矿质混合料级配

矿粉 （4 ）
中值 P M（i）
（6 ） 100 97.5 82.5
19.0
16.0
95～100
75～90
13.2
9.5 4.75 2，36
34.5
19.8 4.6
100
93.8 77.9 58.7
62～80
52～72 38～58 28～46
71
62 48 37
1，18
0.6 0.3 0.15
36.0
第四节 矿质混合料的组成设计
矿质混合料设计目的 :

在生产实际中，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（砼、沥青混合料等）对 某一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，构成所谓的矿质集料。
根据级配范围要求确定各种集料在矿质混合料中的合理比例， 使矿质混合料之间的空隙率最小，摩擦力最大。
74.6
81.0 86.9 93.4 100
25.4
19.0 13.1 6.6
18～30
17～22 8～16 4 ～8

将矿质混合料的通过百分率与要求级配范围比较可知，该合 成级配符合设计级配范围的要求。 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，直至符合要求为止。如经计算后确 实不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换其它集料。
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
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

方法一：试算法

矿料配合比的目标:是将几种已知级配的集料配制 成满足目标级配要求的矿质混合料. 先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对该 粒径占优势的集料所组成，其他集料不含这种粒 径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混 合料中的大致比例。如果比例不合适，则稍加调 整，这样逐步渐近。最终达到符合混合料级配要 求的各级料配合比例。
碎石级配（％） 筛孔 尺寸 di(mm) 碎石分 计筛余 百分率 aA（i） （ 2） 采用百 分率 X （ 3） 占混合料 百分率 aA（i）*X （ 4） 石屑分 计筛余 百分率 aB（i） （ 5）
石屑级配（％） 采用百 分率 Y （ 6） 占混合料 百分率 aB（i）*Y （ 7） 矿粉分 计筛余 百分率 aC（i） （ 8）
间断级配：是在连续级配的混合料中剔除其中间一个（或 几个）分级所形成的混合料，级配曲线产生平台。
②

最大密度曲线理论： 最大密度曲线是通过试验提出的一种理想曲线。该理论 认为“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密 度愈大”。
抛物线的曲线方程：p2=kd
当颗粒粒径d等于最大粒径D时则通过量p＝100，及d＝D时，p=100。 K=1002×1／D p=100(d／D)0.5
例2：绘制筛孔孔径为30 mm、20 mm、10 mm、5 mm、2.5 mm、 1.25 mm、0.63 mm、0.315 mm、0.16mm,横坐标为100mm， 试验指数n=0.3～0.5级配范围曲线图。
解： 1）、确定横坐标的长度S＝100mm 2）、确定横坐标的对数间距系数： K＝S／（㏒Dmax－㏒Dmin）＝100／（㏒30－㏒0.16）＝43.99 3）、确定各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置： S30＝（㏒30－㏒0.16）×43.99=100mm S20＝（㏒20－㏒0.16）×43.99=92mm S10＝（㏒10－㏒0.16）×43.99=79mm……
矿粉级配（％） 采用百 分率 Z （ 9） 占混合料 百分率 aC（i）*Z （10）
矿质混合料合成级配（％） 分计筛余 百分率 aM(i) （11） 累计筛余 百分率 AM(i) （12） 通过 百分率 P M （ i） （13） 100 要求级配 范围 P（i）（％）
（ 1） 16.0 13.2 9.5 4.75 2，36 1，18
③、计算B（中间料）料在混合料中的用量 Y＝100－（X+Z）
例3：现有碎石、石屑、矿粉三种矿质材料，筛分结果按 分计筛余列于表中；设计级配范围也列于下表。
原材料筛分析试验结果（分计筛余，％）
设计级配范围及中值（％） 通过百分率 累计筛 余中值 AM(i) （ 7） 2.5 分计筛 余中值 aM(i) （ 8） 2.5
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
解： 1）、准备工作 将矿质混合料设计通过百分率中值转化为分计筛余中值。 首先计算出矿质混合料设计级配范围的通过百分率中值， 然后转化为累计筛余百分率，再计算为各筛孔的分计筛 余百分率，计算结果列于表（6）～（8）。 2）、计算碎石在矿质混合料中用量X 由表可知，碎石中占优势含量粒径为4.75mm。故计算碎 石用量时，假设混合料中4.75mm粒径全部由碎石组成， 即： aB（4.75）＝0, aC（4.75）＝0, aM（4.75）＝21.0％，aA（i）=50.5%, 则： X＝（aM（i）／aA（i））*100＝（21.0 / 50.5） *100＝41.6％
n=0.5
100
70.71
50.00
35.36
25.00
17.68
12.55
8.87
6.32
4.47
n=0.3 级配范围曲线通 过百分率（％） n=0.7
100
81.23
65.98
53.59
43.53
35.36
28.79
23.38
19.08
15.50
100
61.56
37.89
23.33
14.36
8.34

