沥青砼矿料级配设计理论浅析

沥青砼矿料级配设计理论浅析

一、前言

近年来，随着我国国民经济的高速发展，我国交通运输业特别是公路运输业显现出突飞猛进的态势，载至到2000年底，我国高速公路的通车里程已达16000KM，总里程位居世界第三位。公路运输呈现车流量大（3000辆/昼夜以上）和轴载重（大型货运车辆自重加运输货物有的每辆达60t以上，汽车轮胎的气压已增大到1.0Mpa以上）的情况，传统的沥青砼混合料矿料级配（规范中的ACI型和ACII型及抗滑表层）及沥青砼配合比设计方法已不能满足现行公路交通运输的需要，所以现在国内出现了多碎石沥青砼(SAC)、SMA、Superpave等路面结构，沥青材料也出现了如SBR、SBS、EV A、PE等用不同改性剂加入沥青中对沥青进行改性的各种改性沥青，而且路面基层也从传统的石灰土、石灰碎石土、石灰工业废渣土改进成二灰碎石基层、水泥稳定碎石基层。但至今还是没有彻底解决路面拥包、泛油、车辙、渗水、松散等问题，有些高等级公路通车还不到两年就出现早期损坏现象，如国道104线静海段路面拥包、变形，石太高速公路路面车辙、变形现象，石安线的路面透水损坏，京沪高速江苏锡澄段的路面唧浆网裂等。

二、黄高速公路辛沧段沥青砼矿料级配组成

石黄高速公路辛沧段沥青砼路面采用三层式沥青砼结构，各层的矿料组成符合表-1所列级配范围。4cm沥青砼表面层（粗集料采用安山岩）采用修正后的多碎石SAC-16型级配，5cm中面层采用修正后的AC-20Ⅰ型级配，6cm下面层采用修正后的AC-25Ⅰ型级配。

沥青砼矿料级配范围（方孔筛）表一1

三、沥青砼配合比设计理论浅析

沥青砼混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推移、车辙、泛油等现象，低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象，以及沥青混合料配合比选用不当，空隙率过大而产生的路面结构渗水，在大量快速行车的作用下，反复作用的动水压力（孔隙水压力）使沥青从碎石表面剥落下来，造成沥青砼路面坑洞、网裂、唧浆等破坏现象。

为了防止沥青砼路面产生高温剪切破坏，我国柔性路面设计方法中，对沥青路面抗剪强度验算要求在沥青砼路面面层破裂面上可能产生的剪应力τα应不大于沥青混合料的许用剪应力τR即τα≤τR。而沥青混合料的许用剪应力τ取决于沥青混合料的抗剪强度τ，沥青混合料的抗剪强度τ可通过三轴试验方法应用莫尔—库仑包络线按下式求得：R

τ=C+σtgφ=f(C.σ.φ)

式中：τ—沥青混合料的抗剪强度（Mpa）

σ —正应力（Mpa）

C —沥青混合料的粘结力（Mpa）

φ—沥青混合料的内摩擦角（rad）

从式中可知沥青混合料的抗剪强度和沥青混合料的粘结力及内摩擦角有关，和施工过程的碾压力（压实度）有关。所以沥青的品种（包括改性沥青）和矿料之间油膜厚度（沥青用量）的研究是解决如何提高沥青砼粘结力C及高温稳定性的问题，沥青砼矿料级配及密度的研究是解决如何提高沥青砼内摩察角φ和抗渗水性问题，沥青砼中掺加纤维类的研究是解决如何提高低温抗拉强度的问题。

沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成，由于组成材料质量的差异和数量的多寡，可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。

一）沥青砼矿料级配种类

1．沥青砼种类及优缺点

（1）悬浮—密实结构：当采用连续型密级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料时，按粒子干涉理论，为避免次级集料对前级集料密排的干涉，前级集料之间必须留出比次级集料稍大的空隙供次级集料排布。按此组成的沥青混合料虽然可以获得很大的密实度，但是各级集料均被次级集料所隔开，不能直接靠拢而形成骨架，有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。这种结构的沥青混合料就是我国规范中的ACⅠ型结构，它具有良好的抗渗性能，但内摩擦角φ较低，其热稳定性（即抗车辙能力和抗水平荷载推挤能力）和抗滑性能都比较差。

（2）骨架—空隙结构：当采用连续型开级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料时，由于这种矿质混合料递减系数较大，粗集料所占的比例较高，细集料则很少，按此组成的沥青混合料，粗集料可以互相靠拢形成骨架，但由于细集料数量过少，不足以填满粗集料之间的空隙，因此形成“骨架—空隙”结构，我国规范中的AM型、ACII型就是这种结构，它虽然具有较高的内摩擦角φ，但粘结力C较低，抗渗性能很差。

（3）密实—骨架结构：当采用间断型密级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料时，由于这种矿质混合料断去了中间尺寸粒径的集料，既有较多数量的粗集料可形成空隙骨架，同时又有相当数量的细集料可填密骨架的空隙，因此形成“密实—骨架”结构，这种结构不仅具有较高的粘结力C，而且具有较高的内摩擦角φ，SMA就属于这种结构，但这种结构沥青用量较多，沥青质量要求高，通常要求改性沥青，并掺加沥青玛蹄脂，造价比较高。

2．几个体积率的概念

VCA：在击实沥青混合料试件中，4.75mm颗粒径以上的粗集料形成一个骨架，骨架以外的空隙率占整个试件的体积的百分数，称为粗集料骨架间空隙率用VCA表示。如果把混合集料中小于4.75mm的细料筛除，将大于4.75mm 的粗集料装入容器桶中松散堆积，测定出松散状态的粗集料的空隙率为VCA DBC表示。将大于4.75mm的粗集料装入容器桶中捣实后，测定出紧密状态粗集料的空隙率为VCA DRC。则VCA DRC一定小于VCA DBC。如果VCA比VCA DBC 大就说明细骨料填充撑开粗骨料，不能形成特别有效的嵌挤作用。所以VCA

