矿料级配和组成设计共31页

x矿料粒径的级数，最大粒径为D1时，x=1，则D1/2时，x=2；
i通过百分率的递减系数。 i=0.65~0.75时可以得到比较密实和使用效果满意的混合料。
矿料级配计算方法
2.间断级配 间断级配的计算方法以Weymouth粒子干涉理论为基础，发展而成的设计方法有 贝雷法、粗集料体积设计方法(CAVF)、多碎石沥青混凝土(SAC)级配设计方法以及 多级嵌挤密实级配设计方法（MDBG）。 2.1贝雷法 贝雷法是由伊利诺州交通部的罗伯特· 贝雷（Robert Bailey）发明的。其思路是 将矿料分为形成骨架的粗集料和填充孔隙的细集料，而粗细集料的分界筛孔尺寸随公 称最大粒径而变。 由于采用贝雷法设计集料配合比时十分复杂，因而国内常用贝雷法进行级配的检验 。
矿料级配计算方法
2.4多级嵌挤密实级配设计方法（MDBG） 多级嵌挤密实级配设计方法（ MDBG）以逐级填充理论和粒子干涉理论为设计依 据, 以贝雷法为设计和检验标准, 包括粗集料级配设计、细集料级配设计、合成级配 设计及贝雷法对设计级配的检验。
青混合料最大限度地发挥其结构强度效应，获得最佳的使用品质。
矿料级配类型
1.连续级配 连续级配是指矿料各级粒径的矿料，由大到小逐级按一定的重量比例组成的一 种矿质混合料，其级配曲线平顺圆滑，具有连续的性质。根据各级粒料的含量不同 ，连续级配可以分为连续密级配和连续开级配。 1.1连续密级配 连续密级配矿料密实度较大，但由于其中粗集料含量较少，且由于各级粒料都有 一定的数量，造成各级较大的颗粒都被较小的颗粒推挤开，因此矿料无法形成骨架 结构，粗集料悬浮于较小的颗粒之中。这种矿料级配的强度特性取决于黏聚力，高 温重载条件下容易出现热稳定性不足引起的路面病害。 1.2连续开级配 粗集料含量相对于密级配沥青混合料有所增加，其粗集料可以形成骨架作用，但 由于细集料含量很少，所以无法充分填充粗集料之间的空隙，是沥青混合料孔隙率 较大。这种矿料级配强度特性取决于内摩阻力，热稳定好，但耐久性较差。

集料B级配曲线末端与集料C级配曲线首端正好在一条垂线上时找出 “相接连分”线，与级配中值线相交确定“N”点。
知识目标 矿质混合料组成设计—校核调整
通过M、N、R点作一水平线交纵坐标于P、Q、S点，即可确定各集料用量比例。
能力目标
两种相邻集料的级配曲线可能出现重叠、衔接和分离三种情况，根据不同情况可采用做图法确定各集料的用量比例。
1.计算级配中值
根据规范要求，确定AC-13型矿质混合料的 级配范围，计算级配中值
表3 AC-13型矿质混合料的级配范围及级配中值
通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）
级配类型
16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
细粒级 沥青混
级配 范围
3.校核调整
校核方法和试算法校核方法相同 （以实际工程例题进行练习）
根据图解得到的A、B、C、D四种集料的用量比 例OP、PQ、QS、ST，计算校核合成级配是否符合 要求。若不符合要求，应调整部分集料的用量直至满 足要求。
二、案例分析
某一级公路面层为细粒式沥青混凝土，采用AC-13型 矿质混合料级配。现有碎石、石屑、砂、矿粉四种集料， 筛分结果见表2，试用图解法设计矿质混合料的配合比。
相间平分
图5 C、D集料的级配曲线关系
通过M、N、R点作一水平线交纵坐标于P、 Q、S点，即可确定各集料用量比例。
表1 AC-16型矿质混合料的级配范围 矿质混合料组成设计—绘图计算 通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%） 矿质混合料组成设计—绘图计算 以级配范围的中值在纵轴上确定出各纵坐标点（0～100%），从各纵坐标点引出水平线与对角线OO′相交。 矿质混合料组成设计—案例计算 绘制级配曲线图确定各集料用量比例 矿质混合料组成设计—绘图计算 矿质混合料组成设计—案例计算 通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%） 矿质混合料组成设计—绘图计算 根据该矿质混合料的级配范围，计算出对应于每一筛孔尺寸的级配范围通过率的中值。

