矿质混合料组成配合比设计系统

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矿质混合料—配合比设计试算法

Z aM ( j) 100 aC( j)
令 aA( j) aB( j) 0
• 计算出中间粒径集料在混合料中的用量比例。
⑤
Y 100 ( X Z )
• 逐个筛孔进行校核，不在级配范围内时，进行调整。
⑥
aA(i) X aB(i)Y aC (i) Z aM (i)
总结
级配参数均要以分计筛余百分率体现；优势粒径的应用仅限于最粗和最细集料；校核时要逐个筛孔进行。
• 在最粗集料优势粒径下应用合成公式，得其用量比例；
③
aM (i) aA(i) X aB(i)Y aC (i) Z
X aM (i) 100 a A(i)
令 aB(i) aC (i) 0
• 在最细集料优势粒径下应用合成公式， Nhomakorabea其用量比例；
④
aM ( j ) aA( j ) X aB( j )Y aC ( j ) Z
集料 2
集料1
1.设计目的：确定各组成材料的用量比例。
2.适用范围：试算法适用于混合料由2~3种集料组成。
2 设计资料
集料2
集料1
集料3
级配组成分计筛余百分率累计筛余百分率
通过率
混合料
级配范围规范查取或级配理论计算
3 设计步骤
• 设定未知数： X Y Z 100
①
② • 将级配参数转化为分计筛余百分率；
配合比设计—试算法
模块一
01 矿质混合料 02
03
岩石集料
矿质混合料试算法
C目录 ONTENTS 1 设计目的及适用范围 2 设计资料 3 设计步骤
矿质混合料由两种或两种以上集料按比例配制而成。

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)。

矿质混合料配合比设计及路用性能试验分析

由于水泥稳定碎石呈脆性，且对温度、湿度的变化响较小，因而其具有收缩性能较好。但这种结构的空隙率
比较敏感，在麓工及使用过程中。会在温度或湿度交替变
化时容易产生收缩开裂。从己建成的高速公路使用调查来看，水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝问题日益突出，并己成为该结构的主要缺陷。早期的裂缝对行车并无明显的影响，但随着表面雨水的侵入，在大量行车荷载反复作用下，会导致路面强度明显下降，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽．裂缝两侧的沥青面层碎裂。影响了沥青路面的使用性能。鉴于上述问题，有必要对水泥稳定碎石混合料作为基
２１．水泥稳定碎石组成级配类型
２１１续级配（架密实结构）．．连骨
Ｃ－种集料在某一筛孔上的分计筛余分别为。（ｃ－ｌｉ）【
（）．ｃ。（）。打算配制矿质混合料Ｍ。混合料Ｍ在相ｉｃｉ应筛孔上的分计筛余百分率为ｏ（）。设Ａ．Ｂ【ｉＣ三种
层的配合比设计、路用性能进行试验分析，寻求一种比较
综上所述，矿质混合料中各组成成分的空间位置排列
不同，就会导致混合料整体性质发生变化，而连续级配中的骨架密实结构汲取了悬浮密实结构和骨架空隙结构的优
点。在振碾工艺条件下，骨架密实结构能够台粗细集料之
一
般是粗集料较多。而细集料数量过少。集料能够形成骨
架．但其残余空间较大。三轴试验表明，虽然这种结构粘
结力较低。但其内摩阻角较大。其强度主要取决于内摩阻力。因此形威的水泥稳定级配碎石层，受结合料性质的影

矿质混合料级配理论分析及组成设计方法研究

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()ｍａｘ０５（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。

