1-1-3 矿质混合料的组成设计方法 (1)

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第一章 砂石材料
2)修正平衡面积法（图解法）
ü第一步：绘制级配曲线图 ①计算要求级配范围通过率的中值，作为设计依据。 ②根据级配范围中值，确定相应的横坐标的位置。 l 绘制一长方形图框。纵坐标为通过百分率：取10 ㎝，横坐标为筛孔尺寸：取15㎝。 l连接对角线00，作为合成级配中值。
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
魏矛斯提出的粒子干涉理论，认为颗粒之间的空隙， 应由次小一级颗粒所填充；其余空隙又由再次小一级颗粒 所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙距离，否则大小颗 粒粒子之间势必发生干涉现象。
1 é ù 3 D æ ö 0 ú D t = ê ç ÷ - 1 ê è D ø ú ë û
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第一章 砂石材料
修正平衡面积法—计算步骤
第三步：确定各集料应占的比例 ü 两相邻级配曲线重叠
ü 两相邻级配曲线相接 ü 两相邻级配曲线相离 第四步：校核
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第一章 砂石材料
两相邻级配曲线重叠
如图中集料A级配曲线的下部与集料B级配曲线上 部重叠，在两级配曲线之间引一根垂直于横坐标的 直线 AA’ ，并使得 a=a’ ，垂线 AA 与对角线 OO’ 交于 M ’ ’ ’ 点，通过M点作一水平线与纵坐标交于P点，则OP即 为集料A的用量。
ü
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第一章 砂石材料
二、级配理论与级配曲线
按级配理论公式计算出各级集料在混合料中的 通过百分率，以通过百分率为纵坐标，以粒径为 横坐标，绘制成曲线，即为理论级配曲线。
1) W.B.富勒理论
级配理论
2) A.N.泰波公式
3)魏矛斯粒子干涉理论
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第一章 砂石材料
1) W.B.富勒理论
0.15 O.075
通过百分率/% 碎石
各矿质集 料通过百 分率（%）
100 100 100 68 24 8 100
95 100 100 64.6 24 8 96.6 90～ 100 95
63 100 100 42.8 4 24 8 74.8 4 68～ 85 76.5
28 100 100 19.0 4 24 8 51.0 4 38～ 68 53
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第一章 砂石材料
二、级配曲线范围
由于集料轧制不均匀或矿质混合料配料的误差等因素影响， 所配制的混合料不可能与理论级配完全符合。因此，允许配 料时的合成级配在适当范围内波动，即为“级配范围”。
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第一章 砂石材料
三、矿质混合料的组成设计方法
天然或人工轧制的一种集料的级配往往很难完全符合某一级 配范围的要求，因此必须将2种或2种以上的集料按一定的比例 配合起来才能满足级配范围的要求。 矿质混合料组成设计任务：确定混合料中各集料的比例关 系，以满足级配范围的要求。 l 试算法
第一章 砂石材料
例：
修正平衡面积法—计算步骤
表1-2 细粒式沥青混合料用矿料级配范围
筛孔尺寸 ／mm 通过率 级配 范围 （%） 级配中值 ／％
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
O.075
100
96～ 100
70 ～ 88
48～ 66
36～ 34
24～ 42
18～ 30
12～ 22
8～16
4～8
100
98
79
57
45
33
24
17
12
6
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第一章 砂石材料
修正平衡面积法—计算步骤
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图5
图解法级配曲线坐标图
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第一章 砂石材料
第二步：绘制各集料的级配曲线
修正平衡面积法—计算步骤
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图6 组成集料级配曲线图和要求合成级配
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矿质混合料的组成设计
矿质混合料级配应满足要求 最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按一定的比 例搭配后，应有最大密实度。 最大摩擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各 级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有 最大的摩擦力。 l矿质混合料组成设计内容： ü1、级配理论和级配范围的确定 ü2、基本组成的设计方法
ü
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第一章 砂石材料
级配类型
l连续级配：矿质混合料 连续级配 中集料由大到小，逐级粒 径均有，这种级配所得的 级配曲线平顺圆滑，曲线 具有连续(不间断)的性质。 l间断级配：剔除其中一 间断级配 个或几个分级形成一种不 连续的混合料。其优点是 空隙率随着分级的增加而 显著减少。
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矿质混合料级配的级配理论 最小空隙率 最大摩擦力
l ü ü
矿质混合料级配类型 连续级配 间断级配
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第一章 砂石材料
作业
用修正平衡面积法求沥青混合料AC-13型矿料 的初步配合比。各集料经过筛分试验得到各粒径通 过百分率如表1-3，试确定各集料的用量比例。
表1-3 组成材料的筛分结果
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
æ d ö P = 100 ç ÷ èDø
n
式中：n——实验指数。根据试验认为n为0.3～0.6 时，矿质混合料具有较好的密实度。
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第一章 砂石材料
3)魏矛斯粒子干涉理论
石子的空隙率P，为：
V ¢ - V V r ¢ 1 . 68 0 0 P¢ = ´100 % = 1 - = 1 = 1 = 35 . 63 % V ¢ V ¢ r 0 2 . 61
p