VCA x为试件中4.75mm颗粒径以下的细集料占整个试件的体积的百分数。

VCA mix为试件中4.75mm颗粒径以下的细集料、沥青及纤维素之和占整个试件的体积的百分数。

VMA：细集料填充在粗集料骨架空隙中后，全部矿料之外的空隙。

VFA：在矿料的空隙VMA中填充沥青和纤维素的体积率。

Sr：沥青的体积占全部空隙的百分数为沥青饱和度。

VV：为沥青混合料试件的空隙率。

故VMA=VFA+VV VCA= VCA x+ VMA= VCA x+ VFA+VV= VCA mix+VV

VCA mix= VCA x+ VFA

在击实沥青混合料试件中，如果认为2.36mm颗粒径以上的集料为粗集料，也同样存在以上几个体积率的概念。

3．各种粒径沥青砼混合料矿料级配的VCA DRC，VCA DBC。

各种粒径各种类型沥青砼混合料矿料级配的VCA DRC，VCA DBC是不同的。笔者按照规范中各种沥青砼混合料级配中值配料，按照前述的方法得出了各种类型不同粒径的VCA DRC，VCA DBC。见表-4(其中SAC-16的矿料是用的安山岩)。

从表-4中可以看出VCA DRC VCA DBC在同一种粒径沥青砼混合料中和沥青砼的类型关系不大，假如粒径为16mm，无论AC-16I型AC-16II型，从表中可知VCA DRC、VCA DBC变化不大。当然VCA DRC、VCA DBC的变化和岩石破碎机的种类有关，这是因为不同型式的岩石破碎机生产出来的矿料的针片状含量及粒料的几何尺寸是不一样的，VCA DRC、VCA DBC的变化也和岩石种类有关，有些岩石层面比较明显，生产出来的粒料针片状含量就比较高。

各种沥青混合料矿料级配表一2

各种沥青混合料矿料级配中值表—3

二）、沥青砼粘结力的分析

研究VFA（沥青用量）和沥青种类是解决沥青砼粘结力问题。由于马歇尔试验方法和实际情况已经不符（因为实际公路上沥青砼路面受汽车轮胎柔压，同时马歇尔试验击实次数是两面各击75次，如再增加击实次数，骨料就被击破碎了，而柔压再增加静载骨料也没有破碎情况发生），所以我们必须用其它理论来解决沥青砼油石比问题。

各种沥青混合料矿料级配表-4

我们用粘信封的道理来解释沥青砼油膜厚度（油石比）问题，我们粘信封时涂上一定的浆糊进行粘贴，随着压力的增大，多余的浆糊被挤出来，信封口粘的就越紧，一定的压力和浆糊的厚度是有关系的，压力越大，浆糊的厚度越薄，粘结力也就越大。沥青砼油膜厚度也是一样，当我们施工时采用的碾压设备（轮胎）的压强越大，初压温度越高，油膜厚度越薄，形成的沥青砼粘结力也就越大，这就是美国工程兵JOHN.L.MCRAE先生的GTM机旋转柔压理论，该GTM试验机很好地解决了碾压设备（轮胎压强）、碾压温度和油石比（油膜厚度）的关系。鉴于我国大型车量轮胎压强已达到1.0Mpa以上，所以建议使用GTM试验机用1.0Mpa的压力进行旋转柔压，试验时温度为130∽135度，稳定后的用油量为设计用油量。现场施工工艺要求复压完成后的温度控制在130度以上，初压采用大吨位轮胎压路机（轮胎压强为1.0Mpa以上）。

另外沥青的种类及矿料对沥青的粘附性也直接影响着沥青砼粘结力，所以国内出现了高温稳定性好同时低温时具有良好的抗裂性的改性沥青，并且要对酸性的和中性的硬质矿料要进行处理，提高粘附性，一般采用生石灰水清洗或

掺加生石灰粉或低标号水泥。

三）、沥青砼混合料矿料级配原理浅析

1、绝对空隙率VV与路面渗透问题

研究沥青砼绝对空隙率VV就是解决沥青砼路面渗水和路面泛油问题。通过大量数据证明沥青砼的绝对空隙率小于7%就不渗水。但是沥青砼绝对空隙率太小也会导致沥青砼的热稳性下降和路面泛油，因为当高温季节随着温度的增高，沥青砼的温度升高，沥青膨胀，如果没有一定的空隙，沥青就只能往上走而引起泛油。所以绝对空隙率最小值要满足沥青受热膨胀的要求，一般最小空隙率大于2%就能满足沥青受热膨胀的要求。综合两种因素，所以VV取中值4%∽5%。计算时取4.5%。

2、混合料矿料级配变化和内摩擦角的关系

从理论上讲，粗集料的间隙率被小一级的集料填充，小一级的集料又被更小一级的集料填充，直至最小的矿料为止是最理想的级配，即9.5mm，4.75mm，2.36mm级矿料，都满足VCA DRC≤VCA＜VCA DBC（即VCA DRC≤VCA mix+4.5%＜VCA DBC)，这时的内摩擦角φ接近最大，粘结力C也接近最大，抗渗性能也好。如果粗集料的间隙不能被小一级的集料完全填充(即VCA mix+4.5%＜VCA DRC)，这就形成了骨架空隙结构,我国规范中的Ⅱ型就是这种结构，这种结构内摩察角φ最大，但粘结力C小，抗渗透性差。另一种结构就是悬浮式密集沥青混合料结构，即9.5mm，4.75mm，2.36mm 级矿料都满足（VCA mix+4.5%）＞VCA DBC，随着（VCA mix+4.5%）/ VCA DBC的增大，内摩擦角φ减小，这就是我国规范中的AC- I型结构。

四）笔者观点

我国高等级沥青混凝土路面设计多用二层或三层结构，主要为了满足沥青混凝土路面热稳定性、不透水性、耐磨耗性、抗滑性、耐久性、抗疲劳破坏等方面的要求，所以各层沥青混凝土结构有各层的作用。根据各层作用，笔者提出了以下观点作为确定矿料级配的原则：

