集料配比设计方法.doc

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。

a

M (i )a

j (i )

X

P

M (i )P

j (i )

X

j(i )

j ( i )

（4-38）

（4-39）

式中： a M (i)—矿质混合料在筛孔i 上的分计筛余百分率（%）

a—某一集料j 在筛孔 i 上的分计筛余百分率（%）

P M (i )—矿质混合料在筛孔i 上的通过百分率（%）

P j ( i )—某一集料j 在筛孔 i 上的通过百分率（%）

X j ( i )—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a A(i )、a B (i )、 a C (i )，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 a M (i )。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 ·a A( i)+Y ·a B (i )+ Z ·a C (i )=a M (i) （4-41）j ( i )

2）基本假定

在矿质混合料中，某一粒径的颗粒是由一种集料提供的，在其它集料

中不含这一粒径的颗粒。在具体计算时，所选择的粒径应在该集料中占有

较大优势。将这一假定作为补充条件，可以简化式（4-41），从而求出A、B、C三种集料在矿质混合料中的用量。

3）计算各个集料在矿质混合料中的用量

首先确定在某种集料中占优势含量的某一粒径，忽略其它集料在此粒

径的含量。

例如，若在集料A 中所选择的粒径为i ，该粒径的分计筛余为a A (i )，并令：集料 B 和集料 C 在此粒径的含量a B (i )、a C( i)均等于零，代入式（4-41）计算出集料 A 在混合料中用量 X 。

同理，在计算集料 C 或集料 B 的用量时，先确定这种集料中占优势的某

一粒径，而忽略另两种集料中同一粒径的含量，根据上述相同方法，计算

集料 C 或集料 B 的用量。可以根据集料的级配情况，选择先求解集料 B 的用量，还是先求解集料 C 的用量。

当集料超过三种时，方程（ 4-41）的未知数将增加，可按照上述原理

重复进行计算。

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。先按照式（ 4-38）和式（ 4-39）计算矿质混合料的合成级配 a M ( i )或 P M (i )。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，应调整个集料的比例。调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为

止。如经计算后确不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换其它集

料。

试算法的具体计算步骤见例题4-2。

（2）规划求解法设计步骤

规划求解法采用 Microsoft Office 软件 Excel 电子表格中的规划求解分析工具进行，通过设置规划求解中的约束条件，较为准确地计算出各种集

料的用量。采用规划求解法确定矿质混合料配合比的具体步骤见例题4-3。二、图解法设计步骤

通常采用“修正平衡面积法”确定矿质混合料的合成级配。在“修正

平衡面积法”中，将设计要求的级配中值曲线绘制成一条直线，纵坐标和横

坐标分别代表通过百分率和筛孔尺寸，这样，当纵坐标仍为算术坐标时，横

坐标的位置将由设计级配中值所确定。

（1）绘制级配曲线坐标图

按照一定的尺寸绘制矩形图框（通常纵坐标通过量取 10cm，横坐标筛孔尺寸（或粒径）取 15cm），连接对角线作为设计级配中值曲线，见图 4-6。

按常数标尺在纵坐标上标出通过量百分率位置，然

图 4-6 设计级配范围中值曲线

后将设计级配中值（见表 4-27 中数据）要求的各筛孔通过百分率，标于纵

坐标上，并从纵坐标引水平线与对角线相交，再从交点作垂线与横坐标相

交，该交点即为个相应筛孔尺寸的位置。

表 4-27 AC-13沥青混合料用矿料级配范围

筛孔尺寸

（mm）

上

100 100 88 68 53 41 30 22 16 8 限

级配

下

范围100 95 70 48 36 24 18 12 8 4 限

（mm）

中

100 98 79 57 45 33 24 17 12 6 值

（2）确定各种集料用量

以图 4-6 为基础，将各种集料的级配曲线绘制于图上，结果见图 4-7，然后根据两条级配曲线之间的关系确定各种集料的用量。

由图 4-7 可见，任意两条相邻集料级配曲线之间的关系只可能是下列

三种情况之一。