04讲—矿质混合料组成设计 01

混合料组成设计
交通与汽车工程学院
交通工程专业
1
矿质混合料组成设计
一、矿质混合料组成设计概述
1、矿质混合料组成设计的作用
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，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。
注意： ①在实际组成设计中，可根据集料的级配情况，具体选择各集料的先后顺序； ②当集料超过三种时，方程中的未知数将增加，按上述原理重复步骤1和步骤2
交通与汽车工程学院
交通工程专业
11
矿质混合料组成设计
试算法案例分析：
现有碎石、砂和矿粉三种集料，经筛析试验各集料的分计筛余百分比如下表，并按推荐要求设计混合料的级配范围，试求碎石、砂、矿粉在要求级配混合料中的用量比例。
70.5 51.5 41.5 33.5
29.5 48.5 58.5 66.5
0.315 0.16
0.08 <0.08
交通与汽车工程学院
—— ——
—— ---
36.0 7.0
3.0 2.0
4.0 5.5
3.2 83.3
15-35 12-30
10-25
25.0 21.0
17.5
75.0 79
82.5 100
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交通工程专业
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矿质混合料组成设计
交通与汽车工程学院
交通工程专业
27
矿质混合料组成设计
相邻级配曲线直接存在三种关系
（1）重叠关系：相邻两条级配曲线相互重叠，图中集料的级配曲线下部与集料的级配曲线上部搭接。在两条级配曲线重叠部分之间进行等分，引一条垂线，要求该垂线与集料的级配曲线截距相等。此时垂线与对角线相交于点，再通过该点作一水平线与纵坐标交于点，线段的几何长度（以mm计）就是集料的用量比例（%）。

矿质混合料级配

计算步骤：（先计算粗集料，在计算细料，最后计算中间料）
①、计算A（粗集料）料在混合料中的用量按A料占优势粒径计算，设A料在i(mm)筛孔占优势，此时忽略B C两种集料在此粒径的含量（及aB（i）＝0、aC（i）＝0），故 a A（i）*X＝aM（i） X＝（aM（i）／aA（i））*100
②、计算C（细集料）料在混合料中的用量按C料占优势粒径计算，设C料在j(mm)筛孔占优势，此时忽略 B、C两种集料在此粒径的含量（及aA（j）＝0、aC（j）＝0），故 aC（j）*Z＝aM（j） Z＝（aM（j）／aC（j））*100
筛孔尺寸di(mm)
30
20
10
5
2.5
1.25
0.63
0.315
0.16
各筛孔尺寸的对数值㏒Dx
1.48
1.30
1
0.7
0.4
0.1
－0.2
－0.5
－0.7
各筛孔距0.16mm 筛孔距离Sx(mm)
100
92
79
66
52
39
26
13
0
n=0.3 不同泰波指数时的通过百分率
100
88.5
71.9
78～88
48～68 36～53 24～41 18～30 17～22 8～16 4～ 8
79.0
58.0 44.5 32.5 24.0 19.5 12.0 6.0 0
21.0
42.0 55.5 67.5 76.0 80.5 88.0 94.0 100
18.5
21.0 13.5 12.0 8.5 4.5 7.5 6.0 6.0 100
矿质混合料的组成设计方法

矿质混合料的组成设计(道路建筑材料课件)

94 1 00 1 00 1 00 3 3.8 ( 38.5) 3 1. 0 ( 36. 0)
2 5. 0 (1 5. 0)
8.0 ( 8.0)
9 7.5 ( 97.5)
9 5～1 00 98
筛孔尺寸（方孔筛）/mm
9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
通过百分率/%
26
O
O
知识要点
图解法确定各种矿料的组成比例试算法确定各种矿料的组成比例
（1）图解法 1）绘制级配曲线坐标图
（1）图解法 2）确定各种集料用量
① 两相邻级配曲线重叠，等分； ② 两相邻级配曲线相接，连分； ③ 两相邻级配曲线相离，平分。
（1）图解法
（1）图解法
3）校核
按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料的用量。
70～88 48～68 36～53 24～41 18～30 12～22 8～16
79
58
45
33
24
17
12
0 .075
O O O 83 0 ( 0) 0 ( 0)
0 ( 0)
6 .6 ( 6.6)
6 .6 ( 6.6)
4～8 6
结论
经调整，各种材料用量为碎石:石屑:砂:矿=41%:36%:15%:8%。按此结果重新计算合成级配，计算结果如表1.4(表中括号部分) 并绘图，可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。
80 7
70 9
M
60 5
50 7
4
40 5
N
30 20
3 32 41
10 71 0 26