1、沥青砼面层重点要具有承载能性好，温度稳定性好（高温时不易变软，低温时具有良好的抗裂性能和抗温度疲劳裂缝的能力），不透水、耐磨耗、抗滑性好、耐久性好等特点，其中不透水性和抗滑性在高速公路路面面层尤其重要，使用改性沥青和在沥青砼中掺加博尼维主要解决温度稳定性和耐久性要求，使用硬质岩主要解决耐磨耗性要求，矿料级配是解决承载能力，不透水性和抗滑性的主要途径，为了满足沥青砼面层抗车辙性，不透水性和抗滑性的要求，笔者认为对 4.75mm粒径来讲应满足 1.10＜（VCA mix+4.5%）/VCA DBC＜1.20，对 2.36mm粒径来讲应满足 1.0≤（VCA mix+4.5%）/VCA DBC＜0.95的要求，只有这样才能保证沥青砼具有一定的构造深度，同时又保证了不透水性和抗车辙的要求。

2、沥青砼中面层重点要具有承载性能好，同时还要具备不透水性。笔者认为对4.75mm粒径来讲应满足1.00＜（VCA mix+4.5%）/VCA DBC＜1.10，对2.36mm粒径来讲应满足（VCA DRC+VCA DBC）/2＜（VCA mix+4.5%）＜VCA DBC。只有这样的才能保证沥青砼中面层具有嵌挤紧密骨架结构，同时又具备不透水性的要求。

3、沥青砼底面层重点要具有很高的承载能力，同时兼顾不透水性，笔者认为对4.75mm粒径来讲应满足VCA DRC ＜（VCA mix+4.5%）＜VCA DBC。对2.36mm粒径来讲最好也应应满足VCA DRC＜（VCA mix+4.5%）＜VCA DBC，但在我国北方地区满足0.9

三、用VCA DRC、VCA DBC理论剖析石黄高速辛沧段沥青混合料组成结构

一）面层沥青砼混合料组成结构理论剖析

石黄高速公路辛沧段路面三标沥青砼面层采用改性沥青，矿料采用安山岩，沥青砼矿料级配采用表-1中SAC-16调。

1、矿料的合成级配情况见表-5

2、不同规格碎石密度的测定

根据矿料合成级配比例掺后测得：

⑴、2.36 mm以上碎石级配

a、表观密度2.871

b、振实密度1.78

c、松散堆积密度1.582

计算得：

振实后绝对体积率（1.78/2.871）×100=62.0%，空隙体积率（1-0.62）×100=38.0%

松散堆积体积率（1.582/2.871）×100=55.1%，空隙体积率（1-0.551）×100=44.9%

⑵、4.75以上碎石级配

a、表观密度2.872

b、振实密度1.647

c、松散堆积密度1.529

计算得：

振实后绝对体积率（1.647/2.872）×100=57.3%，空隙体积率（1-0.573）×100=42.7%

松散堆积体积率（1.529/2.872）×100=53.2%，空隙体积率（1-0.532）×100=46.8%

沥青砼配合比矿料组成计算表

承包单位：一局六公司合同号：三合同使用单位：SAC-16（调）表石层表-5

3、目标配合比

表-6

从表-5矿料组成计算表中可知：

2.36 mm以上碎石含量为67.07% 4.75 mm以上碎石含量为5

3.58%

4、根据目标配合比中测得的不同油石比和击实密度，计算各种规格矿料用量

表-7

5、从表-7中不难看出油石比4.5时，矿料用量最大，骨架型最好，因此以油石比4.5，沥青混合料中对矿料用量进行绝对体积法分析表

表-8

从表-8中可知：

4.75以上碎石体积（450.7 L/ m3）占沥青混凝土总体积4

5.07%

4.7以下细集料体积+沥青+空隙体积=（564.3-450.7）+118.8+108.5+44.4+1

5.9+110.6+37.5

=549.3

占沥青混凝土中总体积54.93%

2.36以上碎石体积564.3 L/ m3 占沥青混凝土中总体积56.43%

2.36以下（细集料+沥青+空隙）体积为118.8+108.5+44.4+15.9+110.6+37.5=435.7

占沥青混凝土中总体积43.57%

6、用（细集料+沥青+空隙）体积填实粗集料碎石空隙体积的分析

⑴、已知4.75mm以上碎石，经振实后紧密状态下的空隙率为42.7%，松散堆积状态下的空隙率为46.8%。沥青混合料中（细集料+沥青+空隙）体积占沥青混凝土总体积的54.93%，不但能完全填充碎石中空隙体积，而且还能将粗集料中碎石分开隔离，形成包裹层，隔离包裹系数可为：

a、当碎石为被振实后紧密状态下空隙体积时54.93÷42.7=1.29

b、当碎石在松散堆积状态下空隙体积时54.93÷46.8=1.17

⑵、已知2.36mm以上碎石，经振实后紧密状态下的空隙率为38%，松散堆积状态下的空隙率为44.9%。沥青混合料中（细集料+沥青+空隙）体积占沥青混凝土总体积的43.57%。对填充粗集料碎石经振实紧密状态下的空隙体积，不但能完全充实，而且还能将粗集料中碎石有微弱分开隔离系数43.57÷38=1.15，对于粗集料中碎石松散堆积状态下的空隙体积，沥青混合料中（细集料+沥青+空隙）体积仅够满足填充粗集料碎石空隙体积为43.57÷44.9=97%。

7、结论

我们通过对沥青混合料中矿料级配的具体分析，沥青混合料经过碾压，认为粗细矿料级配是合理。即不是开级配，又不是密集型悬浮级配，它是一种嵌挤紧密骨架型结构。这种级配无论从承重能力、高温稳定性、抗渗水能力和通车后变形性都是有利的。