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)。

在水泥混凝土或沥青混合料中，
所用集料颗粒的粒径尺寸范围较大，
道
而天然或人工轧制的一种集料往往仅
路 建 筑
有几种粒径尺寸的颗粒组成，难以满 足工程对某一混合料的目标设计级配
材
范围的要求，因此需要将两种或两种
料 ︵
以上的集料配合使用。
第
一
章
︶
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森林工程专业
第1页
• 确定几种集料混合时各自比例的
路
建 进行验算，如得到的合成级配不在所要求的级配
筑 材
范围，应调整初步配合比重新验算，直到满足级
料 配要求为止。如经数次调整仍不能达到要求，可
︵ 第
掺加单粒级集料或调换其它集料。
一
章
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2．图解法设计步骤
道
路 建 筑
• 图解法要求级配中值 呈一直线：
材 料 ︵
p 100 d n D
道
试样总质量的百分率，即100与某号筛累计
路
筛余百分率之差，按式（1-29）求得：
建
筑 材
Pi 100 Ai
（1-29）
料 ︵
式中：
第 一
Ai ——某号筛累计筛余百分率，%。
章
︶
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（2）细集料的细度模数
道 路 建
• 细度模数是用于评价细集料粗细程度 的指标，是细集料筛分试验中各号筛
下作垂线，垂线与横坐标的相交点即 为各筛孔相应位置。
︶
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道 路 建 筑 材 料 ︵ 第 一 章 ︶
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3）、计算矿粉在混合料中的用量Z 由表可知，矿粉中占优势含量粒径＜0.075mm。故计算矿粉 用量时，假设混合料中＜0.075mm粒径全部由矿粉组成，即 aB（＜0.075）＝0, aA（＜0.075）＝0, Z＝（aM（j）／aC（j））*100 ＝（6.0／86.8）*100 ＝ 6.9％ 4）、计算石屑在混合料中的用量Y Y＝100－（X+Z）＝100－（41.6＋6.9）＝51.5％ 5）、合成级配的计算与校核 根据计算，矿质混合料中各种集料的比例为： 碎石：石屑：矿粉 ＝ X：Y：Z ＝ 41.6：51.5：6.9

作业:请分别用“试算法”和“图解法”设计某矿质混合料的配合比 （1）、原材料：碎石、石屑和矿粉的筛分试验结果如下表：
原材料筛分析试验结果（分计筛余，％） 设计级配范围通过百分率（％） 范围P（i） （5） 100
筛孔尺寸di(mm)
（1 ） 26.5
碎石 （2 ） 100 97 61.5
石屑 （3 ）
×41.6
50.5 2.6 21.0 1.0
0.6
0.3 0.15 0.075 ＜0.075 合计 100 41.6
16.0
12.4 11.5 10.8 1.2 100
×51.5
8.2
6.4 5.9 5.6 0.6 51.5 13.2 ×6.9 86.8 100 6.0 6.9 0.9
8.2
6.4 5.9 6.5 6.6 100
矿质混合料的组成设计方法
矿质混合料的组成设计方法：