[评注] 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积 的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中, 颗粒之间的 空隙体积所占的比例。计算式中ρ—密度；ρ0— 材料的表观 密度；ρ， —材料的堆积密度。 30
l 图解法—修正平衡面积法 具备条件
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各种集料的筛析结果 技术规范要求的标准级配范围 12
第一章 砂石材料
1)试算法
p试算法适用于2～3种矿料组成的混合料。 p基本原理：设有几种矿质集料，欲配制成符合一定级配要求 的混合料。 ü在决定各组成集料在混合料中的比例时：首先假定混合料中 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，而 其他各级集料不含这种粒径。 ü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。 ü将此比例与级配要求相对照，如比例不合适，则稍加调整， 逐步渐进，达到符合混合料级配要求为止。
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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。
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第一章 砂石材料
两相邻级配曲线相接
如图中集料B 级配曲线的末端与集料c 级配曲线首 B c 端，正好在一条垂直线上时，此时，将前一集料曲 线末端与后一集料曲线首端相连即为一条垂线 BB ’ , BB ’ 垂线 BB ’ 与对角线 OO ’ 交于 N 点，通过 N 点作一水平 BB ’ OO ’ N N 线与纵坐标交于Q 点，则NQ 即为集料B 的用量。 Q NQ B
需要借阅的参考书 1.《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005 2.《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005
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第一章 砂石材料
本节课的重点内容
p
1. 矿质混合料的组成设计
ü 级配理论 ü 级配设计方法（重点内容，必须掌握）
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第一章 砂石材料
1—2
l ü
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第一章 砂石材料
1—2 矿质混合料的组成设计
l矿质混合料级配的工程应用
ü
路面工程的应用：路面用集料的最大粒径受路面厚度的 限制(一般≤40 mm)，所以最多只能间断一个或两个分级。 间断级配虽然空隙率减小了，但是由于缺少中间粒径， 对水泥混凝土混合料来讲，易产生离析现象。 间断级配多用在沥青混合料中，如：SAC、OGFC
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第一章 砂石材料
2)修正平衡面积法（图解法）
第四步：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 ( 超 ( 出级配范围 ) ，应调整各集料比例，直到符合 ) 要求为止。
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第一章 砂石材料
1—2
l ü ü
矿质混合料的组成设计
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
百度文库
8 100 100 5.44 24 8 37.4 4 24～ 50 37
2 90 100 1.36 21.6 8 30.96 15～ 38 26.5
1 60 100 0.68 14.4 8 23.08 10～ 28 19
0 35 100 0 8.4 8 16.4 7～ 20 13.5
0 10 97 0 2.4 7.76 lO.1 6 5～ 15 10
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第一章 砂石材料
两相邻级配曲线相离
如图中集料C 级配曲线的末端与集料D 级配曲线 C D 首端，在水平方向彼此离开一段距离时，此时作离 开这一段距离的垂直平分线 CC ’ ，使得 b=b ’ ，垂线 CC ’ b=b ’ CC ’ 与对角线 OO ’ 交于 R 点，通过 R 点作一水平线与 CC ’ OO ’ R R 纵坐标交于S 点，则QS 即为集料C 的用量。 S QS C 剩余ST 即为集料D 的用量。 ST D
习题1答案
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第一章 砂石材料
习题2答案
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第一章 砂石材料
例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密 度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的 孔隙率与空隙率？
p p
解 石子的孔隙率P为：
V r 0 2 . 61 0 - V P = ´100 % = 1 = 1 = 1 . 51 % V r 2 . 65 0
0 1 88 0 0.24 7.04 7.28
砂 矿粉
各矿质集 料在混合 料中用量 （%）
碎石 68% 砂24% 矿粉8%
合成级配 标准级配范围 级配中值
100 100
4～8 6 26
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第一章 砂石材料
级配曲线范围
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图4 集料与合成级配的级配曲线 27
第一章 砂石材料
W.B.富勒根据试验提出一种理想级配，认为“级配曲线 愈接近抛物线，则密度会愈大”。因此，确定级配曲线为 抛物线时为最大密度曲线。
P = 1 0 0
d D
式中：D——矿质混合料的最大粒径，㎜ P——通过百分率，％； d——计算的某级矿质集料的粒径，㎜。
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第一章 砂石材料
2) A.N.泰波公式
8 100 100 24～ 50
2 90 100 15～ 38
1 60 100 10～ 28
0 35 100 7～ 20
0 10 97 5～ 15
0 1 88 4～8
砂 矿粉
标准级配范围
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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