二）中面层沥青砼混合料组成结构理论剖析

石黄高速公路辛沧段路面三标沥青砼中面层采用70#沥青，普通石灰岩，沥青砼矿料级配采用表—1中AC-20调。

1、矿料合成级配见表-9 表-9

2、目标配合比（石灰岩）见表-10

表-10

3、马歇尔各项技术指标检测结果见表-11，击实温度为130+20C

表-11

4、对矿料级配中不同规格碎石密度情况的测定

⑴、2.36 mm以上碎石级配

a、表观密度2.733

b、振实后紧密度1.667

c、松散堆积密度1.510 不同密度情况下的空隙体积

振实紧密状态下的体积（1.667/2.733）×100=61%，空隙体积39%

松散堆积状态下的体积（1.510/2.733）×100=55.3%，空隙体积44.7%

⑵、4.75以上碎石级配

a、表观密度2.733

b、振实后紧密度1.594

c、松散堆积密度1.411 不同密度情况下的空隙体积

振实紧密状态下体积（1.594/2.733）×100=58.3%，空隙体积41.7%

松散堆积状态下体积（1.411/2.733）×100=51.6%，空隙体积率48.4%

5、根据目标配合比中测得的不同油石比和击实密度，计算各种规格矿料用量见表-12

表-12

6、最佳油石比4.2的沥青混合料中对矿料用量进行绝对体积法分析见表-13

表-13

从本表-5可知4.75以上碎石体积505L/m3占沥青混合料总体积50.5%，4.75以下（细集料+沥青+空隙）体积=（577-505）+221+69+101+32=495L占沥青混合料中总体积49.5%

2.36以上碎石体积577 L/m3占沥青混合料总体积57.7%，2.36以下（细集料+沥青+空隙）体积为221+69+101+32=423 L/m3占沥青混合料中总体积42.3%。

7、用（细集料+沥青+空隙）体积填实粗集料碎石空隙体积分析

⑴、已知4.75以上碎石经振实后紧密状态下的空隙率为41.7%，松散堆积状态下的空隙率为48.4%。

沥青混合料中4.75以下（细集料+沥青+空隙）体积占沥青混凝土总体积49.5%，不但能完全填充碎石中空隙体积，而且还能将粗集料中碎石分开隔离形成包裹层，隔离包裹系数为：

a、当碎石在振实紧密状态下空隙体积时49.5÷41.7=1.19

b、当碎石在松散堆积状态下空隙体积时49.5÷48.4=1.02

⑵、已知2.36以上碎石经振实后紧密状态下的空隙率为39%，松散堆积状态下的空隙率为44.7%。

沥青混合料中2.36以下（细集料+沥青+空隙）体积占沥青混凝土中总体积42.3%。对填充粗集料碎石中经振实紧密状态下的空隙体积，不但能够完全充实，而且还能将粗集料中碎石有微弱分开隔离系数，42.3÷39=1.08。

对粗集料中碎石松散堆积状态下的空隙体积，沥青混合料中（细集料+沥青+空隙），仅能满足填实粗集料碎石空隙为42.3÷44.7=94.6%。

8、结论

我们通过沥青混合料中矿料级配的具体分析，沥青混合料经过碾压，认为粗细矿料级配是合理的，即不是开级配，又不是密集型悬浮原理，它是一种嵌挤紧密骨架型结构。这种级配无论从结构承重能力、高温稳定性、抗渗水能力和通车后变形性都是有利的。底面层在这里就不再论述。

五、沥青砼路面施工中注意事项

一个理论上不渗水、设计级配非常好的沥青砼配合比，但是如果施工中没有保证沥青砼均匀性（包括级配及沥青

拌合的均匀性，摊铺的均匀性，碾压成型的均匀性）沥青砼路面一样会产生渗水、唧浆、车辙、泛油等早期破坏现象。石安高速公路沥青砼面层采用多碎石沥青砼（SAC）做面层结构，SAC结构从理论上是不渗水，并且有良好的抗滑性和温度稳定性，能够满足构造深度TD＞0.7mm的要求，为什么在石安线上有的段落就特别好，有些段落早期破坏现象特别严重，主要原因是没有保证沥青砼路面的均匀性和压实度，过分追求平整度所致。所以施工中保证沥青砼的均匀性和压实度是非常关键的问题。沙庆林院士在《高速公路沥青路面早期破坏现象与预测》一书第十章专门对沥青砼均匀性的重要性进行了论述。这里只简要的归纳以下几点。

1、沥青砼配合比的均匀性：拌合过程级配的均匀性和摊铺过程中级配的均匀性是不同的概念，拌合站取样只是检验拌合站生产出来的沥青砼是否符合设计沥青砼配合比，级配误差是否在规范允许范围内，我们最终的目的是检验摊铺完路面上的级配是否满足要求，取样应该是在刚摊铺完没有碾压的路面上进行随机取样，规范中应增加现场取样检查配合比的检查项目。

2、施工中引起的沥青砼离析是多方面的，在沙庆林院士的书中已谈了很多，这里补充的是摊铺过程中所造成的离析要引起高度重视，用两台6米宽的ABG423摊铺基本上能消除摊铺过程中的级配离析及温度离析，如果用一台12米宽的ABG摊铺机摊铺，摊铺过程的离析是特别严重的，许多国家是严禁用12米宽的摊铺机摊铺沥青砼路面。

3、严格控制透层油和粘层油的均匀性和用油量非常重要，如果用油量过多又不均匀，多余的透层油和粘层油将渗入到沥青砼中，造成实际上沥青砼的沥青用量过大，路面出现泛油及车辙的现象。

4、严格控制压实度：保证沥青砼的绝对空隙率小于7%，才能保证沥青砼路面不渗水。施工中要高温碾压，要做到复压完后的沥青砼路面温度不低于130°C，要采用大吨位胶轮压路机初压（改性沥青砼除外）对提高压实度效果特别明显，胶轮压路机高温碾压保证了细料填充空隙和粗骨料合理排序，并对提高表面构造深度有明显的效果。

