级配理论介绍

规格不同的集料按一定比例配合起来，一般是指把几个规格不同的（有大有小）的集料组合起来形成混合料，混合料各筛孔通过率即为。

简单地说就是集料筛分之后一系列筛孔的通过率。

集料基本概念一、粗集料1、基本概念集料定义：是指在混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括碎石、砾石、石屑、砂等。

标准筛的概念：对颗粒性材料进行筛分试验用的符合标准形状和尺寸规格要求的系列样品筛。

标准筛筛孔为正方形，筛孔尺寸依次为75mm、63mm、37.5mm、集料的划分：根据集料形成的过程可分为经自然风化、地质作用形成的卵石、砂砾和人工机械加工而成的碎石；根据粒径大小可分为粗集料和细集料（又称砂）；根据化学成分分为酸性集料和碱性集料。

集料粒径：在沥青混合料中，粗集料是指粒径大于2.36㎜的碎石,破碎砾石,筛选砾石和矿渣等;在水泥砼中,粗集料是指粒径大于4.75㎜的碎石,砾石和破碎砾石.集料最大粒径:指集料的100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸.集料的最大公称粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸.通常比集料最大粒径小一个粒级.二、细集料1、砂的技术性质在沥青混合料中，细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂（包括机制砂）及石屑；在水泥砼中，细集料是指粒径小于4.75mm的天然砂和人工砂。

砂的技术性质涉及范围：物理常数、级配、粗度、有害物质。

筛分和级配的概念：级配是集料中各级粒径的分配情况，通过筛分试验确定粗细集料颗粒粒级的分布状况。

砂的筛分试验是称取一定数量的砂样，在规定的标准套筛上进行筛分，分别称出砂样在各个筛上的存留质量，然后再根据公式计算出与级配有关的参数。

分计筛余百分率：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率；累计筛余百分率：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该筛号的各筛分计筛余百分率之和；通过百分率：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，在数值上等于100减去某号筛的累计筛余百分率。

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。

建筑知识：建筑结构设计中的级配概念在建筑结构设计中，级配（gradation）是一个重要的概念。

级配指的是用不同大小的颗粒或材料按一定比例混合在一起，以达到优化设定目的的过程。

在构造混凝土、沥青和土壤等结构材料时，级配是非常重要的。

物料级配的配合比例决定着材质的强度、密度和成型性能。

因此，设定理想的级配可以优化物料的性能，提高建筑结构的质量。

以混凝土为例，混凝土的强度和坚固程度是由骨料和水泥的比例、混合程度、水泥的品质等多个因素决定的。

而骨料的级配对混凝土的强度、密度等性质有着重大的影响。

选择合适的骨料级配可以让混凝土更坚实、更稳定，确保建筑物安全、稳定地承载重量。

如果骨料没有经过合适的级配处理，混凝土可能会出现劣化、开裂、脱落等问题，严重影响建筑物的使用寿命。

在道路和铁路建设中，沥青混合料的级配也是至关重要的。

沥青混合料是由不同大小的骨料和矿料、沥青和其他添加剂混合而成。

合适的级配可以让沥青混合料强度更高、耐久性更好。

同时，由于不同的交通工具对路面的冲击和负荷也不同，所以需要根据实际的交通情况来调整级配，以达到更好的性能和使用寿命。

在土壤工程中，土壤的级配可以影响土壤的稳定性和排水性。

如果土壤沉积物内的颗粒尺度差异太大，那么大颗粒对于土壤中的空隙会造成阻碍，减少土壤的排水能力和稳定性。

因此，在路基和基础工程中，需要进行土壤级配分析和调整。

最后，在金属和非金属材料的生产和使用中，级配也是非常重要的。

金属材料需要进行级配和矿物选择，才能达到理想的质量和性能标准。

非金属材料的混合需要调整成最佳的级配比例，才能获得最优质的产品。

总之，在建筑结构设计中，级配是一个非常重要的概念。

通过优化级配比例和设定合适的功能分布，可以大大提高建筑结构的性能和质量。

因此，在实际建设中，需要根据实际情况选择合适的级配原理和方法，以达到最佳效果。

（2）沥青混合料的散体颗粒性特征沥青混合料颗粒性力学特性（参见图2—3）表现为：(1)材料的力学特性与其压实度有关，一般随着压实度的增加，其强度与刚度均会增加；(2)材料的力学特征与三轴实验的围压σ3有关，围压增大时，沥青混合料强度与刚度也增加。

