新版集料配比设计方法-新版-精选.pdf
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2
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
上 100 100 88 68 53 41 30 22 16
X 、 Y 、 Z ，由此得式（ 4-40 ）和式（ 4-41）：
X +Y + Z =100
（4-40 ）
X
·
aA(i ) + Y ·
aB (i )
+Z
·
Baidu Nhomakorabea
= a a C (i )
M(i)
（4-41 ）
1
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 aA(i) ，并 令：集料 B 和集料 C 在此粒径的含量 aB(i ) 、 aC(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 aM (i) 或 PM (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
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级配 范围 （mm）
限 下 限 中
值
100 100
95 98
70 79
48 57
36 45
24 18 12 8 33 24 17 12
4 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。
aM (i)
a X j (i )
j (i )
（4-38 ）
PM (i )
P X j (i )
j (i )
（4-39 ）
式中： aM (i) —矿质混合料在筛孔 i 上的分计筛余百分率（ %）
a j(i) —某一集料 j 在筛孔 i 上的分计筛余百分率（ %） PM (i) —矿质混合料在筛孔 i 上的通过百分率（ %）
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。
3
1）曲线重叠 两条相邻级配曲线相互重叠， 在图 4-7 中表现为集料 A 的级配曲线下部 与集料 B 的级配曲线上部搭接。此时，在两级配曲线之间引一根垂线 AA ' ， 使其与集料 A 、 B 的级配曲线截距相等，即 a a' 。垂线 AA' 与对角线 0O 交于 点 M ，通过 M 作一水平线与纵坐标交于 P 点， OP 即为集料 A 的用量。 2）曲线相接 两条相邻级配曲线相接， 在图 4-7 中表现为集料 B 的级配曲线末端与集 料 C 的级配曲线首端正好在同一垂直线上。 对于这种情况仅需将集料 B 的级 配曲线末端与集料 C 的级配曲线首端直接相连， 得垂线 BB ' 。BB ' 与对角线 0O 交于点 N ，过点 N 作一水平线与纵坐标交于 Q 点， PQ 即为集料 B 的用量。
Pj(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 、 aA(i)
aB(i) 、 aC(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 aM (i ) 。假设 A 、 B 、 C 三种集料在混合料中的比例分别为
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
上 100 100 88 68 53 41 30 22 16
X 、 Y 、 Z ，由此得式（ 4-40 ）和式（ 4-41）：
X +Y + Z =100
（4-40 ）
X
·
aA(i ) + Y ·
aB (i )
+Z
·
Baidu Nhomakorabea
= a a C (i )
M(i)
（4-41 ）
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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 aA(i) ，并 令：集料 B 和集料 C 在此粒径的含量 aB(i ) 、 aC(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 aM (i) 或 PM (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
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级配 范围 （mm）
限 下 限 中
值
100 100
95 98
70 79
48 57
36 45
24 18 12 8 33 24 17 12
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（ 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。
aM (i)
a X j (i )
j (i )
（4-38 ）
PM (i )
P X j (i )
j (i )
（4-39 ）
式中： aM (i) —矿质混合料在筛孔 i 上的分计筛余百分率（ %）
a j(i) —某一集料 j 在筛孔 i 上的分计筛余百分率（ %） PM (i) —矿质混合料在筛孔 i 上的通过百分率（ %）
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。
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1）曲线重叠 两条相邻级配曲线相互重叠， 在图 4-7 中表现为集料 A 的级配曲线下部 与集料 B 的级配曲线上部搭接。此时，在两级配曲线之间引一根垂线 AA ' ， 使其与集料 A 、 B 的级配曲线截距相等，即 a a' 。垂线 AA' 与对角线 0O 交于 点 M ，通过 M 作一水平线与纵坐标交于 P 点， OP 即为集料 A 的用量。 2）曲线相接 两条相邻级配曲线相接， 在图 4-7 中表现为集料 B 的级配曲线末端与集 料 C 的级配曲线首端正好在同一垂直线上。 对于这种情况仅需将集料 B 的级 配曲线末端与集料 C 的级配曲线首端直接相连， 得垂线 BB ' 。BB ' 与对角线 0O 交于点 N ，过点 N 作一水平线与纵坐标交于 Q 点， PQ 即为集料 B 的用量。
Pj(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 、 aA(i)
aB(i) 、 aC(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 aM (i ) 。假设 A 、 B 、 C 三种集料在混合料中的比例分别为