矿质混合料的级配理论 —— 最大密度曲线理论
1.
不同粒径的集料，按一定比例配合，为达到较高的密实度 （或磨擦力），常采用连续级配和间断级配两种级配。
①
连续级配：某种混合料在标准筛孔配成的套筛（筛孔径按 1／2递减）中筛分后，集料的颗粒尺寸由大到小连续分级， 每分级都占有适当比例，所得级配曲线平顺圆滑。（如圆 孔筛套筛：10，5，2.5，1.25，0.63，0.315，0.16或方 孔套筛：9.5，4.75，，2.36，1.18，0.6，0.3，0.15， 0.075）天然河卵石。
最大密度曲线的n幂公式：p=100(d／D)n
在实际应用中矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内 波动，级配范围（包括密级配和开级配）n幂常数在0.3～0.7之间。
常数坐标
半对数坐标
例1：已知矿质混合料最大粒径为40mm，试用最大密度曲线 公式计算其最大密度曲线的各级粒径通过百分率， 并按n＝0.3～0.7计算级配范围曲线的各粒级的通过 百分率。 （提示：矿质混合料各级粒径尺寸按1／2递减）
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
计算步骤 1）、基本计算方程的建立 设有A、B、C三种集料，需配置成级配为M的混合料，求 A、B、C集料在混合料中的用量比例X、Y、Z。
（1）、设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例为X、Y、Z X+Y+Z＝100 （2）、设混合料M中某一粒径要求的含量为aM（i），A、B、C三 种集料在该粒径的含量为aA（i）、aB（i）、aC（i）。 aA（i）*X + aB（i）*Y + aC（i）*Z = aM（i）
58.4
47.5
38.5
31.4
25.5
20.8
n=0.5
100
81.7
57.7
40.8
28.9
20.4
14.5
10.3
7.3
n=0.7
100
75.3
46.3
28.5
17.6
10.8
6.7
4.1
2.6
2、绘制好纵、横坐标后，将计算所得的各颗粒粒径的通过百 分率绘于坐标图上。
3、将确定的各点连接为光滑曲线，在两个指数（n1和n2）之 间所包括的范围即为级配曲线（通常加阴影线表示）。

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 ）
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Βιβλιοθήκη Baidu㏒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
×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
5.47
3.37
2.10
1.29
级配曲线范围的绘制


为了更好地表示矿质混合料及粗、细集料的级配情况，在实 际工作中常绘制成筛分曲线。 级配曲线的绘制方法： 1、首先按对数计算出各种颗粒粒径（或筛孔尺寸）在横坐 标的位置，表示通过（或存留）百分率的纵坐标则按 普通算术坐标绘制。 各种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： K＝S／（㏒Dmax－㏒Dmin） 3）、确定各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置： Sx＝（㏒Dx－㏒dmin）×K
23.0 11.0
（14） 100 95～100 78～88 48～68 36～53 24～41
5.2 41.7
2.2 17.4
2.2 17.4 1.6 24.0 22.5 0.8 12.4 11.6 21.8 13.4 11.6
2.2 19.6 41.4 54.0 66.4
97.8 80.4 58.6 46.0 33.6
分级顺序 粒径比 D D D n-1 D／（2 16 128 512 64 8 2） 4 32 256
1
2
D 2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
D 4
D 8
D 16
D 32
D 64
D 128
D 256
D 512
理论粒径di(mm)
40
20
10
5
2.5
1.25
0.63
0.315
0.16
0.08
最大密度级配 曲线通过百分率
筛孔 尺寸 di(mm) （ 1） 13.2
碎石 （ 2） 5.2
石屑 （ 3）
矿粉 （ 4）
范围P（i） （ 5） 95～100
中值 PM（i） （ 6） 97.5
9.5
4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 ＜0.075 合计
41.7
50.5 2.6 1.6 24.0 22.5 16.0 12.4 11.5 10.8 1.2 100 100 13.2 86.8 100