同济大学-道路工程材料课件-1-2砂石材料

1本节课内容矿质混合料级配组成与级配理论矿质混合料组成设计实验课安排作业2第三节矿质混合料的组成设计矿质混合料级配与级配理论矿质混合料配合比设计方法31.级配的表示方法2.级配组成对集料性能的影响3.级配的计算一、矿质混合料的级配定义：指混合料中不同尺寸颗粒的比例反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况4粗集料筛分析试验用套筛1.集料级配的表示方法⑴筛析试验①标准筛方孔筛(边长)：…13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3…圆孔筛(直径)：…40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3…5②级配参数筛孔尺寸(mm)9.54.752.361.180.6……总计筛余质量m(g)0156399105……500分计筛余百分率ai0312.619.821……100累计筛余百分率Ai0315.635.456.4……－通过百分率Pi1009784.464.643.8……－分计筛余百分率ai：某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率累计筛余百分率Ai：等于或大于某号筛上筛余质量之和占总质量的百分率通过百分率Pi：通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率6→评价砂（0.16～4.75mm）粗细程度细度模数粗砂：Mf＝3.7～3.1中砂：Mf＝3.0～2.3细砂：Mf＝2.2～1.675.475.415.03.06.018.136.2i1005)(AAAAAAAU⑵细度模数7⑶集料的级配曲线①级配曲线的绘制纵坐标为通过百分率P(％)横坐标为筛孔尺寸(mm)8单粒径连续级配：每种尺寸的集料颗粒都有，级配曲线光滑间断级配：剔除一个或几个分级，级配曲线成折线形单粒径：单一尺寸②级配曲线类型92.级配组成对矿料性能的影响研究级配的意义：探讨级配对集料性能——密度和内摩阻力的影响最大密实度：达到最小空隙率最大摩阻力（干涉作用）：*互相嵌紧、互不干涉，紧密多级骨架结构*增加集料的稳定性和强度103.连续级配的计算⑴最大密度曲线——富勒理论p2=kd当d=D时，p=100→1002=k·D→式中：d—欲计算通过百分率p的粒径D—矿质混合料最大粒径113.连续级配的计算⑵级配范围曲线——泰波公式（最大密度曲线n幂公式）式中：n——级配指数n＝0.512n=0.45～0.5，密实度最大n=0.3～0.7为常用级配范围n=0.35～0.45，工作性较好（工艺性能）泰波公式颗粒组成密实度工作性13规范级配范围01020304050607080901000.0750.150.30.61.182.364.759.513.21619筛孔尺寸(mm)通过百分率(%)AC-20上限AC-20下限通过禁区典型S型级配禁区下限禁区下限14Superpave级配要求控制点n=0.45禁区集料最大粒径与公称最大粒径最大粒径：通过率为100%的最小标准筛筛孔尺寸公称最大粒径：是指全部通过或允许少量不通过的最小标准筛筛孔尺寸，通常比最大粒径小一个粒级例如：混合料在16mm筛孔的通过率为100%，筛余量为0%；在13.2mm筛孔上的筛余量小于10%，则此集料的最大粒径为16mm，公称最大粒径为13.2mm。筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.360.60.30.075级配范围(％)10090~10070~8848~6836~5318~3012~224~816二、矿质混合料配合比设计方法目的：确定矿质混合料中各档集料的比例已知条件：①各档集料级配P~d②设计级配范围P~d方法：①数解法②图解法17工程集料与矿质混合料沥青混合料＝沥青＋矿质混合料水泥混凝土＝水泥＋矿质混合料＋水填料：≤0.075mm细集料（砂、石屑）：0~5mm（0~3/3~5mm）粗集料（碎石、砾石）：5~10mm（5~15mm）10~15mm、（10~20mm）20~40mm、……18矿质混合料水泥混凝土：砂＋粗集料（碎石、砾石）组成沥青混合料：4~5档集料组成0~13.2mm、0~19mm、0~26.5mm……集料编号1#2#3#4#5#矿粉筛孔尺寸（mm）20~2515~205~153~50~30.07519参数集料1集料2集料3…集料j混合料M筛孔i的分计筛余/%a1(i)a2(i)a3(i)…aj(i)aM(i)筛孔i的通过率/%P1(i)P2(i)P3(i)…Pj(i)PM(i)混合料中的比例/%X1X2X3…Xj100d=i时：aM(i)=∑aj(i)Xj;……PM(i)=∑Pj(i)Xj;……1.