1、数解法——试算法； 2、图解法——修正平衡面积法

矿质混合料组成设计的已知条件

1、已知各种集料的级配参数 2、根据设计要求、技术规范或理论计算，确定矿质 混合料级配范围

或
n幂公式
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(n幂指数常) 在0.3～0.7之间。目前多采用n次幂的通式表达。
式中：p, d 和D —— 意义同前； n —— 试验指数。
级配曲线范围的绘制
半对数坐标即横坐标颗粒粒径(筛孔尺寸)用对数 坐标，纵坐标通过(或存留)百分率用算术坐标。
4～8
解:1．计算AC-13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 95～100 70～88 （％）
AC-13级配
范围
累计筛余
0
（％）
5～0 30～12
AC-13级配
绘制方法
1．各种颗粒粒径在横坐标上的位置确定方法 ① 确定横坐标的长度S ② 确定横坐标的对数间距系数
式中：S ─── 给定的横坐标长度 (mm)； ─── 集料的最大粒径 (mm)； ─── 集料的最小粒径 (mm)。
③ 各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置
式中Sx ─── 各筛孔距0.16mm筛孔距离(mm)； DX ─── 需要计算的颗粒粒径 (mm)。
(3) 计算B料在混合料中的用量 y = 100 - (x + z )
试算法例题
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1，要求配制成AC-13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 用量比例。
原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围表 1
原材料

矿料：在水泥混凝土或沥青混合料中，所用集料的粒径尺寸范围较大，而天然或人工轧制的一种集料往往仅有几种粒径尺寸 的颗粒组成，难以满足工程对某一混合料的目标设计级配范围的要求，因此需要将两种或两种以上的集料配合使用，构 成矿质混合料，简称矿料。
二、级配
• 级配的定义：级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或 分布情况。
由于粗细集料的粒径范围不同，筛分实验中采用的标准套筛尺寸范围 及式样质量有所不同，如下表，通常情况下，细集料的筛分式样取 500g。
集料筛分用的式样质量
某细集料筛分实验的结果示例
级配的表示方法
2.细集料的细度模数 细度模数是用于评价细集料粗细程度的指
标分，率为之M 细 和f集 ，料 按(A 0 筛 下.1 5 分式A 实计0 .3 验算A 1 0 中：.6 0 各A A 1 0 4 .号1 .7 8 5 筛A 2 上.3)6 的5A 累4 .7 计5筛余百
间断级配：间断级配是在矿质混合料中 剔除其中一个不同或级配几类个型的分级级配曲而线如形下成图所一示种不连续 的混合料，这种混合料称为间断级配混合。
a）连续型密集配
b）连续型开级配
c）间断型密集配
矿质混合料的级配
（二）级配理论 1.富勒理论（最大密度曲线） 富勒（W B ）认为“级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈
矿质混合料的级配
3.级配曲线范围的绘制 在工程实践中，集料的最大理论密度曲线为级
配指数0.5的级配曲线，如下图中曲线A。常用矿 质混合料的级配指数一般在0.3~0.7之间，将级配 指数0.3和0.7代入上式进行计算，并可绘制相应 的级配曲线，如下图曲线范围B
矿质混合料的配合比设计方法
• 矿质混合料的组成设计就是根据实际工程中现有的各种 集料的级配参数（即筛分结果），针对设计要求或技术规 范要求，采用一定的方法确定各规格集料在合成矿料中所 占比例的操作过程。