SMA混合料目标配合比设计

SMA混合料目标配合比设计一、SMA矿质混合料设计SMA矿质混合料配合比设计按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F402004）推荐的矿质混合料标准级配范围，确定级配范围。

按规格参照。

二、选择设计沥青用量一般来讲，SMA的沥青用量比沥青混凝土的沥青用量约大1%或更大，沥青含量不足会直接影响路面耐久性，但过多的沥青也会使路面产生泛油或车辙等病害，所以SMA希望沥青用量有一个最低限值。

SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求见下表4-15.混合料设计级配一经选定，即需要增加或减少沥青含量来获得混合料的设计空隙率，根据设计级配用初试沥青含量试验的空隙率情况，以0.2%~0.4%为间隔，调整3个以上不同的沥青含量，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组的试件不得少于4个，另有两个用作真空法实测理论最大相对密度的试件。

若初试沥青含量的空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接作为最佳沥青含量。

符合规范要求。

进行马歇尔稳定度试验，得出每一种沥青含量时混合料的马歇尔特性，包括VV、VMA、VFA、VCAmix以及马歇尔稳定度和流值，是否符合表4-15要求。

绘制以上各项体积指标与沥青含量的关系曲线，根据希望的设计空隙率，确定最佳沥青含量。

三、目标配合比设计检验①析漏性能检验。

SMA混合料应进行谢伦堡沥青析漏试验，析漏损失不得超过规范规定的容许值。

②动稳定度检验。

SMA混合料必须进行车辙试验，对混合料的高温抗车辙能力进行验证，并满足规范要求。

③水稳定性能检验。

SMA混合料必须进行水稳定性试验，并满足规范要求。

（2）生产配合比设计和试拌试铺验证。

对SMA混合料的生产配合比设计和试拌试铺验证，与普通的热拌沥青混合料没有什么区别，可参照通用的办法进行，SMA混合料应根据目标配合比设计的结果，按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF402004）规定的方法进行生产配合比设计和试拌试铺检验。

矿料的级配和组成设计

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。

1-1-3 矿质混合料的组成设计方法 (1)

8 100 100 24～ 50
2 90 100 15～ 38
1 60 100 10～ 28
0 7 5～ 15
0 1 88 4～8
砂矿粉
标准级配范围
2014-2-1
25
砂石材料第四步：校核第一章表1-2 矿质混合料的组成校核表
筛孔尺寸／mm 原材料 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3
第一章砂石材料
u教学目的:了解和掌握砂石材料的技术性质和技
术要求，结合工程实例合理选择和应用砂石料
u重点：砂石材料的物理性质、力学性质 u难点:矿质混合料的级配设计
1
第一章砂石材料
学习内容
p 1.砂石材料的技术性质 p 2.矿质混合料的组织设计 p 3.试验课内容：
ü 12 集料的筛分试验 ü 15 粗集料针片状颗粒含量试验
筛孔尺寸／mm 原材料 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3
0.15 O.075
通过百分率/% 碎石
各矿质集料通过百分率（%）
100 100 100 100
95 100 100 90～ 100
63 100 100 68～ 85
28 100 100 38～ 68
2014-2-1
14
第一章砂石材料
修正平衡面积法（图解法）
l纵坐标按算术坐标，标出通过百分率(0～100％)。 l横坐标筛孔尺寸位置的确定：将合成级配范围中值标于纵坐标上，从各纵坐标点引水平线与对角线相交，从交点做垂线与横坐标相交，其各交点所对应的值即为各相应筛孔孔径。
2014-2-1
15
A.N.泰波认为富勒曲线是一种理想曲线，实际矿料应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线改为几次幂的通式

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