确定沥青混合料矿料级配的初始比例的方法

文章编号 :1671-2579(2007)02-0158- 02 确定沥青混合料矿料级配的初始比例的方法 游玉石 (江苏省交通科学研究院,江苏南京　210017) 摘　要:以某高速公路沥青路面上面层AC -13型级配筛分结果及目标级配范围为例,介绍如何利用Excel 电子工作表的L IN EST 函数,方便、准确、快速地计算出沥青混合料矿料级配的初始比例。 关键词:L IN EST 函数;矿料级配;比例计算 收稿日期:2006-09-20 作者简介:游玉石,男,大学本科,助理工程师.E -mail :yys @https://www.doczj.com/doc/39600857.html, 矿料的组成设计指在满足该集料级配范围的条件下,确定粗集料、细集料及填料重量比例的过程。目前确定矿料组成设计的方法大多采用手工试算法或图解法,其中手工试算法需要设计人员具有一定的经验,而图解法进行矿料级配设计比较费时且繁琐。本文利用Excel 中的L IN EST 函数来确定沥青混合料矿料级配的初始比例较为方便,且计算更为准确,可反复调整,适用于各种层次的设计人员,并可大大提高工作效率。 1　L IN ES T 函数介绍 L IN EST 函数是Microsoft Office 软件中Excel 电子工作表的一种统计函数,该函数是利用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟合,并返回描述此直线 的数组。因为此函数返回数值数组,所以必须以数组公式的形式输入。 该函数的直线公式为:y =m x +b 或y =m 1x 1+m 2x 2+…+b (如果有多个区域的x 值),式中:因变量 y 是自变量x 的函数值;m 值是与每个x 值相对应的 系数;b 为常量。y 、x 和m 可以是向量。L IN EST 函 数返回的数组为{m n ,m n -1,…,m 1,b}。 该函数的语法关系式为:L IN EST (known _y ′s ,known_x ′s ,const ,stat s )式中:known_y ′s 是关系表达式y =m x +b 中已知的y 值集合。如果数组known _y ′s 在单独一列中,则known_x ′s 的每一列被视为一个独立的变量。 known_x ′s 是关系表达式y =m x +b 中已知的可 选x 值集合。数组known_x ′s 可以包含一组或多组变量。如果只用到一个变量,只要known _y ′s 和known_x ′s 维数相同,它们可以是任何形状的区域。如果用到多个变量,则known_y ′s 必须为向量(即必须为一行或一列)。如果省略known_x ′s ,则假设该数组为{1,2,3,…},其大小与known_y ′s 相同。 const 为一逻辑值,用于指定是否将常量b 强制设 为0。如果const 为TRU E 或省略,b 将按正常计算。如果const 为FAL SE ,b 将被设为0,并同时调整m 值使y =m x 。 stat s 为一逻辑值,指定是否返回附加回归统计值。如果stat s 为TRU E ,则L IN EST 函数返回附加回归统计值,这时返回的数组为{m n ,m n -1,…,m 1,b;se n ,se n -1,…,se 1,se b ;r 2,se y ;F ,d f ;ss r eg ,ss r esid }。如果stat s 为FAL SE 或省略,则L IN EST 函数只返回系数m 和常量b 。 2　L IN ES T 函数应用 现结合某高速公路沥青路面上面层AC -13型混合料级配组成设计,介绍如何利用L IN EST 函数来确定矿料级配的矿料初始比例。具体应用框图见图1。2.1　输入各种矿料的筛分数据 筛分数据的采集主要来源于沥青混合料配合比中 粗集料、细集料及填料的室内筛分结果,然后将不同孔 8 51　中　外　公　路 第27卷　第2期 2007年4月

运用EXCEL绘制矿质混合料级配图

运用EXCEL绘制矿质混合料级配图 黄学勤 南京交通技师学院江苏南京 210049 内容摘要：描述用ExCEL快速准确计算矿料级配及绘制图表曲线，阐述如何用泰勒横坐标代替传统的对数横坐标。矿物级配在工程中有着重要的应用，合理设置不同矿物间的比例对工程质量有很大的影响，因此，在工程中经常需要首先绘制出矿物的级配图，为分析工程配料比例提供详细的信息。但是，根据矿物级配的知识，矿物级配图的X 轴（或者称为横轴）一般是不等距的，而且需要按某一个规律变化间距，并显示自己想要的刻度数据。这为用户在Excel中绘制矿物级配图制造了困难。 关键词：EXCEL，沥青混凝上；矿料级配：泰勒横坐标；图文并茂；人工X轴；级配试验；孔径转换；XY散点图；刻度范围；图表的源数据； 在进行沥青混凝土配合比设计时,需要根据各种矿料的筛分结果和配比计算合成矿料级配,通过比较合成级配与设计范围来调整配比,然后重算合成级配,这是一个多次反复的过程。矿料三种以上运用人工计算不但过于复杂并且容易出错，不容易调配，而用EXCEl不但不容易出错，并且可以轻松计算三种以上的矿料级配，并且图文并茂。这里主要阐述如何运用EXCEL绘制图表曲线，本文为例。 案例分析 某工程队为了能够分析工程原料性质，在工程现场对其进行了级配试

验，得到如下的基础数据。 根据上面的基础数据，用户可以绘制出沥青级配图如下。 案例实现 在本小节中，将使用Excel来绘制沥青级配图，详细的步骤如下。 1.转换孔径数据。为了能够绘制出不等距的x坐标轴，用户需要首先转换孔径数据。在单元格CS中输入公式“=LN(C1）一LN($C$1/2)”，计算转换后的孔径数据，然后将公式填充到其他单元格中。 2.添加人工x轴的数据。由于在沥青级配图中，用户需要自行设置x 坐标轴。因此，在本步骤中，用户需要添加人工X轴的数据，如图12.86所示。

矿质混合料组成设计

1. 矿质混合料组成设计 有两种方法进行组成设计：试算法和图解法。 ?试算法 1. 试算法的基本原理 首先假设混合料中某种粒径的颗粒，是由对这一粒径占优势的一种集料组成，其他集料不含这一别试探各种级料的大致比例，不合适再进行调整，逐步接近，最终达到符合要求的集料的配合比 2. 步骤及方法 将A、B、C三种集料配成M级配的矿料：(表9.6.1) mai X+ mbi Y+ mci Z=Mi。Mi-混合料M在I粒级上的含量，mai, mbi, mci -A、B、C在Ⅰ粒级 ①求X：选取A料占优势的粒径Ⅰ(mm)，令 mbi = mci =0，则 X= Mi / mai。 ②求Z：选取C料占优势的粒径j(mm)，令mbi = mci =0，则X= Mi / mai。 ③求Y：Y=100-X-Z 。 ④核对：按 mai X+ mbi Y+ mci Z=M 逐级核对。不符合要求，应对X、Y、Z比例进行适当的调整 i 集料满足混合矿料的级配要求。 ?图解法 适用于多种集料组成的矿料配合比设计。 1. 基本原理: 把设计要求矿料的级配，按所采用各种集料的粒径范围分成几个区段，然后令各种集料的含量（求的级配中各相应区段的颗粒含量(%)。 2. 已知条件 ① 各种集料筛分析结果→各级料的通过百分率→级配曲线；

