2.4矿质混合料组成设计

教学目标矿质混合料组成设计各种矿料用量的调整。清楚矿质混合料理论级配的含义，能够绘制级配范围曲线。学会矿质混合料组成设计方法，能用试算法和图解法设计矿质混合料。矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制，矿质混合料组成设计方法。教学重点教学难点第四节矿质混合料组成设计第四节矿质混合料组成设计图解法试算法组成设计方法级配理论和级配曲线组成设计内容级配理论和级配曲线范围最大摩擦力最小空隙率矿质混合料要求级配类型连续级配间断级配观看动画例题级配理论最大密度曲线理论（用于计算连续级配）最大密度曲线的n幂公式级配曲线范围的绘制矿质混合料的组成设计方法试算法例题图解法观看动画观看动画或级配范围习题连续级配表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况，集料的颗粒由大到小逐级都有。例如天然河卵石即属连续级配。级配曲线是一条光滑的抛物线。表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况，集料缺中间一级或几级所形成的级配。在级配曲线上有一条或几条水平线。间断级配或最大密度曲线理论式中：p——各级颗粒粒径集料的通过量(％)；d——矿质混合料各级颗粒粒径(mm)；k——常数。当d＝D时，p＝100；故求任一级颗粒粒径d的通过量p时经过大量试验而得到的一种理论。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”。最大密度理想曲线可用粒径(d)与通过量(p)表示为：p2=kd式中：p,d和D——意义同前；n——试验指数。n幂公式在实际应用中，研究认为矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动，其范围(n幂指数常)在0.3～0.7之间。目前多采用n次幂的通式表达。1．各种颗粒粒径在横坐标上的位置确定方法①确定横坐标的长度S②确定横坐标的对数间距系数式中：S───给定的横坐标长度(mm)；───集料的最大粒径(mm)；───集料的最小粒径(mm)。③各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置式中Sx───各筛孔距0.16mm筛孔距离(mm)；DX───需要计算的颗粒粒径(mm)。级配曲线范围的绘制半对数坐标即横坐标颗粒粒径(筛孔尺寸)用对数坐标，纵坐标通过(或存留)百分率用算术坐标。绘制方法例题绘制筛孔径为30，20，10，5，2.5，1.25,0.63，0.315,0.16mm，横坐标为100mm；试验指数n＝0.3～0.5级配范围曲线图。解：①确定各筛孔在横坐标上的位置筛孔尺寸di(mm)30201052.51.250.630.3150.16各筛孔距0.16mm筛孔距离Sx(mm)100927966523926130各筛孔在横坐标上的位置计算表②确定级配曲线范围根据泰波公式筛孔尺寸di(mm)30201052.51.250.630.3150.16泰波指数n＝0.310088.571.958.447.538.531.425.520.8n＝0.510081.757.740.828.920.414.510.37.3③绘制级配范围曲线图理论级配曲线各级粒径通过百分率几种矿质集料配制成一种有一定级配要求的混合料，在确定各种矿质集料的用量时，先找出各种矿质集料分计筛余百分率最大的筛孔径(占优势粒径)，并按照所确定的筛孔径进行试算，最终确定出各种矿质集料在混合料中的用量。试算法基本原理计算方法设有A、B、C三种集料，需配制成级配为M的混合料，求A、B、C集料在混合料中的用量比例X,Y,Z。x+y+z＝100(1)aA(i)•x+aB(i)•y+aC(i)•z=aM(i)(2)式中：x，y，z──A，B，C三种集料在混合料中的用量比例(％)；aA(i)，aB(i)，aC(i)──A，B，C三种集料在(i)mm筛孔的分计筛余量(％)；aM(i)──级配为M的混合料在(i)mm筛孔的分计筛余量(％)。计算次序：先计算粗料，再计算细料，最后计算中间料。根据题意有计算步骤(1)计算A料在混合料中的用量按A料占优势粒径计算，设A料在(i)mm筛孔占优势，此时忽略B、C两种集料在此粒径的含量(即aB(i)＝aC(i)＝0)，故aA(i)•x=aM(i)(2)计算C料在混合料中的用量按C料占优势粒径计算，设C料在(j)mm筛孔占优势，此时忽略A、B两种集料在此粒径的含量(即aA(j)＝aB(j))＝0)，故aC(j))•z=aM(j))(3)计算B料在混合料中的用量y=100-(x+z)现有碎石、石屑和矿粉三种矿质材料，筛分结果按分计筛余列于表1，要求配制成AC-13级配要求的混合料，求碎石、石屑和矿粉三种材料在混合料中的用量比例。原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围表1原材料筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0750.075各种矿料分计筛余（％）碎石5.241.750.52.6石屑1.624.022.516.012.411.510.81.2矿粉13.286.6AC-13级配范围通过（％）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8试算法例题解:1．计算AC-13级配范围的分计筛余百分率中值表2筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0750.075AC-13级配范围通过（％）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8－AC-13级配范围累计筛余（％）05～030～1252～3264～4776～5982～7088～7892～8496～92－AC-13级配范围累计筛余中值（％）02．521.042．055.567.576.083．088．094.0100AC-13级配范围分计筛余中值（％）02．518.521．013.512.08．57．05．06．06．