级配
矿质混合料的级配
级配的表示方法
1.级配参数
矿质集料的级配通常采用筛分实验确定。 称取500g试样，放于一套标准筛（9.5mm，4.75mm，2.36mm， 1.18mm,0.6mm,0.3mm,0.15mm的方孔筛）上，分别求出试样存留在各筛 上的质量，然后采用级配的有关参数来评定试样颗粒的级配。 按下式计算有关级配的参数： （1）分计筛余百分率 i ：某号筛上的筛余质量占式样总质量的百分率， 按下式计算 mi
i
────各筛的分计筛余百分率（%）。
级配的表示方法
p
(3)通过百分率 i :通过某号筛的式样质量占式样总质量的百分率，即 100与某号筛累计筛余百分率之差，按下式计算
pi 100 Ai
式中： Ai ────某号筛累计筛余百分率（%）。 由于粗细集料的粒径范围不同，筛分实验中采用的标准套筛尺寸范围 及式样质量有所不同，如下表，通常情况下，细集料的筛分式样取 500g。 集料筛分用的式样质量
矿质混合料的级配
（二）级配理论 1.富勒理论（最大密度曲线） 富勒（W B Fuller）认为“级配曲线愈接近抛物线，则其密 度愈大”。因此最大密度曲线方程可表示为：
p kd
2
式中：p────集料颗粒在筛孔尺寸d上的通过百分率（%）； d────集料中颗粒的筛孔尺寸（mm） k────统计参数
a
M────集料风干式样的总质量。 （2） 累计筛余百分率 A ：某号筛的分计筛余百分率和大于该筛孔尺寸筛的 i 各筛分计筛余百分率之总和，可按下式计算
式中
M mi ────存留在某筛孔上的式样质量；
ai
100
式中： a1 、 a 2 、
、a
Ai a1 a2 ai

有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
矿料的级配和组成设计
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴

细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细和特细 砂四种规格，相应的细度模数分别为：粗砂 =3.7~3.1；中砂=3.0~2.3；细砂 =2.2~1.6；特细砂=1.5~0.7
细度模数的数值主要决定于0.15mm筛到2.36mm筛5个粒径的累计筛余量， 由于在累计筛余的总和中，粗颗粒分计筛余的“权”比细粒大，所以它的数 值很大程度决定于粗颗粒含量；另外，细度模数的数值与小于0.15mm的颗粒 含量无关，细度模数在一定程度上能反映砂的粗细概念，但未能全面反映砂 的粒径分布情况，不同级配的砂可以具有相同的细度模数。
最大密度曲线方程 p2 kd 对应的示意图
集料级配曲线示意图（常数坐标）
矿质混合料的级配
当筛孔尺寸d等于集料最大粒径D时，其通过百分率为100%，
即d=D，p=100，将此代入 p2 kd 得
k 1002 1 D
当希望计算任何一级颗粒粒径d的通过量时，计算公式为：
p2 kd p 100 d D
同理，根据以上的方法，可以计算出集料Ｃ或Ｂ的用量。 • ④合成级配的计算、校核和调整
由于试算法中各种集料用量比例是根据几个筛孔确定的，不能控制所有筛 孔，所以应对合成级配进行校核。先按式（１—１０）、（１—１１）计算矿 质混合料的合成级配。应在设计要求级配范围内，并尽可能的接近设计级配 范围的中值。当合成级配不满足要求时，应调整各集料的比例。调整配合比 后还应重新进行校核，直至符合要求。如计算后仍不能满足级配要求。可掺 加单粒级集料或调换其他集料。
间断级配：间断级配是在矿质混合料中剔除其中一个或几个分级而 形成一种不连续的混合料，这种混合料称为间断级配混合。
③连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径 仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成连续开级配。

0.6
1.3
19.4
4.0
22-45
0.3
_
36
4.0
15-35
0.15
_
7.0
5.5
12-30
0.075
_
3.0
3.2
10-25
<0.075
_
2.0
83.3
_
现有碎石、砂和矿粉三种集料，以筛析试验，各集料的分计筛余百分率列于下表，并列出规范推荐要求的设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。
要求级配范围分计筛余中值
13.2
0.8
_
_
100
_
_
4.75
60.0
_
_
70.5
29.5
29.5
2.36
23.5
10.5
_
51.5
48.5
19.0
1.18
14.4
22.1
_
41.5
58.5
10.0
0.6
1.3
19.4
4.0
33.5
66.5
8.0
0.3
_
36
4.0
25
75.0
8.5
0.15
_
7.0
5.5
2设碎石砂和矿粉的配合比为xyz则xyz1003设混合料m中某一级粒径i要求的含量为三种集料原来级配中此粒径颗粒的含量分别为4假设混合料m中某一粒径i主要由a集料所提供即a料占优势而忽略其它集料在此粒经的含量xa即可计算出a料在混合料中的用量比例同理可计算出c料在混合料中的用量比例z现有碎石砂和矿粉三种集料以筛析试验各集料的分计筛余百分率列于下表并列出规范推荐要求的设计混合料的级配范围试求碎石砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例

