矿料的级配和组成设计31页PPT

为应对高速公路通车后交通量迅速增长，大型车辆和严重超载等现象，避免沥青路面早期破坏，近几年我国开始应用推广以沥青碎石为代表的柔性基层。

沥青碎石基层可以增强路面排水能力，减少沥青层的温度收缩裂缝和防止反射裂缝的发生，改善路面使用性能，提高其使用寿命。

ATB称为密级配沥青稳定碎石混合料，它与普通沥青混凝土的区别主要是公称粒径的的不同，公称最大粒径通常≥26.5mm。

ATB沥青稳定碎石一般设计空隙率为3%－6%，铺筑层厚度较厚。

路面铺筑后具有良好的骨架结构，且具有防水、高温稳定、低温抗裂等特性，因此柔性基层路面结构具有优良的路面性能以及抵抗。

环境和重交通荷载疲劳作用的能力。

采用ATB—30沥青稳定碎石结构，是为了减少路面反射裂缝的出现，延长路面使用寿命。

2 ATB-30结构的特点原材料的技术标准要求如见表1、表2。

表1 沥青稳定碎石矿料级配范围表2 沥青稳定碎石混合料马歇尔技术标准3.1.2 确定矿料合成级配该过程是确定各矿料的比例，并具有足够的密度和矿料间隙要求，使粗集料相互接触形成骨架，及较高的粘聚力和较高的内摩阻角。

根据单粒级集料筛分结果最终确定矿料合成级配见表6和矿料级配组成设计图。

为了反映其可比性，在ATB-30的工程级配范围内设计了三条合成级配曲线。

从表6和图2可以看出曲线走势为：级配A几乎走级配范围的中值，级配B走级配中值与上限之间，级配C走级配中值与下限之间。

采用上述三种级配进行一系列马歇尔试验。

表6矿料级配组成设计矿料级配组成设计图3.1.3 最佳沥青用量的确定三种级配分别采用2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%的油石比制作马歇尔试件和轮碾成型后钻取芯样进行相关试验。

通过马歇尔试验测定试件密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度、稳定度、流值等，结果见表7。

表7沥青稳定碎石混合料马歇尔性能指标测定结果由表7的试验数据可以看出不同的制件方法对混合料性能有所影响。

用马歇尔试验方法确定最佳石油比。

２０１８年　第８期（总第２９４期）黑龙江交通科技ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩＮｏ．８，２０１８（ＳｕｍＮｏ．２９４）矿质混合料级配理论分析及组成设计方法研究郑东辉（东莞市交业工程质量检测中心，广东东莞　５２３１２５）摘　要：分析了最大密度曲线和粒子干涉两大矿质混合料级配理论，并对富勒（Ｗ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）理论、泰波理论、我国规范所采用的连续级配理论以及魏矛斯（Ｇ．Ａ．Ｗｅｇｍｏｕｔｈ）粒子干涉理论的原理和应用范围进行了深入探讨。

采用数解法、图解法、计算机求解法以及正规方程法可进行矿质混合料配比设计。

关键词：最大密度曲线理论；级配指数；粒子干涉理论；矿质混合料；合成级配中图分类号：Ｕ４１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０８－０００６－０２收稿日期：２０１８－０６－１３作者简介：郑东辉（１９８３－），男，广东陆河人，工程师，从事路桥试验检测工作。

１　级配曲线根据矿质混合料粒径组成的特点，级配类型根据不同的理论可分为连续级配曲线和间断级配曲线。

若用半对数坐标表示筛孔尺寸，则曲线为凹型，如图１所示。

图１　级配曲线图由级配曲线可知，曲线斜率代表着某粒径范围内的颗粒数量，斜率越大说明相应颗粒越多，呈平台状时说明相应粒径的缺失。

２　最大密度曲线理论２．１　富勒理论富勒（Ｗ．Ｂ．ＦｕＬｌｅｒ）早在２０世纪初便对级配曲线进行试验研究，试验采用１ｍ３箱子，将不同粒径的集料堆积进去进行筛分试验，记录每一次的质量通过率和筛孔尺寸之间的关系，发现当二者呈现抛物线关系时，矿质混合料组合具有最大密度，富勒公式可表示为ｐｉ＝１００ｄｉｄ()ｍａｘ０ ５（１）公式中ｐｉ为某级颗粒粒径集料的通过率，ｄｍａｘ为最大粒径。

富勒公式描述的抛物线是理论上矿质混合料的最大密实状态，但这种状态通常只在试验室能完成，在工程实践中很难找到集料能掺配成满足这条曲线的级配组成。

另外，在配置沥青混合料时，这种级配曲线本身计算得到的细集料偏多，不利于高温稳定性。

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。

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。