② 按技术规范要求的合成级配范围→合成级配的通过百分率中值。 3. 设计步骤 ①绘制坐标图：绘制长方形图框，坐标纵坐标为通过百分率。对角线作为合成级配中值。横坐横坐标确定方法：据合成级配中值要求的各筛孔通过百分率，从纵坐标引平行线，与对角线交点横坐标交点，为相应筛孔的孔径位置。 ②绘制级配曲线：将各集料的级配曲线绘制在上述坐标图上。 ③ 确定各相邻级配曲线的关系：相邻级配曲线重叠（A与B）、相邻级配曲线相接（B与C）、相离（C与D）。 ④确定各集料的用量。 2. 沥青最佳用量的确定 沥青最佳用量一般通过马歇尔试验确定。 根据规范推荐的沥青的用量范围，每隔0.5%为一组，选用5个以上的沥青用量，各制备马歇尔试 测试各组试件的技术指标 ( Sm(0), f, V v, S m)。 建立沥青用量－技术指标关系曲线。 根据标准要求，在各关系曲线上确定性能合格的沥青用量范围，取其中值为沥青最佳用量。 繁重交通中粒式沥青砼技术指标及试验结果如下表9.6.2所示。

沥青混合料级配问题的分析

沥青混合料级配问题的分析 摘要：沥青混合料的级配是沥青路面施工过程中的重要环节。如何做好级配的管理工作，是提高沥青路面质量的关键。本文从级配要求、加工矿料要求、施工过程控制等多方面阐述控制好级配管理工作。 关键词：沥青混合料、级配、筛孔、矿料通过率。 一、前言 一个好的级配设计应该具有良好的使用性能，施工操作性好及变异性小、容易被压实，尤其是经得起车辆荷载的考验，确保沥青路面不过早产生损坏。工程上存在的一个普遍问题是施工使用的材料与配合比设计使用的材料不一致。导致混合料级配混乱，最终导致沥青混合料质量的下降，孔隙率、压实度均达不到设计的要求，造成路面破损过早出现。 二、级配问题分析及控制要求 从我省部分大中修公路养护检测中的级配数据情况看，大多数地区混合料抽提后的筛分的公称最大粒径、4.75mm、0.075mm基本符合要求，但是 2.36mm 筛孔的通过率则不是很理想，总的问题是2.36mm筛孔的通过率偏小，大致看来，问题并不大，4个重要的筛孔，只有2.36mm通过率存在一定问题。其实不然，综合整体的数据看，存在着一个共同的问题，那就是4.75mm以上的筛孔通过率普遍偏大，而且靠上限，4.75mm筛孔基本符合规范要求，4.75mm以下则通过率普遍偏小，而且靠下限。虽然曲线成S型，但是上限和下限的跨度过大，造成空隙率偏大。再在上述路段做渗水试验，几乎成了大孔隙排水式沥青混合料路面，这显然与沥青混凝土的路面的技术要求是不相符的。通车后，在车辆荷载的反复作用下，容易造成空隙被压缩，车辙变形等严重病害的过早出现。 如何实现沥青混合料的级配良好？首先严格执行规范的要求。由于它适用区域较广，适用于不同道路等级、不同气候条件、不同交通条件、不同层次等情况，所以这个范围已经规定的很宽。沥青混合料的矿料级配应符合工程规定的设计级配范围。密级配沥青混合料宜根据公路等级、气候及交通条件规范要求选择采用粗型(C型)或细型(F型)混合料，并在混合料矿料级配范围内确定工程设计级配范围，通常情况下工程设计级配范围不宜超出混合料矿料级配范围的要求。采用粗型(C型)或细型(F型)的混合料。对夏季温度高、高温持续时间长，重载交通多的路段，宜选用粗型密级配沥青混合料(AC-C型)，并取较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区，或者重载交通较少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料(AC-F型)，并取较低的设计空隙率。 其次要重点控制关键的几个筛孔。沥青混合料矿料级配中公称最大粒径、

集料配比设计方法

矿质混合料的配合比设计方法 矿质混合料的配合比设计方法有数解法和图解法两大类，两类设计方法均需要在两个已知条件的基础上进行：第一个条件是各种集料的级配参数；第二个条件是根据设计要求、技术规范或理论计算，确定矿质混合料目标级配范围。本节介绍数解法中的试算法、规划求解法，以及图解法中的修正平衡面积法。 一、数解法 数解法的基本原理是将几种已知级配的集料j 配制成满足目标级配要求的矿质混合料M ，混合料M 在某一筛孔i 上的颗粒是由这几种集料提供的。混合料的级配参数由式（4-38）或式（4-39）确定。 )()()(i j i j i M X a a ?=∑ （4-38） )()()(i j i j i M X P P ?=∑ （4-39） 式中：)(i M a —矿质混合料在筛孔i 上的分计筛余百分率（%） )(i j a —某一集料j 在筛孔i 上的分计筛余百分率（%） )(i M P —矿质混合料在筛孔i 上的通过百分率（%） )(i j P —某一集料j 在筛孔i 上的通过百分率（%） )(i j X —某一集料j 在矿质混合料中的质量百分率（%） 将已知集料的级配参数和矿质混合料的目标级配参数代入式（4-38）或式（4-39），可以建立数个方程，方程的个数等于标准筛的个数，然后可以用正则方程法求解，也可以用试算法或规划求解法确定各个集料的用量。 （1）试算法设计步骤 采用试算法求解，需要已知各个集料和矿质混合料的分计筛余百分率。以三种集料为例，介绍试算法的求解步骤。 1）基本计算方程的建立 设有A 、B 、 C 的三种集料在某一筛孔i 上的分计筛余百分率分别为)(i A a 、)(i B a 、)(i C a ，欲配制成矿质混合料M ，混合料M 中在相应筛孔i 上的分计筛余百分率设计值为)(i M a 。假设A 、B 、C 三种集料在混合料中的比例分别为 X 、Y 、Z ，由此得式（4-40）和式（4-41） ： X +Y +Z =100 （4-40） X ·)(i A a +Y ·)(i B a +Z ·)(i C a =)(i M a （4-41）