A集料的配合比为X%； B集料的配合比为Y%； C集料的配合比为Z%； D集料的配合比为W%。
⑦调整校核
在用作图法求出x%、y%、z%、w%后， 要用计算表格进行调整校核，使集料混 合料的级配曲线应在所要求满足的级配 范围之内，并尽量使其曲线平滑。
若不能满足工程级配要求，需要一一进 行计算调整。
X=di0.45 3.193 3.482 3.762 4.370 4.723 5.109 5.969 6.452
现代工程认为沥青混合料的最佳矿料级配是： P=100(d/D)0.45
由公式P=100(d/D)0.45 计算的各粒径di与通过率 Pi之间的数值关系如下表。
即可得泰勒横坐标图（主要用于配合比设计）
在横坐标上标出各粒径的相应坐标位置。
② 泰勒横坐标法（幂指数坐标法）
《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》规定，按T 0725 (沥青混合料的矿 料级配检验方法)执行。
求出各粒径尺寸的0.45次方，即di0.45； 横坐标即为x=di0.45； 统一按一定倍数（如：4~5倍）放大。
如：0.0750.45=0.312
整。 ③Excel电子表格法 该方法利用试算法原理，可根据矿料级
配曲线及时作出试算和调整，直到满足 要求。（该方法在此省略）
（2）图解法
修正平衡面积法 图解法步骤：
假设有A、B、C、D四种规格的矿质集 料和已知的工程级配要求范围。
通过筛分析已知它们各自的通过百分 率（%）。
用修正平衡面积法求出满足工程级配 要求的矿质混合料配合比。
100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0
0.075 0.15 0.3 0.6 1.18

矿料级配设计方法及评述
矿料级配设计方法是一种技术，主要用于将不同的矿物质成份的矿料进行分类分级、分类分析和分级优选。

它可以根据矿料的性质及其产出的产品的要求，通过矿料的化学分析、物理测试和理化性质的测定，根据矿料的性质来配制合理的矿料级配，以满足矿料加工的要求。

矿料级配设计方法主要包括如下几个步骤：
（1）收集并分析可用矿料信息，以便对矿料进行分类；
（2）对矿料进行分类，并对产品的质量要求进行分析；
（3）选择合适的化学分析、物理测试和理化性质的测定方法，对矿料进行详细测定；
（4）分析矿料的性质，根据产品的要求和矿料的性质，进行矿料级配设计；
（5）通过实验、分析和优化，选择合理的矿料级配。

矿料级配设计方法能够有效地控制矿料加工过程中产品质量的变化，从而达到节约能源、提高生产效率的目的。

此外，根据矿料的性质制定合理的矿料级配也能有效
地保证矿料的质量，避免因矿料质量的不稳定导致的产品质量问题。

矿料级配设计方法的优点在于:
1.可以准确的掌握矿料的性质，以便制定合理的矿料级配；
2.可以提高产品的质量，并降低生产成本；
3.可以提高加工工艺的灵活性，以便应对不同特征的矿料；
4.可以提高矿料加工的效率，减少矿料的损失。

然而，矿料级配设计方法也有一定的局限性：由于矿料本身的不确定性，矿料的性质可能会受环境影响而发生变化，从而影响矿料级配的设计；另外，矿料的性质会受到加工工艺的影响，矿料级配的设计必须考虑这一因素。

总之，矿料级配设计方法是矿料加工行业开展矿料加工的重要手段，能够显著提高矿料加工过程中的生产效率和产品质量，从而提高企业的竞争优势。