常产生干涉作用，虽不离析，但难于压实。通常CA较高的级配较高的级配曲线呈曲线呈S形。形。根据工程实践，密级配混合料的根据工程实践，密级配混合料的CA在在0.40.8之间较合之间较合适。适。贝雷级配分析法贝雷级配分析法多级嵌挤密级配的评价多级嵌挤密级配的评价细集料比细集料比FAC和和FAFFAC评价细集料中较粗部分对较细部分集料的装填特性。评价细集料中较粗部分对较细部分集料的装填特性。当当FAC较低时，混合料不均匀，难于达到密实程度。随较低时，混合料不均匀，难于达到密实程度。随FAC增增加，混合料中较细部分压实更紧密。加，混合料中较细部分压实更紧密。FAC较大，细集料过细，较大，细集料过细，导致混合料稳定性不足。导致混合料稳定性不足。FAC在在0.250.50之间比较合适。之间比较合适。FAF评价小于控制粒径评价小于控制粒径dk的细集料的装填特性。随的细集料的装填特性。随FAF增增加，混合料空隙率逐步减小，较高的加，混合料空隙率逐步减小，较高的FAF在级配曲线上表现为在级配曲线上表现为“驼峰状驼峰状”，FAF在在0.250.50之间比较合适。之间比较合适。