有关研究结果表明[4]，沥青混合料强度、刚度与压实度、围压有良好的线性关系。

正因为沥青混合料具有典型的颗粒性材料特性，所以传统上常用摩尔——库仑Mohr-Coulomb［5］强度理论来表征沥青混合料的力学强度。

根据Mohr-Coulomb理论，沥青混合料的力学强度主要来源于骨料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的粘结力，并引进两个强度参数，即粘聚力C和摩阻角θ，以此作为强度理论的分析指标。

通常用三轴试验、简单拉压或直剪试验确定C、θ值。

σ压围实压度ε图2—3 沥青混合料的颗粒力学特征在此引用文献［5］的有关试验数据资料进行分析，见表2—1。

围压σ3（Mpa）σ1（普通沥青混合料）（Mpa）σ1（改性沥青混合料）（Mpa）备注0 0.2 0.4 2.292.893.532.6253.193.84沥青用量7.3%，温度230C，压实度93.6%，加载速率1%/min加载速率（%/min）0.25 1 4 2.452.893.6952.693.194.105沥青用量7.3%，温度230C，压实度93.6%，围压0.2Mpa若用传统的Mohr-Coulomb理论模型表征沥青混合料的力学特性，则沥青混合料的力学模型为：τ=σ·tgθ+ C，（式中τ为沥青混合料的抗剪强度，σ为材料受到的正应力）。

对表2—1的数据用应力圆表示为图2—4（a）、（b）。

从图（a）中可见，改性沥青和普通沥青的混合料θ值相差很小（分别为30.34°、30.82°），C值则有较大差异（前者C=0.748Mpa，后者为0.648Mpa），其原因是这两种混合料的集料级配和压实度相同（所以摩擦角θ值相近），而沥青结合料性质不同（改性沥青因为粘度大而C值较大，故凝聚力有差异，）。

级配级配级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，可通过筛析试验确定。

级配参数：1）分计筛余百分率：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率；2）累计筛余百分率：某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率的总和；3）通过百分率：通过某号筛的质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛的累计筛余之差。

目录砂的级配国家标准砂的级配简述：在土木工程中，粒径大于5mm的骨料为粗骨料，又称为“石子”；粒径小于5mm的骨料为细骨料，又称为“砂”。

我们可以通过筛分析,计算砂子的大小搭配状况,判断砂子的级配和细度模数。

粗细程度与颗粒级配：砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合体平均粒径大小。

通常用细度模数(Mx)表示，其值并不等于平均粒径，但能较准确反映砂的粗细程度。

细度模数Mx越大，表示砂越粗，单位重量总表面积(或比表面积)越小;Mx越小，则砂比表面积越大。

砂的颗粒级配是指不同粒径的砂粒搭配比例。

良好的级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使砂形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。

这样可达到节约水泥，提高混凝土综合性能的目标。

因此，砂颗粒级配反映空隙率大小。

细度模数和颗粒级配的测定：砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析方法测定，用细度模数表示粗细，用级配区表示砂的级配。

根据《建筑用砂》(GB/T14684-2001)，筛分析是用一套孔径为4.75，2.36，1.18，0.600，0.300，0.150mm的标准筛，将500克干砂由粗到细依次过筛(详见试验)，称量各筛上的筛余量(g)，计算各筛上的分计筛余率(%)，再计算累计筛余率(%)。

(JGJ52采用的筛孔尺寸为5.00、2.50、1.25、0.630、0.315及0.160mm。

其测试和计算方法均相同，目前混凝土行业普遍采用该标准。

) 细度模数根据下式计算(精确至0.01)：根据细度模数Mx大小将砂按下列分类：Mx>3.7 特粗砂;Mx=3.1～3.7粗砂;Mx=3.0～2.3中砂;Mx=2.2～1.6细砂;Mx=1.5～0.7特细砂。

（2）沥青混合料的散体颗粒性特征沥青混合料颗粒性力学特性（参见图2—3）表现为：(1)材料的力学特性与其压实度有关，一般随着压实度的增加，其强度与刚度均会增加；(2)材料的力学特征与三轴实验的围压σ3有关，围压增大时，沥青混合料强度与刚度也增加。

