矿质混合料设计理论与方法讲解

最小二乘法
?最小二乘法理论通常与Excel中“规划求 解”功能结合可以优化设计矿料的合成级 配，此方法理论 根据清晰操作简单。
贝雷法（Bailey method ）
级配类型
?半开级配：适当比例的粗集料、细集料及 少量填料(或不加填料)。与沥青结合料拌 和而成的沥青混凝土 ，压实后剩余空隙率 在10％以上。
?密集配：各种粒径的颗粒级配连续、相互 嵌挤密实。与沥青结合料拌和而成的沥青 混凝土 ，压实后剩余空隙率小于10%。
连续级配曲线与间断级配曲线对比
沥青混合料的级配设计理论
沥青混合料的级配设计理论
?
堆积理论：理论模型与实际情况存在 较大差异
最大密度曲线理论：描述连续级配的粒径分布
?
? 级配理论
?
逐级填充理论 粒子干涉理论
描述间断、连续级配的粒径布
?
分形理论：随着材料学的发展，将分形几何理
?
论应用于路面材料矿料级配研究而
?
出现的一种新方法，目前研究很少
最大密度曲线理论
Y ?100%? X? Z
4 校核调整
图解法
?1.绘制级配曲线坐标图
绘一方形图框。通常纵坐标（通过率）取 10cm， 横坐标（筛孔尺寸或粒径）取 15cm。连对角线 作为要求级配曲线中值。标出通过百分率 ，各 相应筛孔尺寸的位置。
2.确定各种集料用量
①两相邻级配曲线重叠，等分；
② 两相邻级配曲线相接，连分；
规定，集料的级配曲线指数应取n=0.45。
林秀贤级配理论
?同济大学林秀贤于1970提出直接以通过百分率的递 减率i为参数的计算公式：
?
p x =100i （x % ）
?
x= 3.32 lg （ D ）
?此公式适用粒径以
1
dx
递减的情况。
2
逐级填充理论
?1.相同粒径的颗粒排列时，空隙率与其粒径的大小 无关，仅与排列和填充方式有关。
?最大密度曲线是 W.B富勒(Fuller)通过试验提出 的一种理想曲线，认为固体颗粒按粒度大小有 规律的排列，粗细搭配，便可以达到密度最大、 空隙最小的混合料。
?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，空隙率越小 ”。
级配理论公式
?
P
?
?d ?? D
0.5
? ??
? P—集料颗粒在筛孔尺寸 d上的通过百分率， % ? d—集料中颗粒的筛孔尺寸， mm ? D—集料的最大粒径， mm
矿质混合料级配设计 理论与方法
组员：王福成 蒋怡 范世孟 罗斌 廖慧亮
指导：艾长发老师
目录
?第一章：矿质混合料的类型
?第二章：矿质混合料设计理论与方法
?第三章：矿质混合料对沥青混合料性能 影响机理
矿质混合料的类型
?矿质混合料定义： 矿质混合料=粗集料+细集料+矿粉
沥青混合料=矿质混合料+沥青+纤维
③ 两相邻级配曲线相离，平分。
筛孔尺寸/mm 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
级配中值/% 100 98 79 57 45 33 24 17 12 6
Pi
(%)
C′ B′
A′ 级配中值线
98
D
100
90 79
80
C
70
60 57
50 45
40 30
33
N
20 24
10 17
0
12 6
R CB
B
M
A 32% A
B 44%
C 12% D 12%
0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 A 9.5 13.2 16.0 di（mm）
20
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，即超 出级配范围，应调整各集料的用量，再重新计算 和复核配合比，经几次调整， 直到符合要求为止 。
分形级配理论
① 不仅可以计算连续级配，还可以计算间断级 配。
② 分形级配理论可以涵盖现有的级配设计理论 主要原因： 分形是集料级配的本质
③ 集料粒径分布： 连续级配—— 一重分形分布 间断级配—— 二重分形分布
设计方法
试算法
图解法
设计方法 线性规划法
最小二乘法
贝雷法
试算法
?1.建立基本计算方程 设A、B、C三种集料在混合料中的比例为X、Y、Z。 A、B、C三种集料在某一筛孔的分级筛余百分率分 别 为 ? A (i) ? B (i) ? C (i) 混合料M在相应筛孔的分级筛 余百分率为 ? M (i)
泰波级配理论
?泰波认为富勒公式是一种理想的级配曲线，实际要 获得最大密度会有一定的波动范围，于是将富勒公 式进行了修正。
?来自百度文库
P
?
?d ?? D
n
? ??
?泰波根据理论分析和实验认为，当n=0.25~0.35，集
料可以达到最大密度。日本的研究认为n=0.35~0.45
集料的级配最好。《美国Superpave混合料设计规范》
级配类型
?连续级配：由大到小、各级粒径的颗粒 都有，各级颗粒按照一定的比例搭配， 绘制出的级配曲线平顺圆滑不间断。
?间断级配：缺少一级或几个粒级的颗粒， 大颗粒与小颗粒之间有较大的“空档”， 所作出的级配曲线是非连续的、中间间 断的曲线。
?开级配：由粗集料组成，细集料和填料 较少。压实后空隙率大于15％。
?沥青混合料的配合比设计，简单的说就是确定 粗集料、细集料、矿粉和沥青结合料 相互配合 的比例，使之既能满足相应的 性能要求又符合 经济性的最佳方案。
?沥青混合料的配合比设计包括 矿质混合料的级 配设计和最佳沥青含量的设计 。
?沥青混合料矿料级配是白各种不同粒径集料， 按照一定的比例搭配起来，以达到较高的 密实 度或强度。
X ? Y ? Z ? 100%
? A(i) X ? ? B(i)Y ? ? C(i)Z ? ? M(i)
?2 基本假设 假设混合料中某一粒径的颗粒仅有这三种集料的一 种集料来提供而其他两种集料中不含这一粒径的颗 粒。 3 计算
? A(i) X ? ? M (i ) ? Z C( j) ? ? M ( j)
?2.间断填充比逐级填充得到的空隙率更小，故间断 级配较连续级配能形成更小的骨架间隙率，具有更 加密实的骨架结构；
?3.利用逐级填充理论设计集料级配，其骨架空隙率 与填充方式和各级集料的填充比例相关。
粒子干涉理论
?要达到最大密实度，前一级颗粒之间的空 隙应由次一级颗粒填充，剩余空隙再由更 次一级颗粒填充，但填充的颗粒粒径不得 大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间势 必发生干涉现象。