T 0725-2000 沥青混合料的矿料级配检验方法

T 0725-2000 沥青混合料的矿料级配检验方法 1、目的与适用范围 本方法适用于测定沥青路面施工过程中沥青混合料的矿料级配，供评定沥青里面施工质量时使用。 2、仪具与材料技术要求 2. 1 标准筛：方孔筛，在尺寸为5 3. 0mm, 37. 5mm, 31. 5mm、26. 5mm、19. 0mm、 16.0mm、13. 2mm、9.5mm、 4. 75mm、2.36mm、1. 18mm,0. 6mm、0.3mm、0. 15mm、0. 075mm 的标准筛系列中，根据沥青混合料级配选用相应的筛号，标准筛必须有密封圈、盖和底。 2.2天平：感量不大于0. lg 2.3摇筛机。 2.4 烘箱：装有温度自动控制器。 2.5 其他：样品盘、毛刷等。 3、方法与步骤 3.1 准备工作 3.1.1按照本规程T0701沥青混合料取样方法从拌和厂选取代表性样品。 3.1.2 将沥青混合料试样按本规程T0722等沥青混合料中沥青含量的试验方法抽提沥青后，将全部矿质混合料放入样品盘中置温度105'C ±5℃烘干，并冷却至室温。 3.1.3按沥青混合料矿料级配设计要求，选用全部或部分需要筛孔的标准筛，作施工质量检验时，至少应包括0.075nun、2.36mm、 4.75mm 及集料公称最大粒径等5个筛孔，按大小顺序排列成套筛。 3.2 试验步骤 3.2.1将抽提后的全部矿料试样称量，准确至0.1g。 3.2.2将标准筛带筛底置摇筛机上，并将矿质混合料置于筛内，盖妥筛盖后，压紧摇筛机，开动摇筛机筛分 l0min 取下套筛后，按筛孔大小顺序，在一清洁

的浅盘上，再逐个进行手筛，于筛时可用手轻轻拍击筛框并经常地转动筛子，直至每分钟筛出量不超过筛上试样质量的0.1%时为止。 不得用手将颗粒塞过筛孔。筛下的颗粒并入下一号筛，和下一号筛中试样一起过筛。 在筛分过程中，针对0.075mm筛的料，根据需要可参照公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）的方法采用水筛法，或者对同一种混合料，适当进行几次干筛与湿筛的对比试验后，对0.075mm通过率进行适当的换算或修正。 3.2.3 称量各筛上筛余颗粒的质量，准确至0. lg。并将沾在滤纸、棉花上的矿粉及抽提掖中的矿粉计人矿料中通过0.075mm的矿粉含量中。所有各筛的分计筛余量和底盘中剩余质量的总和与筛分前试样总质量相比，相差不得超过总质量的1%。 4、计算 4.1 试样的分计筛余量按式（T0725-1）计算。 式中：Pi一一第i级试样的分计筛余量（%） mi一第i级筛上颗粒的质量比(g）； m一一试样的质量（ g ）。 4.2 累计筛余百分率：该号筛上的分计筛余百分率与大于该号筛的各号筛上的分计筛余百分率之和，准确至0.1%。 4.3 通过筛分百分率：用100减去各号筛上的累计筛余百分率，准确至0. 1g。 4.4 以筛孔尺寸为横坐标，各个筛孔的通过筛分百分率为纵坐标，绘制矿料组成级配曲线（图T 0725-1），评定该试样的颗粒组成。

矿料组成设计-最大密度曲线

矿料的组成设计 道路与桥梁用砂石材料，大多数是以矿料与各种结合料（如水泥或沥青等）组成混合料使用。为此，对矿料必须进行组成设计，以确定合理的级配，其主要内容包括理论级配范围的确定及基本组成的设计两方面。矿料的级配理论，矿料是用于沥青混合料的粗集料、细集料、填料的总称。各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度（或较大摩擦力），可以采用连续级配和间断级配两种级配组成。连续级配：是某一矿料在由标准筛配成的筛系列中进行筛分析时，所得的级配曲线平顺圆滑，具有粒级连续的（不间断的）性质，相邻粒径的颗粒之间，有一定的比例关系（按质量计）。这种由大到小，逐级粒径均有，并按比例相互搭配组成的矿料，称为连续级配矿料。间断级配：是在矿料中剔除其中一个（或几个）粒级，形成一种粒级不连续的混合料，称为间断级配矿料。 级配曲线范围，按配理论公式计算出各级集料在矿料的通过百分率，以通过百分率为纵坐标，以粒径为横坐标，绘制成曲线。图解法，采用图解法来确定矿料的组成，常用的有适用于两种集料组成的“矩形法”和适用于三种集料组成的“三角形法”等。对于三种以上集料级配的图解法，可采用“平衡面积法”，该法是采用一条直线来代替集料的级配曲线，这条直线使曲线左右两边的面积平衡（即相等），这样简化了曲线的复杂性。这个方法又经过许多研究者的修正，故称为“修正平衡面积法”，简称图解法。 最大密度曲线理论：是通过试验提出的一种理想曲线,认为固体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究的理想曲线是：细集料以下的颗粒级配曲线为椭圆形级配曲线，粗集料级配曲线为与椭圆曲线相切的直线，由这两部分组成的级配曲线，可以达到最大密度。后来经过许多研究改进，提出简化的“抛物线最大密度理想曲线”认为：“矿料的颗粒级配曲线愈接近于抛物线，则其密度愈大。” ① 最大密度曲线公式：根据上述理论，当矿料的级配曲线为抛物线时，如图10-1所示，最大密度理想曲线可用颗粒粒径（d）与通过量（p）表示：d=p2/k 式中：d矿料各级颗粒粒径（mm）；p 各级颗粒粒径集料的通过量（%）；k常数。 当颗粒粒径d等于最大粒径D时，通过量p＝100。故有：k=1002/D 当希望求任一级颗粒粒径d的通过量p时，可用k=1002/代入式d=p2/k得： p=100(d/D)0.5 式中：d希望计算的某级集料粒径（mm）；D矿料的最大粒径（mm）；p希望计算的某级集料的通过量（%）。 该式就是最大密度理想曲线的级配组成计算公式。根据这个公式，可以计算出矿料最大密度时各种粒径（d）颗粒应具有的通过量（p）。 ② 最大密度曲线n幂公式：最大密度曲线是一种理论的级配曲线。在实际应用中，许多研究认为：这一公式的指数不应固定为0.5。有的研究认为在沥青混合料中应用时，当n=0.45时密度最大；有的研究认为在水泥混凝土中应用时，当 =0.25～0.45时和易性较好。通常使用的矿料的级配范围（包括密级配和开级配），n