有关研究结果表明[4]，沥青混合料强度、刚度与压实度、围压有良好的线性关系。

正因为沥青混合料具有典型的颗粒性材料特性，所以传统上常用摩尔——库仑Mohr-Coulomb［5］强度理论来表征沥青混合料的力学强度。

根据Mohr-Coulomb理论，沥青混合料的力学强度主要来源于骨料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的粘结力，并引进两个强度参数，即粘聚力C和摩阻角θ，以此作为强度理论的分析指标。

通常用三轴试验、简单拉压或直剪试验确定C、θ值。

σ压围实压度ε图2—3 沥青混合料的颗粒力学特征在此引用文献［5］的有关试验数据资料进行分析，见表2—1。

围压σ3（Mpa）σ1（普通沥青混合料）（Mpa）σ1（改性沥青混合料）（Mpa）备注0 0.2 0.4 2.292.893.532.6253.193.84沥青用量7.3%，温度230C，压实度93.6%，加载速率1%/min加载速率（%/min）0.25 1 4 2.452.893.6952.693.194.105沥青用量7.3%，温度230C，压实度93.6%，围压0.2Mpa若用传统的Mohr-Coulomb理论模型表征沥青混合料的力学特性，则沥青混合料的力学模型为：τ=σ·tgθ+ C，（式中τ为沥青混合料的抗剪强度，σ为材料受到的正应力）。

对表2—1的数据用应力圆表示为图2—4（a）、（b）。

从图（a）中可见，改性沥青和普通沥青的混合料θ值相差很小（分别为30.34°、30.82°），C值则有较大差异（前者C=0.748Mpa，后者为0.648Mpa），其原因是这两种混合料的集料级配和压实度相同（所以摩擦角θ值相近），而沥青结合料性质不同（改性沥青因为粘度大而C值较大，故凝聚力有差异，）。

东北季冻区矿料级配设计理论研究摘要：简述了沥青混合料矿料级配设计的理论基础和以粒子干涉理论为基础的间断级配理论。

通过针对东北季冻区气候特点和路面性能的分析，阐述了骨架型沥青混合料矿料级配理论和分型理论的优缺点，指出了多级嵌挤骨架密实型沥青混合料矿料级配设计对东北季冻区高速公路发展有着重大的研究意义。

关键词：季冻区；沥青路面；矿料级配；骨架密实我国北方大部分地区都属于季节性冰冻地区，为了使沥青路面满足季冻区气候特征的要求，沥青混合料必须具有良好的低温抗裂性能、高温抗变形能力、抗滑性能、抗水损害能力、耐久性等路用性能。

沥青混合料的设计其目的就是对矿料结构组成进行优化，形成一个稳定结构，使设计的沥青路面各项性能比较均衡，满足全功能沥青路面的要求。

因此，在沥青混合料级的设计中，矿料级配设计的研究是非常重要的。

1沥青混合料矿料级配设计的理论基础级配组成理论的研究，最早发源于我国的垛积理论，但是没有得到广泛的发展。

目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论、粒子干涉理论及分形理论。

富勒(w.b.fuller)提出的最大密度曲线是一种理想曲线。

该理论认为当曲线接近于抛物线时可获得最大密度，主要应用于连续级配。

以此理论为基础，发展出以几种级配的算法：泰波提出的n法。

此种方法只是强调如何使级配达到最大密实度，没有考虑是否形成骨架密实结构，满足不了级配的设计要求。

同济大学林绣贤提出的i法。

此种方法通过确定通过百分率的递减率i的范围，确定粗集料和细集料的级配。

泰波法中的幂指数n与林氏法中的i两者存在着一定联系，都存在一个缺点，即它们都是无穷级数，最小粒径不能得到控制，会使矿粉用量偏多而影响路面的稳定性。

然而前苏联伊万诺夫提出k法却能控制最小粒径的通过量，不会造成矿粉过多的问题。

c.a.g魏矛斯(weymouth)提出的粒子干涉理论认为颗粒之间的空隙应由次小一级的颗粒所填充，其余空隙由再次一级的颗粒所填充，填隙颗粒的直径不能大于空隙之间的距离，否则，颗粒之间将发生粒子干涉现象。