集料配比设计方法

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。

)()()(i j i j i M X a a ⨯=∑ （4-38） )()()(i j i j i M X P P ⨯=∑ （4-39）

式中：)(i M a —矿质混合料在筛孔i 上的分计筛余百分率（%）

)(i j a —某一集料j 在筛孔i 上的分计筛余百分率（%） )(i M P —矿质混合料在筛孔i 上的通过百分率（%） )(i j P —某一集料j 在筛孔i 上的通过百分率（%）

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

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，并

A

(i

)

令：集料B和集料C在此粒径的含量

a、)(i C a均等于零，代入式（4-41）

)

B

(i

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或)(i M P。矿质混合料的合成级配应在设计要求

M

(i

)

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）

16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

级配范围（mm）上

限

100 100 88 68 53 41 30 22 16 8 下

限

100 95 70 48 36 24 18 12 8 4 中

值

100 98 79 57 45 33 24 17 12 6

（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。