数解法集料1+集料2+集料3+…+集料j…=混合料20⑴试算法设计步骤参数集料A集料B集料C混合料M筛孔i的分计筛余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例/%XYZ100①计算方程的建立：X＋Y＋Z＝100(1)d=i时：X.aA(i)+Y.aB(i)+Z.aC(i)＝aM(i)(2)ABCM+→+已知：集料混合料;需要根据集料的“分计筛余”进行计算准备工作：Pi→Ai→ai21②基本假定某一粒径的颗粒由一种集料提供，其它集料中不含此粒径的颗粒该粒径的颗粒在该集料中是占优势的d=i时：X.aA(i)+Y.aB(i)+Z.aC(i)＝aM(i)22③确定各集料用量步骤①：计算A集料在矿质混合料中的用量X确定A集料中占优势含量的粒径：占优势含量的粒径为：i=4.75mm；aA(4.75)=49.9%忽略其它集料在此粒径含量:aB(4.75)=0；aC(4.85)=0设计混合料在4.75mm筛的分计筛余要求aM(4.75)=21.0%A集料用量X为：d=i时：X.aA(i)+Y.aB(i)+Z.aC(i)＝aM(i)23步骤②：计算C集料在矿质混合料中的用量Z确定C料中占优势的粒径C集料中含量占优势粒径为:j0.075mmaZ(0.075mm)=85.3%忽略A、C集料同一粒径含量:aA(j)=0、aB(j)=0C料用量Z为：%0.7%1005.830.6%100%1000.075)Z(0.075)M(Z(j)M(j)aaaaZ步骤③：计算B集料在矿质混合料中的用量YY＝100－(X＋Z）＝100－(42.1＋7.0）＝50.9%筛孔尺寸di（mm）集料A集料B集料C碎石分计筛余aA(i)（%）石屑分计筛余aB(i)（%）矿粉分计筛余aC(i)（%）13.20.8——9.543.6——4.7549.9——2.364.42.0—1.181.322.6—0.6—23.7—0.3—18.4—0.15—13.04.00.075—10.910.70.075—9.585.3各档集料的级配组成25计算合成矿质混合料的通过百分率PM(i)——合成级配X.PA(i)+Y.PB(i)+Z.PC(i)＝PM(i)要求：①合成级配aM(i)或PM(i)应在规定的级配范围内②调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止③经调整后仍不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换集料④校核调整26010203040506070809010026.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.08筛孔尺寸（mm)通过百分率（%）AC-20上限AC-20下限级配S2(粗)010203040506070809010026.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔尺寸（mm)通过百分率（%）上限下限合成级配1272.图解法设计步骤——修正平衡面积法⑴绘制图解法坐标图⑴计算设计级配范围中值⑵绘制图框并作对角线（为设计级配中值）⑶确定纵坐标：通过百分率（％）——算术坐标⑷确定横坐标：根据设计级配中值，P→d，确定筛孔尺寸位置⑸将各种集料的级配（通过量）绘在图中⑵确定各集料的用量⑶合成级配的校核与调整①计算合成级配：Pm(i)=ΣPj(i)·Xj②调整：合成级配曲线应尽可能光滑靠近级配范围中值线按通过百分率计算并制图筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8级配中值(mm)10098795745332417126筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8级配中值(mm)100987957453324171269879574533241260.0759.513.24.752.360.61.180.30.150102030405060708090100020406080100通过百分率(%)筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8级配中值(mm)100987957453324171260102030405060708090100020406080100通过百分率(%)9879574533241260.0759.513.24.752.360.61.180.30.15图解法用图相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠a’=a相接垂线连分；两相邻级配曲线头尾对应相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分b’=bX（A用量）W（D用量）Z（C用量）Y（B用量）32第一章小结石料和集料的技术性能集料级配的研究意义与方法矿质混合料的组成设计（质、量）33第一章作业内容P.34~351-91-121-13：采用图解法，按照题1-12的要求进行设计交作业时间：3.21日（第5周）上课时