02．计算碎石在混合料中的用量碎石在4.75mm筛孔占优势(分计筛余百分率最大)，令aB(4.75)＝aC(4.75)＝0,因此3．计算矿粉在混合料中的用量矿粉在0.075mm筛孔占优势(分计筛余百分率最大)，令aA(0.075)＝aB(0.075)＝0,因此4．计算石屑在混合料中的用量5．列表校核矿质混合料组成计算和校核表原材料筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0750.075各种矿料分计筛余（％）碎石5.241.750.52.6石屑1.624.022.516.012.411.510.81.2矿粉13.286.6各矿料在混合料中用量（％）碎石41.62.217.421.01.0石屑51.50.812.411.68.26.45.95.60.6矿粉6.90.96.0混合料分计筛余百分率（％）2.217.421.813.411.68.26.45.96.56.6混合料累计筛余百分率（％）2.219.641.454.066.474.681.086.993.4100混合料通过量（％）10097.880.458.646.033.625.419.013.16.6AC-13级配范围通过（％）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8根据以上计算得到矿质混合料的组成配合比为：碎石X=41.6%；石屑Y=51.5%;矿粉Z=6.9%(注意：如不符合级配范围要求应调整矿料配合比至达到要求为止)。(1)绘制级配曲线图在设计说明书上绘一长方形图框并联接对角线。纵坐标为通过百分率，按算术标尺绘制(0～100%)，横坐标为各筛孔位置，按照级配中值要求的各筛孔通过百分率位置，从纵坐标引平行线和对角线相交，从交点向下作垂线，垂足位置就是各相应筛孔位置。图解法1．已知条件(1)所用集料筛分后的各级粒径通过百分率。(2)技术规范(或理论级配)要求的级配范围,且求出级配范围的通过百分率中间值。2．设计步骤(2)确定各种集料用量把所用集料的通过量绘在级配曲线坐标图上，按照所用集料的级配曲线相互间的关系，确定所用集料在混合料中的用量。第一条曲线与第二条曲线相互搭接时，在两条级配曲线之间各引一垂直于横坐标的直线并且平分(使a＝a′)与对角线相交于交点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。将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂线相连，与对角线相交于交点Ｎ，通过Ｎ点作一水平线与纵坐标相交于Ｑ点，PQ为集料Ｂ的用量。三种情况两相邻级配曲线重叠两相邻级配曲线相接两相邻级配曲线相离按照图解法求得的各种集料用量，列表校核计算所得合成级配是否符合要求，超出级配范围时，应调整各种集料在混合料中的用量。集料C的末端与集料D的首端相互分离，作一垂直线平分相离开的距离(b＝b′)垂线与对角线相交于点R，过R作一水平线与纵坐标相交于S点，QS即为C料用量。剩余S-T即为D料用量。3．校核现有碎石、细碎石、砂、矿粉四种矿料，其筛分试验通过百分率及要求的级配范围中值结果如下，试用图解法将其配制成LH-20－Ι型沥青混合料。各种矿料筛分结果筛孔尺寸(mm)30.010.05.02.51.20.60.30.150.074各种矿料筛分通过量(%)碎石98.016.70.8细碎石10095.536.41.00.50.3砂10098.295.787.559.628.916.72.2矿粉10010010010010099.197.494.381.9图解法例题解：1．作图确定各种矿料在混合料中的用量筛孔尺寸(mm)30.010.05.02.51.20.60.30.150.074LH-20－Ι通过(%)95～10056～7640～6030～5022～3816～2911～217～154～8LH-20－Ι中值(%)97.56650403022.516116LH-20－Ι型沥青混合料级配范围及中值表22．列表校核筛孔尺寸(mm)30.010.05.02.51.20.60.30.150.074各种矿料筛分通过量(%)碎石98.016.70.8细碎石10095.536.41.00.50.3砂10098.295.787.559.628.916.72.2矿粉10010010010010099.197.494.381.9各种矿料在混合料中的用量(%)碎石32(32)31.4(31.4)5.3(5.3)0.3(0.3)细碎石26(26)26.0(26.0)24.8(24.8)9.5(9.5)0.3(0.3)0.1(0.1)0.1(0.1)砂32(34)32.0(34.0)31.4(33.4)30.6(32.5)28.0(29.8)19.1(20.3)9.2(9.8)5.3(5.7)0.7(0.7)矿粉10(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)9.9(7.9)9.7(7.8)9.4(7.5)8.2(6.6)设计混合料级配(%)99.4(99.4)71.5(71.5)50.4(50.3)38.3(38.1)29.2(28.4)19.2(17.8)15.0(13.5)10.1(8.2)8.2(6.6)LH-20－Ι通过(%)95～10066～7640～6030～5022～3816～2911～217～154～8注：()中数字为调整后用量。调整后各筛孔都满足级配要求。小结通过讲授矿质混合料的级配理论，知道集料中各种粒径的颗粒搭配比例不同，其密实度存在差异，当各种矿料颗粒搭配比例合理时，混合料具有最大的密实度，此时其筛分曲线为抛物线。最大密度曲线的n幂公式指出矿质混合料最大密度的范围，给实际应用带来了很大方便。混合料组成设计中的试算法适用于三种矿料组成的混合料。图解法适用于多种矿料组成的混合料组成的混合料。最大密度曲线和级配范围曲线各级粒径通过百分率分级顺序N12345678910粒径比D理论粒径di(mm)40201052.51.250.630.3150.160.08最大密度级配曲线通过百分率(%)n=0.510070.7150.0035.3625.0017.6812.558.876.324.47级配范围曲线通