矿料合成级配表格设计方法

[原创]VBA调用‘规划求解’自动合成矿料级配 试验检测技术人员都知道，已知五、六档甚至七档集料计算合成成符合技术规范及级配关键点的控制要求,是非常消耗脑力和时间，特别是没有经验的检测人员更困难。因此我们可利用计算机的信息处理能力，为我们分忧解难。Excel是办公中最常用的办公软件之一，其功能非常强大，能利用好相关功能,会有意想不到的效果。 规划求解也称作“假设分析”，是一个非常好用的工具，经常用于查看更改某些单元格中的变量对工作表中公式结果的影响，例如： 1、根据已知结果倒推变量应赋予的初值：已知各档级配通过率及矿料的级配范围，可以用单变量求解、循环引用，也可规划求解得出配合比例。 2、根据已知参数和配比，寻找最佳组合方案：这种应用案例居多。 利用Excel2003提供的规划求解可以进行级配合成、最佳沥青用量的选定、沥青混合料拌和楼的标定等问题. 常规操作规划求解过程中,美中不足的是除了限制变量个数、求解时间有时候比较长外，还有是如果变量不多、算法也不难，但有许多需要求解的值，而每一次改变都要重复操作，弹出规划求解对话框、求解。 以上常规操作无法避免的问题，在利用VBA调用规划求解宏却可以很好的解决。从而更好的提高工作效率。通过工程上最常用的配合比级配比例的选定（例子为沥青混合料配合比）进行说明. 代码如下：

Sub ww() '取消密码保护 ActiveSheet.Unprotect Password:=123 Range("C4:C11").Select Selection.ClearContents ' 全部重设 SolverReset '规划求解参数设置 Solverok setcell=设置目标单元格: 'MaxMinVal 对应于是否要解决目标单元对最大值 (1)、最小值 (2), 或特定值 (3) 'ValueOf 指定要匹配目标单元值。如果您设置 MaxMinVal 为 3, 必须指定该参数。 '如果将设置为 1 或 2, MaxMinVal 才能省略该参数。 'ByChange 指定单元格或区域的单元格，将更改 'SolverAdd (CellRef, 关系, FormulaText) '1 值是否小于或等于 =< '2 vaue 等于 (=)。 '3 值是否大于或等于 >= '4 值是整数 '5 是二进制（值是零或一个） 'FormulaText 引用一个或多个单元格构成右边的 constraint Solverok setcell:=Range("$D$12"), maxminval:=3, ValueOf:=100, bychange:=Range("c4:c11") SolverAdd CellRef:=Range("d12"), Relation:=2, FormulaText:=Range("q12") SolverAdd CellRef:=Range("d12"), Relation:=3, FormulaText:=Range("d17") SolverAdd CellRef:=Range("d12"), Relation:=1, FormulaText:=Range("d16") SolverAdd CellRef:=Range("e12"), Relation:=3, FormulaText:=Range("e17") SolverAdd CellRef:=Range("e12"), Relation:=1, FormulaText:=Range("e16") SolverAdd CellRef:=Range("f12"), Relation:=3, FormulaText:=Range("f17") SolverAdd CellRef:=Range("f12"), Relation:=1, FormulaText:=Range("f16") SolverAdd CellRef:=Range("g12"), Relation:=3, FormulaText:=Range("g17") SolverAdd CellRef:=Range("g12"), Relation:=1, FormulaText:=Range("g16")

沥青混凝土的级配分类

沥青混凝土的级配分类

分类Classification 级配类型 Grade-mate 最大粒径 Max-grainsizex(mm) 密级配沥青混凝土 Dense-graded Asphalt Concrete 粗粒式AC－25C AC－25F 26.5 中粒式 AC－20C AC－20F 19.0 AC－16C AC－16F 16.0 细粒式 AC－13C AC－13F 13.2 AC－10C AC－10F 9.5 半开级配沥青碎石中粒式 AM－20 19.0 AM－16 16.0 细粒式 AM－13 13.2 AM－10 9.5 沥青玛蹄脂碎石Stone Matrix asphalt SMA－16 16.0 SMA－13 13.2 SMA－10 9.5 SMA－5 4.75 彩色沥青产品 Color asphalt products AC－10 9.5 AC－5 4.75 乳化沥青产品 Emulsified asphalt products 阳离子乳化沥青 Cation emulsified asphalt 9.5 改性沥青产品Modified asphalt 可掺加PE、SBS、EVA、APAP、 APP等多种改性剂进行单一 或复合改性 9.5 开级配排水式磨耗 层中粒式 OGFC－16 16.0 OGFC－13 13.2 细粒式OGFC－10 9.5 密级配沥青稳定碎 石特粗式 ATB-40 37.5 ATB-30 31.5 粗粒式ATB-25 26.5 开级配沥青稳定碎 石特粗式 ATPB-40 37.5 ATPB-30 31.5 粗粒式ATPB-25 26.5 冷拌沥青混凝土产品 弹性沥青混凝土产品 改性乳化、彩色改性乳化产品